Лекция
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameПривет, Вы узнаете о том , что такое ethernet, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое ethernet, витая пара, cat5e, cat6, eia-568-b, eia-568-a, t568b, t568a, патчкорд, rj-45, методы экранирования сигнальных проводов , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерные сети.
Ethernet ( англ. Произношение: [iːθənɛt] , буквально: эфирное сеть ) - самый популярный протокол кабельных компьютерных сетей , работающий на физическом и канальном уровне сетевой модели OSI . По состоянию на 2016 год около 85% всех компьютеров в мире были подключены к компьютерным сетям по протоколу Ethernet.
По строго техническим определением Ethernet - семейство протоколов стандарта IEEE 802.3 .
Ethernet тесно связан с моделью TCP / IP , поскольку в подавляющем большинстве случаев служит для передачи IP -пакет.
Ethernet является самой распространенной протоколом в современных локальных компьютерных сетях , также используется для построения MAN сетей с использованием технологии Metro Ethernet [en] .
Ethernet был спроектирован по технологии CSMA / CD ( множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий ). Хотя с широким применением сетевых коммутаторов и средства передачи полный дуплекс проблема возникновения коллизий в сетях Ethernet почти не встречается.
Ethernet-сети работают на скоростях 10Мбит / с, Fast Ethernet - на скоростях 100 Мбит / с, Gigabit Ethernet - на скоростях 1000Мбит / с, 10 Gigabit Ethernet - на скоростях 10Гбит / с. В конце ноября 2006 года был принято решение о начале разработок следующей версии стандарта с достижением скорости 100Гбит / с ( 100 Gigabit Ethernet /
В технической литературе чаще всего сохраняют написание латиницей Ethernet , а в разговорной речи произносят как Езернет , хотя в языке-источнике НЕ звонкий звук / ð /.
Изобретателем Ethernet считается сотрудник корпорации Xerox PARC Роберт Меткалф . По его словам Ethernet был изобретен 22 мая 1973 года, когда он завершил написание докладной записки для руководства PARC о потенциале технологии [ источник? ] .
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameВернувшись в Xerox PARC Меткалф вместе с Дэвидом Боггсом [en] начали теоретические делать по создании сети, результатом которых стала докладная записка к руководству компании 22 мая 1973 года, описывала принципы построения новой системы коммуникации между компьютерами на основе технологии CSMA / CD . Доклад нашла поддержку, что послужило началом воплощения теории на практике. Таким образом 11 февраля 1973 года было создано первое Ethernet прототип , который имел фантастические по тем временам характеристики: пропускную способность 2.94 Мб / с , физическую длину 1километр и соединял между собой 100 компьютеров.
В 1975 году компания Xerox официально анонсировала изобретение .
В 1979 году Меткалф оставил Xerox PARC , основал компанию 3Com и убедил DEC , Intel и Xerox совместно продвигать Ethernet как стандарт .
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameС течением времени с относительно простой начальной спецификации Ethernet развился в сложную сетевую технологию, которая сейчас используется в большинстве компьютерных систем. Чтобы уменьшить цену и облегчить управление и выявления ошибок в сети, коаксиальный кабель впоследствии был заменен связями типа «точка - точка» , соединенные между собой концентраторами / коммутаторами (хабами / свитча). Своим коммерческим успехом технология Ethernet благодаря появлению стандарта с использованием кабеля типа « витая пара » как транзитного среды.
На физическом уровне станции Ethernet общаются между собой посредством передачи друг другу пакетов - небольших блоков данных, которые отправляются и доставляются индивидуально. Каждая Ethernet -станция имеет свою собственную 48- битную MAC-адрес , который используется как конечный пункт или источник для каждого пакета. Сетевые карты , как правило, не воспринимают пакетов, адресованные другим Ethernet- станциям. Уникальная МАС адрес записывается в контроллер каждой сетевой карты.
Несмотря на серьезные изменения от 10-Мбитных толстого коаксиала до 1 Гбитного оптоволоконной связи типа «точка-точка», различные варианты Ethernet -в на самом низком уровне почти одинаковыми с точки зрения программиста и могут легко соединяться между собой с помощью дешевого оборудования. Это возможно, поскольку формат кадра остается неизменным, несмотря на различные процедуры доступа к сети.
Ethernet - архитектура сетей, основанный на логической топологии шины, с распределенной средой передачи, методом доступа к среде передачи CSMA / CD, описана стандартом IEEE 802.3 . По физической реализацией различают:
Первый элемент в условном обозначении архитектуры - скорость передачи в Мбит / с; второй элемент обозначает способ передачи: Base - прямое немодулированное передачи, Broad - использование широкополосного кабеля с частотным уплотнением каналов; третий элемент - среда передачи (T - витая пара, F - оптоволокно) или длина сегмента кабеля в сотнях метров (современные сетевые адаптеры позволяют увеличивать длину сегмента, например для 10Base2, до 250-300 метров).
Согласно наблюдениям Группы 802.3ba[22], требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блейд-системы, SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE, при этом в 2007 и 2008 гг. был отмечен значительный рост последней.
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play game«Чтобы реализовать Ethernet 1 Тбит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое, — сказал Меткалф. — Неясно также, какая сетевая архитектура потребуется для ее поддержки. Возможно, оптические сети будущего должны будут использовать волокно с вакуумной сердцевиной или углеродные волокна вместо кварцевых. Операторы должны будут внедрять больше полностью оптических устройств и оптику в свободном пространстве (безволоконную). Боб Меткалф»[24].
Современные локальные компьютерные сети почти не используют технологии, для которых физическим носителем является коаксиальный кабель , но с распространением видеонаблюдения с использованием IP-камер эта технология получила новую жизнь.
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameКлассический вариант использует толстый коаксиальный кабель RG-11 желтого цвета с посеребреный центральным руководством и двойным экранированием. Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, малое затухание и высокую степень защиты от внешних воздействий. На концах кабеля устанавливаются 50-Омни опоры ( терминаторы ), один из которых заземляется. Кабель имеет через каждые 2,5 м разметку в виде черточек, обозначающих места возможного подключения или разреза. Отрезки кабеля могут соединяться разъем. Для включения узла на кабель устанавливается трансивер MAU (активное устройство с питанием 12В), который может подключаться через T-коннектор или путем прокалывания кабеля ( «вампир»). трансиверсоединяется с сетевым адаптером с помощью специального кабельного спуска (AUI Cable) длиной до 50 м. Кабельный спуск содержит линии питания трансивера и экранированные витые пары для сигналов приема, передачи и выявления коллизий. Как «желтый» кабель, так и кабельный спуск имеют толщину до 1 см. Жесткость кабелей создает дополнительные эксплуатационные трудности. Стоимость оборудования и сложность монтажа не способствуют широкому использованию этой архитектуры. Иногда «толстый» Ethernet используют для прокладки базовых (позвоночных, Backbone) сегментов в процессе построения кампусных сетей.
Основные характеристики:
Принимаются также синонимы - ThinNet, 10Base2, использует тонкий коаксиальный кабель RG-58 .
Считается устаревшим и в современных компьютерных сетях применяется очень редко. Но вместе с тем его использования может быть оправданным в помещениях с большой электромагнитной помехой .
Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, средние затухания и степень защиты от внешних воздействий. На концах кабеля устанавливаются 50-Омни опоры, один из которых заземляется. Отрезки кабеля могут соединяться I и T-коннекторами, расстояние между которыми не может быть меньше 50 см. Включение узла всегда сопровождается разрезанием кабеля, может осуществляться через T-коннектор или Т-образное ответвление от Т-коннектора, не может превышать 10 см. Такое ограничение создает эксплуатационные трудности. Отсутствие контакта в любом месте сегмента (очень распространенная неисправность) выводит из строя работу всей сети. Препятствия в работе возможны также вследствие соприкосновения T-коннекторов к металлическим корпусам других разъема компьютера. Оптимальный способ использования - для прокладки базовой сети между кабельными центрами.
Основные характеристики:
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameСовершенствования сетевых средств, в частности адаптеров, позволило широко применять витую пару как среда передачи. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В рамках стандарта Ethernet созданы спецификации 10BaseT , что использует две неэкранированные витые пары UTP (Unshielded Twisted Pair) 3,4 или 5 категорий, и 100BaseT4, основанный на четырех витых парах UTP 5 категории или экранированной витой паре STP (Shielded Twisted Pair). Для связи между узлами сети необходимы две витые пары проводников: одна - для передачи, другая - для приема информации. Конечно, вместо двух кабелей по одной паре витых проводников в каждой используют один кабель с четырьмя парами проводников. Кроме экономии и технических преимуществ, это создает возможность перехода на более скоростные сетевые архитектуры без замены самого кабеля.
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameСледует отметить основные характеристики и преимущества витой пары:
Существует несколько форматов Ethernet-кадра.
В дополнение Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN , к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритета.
Различные типы кадра имеют различный формат и значение MTU .
Кадр начинается с преамбулы которая имеет размер 8 байт (64 бит) и состоит из последовательности «10», повторенной 31 раз, и «11» в конце.
Далее следует адрес получателя и адрес отправителя которые занимают по 6 байт каждая. Если адрес получателя начинается с 1, то это групповая передача ( multicast ) (все в группе). Если адрес получателя состоит из самых единиц ( FF: FF: FF: FF: FF: FF ) - это широковещательная передача ( broadcast ). Для групповой передачи надо настраивать группы, поэтому она используется редко. Подробнее - в статье MAC-адрес .
Следующее поле - тип, или длина, в зависимости от того, к какому стандарту относится кадр. По историческим причинам, если значение в поле меньше 0x600 = 1536, то это длина, а если больше - тип, который определяет, какому протоколу сетевого уровня передать кадр, если с Ethernet работает несколько сетевых протоколов. 0x800 - IPv4 . Если тип не указан, то что делать с кадром определяет протокол Logical link control , это еще 8 байт заголовков.
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameЕсли данных меньше 46 байт, после них добавляется наполнитель (pad) нужного размера. Это нужно, чтобы кадр можно было отличить от мусора в канале, которое появляется когда передача прекращается при обнаружении коллизии, и чтобы кадр был достаточно длинным, чтобы не передаться полностью до того как коллизия окажется.
Последнее поле - контрольная сумма . Это 32-х битный CRC . При обнаружении ошибки кадр удаляется.
Конструктивно есть оличие как кабеля так и разъемов
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameКабель производят из чистой меди или алюминия с медным напылением. Чистая медь тяжелее и дороже, но имею масу преимуществ, низкое удельное сопротовление - позволяет выполнять PoE содениения с постоянным током , при этом потеритока будут минимальные, низкая ломкость, хорошая гибкость и тд.
Cu или CCA
Существует два проводника, которые используются при производстве витой пары - медь (Cu) и омедненный алюминий (CCA). Стоимость кабеля на основе омедененного алюминия значительно ниже стоимости медного кабеля, однако по сравнению с медной омедненная витая пара обладает рядом недостатков:
- меньшая электропроводимость, что уменьшает предельную длину трассы от камеры до коммутирующего устройства;
- высокая вероятность окисления контактов;
- малая совместимость с технологией PoE.
Медный же кабель, несмотря на более высокую цену, практически лишен описанных недостатков. Сети, построенные на основе медной витой пары, служат дольше, а обслуживаются реже. Не стоит забывать также о большей максимальной длине трассы от камеры для коммутирующего устройства, что обусловлено большей электропроводностью медного кабеля.
UTP и FTP
Кабель UTP и кабель FTP различаются по конструкции:
Монтаж экраированной витьой пары имеет ряд особенностей.
Для того тобы экран работал его необходимо заземлять, для этого один из концов должен иметь заземление, и само обородование должно поддерживать защемление. Заземлять нужно только 1 конец чтобы небыло перетоков по экрану. Для того чтобы выравнивать нулевой потенциал существую специальные устройства выравнивания потенциалов с проводами больших сечений.
коннектор с заземлением и без
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameзаземление витой пары
грозозащита витой пары
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play game
Сигнальный провод (кабель) используется для соединения различных элементов (составных частей) системы. Наиболее часто в составе сигнального провода присутствует несколько пар токопроводящих жил с изоляцией из полиэтилена, а также с ПВХ-оболочкой. Некоторые виды сигнальных проводов имеют специальный экран для защиты от электромагнитных помех и носят название «экранированные сигнальные кабели».
Экранирование – это защита сигнального провода от шума либо нежелательных сигналов.
Сигнальные провода имеют высокое качество передачи сигналов благодаря их экранированию и выполнению в виде витой пары для обеспечения лучшей согласованности их продольных импедансов и импеданса «на землю». На высоких частотах из-за разницы между длиной проводов и частотными характеристиками их импедансов могут возникать синфазные помехи.
Методы экранирования сигнальных проводов учитывают пути прохождения помех.
Для полного устранения неблагоприятного воздействия паразитной емкостной связи применяют электростатический экран, выполненный в виде проводящей трубки. При этом правильно заземлять электростатический экран лишь со стороны источника сигнала. На рис. 1 показано, как неправильно заземлять электростатический экран.
На рис. 2 показано гибридное заземление, являющееся наиболее популярным способом при передаче широкополосного сигнала от отдаленного источника с большим сопротивлением.
Изготовление экрана, который будет надежно защищать от паразитных индуктивных связей, гораздо сложнее, нежели классического электростатического экрана. Для изготовления нужен материал, имеющий повышенную магнитную проницаемость. К тому же толщина такого экрана должна заметно превосходить толщину электростатических экранов.
Для частот менее 100 кГц возможно применение стальных экранов или экранов из пермаллоя (сплав железа и никеля). Для более высоких частот подойдут экраны из меди или алюминия.
Так как экранирование магнитной составляющей помехи является сложным, необходимо особо уделять внимание уменьшению индуктивности сигнального кабеля и выбору подходящей схемы приемника и передатчика. На рис. 3, 4, 5 и 6 показаны схемы подключения усилителя и экрана, обеспечивающие различные среднеквадратичные амплитуды помех.
Для большинства, например, температурных датчиков у источников сигнала нет защитного заземления, а потому электростатический экран используется наряду с усилителем дифференциального типа и резисторами на выходе. Схема заземления экрана в данном случае – см. рис. 3.
Двойной экран (рис. 7) используется для повышения качества экранирования в широком частотном спектре. Заземление внутреннего экрана производится с одной стороны (источника сигнала) для исключения прохождения емкостной помехи, второй же, внешний экран, используется для уменьшения высокочастотной наводки.
В любом случае для предотвращения случайных контактов экрана с металлическими предметами и землей он должен быть изолирован.
В случае с длинным кабелем даже при правильном заземлении помеха через экран все равно проходит, а потому передавать сигнал на значительное расстояние либо при серьезных требованиях точности измерений лучше либо в цифровой форме, либо посредством волоконно-оптического кабеля. Для этого могут использоваться модули аналогового ввода с цифровым интерфейсом RS-485 либо оптоволоконные преобразователи интерфейса RS-485.
Радикально решить вышеназванные проблемы можно с помощью гальванической изоляции (рис. 8) с раздельным заземлением цифровой, аналоговой и силовой частей системы. То есть сигнал между электрическими цепями передается без контакта между ними.
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameБез общего контура зануления приборы для витой пары (TP) нормально работать не могут. Примерная схема типового правильного зануления и заземления приведена ниже.
Принцип правильного зануления и заземления:
Не допускается:
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameTIA/ eia-568-b — набор из трех телекоммуникационных стандартов, выпущенных Ассоциацией телекоммуникационной промышленности США в 2001 году, который заменил собой устаревший стандарт TIA/EIA-568-А. Эти стандарты описывают построение телекоммуникационных структурированных кабельных систем в зданиях.
Эти стандарты наиболее известны по двум таблицам t568a и t568b , которые описывают соединение проводников кабеля типа «витая пара» (англ. twisted pair) с контактами разъемов 8P8C (часто ошибочно называемыми RJ-45) при организации сети Ethernet.
При соединении оконечного оборудования Ethernet (такого как компьютер, сетевой принтер) с коммутационным оборудованием (хаб/коммутатор/маршрутизатор) оба конца кабеля обжимаются одинаково (т. н. прямой кабель). В пункте 6.2.1 стандарта, для горизонтальных соединений первой приведена таблица T568A, а также, как вариант, в случае необходимости разрешается использовать таблицу T568B. Для США федеральный закон (NCS, FTR 1090-1997) допускает коммутацию только по таблице T568A. На практике, при строительстве СКС и производстве патч-кордов ( патчкорд ов, патч кордов ), чаще используется таблица T568B (в том числе у некоторых Американских производителей, в частности, у AMP).
Вариант по стандарту EIA/TIA-568A:
1 | ==== | ==== | 1 зелено-белый | |||
2 | ==== | ==== | 2 зеленый | |||
3 | ==== | ==== | 3 оранжево-белый | |||
4 | ==== | ==== | 4 синий | |||
5 | ==== | ==== | 5 сине-белый | |||
6 | ==== | ==== | 6 оранжевый | |||
7 | ==== | ==== | 7 коричнево-белый | |||
8 | ==== | ==== | 8 коричневый |
и по стандарту EIA/TIA-568B:
1 | ==== | ==== | 1 оранжево-белый | |||
2 | ==== | ==== | 2 оранжевый | |||
3 | ==== | ==== | 3 зелено-белый | |||
4 | ==== | ==== | 4 синий | |||
5 | ==== | ==== | 5 сине-белый | |||
6 | ==== | ==== | 6 зеленый | |||
7 | ==== | ==== | 7 коричнево-белый | |||
8 | ==== | ==== | 8 коричневый |
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameТак как таблицы T568A и T568B отличаются друг от друга как раз тем, что в них переставлены местами пары 1-2 и 3-6, для изготовления перекрестного кабеля для сети 10BASE-T и 100BASE-T достаточно обжать один конец кабеля по одной таблице, а другой конец — по другой.
Следует помнить, что устройства, поддерживающие стандарт 1000BASE-T, передают данные по всем четырем парам кабеля, причем по каждой паре сигнал передается сразу в обоих направлениях, и кадры промаркированы особым образом, что исключает неверную их сборку принимающим устройством. Поэтому любой конец кабеля, предназначенного для работы с любыми устройствами 1000BASE-T, будь то коммутаторы или узлы, может быть обжат по любому приведенному стандарту.
1 | ==== | ==== | 1 | |||
2 | ==== | ==== | 2 | |||
3 | ==== | ==== | 3 | |||
4 | ==== | ==== | 4 | |||
5 | ==== | ==== | 5 | |||
6 | ==== | ==== | 6 | |||
7 | ==== | ==== | 7 | |||
8 | ==== | ==== | 8 |
Почти все современные устройства Ethernet способны автоматически определять тип (прямой или перекрестный) подключенного кабеля (или, что одно и то же, тип порта) и подстраиваться под него. Эта функция имеет обозначение Auto-MDIX.
Однако до сих пор распространены устройства, не поддерживающие распознавание типа кабеля — обычно это сетевые адаптеры и маршрутизаторы. В случае, когда оба устройства не поддерживают Auto-MDIX и соединяются портами одного типа (две сетевых карты или два коммутатора), необходимо применение перекрестного кабеля. В настоящее время это встречается нечасто, и во избежание путаницы все кабели (патч-корды и линии) — «прямые», обжимаемые строго по одной из таблиц T568A или T568B (в пределах здания), и только там, где это необходимо, устанавливают перекрестный патч-корд.
Устройства стандарта 1000BASE-T сами определяют верную раскладку кабеля благодаря технологии Auto-MDIX (ее реализация требуется стандартом 1000BASE-T) .
В настоящее время используется стандарт для всеъ случаев T568B прямой.
Причем маркировка в разетках визуеально не совпадает со стандартом , однако в реальности полностью соответсвует
и жилы нужно соединять имено так как показано производителем розетки а штекер имено по стандарту
Game: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.7 people play!
Play game
Исследование, описанное в статье про ethernet, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое ethernet, витая пара, cat5e, cat6, eia-568-b, eia-568-a, t568b, t568a, патчкорд, rj-45, методы экранирования сигнальных проводов и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерные сети
Комментарии
Оставить комментарий
Компьютерные сети
Термины: Компьютерные сети