Ethernet
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Ethernet as PDF for free.
More details
- Words: 4,469
- Pages: 20
Κείμενο Εκπαιδευτικού υλικού:
Το Τοπικό Δίκτυο Ethernet Το Ethernet αναπτύχθηκε αρχικά στη Xerox PARC το 1973-1975 και σήμερα έχει καταλάβει σχεδόν πλήρως την αγορά των LAN. Πρόσφατα, στις δεκαετίες του 80 και του 90, το Ethernet αντιμετώπισε πολλές προκλήσεις από άλλες τεχνολογίες LAN, περιλαμβανομένων των δακτυλίων σκυτάλης, FDDI και ATM. Μερικές από αυτές τις τεχνολογίες απέτυχαν να κερδίσουν ένα μερίδιο της αγοράς για μερικά χρόνια. Αλλά μετά από την εφεύρεσή του, στα μέσα της δεκαετίας του 70, το Ethernet έχει συνεχίσει να αναπτύσσεται και να εξελίσσεται και έχει κρατήσει το μεγαλύτερο κομμάτι της αγοράς. Σήμερα, το Ethernet είναι η κυρίαρχη τεχνολογία LAN και προβλέπεται να παραμείνει έτσι για το προσεχές μέλλον. Κάποιος μπορεί να πει ότι το Ethernet έχει γίνει για τη δικτύωση τοπικής περιοχής, αυτό που έχει γίνει το διαδίκτυο για την παγκόσμια δικτύωση. Το σημερινό Ethernet δίνεται σε πολλά σχήματα και μορφές. Ένα LAN Ethernet μπορεί να έχει μια τοπολογία διαύλου ή μια τοπολογία αστέρα. Ένα LAN Ethernet μπορεί να λειτουργεί επάνω σε ομοαξονικό καλώδιο, σε χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους, ή επάνω σε οπτικές ίνες. Ακόμη, το Ethernet μπορεί να εκπέμπει δεδομένα σε διαφορετικούς ρυθμούς , συγκεκριμένα, σε ρυθμούς 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps ή ακόμη και 10 Gbps. Αλλά αν και το Ethernet παρέχεται σε διαφορετικές παραλλαγές, όλες οι τεχνολογίες Ethernet έχουν μερικά κοινά σημαντικά χαρακτηριστικά. Ποια είναι αυτά τα κοινά χαρακτηριστικά; Τι συνδέει αυτές τις τεχνολογίες ώστε να μοιράζονται το ίδιο όνομα; Πρώτα και κύρια είναι η δομή πλαισίου του Ethernet. Όλες οι τεχνολογίες Ethernet - είτε χρησιμοποιούν ομοαξονικό καλώδιο, είτε χρησιμοποιούν σύρμα χαλκού, είτε λειτουργούν στα 10 Mbps, 100 Mbps ή 1 Gbps – χρησιμοποιούν την ίδια δομή πλαισίου. Όταν κατανοήσουμε το πλαίσιο Ethernet, θα ξέρουμε ήδη πολλά για το Ethernet. Για να βάλουμε τη συζήτησή μας για το πλαίσιο Ethernet σε ένα απτό περιβάλλον, ας μελετήσουμε την αποστολή ενός δεδομενογράμματος IP από έναν υπολογιστή υπηρεσίας σε έναν άλλον, με τους δύο υπολογιστές υπηρεσίας να διαμοιράζονται το ίδιο LAN Ethernet (Σημειώνουμε όμως ότι το Ethernet μπορεί να μεταφέρει επίσης και άλλα πακέτα επιπέδου δικτύου). Ας υποθέσουμε ότι ο προσαρμογέας αποστολής είναι ο Α και έχει φυσική διεύθυνση ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ και ο προσαρμογέας λήψης είναι ο Β και έχει φυσική διεύθυνση ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ. Ο προσαρμογέας αποστολής ενθυλακώνει το δεδομενόγραμμα IP μέσα σε ένα πλαίσιο Ethernet και περνά το πλαίσιο στο φυσικό επίπεδο. Ο προσαρμογέας λήψης δέχεται το πλαίσιο από το φυσικό επίπεδο, εξάγει το δεδομενόγραμμα IP και περνά το δεδομενόγραμμα IP στο επίπεδο δικτύου. Σε αυτό το περιβάλλον ας εξετάσουμε τα έξι πεδία του πλαισίου Ethernet: •
Πεδίο δεδομένων ( 46 έως 1500 bytes). Αυτό το πεδίο μεταφέρει το δεδομενόγραμμα IP. Η μέγιστη μονάδα μεταφοράς (maximum transfer unit, MTU) του Ethernet είναι 1500 bytes. Αυτό σημαίνει ότι αν το δεδομενόγραμμα IP υπερβεί τα 1500 bytes, τότε ο υπολογιστής υπηρεσίας πρέπει να κατακερματίσει το δεδομενόγραμμα . Το ελάχιστο μέγεθος του πεδίου δεδομένων είναι 46 bytes. Αυτό σημαίνει ότι εάν το δεδομενόγραμμα IP είναι μικρότερο των 46 bytes, τότε το πεδίο δεδομένων “γεμίζεται” (stuffing) ώστε να φτάσει στα 46 bytes. Όταν χρησιμοποιείται γέμιση, τα δεδομένα που περνούν στο επίπεδο δικτύου περιέχουν τη γέμιση, όπως και ένα δεδομενόγραμμα IP. Το επίπεδο δικτύου χρησιμοποιεί το πεδίο μήκους στην κεφαλίδα δεδομενογράμματος IP για την αφαίρεση της γέμισης.
•
• •
•
•
Διεύθυνση προορισμού ( 6 bytes ). Αυτό το πεδίο περιέχει τη διεύθυνση LAN του προσαρμογέα προορισμού, δηλαδή την ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ. Όταν ο προσαρμογέας Β δεχθεί ένα πλαίσιο Ethernet με μια διεύθυνση προορισμού διαφορετική από τη δική του φυσική διεύθυνση, ΒΒ-ΒΒΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ ή τη διεύθυνση εκπομπής LAN, απορρίπτει το πλαίσιο. Αλλιώς, περνά τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων στο επίπεδο δικτύου. Διεύθυνση προέλευσης ( 6 bytes ). Αυτό το πεδίο περιέχει τη διεύθυνση LAN του προσαρμογέα που εκπέμπει το πλαίσιο επάνω στο LAN, δηλαδή την ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ. Πεδίο τύπου ( 2 bytes ). Το πεδίο τύπου επιτρέπεται στο Ethernet να κάνει “πολύπλεξη” πρωτοκόλλων επιπέδου δικτύου. Για να κατανοήσετε αυτήν την ιδέα, πρέπει να έχετε υπόψη σας ότι οι υπολογιστές υπηρεσίας μπορούν να χρησιμοποιούν άλλα πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου εκτός IP. Στην πραγματικότητα, ένας δεδομένος υπολογιστής υπηρεσίας μπορεί να υποστηρίζει πολλαπλά πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου, χρησιμοποιώντας διαφορετικά πρωτόκολλα για διαφορετικές εφαρμογές. Για αυτό τον λόγο, όταν το πλαίσιο Ethernet φτάνει στον προσαρμογέα Β πρέπει να γνωρίζει σε ποιο πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου πρέπει να περάσει (δηλαδή, να αποπολυπλέξει) τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων. Το IP και άλλα πρωτόκολλα επιπέδου ζεύξης δεδομένων (για παράδειγμα, Novell IPX ή AppleTalk) έχουν το καθένα τον δικό του, πρότυπο αριθμό τύπου. Ακόμη το πρωτόκολλο ARP έχει το δικό του αριθμό τύπου. Σημειώστε ότι το πεδίο τύπου είναι ανάλογο με το πεδίο πρωτοκόλλου στο δεδομενόγραμμα επιπέδου δικτύου και τα πεδία αριθμού θύρας στο τμήμα επιπέδου μεταφοράς. Όλα αυτά τα πεδία εξυπηρετούν στη συσχέτιση ενός πρωτοκόλλου σε ένα επίπεδο με ένα πρωτόκολλο στο επίπεδο που βρίσκεται από επάνω του. Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού (CRC) ( 4 bytes ). Ο σκοπός του πεδίου CRC είναι να επιτρέπει στον προσαρμογέα λήψης Β, να ανιχνεύει αν έχουν εισαχθεί σφάλματα μέσα στο πλαίσιο, δηλαδή αν τα bits μέσα στο πλαίσιο έχουν αλλαχθεί. Λόγοι σφαλμάτων bits περιλαμβάνουν εξασθένιση στην ένταση σήματος και ηλεκτρομαγνητική ενέργεια περιβάλλοντος, που ρέει μέσα στα καλώδια Ethernet και στις κάρτες διασύνδεσης. Η ανίχνευση σφαλμάτων γίνεται ως εξής. Όταν ο υπολογιστής υπηρεσίας Α δημιουργεί το πλαίσιο Α , υπολογίζει ένα πεδίο CRC, το οποίο λαμβάνεται από μια αντιστοίχηση των άλλων bits μέσα στο πλαίσιο (εκτός των bits προοιμίου). Όταν ο υπολογιστής υπηρεσίας Β δέχεται το πλαίσιο, εφαρμόζει την ίδια αντιστοίχηση στο πλαίσιο και ελέγχει για να δει αν το αποτέλεσμα της αντιστοίχησης ισούται με αυτό που βρίσκεται μέσα στο πεδίο CRC. Αυτή η λειτουργία στον υπολογιστή υπηρεσίας καλείται έλεγχος CRC. Αν ο έλεγχος CRC αποτύχει (δηλαδή, αν το αποτέλεσμα της αντιστοίχησης δεν ισούται με τα περιεχόμενα του πεδίου CRC), τότε ο υπολογιστής υπηρεσίας Β γνωρίζει ότι υπάρχει ένα σφάλμα μέσα στο πλαίσιο. Προοίμιο (8 bytes). Το πλαίσιο Ethernet αρχίζει με ένα πεδίο προοιμίου 8 bytes. Καθένα από τα επτά πρώτα bytes του προοιμίου έχει μια τιμή 10101010. Το τελευταίο byte είναι 10101011. Τα πρώτα επτά bytes του προοιμίου εξυπηρετούν για να αφυπνίσουν τους προσαρμοστές λήψης για να συγχρονίσουν τα ρολόγια τους με το ρολόι του αποστολέα. Γιατί θα μπορούσαν τα ρολόγια να μην είναι συγχρονισμένα; Να έχετε υπόψη σας ότι ο προσαρμοστής Α στοχεύει στο να μεταδίδει το πλαίσιο στα 10 Mbps, 100 Mbps ή 1 Gbps, ανάλογα με τον τύπο του LAN Ethernet. Αλλά όμως, επειδή τίποτε δεν είναι απολύτως τέλειο, ο προσαρμογέας Α δεν θα μεταδίδει το πλαίσιο με τον ίδιο ακριβός ρυθμό στόχου. Θα υπάρχει πάντα κάποιο διολίσθηση από τον ρυθμό στόχου, μια διολίσθηση που δεν είναι γνωστή εκ των προτέρων από τους άλλους προσαρμογείς του LAN. Ένας δέκτης λήψης μπορεί να κλειδώσει στο ρολόι του προσαρμογέα Α κλειδώνοντας απλώς στα bits των πρώτων επτά bytes του προοιμίου. Τα δύο τελευταία bits του όγδοου byte του προοιμίου (τα πρώτα δύο συνεχόμενα 1) προειδοποιούν τον προσαρμογέα Β ότι πρόκειται να έρθει “σημαντικό υλικό”. Όταν ο υπολογιστής υπηρεσίας Β δει τα δύο συνεχόμενα 1, τότε γνωρίζει ότι τα έξι επόμενα byte είναι η διεύθυνση προορισμού. Ένας προσαρμογέας μπορεί να καταλάβει πότε τελειώνει ένα πλαίσιο, με την απλή ανίχνευση της απουσίας ρεύματος.
CSMA/CD: Πρωτόκολλο Πολλαπλής Πρόσβασης Ethernet Οι κόμβοι σε ένα LAN Ethernet αλληλοσυνδέονται με ένα κανάλι εκπομπής, έτσι ώστε όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο, όλοι οι προσαρμογείς στο LAN δέχονται το πλαίσιο. Το Ethernet χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο CSMA/CD, το οποίο εκτελεί κάθε προσαρμογέας χωρίς εμφανή συντονισμό με άλλους προσαρμογείς στο Ethernet. Μέσα σε ένα συγκεκριμένο προσαρμογέα το πρωτόκολλο CSMA/CD εργάζεται ως εξής: 1. Ο προσαρμογέας λαμβάνει ένα PDU επιπέδου δικτύου από τον πατρικό του κόμβου, προετοιμάζει ένα πλαίσιο Ethernet και τοποθετεί το πλαίσιο μέσα σε έναν ενταμιευτή προσαρμογέα. 2. Αν αντιθέτως αισθανθεί ότι το κανάλι είναι αδρανές (δηλαδή δεν υπάρχει ενέργεια σήματος που εισέρχεται από το κανάλι στον προσαρμογέα), αρχίζει να εκπέμπει το πλαίσιο. Αν ο προσαρμογέας αισθανθεί ότι το κανάλι είναι απασχολημένο, τότε περιμένει μέχρι να αισθανθεί ότι δεν υπάρχει ενέργεια σήματος και μετά αρχίζει να εκπέμπει το πλαίσιο. 3. Καθώς εκπέμπει, ο προσαρμογέας ελέγχει για την παρουσία ενέργειας σήματος, που να προέρχεται από άλλους προσαρμογείς. Αν ο προσαρμογέας εκπέμψει όλο το πλαίσιο χωρίς να ανιχνεύσει ενέργεια σήματος από άλλους προσαρμογείς, τότε έχει τελειώσει με το πλαίσιο. 4. Αν ο προσαρμογέας ανιχνεύσει ενέργεια σήματος από άλλους προσαρμογείς καθώς εκπέμπει, τότε σταματά την εκπομπή του πλαισίου του και αντί αυτού μεταδίδει ένα σήμα συμφόρησης 48-bit. 5. Αφού απορρίψει (δηλαδή, εκπέμψει το σήμα συμφόρησης), ο προσαρμογέας εισέρχεται σε μια φάση εκθετικής υποχώρησης. Συγκεκριμένα, όταν εκπέμπει ένα δεδομένο πλαίσιο, αφού αισθανθεί την n διαδοχική σύγκρουση για αυτό το πλαίσιο, ο προσαρμογέας επιλέγει μια τυχαία τιμή Κ από την περιοχή τιμών {0,1,2,…,2^( m-1)}, όπου m:min (n,10). Κατόπιν ο προσαρμογέας περιμένει Κ*512 bit φορές και μετά επιστρέφει στο βήμα 2.
Τεχνολογίες Ethernet Οι πιο συνηθισμένες τεχνολογίες Ethernet σήμερα είναι οι 10Base2, η οποία χρησιμοποιεί ισχνό ομοαξονικό καλώδιο σε μια τοπολογία διαύλου και έχει ρυθμό μετάδοσης 10 Mbps, 10BaseT, η οποία χρησιμοποιεί χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους και έχει ρυθμό μετάδοσης 10 Mbps, 100 BaseT, η οποία τυπικά χρησιμοποιεί χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους σε τοπολογία αστέρα και έχει ρυθμό μετάδοσης 100 Mbps και Gigabit Ethernet, η οποία χρησιμοποιεί καλώδιο οπτικής ίνας και χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους και εκπέμπει με ρυθμό 1 Gbps. Αυτές οι
τεχνολογίες Ethernet βασίζονται στα πρότυπα IEEE 802.3 και για αυτό το λόγο, ένα LAN Ethernet συχνά αναφέρεται ως LAN 802.3.
10Base2 Ethernet Τη δεκαετία του 90, η 10Base2 ήταν μια δημοφιλής τεχνολογία Ethernet. Σήμερα είναι μια κληροδοτημένη τεχνολογία. Το 10 στο 10Base2 σημαίνει “10 Mbps”, το 2 σημαίνει “200 μέτρα”, που είναι κατά προσέγγιση η μέγιστη απόσταση ανάμεσα σε δύο κόμβους χωρίς επαναληπτές μεταξύ τους. Η 10Base2 χρησιμοποιεί τοπολογία διαύλου. Αυτό σημαίνει ότι οι κόμβοι συνδέονται (μέσω των προσαρμογέων τους) με γραμμικό τρόπο. Το φυσικό μέσο που χρησιμοποιείται για σύνδεση των κόμβων είναι λεπτό ομοαξονικό καλώδιο, το οποίο είναι παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στην καλωδιακή τηλεόραση αλλά λεπτότερο και ελαφρύτερο. Όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο, το πλαίσιο περνά μέσω ενός “συνδέσμου Τ”. Δύο αντίγραφα του πλαισίου φεύγουν από τον σύνδεσμο Τ, όπου το ένα πηγαίνει προς τη μια κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Καθώς τα πλαίσια ταξιδεύουν προς τους τερματιστές, αφήνουν ένα αντίγραφο σε κάθε κόμβο από τον οποίο περνούν. Όταν το πλαίσιο φτάσει τελικά σε ένα τερματιστή , απορροφάται από τον τερματιστή. Επιπλέον πρέπει να σημειώσουμε ότι όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο, το πλαίσιο λαμβάνεται από κάθε άλλο προσαρμογέα επάνω στο Ethernet. Έτσι η 10Base2 είναι πράγματι μια τεχνολογία εκπομπής.
10BaseT και 100BaseT
Οι 10BaseT και 100BaseT είναι οι δημοφιλέστερες τεχνολογίες Ethernet σήμερα. Συζητούμε τα 10BaseT και 100BaseT Ethernet μαζί, επειδή είναι παρόμοια. Η σημαντικότερη διαφορά ανάμεσά τους είναι ότι το 10BaseT εκπέμπει στα 10 Mbps ενώ το 100BaseT εκπέμπει στα 100 Mbps. Το 100BaseT καλείται συνήθως “ταχύ Ethernet” (fast Ethernet) και “100 Mbps Ethernet ”. Και τα δύο χρησιμοποιούν μια τοπολογία αστέρα. Στην τοπολογία αστέρα υπάρχει μια κεντρική συσκευή που καλείται συγκεντρωτής (hub). Κάθε προσαρμογέας σε κάθε κόμβο έχει μια άμεση, σημείου προς σημείο σύνδεση με τον συγκεντρωτή. Αυτή η σύνδεση αποτελείται από δύο ζεύγη χάλκινου καλωδίου συνεστραμμένου ζεύγους, ένα για την εκπομπή και ένα για τη λήψη. Στο άκρο της σύνδεσης υπάρχει ένας σύνδεσμος RJ-45, ο οποίος μοιάζει με το σύνδεσμο RJ-11, που χρησιμοποιείται για κανονικά τηλέφωνα. Το “Τ” στα 10BaseT και 100BaseT σημαίνει “twisted pair” (συνεστραμμένο ζεύγος). Για τα 10BaseT και 100BaseT, το μέγιστο μήκος σύνδεσης ανάμεσα σε έναν προσαρμογέα και στον συγκεντρωτή είναι 100 μέτρα. Το μέγιστο μήκος ανάμεσα σε δύο κόμβους είναι λοιπόν 200 μέτρα. Αυτή η απόσταση μπορεί να αυξηθεί χρησιμοποιώντας βαθμίδες συγκεντρωτών, γεφυρών, μεταγωγέων και ινοοπτικών ζεύξεων. Στην ουσία ένας προσαρμογέας είναι ένας επαναλήπτης: όταν δέχεται ένα bit από έναν προσαρμογέα, το στέλνει σε όλους τους άλλους προσαρμογείς. Με αυτόν τον τρόπο κάθε προσαρμογέας μπορεί (1) να κάνει επαίσθηση καναλιού για να καθορίσει αν το κανάλι είναι αδρανές και (2) να ανιχνεύσει μια σύγκρουση, καθώς εκπέμπει. Αλλά οι συγκεντρωτές είναι δημοφιλείς επειδή παρέχουν επίσης χαρακτηριστικά διαχείρισης δικτύου. Για παράδειγμα, αν ένας προσαρμογέας δυσλειτουργεί και στέλνει συνεχώς πλαίσια Ethernet, τότε ένα 10Base2 Ethernet θα σταματήσει να λειτουργεί. Κανένας από τους κόμβους δεν θα μπορεί να επικοινωνήσει. Αντίθετα, ένα δίκτυο 10BaseT θα συνεχίσει να λειτουργεί, επειδή ο συγκεντρωτής θα ανιχνεύσει το πρόβλημα και θα αποσυνδέσει εσωτερικά τον προσαρμογέα που δυσλειτουργεί. Σε αντίθεση με τα 10Base2 και 10BaseT, το 100BaseT δεν χρησιμοποιεί κωδικοποίηση Manchester, αλλά αντί αυτής χρησιμοποιεί μια πιο αποδοτική κωδικοποίηση που καλείται 4B5B: κάθε ομάδα πέντε περιόδων ρολογιού χρησιμοποιείται για να στέλνει τέσσερα bit, ώστε να παρέχει αρκετές εναλλαγές και να επιτρέπει συγχρονισμό ρολογιού. Επίσης πρέπει να αναφέρουμε σε αυτό το σημείο ότι οι τεχνολογίες 10 Mbps και 100 Mbps Ethernet μπορούν να χρησιμοποιούν ινοοπτικές ζεύξεις. Μια ινοοπτική ζεύξη χρησιμοποιείται συχνά για να αλληλοσυνδέει συγκεντρωτές, οι οποίοι βρίσκονται σε διαφορετικά κτίρια μέσα στο ίδιο συγκρότημα κτηρίων. Η ίνα είναι ακριβή, λόγο του κόστους των συνδέσμων της, αλλά έχει εξαιρετική ανοχή στον θόρυβο. Τα πρότυπα IEEE 802 επιτρέπουν σε ένα LAN να έχει μεγαλύτερη γεωγραφική εμβέλεια, όταν χρησιμοποιείται ίνα για σύνδεση κόμβων δικτυακού κορμού.
Τοπολογία αστέρα για 10BaseT και 100BaseT
Gigabit Ethernet και 10 Gbps Ethernet Το Gigabit Ethernet είναι μια επέκταση των ακρώς επιτυχημένων προτύπων 10 Mbps και 100 Mbps. Το Gigabit Ethernet παρέχει ρυθμό δεδομένων 1000 Mbps και είναι πλήρως συμβατό με την τεράστια εγκατεστημένη βάση εξοπλισμού Ethernet. Το πρότυπο για το Gigabit Ethernet, που αναφέρεται ως IEEE 802.3z κάνει τα εξής: • •
•
Χρησιμοποιεί την πρότυπη μορφή πλαισίου Ethernet και είναι καθοδικά συμβατό με τις τεχνολογίες 10BaseT και 100BaseT. Αυτό επιτρέπει την ενσωμάτωση του Gigabit Ethernet στην υπάρχουσα εγκατεστημένη βάση εξοπλισμού Ethernet. Επιτρέπει ζεύξεις σημείου προς σημείο, καθώς και κανάλια εκπομπής κοινής χρήσης. Οι ζεύξεις σημείου προς σημείο χρησιμοποιούν μεταγωγείς, ενώ τα κανάλια εκπομπής χρησιμοποιούν συγκεντρωτές, όπως περιγράψαμε παραπάνω για τα 10BaseT και 100BaseT. Στην ορολογία του Gigabit Ethernet, οι συγκεντρωτές καλούνται “ενταμιευμένοι κατανεμητές” (buffered distributors). Χρησιμοποιεί CSMA/CD για κανάλια εκπομπής κοινής χρήσης. Για να έχουμε αποδεκτή απόδοση, η μέγιστη απόσταση ανάμεσα σε κόμβους πρέπει να περιορίζεται πολύ.
•
Επιτρέπει αμφίδρομη λειτουργία στα 1000 Mbps και προς τις δύο κατευθύνσεις για κανάλια σημείου προς σημείο.
Σαν τα 10BaseT και 100BaseT, το Gigabit Ethernet έχει μια τοπολογία αστέρα με ένα συγκεντρωτή ή ένα μεταγωγέα στο κέντρο του. Το Gigabit Ethernet συχνά χρησιμοποιείται σαν δικτυακός κορμός για διασύνδεση πολλαπλών LAN Ethernet 10 Mbps και 100 Mbps.
Πρότυπα IEEE 802.3 Είναι μια συλλογή IEEE προτύπων που καθορίζουν το φυσικό στρώμα (physical layer), και το υπόστρωμα ελέγχου προσπέλασης μέσων (MAC – Media Access Control). Αυτή είναι γενικά μια τεχνολογία τοπικού δικτύου LAN, με μερικές WLAN (Ασύρματο τοπικό δίκτυο) εφαρμογές. Οι φυσικές συνδέσεις γίνονται μεταξύ των κόμβων ή/και των συσκευών υποδομής (πλήμνες, διακόπτες, δρομολογητές) από τους διάφορους τύπους καλωδίων χαλκού ή ινών. Η 802.3 είναι μια τεχνολογία που μπορεί να υποστηρίξει την IEEE 802.1 δικτυακή αρχιτεκτονική. Το μέγιστο μέγεθος πακέτων είναι 1518 bytes (χωρίς το προοίμιο), αν και για να επιτρέψει την ετικέτα q (Q-tag) για το εικονικό τοπικό δίκτυο LAN και τα στοιχεία προτεραιότητας σε 802.3ac, επεκτείνεται σε 1522 bytes. Εάν το ανώτερο πρωτόκολλο στρώματος υποβάλει μια μονάδα στοιχείων πρωτοκόλλου (PDU) λιγότερο από 64 bytes, το 802.3 θα γεμίσει το πεδίο δεδομένων για να επιτύχει το ελάχιστο όριο των 64 bytes. Το ελάχιστο μέγεθος πλαισίων συνεπώς πάντα θα είναι 64 bytes. Αν και δεν είναι τεχνικά σωστό, το πακέτο και το πλαίσιο χρησιμοποιούνται συχνά ως όροι εναλλακτικά. Τα πρότυπα ISO/IEC 8802-3 και ANSI/IEEE 802.3 αναφέρονται στα πλαίσια υποστρωμάτων της MAC που αποτελούνται από τη διεύθυνση προορισμού, τη διεύθυνση προέλευσης, το μήκος/τον τύπο, το ωφέλιμο φορτίο στοιχείων, και τα πεδία ακολουθίας ελέγχου πλαισίων (FCS). Ο οριοθέτης πλαισίων προλόγου και έναρξης (SFD) από κοινού θεωρείται επιγραφή στο πλαίσιο της MAC. Αυτή η επιγραφή και το πλαίσιο της MAC αποτελούν ένα πακέτο. Το αρχικό Ethernet καλείται “πειραματικό Ethernet” σήμερα. Αναπτύχθηκε από Robert Metcalfe το 1972 (κατοχυρωμένος με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1978) και βασίστηκε εν μέρει στο ασύρματο πρωτόκολλο ALOHAnet. Δεν είναι σε λειτουργία κάπου, αλλά είναι πιθανά το μόνο Ethernet από μερικούς “καθαρολόγους”. Το πρώτο Ethernet, που χρησιμοποιήθηκε έξω από την Xerox ήταν το DIX Ethernet. Εντούτοις, όπως το DIX Ethernet προήλθε από το πειραματικό Ethernet, και δεδομένου ότι πολλά πρότυπα έχουν αναπτυχθεί που είναι βασισμένα στο DIX Ethernet, η τεχνική κοινότητα έχει δεχτεί τον όρο Ethernet για όλα τους.
<<<<<<<<<<<<<<< ΤΕΛΟΣ ΚΕΙΜΕΝΟΥ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ >>>>>>>>>>>>>>>
Λέξεις – Έννοιες κλειδιά
• Ethernet •
Πλαίσιο Ethernet
•
“ Πειραματικό Ethernet ”
• 10Base2 • 10BaseT - 100BaseT • Πεδίο δεδομένων • Διεύθυνση προορισμού • Διεύθυνση προέλευσης • Πεδίο τύπου • (CRC) Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού • Προοίμιο • Gigabit Ethernet • 10 Gbps Ethernet • Πρωτόκολλο CSMA/CD • Πρότυπα ΙΕΕΕ 802.3 • Τερματιστής
•
Σύνδεσμος “ Τ ”
•
Συγκεντρωτής (hub)
•
Σύνδεσμος RJ – 45
•
“ Ταχύ Ethernet ” (fast Ethernet)
• Ομοαξονικό καλώδιο
• Οπτικές ίνες
•
Χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους
•
Κάρτα δικτύου Ethernet
• Yπόστρωμα ελέγχου προσπέλασης μέσων (MAC – Media Access Control) • Mονάδα στοιχείων πρωτοκόλλου (PDU)
Δραστηριότητες Οι δραστηριότητες που ακολουθούν χωρίζονται σε 4ης κατηγορίες:
1η κατηγορία: Ερωτήσεις Βασισμένες στο κείμενο Από τις ακόλουθες ερωτήσεις κατανόησης πάνω στο κείμενο επιλέξτε την σωστή απάντηση. 1. Ένα LAN Ethernet μπορεί να λειτουργεί επάνω σε: α) β) γ) δ)
Χάλκινο καλώδιο Ομοαξονικό καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους Οπτικές ίνες Όλες οι ανωτέρω απαντήσεις είναι σωστές
2. Ένα δίκτυο Ethernet μπορεί να εκπέμπει δεδομένα με ρυθμό: α) β) γ) δ)
Μόνον 1 Gbps Τουλάχιστον 100 Mbps Όχι μεγαλύτερο των 10 Mbps Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή
3. Αν το δεδομενόγραμμα IP σε ένα δίκτυο Ethernet υπερβεί τα 1500 bytes τότε: α) β) γ) δ)
Αλλάζει η διεύθυνση προορισμού. Ο υπολογιστής υπηρεσίας πρέπει να κατακερματίσει το δεδομενόγραμμα Δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. Το δεδομενόγραμμα μεταδίδεται κανονικά. Το δεδομενόγραμμα δεν μεταδίδεται καθόλου.
4. Όταν ο προσαρμογέας προορισμού δεχθεί ένα πλαίσιο Ethernet με μια διεύθυνση προορισμού διαφορετική από τη δική του φυσική διεύθυνση: α) β) γ) δ)
Περνά τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων στο επίπεδο δικτύου Αλλάζει την διεύθυνση προορισμού στο πλαίσιο και το επαναμεταδίδει Ελέγχει ξανά τη διεύθυνση προορισμού του πλαισίου Απορρίπτει το πλαίσιο
5. Σκοπός του πεδίου CRC στο πλαίσιο Ethernet είναι ο εξής: α) Να περιέχει τη διεύθυνση LAN του προσαρμογέα προορισμού β) Να απορρίπτει το πλαίσιο όταν απαιτείται γ) Να επιτρέπει στον προσαρμογέα λήψης να ανιχνεύει αν έχουν εισαχθεί σφάλματα μέσα στο πλαίσιο δ) Να προειδοποιεί τον προσαρμογέα προορισμού ότι πρόκειται να έρθει κάποιο πλαίσιο 6. Το πρωτόκολλο CSMA/CD: α) Εκτελείται ταυτόχρονα σε όλους τους προσαρμογείς του Ethernet β) Ο κάθε προσαρμογέας το εκτελεί χωρίς εμφανή συντονισμό με άλλους προσαρμογείς στο Ethernet
γ) Δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί από το Ethernet δίκτυο δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή 7. Σύμφωνα με το πρωτόκολλο CSMA/CD, αν ο προσαρμογέας αισθανθεί ότι το κανάλι είναι απασχολημένο τότε : α) Περιμένει μέχρι να αισθανθεί ότι δεν υπάρχει ενέργεια σήματος και μετά αρχίζει να εκπέμπει το πλαίσιο β) Σταματάει κάθε προηγούμενη εργασία που μπορεί να πραγματοποιείται ώστε να αδειάσει το κανάλι και αμέσως αρχίζει εκπέμπει το πλαίσιο χωρίς καμία καθυστέρηση γ) Δεν εκπέμπει καθόλου το πλαίσιο δ) Το μεταδίδει παρόλο που το κανάλι είναι απασχολημένο 8. Το 10Base2 τι αντιπροσωπεύει; α) β) γ) δ)
Τύπο ομοαξονικού καλωδίου Το πρότυπο IEEE 802.3 Τεχνολογία δικτύου Ethernet Όλες οι ανωτέρω απαντήσεις είναι σωστές
9. Η 10Base2 χρησιμοποιεί: α) Τοπολογία αστέρα β) Τοπολογία διαύλου γ) Τοπολογία δακτυλίου δ) Όλες τις ανωτέρω τοπολογίες συνδυασμένες μαζί 10.
Στην τεχνολογία 10Base2 όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο: α) Το πλαίσιο λαμβάνεται από κάθε άλλο προσαρμογέα επάνω στο Ethernet β) Το πλαίσιο λαμβάνεται μόνο από τον προσαρμογέα προορισμού γ) Το πλαίσιο λαμβάνεται από όλους του προσαρμογείς που βρίσκονται είτε δεξιά είτε αριστερά από τον σύνδεσμό “ Τ ” του αποστολέα, ανάλογα με την περίσταση δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή
11.
Το 100BaseT εκπέμπει στα: α) 10 Mbps β) 1000 Mbps γ) 100 Mbps δ) 50 Mbps
12. Για τα 10BaseT και 100BaseT, το μέγιστο μήκος σύνδεσης ανάμεσα σε έναν προσαρμογέα και στον συγκεντρωτή είναι: α) β) γ) δ)
10 μέτρα 50 μέτρα 1000 μέτρα 100 μέτρα
13.
Το 100BaseT χρησιμοποιεί κωδικοποίηση: α) β) γ) δ)
14.
IEEE 802 Manchester 4B5B Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή Το Gigabit Ethernet
α) β) γ) δ)
Είναι συμβατό με τις τεχνολογίες 10BaseT και 100BaseT Είναι συμβατό μόνο με την τεχνολογία 10BaseT Είναι συμβατό μόνο με την τεχνολογία 100aseT Δεν είναι συμβατό με καμία από τις ανωτέρω τεχνολογίες
15. Τι είναι το IEEE; α) Μια τεχνολογία δικτύου Ethernet β) Μια συλλογή προτύπων που καθορίζουν το φυσικό στρώμα, και το υπόστρωμα ελέγχου προσπέλασης μέσων γ) Τρόπος σύνδεσης των κόμβων ενός δικτύου LAN δ) Το φυσικό μέσω σύνδεσης στην τεχνολογία 10BaseT 16.
Σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.3 ποιο είναι το μέγιστο μέγεθος ενός πακέτου; α) 2 bytes β) 768 bytes γ) 1500 bytes δ) 1518 bytes
17. Σύμφωνα με το ΙΕΕΕ 802.3 εάν το ανώτερο πρωτόκολλο στρώματος υποβάλει μια μονάδα στοιχείων πρωτοκόλλου (PDU) λιγότερο από 64 bytes τότε: α) θα γεμίσει το πεδίο δεδομένων για να επιτευχθεί το ελάχιστο όριο των 64 bytes β) Η μονάδα στοιχείων θα κατακερματιστεί γ) Η μονάδα στοιχείων δημιουργεί πρόβλημα στο δίκτυο με αποτέλεσμα αυτό να δυσλειτουργήσει δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή
Σωστές απαντήσεις 1ης κατηγορίας Ερωτήσεων
Ερώτηση
Σωστή Απάντηση
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
δ δ β δ γ β α γ β α γ δ γ α β δ α
2η κατηγορία: Ερωτήσεις Γεφυρώματος Συμπεράσματος (bridging - Inference): Στις ακόλουθες ερωτήσεις Γεφυρώματος – Συμπεράσματος επιλέξτε όπου υπάρχουν ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής τη σωστή απάντηση, ενώ όπου υπάρχουν κενά συμπληρώστε με τις κατάλληλες λέξεις ή το κατάλληλο κείμενο. 1. Από πόσα και ποια πεδία αποτελείται ένα πλαίσιο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. Ποιες είναι οι πιο συνηθισμένες τεχνολογίες Ethernet που χρησιμοποιούνται σήμερα; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. Σε ποιες τεχνολογίες Ethernet μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε οπτικές ίνες; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
4. Μπορεί και αν πώς να μεταδοθεί ένα δεδομενόγραμμα IP μεγέθους 1750 bytes σε ένα τοπικό δίκτυο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. Ποια είναι τα φυσικά μέσα με τα οποία μπορούμε να συνδέσουμε κόμβους σε ένα δίκτυο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 6. Σύνδεσε κατάλληλα τα παρακάτω στοιχεία ώστε να δημιουργήσεις ένα τοπικό δίκτυο Ethernet τεχνολογίας 100BaseT ώστε η απόσταση μεταξύ των υπολογιστών αν είναι η μέγιστη δυνατή.
7. Τι ρυθμό δεδομένων παρέχει το Gigabit Ethernet και ποια είναι ποια είναι η χρησιμότητά για τα δίκτυα LAN Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 8. Με πόσα επιπλέον bytes επιβαρύνεται το πλαίσιο Ethernet εκτός του δεδομενογράμματος IP προκειμένου να αποσταλεί σωστά στον προορισμό του; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 9. Αντιστοιχίστε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά με τις τεχνολογίες Ethernet:
Τεχνολογίες
Χαρακτηριστικά
α) 10Base2
1. 1000 Mbps
β) 100BaseT
2. Ομοαξονικό καλώδιο
γ) Gigabit Ethernet
3. Κωδικοποίηση 4B5B
Σωστές απαντήσεις 2ης κατηγορίας Ερωτήσεων Ερώτηση 1: Το πλαίσιο Ethernet αποτελείται από τα εξής 6 πεδία: α) Πεδίο δεδομένων β) Διεύθυνση προορισμού γ) Διεύθυνση προέλευσης δ) Πεδίο τύπου ε) Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού (CRC) ζ) Προοίμιο Ερώτηση 2: Οι πιο συνηθισμένες τεχνολογίες Ethernet που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι οι εξής: α) 10Base2 β) 10BaseT γ) 100BaseT δ) Gigabit Ethernet ε) 10 Gbps Ethernet Ερώτηση 3: Οπτικές ίνες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε στο Gigabit Ethernet και το 10 Gbps Ethernet Ερώτηση 4: Το δεδομενόγραμμα IP σε ένα δίκτυο Ethernet δεν μπορεί να υπερβεί τα 1500 bytes. Αυτό σημαίνει ότι εάν έχουμε ένα δεδομενόγραμμα IP μεγέθους 1750 bytes αυτό θα πρέπει να κατακερματιστεί σε δύο δεδομενογράμματα προτού αποσταλεί. Άρα θα έχουμε αποστολή 2 πλαισίων για το μέγεθος των 1750 bytes Ερώτηση 5:
Τα φυσικά μέσα με τα οποία μπορούμε να συνδέσουμε κόμβους σε ένα δίκτυο Ethernet είναι τα εξής: α) Ομοαξονικό καλώδιο β) Χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους γ) Καλώδιο οπτικής ίνας Ερώτηση 6: Το ακόλουθο σχήμα αποτελεί την απάντηση του ερωτήματος:
Επεξήγηση σχήματος: Γνωρίζουμε ότι η μέγιστη απόσταση μεταξύ προσαρμογέα και συγκεντρωτή στην τεχνολογία 100BaseT είναι 100 μέτρα. Άρα προκειμένου να αυξήσουμε την απόσταση 2 κόμβων, η οποία παρεμπίπτοντος είναι 200 μέτρα, πρέπει αν συνδέσουμε 2 συγκεντρωτές μεταξύ τους στους οποίους θα ανήκουν οι επιμέρους κόμβοι. Ερώτηση 7: Το Gigabit Ethernet παρέχει ρυθμό δεδομένων 1000 Mbps (1 Gbps) και συχνά χρησιμοποιείται σαν δικτυακός κορμός για διασύνδεση πολλαπλών LAN Ethernet 10 Mbps και 100 Mbps. Ερώτηση 8: Το πλαίσιο Ethernet εκτός του δεδομενογράμματος IP επιβαρύνεται με 26 bytes προκειμένου να αποσταλεί στον προορισμό του. Τα bytes αυτά είναι τα εξής: α) 6 bytes για την διεύθυνση προορισμού β) 6 bytes για την διεύθυνση προέλευσης γ) 2 bytes για το Πεδίο τύπου δ) 4 bytes για τον Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού ε) 8 bytes για το Προοίμιο Ερώτηση 9:
Η αντιστοιχία είναι η εξής: α) 2. β) 3. γ) 1.
3η κατηγορία: Αναλυτικές συμπερασματικές ερωτήσεις (Elaborative - Inference): 1. Ποια πλεονεκτήματα πιστεύεται ότι έχει η τεχνολογία Ethernet 100BaseT σε σχέση με την 10Base2; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. Αναφέρετε όσες τεχνολογίες δικτύου Ethernet γνωρίζετε. (Συμπεριλάβετε και τεχνολογίες εκτός του κειμένου): ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. Πώς λειτουργεί η κωδικοποίηση 4B5B που χρησιμοποιεί η τεχνολογία 100BaseT; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. Αναφέρετε όσους τρόπους σύνδεσης των στοιχείων που αποτελούν ένα δίκτυο Ethernet γνωρίζεται: ….......................................................................................................................................................... .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. ... 5. Γιατί είναι αναγκαία η χρήση του πρωτοκόλλου CSMA/CD σε ένα δίκτυο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
4η κατηγορία: Ερωτήσεις επίλυσης προβλήματος (Problem – Solving):
1. Έστω ότι θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα δίκτυο Ethernet με όσο το δυνατόν μικρότερο κόστος. Ποιο είναι το καταλληλότερο φυσικό μέσο και ποια η τεχνολογία που θα χρησιμοποιήσετε για τις συνδέσεις των στοιχείων του δικτύου; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. Σε περίπτωση που ένας προσαρμογέας δυσλειτουργήσει και στέλνει συνέχεια πλαίσια Ethernet ποια από τις τεχνολογίες 10Base2 και 10BaseT θα ήταν προτιμότερη και γιατί; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. Αν σε μια τεχνολογία 10BaseT θέλετε να επιτύχετε μια σύνδεση σε απόσταση υπολογιστήυπολογιστή πάνω από 200 μέτρα τι πρέπει να κάνετε; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. Στην τεχνολογία Ethernet 10Base2 όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο αυτό ακολουθεί της εξής πορεία: α) Δύο αντίγραφα του πλαισίου φεύγουν από τον σύνδεσμο Τ. Το ένα πηγαίνει προς τη μια κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Τα πλαίσια αφήνουν ένα αντίγραφο σε κάθε κόμβο από τον οποίο περνούν. Τα πλαίσια φθάνουν στους τερματιστές και απορροφόνται από αυτούς β) Ένα αντίγραφο του πλαισίου φεύγει από τον σύνδεσμο Τ. Το πλαίσιο αφήνει ένα αντίγραφο σε κάθε κόμβο από τον οποίο περνά.. Το πλαίσιο φθάνει στους τερματιστές και απορροφάτε από αυτούς γ) Δύο αντίγραφα του πλαισίου φεύγουν από τον σύνδεσμο Τ. Το ένα πηγαίνει προς τη μια κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Στέλνεται ένα αντίγραφο στον υπολογιστή προορισμού Τα πλαίσια φθάνουν στους τερματιστές και απορροφόνται από αυτούς δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή Βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε: •
Δίκτυα Επικοινωνιών – Ένα πρώτο μάθημα Jean Warland
•
Δικτύωση υπολογιστών James F. Kurose & Keith W. Ross
Περαιτέρω πηγές για μελέτη:
•
Ethernet Networks Gilbert & Held
•
Fast Ethernet Howard W.& Johnson
•
Δίκτυα Υπολογιστών Tanenbaum & Andrew S.
Ιστοσελίδες που μπορείτε να επισκεφθείτε με σχετικό υλικό: • • •
http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet http://www.webopedia.com/TERM/E/Ethernet.html http://www.britanica.net/EBchecked/topic/194001/Ethernet
Το Τοπικό Δίκτυο Ethernet Το Ethernet αναπτύχθηκε αρχικά στη Xerox PARC το 1973-1975 και σήμερα έχει καταλάβει σχεδόν πλήρως την αγορά των LAN. Πρόσφατα, στις δεκαετίες του 80 και του 90, το Ethernet αντιμετώπισε πολλές προκλήσεις από άλλες τεχνολογίες LAN, περιλαμβανομένων των δακτυλίων σκυτάλης, FDDI και ATM. Μερικές από αυτές τις τεχνολογίες απέτυχαν να κερδίσουν ένα μερίδιο της αγοράς για μερικά χρόνια. Αλλά μετά από την εφεύρεσή του, στα μέσα της δεκαετίας του 70, το Ethernet έχει συνεχίσει να αναπτύσσεται και να εξελίσσεται και έχει κρατήσει το μεγαλύτερο κομμάτι της αγοράς. Σήμερα, το Ethernet είναι η κυρίαρχη τεχνολογία LAN και προβλέπεται να παραμείνει έτσι για το προσεχές μέλλον. Κάποιος μπορεί να πει ότι το Ethernet έχει γίνει για τη δικτύωση τοπικής περιοχής, αυτό που έχει γίνει το διαδίκτυο για την παγκόσμια δικτύωση. Το σημερινό Ethernet δίνεται σε πολλά σχήματα και μορφές. Ένα LAN Ethernet μπορεί να έχει μια τοπολογία διαύλου ή μια τοπολογία αστέρα. Ένα LAN Ethernet μπορεί να λειτουργεί επάνω σε ομοαξονικό καλώδιο, σε χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους, ή επάνω σε οπτικές ίνες. Ακόμη, το Ethernet μπορεί να εκπέμπει δεδομένα σε διαφορετικούς ρυθμούς , συγκεκριμένα, σε ρυθμούς 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps ή ακόμη και 10 Gbps. Αλλά αν και το Ethernet παρέχεται σε διαφορετικές παραλλαγές, όλες οι τεχνολογίες Ethernet έχουν μερικά κοινά σημαντικά χαρακτηριστικά. Ποια είναι αυτά τα κοινά χαρακτηριστικά; Τι συνδέει αυτές τις τεχνολογίες ώστε να μοιράζονται το ίδιο όνομα; Πρώτα και κύρια είναι η δομή πλαισίου του Ethernet. Όλες οι τεχνολογίες Ethernet - είτε χρησιμοποιούν ομοαξονικό καλώδιο, είτε χρησιμοποιούν σύρμα χαλκού, είτε λειτουργούν στα 10 Mbps, 100 Mbps ή 1 Gbps – χρησιμοποιούν την ίδια δομή πλαισίου. Όταν κατανοήσουμε το πλαίσιο Ethernet, θα ξέρουμε ήδη πολλά για το Ethernet. Για να βάλουμε τη συζήτησή μας για το πλαίσιο Ethernet σε ένα απτό περιβάλλον, ας μελετήσουμε την αποστολή ενός δεδομενογράμματος IP από έναν υπολογιστή υπηρεσίας σε έναν άλλον, με τους δύο υπολογιστές υπηρεσίας να διαμοιράζονται το ίδιο LAN Ethernet (Σημειώνουμε όμως ότι το Ethernet μπορεί να μεταφέρει επίσης και άλλα πακέτα επιπέδου δικτύου). Ας υποθέσουμε ότι ο προσαρμογέας αποστολής είναι ο Α και έχει φυσική διεύθυνση ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ και ο προσαρμογέας λήψης είναι ο Β και έχει φυσική διεύθυνση ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ. Ο προσαρμογέας αποστολής ενθυλακώνει το δεδομενόγραμμα IP μέσα σε ένα πλαίσιο Ethernet και περνά το πλαίσιο στο φυσικό επίπεδο. Ο προσαρμογέας λήψης δέχεται το πλαίσιο από το φυσικό επίπεδο, εξάγει το δεδομενόγραμμα IP και περνά το δεδομενόγραμμα IP στο επίπεδο δικτύου. Σε αυτό το περιβάλλον ας εξετάσουμε τα έξι πεδία του πλαισίου Ethernet: •
Πεδίο δεδομένων ( 46 έως 1500 bytes). Αυτό το πεδίο μεταφέρει το δεδομενόγραμμα IP. Η μέγιστη μονάδα μεταφοράς (maximum transfer unit, MTU) του Ethernet είναι 1500 bytes. Αυτό σημαίνει ότι αν το δεδομενόγραμμα IP υπερβεί τα 1500 bytes, τότε ο υπολογιστής υπηρεσίας πρέπει να κατακερματίσει το δεδομενόγραμμα . Το ελάχιστο μέγεθος του πεδίου δεδομένων είναι 46 bytes. Αυτό σημαίνει ότι εάν το δεδομενόγραμμα IP είναι μικρότερο των 46 bytes, τότε το πεδίο δεδομένων “γεμίζεται” (stuffing) ώστε να φτάσει στα 46 bytes. Όταν χρησιμοποιείται γέμιση, τα δεδομένα που περνούν στο επίπεδο δικτύου περιέχουν τη γέμιση, όπως και ένα δεδομενόγραμμα IP. Το επίπεδο δικτύου χρησιμοποιεί το πεδίο μήκους στην κεφαλίδα δεδομενογράμματος IP για την αφαίρεση της γέμισης.
•
• •
•
•
Διεύθυνση προορισμού ( 6 bytes ). Αυτό το πεδίο περιέχει τη διεύθυνση LAN του προσαρμογέα προορισμού, δηλαδή την ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ. Όταν ο προσαρμογέας Β δεχθεί ένα πλαίσιο Ethernet με μια διεύθυνση προορισμού διαφορετική από τη δική του φυσική διεύθυνση, ΒΒ-ΒΒΒΒ-ΒΒ-ΒΒ-ΒΒ ή τη διεύθυνση εκπομπής LAN, απορρίπτει το πλαίσιο. Αλλιώς, περνά τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων στο επίπεδο δικτύου. Διεύθυνση προέλευσης ( 6 bytes ). Αυτό το πεδίο περιέχει τη διεύθυνση LAN του προσαρμογέα που εκπέμπει το πλαίσιο επάνω στο LAN, δηλαδή την ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ-ΑΑ. Πεδίο τύπου ( 2 bytes ). Το πεδίο τύπου επιτρέπεται στο Ethernet να κάνει “πολύπλεξη” πρωτοκόλλων επιπέδου δικτύου. Για να κατανοήσετε αυτήν την ιδέα, πρέπει να έχετε υπόψη σας ότι οι υπολογιστές υπηρεσίας μπορούν να χρησιμοποιούν άλλα πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου εκτός IP. Στην πραγματικότητα, ένας δεδομένος υπολογιστής υπηρεσίας μπορεί να υποστηρίζει πολλαπλά πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου, χρησιμοποιώντας διαφορετικά πρωτόκολλα για διαφορετικές εφαρμογές. Για αυτό τον λόγο, όταν το πλαίσιο Ethernet φτάνει στον προσαρμογέα Β πρέπει να γνωρίζει σε ποιο πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου πρέπει να περάσει (δηλαδή, να αποπολυπλέξει) τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων. Το IP και άλλα πρωτόκολλα επιπέδου ζεύξης δεδομένων (για παράδειγμα, Novell IPX ή AppleTalk) έχουν το καθένα τον δικό του, πρότυπο αριθμό τύπου. Ακόμη το πρωτόκολλο ARP έχει το δικό του αριθμό τύπου. Σημειώστε ότι το πεδίο τύπου είναι ανάλογο με το πεδίο πρωτοκόλλου στο δεδομενόγραμμα επιπέδου δικτύου και τα πεδία αριθμού θύρας στο τμήμα επιπέδου μεταφοράς. Όλα αυτά τα πεδία εξυπηρετούν στη συσχέτιση ενός πρωτοκόλλου σε ένα επίπεδο με ένα πρωτόκολλο στο επίπεδο που βρίσκεται από επάνω του. Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού (CRC) ( 4 bytes ). Ο σκοπός του πεδίου CRC είναι να επιτρέπει στον προσαρμογέα λήψης Β, να ανιχνεύει αν έχουν εισαχθεί σφάλματα μέσα στο πλαίσιο, δηλαδή αν τα bits μέσα στο πλαίσιο έχουν αλλαχθεί. Λόγοι σφαλμάτων bits περιλαμβάνουν εξασθένιση στην ένταση σήματος και ηλεκτρομαγνητική ενέργεια περιβάλλοντος, που ρέει μέσα στα καλώδια Ethernet και στις κάρτες διασύνδεσης. Η ανίχνευση σφαλμάτων γίνεται ως εξής. Όταν ο υπολογιστής υπηρεσίας Α δημιουργεί το πλαίσιο Α , υπολογίζει ένα πεδίο CRC, το οποίο λαμβάνεται από μια αντιστοίχηση των άλλων bits μέσα στο πλαίσιο (εκτός των bits προοιμίου). Όταν ο υπολογιστής υπηρεσίας Β δέχεται το πλαίσιο, εφαρμόζει την ίδια αντιστοίχηση στο πλαίσιο και ελέγχει για να δει αν το αποτέλεσμα της αντιστοίχησης ισούται με αυτό που βρίσκεται μέσα στο πεδίο CRC. Αυτή η λειτουργία στον υπολογιστή υπηρεσίας καλείται έλεγχος CRC. Αν ο έλεγχος CRC αποτύχει (δηλαδή, αν το αποτέλεσμα της αντιστοίχησης δεν ισούται με τα περιεχόμενα του πεδίου CRC), τότε ο υπολογιστής υπηρεσίας Β γνωρίζει ότι υπάρχει ένα σφάλμα μέσα στο πλαίσιο. Προοίμιο (8 bytes). Το πλαίσιο Ethernet αρχίζει με ένα πεδίο προοιμίου 8 bytes. Καθένα από τα επτά πρώτα bytes του προοιμίου έχει μια τιμή 10101010. Το τελευταίο byte είναι 10101011. Τα πρώτα επτά bytes του προοιμίου εξυπηρετούν για να αφυπνίσουν τους προσαρμοστές λήψης για να συγχρονίσουν τα ρολόγια τους με το ρολόι του αποστολέα. Γιατί θα μπορούσαν τα ρολόγια να μην είναι συγχρονισμένα; Να έχετε υπόψη σας ότι ο προσαρμοστής Α στοχεύει στο να μεταδίδει το πλαίσιο στα 10 Mbps, 100 Mbps ή 1 Gbps, ανάλογα με τον τύπο του LAN Ethernet. Αλλά όμως, επειδή τίποτε δεν είναι απολύτως τέλειο, ο προσαρμογέας Α δεν θα μεταδίδει το πλαίσιο με τον ίδιο ακριβός ρυθμό στόχου. Θα υπάρχει πάντα κάποιο διολίσθηση από τον ρυθμό στόχου, μια διολίσθηση που δεν είναι γνωστή εκ των προτέρων από τους άλλους προσαρμογείς του LAN. Ένας δέκτης λήψης μπορεί να κλειδώσει στο ρολόι του προσαρμογέα Α κλειδώνοντας απλώς στα bits των πρώτων επτά bytes του προοιμίου. Τα δύο τελευταία bits του όγδοου byte του προοιμίου (τα πρώτα δύο συνεχόμενα 1) προειδοποιούν τον προσαρμογέα Β ότι πρόκειται να έρθει “σημαντικό υλικό”. Όταν ο υπολογιστής υπηρεσίας Β δει τα δύο συνεχόμενα 1, τότε γνωρίζει ότι τα έξι επόμενα byte είναι η διεύθυνση προορισμού. Ένας προσαρμογέας μπορεί να καταλάβει πότε τελειώνει ένα πλαίσιο, με την απλή ανίχνευση της απουσίας ρεύματος.
CSMA/CD: Πρωτόκολλο Πολλαπλής Πρόσβασης Ethernet Οι κόμβοι σε ένα LAN Ethernet αλληλοσυνδέονται με ένα κανάλι εκπομπής, έτσι ώστε όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο, όλοι οι προσαρμογείς στο LAN δέχονται το πλαίσιο. Το Ethernet χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο CSMA/CD, το οποίο εκτελεί κάθε προσαρμογέας χωρίς εμφανή συντονισμό με άλλους προσαρμογείς στο Ethernet. Μέσα σε ένα συγκεκριμένο προσαρμογέα το πρωτόκολλο CSMA/CD εργάζεται ως εξής: 1. Ο προσαρμογέας λαμβάνει ένα PDU επιπέδου δικτύου από τον πατρικό του κόμβου, προετοιμάζει ένα πλαίσιο Ethernet και τοποθετεί το πλαίσιο μέσα σε έναν ενταμιευτή προσαρμογέα. 2. Αν αντιθέτως αισθανθεί ότι το κανάλι είναι αδρανές (δηλαδή δεν υπάρχει ενέργεια σήματος που εισέρχεται από το κανάλι στον προσαρμογέα), αρχίζει να εκπέμπει το πλαίσιο. Αν ο προσαρμογέας αισθανθεί ότι το κανάλι είναι απασχολημένο, τότε περιμένει μέχρι να αισθανθεί ότι δεν υπάρχει ενέργεια σήματος και μετά αρχίζει να εκπέμπει το πλαίσιο. 3. Καθώς εκπέμπει, ο προσαρμογέας ελέγχει για την παρουσία ενέργειας σήματος, που να προέρχεται από άλλους προσαρμογείς. Αν ο προσαρμογέας εκπέμψει όλο το πλαίσιο χωρίς να ανιχνεύσει ενέργεια σήματος από άλλους προσαρμογείς, τότε έχει τελειώσει με το πλαίσιο. 4. Αν ο προσαρμογέας ανιχνεύσει ενέργεια σήματος από άλλους προσαρμογείς καθώς εκπέμπει, τότε σταματά την εκπομπή του πλαισίου του και αντί αυτού μεταδίδει ένα σήμα συμφόρησης 48-bit. 5. Αφού απορρίψει (δηλαδή, εκπέμψει το σήμα συμφόρησης), ο προσαρμογέας εισέρχεται σε μια φάση εκθετικής υποχώρησης. Συγκεκριμένα, όταν εκπέμπει ένα δεδομένο πλαίσιο, αφού αισθανθεί την n διαδοχική σύγκρουση για αυτό το πλαίσιο, ο προσαρμογέας επιλέγει μια τυχαία τιμή Κ από την περιοχή τιμών {0,1,2,…,2^( m-1)}, όπου m:min (n,10). Κατόπιν ο προσαρμογέας περιμένει Κ*512 bit φορές και μετά επιστρέφει στο βήμα 2.
Τεχνολογίες Ethernet Οι πιο συνηθισμένες τεχνολογίες Ethernet σήμερα είναι οι 10Base2, η οποία χρησιμοποιεί ισχνό ομοαξονικό καλώδιο σε μια τοπολογία διαύλου και έχει ρυθμό μετάδοσης 10 Mbps, 10BaseT, η οποία χρησιμοποιεί χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους και έχει ρυθμό μετάδοσης 10 Mbps, 100 BaseT, η οποία τυπικά χρησιμοποιεί χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους σε τοπολογία αστέρα και έχει ρυθμό μετάδοσης 100 Mbps και Gigabit Ethernet, η οποία χρησιμοποιεί καλώδιο οπτικής ίνας και χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους και εκπέμπει με ρυθμό 1 Gbps. Αυτές οι
τεχνολογίες Ethernet βασίζονται στα πρότυπα IEEE 802.3 και για αυτό το λόγο, ένα LAN Ethernet συχνά αναφέρεται ως LAN 802.3.
10Base2 Ethernet Τη δεκαετία του 90, η 10Base2 ήταν μια δημοφιλής τεχνολογία Ethernet. Σήμερα είναι μια κληροδοτημένη τεχνολογία. Το 10 στο 10Base2 σημαίνει “10 Mbps”, το 2 σημαίνει “200 μέτρα”, που είναι κατά προσέγγιση η μέγιστη απόσταση ανάμεσα σε δύο κόμβους χωρίς επαναληπτές μεταξύ τους. Η 10Base2 χρησιμοποιεί τοπολογία διαύλου. Αυτό σημαίνει ότι οι κόμβοι συνδέονται (μέσω των προσαρμογέων τους) με γραμμικό τρόπο. Το φυσικό μέσο που χρησιμοποιείται για σύνδεση των κόμβων είναι λεπτό ομοαξονικό καλώδιο, το οποίο είναι παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στην καλωδιακή τηλεόραση αλλά λεπτότερο και ελαφρύτερο. Όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο, το πλαίσιο περνά μέσω ενός “συνδέσμου Τ”. Δύο αντίγραφα του πλαισίου φεύγουν από τον σύνδεσμο Τ, όπου το ένα πηγαίνει προς τη μια κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Καθώς τα πλαίσια ταξιδεύουν προς τους τερματιστές, αφήνουν ένα αντίγραφο σε κάθε κόμβο από τον οποίο περνούν. Όταν το πλαίσιο φτάσει τελικά σε ένα τερματιστή , απορροφάται από τον τερματιστή. Επιπλέον πρέπει να σημειώσουμε ότι όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο, το πλαίσιο λαμβάνεται από κάθε άλλο προσαρμογέα επάνω στο Ethernet. Έτσι η 10Base2 είναι πράγματι μια τεχνολογία εκπομπής.
10BaseT και 100BaseT
Οι 10BaseT και 100BaseT είναι οι δημοφιλέστερες τεχνολογίες Ethernet σήμερα. Συζητούμε τα 10BaseT και 100BaseT Ethernet μαζί, επειδή είναι παρόμοια. Η σημαντικότερη διαφορά ανάμεσά τους είναι ότι το 10BaseT εκπέμπει στα 10 Mbps ενώ το 100BaseT εκπέμπει στα 100 Mbps. Το 100BaseT καλείται συνήθως “ταχύ Ethernet” (fast Ethernet) και “100 Mbps Ethernet ”. Και τα δύο χρησιμοποιούν μια τοπολογία αστέρα. Στην τοπολογία αστέρα υπάρχει μια κεντρική συσκευή που καλείται συγκεντρωτής (hub). Κάθε προσαρμογέας σε κάθε κόμβο έχει μια άμεση, σημείου προς σημείο σύνδεση με τον συγκεντρωτή. Αυτή η σύνδεση αποτελείται από δύο ζεύγη χάλκινου καλωδίου συνεστραμμένου ζεύγους, ένα για την εκπομπή και ένα για τη λήψη. Στο άκρο της σύνδεσης υπάρχει ένας σύνδεσμος RJ-45, ο οποίος μοιάζει με το σύνδεσμο RJ-11, που χρησιμοποιείται για κανονικά τηλέφωνα. Το “Τ” στα 10BaseT και 100BaseT σημαίνει “twisted pair” (συνεστραμμένο ζεύγος). Για τα 10BaseT και 100BaseT, το μέγιστο μήκος σύνδεσης ανάμεσα σε έναν προσαρμογέα και στον συγκεντρωτή είναι 100 μέτρα. Το μέγιστο μήκος ανάμεσα σε δύο κόμβους είναι λοιπόν 200 μέτρα. Αυτή η απόσταση μπορεί να αυξηθεί χρησιμοποιώντας βαθμίδες συγκεντρωτών, γεφυρών, μεταγωγέων και ινοοπτικών ζεύξεων. Στην ουσία ένας προσαρμογέας είναι ένας επαναλήπτης: όταν δέχεται ένα bit από έναν προσαρμογέα, το στέλνει σε όλους τους άλλους προσαρμογείς. Με αυτόν τον τρόπο κάθε προσαρμογέας μπορεί (1) να κάνει επαίσθηση καναλιού για να καθορίσει αν το κανάλι είναι αδρανές και (2) να ανιχνεύσει μια σύγκρουση, καθώς εκπέμπει. Αλλά οι συγκεντρωτές είναι δημοφιλείς επειδή παρέχουν επίσης χαρακτηριστικά διαχείρισης δικτύου. Για παράδειγμα, αν ένας προσαρμογέας δυσλειτουργεί και στέλνει συνεχώς πλαίσια Ethernet, τότε ένα 10Base2 Ethernet θα σταματήσει να λειτουργεί. Κανένας από τους κόμβους δεν θα μπορεί να επικοινωνήσει. Αντίθετα, ένα δίκτυο 10BaseT θα συνεχίσει να λειτουργεί, επειδή ο συγκεντρωτής θα ανιχνεύσει το πρόβλημα και θα αποσυνδέσει εσωτερικά τον προσαρμογέα που δυσλειτουργεί. Σε αντίθεση με τα 10Base2 και 10BaseT, το 100BaseT δεν χρησιμοποιεί κωδικοποίηση Manchester, αλλά αντί αυτής χρησιμοποιεί μια πιο αποδοτική κωδικοποίηση που καλείται 4B5B: κάθε ομάδα πέντε περιόδων ρολογιού χρησιμοποιείται για να στέλνει τέσσερα bit, ώστε να παρέχει αρκετές εναλλαγές και να επιτρέπει συγχρονισμό ρολογιού. Επίσης πρέπει να αναφέρουμε σε αυτό το σημείο ότι οι τεχνολογίες 10 Mbps και 100 Mbps Ethernet μπορούν να χρησιμοποιούν ινοοπτικές ζεύξεις. Μια ινοοπτική ζεύξη χρησιμοποιείται συχνά για να αλληλοσυνδέει συγκεντρωτές, οι οποίοι βρίσκονται σε διαφορετικά κτίρια μέσα στο ίδιο συγκρότημα κτηρίων. Η ίνα είναι ακριβή, λόγο του κόστους των συνδέσμων της, αλλά έχει εξαιρετική ανοχή στον θόρυβο. Τα πρότυπα IEEE 802 επιτρέπουν σε ένα LAN να έχει μεγαλύτερη γεωγραφική εμβέλεια, όταν χρησιμοποιείται ίνα για σύνδεση κόμβων δικτυακού κορμού.
Τοπολογία αστέρα για 10BaseT και 100BaseT
Gigabit Ethernet και 10 Gbps Ethernet Το Gigabit Ethernet είναι μια επέκταση των ακρώς επιτυχημένων προτύπων 10 Mbps και 100 Mbps. Το Gigabit Ethernet παρέχει ρυθμό δεδομένων 1000 Mbps και είναι πλήρως συμβατό με την τεράστια εγκατεστημένη βάση εξοπλισμού Ethernet. Το πρότυπο για το Gigabit Ethernet, που αναφέρεται ως IEEE 802.3z κάνει τα εξής: • •
•
Χρησιμοποιεί την πρότυπη μορφή πλαισίου Ethernet και είναι καθοδικά συμβατό με τις τεχνολογίες 10BaseT και 100BaseT. Αυτό επιτρέπει την ενσωμάτωση του Gigabit Ethernet στην υπάρχουσα εγκατεστημένη βάση εξοπλισμού Ethernet. Επιτρέπει ζεύξεις σημείου προς σημείο, καθώς και κανάλια εκπομπής κοινής χρήσης. Οι ζεύξεις σημείου προς σημείο χρησιμοποιούν μεταγωγείς, ενώ τα κανάλια εκπομπής χρησιμοποιούν συγκεντρωτές, όπως περιγράψαμε παραπάνω για τα 10BaseT και 100BaseT. Στην ορολογία του Gigabit Ethernet, οι συγκεντρωτές καλούνται “ενταμιευμένοι κατανεμητές” (buffered distributors). Χρησιμοποιεί CSMA/CD για κανάλια εκπομπής κοινής χρήσης. Για να έχουμε αποδεκτή απόδοση, η μέγιστη απόσταση ανάμεσα σε κόμβους πρέπει να περιορίζεται πολύ.
•
Επιτρέπει αμφίδρομη λειτουργία στα 1000 Mbps και προς τις δύο κατευθύνσεις για κανάλια σημείου προς σημείο.
Σαν τα 10BaseT και 100BaseT, το Gigabit Ethernet έχει μια τοπολογία αστέρα με ένα συγκεντρωτή ή ένα μεταγωγέα στο κέντρο του. Το Gigabit Ethernet συχνά χρησιμοποιείται σαν δικτυακός κορμός για διασύνδεση πολλαπλών LAN Ethernet 10 Mbps και 100 Mbps.
Πρότυπα IEEE 802.3 Είναι μια συλλογή IEEE προτύπων που καθορίζουν το φυσικό στρώμα (physical layer), και το υπόστρωμα ελέγχου προσπέλασης μέσων (MAC – Media Access Control). Αυτή είναι γενικά μια τεχνολογία τοπικού δικτύου LAN, με μερικές WLAN (Ασύρματο τοπικό δίκτυο) εφαρμογές. Οι φυσικές συνδέσεις γίνονται μεταξύ των κόμβων ή/και των συσκευών υποδομής (πλήμνες, διακόπτες, δρομολογητές) από τους διάφορους τύπους καλωδίων χαλκού ή ινών. Η 802.3 είναι μια τεχνολογία που μπορεί να υποστηρίξει την IEEE 802.1 δικτυακή αρχιτεκτονική. Το μέγιστο μέγεθος πακέτων είναι 1518 bytes (χωρίς το προοίμιο), αν και για να επιτρέψει την ετικέτα q (Q-tag) για το εικονικό τοπικό δίκτυο LAN και τα στοιχεία προτεραιότητας σε 802.3ac, επεκτείνεται σε 1522 bytes. Εάν το ανώτερο πρωτόκολλο στρώματος υποβάλει μια μονάδα στοιχείων πρωτοκόλλου (PDU) λιγότερο από 64 bytes, το 802.3 θα γεμίσει το πεδίο δεδομένων για να επιτύχει το ελάχιστο όριο των 64 bytes. Το ελάχιστο μέγεθος πλαισίων συνεπώς πάντα θα είναι 64 bytes. Αν και δεν είναι τεχνικά σωστό, το πακέτο και το πλαίσιο χρησιμοποιούνται συχνά ως όροι εναλλακτικά. Τα πρότυπα ISO/IEC 8802-3 και ANSI/IEEE 802.3 αναφέρονται στα πλαίσια υποστρωμάτων της MAC που αποτελούνται από τη διεύθυνση προορισμού, τη διεύθυνση προέλευσης, το μήκος/τον τύπο, το ωφέλιμο φορτίο στοιχείων, και τα πεδία ακολουθίας ελέγχου πλαισίων (FCS). Ο οριοθέτης πλαισίων προλόγου και έναρξης (SFD) από κοινού θεωρείται επιγραφή στο πλαίσιο της MAC. Αυτή η επιγραφή και το πλαίσιο της MAC αποτελούν ένα πακέτο. Το αρχικό Ethernet καλείται “πειραματικό Ethernet” σήμερα. Αναπτύχθηκε από Robert Metcalfe το 1972 (κατοχυρωμένος με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1978) και βασίστηκε εν μέρει στο ασύρματο πρωτόκολλο ALOHAnet. Δεν είναι σε λειτουργία κάπου, αλλά είναι πιθανά το μόνο Ethernet από μερικούς “καθαρολόγους”. Το πρώτο Ethernet, που χρησιμοποιήθηκε έξω από την Xerox ήταν το DIX Ethernet. Εντούτοις, όπως το DIX Ethernet προήλθε από το πειραματικό Ethernet, και δεδομένου ότι πολλά πρότυπα έχουν αναπτυχθεί που είναι βασισμένα στο DIX Ethernet, η τεχνική κοινότητα έχει δεχτεί τον όρο Ethernet για όλα τους.
<<<<<<<<<<<<<<< ΤΕΛΟΣ ΚΕΙΜΕΝΟΥ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ >>>>>>>>>>>>>>>
Λέξεις – Έννοιες κλειδιά
• Ethernet •
Πλαίσιο Ethernet
•
“ Πειραματικό Ethernet ”
• 10Base2 • 10BaseT - 100BaseT • Πεδίο δεδομένων • Διεύθυνση προορισμού • Διεύθυνση προέλευσης • Πεδίο τύπου • (CRC) Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού • Προοίμιο • Gigabit Ethernet • 10 Gbps Ethernet • Πρωτόκολλο CSMA/CD • Πρότυπα ΙΕΕΕ 802.3 • Τερματιστής
•
Σύνδεσμος “ Τ ”
•
Συγκεντρωτής (hub)
•
Σύνδεσμος RJ – 45
•
“ Ταχύ Ethernet ” (fast Ethernet)
• Ομοαξονικό καλώδιο
• Οπτικές ίνες
•
Χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους
•
Κάρτα δικτύου Ethernet
• Yπόστρωμα ελέγχου προσπέλασης μέσων (MAC – Media Access Control) • Mονάδα στοιχείων πρωτοκόλλου (PDU)
Δραστηριότητες Οι δραστηριότητες που ακολουθούν χωρίζονται σε 4ης κατηγορίες:
1η κατηγορία: Ερωτήσεις Βασισμένες στο κείμενο Από τις ακόλουθες ερωτήσεις κατανόησης πάνω στο κείμενο επιλέξτε την σωστή απάντηση. 1. Ένα LAN Ethernet μπορεί να λειτουργεί επάνω σε: α) β) γ) δ)
Χάλκινο καλώδιο Ομοαξονικό καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους Οπτικές ίνες Όλες οι ανωτέρω απαντήσεις είναι σωστές
2. Ένα δίκτυο Ethernet μπορεί να εκπέμπει δεδομένα με ρυθμό: α) β) γ) δ)
Μόνον 1 Gbps Τουλάχιστον 100 Mbps Όχι μεγαλύτερο των 10 Mbps Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή
3. Αν το δεδομενόγραμμα IP σε ένα δίκτυο Ethernet υπερβεί τα 1500 bytes τότε: α) β) γ) δ)
Αλλάζει η διεύθυνση προορισμού. Ο υπολογιστής υπηρεσίας πρέπει να κατακερματίσει το δεδομενόγραμμα Δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα. Το δεδομενόγραμμα μεταδίδεται κανονικά. Το δεδομενόγραμμα δεν μεταδίδεται καθόλου.
4. Όταν ο προσαρμογέας προορισμού δεχθεί ένα πλαίσιο Ethernet με μια διεύθυνση προορισμού διαφορετική από τη δική του φυσική διεύθυνση: α) β) γ) δ)
Περνά τα περιεχόμενα του πεδίου δεδομένων στο επίπεδο δικτύου Αλλάζει την διεύθυνση προορισμού στο πλαίσιο και το επαναμεταδίδει Ελέγχει ξανά τη διεύθυνση προορισμού του πλαισίου Απορρίπτει το πλαίσιο
5. Σκοπός του πεδίου CRC στο πλαίσιο Ethernet είναι ο εξής: α) Να περιέχει τη διεύθυνση LAN του προσαρμογέα προορισμού β) Να απορρίπτει το πλαίσιο όταν απαιτείται γ) Να επιτρέπει στον προσαρμογέα λήψης να ανιχνεύει αν έχουν εισαχθεί σφάλματα μέσα στο πλαίσιο δ) Να προειδοποιεί τον προσαρμογέα προορισμού ότι πρόκειται να έρθει κάποιο πλαίσιο 6. Το πρωτόκολλο CSMA/CD: α) Εκτελείται ταυτόχρονα σε όλους τους προσαρμογείς του Ethernet β) Ο κάθε προσαρμογέας το εκτελεί χωρίς εμφανή συντονισμό με άλλους προσαρμογείς στο Ethernet
γ) Δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί από το Ethernet δίκτυο δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή 7. Σύμφωνα με το πρωτόκολλο CSMA/CD, αν ο προσαρμογέας αισθανθεί ότι το κανάλι είναι απασχολημένο τότε : α) Περιμένει μέχρι να αισθανθεί ότι δεν υπάρχει ενέργεια σήματος και μετά αρχίζει να εκπέμπει το πλαίσιο β) Σταματάει κάθε προηγούμενη εργασία που μπορεί να πραγματοποιείται ώστε να αδειάσει το κανάλι και αμέσως αρχίζει εκπέμπει το πλαίσιο χωρίς καμία καθυστέρηση γ) Δεν εκπέμπει καθόλου το πλαίσιο δ) Το μεταδίδει παρόλο που το κανάλι είναι απασχολημένο 8. Το 10Base2 τι αντιπροσωπεύει; α) β) γ) δ)
Τύπο ομοαξονικού καλωδίου Το πρότυπο IEEE 802.3 Τεχνολογία δικτύου Ethernet Όλες οι ανωτέρω απαντήσεις είναι σωστές
9. Η 10Base2 χρησιμοποιεί: α) Τοπολογία αστέρα β) Τοπολογία διαύλου γ) Τοπολογία δακτυλίου δ) Όλες τις ανωτέρω τοπολογίες συνδυασμένες μαζί 10.
Στην τεχνολογία 10Base2 όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο: α) Το πλαίσιο λαμβάνεται από κάθε άλλο προσαρμογέα επάνω στο Ethernet β) Το πλαίσιο λαμβάνεται μόνο από τον προσαρμογέα προορισμού γ) Το πλαίσιο λαμβάνεται από όλους του προσαρμογείς που βρίσκονται είτε δεξιά είτε αριστερά από τον σύνδεσμό “ Τ ” του αποστολέα, ανάλογα με την περίσταση δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή
11.
Το 100BaseT εκπέμπει στα: α) 10 Mbps β) 1000 Mbps γ) 100 Mbps δ) 50 Mbps
12. Για τα 10BaseT και 100BaseT, το μέγιστο μήκος σύνδεσης ανάμεσα σε έναν προσαρμογέα και στον συγκεντρωτή είναι: α) β) γ) δ)
10 μέτρα 50 μέτρα 1000 μέτρα 100 μέτρα
13.
Το 100BaseT χρησιμοποιεί κωδικοποίηση: α) β) γ) δ)
14.
IEEE 802 Manchester 4B5B Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή Το Gigabit Ethernet
α) β) γ) δ)
Είναι συμβατό με τις τεχνολογίες 10BaseT και 100BaseT Είναι συμβατό μόνο με την τεχνολογία 10BaseT Είναι συμβατό μόνο με την τεχνολογία 100aseT Δεν είναι συμβατό με καμία από τις ανωτέρω τεχνολογίες
15. Τι είναι το IEEE; α) Μια τεχνολογία δικτύου Ethernet β) Μια συλλογή προτύπων που καθορίζουν το φυσικό στρώμα, και το υπόστρωμα ελέγχου προσπέλασης μέσων γ) Τρόπος σύνδεσης των κόμβων ενός δικτύου LAN δ) Το φυσικό μέσω σύνδεσης στην τεχνολογία 10BaseT 16.
Σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.3 ποιο είναι το μέγιστο μέγεθος ενός πακέτου; α) 2 bytes β) 768 bytes γ) 1500 bytes δ) 1518 bytes
17. Σύμφωνα με το ΙΕΕΕ 802.3 εάν το ανώτερο πρωτόκολλο στρώματος υποβάλει μια μονάδα στοιχείων πρωτοκόλλου (PDU) λιγότερο από 64 bytes τότε: α) θα γεμίσει το πεδίο δεδομένων για να επιτευχθεί το ελάχιστο όριο των 64 bytes β) Η μονάδα στοιχείων θα κατακερματιστεί γ) Η μονάδα στοιχείων δημιουργεί πρόβλημα στο δίκτυο με αποτέλεσμα αυτό να δυσλειτουργήσει δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή
Σωστές απαντήσεις 1ης κατηγορίας Ερωτήσεων
Ερώτηση
Σωστή Απάντηση
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
δ δ β δ γ β α γ β α γ δ γ α β δ α
2η κατηγορία: Ερωτήσεις Γεφυρώματος Συμπεράσματος (bridging - Inference): Στις ακόλουθες ερωτήσεις Γεφυρώματος – Συμπεράσματος επιλέξτε όπου υπάρχουν ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής τη σωστή απάντηση, ενώ όπου υπάρχουν κενά συμπληρώστε με τις κατάλληλες λέξεις ή το κατάλληλο κείμενο. 1. Από πόσα και ποια πεδία αποτελείται ένα πλαίσιο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. Ποιες είναι οι πιο συνηθισμένες τεχνολογίες Ethernet που χρησιμοποιούνται σήμερα; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. Σε ποιες τεχνολογίες Ethernet μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε οπτικές ίνες; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
4. Μπορεί και αν πώς να μεταδοθεί ένα δεδομενόγραμμα IP μεγέθους 1750 bytes σε ένα τοπικό δίκτυο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. Ποια είναι τα φυσικά μέσα με τα οποία μπορούμε να συνδέσουμε κόμβους σε ένα δίκτυο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 6. Σύνδεσε κατάλληλα τα παρακάτω στοιχεία ώστε να δημιουργήσεις ένα τοπικό δίκτυο Ethernet τεχνολογίας 100BaseT ώστε η απόσταση μεταξύ των υπολογιστών αν είναι η μέγιστη δυνατή.
7. Τι ρυθμό δεδομένων παρέχει το Gigabit Ethernet και ποια είναι ποια είναι η χρησιμότητά για τα δίκτυα LAN Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 8. Με πόσα επιπλέον bytes επιβαρύνεται το πλαίσιο Ethernet εκτός του δεδομενογράμματος IP προκειμένου να αποσταλεί σωστά στον προορισμό του; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 9. Αντιστοιχίστε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά με τις τεχνολογίες Ethernet:
Τεχνολογίες
Χαρακτηριστικά
α) 10Base2
1. 1000 Mbps
β) 100BaseT
2. Ομοαξονικό καλώδιο
γ) Gigabit Ethernet
3. Κωδικοποίηση 4B5B
Σωστές απαντήσεις 2ης κατηγορίας Ερωτήσεων Ερώτηση 1: Το πλαίσιο Ethernet αποτελείται από τα εξής 6 πεδία: α) Πεδίο δεδομένων β) Διεύθυνση προορισμού γ) Διεύθυνση προέλευσης δ) Πεδίο τύπου ε) Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού (CRC) ζ) Προοίμιο Ερώτηση 2: Οι πιο συνηθισμένες τεχνολογίες Ethernet που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι οι εξής: α) 10Base2 β) 10BaseT γ) 100BaseT δ) Gigabit Ethernet ε) 10 Gbps Ethernet Ερώτηση 3: Οπτικές ίνες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε στο Gigabit Ethernet και το 10 Gbps Ethernet Ερώτηση 4: Το δεδομενόγραμμα IP σε ένα δίκτυο Ethernet δεν μπορεί να υπερβεί τα 1500 bytes. Αυτό σημαίνει ότι εάν έχουμε ένα δεδομενόγραμμα IP μεγέθους 1750 bytes αυτό θα πρέπει να κατακερματιστεί σε δύο δεδομενογράμματα προτού αποσταλεί. Άρα θα έχουμε αποστολή 2 πλαισίων για το μέγεθος των 1750 bytes Ερώτηση 5:
Τα φυσικά μέσα με τα οποία μπορούμε να συνδέσουμε κόμβους σε ένα δίκτυο Ethernet είναι τα εξής: α) Ομοαξονικό καλώδιο β) Χάλκινο καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους γ) Καλώδιο οπτικής ίνας Ερώτηση 6: Το ακόλουθο σχήμα αποτελεί την απάντηση του ερωτήματος:
Επεξήγηση σχήματος: Γνωρίζουμε ότι η μέγιστη απόσταση μεταξύ προσαρμογέα και συγκεντρωτή στην τεχνολογία 100BaseT είναι 100 μέτρα. Άρα προκειμένου να αυξήσουμε την απόσταση 2 κόμβων, η οποία παρεμπίπτοντος είναι 200 μέτρα, πρέπει αν συνδέσουμε 2 συγκεντρωτές μεταξύ τους στους οποίους θα ανήκουν οι επιμέρους κόμβοι. Ερώτηση 7: Το Gigabit Ethernet παρέχει ρυθμό δεδομένων 1000 Mbps (1 Gbps) και συχνά χρησιμοποιείται σαν δικτυακός κορμός για διασύνδεση πολλαπλών LAN Ethernet 10 Mbps και 100 Mbps. Ερώτηση 8: Το πλαίσιο Ethernet εκτός του δεδομενογράμματος IP επιβαρύνεται με 26 bytes προκειμένου να αποσταλεί στον προορισμό του. Τα bytes αυτά είναι τα εξής: α) 6 bytes για την διεύθυνση προορισμού β) 6 bytes για την διεύθυνση προέλευσης γ) 2 bytes για το Πεδίο τύπου δ) 4 bytes για τον Κυκλικός Έλεγχος πλεονασμού ε) 8 bytes για το Προοίμιο Ερώτηση 9:
Η αντιστοιχία είναι η εξής: α) 2. β) 3. γ) 1.
3η κατηγορία: Αναλυτικές συμπερασματικές ερωτήσεις (Elaborative - Inference): 1. Ποια πλεονεκτήματα πιστεύεται ότι έχει η τεχνολογία Ethernet 100BaseT σε σχέση με την 10Base2; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. Αναφέρετε όσες τεχνολογίες δικτύου Ethernet γνωρίζετε. (Συμπεριλάβετε και τεχνολογίες εκτός του κειμένου): ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. Πώς λειτουργεί η κωδικοποίηση 4B5B που χρησιμοποιεί η τεχνολογία 100BaseT; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. Αναφέρετε όσους τρόπους σύνδεσης των στοιχείων που αποτελούν ένα δίκτυο Ethernet γνωρίζεται: ….......................................................................................................................................................... .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. ... 5. Γιατί είναι αναγκαία η χρήση του πρωτοκόλλου CSMA/CD σε ένα δίκτυο Ethernet; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
4η κατηγορία: Ερωτήσεις επίλυσης προβλήματος (Problem – Solving):
1. Έστω ότι θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα δίκτυο Ethernet με όσο το δυνατόν μικρότερο κόστος. Ποιο είναι το καταλληλότερο φυσικό μέσο και ποια η τεχνολογία που θα χρησιμοποιήσετε για τις συνδέσεις των στοιχείων του δικτύου; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. Σε περίπτωση που ένας προσαρμογέας δυσλειτουργήσει και στέλνει συνέχεια πλαίσια Ethernet ποια από τις τεχνολογίες 10Base2 και 10BaseT θα ήταν προτιμότερη και γιατί; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. Αν σε μια τεχνολογία 10BaseT θέλετε να επιτύχετε μια σύνδεση σε απόσταση υπολογιστήυπολογιστή πάνω από 200 μέτρα τι πρέπει να κάνετε; ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. Στην τεχνολογία Ethernet 10Base2 όταν ένας προσαρμογέας εκπέμπει ένα πλαίσιο αυτό ακολουθεί της εξής πορεία: α) Δύο αντίγραφα του πλαισίου φεύγουν από τον σύνδεσμο Τ. Το ένα πηγαίνει προς τη μια κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Τα πλαίσια αφήνουν ένα αντίγραφο σε κάθε κόμβο από τον οποίο περνούν. Τα πλαίσια φθάνουν στους τερματιστές και απορροφόνται από αυτούς β) Ένα αντίγραφο του πλαισίου φεύγει από τον σύνδεσμο Τ. Το πλαίσιο αφήνει ένα αντίγραφο σε κάθε κόμβο από τον οποίο περνά.. Το πλαίσιο φθάνει στους τερματιστές και απορροφάτε από αυτούς γ) Δύο αντίγραφα του πλαισίου φεύγουν από τον σύνδεσμο Τ. Το ένα πηγαίνει προς τη μια κατεύθυνση και το άλλο προς την άλλη. Στέλνεται ένα αντίγραφο στον υπολογιστή προορισμού Τα πλαίσια φθάνουν στους τερματιστές και απορροφόνται από αυτούς δ) Καμία από τις ανωτέρω απαντήσεις δεν είναι σωστή Βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε: •
Δίκτυα Επικοινωνιών – Ένα πρώτο μάθημα Jean Warland
•
Δικτύωση υπολογιστών James F. Kurose & Keith W. Ross
Περαιτέρω πηγές για μελέτη:
•
Ethernet Networks Gilbert & Held
•
Fast Ethernet Howard W.& Johnson
•
Δίκτυα Υπολογιστών Tanenbaum & Andrew S.
Ιστοσελίδες που μπορείτε να επισκεφθείτε με σχετικό υλικό: • • •
http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet http://www.webopedia.com/TERM/E/Ethernet.html http://www.britanica.net/EBchecked/topic/194001/Ethernet
