Сетевые технологии (10). Основы Ethernet (2).

Классический Ethernet 10 Мбит/с

Как было указано в прошлой публикации, изначально сеть Ethernet представляла собой длинный кусок коаксиального кабеля, возможно разделенный повторителями. При передаче информации от компьютера в сеть, данные распространялись по всему кабелю. Поэтому такая сеть получала название broadcast bus (вещательная шина). Пакеты передаваемых таким образом данных могло видеть любое сетевое устройство, подключённое к этому кабелю. Принятие пакета было возможно только устройством, которому он адресован. Таким образом, логически, это не вещание, а передача «точка-точка».

Адрес пакета распознается на сетевом интерфейсе NI (Network Interface), карте в устройстве, которая подключена к кабелю и к процессору устройства.

Если вдруг передача пакетов от двух устройств произойдёт в один и тот же момент, то произойдет коллизия, сигналы исказятся и приняты не будут. Чтобы минимизировать такие ситуации, делается следующее:

Рис. 1. Четыре сетевых устройства A, B, C и D и внешний вид сетевой карты.
  1. Перед передачей, устройство ждет момента, когда по сети ничего не передается.
  2. При передаче устройство постоянно следит, нет ли признаков коллизии пакетов в линии, и если обнаружена коллизия, то передача прерывается.
  3. Если происходит коллизия, используется та или иная стратегия повторной передачи.

Такой порядок действий называется CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) – “опрос линии, множественный доступ, обнаружение коллизий”. Следует отметить, что коллизии – совершенно нормальное явление в Ethernet с которым хорошо справляется вышеописанный механизм.

Классический Ethernet в версии 1 был представлен в 1980 году компаниями DEC, Intel и Xerox, и в 1982 году вышла вторая версия — DIX (по названиям компаний), которая была закреплена в стандарте IEEE 802.3.

В первых версиях использовались три формата физической среды для кабеля Ethernet 10 Мбит/с: толстый коаксиальный 10BASE-5 (thick coax), тонкий коаксиальный 10BASE-2 (thin coax) и, наконец, «витая пара» 10BASE-T (twisted pair). Витая пара быстро вытеснила коаксиальный кабель, который в настоящее время практически не используется, хотя по коаксиальному кабеля возможна передача без заметного затухания до 500 метров, а по витой паре – только до 100. Однако, для практических потребностей этого вполне хватало и хватает. Отличие ещё и в том, что коаксиал допускал «врезку» в середину кабеля через тройник, а соединение по витой паре такого не допускает («точка-точка»). Однако, использование хабов и коммутаторов этот недостаток полностью устраняет.

В версиях Ethernet 1 и 2 на 10 Мбит/с использовалась витая пара категории 3, в то время как более поздние версии (100 Мбит/с и более) использовали кабели витых пар категории 5.

В спецификации на эти стандарты предусматривалось использование повторителей, «репитеров» (repeaters), который усиливали сигнал, который мог затухать при прохождении по кабелю длиной в десятки метров. Эти репитеры восстанавливали форму импульса каждого бита индивидуально и не использовали никаких буферов.

В мире телекоммуникаций, репитер может также называться «цифровым регенератором». Если в репитере содержалось более двух портов, то такой репитер назывался «хабом». Хабы позволяли разветвлять сеть и получать более сложные топологии сети, нежели простой кусок кабеля.

Несколько позднее, наряду с хабами стали использоваться т.н. «мосты» (bridges), которые затем стали называться коммутаторами (switches). В отличие от хабов, которые только ретранслировали биты, коммутаторы проверяли каждый пакет на предмет того, какому устройству в сети он адресован. Однако, в общем, эти устройства в сети взаимозаменяемы. Различие лишь в том, что хабы распространяют коллизии дальше, а коммутаторы – нет.

В настоящее время, термин «коммутатор» (switch) гораздо более распространён, в то время как термин «мост» используется редко, лишь в научных журналах, типа IEEE.

Формат пакета, использовавшийся в версиях 10М Ethernet, а также в более поздних, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, следующий:

Рис. 2. Формат кадра Ethernet.

Синхрокод предназначен для того, чтобы сетевые интерфейсы могли правильно распознавать начало пакета. Конечно, есть определённая вероятность того, что синхрокод обнаруживается в теле пакета, однако, после нескольких сбоев, когда контрольная сумма (CRC) в конце пакета оказывается ложной, система быстро восстанавливает нормальный режим работы.

Тип пакета определяет следующий уровень иерархии сетей, наиболее часто используются следующие значения 0x0800 = IP, 0x8137 = IPX, 0x0806 = ARP. Длина поля данных – переменная, и может иметь до 1500 байт.

В спецификации IEEE 802.3 поле «тип пакета» было заменено на поле «длина пакета», хотя такая замена использовалась на практике редко.

Для сетей 10G максимальная длина пакета данных в 1500 байт уже довольно мала. Однако, она стала стандартом максимального размера пакета «де факто» и используется даже в Интернет, а не только в локальных сетях. Увеличить это значение сложно, слишком много изменений в оборудовании и программах нужно для этого сделать.

Каждая карта Ethernet (NI) имеет уникальный (по крайней мере, в теории) физический адрес, «зашитый» в постоянную память ROM (Read Only Memory). Пакет с адресом, который совпадает с тем, который зашит в ROM карты Ethernet сетевого устройства, воспринимается им, и отправляется в процессор этого устройства для обработки. Пакеты с другими адресами будут видны этому устройству, но будут им проигнорированы.

Есть, однако, исключение: если адресная часть пакета будет состоять из одних единиц, то этот пакет будет восприниматься всеми устройствами в сети. Такой адрес называется «вещательным» (broadcast address).

Иногда бывает можно изменить физический адрес сетевого интерфейса устройства программный путём, когда определённая сетевая карта вводится в т.н. «неразборчивый режим» (promiscuous mode), когда все пакеты в сети будут восприниматься устройством с такой «неразборчивой картой», вне зависимости от значения поля «адрес назначения». Этот режим предназначен для диагностических целей, но более известен как средство взлома систем защиты локальных сетей. Довольно часто в сетях можно обнаружить компьютеры, переведённые кем-то в «неразборчивый режим» и с внедрённой зловредной программой, которая собирает первые 100 байт пакета (где обычно находятся логин и пароль).

Продолжение следует.

About Алексей Шалагинов

Независимый эксперт
This entry was posted in Сетевые технологии and tagged , , , , . Bookmark the permalink.

1 Response to Сетевые технологии (10). Основы Ethernet (2).

  1. Pingback: Сетевые технологии (9). Основы Ethernet (1). | Telecom & IT

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.