Сетевое оборудование

Ethernet против. Lan: сравнительная таблица

Как происходит подключение

Ранее подключение между компьютерами происходило с помощью коаксиальных кабелей, специальных переходников и трансиверов, если приходилось соединять толстые и тонкие кабеля. В случае повреждения хотя бы одного кабеля, вся сеть переставала работать.

Для передачи сигналов на данный момент используется кабель витая пара и коннекторы RJ45, которые подключаются к компьютерам и другим периферийным устройствам, или роутеру. Сейчас все более получает распространение оптоволоконный кабель. Здесь скорость разумеется в разы больше. Преимущество оптоволокна в его надежности и защите от всякого рода коллизий.

При подключении к сети на каждом компьютере устанавливается Ethernet контроллер или, как его еще называют, сетевая карта, которая выполняет своего рода шифрование и дешифрование полученной и отправляемой им информации. А портом Ethernet называется интерфейс входа на сетевой карте, который обычно называют lan порт.

Архитектуры оптических сетей доступа

Архитектура построения сетей оптического доступа
характеризуется степенью приближения оптического
сетевого терминала к пользователю. Сектор стандартизации
Международного Союза Электросвязи (ITU-T) выделяет
несколько характерных вариантов.

  Как
видно из рисунка, все архитектуры FTTx (Fiber to the …)
предполагают наличие участка с распределительными
медными кабелями, но чем он короче, тем больше
пропускная способность сети. Максимальное использование
оптических технологий предполагает структура FTTH, при
которой оптический сетевой терминал находится в квартире
пользователя и соединяется короткими соединительными
кабелями с оконечными устройствами – телефоном,
компьютером, телевизором и т.д.

Выбор
архитектуры зависит от множества условий, и в первую
очередь — от плотности размещения абонентов. Но
ориентировочно можно высказаться за применение системы
FTTB для многоэтажных жилых зданий. Для частной
застройки или офисов, в зависимости от
платежеспособности заказчика и его потребности в
высокоскоростных приложениях, больше подойдет FTTC или
FTTH.

В
современных оптических сетях доступа могут
использоваться различные топологии сети (схемы
соединения узлов).

Выбор
оптимальной топологии зависит от целого ряда факторов,
связанных с конкретными условиями проектирования
(плотность абонентов, их расположение, виды услуг и
т.д.), а также от базовой оптической технологии.

В
последнее время на оптических сетях доступа наиболее
часто используются три интегральные технологии:

— Микро
сеть SDH (Micro SDH);

—
Активные сети Ethernet (Active Ethernet, AE);

Сетевая модель OSI.

На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый производитель использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standardization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI, релиз которой состоялся в 1984 году. Некий свод правил как устроено сетевое общение компьютеров. А протоколы это язык на котором компьютеры общаются между собой. Сейчас конечно эта модель не совсем точна но она дает представление как работают любые сети.

Физический уровень.

Самый низкий уровень в нашей модели это — физический. Тут все просто и понятно, это среда через которую передается информация. Например радио волны , провода, свет. В сетях Ethernet используется кабель UTP или FTP. Обжимается специальным коннектором и соединяет два устройства между собой. Например компьютер и ротер. Думаю вы все это приблизительно представляете:

Данные передаются с помощью электричества, но в целом нам это вообще не важно( как ). Главное что эти данные в цифровом виде, то есть последовательность из и 1 (011000111101010101), один такой нолик или единица называется бит

Восемь бит — один байт, 1024 байта — 1 килобайт и т.д. То есть на Физическом уровне данные передаються в битах.

К стати сети стандарта Ethernet могут использовать и радио каналы и оптоволоконный кабель в котором проходит свет. Это всего лишь стандарт передачи данных а не физическая среда.

Канальный уровень.

Дальше у нас есть какое-то сетевой устройство которое соединено физически с другим сетевым устройство (сетевая карточка) и у них должны быть какие то правила как они общаются между собой. Мы же не общаемся по буквам. Мы говорим слова , складываем их в предложения. То есть сетевые устройства передаем какую то последовательность битов которая называется — кадр(Frame) друг другу.

Ват так вот выглядит кадр стандарта Ethernet:

Он может иметь длину от 64 байт до 1518 байт. И состоит из :

• MAC адрес назначения.
• MAC адрес источника.
• EtherType используется для указания того, какой протокол в полезную нагрузку кадра(тип данных).
• Данные.
• Контрольная сумма для подтверждения правильного приема данных.

Давайте представим что три компьютера A, B, C соединены одним проводом (шиной) между собой. И компьютер A хочет отравить данные компьютеру C, но эти же данные(кадр) получит и компьютер B. Что бы компьютеры понимали что это кадр предназначен для него используется уникальный MAC адрес, который производитель присваивает сетевому устройству еще в процессе производства.

Сейчас используется немного другой формат кадра Ethernet_802.3/802.2 (802.3 with LLC header) . Как понятно добавилось поля заголовка LLC. Logical Link Control — отвечает за согласование максимального размера кадра , скорости передач данных и т.д.

Если кому то требуется отправить сообщение сразу всем (broadcasting) то используется специальный адрес назначения FF-FF-FF-FF-FF-FF .

Физический и канальный уровни

Технология Ethernet включает физический и канальный уровни модели взаимодействия открытых систем OSI. На физическом уровне технология Ethernet содержит описание передачи сигналов по трём типам кабелей коаксиал, медный кабель и оптоволокно. 

На канальном уровне содержится методы доступа и протоколы, эти методы и доступы работают одинаково независимо от того какой кабель используется для передачи данных, медный или оптический. 

На канальном уровне для передачи данных используются кадры. В Ethernet есть три формата кадров: 

• Первый вариант — экспериментальная реализация Ethernet в Хerox, сейчас он почти не используется 
• Ethernet 2 — это индустриальный стандарт трех компаний Хerox, DEC и Intel. 
• Юридический стандарт IEEE 802.3, принимался долго и к тому времени когда его приняли применялось много оборудования, которые используют формат кадра Ethernet 2, поэтому Ethernet 2 популярнее. 

Формат кадра Ethernet

Состоит из трех частей, заголовок, данные и концевик. Заголовок содержит адрес компьютера получателя и адрес компьютера отправителя. В поле тип содержится код протокола от которого получены данные. Например, 0800 данные получены от протокола Ip версия 4; 0806 данные получены от протокола ARP; 86DD данные получены от протокола Ip версия 6. С помощью этого поля получатель сможет понять, что делать с данными, которые находятся внутри кадра Ethernet. К какому протоколу следующего уровня передавать эти данные для обработки. 

Поле концевик используется для проверки корректности доставки данных. В Ethernet используется просто контрольная сумма, при получении кадра получатель рассчитывает контрольную сумму и проверяет, совпадает она с той которая находится в концевике или не совпадает. Если совпадает, то кадр обрабатывается, если нет то кадр отбрасывается. При этом получатель никак не уведомляет отправителя, что он отбросил кадр. Считается, что в проводной среде ошибки происходят редко и если они произойдут, то могут быть обработаны протоколами вышестоящих уровней OSI. 

Поле данные кадра Ethernet содержит данные которые получены от протокола вышестоящего уровня. У этого поля есть два ограничения по длине, сверху и снизу. Максимальная длина может быть 1500 байт, это произвольное ограничение которые выбрали разработчики Ethernet. Это мало, но есть дополнительные стандарты которые позволяют отправлять кадры большего размера, которые называются JumboFrame и размер их до 9000 байт. Другое ограничение — минимальная длина должна быть 46 байт. Это ограничение вызвано технологиями Ethernet обнаружением коллизий. 

5.1. Семиуровневая сетевая архитектура

Для стандартизации сетей Международная
организация стандартов (OSI) предложила
семиуровневую сетевую архитектуру :

Этот стандарт дает общее представление о
взаимодействии отдельных подсистем сети.
Поэтому мы очень кратко расскажем о нем. Более
подробные сведения о стандартах сетей приведены
в литературе, список которой находится в конце
книги.

Физический уровень (Physical Layer ) обеспечивает
виртуальную линию связи для передачи данных
между узлами сети. На этом уровне выполняется
преобразование данных, поступающих от
следующего, более высокого уровня (уровень
управления передачей данных) в сигналы,
передающиеся по кабелю.

В глобальных сетях на этом уровне могут
использоваться модемы и интерфейс RS-232-C.
Характерные скорости передачи здесь
определяются линиями связи и для телефонных
линий обычно составляют 2400 — 28800 бод.

В локальных сетях для преобразования данных
применяются сетевые адаптеры, обеспечивающие
скоростную передачу данных в цифровой форме.
Скорость передачи данных может достигать
десятков и сотен мегабит в секунду.

Уровень управления линией передачи данных (Data
Link ) обеспечивает виртуальную линию связи более
высокого уровня, способную безошибочно
передавать данные в асинхронном режиме. При этом
данные обычно передаются блоками, содержащими
дополнительную управляющую информацию. Такие
блоки называют кадрами .

При возникновении ошибок автоматически
выполняется повторная посылка кадра. Кроме того,
на уровне управления линией передачи данных
обычно обеспечивается правильная
последовательность передаваемых и принимаемых
кадров. Последнее означает, что если один
компьютер передает другому несколько блоков
данных, то принимающий компьютер получит эти
блоки данных именно в той последовательности, в
какой они были переданы.

Сетевой уровень (Network Layer ) предполагает, что с
каждым узлом сети связан некий процесс. Процессы,
работающие на узлах сети, взаимодействуют друг с
другом и обеспечивают выбор маршрута передачи
данных в сети (маршрутизацию), а также управление
потоком данных в сети. В частности, на этом уровне
должна выполняться буферизация данных.

Транспортный уровень (Transport Layer ) может
выполнять разделение передаваемых сообщений на
пакеты на передающем конце и сборку на приемном
конце. На этом уровне может выполняться
согласование сетевых уровней различных
несовместимых между собой сетей через
специальные шлюзы. Например, такое согласование
потребуется для объединения локальных сетей в
глобальные сети.

Сеансовый уровень (Session Layer ) обеспечивает
интерфейс с транспортным уровнем. На этом уровне
выполняется управление взаимодействием между
рабочими станциями, которые участвуют в сеансе
связи. В частности, на этом уровне выполняется
управление доступом на основе прав доступа.

Уровень представления (Presentation Layer ) описывает
шифрование данных, их сжатие и кодовое
преобразование. Например, если в состав сети
входят рабочие станции с разным внутренним
представлением данных (ASCII для IBM PC и EBCDIC для
IBM-370), необходимо выполнить преобразование.

Уровень приложений (Application Layer ) отвечает за
поддержку прикладного программного обеспечения
конечного пользователя.

История Технологии Ethernet

Технологию Ethernet в 1973 году придумал Роберт Метклаф, тогда он работал в компании Xerox. В качестве основы своей идеи он использовал сеть Aloha Гавайского университета в которую данные передавались в беспроводной среде через радиоэфир. Свою сеть Робер назвал Ethernet сокращение от The Ether Network (Эфирная сеть). Только в качестве эфира использовался не радиоэфир, как в сети Aloha, а провода. Роберт назвал это A Cable-Three Ether (кабельный эфир). 

Технология оказалась работоспособной и 3 компании Xerox, Dec и Intel решают использовать сеть Ethernet в качестве стандартного сетевого решения, для всего оборудования этих компаний. Ранее каждая компания производила свое оборудование которое было несовместимо друг с другом. Ethernet стал индустриальным стандартом, который стали использовать все три крупные компании. 

В 1932 году создали проект IEEE 802.3 для того чтобы принять уже не индустриальный, а юридический стандарт для технологии Ethernet и в конце 90 годов Ethernet стал самой популярной технологией для создания локальных сетей и вытеснил все остальные существующие до того времени технологии. 

Что такое Ethernet

Ethernet — это протокол, который позволяет сетевым устройствам отправлять и получать данные другим устройствам в той же сети.

Он обычно используется в сетях, где местоположение является фактором. Вот почему он стал таким важным в сетях LAN: этот тип сети имеет географические ограничения. Сеть LAN находится в одном месте, будь то библиотека, офис или ваш дом.

Возможно, вы слышали в играх термин «вечеринка по локальной сети». Когда вы настраиваете компьютеры для работы в локальной сети, все они подключаются к одной сети через Ethernet. Это позволяет вам играть на локальном сервере, доступ к которому есть только у вас, потому что все подключены друг к другу.

2.9.4. Modbus TCP

Протокол Modbus TCP [] (или  Modbus TCP/IP) используется для того, чтобы подключить устройства с протоколом Modbus к Ethernet или Internet сети. Он использует кадры Modbus RTU на 7-м (прикладном) уровне модели OSI, протоколы Ethernet на 1-м и 2-м уровне модели OSI и TCP/IP на 3-м и 4-м уровне, т. е. Ethernet TCP/IP используется для транспортировки модифицированного кадра Modbus RTU.

Кадр Modbus RTU () используется без поля контрольной суммы, поскольку используется стандартная контрольная сумма Ethernet TCP/IP. Не используется также поле адреса, поскольку в Ethernet используется иная систем адресации. Таким образом, только два поля: «Код функции» и «Данные» (блок PDU) встраиваются в протокол Ethernet TCP/IP. Перед ними вставляется новое поле — заголовок MBAP (ModBus Application Protocol- «прикладной протокол MobBus»), .

Поле «Идентификатор обмена» используется для идентификации сообщения в случае, когда в пределах одного TCP соединения клиент посылает серверу несколько сообщений без ожидания ответа после каждого сообщения.

Поле «Идентификатор протокола» содержит нули и зарезервировано для будущих применений. Поле «Длина» указывает количество следующих за ним байт.

Поле «Идентификатор устройства» идентифицирует удаленный сервер, расположенный вне сети Ethernet (например, в сети Modbus RTU, которая соединена с Ethernet с помощью межсетевого моста). Чаще всего это поле содержит нули или единицы, игнорируется сервером и отправляется обратно в том же виде (как эхо).

Изображенный на фрейм называется фреймом ADU (Application Data Unit), встраивается в поле «Данные» фрейма Ethernet () и посылается через TCP порт 502, специально зарезервированный для Modbus TCP (порты назначаются и контролируются организацией IANA (Internet Assigned Numbers Authority), www.iana.org). Клиенты и серверы Modbus посылают, получают и прослушивают сообщения через TCP порт 502.

Таким образом, структура кадра и смысл его полей «Код функции» и «Данные» для Modbus и Modbus TCP совершенно идентичны, поэтому для работы с Modbus TCP не требуется дополнительного обучения по сравнению с Modbus RTU. Те же самые коды функций и данные, что и в Modbus RTU, передаются по очереди с прикладного (7-го) уровня модели OSI  () на транспортный уровень, который добавляет к блоку PDU кадра Modbus RTU () заголовок  с протоколом TCP.  Далее новый полученный кадр передается на сетевой уровень, где в него добавляется заголовок IP, затем он передается на канальный уровень Ethernet и на физический. Дойдя до физического уровня, блок PDU оказывается «обросшим» заголовками протоколов всех уровней, через которые он прошел. Пройдя по линии связи, сообщение продвигается снизу вверх по стеку протоколов (уровням модели OSI) в устройстве получателя, где на каждом уровне из него удаляется соответствующий заголовок, а на прикладном уровне выделяется блок PDU (код функции и данные) кадра протокола Modbus RTU.

В сети c протоколом Modbus TCP устройства взаимодействуют по типу «клиент-сервер», где в качестве клиента выступает ведущее устройство, в качестве сервера — ведомое. Сервер не может инициировать связи в сети, но некоторые устройства в сети могут выполнять роль как клиента, так и сервера.

Modbus TCP не имеет широковещательного или многоабонентского режима, он осуществляет соединение только между двумя устройствами.

Эксплуатация, Администрирование и Обслуживание (OA&M) Ethernet доступа

Обычные сети Ethernet не имеют средств эксплуатации, администрирования и обслуживания (OAM), но использование этой технологии в сетях доступа требует механизмов управления хотя бы в том объеме, в котором они присутствуют в SDH или ATM. Разумеется, в сетях Ethernet широко применяется протокол управления SNMP, но он не обеспечивает эксплуатационных возможностей операторского класса для абонентской сети, хотя прекрасно подходит для сетей локальных. Основные недостатки SNMP: отсутствие какой-либо связи с устройством при потере соединения по протоколу IP и обязательное назначение IP-адреса любому устройству, к которому предполагается подключиться. Поэтому в стандарте IEEE 802.3ah определены функции OAM операторского класса, кстати впервые за всю историю развития Ethernet.

Функции OAM предполагают решение трех задач

• мониторинг пропускной способности линии связи (Link performance monitoring);
• обнаружение неполадок и аварийная сигнализация (Fault detection and fault signaling);
• кольцевое тестирование (Loopback testing).

Реализация функций OAM производится специальным протоколом на втором уровне модели OSI, который во многом копирует SNMP, но на более низком уровне объектной модели.

Профили приложений DECT

В профилях приложений содержатся дополнительные спецификации, определяющие то, как эфирный интерфейс DECT должен быть использован в конкретных приложениях. Стандартные сообщения и суб-протоколы были созданы из набора средств базового стандарта и подстроены под конкретные приложения с целью обеспечения максимальной совместимости оборудования DECT от разных производителей.

Профили приложений определяют дополнительную спецификацию протокольного стека DECT для конкретных приложений. Хотя базовый стандарт DECT, определенный в ETS 300 175, обеспечивает возможность реализации широкого спектра услуг, основная цель профилей приложения — обеспечить совместимость оборудования разных производителей. Существуют следующие основные профили DECT, определенные ETSI:

• GAP (Generic Access Profile);
• CAP (CTM Access Profile);
• IAP и IIP (DECT/ISDN Interworking profiles);
• GIP (DECT/GSM Interworking Profile);
• DSP (Data Service Profile);
• RAP (Radio Local Loop Access Profile);
• DMAP (DECT Multimedia Access Profile);
• DPRS (DECT Packet Radio Services).

GAP как основной профиль доступа был разработан для таких приложений DECT как домашние и офисные системы. GAP является главным профилем доступа DECT, предназначенным для использования в системах, поддерживающих телефонные услуги независимо от типа присоединенной сети. Он определяет минимум необходимых требований к АРБ и БС, обеспечивающих их совместимость.

Cordless Terminal Mobility (CTM) Access Profile (CAP) – профиль, позволяющий пользователям беспроводных терминалов передвигаться в пределах пикосотовой DECT-системы, а также между смежными DECT-системами.

Для взаимодействия с сетью ISDN были определены два профиля: IАР и IIP. Оба профиля поддерживают одинаковый набор услуг. Основное отличие между ними заключается в способе соединения. Первый из них ориентирован на доступ к услугам сети ISDN посредством стандартного терминала DECT. Преимущества данного профиля заключаются в том, что для получения услуг ISDN используется только один трафиковый канал DECT. Информационный канал ISDN (В канал) шириной 64 кБит/с передается в канал «данных пользователя» DECT путем преобразования кодирования РСМ в ADРCM. Очевидно, что этот профиль может обслуживать только речевые терминалы. Второй профиль (IIP) называется профилем промежуточной системы и используется для подключения стандартного терминала ISDN к сети ISDN посредством радиоинтерфейса DECT. При этом появляется возможность подключения и терминалов передачи данных на скорости до 64 кбит/с. Недостатком этого профиля является неэффективное использование радиоспектра. Для организации информационного канала используются два трафиковых канала DECT. Кроме того, для отображения канала сигнализации (D канала ISDN) выделяется еще один канал. Таким образом, для одного соединения используются 3 трафиковых канала DECT. При этом DECT обеспечивает стандартное сетевое окончание ISDN с интерфейсом SO. Преимуществом данного профиля является возможность использования любого стандартного терминала ISDN, в том числе и терминалов передачи данных.

GIP — профиль, описывающий взаимодействие DECT-систем с сетью мобильной связи GSM. Организация взаимодействия не позволяет сети GSM обнаружить, что мобильный терминал обращается к ней через DECT-систему. GIP содержит алгоритмы использования GSM-ключей и поддержки процедур идентификации GSM (которые отличаются от процедур DECT).

DSP — семейство профилей передачи данных, обеспечивающих взаимодействие различной аппаратуры передачи данных через DECT-интерфейс. Каждый профиль семейства оптимизирован для выполнения конкретных задач.

RAP определяет протоколы и методы предоставления услуг сетей общего пользования конечным пользователям с использованием технологии DECT. RAP определяет два типа сервиса:

• базовые телефонные услуги, включая передачу данных с помощью модемов на скоростях вплоть до V.34;

• широкополосные услуги, включая ISDN и передачу данных с коммутацией пакетов.

DMAP разработан в первую очередь для организации беспроводного доступа в сети Internet через ISDN сети и поддержания речевых терминалов и терминалов передачи данных DECT. Поэтому базируется DMAP на протоколах ISDN, GAP и DSP.

DPRS создает основу для сопряжения всех услуг беспроводной пакетной передачи данных, которые предоставляются через интерфейс DECT.