Para la transmisión de datos se utiliza la tecnología 100base tx. Conceptos básicos de las redes Ethernet. Valores de los campos DSAP y SSAP
Capa física 100Base-FX - fibra multimodo, dos fibras
Mientras que Ethernet de 10 Mbps utiliza codificación Manchester para representar datos a través de un cable, el estándar Fast Ethernet define un método de codificación diferente: 4V/5V. En este método, cada 4 bits de datos de la subcapa MAC están representados por 5 bits. El bit redundante permite aplicar códigos potenciales representando cada uno de los cinco bits como pulsos eléctricos u ópticos. La existencia de combinaciones de caracteres prohibidas permite rechazar caracteres erróneos, lo que aumenta la estabilidad de las redes 100Base-FX/TX.
Después de convertir fragmentos de códigos MAC de 4 bits en fragmentos de 5 bits nivel fisico deben representarse como señales ópticas o eléctricas en un cable que conecta los nodos de la red. Las especificaciones 100Base-FX y 100Base-TX utilizan diferentes métodos para esto. codificación física- NRZI y MLT-3, respectivamente (como en la tecnología FDDI cuando se trabaja mediante fibra óptica y par trenzado).
Capa física 100Base-TX - par trenzado UTP Cat 5 o STP Tipo 1, dos pares
La especificación 100Base-TX utiliza cable como medio de transmisión de datos. Categorías UTP 5 o STP Tipo 1. La longitud máxima del cable en ambos casos es de 100 m.
Las principales diferencias con la especificación 100Base-FX son el uso del método MLT-3 para transmitir señales de porciones de 5 bits de código 4V/5V a través de par trenzado, así como la presencia de una función de negociación automática para seleccionar el puerto. modo operativo. El esquema de negociación automática permite que dos dispositivos conectados físicamente que admitan varios estándares de capa física, que difieren en velocidad de bits y número de pares trenzados, seleccionen el modo de funcionamiento más ventajoso.
El esquema de negociación automática es un estándar de tecnología 100Base-T. definido 5 diferentes modos trabajos que pueden admitir dispositivos 100Base-TX o 100Base-T4 en pares trenzados:
10Base-T full-duplex: 2 pares de categoría 3;
100Base-TX: 2 pares de categoría 5 (o STP tipo 1A);
100Base-T4 - 4 pares de categoría 3;
100Base-TX full-duplex: 2 pares de categoría 5 (o STP tipo 1A).
El modo 10Base-T tiene la prioridad más baja en el proceso de negociación y el modo full-duplex 100Base-T4 tiene la más alta. El proceso de negociación ocurre cuando se enciende el dispositivo y también puede iniciarse en cualquier momento mediante el módulo de control del dispositivo.
Capa física 100Base-T4 - Par trenzado de cuatro pares UTP Cat 3 La especificación 100Base-T4 fue diseñada para permitir que Ethernet de alta velocidad utilice cableado de par trenzado de Categoría 3 existente. Esta especificación permite un mayor rendimiento general al permitir el transporte de transmisiones simultáneas. bits en los 4 pares de cables. La especificación 100Base-T4 apareció más tarde que otras especificaciones de capa física Fast Ethernet. Los desarrolladores de esta tecnología querían principalmente crear especificaciones físicas más cercanas a las de 10Base-T y 10Base-F, que operaban en dos líneas de datos: dos pares o dos fibras. Para implementar el trabajo en dos pares trenzados Tuve que cambiar a más cables de alta calidad categoría 5.
Al mismo tiempo, los desarrolladores de la tecnología competidora 100VG-AnyLAN inicialmente confiaron en trabajar con cable de par trenzado de categoría 3; la ventaja más importante no era tanto el coste, sino el hecho de que ya estaba instalado en la gran mayoría de edificios. Por lo tanto, después del lanzamiento de las especificaciones 100Base-TX y 100Base-FX, los desarrolladores de la tecnología Fast Ethernet implementaron su propia versión de la capa física para cables de par trenzado de Categoría 3.
En lugar de la codificación 4V/5V, este método utiliza la codificación 8V/6T, que tiene un espectro de señal más estrecho y, a una velocidad de 33 Mbit/s, encaja en la banda de 16 MHz del cable de par trenzado de categoría 3 (cuando se codifica 4V/5V , el espectro de la señal no encaja en esta banda). Cada 8 bits de información de nivel MAC están codificados por 6 símbolos ternarios, es decir, números que tienen tres estados. Cada dígito ternario tiene una duración de 40 ns. Luego, el grupo de 6 dígitos ternarios se transmite a uno de los tres pares trenzados de transmisión, de forma independiente y secuencial.
El cuarto par siempre se utiliza para escuchar la frecuencia portadora con fines de detección de colisiones. La velocidad de transferencia de datos en cada uno de los tres pares de transmisión es de 33,3 Mbps, por lo que la velocidad total del protocolo 100Base-T4 es de 100 Mbps. Al mismo tiempo, debido al método de codificación adoptado, la tasa de cambio de señal en cada par es de solo 25 Mbaud, lo que permite el uso de par trenzado de categoría 3.
Ethernet rápido
Fast Ethernet: la especificación IEEE 802.3 u, adoptada oficialmente el 26 de octubre de 1995, define el estándar de protocolo. capa de enlace para redes que funcionan con cobre y fibra cable óptico a una velocidad de 100Mb/s. Nueva especificación es el sucesor del estándar Ethernet IEEE 802.3 y utiliza el mismo formato de trama, mecanismo de acceso a medios CSMA/CD y topología en estrella. La evolución ha afectado varios elementos de configuración de la capa física que han aumentado la capacidad, incluidos los tipos de cables, las longitudes de los segmentos y la cantidad de concentradores.
Estructura de Ethernet rápida
Para comprender mejor el funcionamiento y comprender la interacción de los elementos Fast Ethernet, pasemos a la Figura 1.
Figura 1. Sistema Fast Ethernet
Subcapa de control de enlace lógico (LLC)
La especificación IEEE 802.3u divide las funciones de la capa de enlace en dos subcapas: control de enlace lógico (LLC) y capa de acceso a medios (MAC), que se analizarán a continuación. LLC, cuyas funciones están definidas por el estándar IEEE 802.2, en realidad proporciona interconexión con protocolos más nivel alto, (por ejemplo, con IP o IPX), proporcionando diversos servicios de comunicación:
- Servicio sin establecimiento de conexión y confirmaciones de recepción. Un servicio simple que no proporciona control del flujo de datos ni control de errores, y no garantiza la correcta entrega de los datos.
- Servicio basado en conexión. Absolutamente servicio confiable, que garantiza la entrega correcta de datos estableciendo una conexión con el sistema receptor antes de que comience la transmisión de datos y utilizando mecanismos de control de errores y control de flujo de datos.
- Servicio sin conexión con confirmaciones de recepción. Un servicio de complejidad media que utiliza mensajes de acuse de recibo para proporcionar una entrega garantizada, pero no establece una conexión antes de transmitir los datos.
En el sistema de envío, los datos transmitidos desde el protocolo de capa de red son primero encapsulados por la subcapa LLC. El estándar los llama Unidad de datos de protocolo (PDU). Cuando la PDU pasa a la subcapa MAC, donde nuevamente está rodeada de información de encabezado y publicación, a partir de ese momento técnicamente se le puede llamar trama. Para un paquete Ethernet, esto significa que la trama 802.3 contiene un encabezado LLC de tres bytes además de los datos de la capa de red. Por tanto, la longitud máxima de datos permitida en cada paquete se reduce de 1500 a 1497 bytes.
El encabezado LLC consta de tres campos:
En algunos casos, las tramas LLC desempeñan un papel menor en el proceso de comunicación de la red. Por ejemplo, en una red que utiliza TCP/IP junto con otros protocolos, la única función de LLC puede ser permitir que las tramas 802.3 contengan un encabezado SNAP, como Ethertype, que indica el protocolo de capa de red al que se debe enviar la trama. En este caso, todas las PDU LLC utilizan el número no numerado. formato de información. Sin embargo, otros protocolos de alto nivel requieren servicios más avanzados por parte de la LLC. Por ejemplo, las sesiones NetBIOS y varios protocolos NetWare utilizan más ampliamente servicios orientados a la conexión LLC.
encabezado rápido
El sistema receptor necesita determinar qué protocolo de capa de red debe recibir los datos entrantes. Los paquetes 802.3 dentro de las PDU LLC utilizan otro protocolo llamado Sub-RedAccesoProtocolo (SNAP (Protocolo de acceso a subred).
El encabezado SNAP tiene 5 bytes de longitud y se encuentra inmediatamente después del encabezado LLC en el campo de datos de la trama 802.3, como se muestra en la figura. El encabezado contiene dos campos.
Código de organización. La ID de organización o fabricante es un campo de 3 bytes que toma el mismo valor que los primeros 3 bytes de la dirección MAC del remitente en el encabezado 802.3.
Código local. El código local es un campo de 2 bytes que es funcionalmente equivalente al campo Ethertype en el encabezado de Ethernet II.
Subcapa de negociación
Como se indicó anteriormente, Fast Ethernet es un estándar evolucionado. La MAC diseñada para la interfaz AUI debe convertirse para la interfaz MII utilizada en Fast Ethernet, que es para lo que está diseñada esta subcapa.
Control de acceso a medios (MAC)
Cada nodo en una red Fast Ethernet tiene un controlador de acceso a medios. (Medios de comunicaciónAccesoControlador- MAC). MAC tiene valor clave en Fast Ethernet y tiene tres propósitos:
La más importante de las tres asignaciones MAC es la primera. Para cualquier tecnología de red que utilice un medio compartido, las reglas de acceso a los medios que determinan cuándo un nodo puede transmitir son su característica principal. Varios comités del IEEE participan en el desarrollo de reglas para el acceso al medio. El comité 802.3, a menudo denominado comité Ethernet, define estándares LAN que utilizan reglas llamadas CSMA/CD(Carrier Sense Acceso múltiple con detección de colisiones - acceso multiple con detección de portadora y detección de colisiones).
CSMS/CD son reglas de acceso a medios tanto para Ethernet como para Fast Ethernet. Es en este ámbito donde las dos tecnologías coinciden completamente.
Debido a que todos los nodos de Fast Ethernet comparten el mismo medio, solo pueden transmitir cuando es su turno. Esta cola está determinada por las reglas CSMA/CD.
CSMA/CD
El controlador MAC Fast Ethernet escucha al operador antes de transmitir. La portadora existe sólo cuando otro nodo está transmitiendo. La capa PHY detecta la presencia de un operador y genera un mensaje al MAC. La presencia de una portadora indica que el medio está ocupado y el nodo (o nodos) que escucha debe ceder el paso al transmisor.
Un MAC que tiene una trama para transmitir debe esperar un tiempo mínimo después del final de la trama anterior antes de transmitirla. Esta vez se llama brecha entre paquetes(IPG, interpacket gap) y dura 0,96 microsegundos, es decir, una décima parte del tiempo de transmisión de un paquete Ethernet normal a una velocidad de 10 Mbit/s (IPG es un intervalo de tiempo único, siempre definido en microsegundos, no en tiempo de bits ) Figura 2.
Figura 2. Brecha entre paquetes
Una vez finalizado el paquete 1, todos los nodos LAN deben esperar el tiempo IPG antes de poder transmitir. El intervalo de tiempo entre los paquetes 1 y 2, 2 y 3 en la Fig. 2 es la hora del IPG. Una vez que el paquete 3 ha completado la transmisión, ningún nodo tiene material para procesar, por lo que el intervalo de tiempo entre los paquetes 3 y 4 es más largo que el IPG.
Todos los nodos de la red deben cumplir con estas reglas. Incluso si un nodo tiene muchas tramas para transmitir y este nodo es el único que transmite, debe esperar al menos el tiempo IPG después de enviar cada paquete.
Esta es la parte CSMA de las reglas de acceso a medios Fast Ethernet. En resumen, muchos nodos tienen acceso al medio y utilizan la portadora para monitorear su ocupación.
Las primeras redes experimentales utilizaron exactamente estas reglas y funcionaron muy bien. Sin embargo, utilizar únicamente CSMA creó un problema. A menudo, dos nodos, que tenían un paquete para transmitir y esperaban el tiempo IPG, comenzaban a transmitir simultáneamente, lo que provocaba corrupción de datos en ambos lados. Esta situación se llama colisión(colisión) o conflicto.
Para superar este obstáculo, los primeros protocolos utilizaban un mecanismo bastante simple. Los paquetes se dividieron en dos categorías: comandos y reacciones. Cada comando enviado por un nodo requería una respuesta. Si no se recibió respuesta durante algún tiempo (llamado período de tiempo de espera) después de enviar el comando, se volvió a emitir el comando original. Esto podría suceder varias veces ( cantidad límite tiempos de espera) antes de que el nodo emisor cometiera el error.
Este esquema podría funcionar perfectamente, pero sólo hasta cierto punto. La aparición de conflictos resultó en una fuerte disminución en el rendimiento (generalmente medido en bytes por segundo) porque los nodos a menudo estaban inactivos esperando respuestas a comandos que nunca llegaron a su destino. La congestión de la red y un aumento en el número de nodos están directamente relacionados con un aumento en el número de conflictos y, en consecuencia, una disminución en el rendimiento de la red.
Diseñadores primeras redes Rápidamente encontró una solución a este problema: cada nodo debe determinar el hecho de la pérdida de un paquete transmitido detectando un conflicto (en lugar de esperar una reacción que nunca seguirá). Esto significa que los paquetes perdidos debido a una colisión deben retransmitirse inmediatamente antes de que expire el tiempo de espera. Si el nodo envió último bit paquete sin conflicto, lo que significa que el paquete se transmitió exitosamente.
El método de detección de portadores se puede combinar bien con la función de detección de colisiones. Las colisiones siguen ocurriendo, pero esto no afecta el rendimiento de la red, ya que los nodos se deshacen de ellas rápidamente. El grupo DIX, después de haber desarrollado reglas de acceso al medio CSMA/CD para Ethernet, las formalizó en forma de un algoritmo simple: Figura 3.
Figura 3. Algoritmo operativo CSMA/CD
Dispositivo de capa física (PHY)
Debido a que Fast Ethernet puede utilizar una variedad de tipos de cables, cada entorno requiere un pre-conversión señal. La conversión también es necesaria para transferencia eficiente datos: hacer código transmitido resistente a interferencias, posibles pérdidas o distorsiones de sus elementos individuales (baudios), para garantizar una sincronización efectiva generadores de reloj en el lado transmisor o receptor.
Subcapa de codificación (PCS)
Codifica/decodifica datos provenientes de/hacia la capa MAC usando algoritmos o .
Subniveles de conexión física y dependencia del entorno físico (PMA y PMD)
Las subcapas PMA y PMD se comunican entre la subcapa PSC y la interfaz MDI, proporcionando generación de acuerdo con el método de codificación física: o.
Subcapa de negociación automática (AUTONEG)
La subcapa de negociación automática permite que dos puertos de comunicación seleccionen automáticamente el modo de funcionamiento más eficiente: full-duplex o half-duplex 10 o 100 Mb/s. Capa fisica
El estándar Fast Ethernet define tres tipos de medios de señalización Ethernet de 100 Mbps.
- 100Base-TX: dos pares de cables trenzados. La transmisión se realiza de acuerdo con el estándar para la transmisión de datos en un medio físico retorcido, desarrollado por ANSI (American National Standards Institute - American National Standards Institute). El cable de datos trenzado puede estar blindado o no blindado. Utiliza un algoritmo de codificación de datos de 4V/5V y un método de codificación física MLT-3.
- 100Base-FX: dos núcleos de cable de fibra óptica. La transmisión también se realiza de acuerdo con el Estándar de Comunicaciones de Fibra Óptica desarrollado por ANSI. Utiliza un algoritmo de codificación de datos de 4V/5V y un método de codificación física NRZI.
Las especificaciones 100Base-TX y 100Base-FX también se conocen como 100Base-X.
- 100Base-T4 es una especificación específica desarrollada por el comité IEEE 802.3u. Según esta especificación, la transmisión de datos se realiza a través de cuatro pares trenzados. cable telefonico, que se llama cable UTP de categoría 3. Utiliza un algoritmo de codificación de datos de 8V/6T y un método de codificación física NRZI.
Además, el estándar Fast Ethernet incluye recomendaciones para el uso de cable de par trenzado blindado de Categoría 1, que es el cable estándar utilizado tradicionalmente en las redes Token Ring. El soporte y la orientación para el uso de cableado STP en una red Fast Ethernet proporcionan un camino hacia Fast Ethernet para los clientes con cableado STP.
La especificación Fast Ethernet también incluye un mecanismo de negociación automática que permite que un puerto host se configure automáticamente a una velocidad de datos de 10 o 100 Mbit/s. Este mecanismo se basa en el intercambio de una serie de paquetes con un puerto hub o switch.
Entorno 100Base-TX
El medio de transmisión 100Base-TX utiliza dos pares trenzados, un par se utiliza para transmitir datos y el otro para recibirlos. Debido a que la especificación ANSI TP - PMD contiene cables de par trenzado blindados y no blindados, la especificación 100Base-TX incluye soporte para cables de par trenzado blindados y no blindados, Tipos 1 y 7.
Conector MDI (interfaz dependiente del medio)
La interfaz de enlace 100Base-TX, según el entorno, puede ser de dos tipos. Para cableado de par trenzado sin blindaje, el conector MDI debe ser un conector RJ 45 de categoría 5 de ocho pines. Este conector también se utiliza en redes 10Base-T, lo que proporciona compatibilidad con versiones anteriores del cableado de categoría 5 existente. debe usarse el conector STP tipo IBM 1, que es un conector DB9 blindado. Este conector se suele utilizar en redes Token Ring.
Cable UTP de categoría 5(e)
La interfaz de medios UTP 100Base-TX utiliza dos pares de cables. Para minimizar la diafonía y la posible distorsión de la señal, los cuatro cables restantes no deben usarse para transportar ninguna señal. Las señales de transmisión y recepción de cada par están polarizadas: un cable transmite la señal positiva (+) y el otro cable transmite la señal negativa (-). La codificación de colores de los cables y los números de clavijas de los conectores para la red 100Base-TX se muestran en la tabla. 1. Aunque la capa PHY 100Base-TX se desarrolló después de la adopción del estándar ANSI TP-PMD, los números de pines del conector RJ 45 se cambiaron para que coincidan con el cableado ya utilizado en el estándar 10Base-T. El estándar ANSI TP-PMD usa los pines 7 y 9 para recibir datos, mientras que los estándares 100Base-TX y 10Base-T usan los pines 3 y 6 para este propósito. Este diseño permite el uso de adaptadores 100Base-TX en lugar de adaptadores 10 Base. T y conéctelos a los mismos cables de categoría 5 sin cambiar el cableado. En el conector RJ 45, los pares de cables utilizados se conectan a los pines 1, 2 y 3, 6. Para conectar correctamente los cables, conviene guiarse por sus marcas de colores.
Tabla 1. Asignaciones de pines del conectorMDIcableUTP100Base-TX
Los nodos se comunican entre sí intercambiando tramas. En Fast Ethernet, una trama es la unidad básica de comunicación a través de una red: cualquier información transferida entre nodos se coloca en el campo de datos de una o más tramas. El reenvío de tramas de un nodo a otro sólo es posible si existe una manera de identificar de forma única todos los nodos de la red. Por lo tanto, cada nodo de una LAN tiene una dirección llamada dirección MAC. Esta dirección es única: dos nodos de la red local no pueden tener la misma dirección MAC. Además, en ninguna tecnología LAN (con la excepción de ARCNet) no pueden haber dos nodos en el mundo que tengan la misma dirección MAC. Cualquier marco contiene al menos tres datos principales: la dirección del destinatario, la dirección del remitente y los datos. Algunos marcos tienen otros campos, pero sólo los tres enumerados son obligatorios. La Figura 4 muestra la estructura de la trama Fast Ethernet.
Figura 4. Estructura del marcoRápidoEthernet
- dirección del destinatario- se indica la dirección del nodo que recibe los datos;
- Dirección del remitente- se indica la dirección del nodo que envió los datos;
- longitud/tipo(L/T - Longitud/Tipo) - contiene información sobre el tipo de datos transmitidos;
- suma de cheque marco(PCS - Secuencia de verificación de trama): diseñado para verificar la exactitud de la trama recibida por el nodo receptor.
El tamaño mínimo de trama es de 64 octetos o 512 bits (términos octeto Y byte - sinónimos). El tamaño máximo de trama es 1518 octetos o 12144 bits.
Direccionamiento de trama
Cada nodo en una red Fast Ethernet tiene un número único llamado dirección MAC o dirección de host. Este número consta de 48 bits (6 bytes), se asigna a la interfaz de red durante la fabricación del dispositivo y se programa durante el proceso de inicialización. Por lo tanto, las interfaces de red de todas las LAN, con la excepción de ARCNet, que utiliza direcciones de 8 bits asignadas por el administrador de la red, tienen una dirección MAC única incorporada, diferente de todas las demás direcciones MAC en la Tierra y asignada por el fabricante en acuerdo con IEEE.
Para facilitar el proceso de administración de interfaces de red, IEEE propuso dividir el campo de dirección de 48 bits en cuatro partes, como se muestra en la Figura 5. Los primeros dos bits de la dirección (bits 0 y 1) son indicadores de tipo de dirección. El valor de las banderas determina cómo se interpreta la parte de la dirección (bits 2 - 47).
Figura 5. Formato de dirección MAC
El bit I/G se llama bandera de dirección individual/grupo y muestra qué tipo de dirección (individual o grupal) es. Una dirección de unidifusión se asigna solo a una interfaz (o nodo) en una red. Las direcciones con el bit I/G establecido en 0 son Direcciones MAC o direcciones de nodo. Si el bit de E/S está establecido en 1, entonces la dirección pertenece al grupo y generalmente se llama dirección multipunto(dirección de multidifusión) o dirección funcional(dirección funcional). Se puede asignar una dirección de grupo a una o más interfaces de red LAN. Las tramas enviadas a una dirección de multidifusión son recibidas o copiadas por todas las interfaces de red LAN que la tienen. Las direcciones de multidifusión permiten enviar una trama a un subconjunto de nodos en la red local. Si el bit de E/S se establece en 1, los bits 46 a 0 se tratan como una dirección de multidifusión en lugar de como los campos U/L, OUI y OUA de una dirección normal. El bit U/L se llama bandera de control universal/local y determina cómo se asignó la dirección a la interfaz de red. Si tanto los bits de E/S como los de U/L se establecen en 0, entonces la dirección es el identificador único de 48 bits descrito anteriormente.
OUI (identificador único organizacional - identificador único organizacional). IEEE asigna uno o más OUI a cada fabricante adaptadores de red e interfaces. Cada fabricante es responsable de la correcta asignación de OUA (dirección única organizacional - dirección organizacional única), que debe tener cualquier dispositivo creado por él.
Cuando se establece el bit U/L, la dirección se controla localmente. Esto significa que no lo establece el fabricante de la interfaz de red. Cualquier organización puede crear su propia dirección MAC para una interfaz de red configurando el bit U/L en 1 y los bits 2 a 47 en algún valor seleccionado. La interfaz de red, después de recibir la trama, primero decodifica la dirección del destinatario. Cuando se establece el bit de E/S en una dirección, la capa MAC solo recibirá la trama si la dirección de destino está en una lista mantenida por el host. Esta técnica permite que un nodo envíe una trama a muchos nodos.
Hay una dirección multipunto especial llamada dirección de Difusión. En una dirección de transmisión IEEE de 48 bits, todos los bits se establecen en 1. Si se transmite una trama con una dirección de transmisión de destino, todos los nodos de la red la recibirán y procesarán.
Longitud/tipo de campo
El campo L/T (Longitud/Tipo) se utiliza para dos propósitos diferentes:
- para determinar la longitud del campo de datos del marco, excluyendo cualquier relleno con espacios;
- para indicar el tipo de datos en un campo de datos.
El valor del campo L/T, que está entre 0 y 1500, es la longitud del campo de datos del marco; un valor más alto indica el tipo de protocolo.
En general, el campo L/T es un remanente histórico de la estandarización de Ethernet en IEEE, lo que dio lugar a una serie de problemas con la compatibilidad de los equipos lanzados antes de 1983. Ahora Ethernet y Fast Ethernet nunca usan campos L/T. El campo especificado sirve únicamente para coordinar con el software que procesa las tramas (es decir, con los protocolos). Pero el único uso verdaderamente estándar para el campo L/T es como campo de longitud; la especificación 802.3 ni siquiera menciona su posible uso como campo de tipo de datos. El estándar establece: "Las tramas con un valor de campo de longitud mayor que el especificado en la cláusula 4.4.2 pueden ignorarse, descartarse o usarse de forma privada. El uso de estas tramas está fuera del alcance de esta norma".
Para resumir lo dicho, observamos que el campo L/T es el mecanismo principal por el cual tipo de marco. Tramas Fast Ethernet y Ethernet en las que la longitud se especifica mediante el valor del campo L/T (valor L/T 802.3, tramas en las que el tipo de datos se establece mediante el valor del mismo campo (valor L/T > 1500) se llaman marcos Ethernet- II o DIX.
Campo de datos
En el campo de datos Contiene información que un nodo envía a otro. A diferencia de otros campos que almacenan información muy específica, el campo de datos puede contener casi cualquier información, siempre que su tamaño sea de al menos 46 y no más de 1500 bytes. Los protocolos determinan cómo se formatea e interpreta el contenido de un campo de datos.
Si es necesario enviar datos de menos de 46 bytes de longitud, la capa LLC agrega bytes con un valor desconocido, llamado datos insignificantes(datos del pad). Como resultado, la longitud del campo pasa a ser de 46 bytes.
Si la trama es del tipo 802.3, entonces el campo L/T indica la cantidad de datos válidos. Por ejemplo, si se envía un mensaje de 12 bytes, el campo L/T almacena el valor 12 y el campo de datos contiene 34 bytes adicionales no significativos. La adición de bytes no significativos inicia la capa Fast Ethernet LLC y generalmente se implementa en hardware.
La capa MAC no establece el contenido del campo L/T; el software lo hace. La configuración del valor de este campo casi siempre la realiza el controlador de la interfaz de red.
Suma de comprobación del marco
La suma de verificación de tramas (PCS - Frame Check Sequence) le permite asegurarse de que las tramas recibidas no estén dañadas. Al formar una trama transmitida a nivel MAC, se utiliza un especial fórmula matemática CDN(Comprobación de redundancia cíclica) diseñada para calcular un valor de 32 bits. El valor resultante se coloca en el campo FCS del marco. La entrada del elemento de la capa MAC que calcula el CRC son los valores de todos los bytes de la trama. El campo FCS es el mecanismo principal y más importante de detección y corrección de errores en Fast Ethernet. Comenzando desde el primer byte de la dirección del destinatario y terminando con el último byte del campo de datos.
Valores de los campos DSAP y SSAP
Valores DSAP/SSAP | Descripción |
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Gestión de subcapas de Indiv LLC |
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Gestión de subcapa Group LLC |
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Control de ruta SNA |
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Reservado (IP DOD) |
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ISO CLNS ES 8473 |
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El algoritmo de codificación 8B6T convierte un octeto de datos de ocho bits (8B) en un carácter ternario de seis bits (6T). Los grupos de códigos 6T están diseñados para transmitirse en paralelo a través de tres pares de cables trenzados, por lo que la velocidad de transferencia de datos efectiva en cada par trenzado es un tercio de 100 Mbps, es decir, 33,33 Mbps. La velocidad de símbolo ternario en cada par trenzado es 6/8 de 33,3 Mbps, lo que corresponde a una frecuencia de reloj de 25 MHz. Ésta es la frecuencia a la que funciona el temporizador de la interfaz MP. A diferencia de las señales binarias, que tienen dos niveles, las señales ternarias, transmitidas en cada par, pueden tener tres niveles.
Tabla de codificación de caracteres
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Estándar 100Base-TX tiene ciertas restricciones en la estructura de la red construida de acuerdo con él.
En particular, la norma introduce un límite en la longitud de un segmento de red de 100 metros (de hecho, esta longitud está limitada a 94 metros, pero en adelante usaremos la cifra redonda 100). Es decir, puedes conectarte a cambiar varias computadoras cables, la longitud de cada uno de los cuales es de 100 metros.
En el estándar, existe un dominio de colisión: un segmento de red, cuyos nodos pueden reconocer una colisión independientemente de la ubicación de la red donde ocurrió. Precisamente para que los nodos puedan reconocer correctamente las colisiones se introduce una restricción en la longitud. cables.
Topologías de red local
La topología es una forma de conectar varias computadoras a una red.
Lo más simple topología de red local Es una conexión entre dos computadoras. Una red de este tipo se puede organizar según estándares. Ethernet, conectando tarjetas de red dos coches especialmente separados cable.
Entonces, lo más simple topología– este es un enlace que conecta dos nodos de red. Para tal topología parece un anillo topología, cuyos nodos están conectados en un anillo. Los datos en una red de este tipo generalmente se transfieren de una computadora a otra en una dirección. Otro topología Se llama autobús común. Es característico de lo obsoleto. Ethernet-redes construidas sobre la base de coaxial cable.
Actualmente el más extendido topología"estrella" (Fig. 1.1.) - también es relevante para Ethernet-redes. En el centro de la "estrella" hay un centro ( cambiar, concentrador, repetidor) desde donde se extienden los cables que lo conectan a las computadoras.
Arroz. 1.1. Topología de las estrellas
En forma de estrella topología diferente del neumático mayor confiabilidad. Si hay alguna conexión en el autobús. topología se dañará, la red se dividirá en dos segmentos independientes. y el daño cable con una organización de red en forma de estrella sólo conduce a la desconexión de cambiar una de las computadoras.
se debe notar que interruptores(así como enrutadores) se pueden combinar, formando así topología"Estrella jerárquica": varias "estrellas" ordinarias conectadas por líneas de comunicación.
Hay otros topología. Por ejemplo, para redes globales característicamente celular topología, cuando las comunicaciones de un nodo de una red pueden llegar a varios otros. Versión celular completa topología– esto está completamente conectado topología– cuando cada uno de los nodos de la red dispone de interfaces de comunicación con todos los demás.
Características de selección y operación de equipos.
Seleccionar equipo de red es bastante sencillo. Solo necesita decidir qué equipo necesita y solo después pensar en el presupuesto para futuras compras.
Para construir Ethernet-red necesitará el siguiente equipo:
1. Tarjetas de red– uno para cada computadora.
2. Cambiar– un dispositivo al que todos se conectan cables de tarjetas de red ordenadores.
3. cables.
Ahora hablemos de todo esto con más detalle.
Tarjetas de red integradas
La tarjeta de red es responsable de transferir información entre computadoras en la red. Recibe datos de una computadora, los convierte a un formato adecuado para su transmisión a través de una red, los envía a la red, recibe datos de otras computadoras y, después de procesarlos, los transmite a la computadora.
Antes de tomar una decisión tarjeta de red, pregunte: tal vez las computadoras que va a combinar ya tengan tarjetas de red. A menudo están integrados en las placas base; la mayoría de las computadoras portátiles tienen tarjetas integradas.
Para saber si su PC tiene un sistema integrado tarjeta LAN, míralo pared posterior(o, para computadoras portátiles, en el costado o en la parte posterior de la computadora) un conector similar al que se muestra en la Fig. 1.2.
Arroz. 1.2. Conector cable de red
Si se encuentra dicho conector, esto significa que debe elegir un conector adicional. tarjeta de red lo más probable es que no sea necesario. Incorporado tarjetas de red proporcionan un rendimiento suficiente y son adecuados para operación normal en la red local. Algunas placas base tienen incorporado tarjetas de red Estándar gigabit Ethernet.
Tarjetas de servidor
Si va a utilizar su computadora como servidor (especialmente si espera construir una red bastante grande, comenzando con 5 a 8 computadoras, y cree que la carga en su servidor será bastante grande, es decir, que las computadoras de la red a menudo tendrás que acceder a él), piensa en un especial tarjeta de red para servidores. Busque una tarjeta de este tipo en las tiendas de informática locales: las tarjetas de red para servidores suelen costar más que las simples, pero es una inversión que vale la pena en su red local.
La velocidad de transferencia de datos en las redes construidas según este estándar es de 100 Mbit/s.
La lógica de funcionamiento de las redes Fast Ethernet y Ethernet es exactamente la misma. Todas las diferencias se encuentran en el nivel físico de la construcción de la red.
La velocidad de transmisión de la señal ha aumentado 10 veces, lo que significa que el diámetro máximo de un segmento compartido debería disminuir 10 veces (para evitar colisiones tardías en él).
Una señal del estado libre del medio en Fast Ethernet es la transmisión de un especial carácter inactivo de origen(y no la ausencia de señal, como en el clásico estándar Ethernet).
El cable coaxial está excluido de la lista de medios de transmisión permitidos. El estándar Fast Ethernet estableció tres especificaciones:
– 100Base-TX: par trenzado blindado o sin blindaje (dos pares en un cable).
– 100Base-T4: par trenzado sin blindaje (cuatro pares en un cable).
– 100Base-FX - cable de fibra óptica (con dos fibras).
Las longitudes máximas de los segmentos de cable se indican en la tabla:
Tabla 1.6.2 Estándares Fast Ethernet
Un canal semidúplex transmite y recibe a su vez, mientras que un canal full-duplex transmite y recibe simultáneamente.
La regla de los 4 concentradores para Fast Ethernet se convierte en una regla de uno o dos concentradores (según la clase de concentrador).
100Base-tx
Medio de transmisión: 2 pares trenzados en una capa común.
100Base-t4
Medio de transmisión: 4 pares trenzados en una capa común.
Se utilizan tres pares para la transmisión de señales en paralelo a una velocidad de 33,3 Mbit/s (un total de 100 Mbit/s), el cuarto par siempre “escucha” la red para detectar colisiones.
100Base-fx
El medio de transmisión es cable de fibra óptica con dos fibras.
Gigabit Ethernet
La velocidad de transferencia de datos en las redes construidas según este estándar es de 1000 Mbit/s.
Se admiten cables utilizados en Fast Ethernet: fibra óptica, par trenzado.
Para evitar colisiones tardías, la longitud del segmento de cable debería reducirse en un factor de 10 en comparación con el estándar Fast Ethernet, pero esto sería inaceptable. En cambio, la tecnología Gigabit Ethernet aumenta la longitud del paquete mínimo de 64 bytes a 512 bytes y, además, permite la transmisión de varios paquetes seguidos (el tamaño total no supera los 8192 bytes). Por supuesto, esto aumenta la espera de una pausa para iniciar la transmisión, pero a una velocidad de 1000 Mbit/s este retraso no es demasiado significativo.
Para soportar la velocidad de transmisión declarada, la tecnología Gigabit Ethernet también utiliza algunos otros soluciones tecnicas, pero la estructura de la red sigue siendo la misma:
– árbol de entornos compartidos;
– los concentradores se utilizan para conectar nodos en el mismo dominio de colisión;
– Los conmutadores y enrutadores conectan dominios de colisión.
La velocidad de transferencia de datos en las redes construidas según este estándar es de 10.000 Mbit/s.
La tecnología para construir una red Ethernet 10G es fundamentalmente diferente de otras tecnologías Ethernet.
Las redes Ethernet 10G son redes con conmutación de paquetes.
Si en redes con medios compartidos un paquete transmitido por una estación llega a todas las demás estaciones, entonces en redes conmutadas el paquete sigue desde la estación transmisora hasta la estación de destino a lo largo de una ruta que se refina a medida que el paquete pasa de un enrutador a otro.
Una red con medios compartidos, construida únicamente sobre concentradores y conmutadores, debe tener una estructura estrictamente jerárquica: no debe haber bucles en el diagrama de conexión.
La red que se muestra en la Figura 1.6.2 tiene una estructura jerárquica. Entre dos nodos cualesquiera hay exactamente un camino, por ejemplo, el camino de A a B pasa por los nodos: A–2–1–3–5–B:
Figura 1.6.2 Red con estructura jerárquica
La siguiente figura 1.6.3 muestra una red con bucle. Ahora hay dos caminos entre los nodos A y B: A–2–1–3–5–B y A–5–B:
Figura 1.6.3 Red de bucle
Las redes de conmutación de paquetes pueden tener una estructura de malla, en la que pueden existir dos o más rutas de paquetes entre dos estaciones.
Las redes en malla son más fiables: si una ruta deja de funcionar por motivos técnicos, se elige otra para entregar el paquete.
Las redes con conmutación de paquetes tienen un mayor rendimiento en comparación con las redes en medios compartidos (los paquetes no se transmiten en todas las direcciones, sino que siguen estrictamente hasta su destino; las estaciones transmiten sin esperar el silencio en la red).
El cable de fibra óptica y el cable de par trenzado se utilizan como medio conductor en las redes Ethernet 10G.
La longitud de un segmento de cable óptico puede alcanzar los 40 km y la longitud de un segmento de par trenzado puede ser de 100 m. La razón para limitar la longitud del cable ya no se debe a colisiones tardías (no hay colisiones al conmutar paquetes), sino. a la atenuación de la señal a medida que pasa a través del cable.
Ethernet rápido
Una vez pareció que 10 Mbit/s era simplemente fantástico alta velocidad. Sin embargo, el mundo está cambiando muy rápidamente. Hubo y sigue habiendo una constante falta de velocidad y ancho del canal. Para resolver estos problemas, varias empresas han desarrollado muchas LAN en anillo de fibra óptica. Uno de esos sistemas se llama FDDI(Interfaz de datos distribuidos por fibra: interfaz de transferencia de datos distribuidos a través de canales de fibra óptica), y el otro - canal de fibra(Canal de Fibra). Ambos fueron utilizados en redes troncales, pero ninguno de ellos se volvió directamente accesible usuario final. En ambos casos, las estaciones fueron controladas muy métodos complejos, lo que llevó a la necesidad de crear microcircuitos complejos y costosos.
Después intento fallido Con la creación de las redes locales de fibra óptica, han surgido muchas redes Ethernet que funcionan a velocidades superiores a 10 Mbit/s. Muchas aplicaciones requerían un gran ancho de banda, por lo que surgieron las LAN de 10 megabits, conectadas por un laberinto de cables, repetidores, puentes, enrutadores y puertas de enlace. Los administradores de red a veces sentían que el sistema apenas se mantenía unido y podía desmoronarse con cualquier toque.
Fue bajo estas circunstancias que en 1992, el IEEE comenzó a revisar los estándares y ordenó al comité 802.3 que desarrollara una especificación más redes rápidas. Una sugerencia fue mantener 802.3 sin cambios y simplemente aumentar la velocidad. Otra era rediseñarlo por completo y dotarlo de un nuevo conjunto de funciones, por ejemplo, ofrecer la posibilidad de transmitir datos en tiempo real y voz digitalizada. Al mismo tiempo, se propuso conservar el antiguo nombre de la norma. El comité decidió cambiar sólo la velocidad de 802.3 y dejar todos los demás parámetros iguales. Los partidarios cerraron la puerta, organizaron su propio comité y desarrollaron su propio estándar (en realidad, 802.12), que, sin embargo, fracasó estrepitosamente.
El comité 802.3 decidió continuar con la antigua línea Ethernet por las siguientes tres razones.
1. La necesidad de compatibilidad con versiones anteriores de las LAN Ethernet existentes.
2. Miedo a que se revelen problemas inesperados en el nuevo protocolo.
3. El deseo de tener tiempo para rehacer el estándar antes de que cambie la tecnología en su conjunto.
El trabajo avanzó con bastante rapidez y ya en junio de 1995 se anunció oficialmente la creación del estándar. 802.3i. Desde un punto de vista técnico, no aporta nada nuevo respecto a la versión anterior. Sería más honesto llamarlo no un nuevo estándar, sino una extensión de 802.3 (para enfatizar aún más la compatibilidad con él).
La idea principal de Fast Ethernet: dejar todos los formatos de trama, interfaces y procedimientos antiguos sin cambios y solo reducir el intervalo de bits de 100 ns a 10 ns. Las ventajas del cableado 10Base-T eran tan innegables que casi todos los sistemas Fast Ethernet acabaron construyéndose sobre este tipo de cable. Por tanto, Fast Ethernet utiliza exclusivamente concentradores y conmutadores.
Sin embargo, todavía era necesario tomar algunas decisiones técnicas. La pregunta más importante era qué tipos de cables soportar. Uno de los candidatos era el cable de par trenzado de categoría 3. El principal argumento a su favor fue que prácticamente todas las oficinas occidentales ya estaban equipadas con al menos cuatro cables de par trenzado de categoría 3 (o mejor): se utilizaban en. lineas telefonicas, y su longitud (hasta la central telefónica más cercana) no superaba los 100 m. A veces se podían encontrar dos de estos cables.
Solo hubo un inconveniente: los pares trenzados de categoría 3 no pueden transmitir señales que cambian a una velocidad de 200 megabaudios (100 Mbps con codificación Manchester) a más de 100 m (esta es la distancia máxima entre una computadora y un concentrador, establecida por 10Base -T estándar). Los cables de par trenzado de categoría 5 harían frente a esta tarea sin problemas, pero para la fibra óptica esta cifra es completamente ridícula. Era necesario encontrar algún tipo de compromiso. Sin más, el comité 802.3 permitió el uso de los tres tipos de cables, como se muestra en la tabla. 4.2, con la condición de que las soluciones basadas en cable de par trenzado de tercera categoría sean un poco más vivaces y puedan proporcionar capacidad requerida canal
En redes Fast Ethernet valor máximo La ventana de colisión es de 5,12 µs y se denomina tiempo de ranura. Este tiempo corresponde exactamente a la longitud mínima del paquete de 64 bytes. Para un paquete más corto, es posible que no se detecte la colisión. La ventana de colisión es el tiempo desde el inicio de la transmisión del primer bit de la trama hasta la pérdida de la capacidad de registrar una colisión con cualquier nodo del segmento; este tiempo es igual al doble del retardo de propagación de la señal entre nodos (RTT); . Una configuración de red Fast Ethernet para la cual el valor de la ventana de colisión excede el tiempo de enlace es incorrecta. El tiempo del canal especifica el valor. talla minima marco y diámetro máximo de la red.
Las redes Ethernet de 100 MHz utilizan dos clases de repetidores ( I Y II). Retrasos de señal en repetidores de clase. I más (~140ns), pero convierten las señales de entrada de acuerdo con las regulaciones utilizadas cuando se trabaja con códigos digitales. Estos repetidores pueden conectar canales que respondan diferentes requisitos, por ejemplo, 100BASE-TX y 100BASE-T4 o 100BASE-FX. La conversión de señal puede tardar el tiempo correspondiente a la transferencia de varios bits, por lo que sólo se puede utilizar un repetidor de clase dentro de un segmento lógico. I, si los segmentos de cable tienen una longitud máxima. Los repetidores suelen tener capacidades de gestión integradas mediante el protocolo SNMP.
Repetidores de clase II tienen pequeños retrasos (~90 ns o incluso menos), pero aquí no se realiza ninguna conversión de señal y, por esta razón, solo pueden combinar segmentos del mismo tipo. Un segmento lógico no puede contener más de dos repetidores de clase. II, si los cables tienen una longitud máxima. Clase de repetidores II no se pueden fusionar segmentos diferentes tipos, por ejemplo, 100BASE-TX y 100BASE-T4. . Según los requisitos de IEEE, el tiempo de retardo de la señal JAM en un repetidor Fast Ethernet (TX y FX) no debe exceder los 460 ns, y para 100BASE-T4, 670 ns.
100Base-FX, utiliza dos cables ópticos multimodo (que cumplen con el estándar ANSI), uno para transmisión en cada dirección, es decir duplex completo a una velocidad de 100 Mbit/s en cada dirección. Además, la distancia entre estaciones puede llegar a los 2 km. La fibra multimodo de 62,5/125 m (ver arriba) opera en el rango de infrarrojos de 1350 nm.
La atenuación máxima de la señal en la fibra no debe exceder los 11 dB; un cable estándar tiene 1-5 dB/km. Los conectores ópticos deben cumplir los mismos requisitos que los conectores utilizados en las redes FDDI (MIC - Media Interface Connector).
Porque el cables de fibra óptica Los sistemas 100Base-FX son demasiado largos para el algoritmo de colisión estándar Redes Ethernet, deben conectarse a concentradores conmutados amortiguados para que cada cable represente un área de colisión separada.
Diseño de sistemas 100Base-TX ( Estándar ANSI TP-PMD ), utilizar pares trenzados de categoría 5 (impedancia característica 100-150 Ohmios) es más sencillo, ya que los cables de este tipo pueden funcionar con señales a una frecuencia de 125 MHz. Por lo tanto, solo se utilizan dos pares trenzados para cada estación: uno hacia el hub y el otro desde él. No se utiliza codificación de bits directa. En cambio hay sistema especial codificación, llamada 4V/5V. Es un sucesor de FDDI y es compatible con él. Cada grupo de cuatro intervalos de reloj, cada uno de los cuales contiene uno de dos valores de señal, forma 32 combinaciones. 16 de ellos se utilizan para transmitir grupos de cuatro bits 0000, 0001, 0010...1111. Los 16 restantes se utilizan con fines de servicio, por ejemplo, para marcar los límites del marco. Las combinaciones utilizadas fueron cuidadosamente seleccionadas para proporcionar una cantidad suficiente de engranajes para mantener la sincronización con el generador de reloj. El sistema 100Base-TX es full-duplex, las estaciones pueden transmitir a 100 Mbps y simultáneamente recibir a la misma velocidad. A menudo, los cables 100Base-TX y 100Base-T4 se denominan simplemente 100Base-T. Los cables deben estar torcidos en toda su longitud; la torsión no puede interrumpirse a más de 12 mm del conector.
Cuando se trabaja con pares trenzados (estándar TX), se utiliza un conector RJ-45 de 8 pines con las siguientes asignaciones de pines:
Si se utilizan pares blindados y un conector tipo “D” de 9 pines, las asignaciones de pines son las siguientes:
| Contacto 1 | Recepción + |
| Contacto 5 | Transferir + |
| Contacto 6 | Recepción - |
| Contacto 9 | Transferir - |
en el esquema 100Base-4T, utiliza cuatro pares trenzados de calidad telefónica (pares trenzados blindados y no blindados de cables de categoría 3, 4 o 5), la velocidad de la señal es de 25 MHz, que es solo un 25% más rápida que el estándar Ethernet de 20 MHz (en la codificación Manchester, el doble de frecuencia es requerido). Para lograr el rendimiento requerido, el circuito 100Base-4T utiliza cuatro pares trenzados. Los cables deben estar torcidos en toda su longitud; la torsión no puede interrumpirse a más de 12 mm del conector.
De los cuatro pares trenzados, uno siempre se enruta al concentrador, otro siempre se enruta fuera del concentrador y los dos restantes se conmutan dependiendo de la dirección actual de transferencia de datos. Sin embargo, para alcanzar una velocidad de 100 Mbit/s hubo que abandonar la codificación Manchester, dada la situación actual.
velocidades de reloj y distancias cortas entre estaciones LAN, puede prescindir de él. Además, a lo largo de la línea se envían señales ternarias, es decir, 0, 1 o 2. Usando tres pares trenzados en la dirección de datos, esto significaba transmitir 1 de 27 caracteres posibles en un ciclo de reloj, es decir, 4 bits más algo de redundancia, que en la frecuencia de reloj a 25 MHz exactamente los 100 Mbit/s requeridos. Además, a través del cable de par trenzado restante también hay un canal de retorno que funciona a una velocidad de 33,3 Mbit/s. Este esquema se conoce como 8V/6T(8 bits como 6 dígitos ternarios).
Para el estándar 100BASE-T4, las asignaciones de pines se muestran en la tabla.
Conector MDI (interfaz dependiente de medios) del cable 100BASE-T4
Los pares 2 y 3, al igual que en TX, están destinados a recibir y transmitir datos. Los pares 1 y 4 se utilizan bidireccionalmente, convirtiendo el enlace entre el nodo y el repetidor en semidúplex. Durante el proceso de transmisión, el nodo utiliza los pares 1, 2 y 4, y el repetidor utiliza los pares 1, 3 y 4. Cabe señalar que el circuito T4, a diferencia del TX, solo puede funcionar en modo semidúplex.
El diagrama de conexión y transmisión de señal en redes 100BASE-T4 se muestra en la Fig.
Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet
Tan pronto como nació el estándar Fast Ethernet, el comité 802 comenzó a trabajar en nueva versión(1995). Fue bautizada casi de inmediato. red gigabit-ethernet, y en 1998 el nuevo estándar ya fue ratificado por IEEE bajo nombre oficial 802.3z. Así, los desarrolladores enfatizaron que este es el último desarrollo de la línea 802. Propiedades clave gigabits Los principales requisitos previos para la creación de 802.3z fueron los mismos que para la creación de 802.3i: aumentar la velocidad 10 veces manteniendo la compatibilidad con versiones anteriores de redes Ethernet más antiguas. En particular, se suponía que Gigabit Ethernet proporcionaría un servicio de datagramas sin acuse de recibo para transmisiones unidireccionales y multidifusión. Al mismo tiempo, era necesario mantener sin cambios el esquema de direccionamiento de 48 bits y el formato de trama, incluidos los límites superior e inferior.
su tamaño. Nuevo estándar cumplía todos estos requisitos. Las redes Gigabit Ethernet se construyen utilizando principio "punto a punto" no utilizan un canal mono, como en el Ethernet original de 10 Mbit, que, por cierto, ahora se llama Ethernet clásico. La red gigabit más simple que se muestra en la Fig. 4.20, A, Consta de dos ordenadores conectados directamente entre sí. Sin embargo, en el caso más general, hay un conmutador o concentrador al que están conectados muchos ordenadores, también es posible instalar interruptores adicionales o concentradores (Fig. 4.20, b). Pero en cualquier caso, siempre hay dos dispositivos conectados a un cable Gigabit Ethernet, ni más ni menos.
Arroz. 4.20. Una red Ethernet que consta de dos estaciones (a); Red Ethernet compuesta por muchas estaciones (b)
Gigabit Ethernet Puede funcionar en dos modos: full duplex y half duplex. "Normal" se considera dúplex completo y el tráfico puede fluir simultáneamente en ambas direcciones. Este modo se utiliza cuando hay un interruptor central conectado a computadoras periféricas o interruptores. En esta configuración, las señales de todas las líneas se almacenan en un buffer, por lo que los suscriptores pueden enviar datos cuando lo deseen. El emisor no escucha el canal porque no tiene con quién competir.. En una línea entre una computadora y un conmutador, la computadora es el único remitente potencial; la transferencia se realizará con éxito incluso si al mismo tiempo hay una transferencia desde el lado del conmutador (la línea es full duplex). Desde la competencia en en este caso no, no se utiliza el protocolo CSMA/CD, por lo que la longitud máxima del cable está determinada únicamente por la intensidad de la señal, y aquí no influye el tiempo de propagación de la ráfaga de ruido. Los interruptores pueden funcionar a velocidades mixtas; Además, seleccionan automáticamente velocidad optima. La autoconfiguración se admite del mismo modo que en Fast Ethernet. La operación semidúplex se utiliza cuando las computadoras no están conectadas a un conmutador, sino a un concentrador. El concentrador no almacena en búfer las tramas entrantes. En cambio, conecta eléctricamente todas las líneas, simulando un enlace mono de Ethernet normal. En este modo, las colisiones son posibles, por lo que se utiliza CSMA/CD. Dado que el tamaño mínimo de trama (es decir, 64 bytes) se puede transmitir 100 veces más rápido que en una red Ethernet clásica, la longitud máxima del segmento debe reducirse correspondientemente en un factor de 100. Es de 25 m; es a esta distancia entre estaciones donde se garantiza que la ráfaga de ruido llegará al remitente antes de que finalice su transmisión. Si el cable tuviera una longitud de 2500 m, entonces el emisor de una trama de 64 bytes a 1 Gbit/s tendría tiempo de hacer mucho, incluso cuando su trama haya recorrido sólo una décima parte del camino en una dirección, sin mencionar el hecho que la señal debe y también regresar.
El comité de desarrollo del estándar 802.3z señaló con razón que 25 m es una longitud inaceptablemente corta e introdujo dos nuevas características que permitieron ampliar el radio de los segmentos. El primero se llama expansión transportador. Esta extensión consiste simplemente en el hecho de que el hardware inserta su propio campo de relleno, ampliando una trama normal a 512 bytes. Dado que este campo lo agrega el remitente y el destinatario lo elimina, entonces software nada que ver con él. Por supuesto, gastar 512 bytes para transferir 46 bytes es un desperdicio en términos de eficiencia del ancho de banda. La eficiencia de dicha transmisión es de solo 9 %. La segunda propiedad que le permite aumentar la longitud permitida del segmento es transmisión de paquetes marcos. Esto significa que el remitente no puede enviar una sola trama, sino un paquete que combina muchas tramas a la vez. Si la longitud total del paquete es inferior a 512 bytes, entonces, como en el caso anterior, se realiza el llenado de hardware con datos ficticios. Si hay suficientes tramas esperando a ser transmitidas para llenar un paquete tan grande, entonces el sistema es muy eficiente. Este esquema, por supuesto, es preferible a la expansión de los medios. Estos métodos permitieron aumentar la longitud máxima del segmento a 200 m, lo que probablemente ya sea bastante aceptable para las organizaciones. Es difícil imaginar una organización que gastaría mucho esfuerzo y dinero en instalar tarjetas para una red Gigabit Ethernet de alto rendimiento y luego conectar computadoras con concentradores que simulen el funcionamiento de la Ethernet clásica con todas sus colisiones y otros problemas. Los concentradores, por supuesto, son más baratos que los conmutadores, pero las tarjetas de interfaz Gigabit Ethernet siguen siendo relativamente caras, por lo que no vale la pena ahorrar dinero comprando un concentrador en lugar de un conmutador. Además, esto reduce drásticamente el rendimiento y no queda del todo claro por qué gastaron dinero en placas gigabit. Sin embargo compatibilidad con versiones anteriores- esto es algo sagrado en la industria informática, por lo que, pase lo que pase, 802.3z proporciona esa característica. Gigabit Ethernet admite cables de cobre y de fibra óptica, como se muestra en la tabla. 4.3. Operar a 1 Gbps significa que la fuente de luz debe encenderse y apagarse aproximadamente una vez cada nanosegundo.
Los LED simplemente no pueden funcionar tan rápido, razón por la cual se necesitan láseres. La norma prevé dos longitudes de onda operativas: 0,85 µm (ondas cortas) y 1,3 µm (ondas largas). Los láseres de 0,85 micrones son más baratos, pero no funcionan con cables monomodo.
Oficialmente se permiten tres diámetros de fibra: 10, 50 y 62,5 micras. El primero está destinado a la transmisión monomodo, los otros dos están destinados a la transmisión multimodo. No se permiten todas las seis combinaciones y la longitud máxima del segmento depende de la combinación seleccionada. Los números que aparecen en la tabla. 4.3 es el mejor caso. En particular, el cable de cinco kilómetros sólo se puede utilizar con un láser diseñado para una longitud de onda de 1,3 micrones y que funcione con fibra monomodo de 10 micrómetros. Tal va-
Esta opción es aparentemente la mejor para carreteras de diversos tipos, campus y zonas industriales. Se espera que sea el más popular a pesar de ser el más caro. 1000Base-CX utiliza un cable de cobre blindado corto. El problema es que está siendo presionado por competidores tanto desde arriba (1000Base-LX) como desde abajo (1000Base-T). Como resultado, es dudoso que consiga atraer a un público generalizado.
confesión. Finalmente, otra opción de cable es un paquete de cuatro pares trenzados sin blindaje. Dado que este tipo de cableado existe en casi todas partes, parece que este será el "Gigabit Ethernet del pobre".
El nuevo estándar utiliza nuevas reglas para codificar señales transmitidas a través de fibra óptica. El código Manchester (4V/5V) a una velocidad de datos de 1 Gbit/s requeriría una velocidad de señal de 2 Gbaud. Es demasiado complicado y consume demasiado ancho de banda. En lugar de la codificación Manchester, se utiliza un esquema llamado 8V/10V. Como puede adivinar por el nombre, cada byte, que consta de 8 bits, está codificado para su transmisión a través de fibra con diez bits. Dado que hay 1024 resultados posibles. palabras clave y para cada byte entrante, este método da cierta libertad
selección de palabras clave. Se tienen en cuenta las siguientes reglas:
Ninguna palabra de código debe tener más de cuatro bits idénticos seguidos;
No debe haber más de seis ceros o seis unos en una palabra clave.
¿Por qué estas reglas particulares? En primer lugar, proporcionan suficientes cambios de estado en el flujo de datos para mantener el receptor sincronizado con el transmisor. En segundo lugar, intentan igualar aproximadamente el número de ceros y unos. Además, muchos bytes entrantes tienen dos posibles palabras de código asociadas. Cuando el codificador puede elegir entre palabras de código, probablemente elegirá una que sea igual al número de ceros y unos. Se le da tanta importancia al número equilibrado de ceros y unos porque es necesario mantener el componente CC de la señal lo más bajo posible. Entonces podrá pasar por los convertidores sin cambios. La gente en informática no está entusiasmada con el hecho de que
Los dispositivos de conversión dictan ciertas reglas para codificar señales, pero la vida es vida.
Gigabit Ethernet, construido sobre 1000Base-T, utiliza un esquema de codificación diferente, ya que es difícil cambiar el estado de la señal dentro de 1 para un cable que no sea de cobre. Utiliza 4 pares trenzados de categoría 5, lo que permite transmitir 4 caracteres en paralelo. Cada carácter está codificado en uno de los cinco niveles de voltaje. Para encajar 1 Hz en 4 pares trenzados, se utiliza el código PAM5. Un número de 8 bits se transmite como un número quinario, un código con base 5. Por lo tanto, una señal puede significar 00, 01, 10 u 11. También existe un valor de voltaje de servicio especial. Hay 2 bits de datos por par trenzado, por lo que en un intervalo de tiempo el sistema transmite 8 bits en 4 pares trenzados. La frecuencia del reloj es
125 MHz, lo que le permite operar a una velocidad de 1 Gbit/s. Se agregó un quinto nivel de voltaje para propósitos especiales: enmarcado y control. 1 Gbps es bastante. Por ejemplo, si el receptor se distrae con algo durante 1 ms y al mismo tiempo se olvida o no tiene tiempo de liberar el buffer, esto significa que "dormirá" durante aproximadamente 1953 fotogramas. Puede haber otra situación: una computadora genera datos a través de una red gigabit y la otra los recibe a través de Ethernet clásica. El primero probablemente abrumará rápidamente al segundo con datos.
En primer lugar, el portapapeles se llenará. En base a esto, se tomó la decisión de introducir el control de flujo en el sistema (lo mismo ocurría con Fast Ethernet, aunque estos sistemas son bastante diferentes). Para implementar el control de flujo, una de las partes envía una trama de servicio indicando que la otra parte necesita hacer una pausa por un momento. El personal de servicio es, de hecho, ordinario. Marcos Ethernet, en el campo Touré de los cuales se escribe 0x8808. Los dos primeros bytes del campo de datos son de comando y los bytes siguientes, si es necesario, contienen parámetros de comando. Para controlar el flujo se utilizan tramas del tipo PAUSA y la duración de la pausa se especifica como parámetro en unidades del tiempo mínimo de transmisión de trama. Para Gigabit Ethernet, esta unidad es igual a 512 ns y las pausas pueden durar hasta 33,6 ms.
Se estandarizó Gigabit Ethernet y el comité 802 se aburrió. Luego, IEEE lo invitó a comenzar a trabajar en 10 Gigabit Ethernet. Comenzaron largos intentos para encontrar alguna letra después de la z en el alfabeto inglés. Cuando se hizo evidente que tal letra no existe en la naturaleza, se decidió abandonar el antiguo enfoque y pasar a índices de dos letras. Entonces, en 2002 apareció el estándar 802.3ae. Aparentemente, la llegada de 100 Gigabit Ethernet también está a la vuelta de la esquina.
Algunas palabras más (extractos de conferencias) que no se mencionaron aquí
Han surgido problemas: Tiene un cable de par trenzado de 100 m, pero ya no hay tiempo para resolver la conmutación
Cancelación de eco (para dúplex) hasta 1 Hz y cada par se utiliza en todo el ancho de su ancho de banda en ambas direcciones
En cualquier caso, dúplex o semidúplex, la señal se transmite a través de los 4 pares trenzados.
Hay 3 entornos en los que puede funcionar:
1) fibra óptica
Se pueden usar 2 o 4 pares coaxiales. Y la distancia posible es de aproximadamente 25 m. Unen, por ejemplo, servidores cercanos.
También se establece el número de ceros y unos, lo que mantendrá la autosincronización.
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