Technologia Ethernet oraz VLAN Ethernet specyfikacja techniczna sieci

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 (10 base 5) • Cienki ethernet (10 base 2) • Światłowód (10 base. FL) • Topologia gwiazdy (star topology) – Skrętka (10 base. T)

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.

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 10 Mbps oparty na kablu koncentrycznym 10 base 5. • Inne odmiany tej normy: – 802. 3 a(10 Base-2) – 802. 3 i (10 Base-T) – 802. 3 j (10 Base-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 185 m • 5 – gruby kabel koncentryczny (Thick Ethernet) – maksymalna długość 500 m • T – skrętka (Twisted Pair) – maksymalna długość 100 m • FL – światłowód (Fiber Optic)- maksymalna długość 2000 m, 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.

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. 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

100 Mbs Ethernet • 100 Base. TX - Kategoria 5 UTP lub STP – 2 pary przewodów –fullduplex, długość 100 m • 100 Base. FX -62. 5/125 mikrona światłowód wielomodowy–złącze ST – odległość 400 m • 100 Base. T 4 – Kategoria 3, 4, 5 UTP – 4 pary przewodów– half-duplex , długość 100 m • 100 Base. T 2 – 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 10 M ethernet : – 4 b/5 b – 8 B/6 T – PAM 5 x 5 • Stosuje inne media transmisyjne – skrętka wyższych kategorii i światłowód.

1 GB Ethernet – IEEE 802. 3 z • 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 1 Gb Ethernet • 1000 Base. T – Oparty na skrętce UTP kat 5 lub wyższej – 4 pary przewodów, full-duplex – długość kabla 100 m • 1000 Base. SX – światłowód wielomodowy – fala krótka (850 nm) złącze SFF MT-RJ lub SC • 1000 Base. LX – światłowód wielo/jednomodowy – fala długa (1300 nm )- złącze SFF MT-RJ lub SC • 1000 Base. CX – 150 Ohm kabel – złącze DB-9

Porównanie standardów 1 Gb 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 568 A 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 10 Base-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. 1 Q) – modyfikacja MULTI-VLAN – przesyłane pakiety zawierają informację na temat przynależności do danej sieci wirtualnej.

KONIEC