TÖÖSTUSLIKUD SIDEVÕRGUD

Ethernet võrguspetsifikatsioon

Ethernet võrguspetsifikatsioon

Ethernet on Xeroxi, Digitali ja Inteli poolt välja töötatud võrguarhitektuur, mis on leidnud laialdast rakendamist kaasaegsetes arvutivõrkudes. Füüsiliselt on see konfigureeritud kui siin või täht ja kasutab ligipääsu edastusmeediumile (CSMA/CD). Etherneti puhul „võistlevad“ seadmed autoriseerimisel, et andmeid edastada. See arhitektuur jaguneb tegutsemiskiiruse järgi:

• Ethernet andmeedastuskiirusega kuni 10 Mbit/s;
• Kiire Ethernet, mis töötab kiirusega 100 Mbit/s;
• Gigabit Ethernet, mille kiiruse maht on üle 1 Gbit/s.

Standardne Ethernet süsteem töötab edastuskiirusel 10 Mbit/s ja on koostatud IEEE 802.3 standardis kirjeldatud neljast linkimissegmendist. (Joonis 9.1)

Joonis 9.1. Etherneti linkimistasandid [13]

IEEE identifikatsioon näiteks „10BASE-T“ sisaldab kolm informatsioonisegmenti. Esimene neist, „10“, tähistab meediumi kiirust, see on 10 Mb. Sõna „BASE“ esitab signaalile omase põhiühenduse iseloomu. Segmendi tüüpi või selle pikkust näitab kolmas identifikatsiooni osa. Paksu koaksiaalkaabli puhul näitab „5“ segmendi maksimaalset pikkust. Peene koaksiaalkaabli puhul näitab „2“ 200 m või pigem 185 m pikkust ühe segmendi kohta. Tähed „T“ ja „F“ tähistavad andmeedastusmeediumt, milleks on keerdpaar juhe ja valguskiudu. Keerdpaar juhe on kõige enam kasutatud meedium arvutite kokku ühendamiseks.

Tabel 9.1. 10 Mbit/s Etherneti omaduste kokkuvõte [13]

Kiire Ethernet (100 Mb/s)

	10Base5	10Base2	10BaseT	10BaseF	10Broad36
Sidemeedium	koaksiaalkaabel DB15	Koaksiaalkaabel RG-58/U (50Ω)	Kaks paari UTP kategooria 3/4	Paar optilisi fiibreid (λ=850 nm)	Koaksiaalkaabel RG-6 75Ω
Kaabli diameeter	~13 mm	~6mm	0, 4 – 0, 6 mm	62,5/125 mm	0,4 – 1,0 mm
Konnektorite tüüp	AUI	BNC	RJ-45, MDI või MDI-X	ST või SC
Andmeülekanne, kodeerimise viis	Otsene, Manchester	Otsene, Manchester	Otsene, Manchester	Oysene Manchester	Moduleeritud ülekanne
Füüsiline topoloogia	Siin/puu	Siin/puu	täht	täht	Siin/täht
Maksimaalne segmendi pikkus	500 m	185 m	100 m (jaoturist sõlmeni)	2000 m (kontsentraatorist sõlmeni)	1800 m
Sõlmede arv segmendis	100. segasegment	30, segasegment	1024 (kogu võrgus), kakspunkt	1024 (kogu võrgus), kakspunkt
Maksimaalne kaetud ulatus	2500 m (4 repiiteriga)	925 m (4 repiiteriga)	500 m	2 km	3600 m
Eelised	Sobilik põhivõrgu jaoks	Madal hind	Lihtne hooldada	Sobilik hoonete vahel kasutamiseks	Pakub maksimaalset ulatust

1995. aasta juunis tutvustati 802.Зu (Fast Ethernet), mis võimaldab andmeedastuskiirust kuni 100 Mbit/s. Standardist on erinevaid versioone, mille omadused on toodud tabelis 9.2.

Tabel 9.2 Fast Ethernet [13]

	100BaseTX	100BaseFX	100BaseT4
Sidemeedium	kahe paariga STP või UTP kategooria 5	Kiudoptiliste kiudude paar	neli paari UTP kategooria 3/5
Maksimaalne kaugus kontsentraatorist sõlmeni	100 m	2000 m	100 m
Eelised	Täis-dupleks kiirusega 100 Mbit/s	Täis-dupleks kiirusel 100 Mbit/s + suuremad kaugused	Kasutab kaablit UTP kategooria 3

100ВаsеТХ standardi puhul kasutatakse keerutatud kahepaarilist juhet (üks vastuvõtmiseks ja teine ülekandmiseks) sõlme ühendamiseks kontsentraatoriga. Samal eesmärgil kasutatakse 100ВаsеFХ standardis ainult ühe keerdpaariga kiudoptilist kaablit. 100ВаsеТ4 standard arendati suurema kiirusega andmeülekannete hõlbustamiseks telefonikaablite (UTP kategooria 3) kaudu; selleks on vaja kasutada neli juhtmepaari.

Ülikiire Ethernet (Gigabit Ethernet)

1998. aasta juunis tutvustati 802.3z standardit kiudoptilise kaabli jaoks ja 1999. aasta märtsis võeti kasutusele 802.Заb UTP kategooria 5 kaabli jaoks. Need standardid võimaldavad andmeülekannet kiirusel 1 Gbit/s. Gigabit Ethernet standard on kombinatsioon 802.3 ja ANSI X3T11 fiiberkanali (Fibre Channel) standarditest. Tabelis 9.3 on esitatud erinevate standard Gigabit Etherneti versioonide omadused.

Tabel 9.3 Gigabit Ethernet [13]

	1000BaseCX (802.3z)	1000BaseT (802.3ab)	1000BaseSX (802.3z)	1000BaseLX (802.3z)
Sidemeedium	150 tasakaalustatud STP kaabel (uut tüüpi kaabel)	UTP kaabel, kategooria 5	Paar optilisi multimoodkiude	Paar optilisi multimoodkiude
Maksimaalne kaugus kontsentraatorist sõlmeni	25 m	100 m	500 m	3 km
Eelised	Halli suuruses	Külgnevate hallide ulatuses	Ehitise põhivõrguna	Ehitistevahelise põhivõrguna

Ülekandemeedium

LAN kaablite hulgas on kõige populaarsemaks ülekandemeediumiks UTP (varjestamata keerdpaar) kaabel, mille abil saavutatakse võrreldes koaksiaalkaabliga kõrgem andmeedastuskiirus (tabel 9.4).

UTP kaableid toodetakse vastavalt nende funktsioonile ja kõrgele andmeedastuskiirusele erinevate arvutivõrgu kategooriate tarbeks. Juhtmetevaheliste häirete vähendamiseks/vältimiseks toimub transpositsioon; selle ideeks on see, et häire tekitab juhtmepaarides (faasis ja nullis) identsed voolud, mis neutraliseerivad üksteist. Samal põhjusel on igal paaril jooksvameetri kohta erinev transpositsioonide arv. Paarid märgistatakse erinevates värvides ja kaks värvimustrit on standardiseeritud: EIA/TIA T568A ja T568B.

Kaablid ühendatakse kahe mustri abil: “otse läbi“ ja “risti“. Kui mõlema kaabliotsa juhtmed on paigutatud rea A või B järgi, siis on kaabel otse. Kui ühes otsas on rida A ja teises B, siis on kaabel risti. Otsekaablite puhul on ühendus kas arvuti-kommutaatori või arvuti-jaoturi vahel, samas ristikaablite puhul on ühendus arvuti-arvutiga, kommutaator-kommutaatoriga või jaotur-jaoturiga.

Tabel 9.4 LAN kaabli ühendused [13]

	Jalg	TIA/EIA 568B	TIA/EIA 568A
	JALG1	oranz-valge	roheline-valge
	JALG2	oranz	roheline
	JALG3	roheline-valge	oranz-valge
	JALG4	sinine	sinine
	JALG5	sinine-valge	sinine-valge
	JALG6	roheline	oranz
	JALG7	pruun-valge	pruun-valge
	JALG8	pruun	pruun

 

Joonis 9.2. LAN kaabli ühendused [13]

FL kaabli nimetuses (100BaseFL) tähendab „kiudlink” (fiber link). Neid kaableid kasutatakse moduleerimata signaalide edastamiseks mööda fiiberoptilist kiudu, mis kasutab nullide ja ühtede edastamiseks valgusimpulsse elektriliste signaalide asemel. Erinevalt vaskjuhtmekaablitest on need suure distantsiga andmeülekandel häirete ja signaalitugevuse kadude kindlad. FL märgistust kandev kaablisegment võib olla kuni 2000 m pikk.

Kommunikatsiooniprotokollid

Kommunikatsiooniprotokoll on reeglitekogum, mis juhib kahe identse ühel funktsioonitasandil oleva võrgusõlme vahelist dialoogi. Need reeglid määravad liidestamise ja ühenduse vabastamise protseduurid, andmete formaadid, andmeblokkide edastamise järjekorra, vigadest taastumise protseduurid jne. Sideprotokollid (kommunikatsiooniprotokollid) viivad läbi andmete transportimise ja marsruutimise integreeritud võrgus ja pakuvad erinevat tüüpe teenuseid füüsilisel ja loogilisel tasandil. Sõlmede asukoha määramiseks kasutatakse meediumpöörduse juhtimise aadressi (Media Access Control, MAC). See aadress koosneb 6 baidist ja on esitatud kuueteistkümnendsüsteemis, näiteks 00:13:D4:8A:5D:83.

Esimesed kolm aadressibaiti vastavad tootja unikaalsele identifikaatorile ja neid jagab IEEE. Kolm viimast aadressibaiti tähistab tootja vastavalt oma reeglitele.

Ethernetis jagatakse andmed jpakettidesse ja edastatakse kaadritena.

Ethernet-i kaadreid on erinevates formaatides:

• Versioon I (ei ole enam kasutusel);
• Ethernet Versioon 2 ehk Ethernet-kaader II, kutsutakse ka DIX (selle algsete arendajate DEC, Intel, Xerox esitähtedest koosnev lühend);
• Novell – IEEE 802.3 sisemine modifikatsioon ilma loogilise lüli juhtimiskihita (Logical Link Control, LLC);
• Kaader IEEE 802.3 LLC;
• Kaader IEEE 802.2 LLC/SNAP;
• Kaader IEEE 802.12 mis vastab formaadile 100VG-AnyLAN.

Etherneti kaadri pikkus võib olla 64 kuni 1518 baiti, kuna kaadrisse sisestatud teenuseinformatsiooni suurus on minimaalselt 18 baiti. Sel põhjusel saab andmeid ühes Etherneti kaadris olla  46 kuni 1500 baidini. Võrkudes kasutatakse kaht mõningaste formaadierinevustega Etherneti kaadrit: Ethernet II DIX kaader ja IEEE 802.3/LLC kaader, viimane on laialdasemalt kasutatud.

Andmepaketi ülekande ajal „näeb“ iga Etherneti võrgusõlm paketti. Saatja ja saaja info sisaldub Etherneti protokollis sõnumile lisatud päises. See sõnum võib olla „leviedastus“-tüüpi ehk mõeldud kõigile. Iga Etherneti andmepakett sisaldab päist, milles on kirjas Etherneti algus- ja lõppaadress, kasutatud võrguprotokolli tüüp ning see, millisele protokollile tuleb pakett edastada töötlemiseks.

Tabel 9.5 Etherneti kaadrid [13]

Ethernet II DIX Kaader
64 bitti	48 bitti		48 bitti	16 bitti	368 kuni 12000 bitti (46 kuni 1500 baiti)	32 bitti
Eelsignaal	Individuaalse/ Grupi aadressi bitt	Sihtaadress	Lähteaadress	Tüüp	Andmed	Kaadri kontrollnumber

IEEE 802.3 Kaader
56 bitti	8 bitti	48 bitti			48 bitti	16 bitti	368 kuni 12000 bitti (46 kuni 1500 baiti)	32 bitti
Eelsignaal	SFD	Individuaalse/ Grupi aadressi bitt	Globaalselt/ lokaalselt administreeritud aadressi bitt	Siht-aadress	Lähte-aadress	Pikkus	LLC/ Andmed	Kaadri kontroll-number

Aadressiteisenduse protokoll (Address Resolution Protocol, ARP) ja RARP-protokoll (Reverse Address Resolution Protocol)

Kohtvõrkude konfiguratsioonis sisalduvate tööjaamade vahel võrguühenduste rakendamise puhul on üheks suuremaks probleemiks võrgu ja kanali aadressidevaheline interaktsioon. Globaalne andmeülekanne käib üle võrguaadressi, samal ajal kui võrgupakett edastatakse lokaalsesse võrku vastavalt spetsiifilise kanali protokollile (aadressile).

ARP protokolli kasutatakse kohtvõrgu seadmetele omistatud IP-aadresside ja MAC-aadresside vastavustabeli loomiseks. See tabel võimaldab luua andmeedastusmeediumil põhineva võrguühenduse kohtvõrgus (LAN), näiteks IEEE 802.3 Ethernetil. Kui sihtmärgi IP-aadress on teada, on ARP tabelist vaja eraldada vastav MAC-aadress, et luua võrguühendus. Juhul, kui sellist seost ARP tabelis ei leita, siis saadetakse IP datagramm sihtmärgi aadressiga soovitud sihtaadressile, mis on pakitud leviedastuse MAC-kaadrisse. See kaader jõuab kõigini võrgus asuvate MAC-aadressideni; see jõuab ka selle tööjaamani, mille IP-aadressiks on sihtmärgi IP-aadress. Tööjaam kinnitab datagrammi, kuna kanalikihis on moodustatud kaader kanali sihtaadressiga, võrguühenduse algataja aadressiga, lähtekanali aadressiga ja kutsutud MAC aadressiga. Kinnitus jõuab algatanud tööjaama ja selle ARP tabel uuendatakse puuduva MAC aadressiga, luues sellega võimaluse kasutada MAC edastusmeediumil põhinevat võrguühendust. Vaata Joonisi 9.3.

Joonis 9.3. Aadressiteisenduse protokoll [1]

RARP protokoll on funktsionaalsuselt ARPi vastand. Selle protokolliga lahendatakse vastupidine ülesanne, et teadaoleva MAC-aadressi abil leida sellele vastava IP-aadress. Sarnase lähenemisena saadetakse leviedastuse IP-datagramm võrgutasandil ja selle kinnituseks saadakse vastava IP aadress. Vaata Joonisi 9.4.

Joonis 9.4. RARP protokoll [1]