Akademia Górniczo – Hutnicza

Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej

Autor:

Zakład Informatyki Przemysłowej

Zakład Informatyki Przemysłowej

Ethernet

Ethernet

Jarosław Durak

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Historia

Historia

–

Początki

•

Sieć Aloha koniec 60-tych

•

Lata 70-te, Lab. Xerox opracowanie w ramach projektu

“biuro przyszłości” do obsługi pierwszej “stacji roboczej”

Xerox Alto

•

~3Mb/s

–

Standard Ethernet

•

1980 rok

•

Dec, Intel i Xerox - konsorcjum (DIX) opublikowały

formalną specyfikację

•

10Mb/s

•

Przyjęty jako IEEE 802.3(Institute of Electrical and

Electronics Engineers

http://grouper.ieee.org/groups/802/3/

)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Wybrane Standardy IEEE

Wybrane Standardy IEEE

•

802.3a – 1985 – 10Base2 cienki współosiowy

•

802.3c – 1985 – Specyfikacja koncentratora 10Mb/s

•

802.3d – 1987 – Łącza światłowodowe FOIRL

•

802.3i – 1990 – 10Base-T Skrętka

•

802.3j – 1983 – 10Base-F włókno światłowodowe

•

802.3u – 1995 – 100Base-T

FastEthernet,autonegocjacja

•

802.3x – 1997 – FullDuplex

•

802.3z – 1998 – 1000Base-X GigaBit Ethernet

•

802.3ab– 1999 – GigaBit skrętka

•

802.3ac– 1998 – Rozmiar ramki dla VLAN

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Wybrane Standardy IEEE

Wybrane Standardy IEEE

•

802.3ad– 2000 – Agregacja łączy

•

802.3ae - 2002, 10Gb/s Ethernet

•

802.3af - 2003, DTE Power via MDI

•

802.3ah-2004, Ethernet in the First Mile.

•

802.3ak-2004, 10GBASE-CX4.

•

802.3an-2006, 10GBASE-T.

•

http://grouper.ieee.org/groups/802/3/index.html

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Standard

Standard

–

IEEE 802.3 CSMA/CD

•

Zatwierdzony w 1985r

•

CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with

Collision Detection Access Method and Physical Layer

Specification

–

szyna wielodostępna z wykrywaniem kanałów i kolizji

•

Zaadaptowany następnie przez Międzynarodową

Organizacje Standaryzacyjną (ISO)

•

Standard jest stale rozwijany o min.:

–

Nowe media

–

Zwiększone szybkości przesyłania

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Elementy składowe

Elementy składowe

–

Medium fizyczne

•

Przenosi sygnały pomiędzy komputerami

•

Rodzaje mediów:

–

Kabel miedziany

»

Gruby ethernet

»

Cienki ethernet

»

Skrętka telefoniczna UTP i STP (FTP)

–

Światłowód

–

Komponenty sygnalizacji

•

Urządzenia elektroniczne odpowiedzialne za odbiór i

wysyłanie sygnałów elektrycznych

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Elementy składowe

Elementy składowe

–

Zestaw reguł dostępu

•

Zawarte w interfejsie sieciowym (karcie)

•

Ustalają sposób korzystania ze współdzielonego

medium

–

Ramka ethernet

•

Ustandaryzowany zestaw bitów

•

Zawiera informacje o:

–

Adresacie DA

–

Nadawcy SA

•

Przenosi porcję informacji użytecznej

•

Pozwala na kontrolę spójności przesyłanych danych

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Odniesienie do modelu OSI

Odniesienie do modelu OSI

OSI

OSI

W. aplikacji

W. prezentacji

W. sesji

W. transportowa

W. sieci

W. łącza
danych

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

LLC

W. fizyczna

Ethernet

Ethernet

LLC

MAC

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Komputery wyposażone w “interfejs sieciowy” czyli

kartę ethernet są niezależne.

•

Stacje współdzielą medium transmisyjne

•

Sygnał jest przesyłany szeregowo po współdzielonym

medium i trafia do wszystkich kart sieciowych

•

Każda stacja ma jednakowe prawo rozpocząć

transmisję

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Po każdej wysłanej ramce stacja musi odczekać czas

równy czasowi transmisji przynajmniej jednej ramki

(IFG lub IPG – interframe/interpacket gap) 96

czasów bitowych

–

10Mb/s – 9.6 mikrosek.

–

100Mb/s – 960 nanosek.

–

1000Mb/s – 96 nanosek.

•

Stacje współdzielą medium transmisyjne

•

Dostęp do kanału transmisji zapisany jest w

procedurach kontroli dostępu do medium transmisji

(MAC – medium access control) zawartych w karcie

Ethernet

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Mechanizm działania kontroli dostępu do medium

bazuje na CSMA/CD:

–

Każda stacja przed nadawaniem musi słuchać

(Carrier Sense)

–

Kiedy pojawi się możliwość (sieć jest wolna przez

czas ≥ IFG) każda stacja może natychmiast

nadawać (Multiple Access)

–

W czasie nadawanie stacja monitoruje sieć na

wypadek kolizji

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

–

W przypadku równoczesnego nadawania co

najmniej dwóch stacji pojawia się kolizja i stacja

przestaje nadawać (Collision Detection)

»

Przynajmniej preambuła

»

wysyła specjalną sekwencję 32 bitów („jam

sequence” )

»

Konieczne jest zapewnienie odpowiedniego

czasu na propagację kolizji

–

Po kolizji stacja odczekuje losowo wybrany czas

–

Przy kolejnej kolizji zwielokrotnia ten czas

–

Po udanym przetransmitowaniu ramki liczniki

kolizji jest resetowany

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Mechanizm kontroli bazujący na kolizjach sprawdza

się bardzo dobrze przy małym i średnim obciążeniu

•

Przy dużych obciążeniach sieci dopiero 16 nieudana

próba wysłania ramki powoduje zakłócenia w

transmisji

•

Oprogramowanie wyższych warstw sieci zapewnia

retransmitowanie uszkodzonych ramek (czy porcji

informacji)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie

Funkcjonowanie

“Ethernetu”

“Ethernetu”

•

Szczelina czasowa (Slot time)

–

Kluczowy parametr w funkcjonowaniu ethernetu w

trybie half-duplex

–

10Mb/s i 100Mb/s – 512 czasów bitowych

–

1000Mb/s 4096 czasów bitowych

–

Minimalny czas transmisji ramki musi być od niego

większy

–

Minimalny czas propagacji kolizji musi być mniejszy od

niego (stacja nie może zaprzestać transmisji nawet w

przypadku kolizji)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie

Funkcjonowanie

“Ethernetu”

“Ethernetu”

–

Opóźnienie propagacji (propagation delay) – czas

konieczny na propagację sygnału między dwoma

najbardziej oddalonymi stacjami

•

Opóźnienia wprowadzają wszystkie elementy

sieciowe bierne (odcinki kabla, wzmacniacze

regeneratory sygnału, koncentratory)

–

Sygnał od stacji, która pierwsza wykryła kolizję musi

dotrzeć do wszystkich stacji (w tym do pozostałych

biorących udział w kolizji)

–

Każda ramka mniejsza od 64B ( 512B dla GBEthernet)

jest traktowana jako fragment kolizji lub błędna

ramka(collision fragment lub runt frame) i odrzucana

przez stacje odbierające

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie

Funkcjonowanie

“Ethernetu”

“Ethernetu”

–

Zbyt długie odcinki sieci powodują zjawisko „późnych

kolizji” (late collisions)

•

Kolizja następuje zbyt późno w trakcie transmisji

ramki aby funkcje kontroli dostępu do medium

(MAC) mogły automatycznie ją obsłużyć

•

Ramka zostaje odrzucona

•

Obsługa błędów należy już do oprogramowania

•

Kolizja musi być wykryta w pierwszych 512 bitach

ramki ( 4096 dla GBEthernet )

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Odczekiwanie (backoff):

–

Stacja ustala jak długo odczekać przed próbą ponownej

transmisji po kolizji (backoff delay)

–

Algorytm „truncated binary expotential backoff”

•

Generuje liczbę losową z pewnego zakresu

•

Odczekuje tę liczbę szczelin czasowych

•

Po każdej kolejnej kolizji zakres rośnie ekspotencjalnie 0≤r<2

k

–

1 :0-1

–

2 :0-3

–

3 :0-7 ...

–

10-16: 0-1023

•

Po 16 nieudanej próbie generowany jest błąd (Excesive collision

error) i ramka jest tracona

–

Oznacza zbyt duże obciążenie sieci

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Efekt przechwycenia (capture effect):

–

Wynika z algorytmu odczekiwania

–

Pojawia się w bardzo obciążonych sieciach

–

Przyczyną jest niezależne zwiększanie czasu

odczekiwania przez poszczególne stacje

•

Tylko zwycięzca resetuje licznik!

–

Powoduje przejęcie sieci przez jedną ze stacji na

dłuższy okres czasu

–

Rozwiązanie

•

BLAM – binary logarithmic arbitration method

–

Nigdy nie wprowadzony do standardu

•

Przełączanie i full-duplex

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Full–Duplex

–

Równoczesna dwukierunkowa transmisja (pełny duplex)

–

Zdefiniowana we wszystkich standardach 802.3x

–

Omija CSMA/CD

•

Pozwala równocześnie wykorzystać oba kanały transmisji przez

stację podwajając przepustowość

•

Media fizyczne: 10Base-T, 10Base-FL, 100Base-TX, 100Base-FX,

100Base-T2, 1000Base-SX, 1000Base-LS, 1000Base-T

•

Nie dotyczy: 10Base5, 10Base2, 10Base-FP,10Base-FB,

100Base-T4

•

Wymaga połączenie p-p dwóch stacji (przełącznik-stacja,

przełącznik-przełącznik)

•

Wymaga tylko minimalnej przerwy międzyramkowej (IFG)

•

Obie końcówki muszą być w tym trybie

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Full–Duplex cd...

•

Brak kolizji (połączenie p-p)

•

Brak ograniczenia wielkości sieci (brak konieczności propagacji

kolizji)

•

Długość pojedynczego odcinka pozostaje bez zmian

–

100m UTP i STP

–

100Base-FX - 2km (412m hal-duplex)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

–

Ramki PAUSE

•

Element kontroli przepływu w trybie Full-Duplex

•

Pozwalają stacji na czasowe przerwanie transmisji

•

Przykład:

–

Stacja A nadaje

–

Stacja B ma zapełnione bufory

–

Stacja B wysyła ramkę PAUSE do Stacji A określając czas

–

Stacja A wstrzymuje transmisję na ten określony czas

»

W tym czasie stacja A ma prawo wysłać ramkę PAUSE

•

Implementacja ramki PAUSE nie jest wymagana przez

standard

•

Jest wspieranie przez urządzenia powinno być wykryte na

etapie autonegocjacji

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

–

Ramki PAUSE

•

Implementacja ramki:

–

Może być wysyłana w trybie unicast ( do pojedynczej stacji )

lub multicast (grupowym)

»

Multicast DA np. 01-80-C2-00-00-01(heks.)

–

Typ ramki 88-08 (hex)

–

Opcjonalne pole kontrolne MAC 00-01 (heks)

–

Parametr kontrolny 00-00 do FF-FF (heks) - czas

–

Reszta pola danych ramki to 0 (42B)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Łączenie kanałów transmisji (Agregacja łączy, trunking)

802.3ad

•

Wykorzystanie wielu połączeń fizycznych dla stworzenia

jednego połączenia logicznego

–

Tylko w trybie Full-duplex

–

Tylko p-p

–

Ta sama szybkość transmisji

•

Może być wykorzystane przez dowolne dwa urządzenia które

wspierają ten sposób połączenia

•

Wprowadza dodatkową warstwę między MAC i warstwami

wyższymi

•

Poszczególne adresy MAC są agregowane i ukrywane - widoczne

jako jeden

•

Jest przeźroczyste dla warstw wyższych

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Łączenie kanałów transmisji (Agregacja łączy, trunking)

802.3ad

•

Ramki muszą dochodzić do odbiorcy w odpowiedniej

kolejności

–

Tworzona jest sesja „conversation” zawierająca ramki

z jednakowym DA i SA

•

Do tej pory używano algorytmu „spaning tree” do

wykrywania pętli lub połączeń zdublowanych

–

Stacja mogła mieć dwa interfejsy sieciowe jeżeli były

połączone do różnych sieci lub VLANów

•

Wykorzystanie:

–

Równoważenie obciążenia

–

Redundancja połączeń

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Funkcjonowanie “Ethernetu”

Funkcjonowanie “Ethernetu”

•

Mechanizm kontroli bazujący na kolizjach sprawdza

się bardzo dobrze przy małym i średnim obciążeniu

•

Przy dużych obciążeniach sieci dopiero 16 nieudana

próba wysłania ramki powoduje zakłócenia w

transmisji

•

Oprogramowanie wyższych warstw sieci zapewnia

retransmitowanie uszkodzonych ramek (czy porcji

informacji)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet IEEE802.3

Ramka Ethernet IEEE802.3

•

Preambuła PRE (7B)– służy do synchronizacji zawiera

bity w formie 101010...

•

SFD lub SOF (Start Frame Delimiter) (1B) –

ogranicznik startu ramki – 10101011

•

Adresy – niepowtarzalne adresy OUI (adresy MAC)

–

DA (Source Address) -

»

6 bajtów

»

Najstarszy bit: 0 – adres indywidualne, 1 – adres

grupowy

»

Drugi bit: 0 – administrowany globalnie, 1 –

administrowany lokalnie

»

Pozostałe 46 bitów identyfikuje adres przeznaczenia

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet IEEE802.3

Ramka Ethernet IEEE802.3

•

Adresy

–

SA (Source Address)– adres źródłowy

»

6 bajtów -

»

Najstarszy bit jest zawsze 0 – adres indywidualny

–

Adresy MAC zawierają 6 bajtów

»

Trzy najstarsze są przyznawane producentom

»

Kolejne trzy są adresem konkretnego interfejsu

sieciowego (NIC -Network Interface Card)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet IEEE802.3

Ramka Ethernet IEEE802.3

•

Długość/Typ

–

2/4 bajty

–

Określa długość porcji danych (LLC) lub typ ramki określony

przez identyfikator (ID)

»

Gdy ramka zawiera ilość danych ≤ 1500B zawiera

długość pola danych

»

Ilość danych >1536B ramka jest niestandardowa np.

RDMAoE, TIPC, RTE

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet IEEE802.3

Ramka Ethernet IEEE802.3

•

Pole danych (46-1500B) – zawiera użyteczną porcję

przesyłanej informacji.

•

Wypełniacz (PAD)– stosowany jest kiedy informacja

użyteczna jest mniejsza od 46 bajtów

•

FCS lub CRC (4B) – kontrola błędów za pomocą

redundancji cyklicznej (DA, SA, Długość/Typ, Dane)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet

Ramka Ethernet

•

Oryginalny standard określa długość ramki na (od DA do

CRC):

–

Min. 64 bajty

–

Maks. 1518 bajtów

•

1998 IEEE 202.3ac rozszerza maks. długość ramki do

1522 bajtów ( znacznik VLAN)

–

4 bajty między SA i Długością/Typem

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet

Ramka Ethernet

•

VLAN ( Virtual LAN ) standard 802.1Q

–

Umożliwia tworzenie grup komputerów należących do

oddzielnych sieci wirtualnych

–

Znacznik typu 802.1Q - 2 bajty zawsze wartość 0x8100

–

Znacznik kontrolny - 2 bajty (TCI – tag control

information)

•

3 bity (User Priority Field) pole priorytetu użytkownika –

umożliwia nadanie priorytetu ramce

•

1 bit CFI (Canonical Format Indicator) – informacje o

trasowaniu (RIF)

•

12 bitów (VID – VLAN Ident.) - identyfikator sieci

wirtualnej

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet

Ramka Ethernet

•

Gigabit Ethernet 802.3z z 1998r

–

Dodano pole rozszerzenie (extension)

•

Pole powiększa minimalną wielkość ramki do 512

bajtów

–

Umożliwia propagację kolizji

–

Wymagany tylko w half-duplex

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka Ethernet

Ramka Ethernet

•

•

Tryb „burst” - umożliwia stacji wysłanie serii ramek bez

„zwykłych procedur” - pozwala zwiększyć wydajność

Ethernetu przy małych ramkach

–

Tylko GB Ethernet

–

Tylko half-duplex

–

Burst limit = 65536 czasów bitowych (8192 czasy

bajtowe)

–

Po pierwszej ramce odstęp międzyramkowy wypełniany

jest bitami rozszerzenia utrzymując nie pozwalając na

zwolnienie medium

–

Pierwsza ramka jest typowa i zawiera pole rozszerzenia

–

Tylko pierwsza ramka jest narażona na kolizje

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ramka LLC i SNAP

Ramka LLC i SNAP

•

LLC Rozszerza nagłówek o dodatkowe pola:

–

DSAP (1B)– Destination Service Access Point Protocol

–

SSAP (1B)– Source Service Access Point Protocol

–

Bity kontrolne (1-2B)

•

SNAP – Sub-network Access Protocol

–

Dodatkowe pola

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Adresy

Adresy

broadcast i multicast

broadcast i multicast

•

Adres Multicast umożliwia odbieranie ramki przez

grupę stacji

•

Do ustawiania nasłuchiwania ramek multicast służy

oprogramowanie po stronie stacji odbierającej

•

Adres broadcast – jest specyficzną odmianą adresu

multicast i jest odbierany przez wszystkie stacje

•

Tryb promiscious karty sieciowej – pozwala na

przekazywanie oprogramowaniu stacji wszystkich

ramek nawet tych, które nie są dla niej przeznaczone

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Kodowanie sygnału

Kodowanie sygnału

•

Różne typy mediów – różne schematy kodowania

•

Kodowanie – połączenie sygnałów zegara oraz

danych w samodzielnie synchronizujący się strumień

sygnałów

–

Szybkość przesyłania

–

Zawarcie wystarczającej informacji synchronizacyjnej

–

Niska stopa błędów

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Kodowanie sygnału

Kodowanie sygnału

•

AUI

•

Dla mediów stosowanych przy transmisji 10Mbps

stosuje się kodowanie Manchester

–

Łączy dane i zegar w symbole bitowe

–

Zakodowany bit przesyłany jest w okresie bitowym

–

Przeskok taktu w każdym bicie

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base5

•

Topologia - magistrala

•

Tryb transmisji: tylko half-duplex

•

Medium transmisyjne:

–

współosiowy kabel miedziany o średnicy 10mm 50

Ω

•

Maks. długość segmentu: 500m

•

Połączenia mogą być tworzone na działającej sieci bez

przerywania transmisji

–

Na kablu założony jest transceiver MAU ze złączem AUI (15 st.)

–

Karta sieciowa posiada także złącze AUI i może być podłączona

kablem do 50m z transceiverem

–

Odległość min. między transceiverami 2,5m

–

Maks. 100 transceiverów

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base5

•

Kodowanie: Manchester

•

Wszystkie segmenty połączone repeaterami tworzą jedną

domenę kolizyjną

–

Repeater regeneruje sygnał

•

Standard dopuszcza do 5 segmentów kabli (4 repeatery)

–

Z tego 3 mogą być kablem współosiowym 1500m

–

Reszta połączenie p-p między repeaterami 1000m

•

Maksymalna długość sieci 2800m

•

Segment jest zakończony z obu stron terminatorem

50

Ω

z

których 1 powinien być uziemiony

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base2

•

Topologia – magistrala, łańcuch, p-p (z transceiverem za

pomocą dwójnika)

•

Tryb transmisji: tylko half-duplex

•

Medium transmisyjne:

–

współosiowy kabel miedziany o średnicy 5mm 50

Ω

•

Maks. długość segmentu: 185m

•

Połączenia mogą być tworzone na działającej sieci bez

przerywania transmisji tylko za pomocą MAU

–

Na kablu założony jest T-conector (trójnik) ze złączem BNC

lub MAU z AUI

–

Karta sieciowa posiada także złącze BNC lub AUI

–

Maks. 30 stacji

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base2

•

Kodowanie: Manchester

•

Wszystkie segmenty połączone repeaterami tworzą jedną

domenę kolizyjną

–

Repeater regeneruje sygnał

•

Segment jest zakończony z obu stron terminatorem

50

Ω

z

których 1 powinien być uziemiony

•

Min odstęp między stacjami 0,5m

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base-T

•

Topologia – gwiazda, p-p

•

Tryb transmisji: half-duplex, full-duplex (p-p - switch)

•

Medium transmisyjne:

–

kabel miedziany skrętka telefoniczna UTP lub STP kat 3 lub

lepsza

•

Maks. długość pojedynczego kabla: 100m (150 kat 5)

–

Stacje zawierają karty sieciowe z transceiverami wtyk RJ45

lub bez (AUI)

–

Switche l Huby także zawierają MAU z transceiverami

–

Transceivery wysyłają sygnały testujące weryfikując

połączenie

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base-T

•

Kodowanie: Manchester

•

Wszystkie segmenty połączone HUB-ami tworzą jedną

domenę kolizyjną

–

Repeater regeneruje sygnał

(maks 2 na segment)

•

Sygnał testujący NLP (Normal Link Pulses)

•

Wtyczka RJ45

–

1 - TD+

5 - N

–

2 – TD-

6 – RD-

–

3 – RD+

7 - N

–

4 – N

8 – N

N – niepodłączony, RD – odbiór, TD - wysyłanie

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Broad36

•

Topologia – magistrala

•

Tryb transmisji: half-duplex

•

Medium transmisyjne:

–

kabel miedziany współosiowy CATV (TV)

•

Maks. długość pojedynczego kabla: 3600m

•

Kodowanie: RF

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base-F (10base-FL, 10Base-FB, 10Base-FP)

•

Niekompatybilne ze sobą

•

Topologia – gwiazda, p-p

•

Tryb transmisji: half-duplex, full-duplex (p-p - switch)

•

Medium transmisyjne:

–

Światłowód wielomodowy

2km między transceiverami

–

2 światłowody wielomodowe TX i RX

–

Transceiver połączony przy pomocy AUI do komputera

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base-FL (fiber link)

•

Długość segmentu FL 2000m (FOIRL - 1000m)

•

Transmisja 10Mb/s (20Mb/s full duplex)

•

Kodowanie: Manchester

•

MAU kontroluje poziom sygnału (integralność połączenia)

dodatkowo może być to światło widzialne dla kontroli

„gołym okiem”

•

Złącza SMA lub ST (BFOC/2.5)

•

Kable 62.5/125, 50/125, 85/125, i 100/140

wielomodowy

•

Długość fali 850 nm

•

2 transceivery na segment

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base-FB (fiber backbone)

•

Długość segmentu FB 2000m

•

Transmisja 10Mb/s half duplex,

–

synchronizacja repeaterów 2,5 MHz (większa ich liczba – opóźnienia)

–

Losowa utrata bitów preambuły (IFG może być mniejsza!)

•

Kodowanie: Manchester

•

Takie same typy kabli jak 10Base-FL

•

Niekompatybilny z 10Base-FL

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Mb

/s

–

10Base-FP (fiber passive)

•

Długość segmentu FB 500m

•

Topologia gwiazdy

–

Do 33 komputerów

•

Transmisja 10Mb/s half duplex,

•

Kodowanie: Manchester

•

Niekompatybilny z 10Base-FL

•

Nie był rozpowszechniony

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-T

•

FastEthernet

•

Topologia p-p ( gwiazda )

•

100Mb/s half-duplex, 200Mb/s full-duplex

•

Wspólna warstwa MAC

•

Różne warstwy fizyczne

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-X

•

Obejmuje 100Base-TX i 100Base-FX

•

Kodowanie zaadaptowane z FDDI 4B/5B

–

Każde 4 bity kodowane są za pomocą 5 bitów

–

Transmisja 125 Mbaudów

–

5-ty bit – kontrola i synchronizacja

•

100Mb/s half-duplex, 200Mb/s full-duplex

•

Wspólna warstwa MAC

•

Różne warstwy fizyczne

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-TX (802.3u)

•

100Mb/s half-duplex, 200Mb/s full-duplex

•

Medium fizyczne

–

Kabel kat 5 (maks 100MHz) UTP 100

Ω

lub 150

Ω

STP

–

Maks 100m

–

Wykorzystuje 2 pary

–

Pozostałe muszą być niewykorzystane (nie toleruje

przesłuchów)

–

Maksymalna długość „rozkręcenia” par przewodów

1,7cm

–

Efektywnie 125Mbaud = 62,5MHz

–

Złącza RJ45 (8st lub 9st dla STP)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-TX

•

100Mb/s half-duplex, 200Mb/s full-duplex

•

Transeiver dokonuje testów integralności kabla nawet

podczas przerw w przesyłaniu ramek (aktywność przy

przesyłaniu danych jest wystarczająca)

•

W odróżnieniu od 10Base-TX używa się FLP (fast link

pulse) używane także przy autonegocjacji

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-T4

•

100Mb/s half-duplex

•

Medium fizyczne

–

Kabel kat 3 (maks 16MHz) UTP 100

Ω

–

Maks 100m (rekomendowane 90m)

–

Wykorzystuje 4 pary

–

Złącza RJ45 (8st )

1 – TX_D1+

5 – BI_D3-

2 – TX_D1-

6 - RX_D2-

3 – RX_D2+

7 - BI_D4+

4 – BI_D3+

8 - BI_D4-

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-T4

•

Kodowanie 8B6T

–

8 b zakodowane za pomocą 6 sygnałów (baudów)

–

25Mbauda na parę co daje 12,5MHz

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-T2

•

100Mb/s half-duplex, 200Mb/s full-duplex

•

Medium fizyczne

–

Kabel kat 3 (maks 16MHz) UTP 100

Ω

–

Maks 100m

–

Wykorzystuje 2 pary

–

Kodowanie PAM5x5 – pięcio-poziomowa modulacja

amplitudy

»

5 poziomów sygnałów -2, -1, 0, +1,+2

»

25Mbaud na parę = 12,5MHz

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

100Mb

/s

–

100Base-FX

•

100Mb/s half-duplex, 200Mb/s full-duplex

•

2 światłowody wielomodowe 62.5/125 (50/125, 85/125,

and 100/140)

•

Długość fali 1300 nm

•

Długości segmentów

–

412m half-duplex

–

2000m full-duplex

•

Złącza SC-duplex lub ST

•

Kodowanie 4B5B

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

1000Mb

/s

–

1000Base-X - 802.3z - (1000Base-LX, 1000Base-SX,

and 1000Base-CX) GigabitEthernet

•

1000Mb/s half-duplex, 2000Mb/s full-duplex

•

2 światłowody

•

Kodowanie 8B10B

–

1,25Gbauda

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

1000Mb

/s

–

1000Base-LX,

•

1000Mb/s half-duplex, 2000Mb/s full-duplex

•

2 światłowody

–

Wielomodowe MMF (62.5/125 lub 50/125)

–

Jednomodowe SMF 10 mikronów

•

Długość fali 1270 do 1355

•

Długość segmentu

–

Half-Duplex MMF i SMF: 316 m

–

Full-Duplex MMF: 550 m

–

Full-Duplex SMF: 5000 m

•

Złącze duplex SC

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

1000Mb

/s

–

1000Base-CX,

•

1000Mb/s half-duplex, 2000Mb/s full-duplex

•

Kabel miedziany twinax

•

Długość segmentu 25m

•

Kodowanie 8B10B

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

1000Mb

/s

–

1000Base-T (802.3ab)

•

1000Mb/s half-duplex, 2000Mb/s full-duplex

–

Kabel kat 5,5e,6 (maks 100MHz) UTP 100

Ω

lub 150

Ω

STP

–

Maks 100m

–

Wykorzystuje 4 pary

–

Efektywnie 125Mbaud = 62,5MHz na parę

–

Złącza RJ45 (8st lub 9st dla STP)

–

Kodowanie PAM5x5

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Gb

/s

–

10GBase-X (802.3ae) 10GBase-S, 10GBase-R,

10GBase-W

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

–

Światłowód

»

Kodowanie 8B/10B – 10GBase - X

»

64/66B - 10GBase – R

–

Enkapsulacja ramek WIS - SONET STS 192c -

10GBase – R

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Gb

/s

–

10GBase-S

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

–

2 wielomodowe włókna

–

Długość fali: 850 nm

–

10GBase-L

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

–

2 jednomodowe włókna

–

Długość fali: 1310 nm

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Gb

/s

–

10GBase-L4

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

–

2 wielomodowe ( 2 -300m)

–

2 jednomodowe włókna (2m - 10km)

–

Długość fali: 1310 nm

»

WDM – Wave division multiplexing

–

10GBase-E

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

–

2 jednomodowe włókna

–

Długość fali: 1550 nm

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Gb

/s

–

10GBase-T (802.3.an 2006r)

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

–

Skrętka Cat. 6(55m) 6a i 7 (100m)

–

kodowanie 64B/66B

–

modulacja PAM16

–

wtyczki GG45 (zgodne z RJ45) i TERRA

–

10GBase-CX4 i KX4/KR

•

10000Mb/s half-duplex, 20000Mb/s full-duplex

•

odległość 1m

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Ethernet Warstwa fizyczna

Ethernet Warstwa fizyczna

•

10Gb

/s

–

10GBase-SR i 10GBase-SW

•

Niska długość fali: 850nm

•

Odległości: 2 do 300m

–

10GBase-LR i 10GBase-LW

•

Niska długość fali: 1310nm

•

Odległości: 2m do 10km

–

10GBase-ER i 10GBase-EW

•

Niska długość fali: 1550nm

•

Odległości: 2m do 40km

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Zalety

Zalety

•

Prostota i przejrzystość

•

Łatwy w implementacji, zarządzaniu i utrzymaniu

•

Niskie koszty sieci

•

Łatwa rozbudowa

•

Gwarantuje współpracę urządzeń sieciowych

niezależnie od producenta

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Wady

Wady

•

Tryb zezwoleń na nadawanie i powstające kolizje

ograniczają:

»

Ilość komputerów pracujących w segmencie

sieci

»

Wydajność sieci przy dużych obciążeniach

•

Rozwiązanie - zmniejszenie tzw. “Domeny kolizyjnej”

przez:

–

Tworzenie podsieci

–

Zastosowanie przełączania (Swiching)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

Wady

Wady

•

Brak możliwości rezerwacji łącza lub pasma (QoS) –

Quality of service ogranicza stosowanie Ethernetu w

sieciach rozległych i w przypadku transmisji

multimedialnych (telekonferencji)

•

Rozwiązanie – Obecnie trwają prace nad wdrożeniem

tych usług do standardu Ethernet