Ethernet

Ethernet, stworzony jako prowizoryczny mechanizm pomagający naukowcom odkrywać nowe technologie, okazał się jedną z najbardziej wartościowych i trwałych technologii informatycznych. Wszedł w trzecią dekadę istnienia, podlegając w międzyczasie znacznej ewolucji. Niektóre z tych zmian sprawiły, że praktycznie niemożliwe jest podanie zwięzłej definicji Ethernetu.

Ethernet to nazwa popularnego rodzaju sieci LAN z wymianą pakietów, opracowanego w laboratoriach Xerox PARC w Pało Alto na początku lat siedemdziesiątych. W 1978 r. Xerox, DEC i Intel opracowały standard Ethernetu. Został on opublikowany jako standard IEEE o numerze 802.3 i zyskał znaczną popularność. Ethernet nie był śmiałą, nową technologią, stworzoną z myślą o jej ogromnym potencjale rynkowym, lecz raczej prostym narzędziem, ułatwiającym naukowcom wy_ianę danych podczas odkrywania i wdrażania nowych technologii. Ów pierwotny Ethernet był siecią niezbyt wyszukaną. W dużym stopniu jej działanie, w tym również wielkość ramek, opierało się na lepiej zdefiniowanych protokołach warstwy sieci i transportu. Była to sieć półdupleksowa, w której urządzenia łączone były za pomocą grubego kabla koncentrycznego. Prędkość przesyłania sygnału wynosiła 10 Mbit/sek. Obecnie ten typ sieci znany jest jako PARC Ethernet lub Ethernet I. Nazwy te zostały wprowadzone dopiero po utworzeniu innych, nowych form Ethernetu w celu umożliwienia rozróżniania ich. Dziś Ethernet w swej oryginalnej postaci jest przestarzały i wspomina się o nim tylko dla celów historycznych i porównawczych.
Odkrywszy potencjalną wartość tej technologii, firma Xerox pozyskała partnerów w celu wprowadzenia jej na rynek. Były nimi firmy Intel oraz DEC (Digital Equipment Corporation). Firmy te wspólnie dokonały szeregu ulepszeń sieci PARC Ethernet i uczyniły ją czymś w rodzaju standardu otwartego. Tak zmieniony Ethernet nazwano Ethernet II.
Ethernet II, znany także jako DIX Ethernet, od pierwszych liter nazw jego twórców (Digital, Intel i Xerox), nie mógł być uważany za prawdziwy standard otwarty, ponieważ był kontrolowany przez trzech głównych wytwórców jego komponentów.
Jednym z pierwszych kroków było zatwierdzenie Ethernetu jako samodzielnego protokołu sieciowego, który do określenia rozmiarów ramki nie musiałby już korzystać z protokołów warstwy sieci i transportu.
Osiągnięcie to było ważne. Istotniejsze jednak było udoskonalenie metodologii dostępu do nośnika. Oryginalny Ethernet używał bardzo prymitywnej metody „słuchaj zanim zaczniesz mówić", znanej też jako wielodostęp do łącza sieci z badaniem stanu kanału lub metoda CSMA (ang. Carrier Sense, Multiple Access, czyli dostęp wielokrotny z wykrywaniem fali nośnej i wykrywaniem kolizji ). Jej istota polegała na tym, że stacja, która chciała przesyłać dane, musiała najpierw upewnić się, że jest to możliwe, „nasłuchując", czy linie przesyłowe (kanały) są wolne.

Schemat blokowy metody CSMA

Usprawnienie polegało na dodaniu możliwości wykrywania kolizji. Nowa metodologia dostępu do nośnika zastosowana w Ethemecie II nazwana została więc wielodostępem do łącza sieci z badaniem stanu kanału i wykrywaniem kolizji (ang. CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

CSMA/CD modyfikacja
Czy należy testować kanał w odstępie czasowym = czasowi propagacji ?

Wiele maszyn może na raz korzystać z Ethernetu, a każda maszyna sprawdza, czy Ethernet jest wolny, wykrywając obecność fali nośnej. Komputer sprawdza czy nie odbywa się transmisja, jeżeli nie to zaczyna nadawanie. Czas trwania transmisji jest ograniczony. Sprzęt musi zapewnić minimalny czas jałowy między transmisjami co oznacza, że żadne dwa komputery, które przesyłają między sobą dane, nie zajmują sieci, bez dania szansy innym komputerom na przesłanie danych.

Detekcja kolizji

Metoda dostępu do sieci CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect) zapewnia równouprawnienie wszystkim użytkownikom i uniezależnienia sieci od awarii którejkolwiek ze stacji. Wszystkie stacje bezpośrednio nasłuchują, czy kanał transmisyjny jest wolny. Funkcja ta wyjaśnia pierwszą część nazwy metody - wykrywanie nośnej (ang. carrier sense). Drugi człon wielodostęp (ang. Multiple Access) odzwierciedla stan wspólnego dostępu do jednego kanału transmisyjnego. Dodatkowe dwie litery nazwy CD pochodzą od angielskich słów Collision Detect (wykrywanie kolizji).

Co to jest kolizja i w jaki sposób można ją wykryć ?

Zanim stacja przystąpi do nadawania sprawdza kanał transmisyjny. Jeżeli kanał jest bezczynny, stacja nadaje jednocześnie nadsłuchując czy sygnał nadany nie uległ modyfikacji. Jeżeli to co wróciło jest różne od tego co nadano, wiadomo iż wystąpiła kolizja - co najmniej dwie stacje rozpoczęły jednocześnie nadawać. Wykrywanie kolizji jest więc procesem analogowym. Stacja, która pierwsza wykryła kolizję natychmiast przestaje nadawać i wysyła specjalny sygnał tzw. "jam", aby wszystkich poinformować o wystąpieniu kolizji. Jam składa się z 32-48 bitów wzorca (ang. pattern) wyłączywszy 32-bitowy CRC. Czas po jakim stacje będą próbowały ponownie nadawać jest losowy, generowany na podstawie 6 bajtowego adresu karty sieciowej (w związku z tym pewne serie kart mogą być uprzywilejowane), tak aby zminimalizować prawdopodobieństwo powtórnego wystąpienia kolizji. Jeśli jednak ponownie wystąpi kolizja, czas, na jaki milkną stacje jest podwajany. Po n kolejnych nieudanych próbach transmisji, transmisja jest zaniechana i użytkownik zostaje poinformowany o błędzie. Zwykle wartość n wynosi 16 (ustalają to projektanci sprzętu aktywnego).

Wystąpienie kolizji w sieci wcale nie musi oznaczać, że zostanie ona wykryta. Sytuacja taka ma miejsce na przykład wtedy, gdy kolizja wystąpiła po zakończeniu nadawania. Oznacza to iż sieć taka musi spełnić dodatkowe warunki. Spójrzmy bardziej szczegółowo na algorytm rywalizacji o dostęp do kanału. Załóżmy, że dwie stacje rozpoczęły nadawać dokładnie w czasie to. Ile czasu potrzebują one na stwierdzenie, że wystąpiła kolizja ? Odpowiedź na to pytanie jest podstawą do określenia długości okresu rywalizacji i stąd opóźnienia i przepustowości. Minimalny czas wykrycia kolizji jest wtedy czasem potrzebnym na przejście sygnału od jednej stacji do drugiej. Na podstawie tego rozumowania można przypuszczać, że stacja nie słysząc kolizji po rozpoczęciu swojej transmisji przez czas równy pełnemu czasowi propagacji przez kabel, jest pewna, że zawładnęła kablem. Przez "zawładnięcie" rozumiemy, że wszystkie inne stacje wiedzą, że ona nadawała i nie przeszkadzają. Ten wniosek jest błędny. Rozważmy następujący scenariusz najgorszego przypadku. Niech czas propagacji sygnału między dwoma najdalszymi stacjami będzie tp. W chwili to jedna stacja rozpocznie nadawanie. W chwili tp-t1, zanim sygnał pojawi się w najbardziej odległej stacji, ta również rozpocznie nadawanie. Oczywiście wykrywa ona kolizję prawie natychmiast i zatrzymuje nadawanie, ale małe zakłócenia spowodowane przez kolizję wrócą do pierwotnej stacji dopiero po czasie 2tp-t1. Inaczej mówiąc, w najgorszym przypadku stacja może być pewna, że zawładnęła kanałem dopiero po nadaniu przez czas 2tp bez kolizji. Widzimy więc że maksymalna długość kablowa między dwiema dowolnymi stacjami wpływa na działanie. Im kabel dłuższy, tym dłuższy okres rywalizacji o dostęp do kanału.

We wszystkich sieciach LAN z dostępem CSMA/CD stosuje się więc kompromisowe rozwiązania pomiędzy zasięgiem sieci i jej szybkością, a rozmiarem przesyłanych pakietów. I tak, w sieci Ethernet pracującej z szybkością 10Mbitów/s przyjmuje się, iż minimalny rozmiar pakietu wynosi 64 bajty, czas propagacji sygnału 51,2 mikrosekundy, a całkowita długość kabla koncentrycznego grubego 1,5km.

Sieć Ethernet z racji stosowanej metody transmisji (CSMA/CD) działa najefektywniej przy średnim lub niskim obciążeniu. Wzrost liczby stacji transmitujących pakiety prowadzi do częstszego powstawania kolizji a co za tym idzie do spowolnienia działania sieci.

Jaki poziom kolizji w sieci jest poziomem "zbyt dużym" ?

Na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Jest to taki poziom który powoduje znaczące spowolnienie działania sieci. Zależne jest to jednak od używanych aplikacji i wymaganej przepustowości sieci. W większości przypadków poziom kolizji do 50% nie powoduje większych zakłóceń w pracy sieci, jednak aplikacje wymagające sporego transferu danych (np. wideo konferencje) mogą znacznie zwolnić działanie już przy niższym pozio_ie.
Poziom kolizji można zredukować poprzez zmniejszenie liczby stacji działających w segmencie sieci. Dokonuje się tego poprzez podzielenie segmentu sieci na dwa mniejsze segmenty, oraz połączenie ich przy pomocy bridge'a lub router'a.

Applet.

To applet Jawa symuluje dwa nadajniki na końcach linii transmisyjnej, wysyłając oba ciągi pięciu Manchaaster kodowanych 1 bitów. Linia jest skończona przy obu końcach z jego charakterystyczną impedancją, zbliżoną do 50 omów. Przy górnej części applet jest tam interfejs użytkownika pozwalający użytkownikowi wyszczególnić długości wartości linii w metrach, próg w woltach i tłumienie w decybelach/metr.

Dwa różne scenariusze mogą być symulowane z tym applet :
– jeden nadajnik
– dwa nadajniki

W pierwszym przypadku applet wyświetla ciąg pulsów przechodzących na dół linii transmisyjnej i pokazując skutek linii tłumienia. W drugim przypadku prezentuje dwie fale o takich kształtach, zaczynających się po przeciwnych końcach linii transmisyjnej. Dwa ciągi pulsów krzyżują się nawzajem w centralnym punkcie linii i ich progi są dodawane.
W drugim przypadku applet oblicza miejscową średnią pięciu pulsów mierzonych w centralnym punkcie. Ta średnia jest porównywana z progiem wejściowym przez użytkownika (wyświetlana jako horyzontalna biała linia w applecie). Kiedy średnia pulsów jest poniżej progów, applet melduje, że kolizja nie została wykryta. Jeżeli średnia jest wyższa niż próg, wtedy applet melduje o kolizji.

Applet transmisyjnej linii tłumienia.

Jawa applet ukazuje poprzez animację zachowanie zniekształceń linii transmisyjnej, która jest zakończona charakterystyczną impedancją, ale podlega rzeczywistej linii tłumienia.

Applet posiada kilka dających się zdefiniować parametrów , które zarysowane są poniżej :

• Source Voltage – wartość źródła napięcia realizującego linię transmisyjną. Wartość domyślna wynosi 5.0 volt.
• Source Position – rozmieszczenie źródła napięcia na linii transmisyjnej mierzone (w metrach) od zerowej pozycji linii. Lewą stroną appletu jest pozycja 0.0 metr podczas gdy prawą stroną appletu jest definiowana długość linii. Wartość domyślna wynosi 65.0 metra.
• Impedance – charakterystyczna (znamienna) impedancja linii transmisyjnej. Wartość domyślna wynosi 50.0 omów
• Source on Time – czas przy którym napięcie jest włączane. Wartość domyślna wynosi 0.0 sekund.
• Source off Time – czas przy którym napięcie jest wyłączane. Wartość domyślna wynosi 0.000060 sekund.
  Source on i Source off Time określają szerokość napięcia i fal elektrycznych.
• Attenuation – linia tłumienia mierzona w decybelach/metr. Wartość domyślna dla kabla RG-58 wynosi 0.047 decybela/metr.
• Line Lenght – długość lini w metrach. Wartość domyślna wynosi 185.0

Algorytm Binary Exponential Back-Off

Po zajściu kolizji, każda stacja czeka na integralną liczbę okresów slotu przed próbą transmisji pakietów ponownie. Integralną liczbą okresów slotu jest losowo wybrana liczba między 0 i 2r-1 , gdzie r zależy od specyficznej implementacji Ethenet'u. Okres slotu zwykle jest trochę dłuższy niż okno kolizji, pozwalając stacji zdobywać kanał podczas gdy okres slotu to wybierał bez zajścia kolizji w następnym okresie slotu. Niestety, jeśli wielodostępne stacje uwikłane w kolizję wybiorą tą samą liczbę okresów slotu, zdarzy się inna kolizja. Jeżeli zdarzy sięinna kolizja, zachodzi proces wzrostu r (który podwaja zakres przedziału) i powtarza się. Ta nowa kolizja może zdarzyć się ze stacją w oryginalnej kolizji, lub może to zdarzyć się z nową stacją. Po 16 próbach przy ponownej transmisji, transmitujący stację podda się.

Diagram czasu.

Prąd rozchodzi się w dwóch kierunkach. Będzie generowany napięciowy kształt fali na kablu współosiowym. Rysunek poniżej przedstawia puls sterujący wejściem kształtu fali porównywany z kształtem fali wejściową przewodu..

Obecnie bardziej stosowne staje się określanie Ethernetu za pomocą przymiotników innych niż CSMA/CD. W ciągu ostatnich dwóch lat oryginalną specyfikację 802.3 rozszerzono tak, aby obejmowała również wersję Ethernetu 100 Mbit/sek. Spowodowało to konieczność wprowadzenia nowych specyfikacji dla warstwy fizycznej, a także pomniejszych modyfikacji mechanizmów dostępu do nośnika. Co ważniejsze, dodano również obsługę transmisji pełnodupleksowej (czyli w obu kierunkach jednocześnie). Pełnodupleksowy Ethernet pozwala urządzeniu wykorzystywać do nadawania jedną fizyczną ścieżkę, którą tworzy jedna z dwóch par skrętek dwużyłowych znajdujących się w kablu ośmiożyłowym przy jednoczesnym odbieraniu danych przychodzących drugą parą przewodów. Pełnodupleksowy Ethernet o konfiguracji przełączanej za pomocą portu skutecznie zapobiega konfliktom związanym z dostępem do nośnika na zasadzie rywalizacji. Urządzenie nadawcze może dzięki temu umieszczać ramki w sieci z prędkością przewodzenia. Specyfikacja Ethernet IEEE 802.3 jak więc widać uległa znacznym zmianom, w związku z czym określanie sieci tego typu mianem CSMA/CD jest błędne.
Terminu „Ethernet" używamy na określenie standardów 802.3 działających z prędkością 10 Mbit/sek. Natomiast termin „Fast Ethernet" dotyczy standardów 802.3, działających z prędkością 100 Mbit/sek. Podobnie termin „Gigabit Ethernet" opisuje wprowadzane dopiero standardy pracujące z prędkością 1024 Mbit/sek.

Obsługiwany sprzęt

Zanim zagłębimy się na dobre w zawiłości Ethernetu, rozpatrzmy różne składniki sprzętowe używane do budowy sieci Ethernet. Komponenty te są niezależne od rodzaju nośnika, zatem wspominać o nich będziemy w różnych kontekstach w dalszej części niniejszego rozdziału. Omówmy je więc, nakreślając tło odpowiednie do przedstawienia następnie ich roli w sieci.

Na sprzęt, który może być używany do obsługi sieci Ethernet, składają się:

• karty sieciowe (płytki drukowane instalowane w wolnym gnieździe magistrali komputera, zapewniają połączenie między wewnętrznymi zasobami systemu komputerowego a zasobami zewnętrznymi, przyłączonymi do sieci),
• koncentratory wzmacniające (repeatery) (względnie proste urządzenia, które wzmacniają sygnał wejściowy, nie zmieniając jego kształtu; działają one wyłącznie na poziomie warstwy l (fizycznej) modelu referencyjnego OSI),
• koncentratory nie wzmacniające (bardzo podobne do wzmacniających, przy czym nie wzmacniają one ani nie powtarzają sygnałów, służą w zasadzie wyłącznie do łączenia wielu stacji roboczych, umożliwiając tworzenie sieci o topologii gwiazdy),
• mosty (bridges) (mechanizmy warstwy 2 (warstwy łącza danych – po obu stronach mostu musi być ten sam typ sieci, dla sieci Ethernet przepustowość wynosi 14000 pakietów na sekundę ) umożliwiające łączenie dwóch segmentów sieci lokalnej, nie rozpoznają one protokołów wyższych warstw, osadzonych w ramkach, które są przez mosty przekazywane; mają zdolność do przepuszczania pakietów (przepustowość bgidge’a), mosty są wieloportowe, są urządzeniami samouczącymi się, budują one tabelę w której zapamiętują numer segmentu. Mosty są zasilane prądem i po wyłączeniu go tracą tabelę bridgeowania. Na podstawie tej tabeli jest wybierana droga przesyłania.
• routery (mechanizmy przesyłania pakietów funkcjonujące na poziomie warstwy 3, obsługują interfejsy wszystkich standardowych technologii LAN; głównym ich zastosowaniem jest łączenie sieci 10kalnej z sieciami spoza jej domeny).

Ramka Ethetnetu IEEE 802.3

Ethernet stanowi nisko poziomowe połączenie między komputerami. Dane przesyłane przez Ethernet są dzielone na ramki. Ramki mają zmienną długość, ale nie mogą być krótsze niż 64 oktety (oktet = 8 bitów) ani dłuższe niż 1518 oktetów.
Projekt 802 zdefiniował podstawę normalizacyjną dla wszystkich rodzajów ramek et-hernetowych. Minimalna długość ramki może wynosić 64 oktety, a maksymalna - 1518 oktetów, przy czym do długości wlicza się część użyteczną (dane) i wszystkie nagłówki, z wyjątkiem Preambuły i ogranicznika początku ramki. Nagłówki służą do zidentyfikowania nadawcy i odbiorcy każdego z pakietów. Jedynym ograniczeniem tej identyfikacji jest to, że adres musi być unikatowy i 6-oktetowy.

W pierwszych 12 oktetach każdej ramki zawarty jest 6-oktetowy adres docelowy (adres odbiorcy) i 6-oktetowy adres źródłowy (adres nadawcy). Adresy te są fizycznymi kodami adresowymi urządzeń, znanymi jako adresy MAC. Adres taki może być albo unikatowym adresem administrowanym globalnie, automatycznie przypisanym każdej karcie sieciowej przez jej producenta, albo adresem ustalonym podczas instalacji. Ten drugi adres znany jest także jako adres administrowany lokalnie. Adresy takie, choć potencjalnie użyteczne, były jednak wyjątkowo trudne do utrzymania. Z tego powodu już się ich nie używa.
Techniczna grupa robocza 802.3 szukała standardu, który sam w sobie byłby kompletny i nie zależałby od właściwego działania innych protokołów. Dlatego 2-oktetowe pole Typ, występujące w starszych wersjach Ethernetu, zastąpiono 2-oktetowym polem Długość. Pole to określa długość pola danych w ramce. Podstawową ramkę Ethernetu IEEE 802.3 przedstawia rysunek.

Rys. Podstawowa ramka Ethernetu IEEE 802.3.

7-oktetowa Preambuła

1-oktetowy Ogranicznik ramki

6-oktetowy Adres odbiorcy

6-oktetowy Adres nadawcy

2-oktetowe pole Długości

Pole danych o zmiennej długości (od 48 do 1500 oktetów)

4-oktetowe pole Sekwencja kontrolna ramki

Podstawowa ramka IEEE 802.3 często nazywana jest surową ramką ethernetową, jako że właściwie rzadko jest używana w tej postaci. Ramka ta służy jako podstawa dla dodatkowych podnagłówków, ułatwiających identyfikację protokołu protokołom wyższych warstw w komputerze odbiorcy.

W podstawowej ramce Ethernetu IEEE 802.3 tradycyjne pole Typ zastąpiono polem Długość. Jeśli to konieczne, do identyfikacji typu protokołu stosuje się, zamiast pola Typ, podramkę 802.2. Inną zmianą, odróżniającą ramkę 802.3 od jej poprzedniczek było wymaganie, aby długość ramki mieściła się w przedziale od 64 do 1518 oktetów licząc od początku pola Adres Odbiorcy do końca pola Sekwencja Kontrolna Ramki.

Pewne wątpliwości dotyczą dokładnej długości ramki ethernetowej. Ich źródłem są trzy czynniki:

1. różnorodność typów ramek ethernetowych,
2. zmienna długość pola danych,
3. niezgodność co do tego, jak traktować Preambułę i Ogranicznik Początku Ramki.

Jak pamiętamy z rozdziału 5, istnieje pięć różnych typów ramek ethernetowych: PARC Ethernet, DIX Ethernet, podstawowa ramka 802.3, 802.3 z podramką LLC i 802.3 z podramką SNAP. W ramach tych pięciu odmian reprezentowane są trzy różne zestawy minimalnych i maksymalnych rozmiarów ramki.

Uwagę zwraca celowe unikanie podawania określonych rozmiarów ramki. Przy zmiennej J długości pola danych najlepszym rozwiązaniem jest określanie minimalnej i maksymalnej j dozwolonej wielkości ramki. Faktyczny rozmiar ramki zawarty jest w tym przedziale wartości.

Ostatnia wątpliwość dotyczy Preambuły i Ogranicznika początku ramki, czyli ogranicznika SFD (ang. Start of Frame Delimiter). Preambuła jest 7-oktetowym ciągiem znaków poprzedzającym każdą ramkę i umożliwiającym synchronizację transmisji. Jest ona nieodłącznym dodatkiem do ramki, ale rzadko uważa się ją za składnik tej ostatniej.

Bezpośrednio po Preambule następuje 1-oktetowy Ogranicznik początku ramki (SFD). Czasem uważa się go za integralną część Preambuły, a nie za odrębny element ramki. Nie trzeba długo szukać, by znaleźć źródła, określające ogranicznik SFD jako oficjalny początek ramki.

By uniknąć nieporozumień, wszystkie rozmiary ramek podawane w tym rozdziale są opatrzone komentarzem opisującym początkowe i końcowe pola ramek.

Ramka sieci DIX Ethernet

Ramka sieci DIX Ethernet (Ethernet II) składa się z:
– 8-oktetowe Preambuły,
– 6-oktetowego Adresu odbiorcy,
– 6-oktetowego Adresu nadawcy,
– 2-oktetowego pola Typ, które identyfikowało opakowany przez ramkę protokół transportu warstw wyższych,
– pola Dane o rozmiarze co najmniej 50 oktetów, lecz nie większym niż 1486 oktetów.

Warto zapamiętać, że mimo określenia minimalnej długości ramki, standard DIX nadal polegał na polu Typ wykorzystywanym przez pole Typ sieci PARC Ethernet. Pole to wciąż służyło do identyfikacji protokołu, który z kolei był wykorzystywany do określania długości ramki. DIX Ethernet korzysta z dużo bardziej skomplikowanej metody dostępu do nośnika niż jej poprzedniczka – z metody wielodostępu do łącza sieci z badaniem stanu kanału i wykrywaniem kolizji, czyli znana CSMA/CD, która nakłada dość precyzyjne ograniczenia czasowe.

Rysunek. Ramka DIX Ethernet.

8-oktetowa Preambuła

6-oktetowy Adres odbiorcy

6-oktetowy Adres nadawcy

2-oktetowe pole Typ

Pole Dane (1486 0ktetów)

Wypełnienie

Ta metoda dostępu wymaga od stacji sprawdzania, przed wysłaniem danych, czy kablami nie są już wysyłane jakieś sygnały. Jeśli sieć wygląda na pustą, stacja może rozpocząć nadawanie. Niestety, transmitowane w przewodzie miedzianym sygnały potrzebują czasu na dotarcie do miejsca docelowego. Zatem zdarza się, że stacja rozpocznie wysyłanie swoich pulsów w sieci, która wygląda na niewykorzystywaną, po to tylko, aby kilka mikrosekund później zderzyły się z nimi sygnały wysłane przez inną stację. Zderzenie takie nazywane jest kolizją.

Dodanie funkcji wykrywania kolizji (czyli CD) do metody wielodostępu do łącza sieci z badaniem stanu kanału (czyli CSMA) umożliwiło nowym sieciom LAN usuwanie skutków kolizji, dzięki czemu nie muszą one w tym zakresie polegać wyłącznie na urządzeniach końcowych. Dzięki metodzie CSMA/CD stacje mogą wykryć kolizję, wstrzymać nadawanie i - po upływie odpowiednio długiej przerwy - rozpocząć je na nowo. Czas trwania tej przerwy jest określany za pomocą algorytmu binarnego wykładniczego algorytmu postępowania w przypadku kolizji (czyli algorytmu BEB - ang. Binary Exponential Back-off algorithm).
Wykrywanie kolizji w sieci Ethernet D1X polega na kontrolowaniu najdłuższego czasu potrzebnego do przesłania sygnału w sieci LAN tam i z powrotem. Dla sieci Ethernet 10 MHz czas ten wynosi nie więce_ niż 50 mikrosekund. Oznacza to, że stacja musi nadawać przez czas wystarczający do wysłania sygnału na drugi koniec i z powrotem, czyli przez dłużej niż 50 mikrosekund. Wystarcza to na przesłanie 500 bitów. A, że w oktecie znajduje się 8 bitów, oznacza to, że minimalny rozmiar pakietów umożliwiający działanie wykrywania kolizji wynosi 62,5 oktetów. Firma Xerox zaokrągliła minimalny rozmiar ramki dla sieci Ethernet II do 64 oktetów.

Każda ramka, której ładunek (a pamiętajmy, że jego rozmiar określany jest w tego typu sieciach przez protokoły transportu warstw wyższych) po dodaniu wszystkich narzutów da nam ramkę mającą mniej niż 64 oktety, zostanie wypełniona zerami do osiągnięcia przez nią wielkości minimalnej. Rozwiązuje to problem minimalnego czasu przy wykrywaniu kolizji, ale zmusza każdy protokół do rozpoznawania, które dane są informacją, a które wypełnieniem. Ramka sieci DIX Ethernet nadal polega na zawartości pola Typ w celu identyfikowania protokołów warstw wyższych, a tym samym długości pola Dane.

Mimo że do Ethernetu DIX dodano funkcje mające umożliwić poszerzenie jego rynku zbytu, to jedyna większa zmiana polegała na ustanowieniu minimalnych i maksymalnych ograniczeń rozmiarów ramki. Xerox, twórczyni Ethernetu, zachowała więc prawa do technologii i w związku z tym sama ustanawiała i publikowała standardy. Taki sposób standaryzacji spełnił swój cel - Ethemet stał się produktem handlowym. Niestety, taki sposób ustanawiania i utrzymywania standardów nie wytrzymuje próby czasu. Przedsiębiorstwo działające w środowisku konkurencyjnym nie jest najlepszą organizacją do tego, by utrzymywać standardy dotyczące towarów handlowych. Będzie ona pod ciągłą presją działania we własnym imieniu. Ze względu na to, aby sieć Ethemet mogła stać się prawdziwie wziętą technologią handlową, odpowiedzialność za standaryzowanie jej musiała być scedowana na bezstronną ekonomicznie jednostkę organizacyjną.

Struktura ramki Ethernet LLC

Ramka Ethernet LLC jest kombinacją ramki 802.3 i podramki 802.2 LLC. W tej implementacji ramka LLC dodaje trzy pola do podstawowej ramki Ethernetu: Punkt dostępu usługi docelowej. Punkt dostępu usługi źródłowej i pole kontroli.
Ponieważ w ramce 802.3 zrezygnowano z pola Typ, a dodano pole Długość, nie można było określić, który protokół został osadzony w części użytecznej. Dlatego ramka odebrana przez komputer obsługujący wiele protokołów komunikacyjnych mogłaby zostać skierowana do niewłaściwego protokołu? Innymi słowy, ramka 802.3 mogła dotrzeć do miejsca przeznaczenia, ale nie było gwarancji, że zostanie dostarczona do protokołów wyższej warstwy w komputerze docelowym.
Aby wyjaśnić tę sprawę, IEEE opracowało strukturę i standard podramki 802.2. Ta nowa ramka bywa określana jako podramka 802.2 lub ramka LLC. Rysunek 7.6 pokazuje, jak wygląda ta nowa ramka osadzona w ramce Ethernet 802.3. Ma ona następującą strukturę:

• 7-oktetowa Preambuła, sygnalizująca początek ramki
• 1-oktetowy Ogranicznik początku ramki, wskazujący że zaczyna się właściwa zawartość ramki
• 6-oktetowy adres MAC odbiorcy
• 6-oktetowy adres MAC nadawcy
• 2-oktetowe pole Długość, określające całkowitą, długość pola danych, wliczając także nagłówki LLC i SNAP
• l -oktetowe pole Punkt dostępu usługi docelowej (ang. DSAP - Destination Service Access Point}, określające przewidziany punkt dostępu do usług LLC w komputerze odbiorcy
• l-oktetowe pole Punkt dostępu usługi źródłowej (ang. SSAP - Source Service Access Point), określające punkt dostępu do usług LLC w komputerze nadawcy
• l- lub 2-oktetowe pole Kontrola, wskazujące typ przenoszonej ramki LLC
• Pole danych zawierające albo od 42 do 1496, albo od 43 do 1497 oktetów danych, w zależności od długości pola Kontrola
• 4-oktetowe pole Sekwencja kontrolna ramki, używane do sprawdzania integralności ramki

Aby prawidłowo funkcjonował mechanizm CSMA/CD, całkowita długość ramki Ethernet LLC musi wynosić przynajmniej 64 oktety (pomijając Preambułę i SFD). By zapewnić to minimum, w razie potrzeby na końcu pola danych dodaje się zera. Górna granica długości ramki wynosi 1518 oktetów (nie licząc Preambuły i SFD).

Ramka Ethernet LLC

7-oktetowa Preambuła

1-oktetowy Ogranicznik ramki

6-oktetowy Adres odbiorcy

6-oktetowy Adres nadawcy

2-oktetowe pole Długości

Pole danych o zmiennej długości (od 48 do 1496 oktetów)

4-oktetowe pole Sekwencja kontrolna ramki

2-oktetowe pole Długości

1-oktetowe pole Punkt dostępu usługi docelowej (DSAP)

1-oktetowe pole Punkt dostępu usługi źródłowej (SSAP)

1-oktetowe pole Kontrola

Struktura ramki Ethernet SNAP

Po wprowadzeniu podramki LLC zaczęto zastanawiać się nad adekwatnością tej struktury. Chodziło o to, że nie mogła ona identyfikować wszystkich protokołów wyższej warstwy, jakie ewentualnie mogłyby być potrzebne.

IEEE wróciło do pracy i wprowadziło podramkę, tzw. protokół dostępu podsieci (ang. SNAP - Sub-Network Access Protocol). SNAP wprowadza dodatkowe, 5-oktetowe pole identyfikacji protokołu. W ramce pole to zajmuje miejsce za nagłówkiem LLC. Składa się z 3-oktetowego pola identyfikatora strukturalnie unikatowego (ang. OUI- Organizationally Unique Identifier) i 2-oktetowego pola Typ. Pola te określają, dla którego protokołu wyższej warstwy w komputerze odbiorcy dana ramka jest przeznaczona.

Ramka Ethernet SNAP, przedstawiona na rysunku poniżej, zawiera następujące pola:

• 7-oktetowa Preambuła, sygnalizująca początek ramki
• 1-oktetowy Ogranicznik początku ramki, wskazujący, że zaczyna się właściwa zawartość ramki
• 6-oktetowy adres MAC odbiorcy
• 6-oktetowy adres MAC nadawcy
• 2-oktetowe pole Długość, określające całkowitą długość pola danych, z nagłówkami LLC i SNAP
• 1-oktetowe pole Punkt dostępu usługi docelowej (DSAP), określające przewidziany punkt dostępu do usług LLC w komputerze odbiorcy
• 1-oktetowe pole Punkt dostępu usługi źródłowej (SSAP), określające punkt dostępu do usług LLC w komputerze nadawcy
• l- lub 2-oktetowe pole Kontrola, wskazujące typ transmitowanej ramki LLC
• 
  5-oktetową podramkę SNAP, zawierającą 3-oktetowe pole Identyfikator strukturalnie unikatowy i 2-oktetowe pole Typ protokołu, identyfikujące przenoszony protokół wyższej warstwy
• Pole danych zawierające albo od 37 do 1491, albo od 38 do 1492 oktetów danych, w zależności od długości pola Kontrola
• 4-oktetowe pole Sekwencja kontrolna ramki, używane do sprawdzania integralności ramki

Ramka Ethernet SNAP integruje struktury lub nagłówki podramki 802.2 i umożliwia identyfikację protokołów wyższego poziomu, dla których przeznaczona jest zawartość ramki. Zapewnia to wsteczną kompatybilność z wcześniejszymi wersjami Ethernetu, których ramki zawierały oddzielne mechanizmy identyfikacji protokołu.

Aby mechanizm CSMA/CD mógł działać prawidłowo, całkowita długość ramki Ethernet SNAP musi wynosić przynajmniej 64 oktety. Górną granicą długości ramki jest 1518 oktetów (wliczając Preambułę i SFD).

Prognozowanie opóźnień

Ethernetowy protokół CSMA/CD wymaga, by całkowity czas transmisji i potwierdzenie przyjęcia wynosił co najwyżej 51,2 mikrosekundy, przy prędkości przesyłania sygnału wynoszącej 10 Mbit/sek. Każdy element składowy sieci, wliczając w to media transmisyjne i urządzenia fizyczne, ma własną charakterystykę opóźnienia propagacji. Dlatego dobrze jest obliczyć całkowite opóźnienie dla sieci Ethernet, zanim się ją zbuduje.

Prognozowanie opóźnień Ethernetu

Prognozowanie opóźnień dla sieci LAN jest procesem bardzo prostym. Po pierwsze, należy zaplanować rozmieszczenie urządzeń sieciowych, uwzględniając długość połączeń między urządzeniami i rodzaj nośnika użytego dla każdego z połączeń. Następnie trzeba policzyć, ile urządzeń danego rodzaju ma działać w sieci i pomnożyć liczbę urządzeń przez opóźnienie przewidziane dla urządzeń tego rodzaju. Proces ten należy powtórzyć dla wszystkich rodzajów urządzeń, a wyniki zsumować. W ten sposób szacuje się prognozowaną wielkość opóźnień sprzętowych w sieci.

Liczbę otrzymaną powyżej trzeba zwiększyć o prognozę opóźnień wprowadzanych przez kable. Obliczenie jej jest równie łatwe. Dla każdego połączenia należy pomnożyć jego długość (w metrach) przez opóźnienie (w mikrosekundach) przewidywane dla danego, nośnika, a następnie zsumować wyniki uzyskane dla wszystkich połączeń. W ten sposób otrzymuje się pełną prognozę opóźnień wprowadzanych przez kable. Suma opóźnień dla kabli i urządzeń daje całkowite opóźnienie dla sieci. Aby protokół CSMA/CD działał prawidłowo, wartość tego opóźnienia musi być mniejsza niż 51,2 mikrosekundy. Jeśli jest większa lub równa tej wartości, prawdopodobnie wystąpią problemy w działaniu sieci. Jeśli całkowite opóźnienie jest bliskie, ale wciąż mniejsze niż 51,2 mikrosekundy, można się spodziewać trudności, które będą się pojawiać w miarę starzenia się infrastruktury sieci.

Topologie sieci Ethernet:

Pojęcie Ethernet odnosi się nie do jednej, lecz do wielu technologii sieci lokalnych LAN, z których wyróżnić należy trzy podstawowe kategorie:

1. Ethernet i IEEE 802.3 - jest to kilka specyfikacji określających LAN, z których każda pracuje z przepływnością 10 Mbit/sek,
2. Ethernet 100 Mbit/sek - jest to pojedyncza specyfikacja, znana również jako Fast Ethernet, określająca sieć pracującą z przepływnością 100 Mbit/sek.
3. Ethernet 1000 Mbit/sek -jest to pojedyncza specyfikacja, znana również jako Gigabit Ethernet, określająca sieć pracującą z przepływnością 1000 Mbit/sek (1 Gbit/sek).

Segment sieci Ethernet

Ethernet i IEEE 802.3

W sieciach tych każda stacja „widzi” wszystkie przepływające ramki. W czasie dowolnej transmisji stacje zainstalowane w sieci muszą sprawdzać, czy przepływająca ramka nie jest wysłana do jednej z nich, jako stacji odbiorczej. Ramki przeznaczone do odbioru przez określoną stację odbiorczą są przesyłane do protokołów wyższych warstw tej stacji.
Przy metodzie dostępu CSMA/CD stacja zamierzająca transmitować może mieć dostęp do sieci w dowolnej chwili. Przed wysłaniem danych stacja „nasłuchuje”, czy w sieci odbywa się ruch. Stacja, chcąc wysłać dane, musi czekać aż do momentu, kiedy w sieci nie ma żadnego ruchu. Inaczej mówiąc, na transmisję dowolnej stacji zezwala się, jeżeli w sieci jest cisza (brak ruchu). W sieci mamy do czynienia z kolizją wtedy, gdy dwie stacje – po stwierdzeniu, że sieć jest wolna – w tym samym momencie usiłują rozpocząć transmisję. W tych okolicznościach obie transmisje zostają unieważnione, a stacjom zezwala się transmitować później. Nadawca po pierwszej kolizji odczekuje okres o losowej długości. Jeżeli próba powoduje kolizję, czeka on dwa razy dłużej, cztery razy dłużej itd. (wykładniczo). Odpowiednie algorytmy (BEB, BLAM) określają, kiedy kolidujące stacje powinny retransmitować.

Różnice między Ethernetem a IEEE 802.3
Wprawdzie sieci Ethernet i IEEE 802.3 są bardzo podobne, to jednak istnieją między nimi różnice wymagające omówienia. Ethernet zapewnia usługi w warstwie Fizycznej (warstwa l) i w warstwie Łącza danych (warstwa 2), tymczasem IEEE 802.3 działa w warstwie l oraz częściowo w warstwie 2 (Channel-Access Portion). Ponadto IEEE 802.3 nie definiuje podwarstwy LLC (Logical Link Control), ale specyfikuje wiele różnych warstw fizycznych, gdy tymczasem Ethernet ogranicza się tylko do jednej.

Preambuła – zmieniający się wzór jedynek i zer zawiadamiający stacje odbiorcze o napływającej ramce (Ethernet i IEEE 802.3). Ramka Ethernet ma jeden dodatkowy bajt ekwiwalentny polu SOF (Start of Frame), określony w ramce IEEE 802.3.

Start ramki SOF (Start or Frame) – bajt delimitera w IEEE 802.3, kończący się dwoma kolejnymi bitami jedynek służących do synchronizacji przyjmowanych porcji ramek wszystkich stacji w LAN. SOF jest wyraźnie zdefiniowany w Ethernecie.

Adresy stacji odbiorczej l stacji nadawczej (Destination and Source Addresses) – trzy pierwsze bajty adresów, określone przez IEEE, są związane z konkretnym dostawcą. Trzy ostatnie bajty są określone przez Ethernet lub IEEE 802.3. Adres stacji nadawczej (Source Address) ma zawsze charakter unicast. Adres stacji odbiorczej (Destination Address) może mieć charakter unicast, multicast lub broadcast.

Typ (w Ethernecie) – określa protokół wyższej warstwy służący do odbierania danych po zakończeniu działania mechanizmu Ethernetu.

Długość (w IEEE 802.3) – długość określa liczbę bajtów danych, jaka następuje po tym polu.

Dane {Ethernet) – po zrealizowaniu zadań w warstwach 1 i 2 dane zawarte w ramce zostają przesłane do protokołu wyższej warstwy, określonego w polu Typ.

Dane (IEEE 802.3) – po zrealizowaniu zadań w warstwach l i 2 dane zostają przesłane do protokołu wyższej warstwy, który musi być zdefiniowany w ramach porcji danych zawartych w ramce.

Sekwencja Sprawdzania Ramki FCS (Frame Check Sequence) – sekwencja ta ma wartość czterech bajtów CRC (Cyclic Redundancy Check), tworzoną przez stację nadawczą i ponownie przekalkulowaną przez stację odbiorczą, aby sprawdzić przekłamanie ramki.

FAST ETHERNET

System Fast Ethernet jest obecnie rozwijany przez IEEE, jako 100Base-X. Stanowi on modyfikację dotychczas funkcjonujących odmian standardu Ethernet, zwiększająca prędkość przesyłu danych do 100Mbit/sek przy zachowaniu CSMA/CD – jako metody zarządzania dostępem. Wykrywanie kolizji polega na eliminowaniu prób jednoczesnego dostępu do kabla. Kiedy jest on wolny, może się zdarzyć, że jednocześnie podejmą próbę transmisji dwie stacje, co może spowodować zniszczenie danych – dochodzi do kolizji. Mechanizmy protokołu CSMA/CD pozwalają wykryć taki stan i powodują zaniechanie transmisji z obu stacji przez pewien losowo generowany odcinek czasu i podjęcie jej powtórnie.

Wyróżniamy dwie specyfikacje Fast Ethernetu : 100Base-T i 100VG-AnyLAN.

W specyfikacji 100Base-T stosuje się kable UTP (nieekranowa skrętka dwużyłowa) lub STP (ekranowa skrętka dwużyłowa).
Specyfikacja 100VG-AnyLAN opisuje implementację 100 Mbit/sek Ethemetu i Token Ring przy użyciu 4-parowego kabla UTP. Należy podkreślić, że warstwa MAC w 100VG-AnyLAN nie jest kompatybilna z warstwą MAC w specyfikacji IEEE 802.3.

Porównanie niektórych cech standardu 100VG-AnyLan oraz 100Base-X:

Oba standardy wymagają wymiany kart sieciowych, przy czym 100VG-AnyLan jest bardziej kompatybilny z okablowaniem 10Base-T. Producenci oferują karty 100Base-X, zdolne do pracy z Ethernetem 10Mbit/sek, co ułatwia użytkownikowi przejście na nowy standard. 100Base-X wymaga kabli kategorii 5 (komputerowych), podczas gdy 100VG-AnyLan - czteroparowej skrętki telefonicznej. W obu przypadkach może zajść konieczność wymiany starego odcinka okablowania. Długość pojedynczego odcinka przewodu w szybkich sieciach Ethernet jest ograniczona do 100m, ale zastosowanie w 100VG-AnyLan kabli komputerowych (kategorii 5) pozwala zwiększyć ją do 150m. W obu przypadkach, na dłuższych dystansach można użyć światłowodu.
Fast Ethernet sprawdził się jako praktyczny i ekonomiczny środek podniesienia jakości infrastruktur sieci LAN. Bardzo ważne jest dotrzymanie kroku wciąż rosnącym wymaganiom dotyczącym przyłączalności i przepustowości. Największym zagrożeniem dla specyfikacji Fast Ethernet jest to, że korzysta ona z całkowicie odmiennych schematów sygnalizacyjnych dla różnych rodzajów kabli. Tak więc, płytka krzemowa wykorzystywana przez złącze kabla UTP Kategorii 5 jest zupełnie różna od płytki dla UTP Kategorii 3. Każda grupa użytkowników wdrażająca Fast Ethernet z kablami Kategorii 3 inwestuje w technologie telefoniczne i w rzeczywistości utrudnia migrację do przyszłościowych technologii sieci LAN.

GIGABIT ETHERNET

Nowsza propozycja zwiększenia prędkości przesyłania sygnałów w sieci Ethernet znana jest jako Gigabit Ethernet. Standard Gigabit Ethernet został opracowany przez IEEE pod auspicjami podgrupy zadaniowej 802.3z. Produkty, które pojawiły się wcześniej, opierają się na szkicach roboczych proponowanej specyfikacji.

Ponieważ standard ten znajduje się „pod parasolem” specyfikacji 802.3, czynione są wszelkie starania, aby był jak najbardziej kompatybilny ze swoim wolniejszym „rodzeństwem”. Dla przykładu Gigabit Ethernet dalej używa tego samego protokołu CSMA/CD oraz formatu i rozmiaru ramki co inne sieci Ethernet. Takie rozwiązania umożliwiają kompatybilność w tył z Ethernetem 10 i w przód z Ethernetem 100 Mbit/sek.

Gigabit Ethernet ma początkowo służyć jako szkielet łączący ze sobą przełączniki 10/100BaseT. Nieco dalej idą propozycje, aby łączył wysokowydajne serwery z siecią LAN. Przewiduje się nawet, że Gigabit Ethernet mógłby ewentualnie służyć do łączenia stacji roboczych za pomocą kabli UTP Kategorii 5 o długości do 100 m.

Interfejsy fizyczne

W celu przyspieszenia prac nad standardem zespół 802.3z postanowił wykorzystać wiele elementów specyfikacji ANSI warstwy fizycznej kanału światłowodowego. Kanał światłowodowy, oryginalnie opracowany jako technologia nowej generacji kanałów mainframe, został znormalizowany i przekształcony w technologię LAN.

Pomimo braku sukcesu rynkowego, kanał światłowodowy stanowił sprawdzoną i perspektywiczną warstwę fizyczną, mogącą być podstawą dalszych prac zespołu 802.3z. Ponieważ intencją IEEE jest pozyskanie jak najszerszego poparcia dla swoich standardów, każdy standard IEEE jest przedstawiany instytutowi ANSI, aby ten rozważył możliwość uczynienia go standardem narodowym (czyli standardem o zakresie szerszym od przemysłowego). Tak więc sensowne jest objęcie standardem elementów warstwy fizycznej już wcześniej ratyfikowanych przez ANSI.

Jednym z pomniejszych problemów jest prędkość przesyłania sygnału. W kanale światłowodowym, gdzie sygnał osiąga prędkość 1,063 Gbit/sek, wykorzystuje się schemat kodowania, który generuje dwa dodatkowe bity na każdy przesyłany oktet. Stosowanie tego schematu (znanego jako „8B/10B”), podobnie jak zbliżonego do niego schematu 4B/5B zmniejsza użyteczną szerokość pasma do wartości poniżej 1Gbit/sek. W rzeczywistości wartość ta wynosi około 800 Mbit/sek. Wciąż jest to znaczny wzrost w porównaniu z większością istniejących technologii LAN, ale nie ma tu psychologicznego wpływu, jaki miałoby złamanie bariery 1 Gbit/sek. Oczekuje się, że za jakiś czas technologie transmisji sygnałów umożliwiają transmisję z prędkością 1,25 Gbit/sek. Przyjmując, że wciąż używany będzie schemat kodowania 8B/10B, szerokość pasma sieci wyniesie 1 Gbit/sek.

Implementacje gigabitowego Ethemetu używają szybkich (780 nm) komponentów optycznych Fiber Channel do sygnalizacji po kablu światłowodowym. Używany będzie system kodowania/dekodowania 8B/10B. Technologia Fibre Channel pracuje obecnie z przepływnością 1,063 Gbit/sek, z możliwością przejścia do 1,250 Gbit/sek, co umożliwi bezproblemową pracę przy przepływności 1000 Mbit/sek. Do pracy na długich dystansach będą stosowane elementy optyczne o długości fali 1300 nm.
Gigabit Ethernet pozwoli wybierać między czterema nośnikami, z których każdy ma własną specyfikację interfejsu fizycznego.

Są to:

• miedziany kabel koncentryczny,
• wielofunkcyjny kabel światłowodowy,
• jednomodowy kabel światłowodowy o średnicy 8,3/125 mikrona,
• nieekranowa skrętka dwużyłowa (UTP) Kategorii 5.

Przyjęcie technologii sygnalizacyjnych warstwy fizycznej dla standardu kanału światłowodowego ANSI ułatwiło prace normalizacyjne, dotyczące wymienionych nośników. Kanał światłowodowy był podstawą wszystkich interfejsów warstwy fizycznej, z wyjątkiem UTP Kategorii 5. Interfejsy te są opisane w dalszej części referatu. Określenie maksymalnej długości połączeń dla każdego interfejsu międzynośnikowego miało na celu zapewnienie odpowiedniej wydajności większości istniejących instalacji kablowych przy założeniu najbardziej niekorzystnej realizacji.

Podsumowanie o Gigabit Ethernecie

Dzisiejsze stacje robocze i serwery są w większości niedopasowane do pasma oferowanego przez Gigabit Ethernet. Nawet uwzględniając spowalniający wpływ schematu kodowania 8B/10B, Gigabit Ethernet wciąż oferuje przepustowość 800 Mbit/sek. To sprawia, że sieć LAN przestaje być czynnikiem ograniczającym wydajność. Ograniczenie stanowią dwa czynniki wewnątrz komputera. Pierwszym jest fakt, że nawet SCSI-3 może działać tylko z prędkością do 40 MBit/sek (megabajtów na sekundę). Przekłada się to na prędkość sygnału 320 Mbit/sek (megabitów na sekundę). Tak więc każda czynność w sieci Gigabit Ethernet, wymagająca odwołań do urządzeń peryferyjnych przyłączonych do magistrali SCSI, będzie ograniczona wydajnością tej magistrali.

Funkcje, które mogą być obsługiwane bez udziału urządzeń peryferyjnych SCSI, będą limitowane ograniczeniami wydajności magistrali PCI. PCI stała się dominującą architekturą magistrali we/wy w tanich komputerach. Jest wykorzystywana w maszynach jedno- i wielostanowiskowych. W praktyce większość komputerów z magistralą PCI nie doświadczy dużego wzrostu wydajności (lub wręcz nie doświadczy go wcale) po przejściu z Ethernetu 100 Mbit/sek na Gigabit Ethernet. Nie pozwolą na to ich elementy składowe. Tak więc Gigabit Ethernet jest rozwiązaniem nieodpowiednim dla dzisiejszych architektur tanich komputerów.

Gigabit Ethernet nadaje się najlepiej do łączenia solidniejszych komputerów śrendnich (ang. mid-range) i komputerów mainframe. Te architektury są znacznie lepiej dopasowane do przepustowości sieci Gigabit Ethernet. Koncentratory przełączające, które mogą obsługiwać łącze Gigabit Ethernet, są w stanie wykorzystywać go jako szkielet sieci LAN.

Gigabit Ethernet choć nieukończony, wydaje się być zdolny do dalszego przedłużenia życia tego starego protokołu. Kluczowa różnica między dwiema wymienionymi wyżej technologiami jest taka, że Gigabit Ethernet zajmuje niszę technologiczną. Jego przepustowość o kilka rzędów wielkości przekracza możliwości dziesiejszych komputerów. Układy we/wy i magistrale systemowe wykorzystywane w tych komputerach stają się czynnikami ograniczającymi, nie pozwalającymi w pełni wykorzystać przepustowości oferowanej przez Gigabit Ethernet. W przyszłości może on stać się technologią LAN nadającą się do bardziej ogólnego zastosowania, ale do tego czasu jego użyteczność wydaje się być ograniczona.

PODSUMOWANIE

Ethernet jest bogatym i różnorodnym zbiorem technologii. Sieci Ethernet mogą pracować w paśmie podstawowym lub mogą być szerokopasmowe, pełnodupleksowe lub półdupleksowe. Mogą wykorzystywać jeden z pięciu różnych nośników (lub więcej niż jeden, jeśli odważysz się wyjść poza uświęcone standardy!) i pracować z prędkościami z zakresu od 10 Mbit/sek do l Gbit/sek.

Dokonany przez nas przegląd popularniejszych specyfikacji Ethernetu obejmuje różne konwencje ramek, typowe komponenty sprzętowe, typy nośników, ograniczenia protokołów, sposób prognozowania opóźnień, a nawet schemat różnicowego przesyłania sygnałów, wykorzystywany przy transmisji przez nieekranowaną skrętkę dwużyłową.