Računarske mreže - Ethernet

MATURSKI RAD IZ DIGITALNIH TELEKOMUNIKACIJA

Tema: ETHERNET

Sarajevo, juni 2013. godine

Maturski rad ETHERNET

SADRŽAJ:

1. Uvod .................................................................................................................................................... 2

2. ETHERNET ........................................................................................................................................ 3

2.1 Kabliranje ETHERNET-a ............................................................................................................... 3

2.2 Fizički mediji LAN mreža .............................................................................................................. 5

2.3 Linijski kod ..................................................................................................................................... 5

2.3.1 Manchester kod .......................................................................................................................... 6

2.3.2 Definicija 4B/5B simbola .......................................................................................................... 7

2.4 Informacija o protokolu .................................................................................................................. 7

2.4.1 Opće ETHERNET zaglavlje ...................................................................................................... 8

2.4.2 ETHERNET vII / DIX zaglavlje ............................................................................................... 8

2.4.3 802.2 zaglavlje ........................................................................................................................... 9

2.4.4 802.2/SNAP zaglavlje .............................................................................................................. 11

2.4.5 Izvorno Novell (RAW) zaglavlje .............................................................................................. 11

2.5 ETHERNET (ISO 8802/3) ............................................................................................................ 12

2.6 Brzi Ethernet (IEEE 802.3u) ......................................................................................................... 12

2.6.1 Osnovne Fast Ethernet komponente ........................................................................................ 14

2.6.2 Mrežna kartica (NIT) za Fast Ethernet .................................................................................... 14

2.7 Gigabitni Ethernet (IEEE 802.3z) ................................................................................................. 15

2.8 10 Gigabit Ethernet ....................................................................................................................... 17

2.8.1 10 Gigabit Ethernet WAN ........................................................................................................ 17

3. Zaključak .......................................................................................................................................... 18

4. Literatura ........................................................................................................................................... 19

1


1. Uvod

Ethernet je najpopularniji standard za umrežavanje računara u lokalne mreže. Široko je prihvaćen od strane proizvođača računarske mrežne opreme. Ethernet standard je po prvi put objavljen 1985. formalnim nazivom IEEE 802.3 – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications. Ovim standardom se definiše višestruki pristup prijenosnom mediju provjerom nosioca signala metodom detekcije sudara. Hronološki se standard prvo odnosio na upotrebu koaksijalnih kablova (debeli i tanki) i za brzine prijenosa od 10 Mb/s, a zatim je proširivan da bi podržao nove medije za prijenos podataka (npr. UTP kablovi), kao i novi skup specifikacija koje podržavaju 100 Mb/s brzi Ethernet (Fast Ethernet), a kasnije i gigabitni Ethernet. Danas se standard 802.3 odnosi isključivo na fizički sloj i sloj veze podataka OSI modela. Ethernet mreža je lokalna mreža koja prenosi podatke između Ethernet stanica. Adapter (interfejs) koji omogućava povezivanje računara ili nekog drugog uređaja na mrežu je mrežna kartica. Za mrežnu karticu postoji više naziva koji se u praksi ravnopravno koriste – Ethernet adapter, mrežni adapter, LAN adapter, LAN kontroler, komunikaciona kartica, Network Interface Card – NIC. Rad mrežne kartice kontroliše upravljački softver – drajver (driver) koji se izvršava u računaru. Svaki uređaj sa ugrađenim Ethernet adapterom koji učestvuje u mrežnom saobraćaju zove se Ethernet stanica. Ethernet stanice su povezane na zajednički komunikacioni medij. Ethernet signali se kroz medij šalju serijski, bit po bit. Svaka Ethernet stanica učestvuje u mrežnom saobraćaju samostalno – nezavisno od ostalih stanica na mreži.

2


2. ETHERNET (IEEE 802.3, ISO 8802/3)

Originalni Ethernet standard - 10Base(T/5/2) – razvili su 1980. godine Digital Equipment Corporation, Intel i Xerox (DIX). 1985. godine, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) modificirao je i standardizirao originalnu specifikaciju kao IEEE 802.3 (ISO 8802/3). Ethernet/802.3 je najviše rasprostranjena mrežna topologija u svijetu. Popularnost duguje činjenici da omogućuje brzu i pouzdanu vezu, koja je ekonomična i jednostavne instalacije i održavanja. Ethernet se najšire koristi za povezivanje individualnih računara (desktop) na lokalnu računalnu mrežu - LAN. Premda najčešće fizički ožičen u konfiguraciji zvijezde, Ethernet/IEEE 802.3 je logička sabirnica (bus). Svi uređaji vremenski dijele isti medij, a pristupna metoda je CSMA/CD. Prije predaje podataka, svaki uređaj mora čekati dok na mediju ne zavlada “tišina” i mora slušati ostale uređaje koji, eventualno, mogu predavati podatke u isto vrijeme. U slučaju kolizije, oba uređaja se moraju neko vrijeme povući sa medija, prije nego pokušaju ponovo predati svoje podatke.

Karakteristike:- Brz, pouzdan, ekonomičan, jednostavne instalacije i održavanja- Detekcija signala nositelja, višestruki pristup sa detekcijom kolizija – Carrier sense,

multiple access with collision detection (CSMA/CD)- Nedeterministički pristup- 10 Mbps po koaksijalnom kablu (10Base5, 10Base2), optičkom vlaknu (10BaseFL,

FOIRL), ili uvrnutoj parici (10BaseT)

2.1 Kabliranje ETHERNET-a

Pošto se ime ''Ethernet'' odnosi na kabl (etar), počnimo naše razmatranje od njega. Za Ethernet se koriste četiri vrste kablova (slika 1).Hronološki se prvo pojavio sistem kabliranje 10Base5, popularni debeli Ethernet (engl. thick Ethernet). Kabl je podsjećao na žuto baštensko crijevo, sa oznakama na svakih 2,5 metara na mjestima gdje treba ubosti račve. Veze s kablom najčešće se ostvaruju pomoću ubodnih račvi (eng. vampire taps), čija se igla – oprezno do polovine – utisne u jezgro koaksijalnog kabla. Oznaka 10Base5 znači da sistem radi brzinom od 10 Mb/s, da koristi signaliziranje u osnovnom opsegu i da može podržati segmente dužine do 500 m. Prvi broj je brzina u Mb/s. Zatim dolazi riječ ''Base'' (ili, ponekad, ''BASE'') koja označava da se prijenos vrši u osnovnom opsegu. Postojala je i širokopojasna varijanta, 10Broad36, ali nikada nije uspjela da zainteresuje tržište, pa je napuštena. Ako je medijum koaksijalni kabl, na kraju dolazi njegova dužina u 1000-metarskim jedinicama.

Ime Kabl Maksimalna dužina segmenta

Čvorova po segmentu

Prednosti

10Base5 Debeo koaksijalni 500 m 100 Prvobitni kabl; sada zastario10Base2 Tanak koaksijalni 185 m 30 Nisu potrebni razvodnici

3


10Base-T Upredena parica 100 m 1024 Najjeftiniji sistem10Base-F Optički 2000 m 1024 Najbolji za međusobno

povezivanje zgrada

Slika 1

Sljedeći sistem kabliranja bio je 10Base2 – tanki Ethernet (engl. thin Ethernet), s kablom koji se za razliku od ''baštenskog crijeva'' lako mogao saviti. Stanice se na njega, umjesto ubodnim račvama, povezuju pomoću standardizovanih BNC konektora koji formiraju T-spojeve. BNC konektori se lakše koriste i pouzdaniji su. Tanki Ethernet je mnogo jeftiniji i lakše se instalira, ali segmenti kabla mogu da budu dugački najviše 185 m i svaki može da podrži samo 30 računara.Teškoće u vezi s nalaženjem mjesta prekida u kablu uticale su na to da se za sisteme pronađe drugačija vrsta ožičenja, gdje kablovi iz svih stanica vode u centralni razvodnik (engl. hub) u kome se svi međusobno električno povezuju (kao da su zalemljeni). Ti ''kablovi'' su obično telefonske upredene parice, pošto je većina poslovnih zgrada njima opremljena i obično ima dosta rezervnih parica. Takav sistem se zove 10Base-T. Razvodnici ne baferuju dolazni saobraćaj, ali ćemo u nastavku poglavlja opisati njihovu poboljšanu verziju (skretnice, engl. switches), koje to čine.Tri opisane šeme ožičenja prikazane su na slici 2. U sistemu 10Base5, primopredajnik (engl. transceiver) pričvršćuje se oko kabla tako da njegova račva ostvaruje pouzdan kontakt s jezgrom kabla. Primopredajnik sadrži elektronske komponente za osluškivanje nosioca i otkrivanje sukobljavanja. Kada otkrije sukob, primopredajnik emituje u kabl specijalan neregularan signal kako bi svi ostali primopredajnici nedvosmisleno razumjeli da je došlo do sukobljavanja.

Slika 2 (a – 10Base5. b – 10Base2. c – 10Base-T.)Četvrti sistem kabliranja Etherneta, 10Base-F, zasnovan je na optičkom kablu. Ova varijanta je skupa zbog visoke cijene konektora i završnih elemenata, ali je izuzetno imuna na smetnje i preporučljiva za povezivanje zgrada ili međusobno vrlo udaljenih razvodnika. Segment kabla može se pružati i čitav kilometar. Sistem je u informacionom smislu i bezbjedniji, jer je mnogo teže prisluškivati optički kabl nego bakarni.

4


2.2 Fizički mediji LAN mreža

Koaksijalni kabl se prvenstveno nalazi kod starijih mreža i sastoji se od unutarnjeg provodnika, okruženog izolatorom, koga dalje omotavaju metalni vanjski provodnik, te konačno izolatorski omotač. Ethernet koaksijalni kablovi su obično 50-omsk, a završeci (50 oma) potrebni su na kraju svakoga segmenta kabla.

Uvrnuta parica sastoji se od para izoliranih žica koje su međusobno uvrnute da bi se smanjila interferencija koju žice emitiraju ili apsorbiraju. Na raspolaganju su različito stupnjevane parice, kao npr. Category 3, 4, ili 5, a mogu biti sa metalnim oklopom (“shield”) oko sebe (shielded twisted pair - STP), ili bez njega (unshielded twisted pair ili UTP). Što se tiče gornje granične frekvencije koju propuštaju pojedine kategorije paričnih kablova, one su za CAT-3, CAT-4, CAT-5, CAT-6 i CAT-7: 16 MHz, 20 MHz, 100 MHz, 200 MHz i 600 MHz, respektivno.

Fiber-optički kabl načinjen je od finih staklenih ili plastičnih vlakana, koja su zaštićena vanjskim zaštitnim omotačem, koja vode svjetlosne impulse od predajnika do prijemnika. Monomodni laserski predajnici su veće snage od multimodnih LED predajnika, ali i jedni i drugi nude izuzetan prijenosni opseg preko fizički maloga kabla, te su imuni na elektromagnetsku interferenciju (EMI), razlike potencijala uzemljenja, i pružaju dobru zaštitu od prisluškivanja.

2.3 Linijski kod

Postoje različite metode kodiranja bita podataka u električne signale, kao npr.:- Impulsi bez povratka na nulu, sa inverzijom - Non-Return-to-Zero-Inverted (NRZI)- Manchester- 4B/5B – 8B/10B- MLT-3- Impulsi sa povratkom na nulu – Return-to-Zero- Impulsi sa naizmjeničnom promjenom znaka jedinice – Alternate Mark Inversion

(AMI)- Bipolarni impulsi sa zamjenom osam nula (B8ZS)

Slika 3Linijsko kodiranje je proces predavanja podataka (1 i 0) na fizički medij, a omogućuje bitsku sinhronizaciju predajnika i prijemnika, tako što signalu koga prenosi dodaje mogućnost samosinhronizacije putem ekstrakcije osnovnog takta na prijemniku. Postoje mnoge različite metode linijskog kodiranja bita podataka, kao npr. Alternate Mark Inversion (AMI), predstavljena na slici, koja se prvenstveno koristi kod WAN mreža.

5


10BaseT Ethernet koristi Manchester kod gdje pozitivna tranzicija signala odgovara binarnoj “1”, a negativna binarnoj “0” (slika br. 3). Kod uzastopnih simbola “1”, prva polovina bita drži se na visokom nivou, dok druga polovina mora biti niskoga nivoa, a u slučaju ponovljenih binarnih simbola “0”, obrnuto. Budući da se na ovaj način za svaki preneseni bit, zahtijevaju jedna ili dvije tranzicije, smanjuje se mogućnost gubitka ili pogrešne sinkronizacije osnovnoga takta (“clock”), ali to zahtijeva i veći frekvencijski propusni opseg.Fast Ethernet koristi drugačije linijsko kodiranje; kod 10/100BaseTX u oporabi je kod 4b/5b, gdje mrežna kartica najprije prekodira svaka 4 bita sa 5 bita (npr. 0000 sa 11111, 0001 sa 01001, 0010 sa 10100, 0011 sa 10101 i 0100 sa 01010, pogledati tabelu), a potom primijeni NRZI kod (promjena stanja signala samo pri pojavi “1” u nizu bita). I u ovome slučaju se povećava broj tranzicija, što garantira ekstrakciju takta, ali zahtijeva manji propusni opseg nego Manchester kod. (Pogledati sljedeću tabelu kodova). Analogno se za Gigabit Ethernet generira 8B/10B linijski kod.

2.3.1 Manchester kod

Slika 4

U telekomunikacijama i računarstvu, manchester kodiranje je binarni kod koji se dobiva na sljedeći način:

- logička "0": se kodira na način da je prva polovica intervala signala na visokom nivou a druga polovica na niskom --

- logička "1": se kodira na način da je prva polovica intervala signala na niskom nivou a druga polovica na visokom

Za razliku od non-return-to-zero metode kodiranja, Manchester kodiranje ima prijelaz nakon svakog intervala signala te se time rješava problem sinhronizacije ali se dvostruko povećava frekvencijski pojas pa to kodiranje pronalazi primjenu u ethernet mrežama do 10 Mbit/s.

2.3.2 Definicija 4B/5B simbola

U telekomunikacijama, 4B/5B je oblik za prijenos podataka tzv. Block Coding. 4B/5B mape skupine 4 bita na grupe od 5 bita imaju minimalnu snagu od 1 bit na izlazu. Kada se NRZI

6

http://hr.wikipedia.org/wiki/Telekomunikacije

http://hr.wikipedia.org/wiki/Ethernet

http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Frekvencijski_pojas&action=edit&redlink=1

http://hr.wikipedia.org/w/index.php?title=Sinkronizacija&action=edit&redlink=1

http://hr.wikipedia.org/wiki/Non-return-to-zero

http://hr.wikipedia.org/wiki/Ra%C4%8Dunarstvo


kodira tada 1 bit osigura potrebno vrijeme prijelaza za prijemnik. Npr. brojevi od 4 bita kao što su 0000 ne sadrži prijelaze i pravi probleme kod mjerenja vremena prijemnika. 4B/5B rješava ovaj problem dodjeljivanjem ekvivalent riječi od 5 bita na 4 uzastopna bita tj. dodjeljivanjem blokova na svaki od ta 4 uzastopna bita. Ove pet bitne riječi su predodređene u rječniku i izabrane kako bi se osiguralo da će biti barem dva prijelaza po bloku bitova.

4B/5B je populariziran od ''Fiber distributed data interface (FDDI)'' početkom osamdesetih a kasnije je usvojena i od strane 100BASE-TX standardno definirane IEEE 802.3u 1995. godine i AES10-2003 MADI [1] (višekanalni audio Digital Interface).Naziv "4B5B" općenito se uzima da važi za FDDI verziju. Ostali četiri do pet-bitni kodovi su korišteni za magnetsko snimanje i poznati su kao grupa GCR.

Tabela kodiranja:Simboli

PodatakaKontrolni

simboli4-bitna grupa

podataka5-bitni simbol Ime

5-bitni simbol

1111 11110 IDLE 111111 1001 J 1100010 10100 K 1000111 10101 T 1101100 1010 R 111101 1011 S 11001110 1110 QUIET 0111 1111 HALT 100

2.4 Informacija o protokolu

- ETHERNETo DIXo 802.3 (Novell RAW)o 802.2o 802.2/SNAP

Kako je ranije rečeno, postoje različite vrste ETHERNET-a. Navest ćemo razlike između 4 glavna tipa.

2.4.1 Opće ETHERNET zaglavlje

7


Uvod(8)

Adresa destinacije

(6)

Adresaizvora

(6)Kontrola

(2)Podaci (46 – 1500 bajta) FCS

(4)

Svaka verzija Ethernet-a koristi isti osnovni format okvira. Razlike proizilaze iz kontrolne informacije koja se ubacuje između polja Adrese izvora i FCS.

2.4.2 ETHERNET vII / DIX zaglavlje

Uvod(8)

Adresa destinacije

(6)

Adresaizvora

(6)Tip(2)

Podaci (46 – 1500 bajta) FCS(4)

Razmotrimo Ethernet vII okvir.Okvir se sastoji od 6 polja, počinje preambulom, a završava sa CRC frame check sequence (FCS).Za svako polje, prvo se prenosi najznačajniji bajt, počevši sa najmanje značajnim bitom ( lsb). U općem slučaju, software koji upravlja slojem linka podataka implementiran je u firmware-u mrežne kartice.Isključivši preambulu i start frame delimiter, okvir mora biti dugačak barem 64 bajta, a maksimalno 1518 bajta.Preambulu u predajni okvir upisuje hardware mrežne kartice, a čine je 64 bita naizmjeničnih “1” i “0”, sa izuzetkom dva zadnja bita koji su "11”. (Zadnji bajt je ograničavač Start Frame Delimiter). Ovih 56X8 plus 6 tranzicija 0/1, mrežna kartica na prijamu koristi za sinkronizaciju fazne petlje na osnovu primljenih okvira, a Start frame ograničavač označava početak okvira (prva tranzicija 1/0).U adresnom polju, U/L bit određuje da li je adresa (izvorna ili odredišna) dodijeljena (administrirana) globalno ili lokalno, pri čemu je prva unikatna i u njoj prva 3 bajta označavaju kod proizvođača koji mu je dodijelio IEEE (npr. za Hewlett-Packard je to u hex kodu 08 00 09).I/G bit određuje da li je odredišna adresa individualna ili grupna. Grupna adresa može biti višestruka – multicast (grupa prijamnika) ili broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF, tj sve “jedinice”, što kodira sve moguće odredišne adrese).Polje Type označava koji protokol trećega sloja se prenosi.Podatkovno (Data) polje je dužine barem 46 bajta, ali ne više od 1500 bajta.Ako je polje podataka duže od 1500 bajta, takav okvir (jabber) smatra se neispravnim.Ako je polje podataka kraće od 46 bajta, tada se u njega moraju umetani (pad) biti, ili se okvir smatra prekratkim (runt).Dva bajta polja Type koriste se za kodiranje protokola trećega sloja koji se prenosi, pri čemu svaki kod mora biti jednak ili veći od 1.500 decimalno (= 05DC heksadecimalno), budući da, kako se vidi na sljedećoj slici, druge verzije Ethernet-a mijenjaju namjenu predmetnoga polja, tako da ono u tome slučaju indicira dužinu polja podataka.Vrlo često je kod u ovome polju 0800. O kom se protokolu tada radi?Primijetimo da kod Ethernet-a postoji samo jedno type polje, što implicira da predajni i prijamni protokoli na trećem nivou moraju biti isti.

8


2.4.3 802.2 zaglavlje

Uvod(8)

Adresa destinacije

(6)

Adresaizvora

(6)Dužina

(2)

DSAP

(1)

SSAP

(1)

CTRL

(1)Podaci

FCS(4)

- Prvi dio zaglavlja je 802.3 zaglavlje.- Sada su potrebna dodatna polja da se specificira sljedeći protokol. Preporuka 802.2 ih

definira kao Destination Service Access Point (DSAP) i Source SAP (SSAP).- 802.2 kontrolno polje (CTRL) ne dodaje bilo kakvu korisnu funkciju LAN-u.

Ethernet specifikacija je prethodila IEEE 802.3 standardima, a u većini slučajeva termini su međusobno zamjenjivi. Premda oba tipa okvira mogu egzistirati na LAN-u, oni nisu međusobno operativno kompatibilni osim ako računalni sustav ne podržava oba tipa. Kod IEEE 802 protokola, sloj linka podataka je podijeljen na 2 dijela: media access control (MAC) i logical link control (LLC): IEEE 802.2 i IEEE 802.3, respektivno.Okvir se sastoji od 7 polja, počinje sa preambulom, a završava sa CRC frame check sequence (FCS).802.3 okviri su identični Ethernet okvirima, sa izuzetkom da 802.3 zamjenjuje type polje – length poljem koje specificira dužinu 802.3 polja podataka.U/L bit određuje da li je adresa (izvorna ili odredišna) dodijeljena (administrirana) globalno ili lokalno, pri čemu je prva unikatna i u njoj prva 3 bajta označavaju kod proizvođača koji mu je dodijelio IEEE (npr. za Hewlett-Packard je to u hex kodu 08 00 09).I/G bit određuje da li je odredišna adresa individualna ili grupna. Grupna adresa može biti višestruka - multicast (grupa prijamnika) ili broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF, tj sve “jedinice”, što kodira sve moguće odredišne adrese).Data link informacija u formi 802.2 zaglavlja daje dodatni SAP i kontrolnu informaciju; koristi SSAP i DSAP za specificiranje sljedećeg (višeg) protokola.DSAP (Destination service access point address ) polje sadrži adresu koja identificira jednu ili više pristupnih točaka - service access point (SAP) - prema kojoj je usmjereno informacijsko polje. (SAP adresa, u općem slučaju, omogućuje logičke veze sa procesima mrežnoga sloja OSI modela). KadaDSAP određuje jedan SAP ili proces mrežnog nivoa, onda je to individualni DSAP, u protivnom je to grupni DSAP.Dx određuje administratora DSAP-a (korisnik ili IEEE).SSAP (Source service access point address) polje sadrži adresu koja određuje SAP sa koje je informacija poslana. C/R bit označava da li je paket podataka ovoga SSAP-a početna odlazna komanda, ili odgovor na neku ranije došlu komandu.Control polje određuje interpretaciju podataka u informacijskom polju i može imati 1 ili 2 bajta, kako je definirano IEEE 802.2 standardom. Određuje tip okvira : UI (Unnumbered information), XID (Exchange identification) ili TEST. Sadrži i dodatnu informaciju koja je potrebna za kontrolu toka i kontrolu grešaka. Modifier function bit određuje pojedinu od mogućih komandi. TEST komandu, poslatu odredišnoj LLC jedinici slijedi test odgovor. Koristi se kao osnovni test prijenosnog puta između kontrolnih LLC stanica. Na primljeni setirani P (poll) bit test komande, F (final) bit se odgovarajuće setira u test odgovoru. XID

9


komandu šalje neka LLC jedinica ciljanoj jedinici. Sadrži informaciju o raspoloživim servisima na predajnom SAP-u, a traži sličnu informaciju od ciljanoga SAP-a.Za većinu LAN aplikacija, 802.2 control polje ne pridodaje nikakvu korisnu informaciju.Jedna od funkcija IEEE SAP-ova je jednaka kao kod Ethernet type: multipleksiranje paketa na trećem nivou. Međutim, kako postoje 2 SAP polja (izvor i odredište), postoji više mogućnosti. Tako je npr. moguće slati broadcast poruke na trećem nivou (SAP FF) i slati testne poruke na drugom nivou (802.2test i XID).Type polje kod Ethernet-a je funkcijski slično upotrebi DSAP kod IEEE 802.2. Kako IEEE 802.3 okvir ne dozvoljava da length polje bude veće od 1.500 (decimalno), ovo polje se koristi od strane firmware-a kartice da se razlikuju IEEE 802.2/802.3 okviri od Ethernet okvira. (Ako je length/type polje 5 DD hex ili veće, u pitanju je Ethernet paket). Driver može biti specijalno konfiguriran da obrađuje Ethernet paket.Primijetimo da SSAP-ovi ili control polja ne postoje kod Ethernet okvira.Informacijsko polje nije specificirano IEEE 802.2 standardom i koristi se za prijenos informacije između između LLC jedinica. Standardni (de facto) protokoli trećeg nivoa ili protokoli definirani od strane korisnika koriste nenumeriranu informaciju (UI) za komunikaciju.Budući da informacijsko polje određuje korisnik, IEEE 802.2 standard ne definira UI odgovor, ali korisnički protokol može koristiti komandu koja odgovara na komandu.IEEE 802.2 SAP-ovi i Ethernet type polja definiraju logičke veze između protokola mrežnog nivoa.Zavisno da li neki protokol na drugom nivou koristi Ethernet ili IEEE 802.3, protokol na trećem nivou se poziva po tipu (type-2 bajta) ili SAP kodu (1 bajt).Standardni protokoli koriste SAP-ove ili type, ali korisnik može napisati i svoj vlastiti protokol, driver, ili aplikaciju koristeći SAP ili type.

Specificiranje sljedećeg protokola putem DSAP-a je bilo dovoljno u ranijoj fazi korištenja ovoga standarda, ali se kasnije javio problem sličan nedostatku IPv4 adresa. Zbog toga se kreirao novi Ethernet standard: 802.2/SNAP.

2.4.4 802.2/SNAP zaglavlje

10


Ethernet 802.3 802.2 SNAP

Uvod(8)

Adresa destinacije

(6)

Adresaizvora

(6)

Dužina(2)

DSAPAA

(1)

SSAPAA

(1)

CTRL03

(1)

OUI

(3)

Tip

(2)Podaci

FCS(4)

- Prvi dio zaglavlja je 802.3 zaglavlje.- Budući da su DSAP i SSAP polja od samo dva bajta, broj raspoloživih identifikatora

viših protokola je vrlo ograničen, pa se kreira SNAP zaglavlje, čime se on povećava.

Kako 802.2 standard nije ostavio mjesta za više adresa (tj. identifikatora) protokola višeg nivoa, kreirano je SNAP zaglavlje, što omogućuje još 256 adresa protokola. U tome slučaju, DSAP i SSAP se postavljaju na “AA”, a Control polje na “03”.

2.4.5 Izvorno Novell (RAW) zaglavlje

Ethernet 802.3 zaglavlje Novell Raw

Uvod(8)

Adresa destinacije

(6)

Adresaizvora

(6)Dužina

(2)IPX Zaglavlje + Podaci

(46-1500 bajta)FCS(4)

- Preambulu čine 64 bita naizmjeničnih “1” i “0”, sa izuzetkom dva zadnja koji su "11”. (Ovaj zadnji bajt je Start Frame Delimiter)

- Polje Type označava koji protokol trećega sloja se prenosi.- Podatkovno (Data) polje je dužine barem 46 bajta, ali ne više od 1500 bajta.- Ako je polje podataka duže od 1500 bajta, takav okvir (jabber) smatra se neispravnim.- Ako je polje podataka kraće od 46 bajta, tada se u njega moraju umetani (pad) biti, ili

se okvir smatra prekratkim (runt).

Ova (zatvorena) verzija Ethernet-a je licencirana od strane Novell-a, pa se zoveizvornom Novell-ovom (raw), jer može izravno enkapsulirati Novell-ove IPX podatkebez bilo kakve 802.2 LLC informacije. Nije kompatibilna sa bilo kojom drugomverzijom Ethernet-a.

11


2.5 ETHERNET (ISO 8802/3)

IEEE standard 802.3i - 1990Pristup mediju CSMA/CDFormat okvira 802.3/EthernetMAC adresa 48 bitaMinimalna/maksim. dužina okvira 64/1518 bajtaKolizijski dijametar 512 bitaBitska brzina 10 MbpsBitski interval 0,1 usecLinijski kod ManchesterSignalna frekvencija 20 MHzVrijeme između okvira 9,6 usecMaksim. ukupno vrijeme prijenosa 51,2 usecMaksimalni dijametar mreže 2500 mBrzina predaje okvira u sekundi 811-14880Univerzalni konektor AUI

Dužina MAC adrese, minimalna i maksimalna dužina okvira, te kolizijski dijametar ostaju isti za Ethernet i Fast Ethernet.Različiti su: linijski kod, signalna frekvencija i vrijeme između okvira.

2.6 Brzi Ethernet (IEEE 802.3u)

U osnovi, Fast Ethernet je gotovo isti kao standardni Ethernet, sa različitostima na fizičkom sloju, među kojima su primarno: linijski kod, frekvencija osnovnog takta (clock), kao i bitska brzina.Osnovna zamisao pri projektovanju brzog Etherneta bila je prilično jednostavna: zadržati postojeće formate okvira, interfejse i proceduralna pravila ali skratiti trajanje jednog bita sa 100 ns na 10 ns. Tehnički je bilo izvodljivo da se kopira sistem 10Base-5 ili 10Base-2, a da se sukobi još uvijek pravovremeno otkrivaju ako se dužina kabla desetostruko smanji. Međutim, prednosti ožičenja po sistemu 10Base-T bile su tako velike da je projekat brzog Etherneta zasnovan isključivo na njemu. Na Taj način, u svim sistemima brzog Etherneta postoje razvodnici i skretnice; spojni kablovi s više ubodnih račvi ili BNC konektora nisu dozvoljeni.


Prednosti

100Base-T4 Upredena parica 100 m Koristi se neoklopljena parica 3. Kategorije

100Base-TX Upredena parica 100 m Potpuni dupleks pri 100 Mb/s (neoklopljena parica 5. Kategorije)

100Base-FX Opričko vlakno 2000 m Potpuni dupleks pri 100 Mb/s; velika rastojanja

12


Sistem s neoklopljenom upredenom paricom 3. Kategorije, pod imenom 100Base-T4, radi uz brzinu signala 25 MHz, što je samo 25 procenata brže od 20 MHz standardnog Etherneta (sjetite se Mančester kodiranja, prikazanog na slici 4, za koje su potrebna dva otkucaja sata za svaki od 10 miliona bitova koji se šalju u sekundi). Sistem 100Base-T4 može da ostvari taj propusni opseg sa samo četiri upredene parice. Pošto standardna telefonska mreža već decenijama ima četiri upredene parice po kablu, povezivanje poslovnih prostorija sistemom 100Base-T4 obično ide bez problema. Naravno, to znači da treba da odustanete od telefona u kancelariji, ali za uzvrat dobijate bržu elektronsku poštu.

Od četiri upredene parice, jedna uvijek vodi ka razvodniku, druga uvijek vodi od njega, a preostale dvije mogu se po potrebi iskoristiti za tekući prijenos podataka. Potreban propusni opseg ostvaruje se tako što se ne koristi Mančester kodiranje jer uz savremene satove i kratka rastojanja ono više nije potrebno. Osim toga, emituje se signal s tri naponska nivoa, tako da tokom svakog otkucaja sata intenzitet signala može da odgovara nuli, jedinici ili dvojki. Uz tri opredene parice u smijeru emitovanja i trojno signaliziranje, može se prenijeti svaki od 27 mogućih simbola, što omogućava slanje 4 bita uz izuzetan višak. Prenošenjem 4 bita tokom svakog od 25 miliona impulsa u sekundi postiže se neophodnih 100 Mb/s. Osim toga, na četvrtoj parici uvijek postoji povratni kanal brzine 33,3 Mb/s. Ovaj sistem, poznat kao 8B/6T (8 bitova preslikano u 6 trojnih signala), nije baš elegantan, ali radi u postojećem ožičenju.Za ožičenje neoklopljenom uprednom paricom 5. Kategorije jednostavniji je sistem 100Base-TX jer te parice mogu da rade pri brzini sistemskog sata 125 MHz. Koriste se samo dvije parice po stanici – ka razvodniku i od njega. Ne koristi se direktno binarno kodiranje, već sistem 4B/5B koji je preuzet od protokola FDDI i kompatibilan je s njim. Svaka grupa od pet uzastopnih otkucaja sata, uz korištenje dvije naponske vrijednosti, omogućava 32 kombinacije. Šesnaest takvih kombinacija koristi se za prenošenje 4-bitnih grupa 0000, 0001, 0010,..., 1111. Neke od preostalih šesnaest kombinacija koriste se za upravljanje, na primjer, za obilježavanje granica okvira.Upotrebljene kombinacije tako su izabrane da se ostvaruju jasni prijelazi potrebni za sinhronizovanje. 100Base-TX je potpun dupleksni sistem; stanice istovremeno mogu i da emituju i da primaju podatke brzinom 100 Mb/s. Često se sistemi 100Base-TX i 100Base-T4 nazivaju zajedničkim imenom 100Base-T.U sistemu 100Base-FX, posljednjem koji razmatramo, koriste se dva snopa višerežimskih (multimodnih) optičkih vlakana, po jedno za svaki smjer, tako da je i to potpun dupleksni sistem brzine 100 Mb/s u svakom smjeru. Pored toga, razdaljina između stanice i razvodnika može da bude i 2 km.

Kada se upotrijebi skretnica, svaki dolazni okvir privremeno se smješta u bafer na kartici, a zatim, po potrebi, preko brze osnovne ploče prosljeđuje odredišnoj kartici. Pošto je ploča skrivena u unutrašnjosti skretnice, nije bilo potrebe da se ona standardizuje. Ako sudimo na osnovu dosadašnjeg iskustva, proizvođači će se vjerovatno posvetiti razvijanju ploča sa što bržim kolima da bi povećali protok podataka kroz sistem. Kablovi sistema 100Base-FX predugački su za korištenje normalnog algoritma za otkrivanje sukoba na Ethernetu, pa se njihovi segmenti moraju povezivati preko skretnica, pri čemu svaki segment predstavlja zaseban domen sukobljavanja. U sistemu 100Base-FX nisu dozvoljeni razvodnici.Pomenimo na kraju da sve skretnice mogu da rade sa stanicama brzine i 10 i 100 Mb/s, što olakšava nadogradnju mreže. Za svaku novougrađenu stanicu brzine 100 Mb/s treba samo u skretnicu umetnuti novu linijsku utičnu karticu. U stvari, standard režim prijenosa (potpuni ili poludupleks). Većina brzih Ethernet mreža tu mogućnost koristi da bi automatski podesile svoje parametre.

13


2.6.1 Osnovne Fast Ethernet komponente

Slika 5

Osnovne komponente koje treba stanica za funkcioniranje na Fast Ethernet mreži,uključuju: - mrežnu karticu - Network Interface Card (NIC)- kabl (oklopljena ili neoklopljena uvrnuta parica, te fiber-optički kabl)

2.6.2 Mrežna kartica (NIT) za Fast Ethernet

Slika 6

Mrežna kartica (NIC) za Fast Ethernet se neznatno promijenila u odnosu naklasičnu Ethernet karticu:Umjesto AUI interface-a, Fast Ethernet standard propisuje univerzalni Media Independent Interface (MII) konektor, koji omogućuje povezivanje vanjskih primopredajnika (MAU) na karticu. (Izgledom podsjeća na SCSI konektor.)

14


2.7 Gigabitni Ethernet (IEEE 802.3z)

Da bi se kod 1000BaseT prilagodilo brzini od 1000 Mbps i održala frekvencija signalizacije od samo 125 MHz, bilo je nužno koristiti 4 parice i kod sa 5 nivoa. Interesantna razlika između 100BaseT i 1000BaseT, je da se, kod 100BaseT, jedna parica koristi za predaju, a jedna za prijem, dok kod 1000BaseT, sve 4 parice predaju i primaju podatke.

Gigabitni Ethernet može da radi u dva režima: poludupleksnom (engl. half-duplex mode) i potpunom dupleksnom režimu (engl. full-duplex mode). Podrazumjevani režim je potpuni dupleks koji istovremeno omogućava saobraćaj u oba smjera. On se koristi kada postoji centralna skretnica povezana s računarima (ili i s drugim skretnicama) na periferiji. U takvoj konfiguraciji, saobraćaj iz svih linija privremeno se smješta u bafer, tako da skretnica može da šalje okvire kad god to poželi. Pošiljalac ne mora da osluškuje da bi utvrdio da li je kanal ''prazan'' jer je sukobljavanje nemoguće. Na liniji koja povezuje računar sa skretnicom, računar je jedini mogući pošiljalac ka skretnici i takvo slanje uspjeva čak i onda kada skretnica u istom trenutku šalje okvir računaru jer linija radi kao potpuni dupleks. Pošto je sukobljavanje nemoguće, ne koristi se protokol CSMA/CD, pa dužina kabla ne zavisi od vremena potrebnog da rafalni šum pod najnepovoljnijim uslovima stigne do pošiljaoca, već isključivo od jačine signala. Skretnice autonomno mijenjaju i usaglašavaju brzine prijenosa. Podržano je automatsko podešavanje parametra sistema, kao kod brzog Etherneta.Drugi, poludupleksni režim rada, koristi se kad računari nisu povezani skretnicom, već razvodnikom. Razvodnik ne smješta dolazne okvire u bafer, već u svojoj unutrašnjosti povezuje sve linije oponašajući tako spojni kabl s više priključaka koji se koristi u klasičnim Ethernet mrežama. Sukobljavanje je u ovom režimu moguće, tako da je neophodno koristiti standardni protokol CSMA/CD. Pošto se najmanji (64-bajtni) okvir sada može slati 100 puta brže, maksimalna udaljenost je 100 puta manja (25 m) nego kod klasičnog Etherneta da bi se očuvao uslov prema kome pošiljalac i u najnepovoljnijem slučaju treba da još uvijek šalje okvir u trenutku kada mu (i ako mu) stigne rafalni šum. Pošiljalac 64-bajtnog okvira koji emituje brzinom 1 Gb/s u kabl dužine 2500 m, završio bi slanje prije nego što bi rafalni šum prevalio i deseti dio puta u jednom smjeru, a kamoli tamo i natrag.

Gigabitni Ethernet podržava i bakarni i optički kabl. Signaliziranje brzinom bliskom 1 Gb/s znači da svjetlosni izvor treba da se upali i ugasi za manje od 1 ns. Svjetlosne diode (LED) ne mogu da rade tako brzo, pa se zato koriste laseri. Dozvoljene su dvije talasne dužine: 0,85 μm (manja) i 1,3 μm (veća). Laseri koji emituju svjetlost talasne dužine 0,85 μm koštaju manje, ali ne rade s jednorežimskim (monomodnim) vlaknima.Za optičko vlakno su dozvoljena tri prečnika: 10, 50 i 62,5 μm. Prvi je za jednorežimski, a druga dva za višerežimski rad. Nisu, međutim, dozvoljene sve kombinacije, a maksimalna udaljenost između uređaja zavisi od konkretne kombinacije. Vrijednost na slici 7 odgovaraju optimalnoj situaciji. Konkretno, rastojanje od 5000 m može se postići samo laserom talasne dužine 1,3 μm kroz vlakno debljine 10 μm u jednorežimskom radu, ali je to najbolje rješenje za povezivanje više zgrada na širem području i očekuje se da bude prihvaćeno, uprkos tome što je i najskuplje.

15



Prednosti

1000Base-SX Optički 550 m Višerežimsko vlakno (50; 62,5 μm)

1000Base-LX Optički 5000 m Jednorežimsko (10μm) ili višerežimsko (50; 62,5 μm)

1000Base-CX 2 oklopljene parice 25 m Oklopljena upredena parica1000Base-T 4 neoklopljene parice 100 m Standardna neoklopljena

parica 5. kategorijeSlika 7

U sistemu 1000Base-CX koriste se kratki oklopljeni bakarni kablovi. Problem je u tome što taj sistem treba da se takmiči s prethodnim sistemom koji radi sa optičkim kablom visokih performansi, kao i sa sljedećim, u kome se koriste jeftine neoklopljene parice. Mali su izgledi da uopšte uđe u upotrebu.Posljednji sistem obuhvata snop od 4 neoklopljene parice 5. Kategorije koje rade timski. Pošto u postojećim instalacijama već ima mnogo takvih žica, to će vjerovatno biti način realizacije gigabitnog Etherneta za one koji nemaju sredstava za razbacivanje.U gigabitnom Ethernetu sa optičkim kablovima, koriste se nova pravila kodiranja. Mančester kodiranje pri brzini prijenosa 1 Gb/s može se postići samo uz signal od 2 Gboda, što je teško, a u pogledu iskorištenja propusnog opsega i rasipno. Zbog toga je za optičke kanale uveden nov način kodiranja (8B/10B). Svaki 8-bitni bajt u optičkom vlaknu kodira se sa 10 bitova – otuda i naziv 8B/10B. Pošto za svaki ulazni bajt postoji 1024 moguće kodne riječi, imamo izvjesnu slobodu da između njih izaberemo one koje su dozvoljene.

Gigabitni Ethernet tipa 1000Base-T koristi drugačiji način kodiranja s obzirom da je ''ubacivanje podataka u bakarnu žicu'' svake nanosekunde previše složen zadatak. U sistemu 1000Base-T koriste se četiri upredene parice 5. kategorije koje omogućavaju istovremeni prijenos četiri simbola. Svaki simbol se kodira pomoću jednog od pet naponskih nivoa: 00, 01, 10, 11 ili specijalnog nivoa za svrhe upravljanja. Na taj način se može prenijeti 2 bita podataka po parici ili 8 bitova podataka po jednom taktu sistemskog sata. Sistemski sat je frekvencije 125 MHz, što omogućava prijenos brzinom 1 Gb/s. Ovdje se umjesto četiri, koristi pet naponskih nivoa da bi se neke kombinacije mogle iskoristiti za uokvirivanje i upravljanje.Gigabit u sekundi je prilično velika brzina. Ako je primalac nečim trenutno zauzet, pa samo u toku 1 ms ne isprazni ulazni bafer na jednoj liniji, za taj ''tren'' će u njemu nakupiti do 1953 okvira. Isto tako, kada računar s gigabitnog Etherneta isporučuje podatke računaru na klasičnom Ethernetu, vrlo lako može da dođe do prelivanja bafera. Zbog ove dvije neugodne mogućnosti, gigabitni Ethernet predviđa i kontrolu toka (kao u brzom Ethernetu, iako on radi drugačije).Kontrola toka se sastoji u tome što jedna strana drugoj pošalje specijalan upravljački okvir s nalogom da privremeno prekine emitovanje. To je normalan Ethernet okvir koji sadrži tip 0x8808. Prva dva bajta polja s podacima predstavljaju komandu, dok ostali bajtovi sadrže eventualne parametre. Za kontrolu toka koristi se komanda PAUSE, a parametrima se naznačava dužina pauze kao umnožak minimalnog trajanja okvira. U gigabitnom Ethernetu ta vremenska jedinica je 512 ns, što omogućava pauze do 33,6 ms.

16


2.8 10 Gigabit Ethernet

Slika 8

10 Gigabit Ethernet omogućuje Ethernet-u ulazak u područje telekomunikacija. Kao nijedna druga komunikacijska tehnologija, može se, u svojoj izvornoj formi, primijeniti od nivoa manjih i srednjih poduzeća, pa sve do nivoa pružatelja komunikacijskih servisa. 10 Gigabit Ethernet koristi samo fiber optičke medije, i to na tri različite talasne dužine, a linkovi bez pojačanja ili regeneracije, mogu se instalirati u opsegu do 40 kilometara. Pored povećanja brzine, ključna razlika između 10 Gigabit Ethernet-a i ostalih verzija Ethernet-a, je da ovaj prvi dolazi u jednoj od dvije osnovne varijante: LAN ili WAN. Dok je LAN verzija ista, ali samo znatno brža verzija Ethernet-a na korisnikovom desktop računalu, WAN verzija nudi uzbudljivu mogućnost prijenosa Ethernet-a preko SDH/SONET-a. Razmotrimo detaljnije ovu drugu.

2.8.1 10 Gigabit Ethernet WAN

WAN verzija 10 Gigabit Ethernet-a enkapsulira njegove okvire u SDH/SONET okvir kao korisničke podatke.Ovo se odvija kroz jedan podsloj, koji je na raspolaganju jedino kod WAN verzije. Njegov posao je da uokvirava 10 Gigabit Ethernet maticu podataka u SDH/ SONET, te uključi neka ključna kontrolna polja.WAN verzija je vrlo privlačna i ima veliki potencijal, jer se 10GbE WAN interfejs može povezati na postojeće SDH/SONET pristupne uređaje, što znači da se 10GbE može koristiti po čitavoj telekomunikacijskoj infrastrukturi, bez potrebe za velikim investiranjem u novu infrastrukturu.

Danas Ethernet okvir koji počinje svoj život na PC desktop-u, može putovati svijetom ne mijenjajući svoj format i održavajući uniformnu kontrolu protokola.Ovo jasno pokazuje potencijal Ethernet-a da postane dominantna prijenosna tehnologija. Međutim, u ovom trenutku, nije potpuno jasno koliko uspješan će 10GbE WAN doista biti, budući da još uvijek nije standard. Premda neki proizvođači opreme već imaju inicijalne 10GbE produkte, pružatelji telekom usluga ih još nisu prihvatili u najširoj praksi.

17


3. Zaključak

Računarske mreže definitivno ne bi bile ono što su danas da Ethernet nije izumljen. Sami dokaz da tehnologija napreduje je da danas koristimo 10 gigabitni Ethernet a sve je počelo od brzine koja je iznosila 10 Mb/s. Danas u skoro svim računarima imamo Ethernet adaptere tj. mrežne kartice tako da je Ethernet faktički jedan od najupotrebljivanijih ako ne i najupotrebljivaniji standard za umrežavanje računara u lokalne mreže na svijetu. U osnovi, Fast Ethernet je gotovo isti kao standardni Ethernet, sa različitostima na fizičkom sloju, među kojima su primarno: linijski kod, frekvencija osnovnog takta (clock), kao i bitska brzina.Osnovna zamisao pri projektovanju brzog Etherneta bila je prilično jednostavna: zadržati postojeće formate okvira, interfejse i proceduralna pravila ali skratiti trajanje jednog bita sa 100 ns na 10 ns. Tehnički je bilo izvodljivo da se kopira sistem 10Base-5 ili 10Base-2, a da se sukobi još uvijek pravovremeno otkrivaju ako se dužina kabla desetostruko smanji. Međutim, prednosti ožičenja po sistemu 10Base-T bile su tako velike da je projekat brzog Etherneta zasnovan isključivo na njemu. Na Taj način, u svim sistemima brzog Etherneta postoje razvodnici i skretnice; spojni kablovi s više ubodnih račvi ili BNC konektora nisu dozvoljeni. Gigabitni Ethernet može da radi u dva režima: poludupleksnom (engl. half-duplex mode) i potpunom dupleksnom režimu (engl. full-duplex mode). Podrazumjevani režim je potpuni dupleks koji istovremeno omogućava saobraćaj u oba smjera. On se koristi kada postoji centralna skretnica povezana s računarima (ili i s drugim skretnicama) na periferiji. 10 Gigabit Ethernet omogućuje Ethernet-u ulazak u područje telekomunikacija. Kao nijedna druga komunikacijska tehnologija, može se, u svojoj izvornoj formi, primijeniti od nivoa manjih i srednjih poduzeća, pa sve do nivoa pružatelja komunikacijskih servisa. 10 Gigabit Ethernet koristi samo fiber optičke medije, i to na tri različite talasne dužine, a linkovi bez pojačanja ili regeneracije, mogu se instalirati u opsegu do 40 kilometara. Pored povećanja brzine, ključna razlika između 10 Gigabit Ethernet-a i ostalih verzija Ethernet-a, je da ovaj prvi dolazi u jednoj od dvije osnovne varijante: LAN ili WAN. Dok je LAN verzija ista, ali samo znatno brža verzija Ethernet-a na korisnikovom desktop računalu, WAN verzija nudi uzbudljivu mogućnost prijenosa Ethernet-a preko SDH/SONET-a.

18


4. Literatura

- Računarske mreže, autor – Andrew Tanenbaum- Lokalne računalske mreže (LAN): Osnove Ethernet tehnologije, predavanja sa

Elektrotehničkog fakulteta u Zagrebu

19


20

Računarske mreže - Ethernet

Documents

Transcript of Računarske mreže - Ethernet