Стек TCP/IP.

NetBIOS/SMB. EthernetВычислительные системы, сети и телекоммуникации

TCP/IP

TCP/IP — сетевая модель передачи данных, представленных в цифровом

виде. Модель описывает способ передачи данных от источника

информации к получателю. В модели предполагается прохождение

информации через четыре уровня, каждый из которых описывается

правилом (протоколом передачи). Наборы правил, решающих задачу по

передаче данных, составляют стек протоколов передачи данных, на

которых базируется Интернет.

2

TCP/IP

Название TCP/IP происходит из двух важнейших протоколов семейства —

Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP), которые были

первыми разработаны и описаны в данном стандарте. Также изредка

упоминается как модель DOD (Department of Defense) в связи с

историческим происхождением от сети ARPANET из 1970-х годов (под

управлением DARPA, Министерства обороны США).

3

TCP/IP

Набор интернет-протоколов — это концептуальная модель и набор

коммуникационных протоколов, используемых в Интернете и подобных

компьютерных сетях. Он широко известен как TCP/IP, поскольку базовые

протоколы в пакете — это протокол управления передачей (TCP) и

интернет-протокол (IP). Его иногда называют моделью Министерства

обороны (МО), поскольку разработка сетевого метода финансировалась

Министерством обороны Соединенных Штатов через DARPA.

4

TCP/IP

Набор интернет-протоколов обеспечивает сквозную передачу данных,

определяющую, как данные должны пакетироваться, обрабатываться,

передаваться, маршрутизироваться и приниматься. Эта функциональность

организована в четыре слоя абстракции, которые классифицируют все

связанные протоколы в соответствии с объемом задействованных сетей.

От самого низкого до самого высокого уровня — это уровень связи,

содержащий методы связи для данных, которые остаются в пределах

одного сегмента сети (ссылка); интернет-уровень, обеспечивающий

межсетевое взаимодействие между независимыми сетями; транспортный

уровень, обрабатывающий связь между хостами; и прикладной уровень,

который обеспечивает обмен данными между процессами для

приложений.

5

История TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP был создан на основе NCP (Network Control

Protocol) группой разработчиков под руководством Винтона Серфа в 1972

году. В июле 1976 года Винт Серф и Боб Кан впервые продемонстрировали

передачу данных с использованием TCP по трём различным сетям. Пакет

прошел по следующему маршруту: Сан-Франциско — Лондон —

Университет Южной Калифорнии. К концу своего путешествия пакет

проделал 150 тысяч км, не потеряв ни одного бита. В 1978 году Серф,

Джон Постел и Дэнни Кохэн решили выделить в TCP две отдельные

функции: TCP и IP (англ. Internet Protocol, межсетевой протокол).

6

История TCP/IP

TCP был ответственен за разбивку сообщения на датаграммы (англ.

datagram) и соединение их в конечном пункте отправки. IP отвечал за

передачу (с контролем получения) отдельных датаграмм. Вот так родился

современный протокол Интернета. А 1 января 1983 года ARPANET перешла

на новый протокол. Этот день принято считать официальной датой

рождения Интернета.

7

Уровни стека TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP включает в себя четыре уровня:

Прикладной уровень (Application Layer),

Транспортный уровень (Transport Layer),

Межсетевой уровень (Сетевой уровень) (Internet Layer),

Канальный уровень (Network Access Layer).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности

модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие

пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды

передачи данных, благодаря чему, в частности, обеспечивается полностью

прозрачное взаимодействие между проводными и беспроводными сетями.

8

TCP/IPРаспределение протоколов по уровням модели TCP/IP

Прикладной

(Application layer)

HTTP, RTSP, FTP, DNS

Транспортный(Transport Layer)TCP, UDP, SCTP, DCCP

Сетевой (Межсетевой)(Internet Layer) Для TCP/IP это IP

Уровень сетевого доступа

(Канальный)(Network Access Layer)

Ethernet, IEEE 802.11 WLAN, SLIP, Token

Ring, ATM и MPLS, физическая среда и

принципы кодирования информации, T1, E19

Прикладной уровень

На прикладном уровне (Application layer) работает большинство сетевых

приложений.

Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией,

например, интернет браузер для протокола HTTP, FTP-клиент для

протокола FTP (передача файлов), почтовая программа для протокола

SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой

машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие

другие.

10

Прикладной уровень

В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP и привязаны к

определённому порту, например:

HTTP на TCP-порт 80 или 8080,

FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих

команд),

SSH на TCP-порт 22,

запросы DNS на порт UDP (реже TCP) 53,

обновление маршрутов по протоколу RIP на UDP-порт 520.

11

Порт

Порт (англ. port) — целое неотрицательное число, записываемое в

заголовках протоколов транспортного уровня модели OSI (TCP, UDP, SCTP,

DCCP). Используется для определения процесса-получателя пакета в

пределах одного хоста.

12

Состояние порта Описание

Открыт или прослушивается

Программа-сервер готова принимать

подключения программ-

клиентов («слушает» порт)

Фильтруется

Не удаётся определить, открыт порт или

закрыт, возможно, из-за

работы файрвола или по иной причине

Закрыт

ОС ещё не выдала номер порта

никакому процессу, но в любой момент

может это сделать

Порт

Номер Название Описание

80 http Просмотр Web-страниц. Вот сейчас, читая эту страницу, вы установили

соединение по 80му порту. Наши браузеры настроены на автоматическое

использование 80го порта (если специально не указать иное). Кстати,

название протокола (http) вы видите наверху, в адресной строке.

443 httpsШифрованный протокол просмотра Web-страниц, используется, например,

при платежах через интернет

110 pop3 Протокол получения писем программами вроде Outlook Express

995 pop3s Его шифрованный брат, пока встречал только у почты от Google

25 smtp Отправка писем теми же программами

465 smtps Опять-таки его шифрованная версия, тоже используется почтой Google

20,21 ftp TCP порт протокола нешифрованного скачивания данных

23 telnetНешифрованное подсоединение к удаленным компьютерам в командной

строке

22 ssh Его шифрованная версия, имеющая кучу дополнительных опций

13

Прикладной уровень

Эти порты определены Агентством по выделению имён и уникальных

параметров протоколов (IANA).

К этому уровню

относятся: Echo, Finger, Gopher, HTTP, HTTPS, IMAP, IMAPS, IRC, NNTP, NTP, P

OP3, POPS, QOTD, RTSP, SNMP, SSH, Telnet, XDMCP.

14

Транспортный уровень

Протоколы транспортного уровня (Transport layer) могут решать проблему

негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до

адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность

прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для

какого именно приложения предназначены эти данные.

Протоколы автоматической маршрутизации, логически представленные на

этом уровне (поскольку работают поверх IP), на самом деле являются

частью протоколов сетевого уровня; например OSPF (IP идентификатор

89).

15

Транспортный уровень

TCP (IP идентификатор 6) — «гарантированный» транспортный механизм с

предварительным установлением соединения, предоставляющий

приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в

безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в

случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет

регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания

данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP

гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же

последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

16

Транспортный уровень

UDP (IP идентификатор 17) протокол передачи датаграмм без

установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной»

передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения

адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях,

требующих гарантированной передачи данных, используется протокол

TCP.

17

Транспортный уровень

UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и

компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос

затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ

(например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше

ресурсов, чем повторная отправка.

И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня

число, называемое портом.

18

Сетевой (межсетевой) уровень

Межсетевой уровень (Internet layer) изначально разработан для передачи

данных из одной сети в другую. На этом уровне работают

маршрутизаторы, которые перенаправляют пакеты в нужную сеть путём

расчёта адреса сети по маске сети. Примерами такого протокола является

X.25 и IPC в сети ARPANET.

С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены

дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть,

независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность

запрашивать данные от удалённой стороны, например в протоколе ICMP

(используется для передачи диагностической информации IP-соединения)

и IGMP (используется для управления multicast-потоками).

19

ICMP и IGMP расположены над IP и должны попасть на следующий —

транспортный — уровень, но функционально являются протоколами

сетевого уровня, и поэтому их невозможно вписать в модель OSI.

Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий, какой

именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь

данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и

IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2.

К этому уровню относятся: DVMRP, ICMP, IGMP, MARS, PIM, RIP, RIP2, RSVP

20

Канальный уровень

Канальный уровень (Link layer) описывает способ кодирования данных для

передачи пакета данных на физическом уровне (то есть специальные

последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных, а

также обеспечивающие помехоустойчивость). Ethernet, например, в полях

заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в

сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 WLAN,

SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.

PPP не совсем вписывается в такое определение, поэтому обычно

описывается в виде пары протоколов HDLC/SDLC.

21

Канальный уровень

MPLS занимает промежуточное положение между канальным и сетевым

уровнем и, строго говоря, его нельзя отнести ни к одному из них.

Канальный уровень иногда разделяют на 2 подуровня — LLC и MAC.

Кроме того, канальный уровень описывает среду передачи данных (будь

то коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или

радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип

передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов,

частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания

ответа и максимальное расстояние).

22

Распределение протоколов по уровням

модели OSI

TCP/IP OSI

Прикладной Прикладной 7

Представления 6

Сеансовый 5

Транспортный Транспортный 4

Сетевой Сетевой 3

Канальный Канальный 2

Физический 1

23

NetBIOS/SMB

На физическом и канальном уровнях этого стека также задействованы уже

получившие распространение протоколы, такие как Ethernet, Token Ring,

FDDI, а на верхних уровнях — специфические протоколы NetBEUI (протокол

расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI — NetBIOS Extended

User Interface) и SMB. NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол,

потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей,

насчитывающих не более 200 рабочих станций.

24

NetBIOS/SMB

Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые

можно отнести к транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако

с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает

применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделёнными на

подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях.

25

NetBIOS/SMB

Протокол Server Message Block (SMB) поддерживает функции сеансового

уровня, уровня представления и прикладного уровня. На основе SMB

реализуется файловая служба. а также службы печати и передачи

сообщений между приложениями.

26

NetBIOS/SMB

OSI NetBIOS/SMB

7. ПрикладнойSMB

6. Представления

5. СеансовыйNetBIOS

4. Транспортный

3. Сетевой

Ethernet, Token Ring, FDDI и другие2. Канальный

1. Физический

27

Ethernet

Ethernet – это наиболее распространённая технология организации

локальных сетей. Стандарты Ethernet описывают реализацию двух первых

уровней модели OSI – проводные соединения и электрические сигналы

(физический уровень), а так же форматы блоков данных и протоколы

управления доступом к сети (канальный уровень). Начнём с идеи,

лежащей в основе Ethernet. Название Ethernet произошло от двух

английских слов – ether (эфир) и net (сеть).

28

Ethernet

Ethernet использует концепцию общего эфира. Каждый ПК посылает

данные в этот эфир и указывает, кому они адресованы. Данные могут

дойти до всех ПК сети, но обрабатывает их только тот ПК, которому они

предназначены. Остальные ПК чужие данные игнорируют. Такая работа

аналогична эфиру радиостанций. Все радиостанции транслируют свои

передачи в общее электромагнитное поле – радиоэфир. Ваш

радиоприёмник получает электромагнитные сигналы всех станций. Но

слушаете вы не всё сразу, а ту станцию, которая вам нужна.

29

История Ethernet

Ethernet был разработан в 70-х годах XX века в Xerox PARC (Xerox Palo Alto

Research Center) – научно-исследовательском центре Xerox. Может

показаться неожиданным, что ведущую сетевую технологию разработала

компания по производству копировальной техники. Тем не менее, в Xerox

PARC в 70-е годы были разработаны: лазерный принтер, концепция

ноутбука, графический интерфейс (1973 год, за 12 лет до выхода Windows

1.0), принцип WYSIWYG и многое другое. Однако руководство Xerox

проявляло интерес только к разработкам в области

печати/сканирования/копирования. Поэтому сейчас многие изобретения

Xerox PARC ассоциируются с совсем другими именами. Так что помните –

изобретение классной вещи само по себе ничего не гарантирует. Убедить

остальных в том, что она классная, и запустить её на рынок – не менее

сложные задачи.

30

История Ethernet

Вернёмся к сетям. В начале 80-х годов Ethernet проходит стандартизацию.

Появляется группа стандартов IEEE 802.3, описывающая Ethernet и по сей

день. Тут опять надо сделать лирическое отступление и поговорить

немного про стандартизацию. Сейчас в мире существует много

организаций, принимающих стандарты. Например, наш

Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и

сертификации выпускает государственные стандарты (ГОСТы). Название

организации обычно отображается в названии стандарта. Так, упомянутую

группу стандартов IEEE 802.3 разработал и принял IEEE – Институт

инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and

Electronics Engineers).

31

История Ethernet

Силы закона стандарты сейчас не имеют, применять их или нет – личное

дело каждого. Но, если стандарт принят авторитетной организацией (IEEE

– очень авторитетная организация), и его уже поддержали ведущие

производители (за спиной первых стандартов Ethernet стояли DEC, Intel и

Xerox), то лучше стандарта придерживаться. Иначе оборудование будет не

совместимо с упомянутыми организациями, и его никто не купит.

32

История Ethernet

Стандарт, который разработали DEC, Intel и

Xerox, реализовывал общий эфир в прямом

смысле слова. Все компьютеры сети

подключались к общему коаксиальному кабелю.

Коаксиальный кабель (coaxial, от co — совместно

и axis — ось, то есть «соосный») – это кабель из

пары проводников – центрального провода и

окружающего его металлического цилиндра –

экрана. Промежуток между проводом и экраном

заполнен изоляцией, снаружи кабель так же

покрыт изолирующей оболочкой. Такой кабель

используется, например, в телевизионных

антеннах.

33

A – внешняя изолирующая оболочкаB – внешний медный проводник-экранC – внутренний изолятерD – внутренний медный проводник

История Ethernet

В ранних сетях Ethernet коаксиальный

кабель являлся носителем общего

электромагнитного эфира. ПК

подключались к общему кабелю с

помощью специальных коннекторов.

Такая структура соединения

называется шинной, а сам общий

кабель называют «шина».

34

История Ethernet

Каждый ПК отправлял в шину электрические сигналы, все остальные ПК

их получали. Дальше ПК должен был определить, кому реально этот

сигнал адресован, и, соответственно, свои сигналы обработать, а чужие –

проигнорировать. Несмотря на то, что Ethernet на коаксиальном кабеле

уже давно не используется, механизм адресации данных и концепция

общего эфира сохранились без изменений.

35

MAC-адреса

Рассмотрим подробнее, как на канальном уровне Ethernet данные из

общего эфира распределяются по адресатам. Начнём, собственно, с

адресации. На канальном уровне обмен данными идёт между сетевыми

интерфейсами (network interface), то есть теми компонентами

оборудования, которые физически соединены с сетью. Как правило, одно

устройство имеет один сетевой интерфейс, то есть одно физическое

соединение. Однако бывают и устройства с несколькими интерфейсам,

например, в ПК можно поставить несколько сетевых контроллеров

(network interface controller, NIC) и каждый подсоединить к сети. Поэтому

в общем случае не следует путать устройства и их сетевые интерфейсы.

36

MAC-адреса

Все интерфейсы в пределах сети имеют собственные уникальные

идентификаторы – MAC-адреса (Media Access Control address, адрес

управления доступом к носителю данных). В сетях Ethernet используются

48-битные MAC-адреса. Их принято записывать в 16-ричной форме,

разделяя байты знаком : или -. Например, 00-18-F3-05-19-4F.

37

MAC-адреса

Как правило, производитель раз и навсегда записывает MAC-адрес в

оборудование при его изготовлении, и поменять MAC-адрес нельзя.

Уникальность адресов достигается следующим образом. Первые 3 байта

адреса обозначают производителя устройства и называются уникальным

идентификатором организации (Organizationally Unique Identifier, OUI).

Назначаются они не произвольно, их выдаёт IEEE. Любая организация,

решившая производить сетевые интерфейсы, регистрируется в IEEE и

получает свой идентификатор, уникальность которого гарантирует IEEE.

Список уже розданных идентификаторов можно просмотреть на сайте

IEEE.

38

MAC-адреса

Последние 3 байта MAC-адреса производитель назначает сам и за их

уникальностью следит тоже сам. Таким образом, при соблюдении

производителями стандартов, ни у каких двух сетевых интерфейсов в

мире MAC-адреса не совпадают. Ключевое слово – при соблюдении

стандартов. Технически возможно изготовить интерфейс с произвольным

MAC-адресом. Однако ни к чему хорошему это не приведёт.

Как не трудно догадаться, MAC-адреса нужны не сами по себе. MAC-

адреса позволяют указать, кому именно предназначены данные,

отправленные в общий эфир. Реализовано это следующим образом.

39

Ethernet-кадры

Данные в эфир передаются не однородным потоком, а блоками. Блоки эти

на канальном уровне принято называть кадрами (frame). Каждый кадр

состоит из служебных и полезных данных. Служебные данные – это

заголовок, в котором указаны MAC-адрес отправителя, MAC-адрес

назначения, тип вышестоящего протокола и тому подобное, а так же

контрольная сумма в конце кадра. В середине кадра идут полезные

данные – собственно то, что передаётся по Ethernet.

40

Ethernet-кадры

Контрольная сумма позволяет проверить целостность кадра. Сумму

считает отправитель и записывает в конец кадра. Получатель вновь

считает сумму и сравнивает её с той, что записана в кадре. Если суммы

совпали, то, скорее всего, данные в кадре при передаче не повредились.

Если же сумма не совпала, то данные точно повредились. Понять по

контрольной сумме, какая именно часть кадра повреждена, невозможно.

Поэтому в случае несовпадения суммы весь кадр считается ошибочным.

Это примерно как если бы мы что-нибудь, на пример уголь, перевозили по

аварийной железной дороге. Сначала мы бы загрузили уголь в вагоны.

41

Ethernet-кадры

Вагоны имеют собственный вес, бесполезный для нас, но без вагонов по

железной дороге перемещаться нельзя. Каждый вагон либо успешно

целиком доедет в пункт назначения, либо попадёт в аварию и не доедет.

Не бывает так, чтобы полвагона доехало, а полвагона осталось на

разбитых путях.

Если кадр пришёл с ошибкой, его необходимо передать заново. Чем

больше размер кадра, тем больше данных придётся передавать повторно

при каждой ошибке. Плюс, пока интерфейс передаёт один большой кадр,

остальные кадры вынуждены ждать в очереди. Поэтому передавать очень

большие кадры не выгодно, и длинные потоки данных делятся на части

между кадрами.

42

Ethernet-кадры

С другой стороны, делать кадры короткими тоже не выгодно. В коротких

кадрах почти весь объём будут занимать служебные данные, а полезных

данных будет передано мало. Это характерно не только для Ethernet, но

для многих других протоколов передачи данных. Поэтому для каждого

стандарта существует свой оптимальный размер кадра, зависящий от

скорости и надёжности сети. Максимальный размер полезной

информации, передаваемой в одном блоке, называется MTU (maximum

transmission unit). Для Ethernet он равен 1500 байт. То есть каждый

Ethernet-кадр может нести не более 1500 байт полезных данных.

43

Ethernet-кадры

MAC-адреса и кадры позволяют разделить данные в общем Ethernet-

эфире. Интерфейс обрабатывает только те кадры, MAC-адрес назначения

которых совпадает с его собственным MAC-адресом. Кадры, адресованные

другим получателям, интерфейс должен игнорировать. Достоинство

такого подхода – простота реализации. Но есть и масса недостатков. Во-

первых, проблемы безопасности. Любой может прослушать все данные,

транслируемые в общий эфир.

44

Ethernet-кадры

Во-вторых, эфир можно заполнить помехами. На практике, одна сбойная

сетевая карта, постоянно отсылающая какие-то кадры, может повесить

всю сеть предприятия. В-третьих, плохая масштабируемость. Чем больше

компьютеров в сети, тем меньший кусочек эфира им достаётся, тем

меньше эффективная пропускная способность сети.

45

Топология «звезда», концентраторы

(хабы) и коммутаторы (свитчи)

В топологии «звезда» вместо общего

кабеля используется специальное общее

устройство – концентратор (хаб, hub) или

коммутатор (свитч, switch). У общего

устройства большое количество

одинаковых разъёмов – портов. Чтобы

подключить к сети ПК нужно соединить

его сетевой порт с любым свободным

портом общего устройства специальным

кабелем – патч-кордом (patch cord). Схема

получающейся сети действительно

выглядит как звезда – общее устройство в

центре, ПК на лучах.

46

Топология «звезда», концентраторы

(хабы) и коммутаторы (свитчи)

Первыми общими устройствами для топологии «звезда» стали

концентраторы (хабы). Они в точности воспроизводили концепцию общего

эфира – транслировали все входящие электрические сигналы на все свои

порты. Поскольку хаб работает с электрическими сигналами и не

анализирует сами данные в кадрах, то говорят, что хаб работает на

первом (физическом) уровне модели OSI. В сети с хабом каждый ПК по-

прежнему получает все кадры эфира и по-прежнему отбирает свои кадры

по MAC-адресам. Таким образом, с появлением хабов монтаж сети и

подключение/отключение ПК существенно упростились, но проблемы

быстродействия и надёжности остались.

47

Топология «звезда», концентраторы

(хабы) и коммутаторы (свитчи)

Следующим шагов в развитии стало появление коммутаторов (свитчей).

Свитч, в отличие от хаба, не просто транслирует сигналы, но и

анализирует их содержимое. Когда на порт свитча приходит кадр, свитч

считывает из него MAC-адрес источника и MAC-адрес назначения.

Поскольку источник подключен к порту, на который пришёл кадр, то свитч

запоминает MAC-адрес источника и номер порта. Так в памяти свитча

постепенно получается таблица соответствия – MAC-адреса устройств и

номера портов, к которым они подключены. Теперь, зная MAC-адрес

назначения, свитч отправляет кадр в тот порт, к которому реально

подключено нужное устройство.

48

Топология «звезда», концентраторы

(хабы) и коммутаторы (свитчи)

Если же адрес назначения в таблице отсутствует, то свитч, как и хаб,

рассылает кадр по всем портам. Таким образом, физически общего эфира

нет – данные почти всегда передаются только туда, где они нужны.

Поскольку свитч читает и анализирует кадры, то говорят, что свитч

работает на втором (канальном) уровне модели OSI. При большом

количестве ПК сеть со свитчем работает значительно быстрее и

надёжнее, чем сеть с хабом. Сейчас всё продаваемое оборудование для

Ethernet является свитчами, хабы уже давно не производятся.

49

Современные стандарты Ethernet

Разное оборудование Ethernet использует разные типы кабелей (патч-

кордов) и обеспечивает разные скорости передачи. Современные

стандарты Ethernet рассчитаны на использование кабеля «витая пара»

(twisted pair) или оптоволокна (optical fiber). Оптоволокно позволяет

передавать данные на большие расстояния, но стоит дорого. Поэтому в

подавляющем большинстве малых и средних сетей используется витая

пара. Витая пара – это, в прямом смысле слова, два свитых вместе

провода. Витая пара обеспечивает высокую помехозащищённость без

применения дополнительных средств (например, экранирования).

50

Современные стандарты Ethernet

Сигнал в витой паре – это уровень напряжения, то есть разность

потенциалов между двумя проводами пары. Так как провода свиты

вместе, то внешние электромагнитные помехи изменяют потенциал в

обоих проводах практически одинаково. В результате, разность

потенциалов почти не меняется при действии помех. Этот эффект был

обнаружен довольно давно. Ещё проводные телеграфы защищали от

электромагнитных помех путём перекрещивания проводов на столбах. А

витую пару как единый кабель изобрёл Белл в 1881 году.

51

Современные стандарты Ethernet

Разные типы кабелей и разные типы устройств обеспечивают разную

скорость. Ранние реализации Ethernet работали на скорости 10 Мбит/сек.

Сейчас большинство пользовательских устройств работает на скорости 100

Мбит/сек (такие сети называют Fast Ethernet) или 1000 Мбит/сек (такие

сети называют Gigabit Ethernet). Существуют так же высокоскоростные

стандарты 10, 40 и 100 Гбит/сек, но в локальных сетях домов и офисов

они, обычно, не используются – дорого и избыточно.

52

Современные стандарты Ethernet

Итак, у Ethernet-устройства две основные характеристики – тип кабеля и

скорость передачи, на которую рассчитано устройство. Для них введено

обозначение вида xBASE-y, где x – обозначение скорости, а y –

используемого кабеля. Скорость обозначается числом в мегабитах в

секунду (100, 1000) или гигабитах в секунду (при этом после числа

дописывается буква G – 10G, 40G, 100G). Тип кабеля обозначается

буквами. Витая пара обозначается буквой T (twisted). Например,

семейство устройств для Fast Ethernet на витой паре обозначается

100BASE-T. К оптоволокну относятся все обозначения кабеля,

начинающиеся не с T, а с другой буквы (например, стандарты 100BASE-FX,

100BASE-SX, 1000BASE-LX и т.д. и т.п.)

53

Современные стандарты Ethernet

По мере разработки новых типов устройств, расширялся и дополнялся

исходный стандарт IEEE 802.3. Дополнения обозначаются буквами после

номера – 802.3a, 802.3b, 802.3c и т.д. Такие обозначения тоже иногда

встречаются на оборудовании. Fast Ethernet по витой паре (100BASE-TX)

описан в стандарте 802.3u, Gigabit Ethernet по витой паре (1000BASE-T)

описан в стандарте 802.3ab.

54

Построение локальной сети

55