5. ábra. Ethernet
szegmens repeater-ekkel
Az Ethernet és az IEEE 802.3 mind a mai napig a legnépszerûbb LAN technológia, a legnagyobb piaci részesedéssel. Az Ethernet jelzôt sokan általánosságban az összes CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collison Detection) alapú eljárás megnevezésére használják, az, hogy mikor pontosan mit jelent ez a szó, nem egyértelmû, de ritkán lényeges.
Megjelenésekor kitöltötte az ûrt a
nagytávolságú ámde lassú és az
egy termen belüli gyors hálózatok között,
lehetôvé téve, hogy elszórt, gyakran igen magas
átviteli csúcsokat (burst) produkáló
kommunikációt bonyolítson le közepes
távolságon (néhány száz méter).
Az Ethernet hálózat kezdetben egy 50-os koaxiális kábelre felfûzött végberendezésekbôl állt. Mûködése a következô: minden állomás figyeli a vonalat és a neki címzett kereteket továbbítja a felsô rétegek felé. A módszer lényege, hogy mindenki mindent hall, de csak arra reagál, ami neki szól.
Az az állomás, amelyik forgalmazni kíván, figyeli a vonalat (Carrier Sense) és ha az éppen szabad, adni kezd. A jelterjedési idô miatt gyakran két vagy több állomás egyszerre kezdi el keretének elküldését, mert mindketten szabadnak érzékelik a vonalat. Ezt hívjuk ütközésnek, ilyenkor minden leadni kívánt keret sérül. Mikor egy állomás észleli, hogy adásába valaki belezavart, azaz ütközés történt (Collision Detection), beszünteti a forgalmazást és véletlen idô múltán újra próbálkozik. Ha akkor is ütközik, akkor már egy hosszabb idôkeretbôl választja ki a várakozási idôt. Egymás utáni többszörös ütközések hatására átlagosan egyre nagyobb a várakozási idô (exponential backoff), ami elôsegíti a hirtelen torlódások levonulását, ugyanis csak egy sikeresen leadott keret eredményeképp csökken a forgalmazni kívánó állomások száma.
Amint látható a hálózat semmiféle
garanciát nem kínál arra nézve, hogy a keretünk
véges idôn belül elküldhetô lesz, nem teszi
lehetôvé prioritások használatát és
nagy terhelés esetén gyengül a hatásfoka (a sok
ütközés miatt).
Az Ethernet egy, az IEEE 802.3 pedig számos fizikai közeget
határozott meg. Az alábbi táblázat mutatja
ezeket.
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A táblázatban az átviteli sebességet, a szegmensek maximális hosszát és a használt médiumot tüntettük fel. A szegmenshossz a közegek elektromos paraméterei miatt maximált.
A keretek minimális hossza 64 byte. Ennyi szükségeltetik
ahhoz, hogy a keret az adás befejezése elôtt a kábel
teljes hosszában hallható legyen és így az
ütközéseket még a keret adása közben
észlelhesse az adó.
Az átvitel során a biteket Manchester kódolással
helyezik a vonalra, ami biztosítja, hogy minden bit
elküldésekor változik a vonal értéke. Ez
adja a szinkronizációt. A keretek tartalmazzák a
küldô és a vevô 48 bites címét, a keret
hosszát (IEEE 802.3) vagy típusát (Ethernet II) és
egy 32 bites CRC kódot. Azt, hogy az adott keret IEEE 802.3 vagy Ethernet
II, úgy lehet eldönteni, hogy ha ennek a mezônek az
értéke 1518 alatti, akkor a keret hosszát jelenti és
802.3 keret, ha nagyobb, akkor egy EtherType típusmezô és
Ethernet II keretrôl van szó. A keret típusa azt a
felsôbb rétegbeli protokollt azonosítja, ami felé
a keretet továbbítani kell. (Például IP vagy
DECNet csomagot hordoz-e a keret). Ez lehetôvé teszi számos
hálózati protokoll futtatását egy Ethernet
fölött. IEEE 802.3 esetén a típust a keret
tartalmában kell kódolni, ennek módjára az
IP-over-ATM részben látunk példát.
Az Ethernet rugalmasságát növelik az un. repeater-ek (ismétlôk). Ezek az egyik portjukon vett keretet bit-rôl bitre átmásolják a másik portjukra, mintegy meghosszabbítva ezzel az elektromos jellemzôk miatt rövidre korlátozott szegmenst. Több porttal rendelkezô (multiport) repeater-ek használata esetén minden portra átmásoljuk a vett keretet. Természetesen az ütközéseket továbbra is idôben észlelni kell, a jelterjedési idô nem lehet több 64 byte elküldésének idejénél, ezért bármely két állomás között maximum 4 repeater helyezkedhet el, ám a kapott hálózat meglehetôsen szövevényes lehet. A hálózat mérete ezzel a módszerrel 2.5 km-re növelhetô.
5. ábra. Ethernet
szegmens repeater-ekkel
A hatékonyságot fokozhatjuk bridge-k (hidak)
közbeiktatásával. Ezek csupán az egyik
szegmensbôl a másikba irányuló kereteket engedik
át, szétválasztva ezzel a szegmensek forgalmát.
Így jelenôsen csökken az ütközések száma
és nô a rendelkezésre álló
sávszélesség. Ehhez természetesen tudni kell,
hogy melyik állomás merre található, és
el kell kerülni azt is, hogy a bridge-k körbe-körbe adjanak
egymásnak egy keretet. A bridge-krôl bôvebbet az
Internetworking fejezetben olvashatunk.
Az Ethernet hálózatok az eddig felvázolt busz topológiából és a koaxiális kábelrôl egyre inkább áttérnek a csillag topológiára és az UTP (árnyékolatlan sodrott érpár) használatára. Természetesen az eredeti IEEE 802.3 szabványtól némileg eltérôen 10 Mbit/s sebességgel használják, a szegmens maximális hossza (az elsô aktív berendezésig) még így is 150 méter fölött van. Ezzel egyrészt megbízhatóbbá válik a hálózat, mert a koaxiális kábel vagy a csatlakozók hibája a teljes szegmenst használhatatlanná tette, másfelôl pedig a már létezô struktúrált kábelezési rendszerek használhatóvá válnak. Harmadrészt az így kialakított hálózat a kábelezés cseréje nélkül alakítható át bármely struktúrált kábelezést használó hálózatra, például ATM-re.
6. ábra. Ethernet
szegmensek közös gerinccel
A csillag topológiában minden állomástól 1 UTP kábel fut, melyek egy huzalozási központban találkoznak. A keretek átkapcsolását egy multiport repeater vagy bridge végzi, melynek a legtöbb esetben üvegszálas kimenete is van, amin keresztül a külsô (nem Ethernet) forgalmat bonyolítja. Az Ethernet gerinchálózatot legtöbbször egy vastag-Ethernet szegmens alkotja. Bármely kábel vagy állomás hibája esetén a hibás szakasz egyszerûen lecsatolható, a hálózat többi része pedig zavartalanul mûködhet tovább.
Gyakran a gerinc-szegmenst egy újabb multiport bridge helyettesíti (collapsed backbone).
7. ábra. Collapsed
backbone
Az Ethernet újabban üvegszálas kábelen is
mûködik (természetesen csak két állomás
között), ami nem annyira a sebesség, mint a nagyobb
távolság miatt érdekes. Így a hálózat
központjától néhány km távolságra
levô egységeket is 1 üvegszálas szegmens
közbeiktatásával könnyedén bekapcsolhatjuk
a forgalomba.
Az Ethernet nem igényel központi felügyeletet vagy konfigurációt. Minden Ethernet kártya gyárilag beégetett MAC címmel rendelkezik, így két azonos címû Ethernet kártya elvileg nincs a világon. A hálózat broadcast jellegû, azaz egy kerettel üzenhetünk minden állomásnak.
Az Ethernet fejlôdésében a legújabb eredmény a kapcsolt Ethernet (switching), amirôl bôvebben az Internetworking fejezetben olvashatunk.
Számos alkalmazás számára kevésnek bizonyult a hagyományos Ethernet 10 Mbit/s sebessége. Minthogy azonban a módszer egyszerû és a számítástechnikában oly gyakori burst-ös forgalmat jó közvetíti, kísérletek indultak a változatlan elvek melletti nagyobb sebesség elérésére. Ezek egyike a Fast Ethernet, ami mindent érintetlenül hagy, csak a szegmensek mérete csökken a tizedére és az átviteli sebesség a tízszeresére.
Minthogy az 5-ös típusú UTP kábelek képesek 100 Mbit/s átvitelére, ha a korábbi hálózatunk szegmensei elég rövidek voltak, a Fast Ethernetre való áttérés csak az aktív elemeket érinti. A kábelezés és a használt software maradhat a régi.
A megengedett távolság (nagyjából 100m UTP) szûkös, de használható, ám ekkor már csak bridge-k közbeiktatásával növelhetô a méret. Ez azonban nem jelent komoly megszorítást, mert a repeater-ek egyre inkább kiszorulnak a bridge-k csökkenô ára és komoly elônyei miatt.
Egy UTP-n mûködô Fast Ethernet kártya körülbelül a duplájába kerül egy hagyományosnak, messze alatta maradva ezzel az egyedi FDDI interface-eknek.