Технология Ethernet в своем стремительном развитии
уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась
от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий
спектр экономически выгодных решений позволяет смело внедрять Ethernet
на магистралях.
Metro Ethernet строится
по трехуровневой иерархической схеме и включает ядро, уровень агрегации
и уровень доступа. Ядро сети строится на высокопроизводительных
коммутаторах и обеспечивает высокоскоростную передачу трафика. Уровень
агрегации также создается на коммутаторах и обеспечивает агрегацию
подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор статистики.
В зависимости от масштаба сети ядро и уровень агрегации могут быть
объединены. Каналы между коммутаторами могут строиться на основе
различных высокоскоростных технологий, чаще всего Gigabit Ethernet
и 10-Gigabit Ethernet. При этом необходимо учитывать требования
по восстановлению сети при сбое и структуру построения ядра. В ядре
и на уровне агрегации обеспечивается резервирование компонентов
коммутаторов, а также топологическое резервирование, что позволяет
продолжать предоставление услуг при одиночных сбоях каналов и узлов.
Существенного сокращения времени на восстановление можно добиться
только за счет применения технологии канального уровня. Поддержка
технологии EAPS — собственного протокола компании Extreme Networks,
предназначеного для поддержки топологии, исключающей зацикливание
трафика и ее перестроение в случае нарушений в кольцевых сетях
Ethernet. Cети, использующие EAPS, обладают всеми положительным
свойствами сетей SONET/SDH и Resilient Packet Ring (RPR) включая время
восстановления топологии =50ms.
Уровень доступа строится
по кольцевой или звездообразной схеме на коммутаторах Metro Ethernet
для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также
домашних и SOHO клиентов. На уровне доступа реализуется полный комплекс
мер безопасности, обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов,
защиту инфраструктуры оператора.
Обзор технологии
Ethernet (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей.
Стандарты
Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы
на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом
к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном
описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой
распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века,
вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.
В
стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что
в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель,
в дальнейшем появилась возможность использовать кабель витая пара
и кабель оптический. Метод управления доступом — множественный доступ
с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense
Multiply Access with Collision Detection), скорость передачи данных
10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования
данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено
предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического
уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например,
к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих
станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть,
построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной
задолго до достижения предельного значения количества узлов.
В
1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью
100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet
со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полный
дуплекс.
Формат кадра
Существует несколько форматов Ethernet-кадра.
Первоначальный Variant I (больше не применяется).
Ethernet
Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых
букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена
и используется по сей день. Часто используется непосредственно
протоколом интернет.
Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
В качестве
дополнения, Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для
идентификации VLAN к которой он адресован и IEEE 802.1p для указания
приоритетности.
Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые
компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE
802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.
Разновидности Ethernet
В
зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует
несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек
сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех
нижеперечисленных вариантах.
В этом разделе кратко
описаны все официально существующие разновидности. По некоторым
причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители
рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями —
например, для увеличения расстояния между точками сети используется
оптоволоконный кабель. Большинство Ethernet-карт и других устройств
имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя
автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего
соединения между двумя устройствами. Если автоопределение
не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается
режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта
Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать
по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 —
поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.
Ранние модификации Ethernet
Xerox Ethernet —
оригинальная технология, скорость 3Мбит/с, существовала в двух
вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих
пор имеет широкое применение.
0BROAD36 — широкого распространения
не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших
расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей
на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи
данных использовался коаксиальный кабель.
1BASE5 — также известный, как StarLAN,
стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару.
Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.
10 Мбит/с Ethernet
10BASE5,
IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») — первоначальная
разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя
раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым
сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.
10BASE2,
IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58,
с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись
один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен
T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие
терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным
для технологии Ethernet.
StarLAN 10 — Первая разработка,
использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с.
В дальнейшем, эволюционировал в стандарт 10BASE-T.
10BASE-T,
IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой
пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная
длина сегмента 100 метров.
FOIRL — (акроним от англ.
Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии
Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель.
Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1км.
10BASE-F,
IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с
ethernet-стандартов использующих оптоволоконный кабель на расстоянии
до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного
только 10BASE-FL получил широкое распространение.
10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.
10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.
10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.
Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet)
100BASE-T —
Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с
ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару.
Длина сегмента до 200-250 метров. Включает в себя 100BASE-TX,
100BASE-T4 и 100BASE-T2.
100BASE-TX, IEEE 802.3u —
Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда,
задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически
используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных
100 Мбит/с.
100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю
категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически
не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.
100BASE-T2 —
Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3.
Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим
передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления
по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.
100BASE-FX —
100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная
длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного
обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме
по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.
Гигабит Ethernet
1000BASE-T,
IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара
категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары.
Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.
1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.
1000Base-X —
общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet, использующей
в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель, включает в себя
1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.
1000BASE-SX, IEEE
802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно
дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.
1000BASE-LX,
IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое
волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.
Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового
волокна (до 10 километров).
1000BASE-CX — Технология
Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется
специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым
сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас
не используется.
1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с
Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель,
дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.
10 Гигабит Ethernet
Новый
стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической
среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой
IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.
10GBASE-CX4 —
Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров),
используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.
10GBASE-SR —
Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или
82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое
оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров
с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 —
использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний
от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает
расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.
10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
10GBASE-SW,
10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический
интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом
OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR,
10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
10GBASE-T,
IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки.
Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.