Ethernet (charakteristika, topologie, kabely, přístupová metoda, topologická omezení)

Ethernet (charakteristika, topologie, kabely, přístupová metoda, topologická omezení).

Charakteristika sítě Ethernet

Počítačová síť Ethernet vychází z experimentální sítě, kterou vyvinula a již v roce 1975 použila firma Rank Xerox. Postupem času tato síť dosáhla značného rozšíření, k řešení se připojily další firmy (DEC a Intel) a dodnes se jedná o nejrozšířenější síťovou platformu pro sítě LAN. Zmíněné foremní řešení sítě posloužilo jako základ standardu IEEE 802.3. Původní Ethernet pracoval s přenosovou rychlostí 10 Mb/s, později byla pod názvem Fast Ethernet uvedena na trh varianta umožňující používat rychlost 100 Mb/s, v současné době je standardizován a běžně používán tzv. Gigabit Ethernet pracující s rychlostí 1000 Mb/s je přijatá norma pro další rychlejší verzi. Obecně lze říci, že Ethernet představuje vcelku levné a spolehlivé řešení a je podporován celou řadou výrobců. Základní vlastností sítě Ethernet jsou do značné míry determinovány použitou metodou přístupu k médiu, kterou je CSMA/CD.

Topologie sítě Ethernet

Ethernet ve své originální verzi používal typicky topologii sběrnice příp. páteř, dnes lze v závislosti na použitých kabelech a síťových aktivních prvcích uvažovat o všech topologiích s výjimkou kruhové.

Kabely sítě Ethernet

Tab. 11.1: Kabely používané v sítích Ethernet 10 Mb/s

Původně byla síť Ethernet navržena pro použití koaxiálního kabelu. V souladu se standardem je možné používat i kabely UTP a samozřejmě optická vlákna. Kabely pro použití v síti Ethernet mají označení, ve kterých je obsažena přenosová rychlost, pro kterou jsou určeny, následuje slovo BASE (přenos v základním pásmu) nebo BROAD (přenos v rozšířeném pásmu - nepoužívá se) a za pomlčkou následuje specifikace typu kabelu.

Ethernet s koaxiálním kabelem

Při použití koaxiálního kabelu je základní topologií sítě sběrnice, další možností je páteřová topologie. Pro připojení počítače k síti je nutné počítače opatřit síťovou kartou, která obsahuje síťový adaptér a transciever. Konkrétní realizace připojení počítače ke kabelu může mít dvě varianty: buď je transciever součástí síťové karty nebo je použit externí transciever. V případě použití externího transceiveru je k propojení transceiveru a síťového adaptéru použit transceiverový kabel (AUI). Připojení kabelu 10BASE-2 k síťové kartě se zpravidla realizuje pomocí T-spojky konektoru BNC.

Obr. 11.1 Připojení stanice pomocí

koaxiálního kabelu

Obr. 11.2 Konektor a T-spojka BNC

Maximální délka segmentu koaxiálního kabelu a počet připojených stanic jsou limitovány. Pokud je třeba budovat rozsáhlejší síť nebo připojit více stanic, je možné propojit několik segmentů koaxiálního kabelu pomocí repeaterů - opakovačů, který provádí pouze zesílení signálu. Opakovače se vyrábějí i v provedeních tzv. více portových opakovačů, které umožňují propojit více než dva segmenty koaxiálního kabelu.

Obr. 11.3 Použití opakovačů

Ethernet s kabelem UTP

Při použití UTP kabeluje základní topologií sítě hvězda. Jako centrální prvek hvězdy je použit hub - rozbočovač, který je možno chápat jako mnoprvkový opakovač. Propojení počítačů do sítě s využitím hubu je na obr. 11.4 . K připojení kabelu k síťové kartě (obr. 11.5 ) nebo hubu se používají konektory RJ-45. Při používání kabelů UTP se nepoužívají externí transcievery. Protože u UTP kabelu se jedná vždy o dvou bodové spoje, nepoužívají se ani zakončovaní odpory a impedanční přizpůsobení je provedeno přímo v propojovaných zařízeních

Obr. 11.4 Propojení počítačů UTP kabelem Obr. 11.5 Síťová karta s připojeným UTP kabelem

Na rozdíl od použití koaxiálního kabelu, kdy komunikace probíhá výhradně v režimu poloviční duplex, na UTP kabelu může probíhat přenos v režimu poloviční i plný duplex, neboť pro každý směr přenosu dat je v kabelu k dispozici zvláštní pár vodičů. Pro nejběžnější propojení typu hub – počítač (tedy DCE – DTE) se používá tzv. přímý kabel. Pro propojení DCE – DCE (tedy např. propojení dvou hubů) nebo DTE – DTE (propojení dvou počítačů, používáno velmi zřídka, má-li síť být tvořena pouze dvěma počítači) se používá tzv. křížený kabel. Zapojení obou kabelů je na obr. 11.6.

Stejně jako u koaxiálního kabelu i pro UTP kabely platí topologická omezení, konkrétní

hodnoty jsou uvedeny v tabulce 11.2.

Obr. 11.6: Zapojení přímého (vlevo) a kříženého (vpravo) kabelu

Topologická omezení

Topologická omezení sítě Ethernet vycházejí ze dvou limitujících faktorů. Prvním je ztráta kvality signálu při jeho šíření kabelem. Tento vliv vede na nutnost omezit maximální délku kabelu (segmentu) a také maximální počet přípojných míst (konektorů) na segmentu (pro koaxiální kabel). Druhým faktorem je doba, za jakou se signál rozšíří mezi nejvzdálenějšími uzly sítě. S ohledem na použitou metodu CSMA/CD je nutné, aby toto zpoždění bylo co nejmenší, aby bylo možné spolehlivě detekovat kolize i pro nejkratší možný rámec, proto je limitován maximální počet propojených segmentů viz. Tabulka

Tab. 11.2: Topologická omezení sítě Ethernet při použití metalických kabelů

Link segment uváděný v tab. 11.2 je segment, na který nesmějí být připojeny žádné uzly.

10BASE-2 ext značí použití tzv. rozšířeného (extended) segmentu V použitém kabelu není

rozdíl, ale je nutné, aby všechny prvky (síťové karty, opakovače) připojené na tento segment

podporovaly specifikaci rozšířeného segmentu, v případě kombinace klasických a extended

zařízení bude celý segment nefunkční (elektrické specifikace jsou odlišné). V tabulce uváděné maximální rozlehlosti nezahrnují délky AUI kabelů, takže při jejich použití a využití jejich maximální povolené délky může být maximální rozlehlost větší až o 100 m (2 x 50 m) na každý opakovač.

Obr. 11.7: Maximální topologie sítě pro kabel 10BASE-5

Obr. 11.8: Maximální topologie sítě pro kabel 10BASE-2

Obr. 11.9: Maximální topologie sítě pro kabel 10BASE-2 ext.

Obr. 11.10 Maximální topologie sítě pro kabel 10BASE-T

V literatuře bývá zvykem uvádět pro maximální rozlehlost sítě Ethernet hodnotu 2800m. Tato hodnota vychází z konfigurace na obr. 11.11 použit je jeden segment 10BASE-F (o délce 1000m), tři segmenty 10BASE-5 (každý o délce 500m), tyto celkem čtyři segmenty jsou propojeny třemi repeatery, každý z nich používá externí transceivery připojené pomocí AUI kabelů maximálně přípustné délky (50 m).

Obr. 11.11: Konfigurace sítě Ethernet pro maximální rozlehlost