Ethernet интерфейс

 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по предмету: «Интерфейсы периферийных устройств»

на тему: «Ethernet интерфейс» 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Содержание

1. Элементы Ethernet систем       3
2. Функционирование Ethernet.       3
3. Протокол CSMA/CD        4
4. Коллизии          5
5. Лучший способ доставки данных      6
6. Фрейм Ethernet и Адреса Ethernet      7 
7. Протоколы Высокого уровня и Ethernet Адреса   9
8. Синхронизация передачи сигнала               12 
9. Расширение Ethernet с помощью Концентраторов   13
10. Список литературы        15

 

1. Элементы Ethernet систем. 

Система Ethernet состоит из трех основных элементов:

1. физическая  среда. Переносит сигналы Ethernet между компьютерами

2. набор  общих правил управления доступом. Внедрялся в каждый интерфейс Ethernet, чтобы компьютеры могли получать доступ в сеть

3. фрейм  Ethernet. Состоит из стандартизированного  набора битов. Переносит данные  по системе.  
 

2. Функционирование Ethernet. 

Каждый, оборудованный Ethernet, компьютер, также  известный как станция, работает независимо от всех других станций в сети, т.е. нет никакого центрального контроллера. Все станции присоединялись к Ethernet и были связаны с общедоступной системой передачи сигналов, также названной средой. Сигналы Ethernet передаются последовательно, один бит по общедоступному каналу к каждой подключенной станции. Перед отправкой данных станция сначала "слушает" канал, и, когда он пуст, передает данные в виде фрейма Ethernet или пакета (Точный термин, как определено в стандарте Ethernet - "фрейм", но термин "пакет" также часто используется).

После каждой передачи фрейма, все станции  в сети должны бороться одинаково  для следующей возможности передачи фрейма. Это гарантирует, что доступ к сетевому каналу справедлив, и  что никакая отдельная станция не может блокировать другие станции. Доступ к каналу определяет medium access control (MAC) механизм, внедренный в интерфейс Ethernet, расположенный в каждой станции. MAC основан на системе, которая называется Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). 
 

3. Протокол CSMA/CD. 

(Протокол  множественного доступа с опросом  несущей и разрешением конфликтов)

Функции протокола CSMA/CD напоминают ужин в темной комнате. Каждый за столом должен дождаться  тишины чтобы заговорить (Carrier Sense). Как только наступает тишина, каждый имеет равный шанс сказать что-либо (Коллективный доступ). Если два человека начинают говорить в тот же самый момент, они сразу прекращают говорить (Коллизия).  

В переводе на Ethernet термины это звучит так: каждый интерфейс должен ждать того, чтобы на канале не было сигнала, тогда интерфейс может начинать передачу. Если какой-либо интерфейс передает сигнал в канал, называют несущей. Перед попыткой передать что-либо все другие интерфейсы должны ждать, пока несущая не прекратится, и этот процесс называют Carrier Sense.  

Шансы послать фреймы в сеть у всех интерфейсов Ethernet равны. Никто не получает более  высокий приоритет. Это и есть то, что называется Коллективным доступом. С тех пор как сигналы получают конечное время, чтобы путешествовать с одного конца системы Ethernet к другому, первые биты переданного фрейма не достигают всех частей сети одновременно. Поэтому возможно, что два интерфейса обнаружат, что канал пуст и начнут передавать в сеть пакеты одновременно. Это и есть коллизии, передача останавливается и пакеты заново начинают передаваться.  

Протокол CSMA/CD разработан, чтобы обеспечить равноправный доступ к общедоступному ация сбоев  в сети.  

А суть в том, что коллизии являются абсолютно  норма чтобы определить, какая станция следующей будет использовать канал Ethernet. 
 

4. Коллизии. 

Collision = коллизия = столкновение

Если  одновременно больше чем одна станция  передает пакеты в канал Ethernet, то сигналы, как говорят, сталкиваются. Станции "узнают" об этом случае, и переупорядочивают передачу, используя предназначенный специально для этого алгоритм возврата. Как часть этого алгоритма каждая станция выбирает случайный интервал времени, чтобы наметить повторную передачу фрейма, которая препятствует другим станциям делать попытки передачи.  
 

Коллизии являются абсолютно нормальными событиями в Ethernet, и просто указывают, что протокол CSMA/CD функционирует как нужно. Т.к. со временем всё больше компьютеров становится в сети, соответственно увеличивается и уровень трафика, поэтому происходит больше столкновений.

Структура Ethernet системы обеспечивает на не перегруженных  участках сети устранение коллизий в  микросекунды. Обычное столкновение не приводит к потере данных. В случае столкновения интерфейс Ethernet ждет несколько микросекунд, и затем автоматически повторно передает данные.  

В сетях  с большой загрузкой бывают множественные  столкновения попытки передачи фрейма. Это также нормальное поведение. Если происходят повторные столкновения для данной попытки передачи, то станции начинают разворачивать набор потенциальных времен возврата, из которых они выбирают случайное время повторной передачи.  

Повторные столкновения для данной попытки  передачи пакета указывают на то, что  сеть занята. Расширяющийся процесс возврата, формально известный как " truncated binary exponential backoff (дословно: обрезанная двойная экспоненциальная задержка)" является свойством Ethernet MAC, который обеспечивает автоматический метод корректировки трафика в сети. Только после того, как произойдут 16 последовательных столкновений для данной попытки передачи, интерфейс наконец начнёт отказываться от пакета Ethernet. Это может случиться, только если канал Ethernet перегружен в течение довольно длительного периода времени, или каким-либо способом нарушен. 
 

5. Лучший способ доставки данных. 

Ethernet система,  вместе с другими технологиями  локальной сети, обеспечивает наилучший  способ доставки данных. Чтобы  сделать эту технологию более  доступной и приблизить стоимость  локальной сети к разумному уровню, никакая гарантия надежной поставки данных не сделана. Даже при тщательно спроектированном канале передачи ошибочных битов в LAN ошибки всё ещё будут иметь место.  

Например, мощный электрический шум в кабельной  системе может разрушить данные во фрейме. канал локальной сети может стать перегруженным в течение некоторого периода времени Или к примеру в результате 16 столкновений при попытке передачи при перегруженном канале, Ethernet может отпросить фрейм. Независимо от того, какая технология используется, никакая система локальной сети не совершенна, поэтому для исправления ошибок разрабатываются более высокие уровни протокола сетевого программного обеспечения.

Именно  по протоколу высокого уровня отправляются данные по сети, чтобы удостовериться, что данные правильно получены в компьютере адресата. Сетевые протоколы высокого уровня устанавливают надежную службу транспортировки данных, используя порядковые номера и механизмы подтверждения в пакетах, которые они посылают по локальной сети. 
 

6. Фрейм Ethernet и Адреса Ethernet. 

Основа  системы Ethernet - фрейм Ethernet, который используется для обмена данными между компьютерами. Фрейм состоит из набора битов, организованных из нескольких полей. Эти поля включают адресные поля, изменяющееся поле размера которое может содержать от 46 до 1 500 байт данных и поле проверки ошибок, которое проверяет целостность битов во фрейме, чтобы удостовериться, что фрейм прибыл неповрежденным.

Первые  два поля во фрейме несут 48 битные адреса, которые называются пунктом назначения и пунктом отправки (source & destination addresses). IEEE управляет назначением этих адресов, назначая часть поля адреса. IEEE делает это при помощи 24-х битных идентификаторов, названных "Organizationally Unique Identifiers (OUIs)" (дословно: Организационные Уникальные идентификаторы), так как уникальный идентификатор на 24 бита назначен на каждую организацию, которая желает формировать интерфейсы Ethernet. Организация, в свою очередь, создает адреса на 48 битов, используя назначенный OUI как первые 24 бита адреса. Этот адрес на 48 битов также известен как физический адрес, аппаратный адрес, или MAC адрес.  

Уникальный  адрес на 48 бит обычно назначается  каждому Ethernet интерфейсу при изготовлении. Он значительно упрощает функционирование сети. С одной стороны, предписанные адреса препятствуют Вам управлять адресами для различных групп, использующих сеть. И если Вы когда-либо пробовали заставить различные группы сотрудничать и добровольно повиноваться тому же самому набору правил, то Вы можете представить какое это преимущество.  

Поскольку каждый Ethernet фрейм посылают на общедоступный  канал сигнала, все интерфейсы Ethernet смотрят на первое поле фрейма размером в 48 бит, которое содержит адрес назначения. Интерфейсы сравнивают адрес назначения фрейма с их собственным адресом. Интерфейс Ethernet с тем же самым адресом как адрес назначения во фрейме будет читать фрейм полностью и передавать его к сетевому программному обеспечению, выполняющемуся на компьютере. Все другие сетевые интерфейсы прекратят читать фрейм, когда они обнаружат, что адрес назначения не соответствует их собственному адресу. 

Групповые и Широковещательные Адреса

Групповой адрес позволяет одному Ethernet фрейму быть полученным группой станций. Сетевое программное обеспечение может установить Ethernet интерфейс станции для того, чтобы "слушать" определенные групповые адреса. Это позволяет назначить набору станций определенный групповой адрес. Один пакет, посланный групповому адресу, будет получен всеми станциями в той группе.  

Есть  также специальный групповой  адрес на 48 бит, известный как  широковещательный. Все Ethernet интерфейсы, которые видят фрейм с этим адресом назначения, будут читать фрейм в и передавать его к сетевому программному обеспечению, выполняющемуся на компьютере.  
 

7. Протоколы Высокого уровня и Ethernet Адреса. 

Компьютеры  в Ethernet могут посылать данные программы  друг другу, используя программное  обеспечение протокола высокого уровня, вроде комплекта протоколов TCP/IP, используемого во всемирной сети Internet. Пакеты протокола высокого уровня перемещаются между компьютерами в поле данных Ethernet фреймов. Чтобы передавать данные между компьютерами система протоколов высокого уровня переносит данные прикладной программы и данные о Ethernet системе независимо друг от друга.  

Протоколы высокого уровня имеют свою систему  адресов, например 32-разрядный адрес, используемый в текущей версии IP. Сетевое программное обеспечение данной станции "знает" о ее 32-разрядном адресе IP и может читать 48 битный адрес Ethernet её сетевого интерфейса, но оно не знает, каковы могут быть адреса других станций в сети.  

Для того, чтобы сеть работала, должен быть какой-то способ обнаружения адресов других компьютеров в сети. В нескольких протоколах высокого уровня, включая TCP/IP, используется еще один протокол высокого уровня, названный Address Resolution Protocol (ARP) (протокол определения адресов).  
 

Действие  протокола определения адресов 

Действие  протокола определения адресов  является прямым. Например, есть станция "A" с IP адресом 192.0.2.1, которая хочет  отправить данные по каналу Ethernet к  другой станции - "B" с IP адресом 192.0.2.2. Станция "A" посылает пакет широковещательному адресу, содержащему запрос ARP. Запрос ARP в основном говорит, "Существует ли станция на этом канале с IP адресом 192.0.2.2, пожалуйста скажите мне, каков адрес его интерфейса? "