Сети делятся на локальные (LAN — Local Area Network) и глобальные (WAN — Wide Area Network). Локальными сетями принято называть сети, которые используются в зданиях, школах и организациях. Глобальными считают сети в масштабах города, страны, континента.
К локальным сетям предъявляли простые требования: одни должны были объединять все сетевые устройства предприятия, предоставлять достаточную пропускную способность и быстродействие.
Для удовлетворения этих требований было разработано несколько технологий LAN: Token Ring, FDDI, Ethernet.
Token Ring и FDDI использовали кольцевую топологию и были сложны в реализации. Поэтому и были вытеснены другой технологией — Ethernet, которая до сих пор используется и развивается.
В этом уроке мы и рассмотрим Ethernet.
Ethernet описывается стандартами группы IEEE 802.3 и работает на канальном уровне. Данная технология непрерывно развивалась и на данный момент имеет следующие стандарты:
- Ethernet 10BASE-T со скоростью передачи данных 10Мбит/с по витой паре 3-й категории и выше.
- Fast Ethernet 100BASE-T со скоростью передачи данных 100Мбит/с по витой паре 5-й категории.
- Gigabit Ethernet 1000BASE-T со скоростью передачи данных 1000Мбит/с по витой паре 5-й категории.
- 10 Gigabit Ethernet 10GBASE-T со скоростью передачи данных 10 Гбит/с по витой паре 6-й категории.
А что это за категории такие?
Категории описывают характеристики кабеля для передачи данных на большой скорости. Чем выше категория, тем лучше характеристики.
А можно использовать и другие кабели?
Конечно. Это всего лишь часть стандартов. Существуют и стандарты для передачи по оптическим кабелям. Максимальная длина между 2-мя устройствами составляет 100 м при передачи по кабелям UTP/STP. UTP/STP кабели представляют собой симметричный кабель, состоящий из 4 скрученных между собой пар (медных проводников). Для вышеописанных стандартов используются только 2 пары для связи. В технологиях 1000BASE-T и 10GBASE-T используются все 4 пары.
А как работает Ethernet?
Ethernet изначально разрабатывалась с общей средой передачи данных и использовала топологию типа Общая шина (Bus). То есть в любой момент времени только одно устройство могло осуществлять передачу. Если 2 и более устройств начинали передачу, то возникала коллизия, которая не позволяла сети нормально функционировать. Поэтому была придумана технология, которая бы в определенной степени управляла процессом — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Благодаря данной технологии каждому устройству выделялось ограниченное время для передачи данных.
В настоящее время в данной технологии нет необходимости, так как для каждого устройства выделяется свой канал передачи. Достигается это благодаря коммутаторам. Кроме того, это позволяет устройствам работать в дуплексном режиме. Работу коммутаторов мы подробно рассмотрим в одном из следующих уроков.
Как мы уже знаем Ethernet используется на канальном уровне. При поступлении пакета данных с сетевого уровня на канальный к пакету добавляется специальный заголовок. Рассмотрим структуру кадра. Существуют 4 типа кадра, которые отличаются дополнительными полями. В этом уроке мы рассмотрим тип кадра Ethernet II, так как он и используется с IP протоколом.
Преамбула — своего рода метка начала кадра, чтобы сетевые устройства могли знать где заканчивается один кадр и начинается другой.
Адрес отправителя — MAC-адрес отправителя, то есть адрес устройства, отправившего данный кадр.
Адрес получателя — MAC-адрес получателя, то есть адрес устройства, для которого и предназначен данный кадр.
E-type — тип протокола сетевого уровня, в нашем случае это IP.
Payload — пакет с сетевого уровня.
FCS — контрольная сумма кадра. Используется для проверки на ошибки при приеме кадра.Перед отправкой кадра вычисляется контрольная сумма самого кадра. Результат вставляется в поле FCS. Принимающее устройство также вычисляет контрольную сумму и если она не совпадает со значением в FCS, то кадр уничтожается.
Что такое МАС адрес и для чего он используется?
МАС адрес используется для идентификации устройства на канальном уровне.Иными словами он идентифицирует саму сетевую карту каждого устройства (компьютера, маршрутизатора и так далее). Адрес состоит из 48 бит (6 байтов) и всегда записывается в шестнадцатеричном виде. Например так: В2-00-32-AA-C1-90.
Каждый MAC адрес уникальный, то есть не существуют двух одинаковых адресов. Все адреса назначаются на заводе изготовителя и в большинстве случаев их нельзя изменить. Однако не некоторых устройствах такая возможность все же существует. Первая половина адреса (первые 3 октета/байта) идентифицирует производителя оборудования, вторая половина назначается произвольно.
Зачем использовать МАС адрес, если уже есть IP адрес?
Все очень просто. При поступлении кадра на сетевую карту сетевое устройство должно определить адресован ли кадр ему или другому устройству. Если кадр адресован ему, то он передает его на сетевой уровень. Если нет, то кадр уничтожается и таким образом не расходуются ресурсы на обработку ненужных кадров. Данная процедура происходит на каждом уровне, то есть адресация присуща каждому уровню. Например,
- на канальном уровне — МАС адреса
- на сетевом уровне — IP адреса
- на транспортном уровне — порты.
Как видно, каждый уровень фильтрует поступающие данные и бережет ресурсы процессора.