Gigabit ethernet принцип роботи. Промисловий Ethernet і його роль автоматизації сучасних промислових підприємств. Ранні модифікації Ethernet

• Tutorial

• Що таке домен колізій?
• Скільки пар використовують для Ethernet і чому?
• Якими парами йде прийом, а яким передача?
• Що обмежує довжину сегмента мережі?
• Чому кадр не може бути меншим за певну величину?

Якщо не знаєш відповіді на ці питання, а читати стандарти та серйозну літературу на тему ліньки - прошу під кат.

Хтось вважає, що це очевидні речі, інші скажуть, що нудна та непотрібна теорія. Тим не менш, на співбесідах періодично можна почути подібні питання. Моя думка: про те, про що нижче йтиметься, потрібно знати всім, кому доводиться брати в руки «обтискання» 8P8C (це роз'єм зазвичай помилково називають RJ-45). На академічну глибину не претендую, утримаюся від формул та таблиць, так само за бортом залишимо лінійне кодування. Йтиметься переважно про мідні проводи, не про оптику, т.к. вони ширше поширені у побуті.

Технологія Ethernet описує відразу два нижні рівні моделі OSI. Фізичний та канальний. Далі говоритимемо лише фізичному, тобто. про те, як передаються біти між двома сусідніми пристроями.

Технологія Ethernet - частина багатої спадщини дослідницького центру Xerox PARC. Ранні версії Ethernet використовували як середовище передачі коаксіальний кабель, але згодом він був повністю витіснений оптоволокном і кручений парою. Однак важливо розуміти, що використання коаксіального кабелю багато в чому визначило принципи роботи Ethernet. Справа в тому, що коаксіальний кабель - середовище передачі, що розділяється. Важлива особливість середовища, що розділяється: його можуть використовувати одночасно кілька інтерфейсів, але передавати в кожний момент часу повинен тільки один. За допомогою коаксіального кабелю можна з'єднати не тільки 2 комп'ютери між собою, а й більше двох без застосування активного обладнання. Така топологія називається шина. Однак якщо хоча б два вузли на одній шині почнуть одночасно передавати інформацію, їх сигнали накладуться один на одного і приймачі інших вузлів нічого не розберуть. Така ситуація називається колізією, а частина мережі, вузли в якій конкурують за загальне середовище передачі доменом колізій. Щоб розпізнати колізію, передавальний вузол завжди спостерігає за сигналів у середовищі і якщо свій переданий сигнал відрізняється від спостережуваного - фіксується колізія. У цьому випадку всі вузли перестають передавати і відновлюють передачу через випадковийпроміжок часу.

Діаметр колізійного домену та мінімальний розмір кадру

Тепер уявімо, що буде, якщо в мережі, зображеній на малюнку, вузли A і С одночасно почнуть передачу, але встигнуть її закінчити раніше, ніж приймуть сигнал один одного. Це можливо, при досить короткому повідомленні, що передається, і досить довгому кабелі, адже як нам відомо зі шкільної програми, швидкість поширення будь-яких сигналів у кращому випадку становить C=3*10 8 м/с. Т.к. кожен із передавальних вузлів прийме зустрічний сигнал лише після того, як уже закінчить передавати своє повідомлення - факт того, що відбулася колізія, не буде встановлено жодним з них, а значить повторної передачі кадрів не буде. Зате вузол B на вході отримає суму сигналів і не зможе коректно прийняти жодного з них. Для того, щоб такої ситуації не сталося потрібно обмежити обсяг домену колізій і мінімальнийрозмір кадру. Не важко здогадатися, що ці величини прямо пропорційні одна одній. У разі якщо обсяг інформації, що передається, не дотягує до мінімального кадру, то його збільшують за рахунок спеціального поля pad, назву якого можна перекласти як заповнювач.

Таким чином, чим більше потенційний розмір сегмента мережі, тим більше накладних витрат йде на передачу порцій даних маленького розміру. Розробникам технології Ethernet довелося шукати золоту середину між двома цими параметрами, і мінімальним розміром кадру було встановлено величину 64 байти.

Віта пара і дуплексний режим роботи

Виникає питання: звідки береться обмеження на довжину сегмента у Ethernet по кручений парі, якщо немає середовища, що розділяється? Вся справа в тому, що перші мережі побудовані на кручений парі використовували концентратори. Концентратор (тобто багатовхідний повторювач) - пристрій, що має кілька портів Ethernet і транслює отриманий пакет у всі порти крім того, з якого цей пакет прийшов. Таким чином, якщо концентратор починав приймати сигнали відразу з двох портів, то він не знав, що транслювати в інші порти, це була колізія. Те саме стосувалося і перших Ethernet-мереж, які використовують оптику (10Base-FL).

Навіщо ж тоді використовувати 4-парний кабель, якщо з 4х пар використовуються тільки дві? Резонне питання, і ось кілька причин для того, щоб робити це:

• 4-парний кабель механічно більш надійний ніж 2-парний.
• 4-парний кабель не доведеться міняти при переході на Gigabit Ethernet або 100BaseT4, що використовують уже всі 4 пари
• Якщо перебито одну пару, можна замість неї використовувати вільну і не перекладати кабель
• Можливість використання технології Power over ethernet

Незважаючи на це на практиці часто використовують 2-парний кабель, підключають відразу 2 комп'ютери по одному 4-парному, або використовують вільні пари для підключення телефону.

Gigabit Ethernet

На відміну від своїх попередників, Gigabit Ethernet завжди використовує для передачі одночасно всі 4 пари. Причому одразу у двох напрямках. Крім того, інформація кодується не двома рівнями як звичайно (0 і 1), а чотирма (00,01,10,11). Тобто. рівень напруги в кожен конкретний момент кодує не один, а одразу два біти. Це зроблено у тому, щоб знизити частоту модуляції з 250 МГц до 125 МГц. Крім того, доданий п'ятий рівень, для створення надмірності коду. Він уможливлює корекцію помилок на прийомі. Такий вид кодування називається п'ятирівневим імпульсно-амплітудним кодуванням (PAM-5). Крім того, для того, щоб використовувати всі пари одночаснодля прийому та передачі мережевий адаптер віднімає із загального сигналу свій переданий сигнал, щоб отримати сигнал, переданий іншою стороною. Таким чином, реалізується повнодуплексний режим по одному каналу.

Дальше більше

10 Gigabit Ethernetвже на всю використовується провайдерами, але у SOHO сегменті не застосовується, т.к. зважаючи на все там цілком вистачає Gigabit Ethernet. 10GBE як середовище розповсюдження використовує одно-і багатомодове волокно, з або без ущільнення по довжині хвилі , мідні кабелі з роз'ємом InfiniBand, а також виту пару в стандарті 10GBASE-T або IEEE 802.3an-2006.

40-гігабітний Ethernet (або 40GbE) та 100-гігабітний Ethernet (або 100GbE). Розробку цих стандартів було закінчено у липні 2010 року. На даний момент провідні виробники мережевого обладнання, такі як Cisco, Juniper Networks і Huawei вже зайняті розробкою та випуском перших маршрутизаторів, що підтримують ці технології.

На закінчення варто згадати про перспективну технологію Terabit Ethernet. Боб Меткалф, автор припустив, що технологія буде розроблена до 2015 року, і так само сказав:

Щоб реалізувати Ethernet 1 Тбіт/с, необхідно подолати безліч обмежень, включаючи 1550-нанометрові лазери та модуляцію з частотою 15 ГГц. Для майбутньої мережі потрібні нові схеми модуляції, а також нове оптоволокно, нові лазери загалом все нове

UPD: Спасибі хабраюзеру, що підказав, про те що роз'єм, який я все життя називав RJ45 насправді 8P8C.
UPD2:: Дякуємо користувачу , що пояснив, чому використовуються контакти 1,2,3 та 6.

З появою Ethernet його почали використовувати як основне мережне підключення. Давайте детальніше розглянемо застосування Ethernet у промисловості.

Що таке Ethernet?

Локальна мережа Ethernet (local-area network (LAN)) є основною зв'язку між нашими комп'ютерами, маршрутизаторами, принтерами. Він відіграв важливу роль у промисловому світі ставши встановленим стандартом підключення інтернет речей IoT.

За даними Cisco, у 2003 році Ethernet становив близько 85% всіх з'єднань по локальній мережі у світі. Промисловий Ethernet відрізняється від комерційного тим, що він застосовує стандарти Ethernet для керування та експлуатації виробничими мережами.

Поява Ethernet

ALOHAnet була першою бездротовою мережею передачі даних, до якої підключалися кілька комп'ютерних систем, розділених у межах Гавайського університету. Вчені намагалися отримати незалежні вузли передачі даних радіоканалу для зв'язку один з одним на основі технології peer-to-peer без перешкод. Рішенням ALOHAnet був множинний доступ із виявленням колізій (CSMA/CD). Ця ідея надихнула Боба Меткалфа з Xerox для подальших досліджень у цій галузі.

У перші дні існування Ethernet існувало дві найпоширеніші конфігурації: 10Base2 та 10Base5. Швидкість передачі для обох конфігурацій становила 10 Мбіт під час використання коаксіального кабелю.

Максимально допустима довжина відрізків для 10Base2 становила 185 футів при використанні коаксіального кабелю RG58, відомого також як Thin Ethernet. 10Base 5 пропонував більш довгі відстані зв'язку. Тим не менш, для забезпечення з'єднання був потрібний товстий коаксіальний кабель, який був важкий і важкий в управлінні.

З огляду на це безперервно розвивалися нові технології, такі як 10Base-FL, що дозволило мережам використовувати волоконно-оптичні носії та збільшити відстань передачі даних до 2000 футів. 10Base-T став популярним варіантом через простоту встановлення та використання недорогої неекранованої кручений пари (unshielded twisted pair UTP) кабелю категорії CAT3. Відстань між комп'ютерами не повинна перевищувати 100 метрів, і кожна машина повинна мати стандартний роз'єм RJ-45. До 90-х років стало доступне обладнання Ethernet зі швидкістю передачі до 100 Мбіт.

Сьогоднішній комп'ютерний стандарт має на увазі, що пристрій повинен мати мережевий адаптер, що реалізує 100Base-TX. Кабелі категорії 5e UTP (CAT5) також є стандартними та використовуються тієї ж довжини, що і для 10base-T мереж із довжиною до 100 футів або менше. Мережі, які раніше використовували коаксіальні кабелі, зараз модернізуються під оптоволокно спеціально для реалізації зв'язків "точка до точки" (point-to-point). 100Base-FX використовує два оптичні волокна для дуплексних точка-точка зв'язків, які досягають 2000 футів. Gigabit Ethernet або 1000 Мбіт з'єднання доступні з використанням кручений пари і волоконно-оптичних носіїв.

Канальний рівень Ethernet

Ethernet визначає шари фізичного рівня та канали передачі даних залежно від призначення мережі. Основним мережевим стандартом став IEEE 802.3. фізичний рівень визначає електричні сигнали, метод передачі, медіа, типи роз'ємів і топологію мережі. Для передачі даних може бути використане оптичне волокно або кручена пара. Існує чотири різних типи передачі даних з різними швидкостями:

Канальний рівень визначає метод доступу до середовища. Напівдуплексний зв'язок пов'язаний у шинній або зіркоподібній топологіях: 10/100Base-T, 10Base2, 10Base 5 та інших. Вони використовують множинний доступ із прослуховуванням несучої та виявленням колізій (CSMA/CD). Це дозволяє кільком вузлам (комп'ютерам) мати рівний доступ до мережі. Усі вузли в мережі Ethernet постійно стежать над передачею інформації.

Вузли чекають на відповідь мережі до початку передачі даних. Коли вони починають передачу даних в той самий час сигнали перекривають один одного, що може призвести до пошкодження оригіналів. Коли вузол виявляє, що інший пристрій намагається відправити дані, він визначає колізію і припиняє передачу даних. Спроба відновити передачу здійснюється через деякий проміжок часу. Такий метод передачі дозволяє просто додавати або видаляти вузли з мережі.

Після підключення вузол починає отримувати та передавати інформацію по мережі. Однак, зрештою це може призвести до зменшення пропускної спроможності та збільшення кількості колізій. Це робить Ethernet імовірнісною мережею. У дуплексних мережах Ethernet зі зв'язком точка-точка, таких як 10Base-FL або 100Base-FX, колізії не є проблемою. Це пов'язано з тим, що присутні лише два вузли з можливістю роздільної передачі та прийому даних. Це дозволяє реалізувати одночасну передачу та прийом інформації, що збільшує швидкість передачі вдвічі.

Ethernet кадр визначає формат повідомлення даних, що передаються по мережі. Формат повідомлення містить кілька полів інформації, зокрема даних, які підлягають передачі. Блок даних визначається як фактичні дані, які будуть надіслані, та може містити від 46 до 1500 байт двійкової інформації. Довжина блоку даних визначається і включається в повідомленні як поле для приймача, щоб визначити, яка частина повідомлення є даними.

MAC-адреса є шести байтовим двійковим номером набору, який включає інформацію джерела і призначення для вузлів. MAC-адреса включена в кожне повідомлення і передається через мережу, а кожен вузол мережі Ethernet має унікальну MAC-адресу.

Канальний рівень визначає структуру кадру повідомлень, що приймаються або передаються. Комутатори, вузли та концентратори можуть дуже просто додаватись або вилучатися з мережі, а ця технологія дозволяє легко діагностувати несправності. Ці фактори зробили Ethernet підключення до нового стандарту для мережевих промислових рішень. Функції шарів OSI позначають, як буде передаватися інформація.

У еталонній моделі OSI існує сім шарів. Нижні шари (1-4) зосереджуються передачі даних, тоді як 5-7 є прикладними. Нижній рівень (1) найбільш близький до фізичного середовища, тому його називають фізичним. Фізичний та нижній шари каналу передачі даних реалізовані в апаратному та програмному забезпеченні, наприклад, кабелях або Ethernet (шар 2).

Шар 3 використовується для логічної адресації та маршрутизації. Найбільш поширене застосування – використання Інтернет-протоколу (IP). Рівень 4 – транспортний шар, який гарантує, що дані передаються без помилок та у правильній послідовності. Він використовує протокол управління передачею (Transmission Control Protocol TCP) і протокол користувацьких дейтаграм (User Datagram Protocol(UDP) для передачі даних. Промисловий Ethernet відрізняється від комерційного тим, що він використовує всі нижні шари, а не тільки 2).

Верхні шари еталонної моделі OSI використовуються для прикладних завдань і зазвичай реалізується тільки для програмного забезпечення. Шар 5 для керування сеансом зв'язку. Він відповідає за контроль набору та синхронізації підключення сеансу (тобто створення та керування сесіями) між мережами та додатками.

Шар 6 призначений для використання представлення даних. Цей шар представляє дані та тип кодування, а також визначає символи, що використовуються. Це гарантує, що дані можуть передаватися по мережі та між вузлами, і що вони стискаються та кодуються. Шар 7 призначений для застосування. Він використовується програмним забезпеченням для підготовки та інтерпретації даних. Це верхній шар, найбільш близький до користувача.

Типи підключення Ethernet та промислових систем

Протокол TCP/IP, використовуючи Ethernet, дозволяє підвищення рівня стандартизації. Історично склалося, що мережеві програми, засновані на критичних часових процесах, використовують детерміністичні мережі. При використанні промислового Ethernet важливо пам'ятати про швидкість і стійкість зв'язку.

Детермінізм - це здатність мережі для спілкування в прогнозований період. Для систем управління рухом це має істотне значення, так як передача даних від пристрою і до пристрою повинна здійснюватися на регулярній основі. Ці мережі засновані на концепції ведучий/відомий (master/slave) чи естафетної передачі.

Використання мереж Ethernet має контролюватись на рівні не більше 10% або вони матимуть недостатню продуктивність. Сегментування мережі за допомогою маршрутизаторів та комутаторів мінімізує небажаний мережевий трафік та знижує його споживання. Інший спосіб передбачає використання нових протоколів (вищих рівнів) поєднуючи встановлення пріоритетів та синхронізацію повідомлень для оптимізації часу доставки інформації.

Результатом цих методів став перехід до використання Ethernet для промислового управління лише на рівні цехів і ділянок. Ethernet все сильніше впроваджується у промислове середовище завдяки низькій вартості апаратних засобів та простоті установки. Використання мостів та високошвидкісних комутаторів підвищує детермінізм мережі. Через війну швидкості передачі у 1 Гбіт, 10 Гбіт, 100 Гбіт стають дедалі поширеними.

Основні типи підключення Ethernet

Modbus TCP/IP

Перший промисловий протокол на основі Ethernet, запроваджений у 1999 році. Реалізовано на підставі протоколу Modbus, розробленого Modicon у 1979 році.

Переваги:

• Використовуються стандартні шари Ethernet: обладнання та транспортний рівень TCP/IP;
• Відкритий та відносно простий протокол;

Недоліки:

• Чи не жорсткий протокол реального часу;

Найбільший постачальник: Schneider Electric.

Технологія автоматизації виробництва: RTPS

EtherCAT

З відкритим вихідним кодом, на основі IEC 61158 та інших аналогічних стандартів. Переваги:

• Жорсткий як реального часу промисловий протокол;
• Ефективна та проста комунікація;

Недоліки:

• Загальна кількість пристроїв обмежена;
• Не призначений для стандартних TCP/IP та EtherCAT пакетів;

Найбільший постачальник: Beckhoff.

Технологія автоматизації виробництва: Загальний кадр (Shared Frame)

Ethernet/IP

Розширює концепцію DeviceNET.

Переваги:

• використання транспортних шарів мереж Ethernet (тобто TCP і UDP);

Недоліки:

• Мережі можуть бути перевантажені UDP повідомленнями, якщо не правильно виконані налаштування;

Найбільший постачальник: Rockwell Automation.

Технологія автоматизації виробництва: CIP

Profinet

Прикладний протокол, який розширює Profibus.

Переваги:

• Підтримує як стандартний, і детермінований трафік Ethernet;
• Реалізує IEEE 1588 та Quality of Service (QoS) для додавання детермінізму;

Недоліки:

• У режимі реального часу та ізохронного реального часу керований комутаторами. Рекомендується QoS;

Найбільший постачальник: Siemens.

Технологія автоматизації виробництва: PROFINET IO

Він та його помічник Девід Боггс (David Boggs) видали брошуру під назвою «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

Переваги використання крученої пари в порівнянні з коаксіальним кабелем:

Причиною переходу на оптичний кабель була потреба збільшити довжину сегмента без повторювачів.

Метод керування доступом (для мережі на коаксіальному кабелі) - множинний доступ з контролем несучої та виявленням колізій (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), швидкість передачі даних 10 Мбіт/с, розмір пакета від 72 до 1526 байт, описані методи кодування даних Режим роботи напівдуплексний, тобто вузол не може одночасно передавати та приймати інформацію. Кількість вузлів в одному сегменті мережі, що розділяється, обмежена граничним значенням в 1024 робочих станції (специфікації фізичного рівня можуть встановлювати більш жорсткі обмеження, наприклад, до сегменту тонкого коаксіалу може підключатися не більше 30 робочих станцій, а до сегменту товстого коаксіалу - не більше 100). Однак мережа, побудована на одному сегменті, що розділяється, стає неефективною задовго до досягнення граничного значення кількості вузлів, в основному через напівдуплексного режиму роботи.

MAC-адреси

При проектуванні стандарту Ethernet було передбачено, що кожна мережна карта (як і вбудований мережевий інтерфейс) повинна мати унікальний шестибайтний номер (MAC-адреса), прошитий в ній при виготовленні. Цей номер використовується для ідентифікації відправника та одержувача кадру, і передбачається, що при появі в мережі нового комп'ютера (або іншого пристрою, здатного працювати в мережі) адміністратору мережі не доведеться налаштовувати MAC-адресу.

Унікальність MAC-адрес досягається тим, що кожен виробник отримує в координуючому комітеті IEEE Registration Authority діапазон із шістнадцяти мільйонів (2^24) адрес, і в міру вичерпання виділених адрес може запросити новий діапазон. Тому за трьома старшими байтами MAC-адреси можна визначити виробника. Існують таблиці, що дозволяють визначити виробника за MAC-адресою; зокрема, вони включені до програм типу arpalert.

Мак адреса зчитується один раз з ПЗУ при ініціалізації мережевої карти, надалі всі пакети генеруються операційною системою. Усі сучасні операційні системи дозволяють змінити його. Для Windows починаючи як мінімум з Windows 98 він змінювався у реєстрі. Деякі драйвера мережевих карток давали можливість змінити його в налаштуваннях, але зміна працює абсолютно для будь-яких карток.

Деякий час тому, коли драйвери мережевих карток не давали можливість змінити свою MAC-адресу, а альтернативні можливості не були надто відомі, деякі провайдери Internet використовували його для ідентифікації машини в мережі з урахуванням трафіку. Програми з Microsoft Office, починаючи з версії Office 97, записували MAC-адресу мережевої плати в редагований документ як складник унікального GUID-ідентифікатора. . MAC адреса роутера передавався Mail.Ru агентом на сервер відкритим текстом при логіні.

Різновиди Ethernet

Залежно від швидкості передачі даних і передавального середовища існує кілька варіантів технології. Незалежно від способу передачі стек мережного протоколу і програми працюють однаково практично у всіх випадках.

У цьому розділі наведено короткий опис усіх офіційно існуючих різновидів. З деяких причин, на додаток до основного стандарту, багато виробників рекомендують користуватися іншими запатентованими носіями - наприклад, для збільшення відстані між точками мережі використовується волоконно-оптичний кабель.

Більшість Ethernet-карт та інших пристроїв мають підтримку кількох швидкостей передачі даних, використовуючи автовизначення (autonegotiation) швидкості та дуплексності, для досягнення найкращого з'єднання між двома пристроями. Якщо автовизначення не спрацьовує, швидкість підлаштовується під партнера і включається режим напівдуплексної передачі. Наприклад, наявність у пристрої порту Ethernet 10/100 говорить про те, що через нього можна працювати за технологіями 10BASE-T та 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 – підтримує стандарти 10BASE-T, 100BASE-TX та 1000BA T.

Ранні модифікації Ethernet

• Xerox Ethernet- оригінальна технологія, швидкість 3 Мбіт/с, існувала у двох варіантах Version 1 та Version 2, формат кадру останньої версії досі має широке застосування.
• 1BROAD36- Широкого поширення не набув. Один із перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкосмугової модуляції, схожої на ту, що використовується в кабельних модемах. Як середовище передачі використовувався коаксіальний кабель.
• 1BASE5- також відомий, як StarLAN, став першою модифікацією Ethernet-технології, що використовує кручений пару. Працював на швидкості 1 Мбіт/с, але не знайшов комерційного застосування.

10 Мбіт/с Ethernet

• 10BASE5, IEEE 802.3 (називається також «Товстий Ethernet») - початкова розробка технології зі швидкістю передачі 10 Мбіт/с. Наслідуючи ранній стандарт IEEE використовує коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом (RG-8), з максимальною довжиною сегмента 500 метрів.
• 10BASE2, IEEE 802.3a (званий «Тонкий Ethernet») - використовується кабель RG-58, з максимальною довжиною сегмента 185 метрів, комп'ютери приєднувалися один до одного, для підключення кабелю до мережної картки потрібен T-конектор, а на кабелі повинен бути BNC-конектор . Потрібна наявність термінаторів кожному кінці. Багато років цей стандарт був основним технології Ethernet.
• StarLAN 10- Перша розробка, що використовує кручену пару для передачі даних на швидкості 10 Мбіт/с. Надалі еволюціонував у стандарт 10BASE-T.

Незважаючи на те, що теоретично можливе підключення до одного кабелю (сегменту) кручений пари більш ніж двох пристроїв, що працюють у симплексному режимі, така схема ніколи не застосовується для Ethernet, на відміну від роботи з коаксіальним кабелем. Тому всі мережі на кручений парі використовують топологію «зірка», тоді як мережі на коаксіальному кабелі побудовані на топології «шина». Термінатори для роботи з кручений пари вбудовані в кожен пристрій, і застосовувати додаткові зовнішні термінатори в лінії не потрібно.

• 10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачі даних використовується 4 дроти кабелю крученої пари (дві скручені пари) категорії-3 або категорії-5. Максимальна довжина сегмента – 100 метрів.
• FOIRL- (Акронім від англ. Fiber-optic inter-repeater link ). Базовий стандарт для технології Ethernet, який використовує для передачі оптичний кабель. Максимальна відстань передачі без повторювача 1 км.
• 10BASE-F IEEE 802.3j - Основний термін для позначення сімейства 10 Мбіт/с ethernet-стандартів, що використовують оптичний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB та 10BASE-FP. З перерахованого лише 10BASE-FL набув широкого поширення.
• 10BASE-FL(Fiber Link) – Покращена версія стандарту FOIRL. Поліпшення торкнулося збільшення довжини сегмента до 2 км.
• 10BASE-FB(Fiber Backbone) - Зараз стандарт, що не використовується, призначався для об'єднання повторювачів у магістраль.
• 10BASE-FP(Fiber Passive) – Топологія «пасивна зірка», в якій не потрібні повторювачі – ніколи не застосовувався.

Швидкий Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбіт/с)

• 100BASE-T- загальний термін для позначення стандартів, що використовують як середовище передачі даних виту пару. Довжина сегмента – до 100 метрів. Включає стандарти 100BASE-TX, 100BASE-T4 і 100BASE-T2.
• 100BASE-TX, IEEE 802.3u – розвиток стандарту 10BASE-T для використання в мережах топології «зірка». Задіяна кручена пара категорії 5, фактично використовуються лише дві неекрановані пари провідників, підтримується дуплексна передача даних, відстань до 100 м.
• 100BASE-T4- стандарт, що використовує кручена пара категорії 3. Задіяні всі чотири пари провідників, передача даних йде в напівдуплексі. Фактично не використовується.
• 100BASE-T2- стандарт, що використовує кручені пари категорії 3. Задіяні лише дві пари провідників. Підтримується повний дуплекс, коли сигнали поширюються у протилежних напрямках з кожної пари. Швидкість передачі в одному напрямку – 50 Мбіт/с. Фактично не використовується.
• 100BASE-FX- Стандарт, що використовує одномодове волокно. Максимальна довжина сегмента 400 метрів у напівдуплексі (для гарантованого виявлення колізій) або 2 кілометри у повному дуплексі.
• 100BASE-SX- Стандарт, що використовує багатомодове волокно. Максимальна довжина обмежена лише величиною загасання в оптичному кабелі та потужністю передавачів, за різними матеріалами від 2х до 10 кілометрів.
• 100BASE-FX WDM- Стандарт, що використовує одномодове волокно. Максимальна довжина обмежена лише величиною загасання у волоконно-оптичному кабелі та потужністю передавачів. Інтерфейси бувають двох видів, відрізняються довжиною хвилі передавача і маркуються цифрами (довжина хвилі) або однією латинською літерою A(1310) або B(1550). У парі можуть працювати лише парні інтерфейси: з одного боку передавач на 1310 нм, з другого - на 1550 нм.

Гігабітний Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбіт/с)

10-гігабітний Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбіт/с)

Новий стандарт 10-гігабітного Ethernet включає сім стандартів фізичного середовища для LAN, MAN і WAN. В даний час він описується поправкою IEEE 802.3ae і повинен увійти до наступної ревізії стандарту IEEE 802.3.

• 10GBASE-CX4- Технологія 10-гігабітного Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 та конектори InfiniBand.
• 10GBASE-SR- Технологія 10-гігабітного Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, залежно від типу кабелю), використовується багатомодове волокно. Він також підтримує відстань до 300 метрів з використанням нового багатомодового волокна (2000 МГц/км).
• 10GBASE-LX4- Використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по багатомодовому волокну. Також підтримує відстань до 10 кілометрів при використанні одномодового волокна.
• 10GBASE-LRі 10GBASE-ER- ці стандарти підтримують відстані до 10 та 40 кілометрів відповідно.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LWі 10GBASE-EW- Ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний за швидкістю та форматом даних з інтерфейсом OC-192/STM-64 SONET/SDH. Вони подібні до стандартів 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10GBASE-ER відповідно, тому що використовують ті ж типи кабелів і відстані передачі.
• 10GBASE-T IEEE 802.3an-2006 - прийнятий в червні 2006 року після 4 років розробки. Використовує екрановану кручена пара. Відстань – до 100 метрів.
• 10GBASE-KR

Компанія Harting заявила про створення першого у світі 10-гігабітного з'єднувача RJ-45, що не потребує інструментів для монтажу – HARTING RJ Industrial 10G.

40-гігабітний та 100-гігабітний Ethernet

Згідно з спостереженнями Групи 802.3ba, вимоги до смуги пропускання для обчислювальних завдань та додатків ядра мережі зростають з різними швидкостями, що визначає необхідність двох відповідних стандартів для наступних поколінь Ethernet - 40 Gigabit Ethernet (або 40GbE) та 100 Gigabit Ethernet (або 100 Gigabit Ethernet). В даний час сервери, високопродуктивні обчислювальні кластери, блейд-системи, SAN і NAS використовують технології 1GbE і 10GbE, при цьому в 2007 та 2008 рр. було відзначено значне зростання останньої.

Перспективи

Про Terabit Ethernet (так спрощено називають технологію Ethernet зі швидкістю передачі 1 Тбіт/с) стало відомо в 2008 році із заяви творця Ethernet Боба Меткалфа на конференції OFC який припустив, що технологія буде розроблена до 2015 року, правда, не висловивши при цьому який- або впевненості, адже для цього доведеться вирішити багато проблем. Однак, на його думку, ключовою технологією, яка може обслужити подальше зростання трафіку, стане одна з розроблених у попередньому десятилітті – DWDM.

«Щоб реалізувати Ethernet 1 Тбіт/с, необхідно подолати безліч обмежень, включаючи 1550-нанометрові лазери та модуляцію з частотою 15 ГГц. Для майбутньої мережі потрібні нові схеми модуляції, а також нове оптоволокно, нові лазери загалом усе нове, - сказав Меткалф. - Неясно також, яка мережева архітектура знадобиться її підтримки. Можливо, оптичні мережі майбутнього повинні використовувати волокно з вакуумною серцевиною або вуглецеві волокна замість кварцових. Оператори повинні будуть впроваджувати більш повністю оптичні пристрої та оптику у вільному просторі (безволоконну). Боб Меткалф».

Див. також

Примітки

Посилання

• Стандарт IEEE 802.3 2008 (англ.)
• Стандарт IEEE 802.3 2002 (англ.)

Ethernet - найпоширеніший міжнародний стандарт локальних мереж (кілька мільйонів мереж з цією технологією по всьому світу).

Розробкою стандартів локальних мереж займаються робочі групи IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers – Інститут інженерів електротехніки та електроніки) – міжнародна некомерційна асоціація фахівців у галузі техніки, світовий лідер у галузі розробки стандартів з радіоелектроніки та електротехніки. Ця громадська некомерційна асоціація професіоналів веде свою історію з 1884 року, об'єднує 380 000 індивідуальних членів зі 150 країн (25% членів проживають поза США).

Ethernet - це не один, а ціле сімейство стандартів, що мають різні користувацькі характеристики.

Якщо за основу порівняння цих стандартів взяти швидкість передачі даних та максимально можливу відстань між двома вузлами (діаметр мережі), то отримаємо таку порівняльну таблицю:

Спочатку розглянемо принцип побудови локальних мереж на основі історично першого варіанту Ethernet (10 Мбіт/с), який з'явився в кінці 70х років як стандарт трьох компаній Digital, Intel, Xerox.

Ця технологія, як і Fast Ethernet, Gigabit Ethernet заснована на понятті розподіленого середовища: кожен вузол отримує все, що передається по мережі; передачу виконує лише один вузол, решта чекають паузи для початку власної передачі.

В основі технології 10G Ethernet покладено інший принцип: інформація не розкидається по всій мережі, а цілеспрямовано проштовхується від вузла до вузла у напрямку до пункту призначення. За просування даних у такій мережі відповідають маршрутизатори. Вони визначають сусідній вузол, куди потрібно пересунути інформаційний пакет наближення його до пункту призначення. Такі мережі називаються мережами з комутацією пакетів.

Ethernet

На малюнку показано схему мережі Ethernet на коаксіальному кабелі. Сегмент кабелю на кінцях обладнаний термінаторами(Заглушками) для поглинання поширюваного сигналу (на малюнку термінатори намальовані чорними квадратиками).

Кабель за допомогою Т-подібного гнізда з'єднує між собою мережні адаптери комп'ютерів.

Принцип роботи

Будь-який учасник може надіслати в мережу повідомлення, але тільки тоді, коли в ній «тихо» немає іншої передачі.

Наприклад, вузол 2 (див. малюнок вище) слухає мережу, і стартує передачу, починаючи її адресами відправника та одержувача ("комп'ютер 2 передає повідомлення для комп'ютера 4").

Передача поширюється кабелем в обидві сторони (поглинаючись термінаторами на кінцях), і всі учасники чують її (зокрема сам відправник).

Всі, крім комп'ютера 4, ігнорують дані, що передаються, виявивши чужу адресу одержувача, а комп'ютер 4 приймає дані повністю.

Зрозуміло, що за такого способу передачі не можна допустити тривалого захоплення мережі одним вузлом. Якщо комп'ютер 2 задумає переслати комп'ютеру 4 великий файл, решта мережевих учасників не скоро матимуть можливість розпочати передачу.

З цієї причини повідомлення передаються розділеними на пакети(в технології Ethernet вони називаються кадрами). Довжина пакета лежить у діапазоні від 64 до 1518 байтів.

Передавши один пакет, вузол на деякий час перериває роботу, і якщо в мережі тихо відправляє наступний пакет. Але паузою може скористатися інший вузол та розпочати свій сеанс передачі. Таким чином, всі вузли поділяють одне середовище (кабель), маючи рівні можливості для посилки мережу інформаційних пакетів.

MAC-адреси

Вузли в мережі Ethernet адресуються за допомогою 6-байтового двійкового числа, званого MAC-адресою (Media Access Control - управління доступом до носія).

Зазвичай MAC-адресу записують у вигляді шести пар шістнадцяткових цифр, розділених тире або двокрапками, наприклад, 10:A1:17:3D:56:AF .

Про комп'ютерну арифметику розповідає теоретичний матеріал до заліків із номером 2 у другому та третьому уроках цієї книги.

Унікальна MAC-адреса "зашивається" в мережевий адаптер при його виготовленні. Він не може збігатися з будь-якою іншою MAC-адресою у світі і не може змінюватися під час експлуатації пристрою.

Розподілом MAC-адрес між виробниками обладнання займається міжнародна некомерційна організація IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers – Інститут інженерів електротехніки та електроніки).

MAC-адреса складається з 48 біт, таким чином адресний простір налічує 2 48 (або 281 474 976 710 656) адрес. Згідно з підрахунками IEEE, цього запасу адрес вистачить щонайменше до 2100 року.

Колізії

Комп'ютер 1 послухав мережу (вільна!) і почав передачу пакета:

Сигнал не встиг дійти до комп'ютера 5, коли той теж почав передачу, вирішивши, що мережа вільна:

Зрозуміло, що через деякий час у мережі накладеться сигнали. Така ситуація називається колізією.

Коли станція, що передає, виявить розбіжність переданого в мережу сигналу з отриманим з мережі, вона фіксує колізію і обриває передачу пакета згідно протоколу Ethernet.

І комп'ютер 1 і комп'ютер 5 обривають передачу, виявивши колізію.

Колізія в мережі Ethernet не є винятковою подією – це звичайна робоча ситуація.

Питання в тому, як довго чекати на вузл, щоб спробувати знову передати в мережу зіпсований колізією пакет? Якщо чекати фіксований проміжок часу, то колізія зі 100% ймовірністю з'явиться знову (комп'ютери 1 і 5 одночасно відновлять передачу, якщо одночасно перервали її через колізію).

У протоколі Ethernet пауза після виявлення колізії вибирається з інтервалу від 0 до 52,4 мс випадковимчином.

Як це не здасться дивним, саме випадковапауза після колізії забезпечує працездатність мережі Ethernet. Цей найпростіший механізм обробки колізій був запропонований у далеких 70 х роках і успішно працює досі!

Діаметр мережі

Що станеться, якщо кабель довгий, а маленький пакет?

Колізія може виникнути після того, як вузол завершить передачу пакета.

На малюнку показано саме таку ситуацію. Колізія відбувається, коли вузол 1 закінчив передачу пакета:

Така колізія називається пізніш. При пізній колізії пакет пропадає безповоротно (вузол 1 вважає, що передача пакета відбулася успішно та видаляє його зі своєї буферної пам'яті).

Для нормальної роботи мережі необхідно, щоб станція, що передає, могла виявити колізію до того, як закінчить передачу пакета в мережу. Така колізія називається ранній. При ранній колізії вузол передає зіпсований пакет знову після випадкової паузи.

Для запобігання пізнім колізіям доводиться обмежувати довжину кабелю величиною, при якій час передачі пакета найменшої довжини (64 байт) було б більше подвоєного часу проходження сигналу по всій довжині кабелю.

Чому береться подвійна довжина кабелю?

Нехай вузол 1, розташований одному кінці кабелю, почав передачу пакета. Передача повинна тривати весь час, за який перший переданий сигнал досягне вузла 5 на протилежному кінці кабелю і повернеться назад, спотворений колізією (адже може статися, що вузол 5 почне свою передачу за мить до приходу сигналу від вузла 1). Тобто необхідно враховувати проходження сигналу подвоєною довжиною кабелю.

Обмеження діаметра мережі Ethernet величиною 2 500 м якраз і ґрунтується на розрахунку такої довжини кабелю, при якій у мережі не могла б виникнути пізня колізія, навіть при передачі найкоротшого пакета між двома крайніми станціями. Стандарт називає величину 2500 м з хорошим запасом (більш ніж утричі).

При передачі сигналу кабелю виникає його ослаблення (загасання). Доводиться ділити кабель на сегменти та з'єднувати їх між собою повторювачами.

Повторювач (repeater) - це простий електронний пристрій (без будь-якого програмного забезпечення), який посилює сигнал при передачі його з одного сегмента кабелю в інший.

На малюнку показано мережу, у якій кабель складається з трьох сегментів, з'єднаних двома повторювачами:

Для різного типу кабелю стандарт визначає різні величини максимальної довжини сегмента:

Стандарти фізичного середовища

Залежно від типу кабелю, технологія Ethernet передбачає кілька варіантів стандарту, заснованих на властивостях фізичного середовища передачі даних.

• 10Base-5 - коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма, званий "товстим".
• 10Base-2 - коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма, званий "тонким".
• 10Base-T - неекранована кручена пара.
• 10Base-F волоконно-оптичний кабель.

Число 10 у зазначених позначеннях позначає бітову швидкість передачі в цих стандартах 10 Мбіт/с.

Стандарт 10Base-5

Як передавальне середовище використовується коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма.

Кабель такий "товстий", що на відміну від стандарту 10Base-2 (з кабелем діаметра 0,25 дюйма), його складно приєднувати безпосередньо до мережного адаптера комп'ютера. Тому "товстий" коаксіал з'єднують з адаптером за допомогою трансівераі додаткового сполучного шнура на кручених парах (довжиною до 50 м).

Трансівер - це не просто механічний з'єднувач (як Т-подібний роз'єм для тонкого коаксіалу). Фактично, трансівер є частиною мережевого адаптера, винесеного прямо на кабель. З кабелем трансівер зазвичай з'єднується методом проколювання.

Мережі за цим стандартом будуються за топологією загальна шина, яку ілюструють усі наведені вище малюнки. Кабель ділиться на сегменти, завдовжки трохи більше 500 метрів. Сегменти поєднуються між собою повторювачами.

До одного сегменту допускається підключення трохи більше 100 станцій, причому підключення виконується у спеціально промаркованих точках кабелі (маркери розташовуються через кожні 2,5 м).

Стандарт дозволяє використовувати в мережі не більше 4 повторювачів і відповідно не більше 5 сегментів кабелю (виходить, що максимальний діаметр мережі 10Base-5 не перевищує 2500 м).

Тільки 3 сегменти із 5 можуть бути навантаженими (з підключеними робочими станціями). Між навантаженими сегментами мають бути ненавантажені. Максимальна конфігурація мережі 10Base-5 показана на малюнку:

Кажуть, що мережа Ethernet 10Base-5 будується за правилу 5 4 3: п'ять сегментів, чотири повторювачі, три навантажені сегменти.

Оскільки одне приєднання до кабелю в сегменті зайнято повторювачем, то робочих станцій залишається 99 кабельних маркерів. Таким чином, у такій мережі може працювати 99 х 3 = 297 комп'ютерів.

Стандарт 10Base-2

Як середовище, що передає, використовується коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма, більш дешевий, але має гірші характеристики.

Топологія: загальна шина.

Нижче показано вигляд Т-подібного роз'єму. Він підключається до мережної карти та з'єднує фрагменти кабелю:

Як і раніше працює правило 5 4 3: п'ять сегментів, чотири повторювачі, три навантажених сегменти.

Нижче наводиться порівняльна таблиця стандартів, заснованих на "товстому" і "тонкому" коаксіальному кабелі.

Стандарт 10Base-T

Середовище передачі — дві неекрановані кручені пари, тобто 4 провідники, скручені попарно між собою. Одна пара працює на прийом, інша на передачу.

З'єднання вузлів топологічно виглядає як зірка, у центрі якої розташований хаб(hub, буквально - маточина колеса). Інші назви хаба: багатопортовий повторювач, концентратор.

Мережевий кабель приєднується до хаба за допомогою портів(З'єднувальних роз'ємів):

На малюнку показано мережу з хабом, у якого чотири порти. До кожного порту під'єднано мережний адаптер робочої станції.

Незважаючи на те, що фізичні з'єднання в зображеній мережі утворюють зірку, принципово вона не відрізняється від мережі із загальною шиною: хаб об'єднує комп'ютери загальним середовищем. Кажуть, що фізична топологія мережі – зірка, логічна – загальна шина.

Сигнал, отриманий з одного порту, транслюється на всі інші порти (крім порту, з якого він отриманий), та мережа працює за попереднім протоколом:

1. Якщо в мережі тиша, можна розпочати передачу пакета.
2. Якщо виявлено колізію, потрібно припинити передачу.
3. Через випадковупаузу необхідно повторити передачу зіпсованого пакета.

Стандарт визначає довжину сегмента (довжину кабелю від станції до хаба) трохи більше 100 метрів.

Мережа можна розширити, з'єднуючи хаби між собою (за допомогою тих самих портів) в деревоподібну структуру:

Але і в цій мережі, як і раніше, одне середовище, що розділяється, тобто логічно воно працює, як загальна шина за старим алгоритмом. Кажуть, що вся мережа є одна домен колізій(всі вузли цієї мережі конкурують за загальне середовище передачі).

Побудова мережі у вигляді дерева, листя якого – робочі станції (або сервера), а інші вузли – хаби, зручно на практиці.

Розрив мережі на окремій гілці не заважає роботі інших гілок дерева (на відміну від з'єднань по загальній шині) та, крім того, ієрархія з'єднань може повторювати ієрархію користувачів мережі або їх просторового положення.

На малюнку, розташованому нижче, наведено схему шкільної мережі Ethernet, у якій до кореневого шкільного хаба приєднані хаби трьох комп'ютерних класів і дві робочі станції — один комп'ютер у кабінеті директора, інший в учительській.

У стандарті 10Base-T працює правило 4 хабів: максимальна кількість хабів між будь-якими двома станціями мережі не повинна бути більшою за чотири (інакше мережа працювати не буде через пізні колізії).

Загальна кількість станцій в мережі 10Base-T не повинна перевищувати числа 1024. Ця кількість, прописана в стандарті, визначає граничне навантаження мережі, при якій вона ще функціонуватиме, незважаючи на велику кількість можливих колізій.

Нижче наведено приклад мережі, в якій ця кількість станцій може бути досягнута:

З правила 4 хабів слід, що у мережі 10Base-T між будь-якими двома станціями може бути понад 5 сегментів. Виходить, що максимальний діаметр такої мережі не перевищує 5х100 = 500 м.

Діаметр мережі може бути суттєво збільшений, якщо як сполучний пристрій використовувати не хаб, а комутатор. Інші назви цього пристрою: міст(bridge), перемикач(Switch).

Комутатор своїми портами розбиває мережу на кілька частин, у кожній з яких свій домен колізій.

Відбувається тому, що комутатор, на відміну хаба, не транслює отриманий пакет інші порти, якщо одержувач перебуває в тому самому порту, з якого отримано пакет.

Мережа 1 на малюнку побудована повністю на хабах. Пакет від вузла A для вузла B поширюватиметься хабами в усіх напрямках і досягне всіх вузлів цієї мережі. При цьому передача, розпочата будь-яким іншим вузлом (наприклад, C), може зіпсувати пакет A (колізія). Мережа 1 утворює один домен колізій.

У мережі 2 кореневий хаб замінено комутатором. Пакет від вузла A для вузла B не буде переданий комутатором на порт 2 і не може бути причиною колізії підмережі з хабом 2. Мережа 2 утворює два домени колізій.Правило 4 хабів працюватиме окремо для двох її частин. Виходить, що мережі з комутаторами можна будувати дуже великого діаметра, без загроз пізніх колізій та тривалого очікування паузи для початку передачі.

А що станеться, коли вузол A передає пакет для вузла C мережі з комутатором? Комутатор повинен передати цей пакет до порту 2. Він зробить це за алгоритмом роботи робочої станції. Тобто дочекається тиші у цій підмережі, потім розпочне передачу. Якщо якийсь вузол у підмережі 2 теж почне посилку, виникне колізія, але вона залишиться внутрішньою справою другого домену і не вийде за його межі.

Виникає питання: звідки комутатор знає, що вузол B підключено до порту 1 (і пакет до нього з порту 1 не треба транслювати на інші порти), а вузол C підключений до порту 2 (і пакет до нього з порту 1 треба транслювати на порт 2 )?

На відміну від хаба, комутатор має «інтелект» (мікропроцесор з програмним забезпеченням), який дозволяє йому автоматично будувати таблицю відповідностей між вузлами і портами ( таблицю маршрутизації) та використовувати її при своїй роботі.

Розглянемо алгоритм роботи комутатора з прикладу мережі, зображеної малюнку:

У початковий момент (при включенні живлення) таблиця маршрутизації комутатора порожня.

Нехай, вузол A передає пакет для вузла B. Пакет містить як адресу одержувача, а й адресу відправника. Коли пакет приходить порт 1, комутатор робить у таблиці перший запис:

Тепер комутатор шукає в таблиці рядок для вузла B, щоб вирішити, що робити з пакетом: ігнорувати, якщо B розташований на тому порту, що і A, або транслювати пакет в порт, до якого підключений B.

Рядки з вузлом B у таблиці ще немає. Комутатор змушений працювати як хаб: він транслює пакет до невідомого адресата на всі порти, крім порту, з якого пакет отриманий, тобто на порти 2 і 3.

Нехай вузол F передає пакет для вузла A.

У таблиці з'являється новий рядок:

Комутатор знаходить у таблиці порт одержувача і передає пакет порт 1.

Таким чином, заповнюється таблиця маршрутизації, і комутатор, розпочавши як звичайний хаб, швидко навчається, підвищуючи свою кваліфікацію.

Ще більший інтелект має пристрій під назвою маршрутизатор(інша назва – роутер, від англійського слова router).

Цей пристрій дозволяє будувати мережі з комірчастою топологією та комутувати в ній пакети, вибираючи найбільш раціональні маршрути.

Стандарт 10Base-F

В якості єдиного середовища передачі використовується оптоволоконний кабель.

Мережа 10Base-F будується за тими самими правилами і з тих самих елементів, як і мережу 10Base-T.

Як і раніше, працює правило 4 хабів для одного домену колізій.

Максимальна довжина сегмента мережі 2000 м. Максимальний діаметр одного домену колізій 2500 м. Максимальна кількість робочих станцій в ньому 1024.

Fast Ethernet

Швидкість передачі даних у мережах, побудованих за цим стандартом 100 Мбіт/c.

Логіка роботи мереж Fast Ethernet та Ethernet абсолютно однакова. Всі відмінності лежать фізично побудови мережі.

У 10 разів збільшилася швидкість передачі сигналу, отже, в 10 разів повинен зменшитися максимальний діаметр одного сегмента, що розділяється (щоб уникнути в ньому пізніх колізій).

Ознакою вільного стану середовища Fast Ethernet є передача спеціального символ простою джерела(а не відсутність сигналу, як у стандарті класичної Ethernet).

Коаксіальний кабель виключено зі списку дозволених середовищ передачі. Стандарт Fast Ethernet встановив три специфікації:

• 100Base-TX - неекранована або екранована кручена пара (дві пари в кабелі).
• 100Base-T4 - неекранована кручена пара (чотири пари в кабелі).
• 100Base-FX волоконно-оптичний кабель (з двома волокнами).

Максимальні довжини для кабельних сегментів наводяться у таблиці:

(Напівдуплексний канал працює на передачу та прийом по черзі, а дуплексний | одночасно).

Правило 4 хабів для Fast Ethernet перетворюється на правило одного чи двох хабів (залежно від класу хаба).

100Base-TX

Середовище передачі 2 витих пари в одній загальній оболонці.

100Base-T4

Середовище передачі 4 витих пари в одній спільній оболонці.

Три пари використовуються для паралельної передачі сигналу зі швидкістю 33,3 Мбіт/с (всього виходить 100 Мбіт/с), четверта пара завжди "слухає" мережу на предмет виявлення колізій.

100Base-FX

Середовище передачі оптоволоконний кабель з двома волокнами.

Gigabit Ethernet

Швидкість передачі даних у мережах, побудованих за цим стандартом 1000 Мбіт/c.

Підтримуються кабелі, що використовуються у Fast Ethernet: волоконно-оптичний, кручена пара.

Для запобігання пізнім колізіям довжина сегмента кабелю повинна зменшитися в 10 разів у порівнянні зі стандартом Fast Ethernet, але це було б неприйнятно. Натомість у технології Gigabit Ethernet збільшена довжина мінімального пакета з 64 байтів до 512 байт і, крім того, дозволено передавати кілька пакетів поспіль (загальний розмір не більше 8192 байт). Звичайно, це збільшує очікування паузи для початку передачі, але на швидкості 1000 Мбіт/c ця затримка дуже істотна.

Для підтримки заявленої швидкості передачі, у технології Gigabit Ethernet застосовуються і деякі інші технічні рішення, але структура мережі залишається незмінною:

• дерево середовищ, що розділяються;
• для з'єднання вузлів в одному домені колізій використовують хаби;
• комутатори та маршрутизатори з'єднують домени колізій.

10G Ethernet

Швидкість передачі даних у мережах, побудованих за цим стандартом 10 000 Мбіт/c.

Технологія побудови мережі Ethernet 10G принципово відрізняється від інших Ethernet-технологій.

Мережі 10G Ethernet - це мережі з комутацією пакетів.

Якщо в мережах з роздільними середовищами пакет, переданий однією станцією, надходить на всі інші станції, то в мережах, що комутуються, пакет слід від передавальної станції до станції призначення за маршрутом, який уточнюється в міру просування пакета від одного маршрутизатора до іншого.

Мережа з середовищами, що розділяється, побудована тільки на хабах і комутаторах, повинна мати строго ієрархічну структуру: на схемі з'єднань не повинно бути циклів.

Мережа, наведена малюнку, має ієрархічну структуру. Між будь-якими двома вузлами існує рівно один шлях, наприклад, шлях від А до Б пролягає через вузли: А2 113355

На наступному малюнку показано мережу із циклом. Між вузлами А і Б тепер є два шляхи: А 2 1 3 5 5 і 5

Мережі з комутацією пакетів можуть мати комірчасту структуру, в якій між двома станціями може існувати два і більше варіантів проходження пакета.

Комірчасті мережі більш надійні: якщо один маршрут перестає працювати з технічних причин, для доставки пакета вибирається інший.

Мережі з комутацією пакетів мають більшу пропускну здатність порівняно з мережами на середовищах (пакети не транслюються на всі боки, а слідують суворо до пункту призначення; станції передають, не чекаючи тиші в мережі).

Як провідне середовище в мережах 10G Ethernet використовують оптоволоконний кабель і кабель з витими парами.

Довжина сегмента оптичного кабелю може досягати 40 км, а довжина сегмента кручений пари 100 м. Причина обмеження довжини кабелю тепер не в пізніх колізіях (при комутації пакетів колізій не буває), а в згасанні сигналу при його проходженні по кабелю.

Технології організації комп'ютерних мереж є клеєм, який пов'язує ці елементи воєдино. Завдяки загальнодоступному Інтернету підприємства всього світу можуть обмінюватися інформацією один з одним і зі своїми клієнтами. У всесвітній комп'ютерній мережі (World Wide Web) є служби, за допомогою яких споживачі через Інтернет можуть купувати книги, одяг і навіть машини, а є аукціони, де такі речі можна продати, якщо вони більше не потрібні.

Переваги мережі

Завдяки мережі один комп'ютер має можливість обмінюватися інформацією з іншим. Користувачі навіть не завжди знають, як часто вони отримують інформацію з комп'ютерних мереж. Безперечно, найбільш очевидним прикладом комп'ютерної мережі є Інтернет, що зв'язує мільйони комп'ютерів у всьому світі, але в поточній роботі для забезпечення доступу до інформації важливу роль відіграють менші мережі. Багато публічних бібліотек замінили свої карткові каталоги комп'ютерними терміналами, за допомогою яких користувачам легше і швидше здійснювати пошук потрібних книг. В аеропортах встановлюють численні екрани, що відображають інформацію про приліт та відправку повітряних суден. Багато магазинах роздрібної торгівлі є спеціалізовані комп'ютери до розрахунку за зроблені покупки. У кожному такому випадку завдяки мережі багато різних пристроїв, що розташовуються у різних місцях, отримують доступ до загального сховища даних.

Перш ніж заглиблюватися в деталі такого мережевого стандарту, як Ethernet, слід ознайомитися з основними термінами та визначеннями, що описують мережеві технології та визначають їх відмінності. Тож почнемо!

Локальна та глобальна мережа

Мережеві технології можна поділити на дві основні групи. Технології локальної мережі (Local area network, LAN) призначені обмінюватись інформацією між багатьма пристроями, що є порівняно недалеко друг від друга, зазвичай у одному будинку. Наприклад, бібліотечні термінали, призначені для надання інформації про книги, підключаються до локальної мережі. Технології глобальної мережі (Wide area network, WAN) служать зв'язку невеликої кількості пристроїв, що знаходяться на відстані багатьох кілометрів. Наприклад, якщо для двох бібліотек, що знаходяться в протилежних частинах міста, потрібно забезпечити загальний доступ до каталогу книг, швидше за все для цього буде використано технологію глобальної мережі, зокрема можна скористатися виділеною лінією, спеціально орендованою для цієї мети у телефонної компанії. Така лінія буде служити лише обміну даними між цими бібліотеками.

У порівнянні з глобальними мережами, локальні мережі здатні передавати більше інформації та більш надійні, проте вдосконалення технології передачі даних потроху стирає ці відмінності. Використання волоконно-оптичних кабелів відкрило можливість застосування технологій локальних мереж для з'єднання пристроїв, віддалених на десятки кілометрів, водночас збільшивши швидкість передачі даних та надійність глобальних мереж.

Ethernet

У 1973 році Боб Меткалф (Bob Metcalfe), дослідник науково-дослідного центру Palo Alto (відомого також як PARC) корпорації Xerox, створив та випробував першу мережу Ethernet. Вирішуючи проблему з'єднання комп'ютера "Alto" компанії Xerox з принтером, Меткалф розробив метод фізичного кабельного з'єднання пристроїв у мережі Ethernet, а також стандарти керування обміном інформацією в такому кабелі. З тих пір Ethernet розвинувся в найбільш популярну мережу технологію, що найбільш широко використовується в світі. Багато властивих Ethernet проблеми характерні й інших мережевих технологій, а знайомство з методами вирішення цих проблем допомагає краще зрозуміти загальні принципи роботи мереж.

Стандарт Ethernet у міру вдосконалення комп'ютерних мереж розростався, враховуючи появу нових технологій, проте принцип роботи кожної сучасної мережі Ethernet базується на початковому проекті Меткалфа. У вихідному варіанті Ethernet описувався обмін інформацією між усіма пристроями мережі з одного кабелю. Коли пристрій підключався до цього кабелю, він отримував можливість підтримувати зв'язок з будь-яким іншим приєднаним пристроєм. Така особливість мережі дозволяє проводити її розширення за рахунок підключення нових пристроїв без будь-яких налаштувань або змін, що стосуються вже підключених пристроїв.

Основні принципи роботи мережі Ethernet

Ethernet – технологія локальних мереж, що переважно функціонують в одній будівлі та зв'язують близько розташовані пристрої. Найчастіше пристрої мережі Ethernet з'єднувалися кабелем довжиною трохи більше кількох сотень метрів, а об'єднання у мережу розподілених великий території об'єктів було економічно невигідно. Завдяки сучасним технічним досягненням вдалося істотно розширити допустимі відстані між об'єктами, тому сучасні мережі Ethernet можуть охоплювати території в десятки кілометрів.

Протоколи

У мережах під терміном " протокол " мається на увазі набір правил, які регламентують обміну інформацією. Протоколи для комп'ютерів – те, що мова для людей. Оскільки ця стаття викладається російською, читач, щоб зрозуміти написане, повинен вміти читати російською. Аналогічно, два пристрої в мережі зможуть успішно обмінюватися інформацією лише в тому випадку, якщо обидва вони розуміють однакові протоколи.

Термінологія мереж Ethernet

Основні операції мережі Ethernet підпорядковуються простому набору правил. Щоб краще зрозуміти ці правила, важливо розібратися в основній термінології Ethernet.

Канал передачі Ethernet

Оскільки сигнал з каналу передачі надходить на кожен підключений вузол, знаходження одержувача кадру дуже важлива роль адреси призначення.

Наприклад, якщо до мережі підключено кілька комп'ютерів та принтер, при передачі інформації від одного з комп'ютерів до принтера інші комп'ютери також отримують та аналізують кадри даних. Отримавши кадр, станція спочатку перевіряє адресу призначення, щоб визначити, чи призначений цей кадр. При негативному результаті перевірки станція цурається прийому цього кадру, навіть не досліджуючи його вміст.

Цікавою особливістю системи адресації Ethernet є можливість використання широкомовної адреси. Кадр, в якому адресою призначення вказана широкомовна адреса, призначається для кожного вузла мережі і кадри такого типу обробляються всіма вузлами мережі

Абревіатура CSMA/CD розшифровується як багатостанційний доступ із контролем каналу / виявленням конфліктів (carrier-sense multiple access with collision detection). Цим терміном позначається принцип, за яким протокол Ethernet управляє обміном між вузлами. Назва дещо лякає, проте, якщо проаналізувати концепції складових такої системи, виявиться, що правила, які вона описує, дуже схожі на правила поведінки людей під час ввічливої ​​бесіди. Для наочності проілюструємо принципи функціонування Ethernet, скориставшись аналогією з розмовою за обіднім столом.

Умовимося, що обідній стіл відповідає сегменту Ethernet, а кілька людей, які ввічливо розмовляють за цим столом – вузлам мережі. Під терміном "багатостанційний доступ" мається на увазі описаний вище принцип: Передана однією зі станцій Ethernet інформація надходить до всіх підключених до каналу передачі станцій точно так, як всі люди, що сидять за столом, можуть чути слова, які вимовляють будь-яким з них.

Тепер уявіть, що сидите за столом і хочете щось сказати. Але в цей час уже каже хтось інший. Оскільки це розмова вихованих людей, вам доведеться почекати, поки не зупиниться той, хто говорить, а не переривати його своєю фразою. Такий підхід описується в протоколі Ethernet під терміном "аналіз стану каналу" (carrier sense). Перш ніж станція почне передавати інформацію, вона прислухається до каналу, щоб з'ясувати, чи не веде передачу інша станція. Якщо інформації в каналі не виявиться, стнція приймає рішення, що настав сприятливий момент передавати свою інформацію.

Виявлення конфліктів

Багатостанційний доступ із аналізом стану каналу забезпечує гарний початок управління обміном інформацією, проте потрібно врегулювати ситуацію, що виникає в наступному випадку. Повернемося до аналогії з обіднім столом і уявімо, що в розмові настала пауза. Ви і ще одна людина бажаєте висловитися, причому обидва "аналізуєте стан каналу", визначаючи момент, коли ніхто не говорить, тому починаєте говорити приблизно в один і той же час. За термінологією Ethernet, коли ви обидва починаєте одночасно говорити, виникає конфлікт.

Під час розмови із такої ситуації можна елегантно вийти. Обидва співрозмовники чують, що одночасно з їхньою реплікою говорить інша людина, тому вони можуть зупинитися, щоб дати можливість іншій стороні продовжити. Вузли Ethernet також стежать за станом каналу під час передачі, щоб переконатися, що лише вони передають інформацію. Якщо станція визначає, що передана нею інформація спотворюється в каналі, що трапляється, коли в цей час інша станція починає передавати власне повідомлення, робиться висновок про те, що стався конфлікт. Окремий сегмент Ethernet іноді називають областю колізій, оскільки у ньому дві чи більше станцій що неспроможні одночасно передавати дані, не викликаючи конфлікту. Коли станція виявляє конфлікт, вона припиняє передачу даних, чекає протягом довільного відрізка часу, після чого, виявивши відсутність сигналу в каналі передачі, знову намагається передати свої дані.

Наявність паузи, що триває довільний час і наступної повторної спроби передачі даних – важлива частина протоколу. Якщо при спробі здійснення передачі даних відбувається конфлікт двох станцій, їм обом після цього знову потрібно буде передати дані. За наступної сприятливої ​​передачі можливості обидві станції, залучені в попередній конфлікт, містять готові до передачі дані. Якщо за першої можливості вони знову почнуть передавати дані, то, найімовірніше, знову відбудеться конфлікт і знову виникне невизначеність. Випадкова затримка, яка використовується для боротьби з таким явищем, робить майже неймовірним виникнення серії з великої кількості конфліктів, що йдуть один за одним, між будь-якими двома станціями.

Обмеження системи Ethernet

Як уже згадувалося вище, базою для цілої мережі Ethernet може служити єдиний кабель, що спільно використовується. Однак для розмірів такої мережі є практичні обмеження. Головною проблемою є обмеження, що стосуються довжини кабелю, що спільно використовується.

Електричні сигнали поширюються кабелем дуже швидко, проте зі збільшенням пройденої відстані згасають. Крім того, сигнал може спотворитися внаслідок дії електричних перешкод від розташованих поблизу пристроїв (наприклад, люмінесцентних ламп). Щоб пристрої на протилежних кінцях кабелю отримували один від одного сигнал без перешкод та з мінімальною затримкою, довжина цього мережного кабелю повинна бути порівняно невеликою. Такі умови обмежують максимальну відстань між двома пристроями мережі Ethernet (діаметр мережі). Крім того, оскільки в системі CSMA/CD будь-який заданий момент часу інформація може передаватися тільки одним пристроєм, існують практичні обмеження, за кількістю пристроїв, які можуть співіснувати в одній мережі. Підключення надто великої кількості пристроїв до одного спільно використовуваного сегмента призведе до зростання кількості конфліктних ситуацій, пов'язаних із зверненням до каналу передачі. При цьому може виявитися, що кожному пристрою мережі доведеться неприпустимо довго чекати можливості передачі даних.

Інженери розробили низку мережевих пристроїв, які частково усувають такі проблеми. Багато таких пристроїв призначені не тільки для Ethernet, але використовуються також у мережах інших типів.

Повторювачі

Першим каналом зв'язку мережі Ethernet, який набув широкого поширення, був мідний коаксіальний кабель. Максимальна довжина такого кабелю складала 500 метрів. У великих будинках або студентських кампусах 500-метрового кабелю не завжди вистачає для підключення кожного мережевого пристрою. Проблема вирішується завдяки використанню повторювача.

Повторювачі підключаються до багатьох сегментів Ethernet, прослуховують інформацію в кожному з сегментів і транслюють всі інші підключені до нього сегменти виявлену в одному сегменті інформацію. Завдяки використанню багатьох кабелів та підключенню їх через повторювачі, можна суттєво збільшити діаметр мережі.

Поділ на сегменти

У нашій аналогії в компанії, що зібралася за обіднім столом, розмовляли небагато людей і обмеження розмовляючих до одного в будь-який заданий момент часу не було істотним бар'єром для спілкування. А що станеться, якщо за столом буде багато людей, а в будь-який момент часу буде дозволено говорити тільки одному?

З практики ми знаємо, що за подібних умов аналогія не діє. Зазвичай, у великих групах людей одночасно виникає кілька різних розмов. Якби в людному приміщенні або на банкеті в кожний момент часу могла говорити тільки одна людина, багато хто, чекаючи своєї черги, так і не зміг би висловитися. Люди самі усувають таку проблему: Коли йдеться про голосове спілкування, людське вухо здатне виділяти з навколишнього шуму певну розмову. Це полегшує людям можливість розбитися під час вечірки на невеликі групи та розмовляти всім в одному приміщенні. Проте мережеві кабелі швидко і ефективно передають сигнали великі відстані, у мережі такого природного відокремлення розмов немає.

У міру збільшення розміру мереж Ethernet виникають проблеми навантаження. Якщо до одного сегменту підключено багато станцій і кожна з них генерує значний трафік, багато станцій при першій нагоді намагатимуться передати свої дані. У таких умовах почастішають конфлікти і може статися скорочення числа успішних передач даних, що зрештою може призвести до неприпустимого збільшення часу, що проходить до завішення операції передачі. Один із способів зменшення навантаження передбачає розбиття окремого сегмента на кілька сегментів, у результаті створюється багато областей колізій. Таке рішення породжує іншу проблему, оскільки тепер нові окремі сегменти що неспроможні обмінюватися інформацією друг з одним.

Для вирішення проблем, породжених розподілом на сегменти, у мережі Ethernet вводять мости. Мости з'єднують два або більше сегментів мережі, подібно до повторювачів, збільшуючи діаметр мережі, проте вони додатково допомагають регулювати трафік. Як і будь-який інший вузол, міст може передавати та приймати інформацію, проте він функціонує інакше, ніж звичайний вузол. Міст, як і повторювач, не виробляє власного трафіку, він лише повторює інформацію, прийняту з інших станцій. (Останнє твердження не зовсім точне. Мости виробляють спеціальний кадр, що дозволяє їм обмінюватися інформацією з іншими мостами, проте ця тема цієї статті не розглядається).

Нагадаємо, що згідно з принципами багатостанційного доступу і спільно використовуваного каналу зв'язку Ethernet, на кожну підключену до каналу передачі станцію надходить кожна передана інформаційна посилка, незалежно від того, призначена вона для цієї станції чи ні. Використовуючи цю властивість, мости здійснюють ретрансляцію трафіку між сегментами. Зверніть увагу на рисунок. Сегменти 1 та 2 з'єднані мостом. Якщо станція A або B передає інформацію, міст також приймає інформацію, що передається в сегменті 1. Яка реакція моста на цей трафік? Можна було б автоматично передати кадр у сегмент 2, як це робить повторювач, але таке рішення не позбавляє перевантаження, оскільки мережа діяла б тоді як один великий сегмент.

Маршрутизатор. Логічне поділ на сегменти

Мости можуть зменшувати навантаження за рахунок того, що допускають здійснення багатьох обмінів інформацією одночасно в різних сегментах, але мають свої межі, що стосуються сегментування трафіку.

Важливою характеристикою мостів є їхня здатність пересилати широкомовні повідомлення Ethernet на всі підключені сегменти. Такий режим роботи необхідний у випадках, коли широкомовні повідомлення Ethernet призначені для всіх вузлів мережі, але в мережах з мостом, що надмірно розрослися, може породити проблеми. Якщо в мережі з мостом багато станцій видають широкомовні повідомлення, може виникнути таке сильне навантаження, начебто всі ці пристрої знаходилися в одному сегменті.

Маршрутизатори – удосконалені компоненти мереж, здатні розділити одну мережу на дві логічно розділені мережі. Ethernet на своєму шляху до кожного вузла мережі проходять через мости, але не можуть пройти через маршрутизатори, оскільки маршрутизатор утворює для мережі логічний кордон.

Маршрутизатори діють за протоколами, які залежать від конкретних мережевих технологій, як-от Ethernet чи token ring (останню розглянемо пізніше). Такий підхід дозволяє маршрутизаторам взаємодіяти з різними мережевими технологіями, як локальної, так і глобальної мережі, і привів до їх широкого використання в пристроях, що розміщуються по всьому світу, що є частиною глобальної мережі Інтернет. Комутована мережа Ethernet

Сучасні варіанти реалізації мереж Ethernet часто не схожі свої історичні аналоги. Раніше безліч станцій мережі Ethernet з'єднувалися довгими ділянками коаксіального кабелю, а в сучасних мережах використовуються кабелі з крученими парами або оптичне волокно, що з'єднують станції за радіальною схемою. Колишні мережі Ethernet забезпечували швидкість передачі даних 10 Мбіт за секунду, тоді як сучасні можуть працювати на швидкості 100 Мбіт за секунду і навіть 1000 Мбіт за секунду!

Можливо, найбільш вражаючим прикладом прогресу сучасних мереж Ethernet є використання комутованих мереж Ethernet. У комутованих мережах спільно використовувані канали зв'язку старих мереж замінюють сегментами, виділеними окремо кожної станції. Ці сегменти підключаються до комутатора, який діє майже як міст Ethernet, але може з'єднувати багато таких сегментів, що ведуть кожен до своєї станції. Деякі сучасні комутатори можуть підтримувати сотні виділених сегментів. Оскільки кожен сегмент з'єднує лише два пристрої, комутатор та кінцеву станцію, кожна інформаційна посилка, перш ніж потрапити на інший вузол, надходить на комутатор. Комутатор, своєю чергою, направляє кадр по потрібному сегменту, як і це зробив міст, але оскільки кожен сегмент містить лише одне вузол, кадр надходить лише з пристрій з адресою призначення. Тому в комутованій мережі можна здійснювати багато обмінів інформації в один і той же час. (Щоб більше дізнатися про технологію комутованих мереж, рекомендуємо прочитати статтю про те, як діють комутатори локальних мереж).

Повний дуплексний варіант Ethernet

Удосконалення системи комутованої мережі Ethernet спричинило створення дуплексного варіанта Ethernet. Термін із області передачі цифрових даних "Повний дуплексний режим" ("Full-duplex") характеризує можливість одночасного прийому та передачі даних.

Попередні системи Ethernet напівдуплексні, тобто інформація в кожний момент часу може передаватися тільки в одному напрямку. У мережі, що повністю комутується, вузли можуть обмінюватися інформацією тільки з комутатором і ніколи – безпосередньо один з одним. У мережах, що комутуються, також використовують кабелі з витою парою або оптоволоконні кабелі, але в тому і іншому випадку для прийому і передачі даних використовують окремі провідники. В оточенні такого типу станції Ethernet можуть обійтися без процесу виявлення конфліктів і передавати дані коли потрібно, оскільки є єдиними пристроями, які можуть отримати доступ до каналу передачі даних. Конфігурація такого типу забезпечує можливість кінцевим станціям передавати дані у бік комутатора одночасно з передачею від комутатора до них, утворюючи умови без конфліктів.

Ethernet чи стандарт 802.3?

Вам, мабуть, доводилося чути термін "802.3", який використовується замість терміну "Ethernet" або разом із ним. Терміном "Ethernet" спочатку називали реалізацію мережі, прийняту як стандарт компанії Digital, Intel і Xerox. (Тому його ще називають стандартом DIX).

У лютому 1980 року Інститутом інженерів з електротехніки та радіоелектроніки (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) було створено комітет зі стандартизації мережевих технологій. У IEEE цей комітет назвали робочою групою 802 за датою створення. Кожен із підкомітетів робочої групи 802 займався окремим питанням організації мережі. Кожному підкомітету було надано номер, який у загальному вигляді виглядав як 802.X, причому складова X для кожного підкомітету була унікальною. Група 802.3 займалася стандартизацією функціонування мережі CSMA/CD за функціональними характеристиками еквівалентною DIX Ethernet.

Ethernet і стандарт 802.3 дещо відрізняються у термінології та у форматі даних кадру, проте за більшістю параметрів ідентичні. В даний час терміном Ethernet загалом називають як DIX Ethernet, так і стандарт IEEE 802.3.

Альтернативні мережеві технології. Token Ring

Найпоширенішою альтернативою локальним мереж Ethernet є розроблена компанією IBM мережева технологія token ring. У стандартах Ethernet регулювання доступу до каналу передачі вводяться обрані за випадковим законом перерви між спробами передачі, тоді як стандарт token ring передбачає використання методу строго впорядкованого доступу. У мережі token ring вузли розташовуються як логічного кільця. Вузли посилають кадри по кільцю, причому кадр, що пройшов один раз усі кільце, видаляється.

Вузли мережі token-ring не чекають на несучий сигнал і не стежать за можливістю конфлікту. Завдяки наявності маркерного кадру станції гарантується можливість передачі кадру з даними без побоювання, що їй завадить інша станція. Оскільки будь-яка станція після надсилання одного кадру з даними видає маркер, кожна станція кільця отримує в порядку черговості можливість передачі даних. Черговість встановлюється за заданим алгоритмом і без будь-яких привілеїв. Швидкість передачі в мережах token ring зазвичай становить від 4 до 16 Мбіт на секунду.

Ще однією технологією з передачею маркера є інтерфейс для доступу до розподілених даних по оптоволокну (Fiber-distributed data interface FDDI). Цей стандарт передбачає передачу інформації по двох оптоволоконних кільцях, причому напрямок передачі маркера в одному з них протилежно напрямку передачі в іншому. Мережі FDDI забезпечували швидкість передачі інформації 100 Мбіт на секунду, що спочатку сприяло зростанню їхньої популярності в умовах, коли була потрібна висока швидкість передачі. Однак з появою дешевшого та найпростішого в управлінні стандарту Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт на секунду мережі FDDI використовуються все рідше.

Альтернативні мережеві технології. Асинхронний режим передачі

Нарешті, остання мережна технологія, яку варто згадати, називається асинхронний режим передачі чи ATM. Мережі ATM розмивають відмінності між локальними та глобальними мережами та здатні забезпечити надійний швидкісний зв'язок між безліччю різних пристроїв, що знаходяться навіть у різних частинах країни. Мережі ATM придатні для передачі не тільки даних, але також голосового та відеотрафіку, що робить їх багатофункціональними та розширюваними. Незважаючи на те, що прогнози, що обіцяли швидке визнання мереж ATM, не підтвердилися, ця технологія має великі шанси на успіх у майбутньому.

У той же час продовжує зростати популярність мереж Ethernet. Цей стандарт, що використовується в промисловості майже 30 років, популярний і добре вивчений, що полегшує конфігурацію мереж та пошук неполадок. У міру розвитку інших технологій, Ethernet, щоб витримати конкуренцію, еволюціонує, збільшується його швидкодія та підвищується функціональність.