Verdienen Sie Geld mit Ihren Tech-Blogs, Gadgets und Tipps

Mitkä ovat paikallisten verkkojen komponentit?

Huomautus: Seuraava artikkeli auttaa sinua: Mitkä ovat paikallisten verkkojen komponentit?

Viestityksessä rajoitetun alueen kattavia verkkoja kutsutaan lähiverkoiksi (LAN) ja laajan alueen kattavia verkkoja WAN-verkkoiksi (Wide Area Network). Lähiverkot jaetaan yleensä kahteen pääryhmään: langallisiin lähiverkkoihin ja langattomiin lähiverkkoihin. Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana erilaisia ​​langallisia ja langattomia viestintätekniikoita on tuotu tekniikan maailmaan, ja harvat ovat saaneet huomiota.

Tärkeää on, että lähiverkkoja ei jätetä teknologiamaailman ulkopuolelle. Valitettavasti jotkut verkkoasiantuntijat kehottavat nyt yrityksiä käyttämään langattomia lähiverkkoja käyttöönottokustannusten vähentämiseksi, koska nämä verkot toimivat paremmin kuin langalliset mallit.

On tärkeää muistaa, että langalliset lähiverkot eivät katoa, ainakaan lyhyellä aikavälillä, koska langallisten lähiverkkojen vakaus, suorituskyky ja turvallisuus eivät ole verrattavissa langattomien verkkojen vastaaviin.

Siksi ennen lopullisen päätöksen tekemistä on parempi tarkistaa yrityksesi vaatimukset ja valita sitten oikea vaihtoehto.

Kaapeli paikallisverkko (Ethernet)

Paikallinen alue Verkko on tietokoneverkko, joka on suunniteltu rajoitetulle maantieteelliselle alueelle, kuten rakennukselle tai kampukselle. Vaikka lähiverkko voidaan nykyään toteuttaa suuressa mittakaavassa eristettynä verkkona organisaation tietokoneiden yhdistämiseksi ja jaettujen resurssien käyttämiseksi, näin on useimmiten Lähiverkot Yhdistä WAN-verkkoon tai Internetiin.

1980- ja 1990-luvuilla kehitettiin erilaisia ​​viestintästandardeja ja protokollia langalliseen tietoliikenteeseen. Lähiverkot, jokaisessa on etuja ja haittoja. Samanaikaisesti IEEE ehdotti datalinkkikerroksen jakamista Logical Link Control (LLC) -tekstitykseen ja Medium Access Control (MAC) -tekstitykseen. Dataa (DLC) kutsutaan datalinkkikerrokseksi.

Instituutti on kehittänyt useita fyysisen kerroksen standardeja eri LAN-protokollia varten hallinnan yksinkertaistamiseksi paikalliset verkot ja parantaa suorituskykyään. Yleisesti ottaen kaikki Lähiverkot Linjat käyttävät Media Access Control (MAC) -mekanismia, joka tarjoaa verkon solmuille turvallisen tavan olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Kuva 1 näyttää, kuinka IEEE 802 -standardi on vuorovaikutuksessa TCP/IP-protokollapaketin kanssa.

Ethernetin kehittivät 1970-luvulla Robert Metcalfe ja David Boggs. Sen jälkeen tästä standardista on syntynyt neljä sukupolvea: Standard Ethernet (10 Mbit/s), Fast Ethernet (100 Mbit/s), Gigabit Ethernet (1 Gbit/s) ja 10 Gigabit Ethernet (10 Gbit/s). Ja kuva 2 esittää eri sukupolvien sukupolvetrendiä. Lähes kaikki innovatiiviset langalliset verkkotekniikat Ethernetiä lukuun ottamatta ovat kadonneet markkinoilta, koska Ethernet ei ole pysynyt muuttuvan teknologiamaailman tahdissa.

kuva 1

Kuva 2

Standard Ethernet (10 Mbit/s)

Mainitsemme Ethernet-tiedonsiirtonopeudet 10 Mbit/s. Standard Ethernet on kaikkien nykyaikaisten standardien äiti. Jotkut tämän standardin ominaisuudet ovat muuttuneet tai vanhentuneet ajan myötä, mutta jotkin Ethernet-standardin ominaisuudet eivät ole muuttuneet vuosien varrella, ja ne on sisällytetty muihin keinoihin. Muuttumattomat ominaisuudet ovat seuraavat:

Offline ja epäluotettava palvelu

(Yhteydetön ja epäluotettava palvelu)

Ethernet tarjoaa offline-palveluita, mikä tarkoittaa, että jokainen lähetetty kehys on riippumaton edellisestä tai seuraavasta rakenteesta. Ethernet ei määrittele yhteyden aloittamis- tai katkaisumekanismia. Lähettäjä lähettää aina, kun sillä on kehys. Tässä tapauksessa vastaanottaja voi olla valmis vastaanottamaan tai ei. Tällä lähestymistavalla on merkittävä haitta, koska lähettäjä voi lähettää kehyksiä vastaanottajalle yksi kerrallaan, mikä heikentää verkon suorituskykyä. Jos tässä katoaa rakenne, lähettäjän datalinkkikerros ei huomaa sitä, ellei ylävirran protokolla (ylempi kerros) valvo lähetysprosessia. Jos kehys keskeytyy lähetyksen aikana ja vastaanotin näkee tämän, mitään ei tehdä, koska ylävirran protokollien on tutkittava ja korjattava ongelma. Joten meidän on sanottava, että Ethernet itsessään ei ole luotettava.

Kehyksen muoto

Ethernet-kehys koostuu seitsemästä kentästä, jotka on suunniteltu tiettyä tehtävää varten (kuva 3). Jokaisen kentän kuvaus on seuraava:

  • Johdanto: Tämä 7-tavuinen kenttä vastaa vuorotellen 56 bittiä 0 ja 1 ja ilmoittaa vastaanottavalle järjestelmälle seuraavasta vastaanotettavasta kehyksestä synkronoidakseen sen ajan lähettäjän kanssa. Tämä malli lähettää vain varoituksen ja aikapulssin. 56-bittinen malli sallii asemien jättää huomiotta jotkin kehysten alkubitit. Huomaa, että johdanto-kenttä lisätään fyysiseen kerrokseen, eikä se ole muodollisesti osa kehystä.
  • Aloita kehyserotin: Tässä kentässä näkyy kehyksen yksitavuinen aloitus (10101011). SFD ilmoittaa viimeisen synkronointiajan asemalle tai asemille. Viimeiset 2 bittiä ovat (11) ja kertovat vastaanottajalle, että seuraava kenttä on kohdeosoite. Tämä kenttä on lippu, joka merkitsee kehyksen alkua ja jonka pituus vaihtelee. SFD-kenttä lisätään fyysisen kerroksen paketteihin.
  • Kohdeosoite: Tämä 6-tavuinen (48-bittinen) kenttä sisältää kohdeasemien linkkikerroksen osoitteen. Vastaanotin suorittaa tiedon poimimisen kapseloinnista ja siirtää tiedot tässä kentässä määritettyyn ylemmän kerroksen protokollaan.
  • Lähdeosoite: Tämä 6-tavuinen kenttä näyttää paketin lähettäjän linkkikerroksen osoitteen.
  • Tyyppi: Tämä kenttä osoittaa ylemmän kerroksen protokollan, joka vastaa paketin kapseloinnista kehykseen. Tämä protokolla voi olla IP, ARP, OSPF, Open Shortest Path First jne.
  • Data: Tämä kenttä sisältää ylävirran protokollien kapseloimia tietoja, jotka on lähetettävä. Tämän kentän koko on vähintään 46 ja enintään 1500 tavua. Ylävirran protokollalla on oltava tarkkaa tietoa datan pituudesta. Jos ylävirran kerroksesta vastaanotettu data on yli 1500 tavua, jarrutus on suoritettava, jotta tiedot voidaan sijoittaa kehykseen. Jos se on alle 46 tavua, se on täytettävä lisänolilla. Tätä tekniikkaa kutsutaan pehmusteeksi. Tässä ylimääräisillä nolilla täytetyt tietokehykset välitetään ylävirran kerroksen protokollalle, mikä tarkoittaa, että ylävirran kerroksen on suoritettava ylimääräisten nollien poistaminen tai lisääminen (täyte).
  • CRC: Kenttä sisältää virheentunnistustiedot nimeltä CRC-32. CRC hoitaa osoitteiden, tyyppien ja tietokenttien laskentaprosessin. Jos vastaanotin laskee CRC-arvon ja huomaa, että se ei ole nolla, se havaitsee lähetysvirheen ja jättää huomioimatta kehyksen vastaanoton.

Kuva 3

Kehyksen koko

Ethernet asettaa rajat kehyksen vähimmäis- ja enimmäiskoolle. Jos Ethernet-verkko esimerkiksi käyttää CSMA/CD-pääsymenetelmää pakettien lähettämiseen, on asetettava vähimmäispituusraja, jotta paketit voidaan lähettää sujuvasti. Ethernet-kehyksen on oltava kooltaan vähintään 64 tavua. Osa tästä sivusta viittaa otsikkoon ja järjestykseen.

Jos lasketaan 18 tavua otsikosta ja sekvenssistä (6 tavua lähdeosoitetta, 6 tavua kohdeosoitetta, 2 tavua pituus tai tyyppi ja 4 tavua CRC) ja vähennetään yllä oleva arvo 64:stä, saadaan 46 ylävirran kerroksen vähimmäispituus. Jos ylävirran kerroksen paketti on alle 46 tavua, meidän on käytettävä mainittua täytetekniikkaa eron kompensoimiseksi.

Ethernet-standardi määrittelee kehyksen enimmäispituuden (pois lukien johdanto-osa ja SFD-kenttä) 1518 tavuksi. Jos vähennämme 18 tavua ja pienennämme sekvenssiä, paketin kokonaispituus on 1500 tavua.

osoitteleminen

Jokaisella Ethernet-verkon asemalla (esim. tietokoneilla, työasemilla tai tulostimilla) on oma verkkokorttinsa (NIC). Työaseman verkkokortti määrittää työasemalinkkikerroksen osoitteen. Tämä Ethernet-osoite koostuu 6 tavusta, jotka on kirjoitettu heksadesimaaliperusteisesti, ja kaksi pistettä erottaa niiden tavut. Esimerkiksi Ethernet-URL-osoite voidaan kirjoittaa näin:

47: 20: 1B: 2E: 08: EE

Lähetä osoitebitit

Osoitteiden lähettäminen todellisessa maailmassa on eri asia kuin kirjoittaminen heksadesimaalimuodossa. Tässä siirtyminen tapahtuu vasemmalta oikealle ja tavu. Vähiten arvokkain bitti (oikeinpuoleisin bitti) lähetetään kuitenkin ensin ja viimeinen hyödyllinen bitti kullekin tavulle. Bitti, joka määrittää osoitteen unicast- tai multicast-lähetykseksi, lähetetään ensin vastaanottimelle.

Yllä oleva lähestymistapa auttaa vastaanottajaa päättämään, saavatko he yksin- vai moninpelipaketin. Tarkastellaan seuraavaa esimerkkiä keskustelun selventämiseksi. Kuvassa 4 näet osoitteen 47:20:1B:2E:08:EE lähetyksen.

Kuva 4

Unicast-, multicast- ja broadcast-osoitteet

Lähdeosoite on aina unicast-osoite, mikä tarkoittaa, että kehys tulee vain yhdeltä asemalta. Kohdeosoite voi kuitenkin olla yksittäislähetys, monilähetys tai yleislähetys. Jos kohdeosoitteen ensimmäisen tavun matalan tavun bitti on 0, se on yksibittinen osoite. Muuten se on monilähetys. Monilähetysosoite on tietyntyyppinen ryhmälähetysosoite, joka määrittää kaikkien LAN-asemien pakettien vastaanottajat.

Kohdelähetysosoite sisältää 48 osoitetta (vastaa F:tä heksadesimaalimuodossa). Meidän on annettava käytännön esimerkki saadaksemme lisätietoja näistä kolmesta osoitteesta. Seuraavassa esimerkissä haluamme tunnistaa seuraavan tyyppiset kohdeosoitteet:

4A: 30: 10: 21: 10: 1A

47: 20: 1B: 2E: 08: EE

FF: FF: FF: FF: FF: FF

Osoitetyypin tunnistamiseksi meidän on katsottava toista heksadesimaalilukua vasemmalta. Osoite on yksittäinen osoite, jos se on parillinen (vähiten arvokas bitti on 0). Jos se on yksittäinen osoite (vähiten arvokas bitti on 1), se on monilähetysosoite. Ja jos kaikki numerot ovat F, osoite on kaikkialla. Meillä on siis tämä:
  • Ensimmäinen on yksiosoiteosoite, koska A on 1010-binäärijärjestelmässä (parillinen).
  • Toinen tapaus on monilähetysosoite, koska 7 on 0111 (yksilöllinen) binäärijärjestelmässä.
  • Kolmas tapaus on yleislähetysosoite, koska kaikki heksadesimaalikantaluvun F numerot ovat yhtä suuria kuin yksi.

toteutus

Standard Ethernet voidaan toteuttaa useilla tavoilla, mutta vain neljä tunnetaan. Seuraavassa taulukossa on yhteenveto standardin Ethernetin toteutuksesta.

10BaseX-nimijärjestelmässä X:n korvaava numero määrittää tiedonsiirtonopeuden. Sana Base tarkoittaa digitaalista (tuki)signaalia ja X tarkoittaa karkeasti kaapelin enimmäiskokoa tai -tyyppiä. Standard Ethernet käyttää kantataajuista signaalia; Tämä tarkoittaa, että bitit muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi ja lähetetään suoraan linjaa pitkin.

Fast Ethernet (100 Mbit/s)

1990-luvulla syntyi joitakin LAN-tekniikoita, joiden siirtonopeus oli yli 10 Mbit/s, kuten Fiber Distributed Data Interface (FDDI) ja Fibre Channel. Ethernet teki valtavan harppauksen nostamalla siirtonopeuden 100 Mbps:iin, joten käytin Fast Ethernetiä kuvaamaan sitä. Tietysti Fast Ethernet -kehittäjien oli omaksuttava uusia tekniikoita standardinmukaiseen Ethernetiin; Siksi Macin alaluokka pysyi ennallaan.

Tämä tarkoittaa, että kehysmuoto ja enimmäis- ja vähimmäiskoot ovat pysyneet ennallaan. Lähetysnopeuden kasvaessa Ethernet-standardin Ominaisuuksia uudistettiin siirtonopeuden, pääsytavan ja toteutuksen mukaan. Nopean Ethernetin tavoitteet voidaan tiivistää seuraavasti:

  • Nosta tiedonsiirtonopeus 100 Mbps:iin.
  • Normaali Ethernet-yhteensopivuus.
  • Säilytä samat 48-bittiset osoitteet.
  • Säilytä sama kehysmuoto.

Pääsymenetelmä

Hyvä CSMA/CD-suorituskyky riippuu siirtonopeudesta, vähimmäiskehyksen koosta ja verkon enimmäispituudesta. Lopullisen verkon pituuden on muututtava, jos haluamme säilyttää vähimmäiskehyksen koon. Toisin sanoen, jos pienin kehyskoko on edelleen 512 bittiä ja paketteja lähetetään 10 kertaa nopeammin, törmäys tulee havaita 10 kertaa aikaisemmin, mikä tarkoittaa, että verkon maksimipituuden tulisi olla 10 kertaa lyhyempi (etenemisnopeuden pysyessä muuttumattomana). Siksi olen kehittänyt kaksi ratkaisua Fast Ethernetin yhteyteen.

Ensimmäinen ratkaisu oli luopua väylätopologiasta kokonaan ja käyttää passiivista tähtitopologiaa, mutta nostaa verkon enimmäiskoko 250 metriin oletusarvoisen 2 500 metrin sijasta, kuten tavallisessa Ethernetissä.

Tätä lähestymistapaa ehdotettiin standardin Ethernet-yhteensopivuuden kannalta.

Linkkikerroksen ohjain vastaanottaa kehyksen lähdeisännältä ja tallentaa sen puskuriin (jonoon) käsittelyyn asti. Toinen ratkaisu on käyttää puskurikytkintä hyllyjen tallentamiseen ja duplexin liittämiseen kuhunkin isäntään, jolloin lähetysvälineellä on yksityinen toiminto jokaiselle isännälle. CSMA/CD:tä ei vaadita tässä tapauksessa, koska isännät eivät kilpaile keskenään pakettien lähettämisestä.

Sitten se tarkistaa kohdeosoitteen ja lähettää kehyksen vastaavasta rajapinnasta. Koska yhteys kytkimeen on full duplex, kohdeosoite voi jopa lähettää kehyksen toiselle asemalle samaan aikaan kuin vastaanottaa kehyksen.

Automaattinen neuvottelu

Yllä oleva osa tarjoaa laajan valikoiman toimintoja asemalle tai keskittimelle. Fast Ethernetiin lisätty uusi ominaisuus on nimeltään Auto-Negotiation. Automaattisen neuvottelun avulla kaksi laitetta voivat neuvotella datatilasta tai -nopeudesta. Yllä oleva lähestymistapa on erityisesti suunniteltu mahdollistamaan yhteensopimattomien laitteiden yhdistäminen. Esimerkiksi laite, jonka tiedonsiirtonopeus on enintään 10 Mbps, voi kommunikoida laitteen kanssa, jonka tiedonsiirtonopeus on 100 Mbps (mutta se voi toimia hitaammin).

topologia

Fast Ethernet on suunniteltu kahden tai useamman aseman yhdistämiseen. Jos asemaa on vain kaksi, ne voidaan yhdistää piste kerrallaan. Kolme tai useampi asema on ryhmiteltävä tähtitopologiaan, jonka keskellä on napa tai kytkin (kuva 5).

Kuva 5

Koodaus

Fast Ethernet perustuu Manchester-nimiseen salausjärjestelmään, joka käyttää 200 Mbaud:n kaistanleveyttä. Tämä tekee tekniikasta sopimattoman materiaalille, kuten sotkeutuneille kaapeleille. Tästä syystä Fast Ethernet -kehittäjät etsivät vaihtoehtoista koodaus/dekoodausmallia.

Kävi kuitenkin ilmi, että mikään suunnitelma ei toiminut yhtä hyvin kaikissa kolmessa toteutuksessa. Siksi on ehdotettu kolmea hyvää koodausjärjestelmää: 100Base-TX, 100Base-FX ja 100Base-T4.

Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s)

Tarve nopeampaan tiedonsiirtoon johti Gigabit Ethernet -standardin (1000 Mbit/s) syntymiseen. Gigabit Ethernetin tavoitteena oli nopeuttaa tiedonsiirtoa jopa 1 Gbit/s pitäen samalla osoitteen pituus, kehysmuoto sekä enimmäis- ja vähimmäiskehyspituudet vakiona. Tanko on myös yhteensopiva 802.3z-standardin kanssa.

Gigabit Ethernetin päätavoitteet ovat:

  • Nosta tiedonsiirtonopeus 1 Gbps:iin.
  • Standard tai Fast Ethernet -yhteensopivuus.
  • Säilytä samat 48-bittiset osoitteet.
  • Säilytä sama kehysmuoto.
  • َJa noudata kehyksen vähimmäis- ja enimmäispituutta.
  • Tuki automaattiselle neuvottelulle sekä nopealle Ethernetille.

Ethernet on ollut viime vuosina keskeisessä roolissa suurkaupunkialueiden infrastruktuurissa. IEEE-komitea on rekisteröinyt 10 Gigabit Ethernetin 802.3ae-standardiksi. 10 Gigabit Ethernetin suunnittelutavoitteet voidaan tiivistää tiedonsiirtonopeuden parantamiseen 10 Gbit/s. Ajatuksena on lisätä tiedonsiirron nopeutta ja kuljettua matkaa.

Saman kehyskoon ja -muodon säilyttäminen sekä LAN-, MAN- ja WAN-verkkojen yhdistäminen olivat muita tämän projektin tavoitteita. Standardi määrittelee kahdenlaisia ​​fyysisiä kerroksia: LAN PHY ja WAN PHY. Ensimmäinen standardi (LAN PHY) tukee jaettua paikalliset verkotja toinen kuvaa WAN-verkkoa, jossa on SONET OC-192:n kautta kytketyt yhteydet.

MAC-alikerros

Yksi Ethernetin kehittämisen tärkeimmistä näkökohdista oli Mac-aluskerroksen säilyttäminen. Tätä arkkitehtuuria oli kuitenkin mahdotonta ylläpitää 1 Gbps:n tiedonsiirtonopeuden saavuttamiseksi. Gigabit Ethernet käyttää kahta tekniikkaa, half-duplex ja full-duplex, tiedonsiirtoon. Lähes kaikki Gigabit Ethernet -toteutukset noudattavat all-duplex-lähestymistapaa, joten half-duplex-tilaa ei käytetä usein.

Keskuskytkin on kytketty kaikkiin tietokoneisiin tai kytkimiin full duplex -tilassa.

Tässä tapauksessa jokaisessa kytkimessä on puskurit, jotka tallentavat tietoja, kunnes ne lähetetään jokaiseen tuloporttiin. Koska ohjain käyttää kehyksen kohdeosoitetta ja teline ei lähetä kyseiseen kohteeseen liittyvän portin ulkopuolelle, törmäystä ei tapahdu.

Toisin sanoen CSMA/CD-hakumenetelmää ei enää käytetä. Gigabit Ethernetiä voidaan käyttää myös half-duplex-tilassa, vaikka tämä ei ole yleistä.

Tässä tapauksessa kytkin voidaan korvata keskittimellä, joka toimii vakiokaapelina. Siksi on olemassa törmäyksen mahdollisuus. Puolidupleksinen lähestymistapa käyttää CSMA/CD-pääsymenetelmää.

Sisällysluettelo