Ethernet - пример стандартной технологии коммутации пакетов

Ethernet - пример стандартной технологии коммутации пакетов.

Наиболее популярная сетевая технология –Ethernet. Сетевая технология- это согласованных набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет «достаточный» подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных устройств – маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet, которая составляет базис сети.

Термин «Сетевая технология» чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например технология IP-сетей.

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея ввиду то, что на их основе строится базис любой сети.

Основной принцип, положенный в основу сети Ethernet, - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться тонкий или толстый коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны.

В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде передачи в соответствии с типовой структурой «общая шина» (рис. 1). С помощью разделяемой во времени шине любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами - сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, а более точно, каждый  сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта величина является пропускной способностью сети Ethernet.

Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Поэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доступности среды.

После того, как компьютер убеждается, что среда свободна, он начинает передачу, при этом «захватывает» среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр – это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet [2]. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных  содержит различную служебную информацию, например, адрес получателя и адрес отправителя.

Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом, компьютер адресат получает предназначенные ему данные.

 Иногда может возникнуть ситуация, когда одновременно два или более компьютера решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию. Такая ситуация называемая коллизией, препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизий. Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивности сетевого трафика.

После обнаружения коллизии сетевые адаптеры, которые пытались передать свои кадры, прекращают передачу и после паузы  случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр, который вызвал коллизию.

Главным достоинством сетей Ethernet, благодаря которому они стали такими популярными, является их экономичность. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины. Другие базовые технологии для создания даже небольшой сети требуют наличия дополнительного устройства – концентратора.

Кроме того, в сетях Ethernet реализованы достаточно простые алгоритмы доступа к среде, адресации и передаче данных. Простая логика работы сети ведет к упрощению и, соответственно удешевлению сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надежностью.

Еще одним замечательным качеством сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, то есть легкость подключения новых узлов.

3.5. Доступ к сетям Ethernet.

3.5.1. Ethernet-контроллер.