Ethernet способы работы с

Физика Ethernet для самых маленьких

• Что такое домен коллизий?
• Сколько пар используется для Ethernet и почему?
• По каким парам идет прием, а по каким передача?
• Что ограничивает длину сегмента сети?
• Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

• 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
• 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
• Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
• Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

Источник

ИТ База знаний

Курс по Asterisk

Полезно

— Узнать IP — адрес компьютера в интернете

— Онлайн генератор устойчивых паролей

— Онлайн калькулятор подсетей

— Калькулятор инсталляции IP — АТС Asterisk

— Руководство администратора FreePBX на русском языке

— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке

— Руководство администратора по Linux/Unix

Навигация

Серверные решения

Телефония

FreePBX и Asterisk

Настройка программных телефонов

Корпоративные сети

Протоколы и стандарты

Ethernet на пальцах — что это?

Не путать с «интернет»!

Говоря техническим языком, Институт инженеров электротехники и электроники (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) определяет Ethernet как стандарт группы 802.3. Воу — воу, слишком сложно. В этой статье мы объясним термин Ethernet простым языком, так как он стал действительно популярным даже среди непрофессионального сообщества.

Полный курс по Сетевым Технологиям

В курсе тебя ждет концентрат ТОП 15 навыков, которые обязан знать ведущий инженер или senior Network Operation Engineer

Видео: Ethernet на пальцах

Обобщенно про Ethernet

Скажем прямо — Ethernet это стандарт, который относится только к построению локальных сетей LAN (Local Area Network). Локальная сеть мала, в отличие от старшего брата WAN (Wide Area Network), которую еще называют глобальной сетью. Локальная сеть у вас дома, в офисе, то есть на любой небольшой территории. Именно локальная сеть — один из основных идентификаторов наличия Ethernet.

В терминах семиуровневой модели OSI (если не знаете про нее, почитайте, это интересно!), стандарт Ethernet живет на первом и на втором уровнях. На первом уровне описаны способы передачи электрических, оптических и беспроводных (радио, например) сигналов, а на втором формирование кадров (фреймов). И тут мы делаем вывод:

Ethernet — это набор описаний способов физической передачи сигналов (электричество) на первом уровне модели OSI и формирования кадров (фреймов) на втором уровне модели OSI внутри локальных сетей LAN.

А сейчас важное уточнение: Ethernet относится только к проводным сетям. Многим миллениалам и представителям поколения Z кажется, что подключение по проводу — это своего рода “некромантия”. Однако это не так, и сейчас мы объясним почему.

Ethernet “по полочкам”

Скорость

Технология “Эзернет” разработана в 1970. Поэтому, сам по себе стандарт Ethernet имеет скорость 10 Мбит/с. Мало, согласитесь? Вот и мы так думаем. В 1995 году на свет появился стандарт Fast Ethernet, к которому мы все так привыкли и который работает в большинстве домашних “локалок”. Не трудно догадаться — его скорость 100 Мбит/с

В 1999 году, благодаря технологическому “рывку”, на свет появился Gigabit Ethernet, который уже поддерживает подключения скоростью 1000 Мбит/с или 1 Гбит/с. Отметим, что “гигабитными” линками зачастую в корпоративных сетях подключает даже сервера.

Линком в профессиональной среде называют канал подключения того или иного узла. Фраза “подключил к свичу сервер гигабитным линком” означает, что коллега подключил кабелем UTP сервер к коммутатору по стандарту Gigabit Ethernet.

И пожалуй финалочку по скорость: впервые в 2002 году IEEE опубликовал стандарт 802.3ae, в котором описал 10 Gigabit Ethernet, или как его еще называют 10GE, 10GbE и 10 GigE. Догадаетесь, на какой скорости он работает? 😉

Читайте также:  Способ утраты гражданства российской федерации

Кабели

Еще раз подчеркнем — Ethernet описывает только проводные подключения. Сейчас наиболее популярен кабель UTP 5 категории (CAT 5). Вы спросите, почему UTP? Unshielded Twisted Pair, ответим мы, или переводя на русский язык неэкранированная витая пара. Кабель 5 категории отлично справляется со стандартами Ethernet и Fast Ethernet.

Для работы с более высокоскоростными стандартами, такими как Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet понадобится кабель категории 5e или 6 категории

Ethernet vs. Wi-Fi: преимущества

Стабильность сигнала

На самом деле развертывание локальной сети на базе проводного подключения дороже и сложнее. Но конечно есть преимущества, а особенно для организаций. В первую очередь, вспомним: Wi-FI передается по радиочастотам. Если вы живете в Москве и слушаю радио на машине въезжали в Лефортовский туннель вы точно знаете, что происходит с радиосигналом по мере погружения в туннель. Тоже самое происходит и с Wi-Fi.

В проводном Ethernet помехи — не проблема. Если вы — организация и осуществляете чувствительные банковские транзакции, или у вас в офисе работает IP — телефония — конечно проводное подключение по Ethernet. Если вы домашний пользователей и “рубитесь в доту” или скачиваете массивные файлы, смотрите трансляции, майните биткоины — лучше Ethernet.

Безопасность

Это, безусловно, важно. А особенно для организаций. С помощью проводной сети на базовом уровне просто контролировать подключение к вашей сети. Например Wi-FI сеть может быть доступны вне вашего офиса — а там уже все зависит от компетенции злоумышленника.

Отметим, что как правило, Ethernet работает на удаленности 100 метров от от роутера. При большем расстоянии нужен некий репитер сигнала.

Ethernet vs. Wi-Fi: недостатки

Стоимость

С одной стороны, в домашней сети, достаточно просто подключить 1 кабель к порту вашего ПК и все работает. Здесь стоимость отличия от домашней Wi-Fi сети складывается только из стоимости кабеля. А что если вы организация? Кабелей нужно больше, к тому же, 1 кабель = 1 порт на коммутаторе. Соответственно, нужно закупать коммутаторы, фаерволы (безопасность, а как же?), маршрутизаторы. Именно поэтому, инвестиции в проводные Ethernet сети выше, чем в беспроводные.

Порты

Этот пункт пожалуй важен для дома. Пусть у вас обычный домашний маршрутизатор: в нем предположим 5 портов (1 аплинк от провайдера уже занят). При условии, что у вас телевизор, Xbox, ТВ — приставка, и два домашних компьютеры — ваши порты закончены. Если нужно подключить еще девайсы — нужно покупать дополнительное оборудование. Такой проблемы нет в Wi-Fi.

Мобильность

Самое важное, пожалуй. С Ethernet вы жестко завязаны на одном месте (особенно это характерно в офисе, где у вас скоммутирована Ethernet розетка). Дома, если у вас “красивый” ремонт, кабели спрятаны под плинтус. Поэтому, мобильностью и гибкостью здесь и не пахнет.

С Wi-Fi можно легко подключать ноутбуки, планшенты и мобильные телефоны. Представьте забавный кейс: по пути в туалетную комнату, вы берете с собой ноутбук с кабелем, вместо мобильного телефона, в котором привычно листаете любимую ленту. Пожалуй, это тот самый случай, когда лучше почитать надписи на освежителе воздуха.

Итоги

Ethernet — стандарт, описывающий подключение к локальным сетям через провод. При использовании его дома, есть профит только в большей скорость загрузки/отдачи. В офисе, кабели безусловно занимают лидирующие позиции — это связано в первую очередь с безопасностью, ведь утечки коммерческих тайн еще никому не шли на пользу. В домашних условиях Wi-Fi занимает уверенные лидерские позиции.

Полный курс по Сетевым Технологиям

В курсе тебя ждет концентрат ТОП 15 навыков, которые обязан знать ведущий инженер или senior Network Operation Engineer

Источник