Osnove Etherneta

1. Osnove Etherneta Studij FER-2 Studijski program Računarstvo VI semestar Modul Telekomunikacije i informatika Predmet Lokalne mreže (preporučeni izborni predmet modula) doc. dr. sc. Željko Ilić

2. Počeci Etherneta • 22. svibnja 1973. Bob Metcalf (Xerox) s kolegama razvio prvi eksperimentalni ethernetski sustav • namijenjen povezivanju uređaja Xerox Alto • prijenosna brzina 2,94 Mbit/s • nazvana Alto Aloha Network • 1973. ime promijenjeno u Ethernet • namijenjen povezivanju bilo kakvih računala • 1976. Ethernet prikazan po prvi puta • National Computer Conference • prvi rad "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" • 1978. izdan patent za Ethernet Osnove Etherneta

3. Originalni ethernetski sustav Osnove Etherneta

4. Razvoj standarda • originalni standard za Ethernet 10 Mbit/s • objavili ga Digital, Intel i Xerox 1980. • DIX Ethernet "The Ethernet, A Local Area Network Data Link Layer and Physical Layer Specifications" • standard je predan na usvajanje odboru IEEE 802, grupi Data Link and Medium Access Control • DIX v2.0 – Ethernet II (zadnja verzija, 1982.) • 1982. združene DIX i IEEE verzije • nastala prva verzija standarda IEEE 802.3 • prihvatili ga i NIST, ECMA, ANSI, a 1990. ISO kao ISO/IEC 8802-3 Osnove Etherneta

5. Struktura Ethernet okvira • preambula • namijenjena sinkronizaciji prijemnika • IEEE 802.3 – 7  10101010 • Ethernet DIX – 7  10101010 + 10101011 • SFD – samo u IEEE 802.3 = 10101011 Osnove Etherneta

6. Struktura Ethernet okvira (II) • DA • IEEE 802.3 – bitovi I/G, U/L • Ethernet DIX – samo I/G, U/L = 0 • osim u slučaju razašiljanja • Ethernet DIX – ET • IEEE 802.3 – L/ET • ET dodan standardu 1997. • ako je L/ET ≤ 1500 – to je L • ako je L/ET ≥ 1536 (0x06-00) – to je ET • međudjelovanje oba standarda je omogućeno • vrijednosti polja ET na http://standards.ieee.org Osnove Etherneta

7. Struktura Ethernet okvira (III) • polje korisničke informacije • Ethernet DIX, duljina između 46 i 1500 okteta • softver mrežnog protokola zadužen da šalje barem 46 okteta • IEEE 802.3, duljina između 46 i 1500 okteta • ako je LLC SDU manji od 46 okteta, koristi se polje PAD za nadopunjavanje • sadržaj polja PAD nije definiran standardom • detekcija kraja okvira • sučelje poravnava primljeni okvir na višekratnik od osam bita da se izbjegnu tzv. dribble bits • ako je vrijednost CRC-a u redu, okvir je ispravan Osnove Etherneta

8. Protokol CSMA/CD • krajnji uređaj (DTE A) mjeri napon na mediju • time otkriva eventualno prisustvo nosioca na mediju (carrier sensing) • ako je mjereni napon dovoljno velik, stanica A zaključuje da već neka druga stanica u lokalnoj mreži šalje svoj okvir • DTE A odgađa slanje vlastitog okvira • kad je napon kojeg stanica A mjeri na mediju dovoljno mali, A zaključuje da je medij slobodan (idle) • pokrene brojač koji mjeri IFG (traje koliko i 96 bita) • nakon isteka IFG-a stanica A počinje slati okvir uzastopni okviri razmaknuti su najmanje IFG sekundi Osnove Etherneta

9. Sudari okvira • ako je za vrijeme dok A šalje svoj okvir neki drugi krajnji uređaj počeo slati okvir • nastupit će sudar ta dva okvira (kolizija) • u slučaju sudara okvira sve će stanice u LAN-u izmjeriti povećani napon i utvrditi koliziju • ta se procedura naziva otkrivanje sudara okvira • stanice koje su za to vrijeme slale okvire obustavit će daljnje slanje korisničkih informacija • neposredno nakon toga će svaka od njih poslati signal zagušenja (jam signal) duljine 32 bita i potpuno prekinuti slanje bilo kakvog signala • svaka stanica pokreće algoritam TBEB Osnove Etherneta

10. Minimalna duljina MAC okvira • odsječak • traje kao 512 bita • minimalna duljina MAC okvira mora biti veća ili jednaka trajanju odsječka (slot) Osnove Etherneta

11. Algoritam TBEB (Truncated Binary Exponential Backoff) • pokreće se nakon što nastupi kolizija pri slanju nekog paketa • k = 1 /*postavlja se kod prvog sudara na paketu*/ • ako je kattempt limit /*pri narednim sudarima*/ • m = min(k, backoff limit) • odaberi n, 0 n < 2m • vrijeme ponovnog slanja okvira = n (trajanje odsječka) • k = k + 1 • u IEEE 802.3 • attempt limit = 16, backoff limit = 10 • ako zbog kolizija stanica niti nakon 16 pokušaja slanja istog okvira ne uspije, prekida slanje i obavještava više slojeve Osnove Etherneta

12. Primjer ethernetskog CSMA/CD LAN-a kad stanice 2 i 5 pokušavaju istovremeno poslati okvire, dolazi do sudara Osnove Etherneta

13. Rani i kasni sudari okvira rani sudar: • stanica A još uvijek šalje okvir i mjeri napon na mediju • detektira sudar • šalje signal zagušenja i ponavlja postupak slanja okvira kasni sudar: • stanica A je prestala sa slanjem okvira prije nego što je signal sudara došao do nje • nije detektirala koliziju Osnove Etherneta

14. Rani kasni sudari okvira (II) • rani sudari su normalna pojava u ethernetskim LAN-ovima • krnji okvir koji nastane kolizijom naziva se fragment (runt) • ako sudar nastane na preambuli, stanica završava njeno slanje i šalje signal zagušenja • kasni sudari su neregularna pojava • ukazuju na napravilno dimenzioniranu lokalnu mrežu (maksimalne udaljenosti u LAN-u prevelike) Osnove Etherneta

15. Naizmjenični i dvosmjerni prijenos • a) naizmjenični prijenos (half-duplex) • b) dvosmjerni prijenos (full-duplex) Osnove Etherneta

16. Naizmjenični i dvosmjerni Ethernet • ako se na linku koristi CSMA/CD • to je naizmjenični ethernetski link • podržavaju ga i obnavljači i komutatori • ako se na linku ne koristi CSMA/CD • to je dvosmjerni ethernetski link • podržavaju ga samo komutatori • u dvosmjernom načinu rada podsloj MAC koristi samo tri parametra metode CSMA/CD: • IFG (96 bita), • minimalnu duljinu okvira (64 okteta) i • maksimalnu duljinu okvira (1518 okteta) Osnove Etherneta

17. Ethernet brzine 10 Mbit/s LLC MAC • fizički sloj (PHY) čine podslojevi PLS i PMA te sučelja AUI i MDI viši slojevi IEEE adresaEPROM PLS LAN kontroler spremnik prijenosni medij PMA AUI PHY transformator AUI NIC (mrežna kartica) transceiver MAU = transceiver MDI RJ-45 konektor AUI konektor BNC konektor Osnove Etherneta

18. Standardi fizičkog sloja pri brzini 10 Mbit/s • 10BASE5 – debeli Ethernet (Thick Ethernet) • 10BASE2 – tanki Ethernet (Cheapernet) • 10BASE-T – parični Ethernet • FOIRL (Fibre Optic Inter-Repeater Link) • optički standard za povezivanje obnavljača • 10BASE-F – optički standardi • 10BASE-FL (Fiber Link)- specificira uporabu dviju višemodnih optičkih niti • 10BASE-FB (Fiber Backbone) – samo za povezivanje obnavljača • 10BASE-FP (Fiber Passive)– pasivni optički LAN Osnove Etherneta

19. Segmenti ethernetskog LAN-a Osnove Etherneta

20. 10BASE5 • maksimalna duljina segmenta 500 metara • na segmentu dozvoljeno maksimalno 100 MAU-a • minimalni dozvoljeni razmak između MAU-a 2,5 m • debeli koaksijalni kabel • promjer 1 cm • radijus savijanja manji od 25,4 cm debeli koaksijalni segment (max. 500m) MAU MDI • MAU obavlja • detekciju sudara • SQE test • detekciju predugačkih okvira 15-pinski AUI konektor AUI kabel (max. 50m) DTE mrežna kartica “N” konektor terminator 50  Osnove Etherneta

21. 10BASE2 • maksimalna duljina segmenta 185 metara • na segmentu dozvoljeno maksimalno 30 MAU-a • minimalni dozvoljeni razmak između MAU-a 0,5 m • tanki koaksijalni kabel • promjer 0,5 cm • radijus savijanja manji od 5 cm tanki koaksijalnikabel (max. 185m) BNC konektor DTE mrežna kartica BNC-T konektor MAU BNC terminator 50  BNC MDI Osnove Etherneta

22. 10BASE-T • standardom 10BASE-T moguće je i izravno povezati dva računala (bez posredstva obnavljača) parični obnavljač (hub) 8-pinski RJ-45 15-pinski AUI konektor BNC MDI DTE UTP kabel, 100 oma max. 100 m mrežna kartica MAU 8-pinski konektor (MDI) Osnove Etherneta

23. Optički standardi • FOIRL (Fibre Optic Inter-Repeater Link) • maksimalna duljina linka između obnavljača 1 km • 10BASE-FL • DTE-obnavljač; obnavljač-obnavljač • dvije multimodne optičke niti (MMF) • maksimalna duljina linka između dva MAU-a 2 km • 10BASE-FB • dvije MM niti • samo za povezivanje obnavljača • maksimalna duljina linka između dva MAU-a 2 km • 10BASE-FP • duljina segmenta je ograničena na 1 km • na središnju pasivnu zvijezdu smije biti priključeno najviše 33 stanice Osnove Etherneta

24. Obnavljači • obnavljač (repeater) je uređaj za međusobno povezivanje segmenata LAN-a • radi isključivo na fizičkom sloju • ako ima više od dva priključka naziva se multiport repeater • obnavljač u 10BASE-T okolini se naziva hub Osnove Etherneta

25. Osnovna načela rada obnavljača Osnove Etherneta

26. Protokolni slojevi u obnavljaču • osnovna zadaća obnavljača: • obnavljač će primljeni signal pojačati, obnoviti mu oblik, i poslati na sve ostale aktivne priključke • ako obnavljač na jednom od priključaka detektira sudar, tada prekida slanje okvira i šalje signal zagušenja svim aktivnim priključcima • obnavljač izolira segment u kvaru • port partitioning • obnavljač mora obnoviti preambulu primljenog signala • obrada okvira u obnavljaču dovodi do pojave zamjetnog kašnjenja • u obnavljaču se skraćuje IFG Osnove Etherneta

27. Domena sudara okvira • to je područje unutar LAN-a unutar kojeg kad bilo koja dva uređaja šalju svoje okvire istovremeno nastupi sudar okvira Osnove Etherneta

28. Međusbno povezivanje obnavljača • pravilo: okvir između bilo koje dvije stanice smije proći kroz najviše četiri (pet) obnavljača Osnove Etherneta

29. Međusbno povezivanje obnavljača (II) • efikasniji način povezivanja obnavljača Osnove Etherneta

30. Najveći dozvoljeni raspon 10BASE LAN-a • ako se LAN sastoji samo od obnavljača i krajnjih korisničkih uređaja • max. 2800 m • detaljna pravila za projektiranje LAN-ova definirana u dokumentima IEEE-a • Transmission System Model 1 & 2 • osnovno pravilo 5/4/3 Osnove Etherneta