Technologia Ethernet oraz VLAN

Ethernet - specyfikacja techniczna sieci lokalnej, obejmująca normy określające sposób przesyłu sygnałów oraz rodzaj mediów transportowych. Ethernet szybko awansował do rangi standardu przemysłowego. Jego właściwości techniczne reguluje amerykańska norma IEEE 802.3 i analogiczna norma europejska ISO 8802/3, określają one takie parametry sieci, jak prędkość transmisji, rodzaje kabli, maksymalna rozległość sieci dla konkretnego rodzaju kabla i inne. Ethernet definiuje także format ramki przesyłanej w najniższej warstwie modelu OSI (fizyczna) a także model dostępu do medium zdefiniowany w warstwie drugiej OSI (łącza danych) .

Specyfikacje Ethernet’u

Standardy omówione w tej prezentacji 10 Mbps Ethernet (IEEE 802.3) medium transmisyjne - głównie kabel koncentryczny (coaxial cable),ale również tzw. „skrętka” (twisted-pair cable) oraz światłowód (fiber cable) . 100-Mbps Ethernet (Fast Ethernet) oparty na skrętce oraz światłowodzie. 1000-Mbps Ethernet (Gigabit Ethernet) oparty na światłowodzie i skrętce.

10 Mbs Ethernet 1970 - Xerox Corporation. Topologia magistrali. Wspólne medium wymuszające kontrolę dostępu i wykrywanie kolizji - wielodostęp z rozpoznawaniem stanu kanału oraz wykrywaniem kolizji - CSMA/CD (carrier sense multiple access collision detect). Gruby ethernet (10base5) Cienki ethernet (10base2) Światłowód (10baseFL) Topologia gwiazdy (star topology) Skrętka (10baseT)

HISTORIA Jeden z pierwszych rysunków wyjaśniających koncepcję i zasadę działania sieci Ethernet, wykonany przez dr Roberta M. Metcalfe’a.(1976).

Topologia magistrali CSMA/CD - Nieograniczony dostęp do medium transmisyjnego. - Nasłuchiwanie przed wysłaniem informacji. - Oczekiwanie na wystąpienie ciszy w medium. - Kolizja następuje gdy kilka urządzeń nadaje w tym samym momencie. - Kolizja wymusza przerwanie transmisji i jej wznowienie w późniejszym czasie zgodnie z algorytmem odstąpienia ( back-off algorithms )

Topologia gwiazdy - Konieczność stosowania dodatkowych urządzeń aktywnych – koncentrator (hub)- przestarzałe rozwiązanie, przełącznik (switch). - Przy transmisji half-duplex, mimo korzystania z różnych kabli przez różne urządzenia ( skrętka – oddzielne linie do nadawania i odbierania ), również występują kolizje – moment jednoczesnego nadawania i odbierania danych. - Przy transmisji full-duplex brak zjawiska kolizji – możliwe jednoczesne odbieranie i nadawanie danych.

http://standards.ieee.org IEEE 802.3 IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers – instytucja zajmująca się szeroko pojętą inżynierią i technologią telekomunikacji oraz normalizacjami. IEEE 802.3 – norma definiująca ethernet 10Mbps oparty na kablu koncentrycznym 10base5. Inne odmiany tej normy: 802.3a(10Base-2) 802.3i (10Base-T) 802.3j (10Base-F) http://standards.ieee.org

Nazewnictwo stosowane w normach IEEE Nazwy norm powstają według szablonu: Baseband – transmisja w paśmie podstawowym (wąskopasmowa) całe pasmo przenoszenia medium jest wykorzystane jako jeden kanał komunikacyjny Broadband – transmisja przy wykorzystaniu częstotliwości nośnej – stosowana głównie w sieciach rozległych (WAN) – pasmo przenoszenia jest podzielone na różne zakresy częstotliwości, reprezentujące różne kanały transmisyjne. Rodzaj zastosowanego medium 2 – cienki kabel koncentryczny (Thin Ethernet) – maksymalna długość 185m 5 – gruby kabel koncentryczny (Thick Ethernet) – maksymalna długość 500m T – skrętka (Twisted Pair) – maksymalna długość 100m FL – światłowód (Fiber Optic)- maksymalna długość 2000m, połączenie punkt – punkt (point to point).

Ramka ethernetowa Informacja przesyłana porcjami , ramka (frame) – najmniejsza porcja - Preambuła – synchronizacja nadajnika i odbiornika - SFD – znacznik początku ramki - Adresy nadawcy/odbiorcy – 48 - bitowe adresy sprzętowe MAC. - Dane muszą mieć długość 46-1500 bajtów, w przypadku gdy są krótsze uzupełnia się je tzw. „wypełniaczem” (pole Pad) - Suma kontrolna – testowanie poprawności przesyłanych danych.

http://standards.ieee.org/regauth/oui/oui.txt MAC adresy Są to adresy, przypisane przez producentów do sprzętu na etapie produkcji – unikalne w skali światowej ( z możliwością programowej ich zmiany ) 48 bitów Adres składa się z części : Identyfikującej producenta ( przyznawane przez IEEE ) Identyfikującej dany sprzęt ( przypisywany przez producenta ) Wykaz adresów przyporządkowanym producentom sprzętu: http://standards.ieee.org/regauth/oui/oui.txt

Konieczność kodowanie sygnałów Sygnał przesyłany bez kodowania – stan logiczny „0” reprezentuje brak sygnału a stan logiczny„1” – sygnał napięciowy. Szumy, zakłócenia powodują zmianę amplitudy sygnału – następuje błąd w transmisji. Kodowanie manchester: Poziom logicznych identyfikowany jako kierunek zmiany amplitudy sygnału w ściśle określonych momentach czasowych

100Mbs Ethernet 100BaseTX - Kategoria 5 UTP lub STP – 2 pary przewodów –full-duplex, długość 100m 100BaseFX -62.5/125 mikrona światłowód wielomodowy–złącze ST – odległość 400m 100BaseT4 – Kategoria 3,4,5 UTP – 4 pary przewodów– half-duplex ,długość 100m 100BaseT2 – Kategoria 3,4,5 – 2 pary przewodów – full-duplex Stosowana topologia gwiazdy lub punkt – punkt.

Większa prędkość, większe wymagania Fast ethernet stosuje inne kodowania sygnałów niż 10M ethernet : 4b/5b 8B/6T PAM5x5 Stosuje inne media transmisyjne – skrętka wyższych kategorii i światłowód.

1GB Ethernet – IEEE 802.3z W celu zwiększenia prędkości transmisji, przebudowano fizyczną warstwę ethernetu. Od strony warstwy łącza danych nie zmieniło się nic. Stosowana topologia gwiazdy lub punkt – punkt. Połączenie dwóch technologii: Ethernet Fibre Channel

Główne standardy 1Gb Ethernet 1000BaseT – Oparty na skrętce UTP kat 5 lub wyższej – 4 pary przewodów, full-duplex – długość kabla 100m 1000BaseSX – światłowód wielomodowy – fala krótka (850nm) - złącze SFF MT-RJ lub SC 1000BaseLX – światłowód wielo/jednomodowy – fala długa (1300nm )- złącze SFF MT-RJ lub SC 1000BaseCX – 150 Ohm kabel – złącze DB-9

Porównanie standardów 1Gb Ethernet Światłowód jest droższy od kabla miedzianego Światłowód jednomodowy (single-mode) jest droższy od wielomodowego (multi-mode)

Autonegocjacja Duża ilość obecnego na rynku sprzętu, wymusza zastosowanie mechanizmu który umożliwiałby komunikację urządzeń opartych na różnych standardach. Urządzenia ustalają wspólny tryb pracy zgodnie z tabelą ( począwszy od poziomu 9 ).

Skrętka - rodzaje STP – Ekranowana - Shielded Twisted Pair Ekran jest wykonany w postaci oplotu i zewnętrznej koszulki ochronnej. Jej zastosowanie wzrasta w świetle nowych norm europejskich EMC w zakresie emisji EMI FTP – Foliowana - Foiled Twisted Pair ekranowana za pomocą folii z przewodem uziemiającym. Przeznaczona jest głównie do budowy sieci komputerowych umiejscowionych w ośrodkach o dużych zakłóceniach elektromagnetycznych. stosowana w sieciach Gigabit Ethernet przy wykorzystaniu wszystkich czterech par przewodów. UTP – Zwykła - Unshielded Twisted Pair) Zbudowany ze skręconych ze sobą par przewodów. Skręcenie przewodów chroni transmisję przed interferencją otoczenia

Skrętka – rodzaje – widok przekroju, inne rodzaje

Kategorie skrętki Ujęte w amerykańskich specyfikacjach EIA/TIA 568A rodzaje kabli miedzianych sklasyfikowano w kategoriach, a ich przydatność do prowadzenia transmisji określa się w MHz - z uwzględnieniem komponentów współpracujących z kablem. Kategoria 1 - tradycyjna nieekranowana skrętka telefoniczna, przeznaczona do przesyłania głosu (20 kb/s) i nie przystosowana do transmisji danych Kategoria 2 - nieekranowana skrętka, szybkość transmisji do 1 MHz. Kabel ma zwykle 2 pary skręconych przewodów Kategoria 3 - skrętka o szybkości transmisji do 10 MHz, stosowana w sieciach Token Ring (4 Mb/s) oraz Ethernet 10Base-T (10 Mb/s). Kabel zawiera zwykle 4 pary skręconych przewodów Kategoria 4 (klasa C) - skrętka działająca z szybkością do 16 MHz, najniższa kategoria kabli nadających się do sieci Token Ring. Kabel jest zbudowany z 4 par przewodów Kategoria 5 (klasa D) - skrętka z dopasowaniem rezystancyjnym 100 ohm, pozwalająca na transmisję danych z szybkością 100 MHz (pod warunkiem poprawnej instalacji kabla, zgodnie z wymaganiami okablowania strukturalnego) na odległość do 100 metrów. Klasa E (kategoria 6), umożliwiająca transmisję z częstotliwością do 250 MHz Klasa F (kategoria 7) z transmisją o szybkości do 600 MHz.

VLAN Urządzenie aktywne typu przełącznik przenosi ramki typu broadcast na wszystkie swoje porty. W celu odseparowania od siebie segmentów sieci podłączonych do jednego przełącznika wprowadzono technologię VLAN – wirtualna sieć prywatna. Uzyskuje się w ten sposób ograniczenie niepotrzebnego ruchu broadcast (zmniejszenie domeny rozgłoszeniowej), pozwala to też wyodrębnić hosty różniące się funkcjonalnie. Połączenie pomiędzy powstałymi sieciami wirtualnymi możliwe jest tylko za pośrednictwem routera – sieci się bezpośrednio „nie widzą”.

VLAN - Implementacja VLAN statyczny – przełącznik posiada tablicę przydzielającą porty do danej sieci. VLAN dynamiczny – przełącznik rozpoznaje MAC adresy urządzeń i na tej podstawie przydziela ich do odpowiedniej sieci. MULTI-VLAN – z jednego portu może korzystać więcej niż jedna sieć wirtualna. TRUNK (IEEE 802.1Q) – modyfikacja MULTI-VLAN – przesyłane pakiety zawierają informację na temat przynależności do danej sieci wirtualnej.

KONIEC