Физический и канальный уровни

Ethernet

Сетевые кабели

В стандартах Ethernet первых версий(v1.0 и v2.0) использовался коаксиальный кабель. Позже появилась возможность использовать в качестве кабеля связи также витую пару и оптический кабель. В настоещее время наиболее часто используется витая пара. Существует 8 спецификаций витой пары, включая подкатегории --- cat1-cat6, cat5e, cat6a. Кабель пятой категории обычно используется для сетей с пропускной спосбоностью до 100 МБит, для сетей с большей пропускной способностью используются категории 6 и 6a. Кабель пятой категории состоит из четырех пар изолированных проводников, переплетенных между собой с разным шагом. В каждой паре один провод используется для передачи данных, другой для заземления, что позволяет уменьшить помехи. Но, в следствие такой схемы, появляется ограничение на длину расплетенной части кабеля. В сетях с пропускной способностью до 100 МБит используются только две пары, в гигабитных(?) --- все четыре. В кабелях 6-й категории между парами проложена крестообразная (в сечении) вставка, что обеспечивает лучшую защиту от помех, но накладывает более сильные ограничения на изгиб.

Дисциплина передачи

В Etehernet подразумевается существование общей среды передачи данных. Любой участник сети в любой момент может решить передать данные любому другому участнику. Возникает несколько проблем, для решения которых определяется "дисциплина передачи данных".

1. Определение, свободна ли среда передачи данных. Прежде чем что-либо передавать, сетевое устройство определяет, свободна ли среда. Если среда свободна, то происходит передача, в противном случае передача откладывается на некоторое, случайное время. При каждой неудачной попытке срок ожидания удваивается. Это позволяет избежать так называемого request storm, когда после долгого ожидания сразу много участников посылают свои запросы. Случайность времени ожидания обеспечивается простейшим встроенным в сетевую карту генератором псевдослучайных чисел, инициализируемым, например, MAC-адресом.

2. Разрешение коллизий при попытке одновременной передачи данных. Если два участника одновременно проверили, что среда свободна и одновременно же начали передавать, возникает т.н. коллизия. Устройства должны уметь определить факт коллизии. В такой ситуации вновь используется алгоритм из первого пункта, передача откладывается на случайное время.

3. Уникальная адресация. В сети Ethernet каждое устройство имеет уникальный идентификатор -- MAC-адрес. MAC-адрес состоит из 6 байт. Обычно записывается в шестнадцатеричном виде, байты отделяются :.Первые три байта соответствуют коду производителя, последние -- уникальному коду самого устройства. Современные сетевые адаптеры позволяют изменять MAC-адрес, однако делать это не рекомендуется.

Любое устройство может распознать MAC-адрес другого.

В каждом пакете этого уровня (Ethernet-фрейме) содержатся MAC-адреса отправителя и получателя и другая служебная информация. Тем не менее, использование MAC-адресов для универсальной нумерации невозможно.

Но требование уникальности устройств в рамках одной среды передачи данных выполнено, и дисциплина передачи обеспечивает работоспосбность сети.

Сетевые интерфейсы

Увидеть доступные сетевые интерфейсы можно воспользовавшись командами ip link или ip l.

Пример:

[root@demo ~]# ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 08:00:27:50:7a:b1 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

В данном примере в системе есть 2 интерфейса:lo и eth0.

Даже в отсутствие физических сетевых адаптеров,в Linux имеется один сетевой интерфейс -- так называемый loopback (обратная петля). Этот интерфейс предоставляет возможность подключения к самому себе. Подобное может быть необходимо, например, при отладке работающих с сетью программ в условиях отсутствия сети из нескольких компьютеров.

Традиционно для именования интерфейсов Ethernet-адаптеров используются комбинации префикса eth и прядквого номера, начиная с 0: eth0, eth1, и т.д.

После строк link/loopback и link/ether в результатах команды ip link указаны MAC-адреса соответствующих интерфейсам сетевых адаптеров. MAC-адрес интерфейса lo(обратной петли) полагается нулевым.

Адрес brd (broadcast,широковещательный), используется для того, чтобы послать данные сразу всем адаптерам, подключенным к данной среде. У сетвевого интерфейса lo подобный адрес, естественно, отсутствует, а у eth0 он в двоичном представлении полностью состоит из единиц.

Пакет, посланный отправителем, не попадает напрямую получателю, а становится доступен всем компьютерам, объединенным в сеть. Каждый сетевой адаптер принимает пакет и анализирует MAC-адрес предполагаемого получателя.Дальнейшее поведение сетевого адаптера зависит от режима, в котором он находится. В обычном режиме адаптер отфильтрует все пакеты, MAC-адрес которых не является широковещательным и не совпадает с его собственным. Кроме обычного, существует, так называемый, "неразборчивый" режим. В этом режиме сетевой адаптер фильтрацию по MAC-адресам не производит.

Можно дать такое определение: локальная сеть --- это множество узлов, которые равноправно общаются между собой через одну среду передачи данных.


Сведения о ресурсах

Готовность (%)

Продолжительность (ак. ч.)

Подготовка (календ. ч.)

Полный текст (раб. д.)

Предварительные знания

Level

Maintainer

Start date

40

1

1

1

1

PavelSutyrin, Allena

02.07.2008