Ethernet

Kable i sprzęt

Kable

Kable zakańczane są gniazdami bądź wtykami typu RJ-45 montowanymi według jednego z dwóch schematów kolorystycznych (podana numeracja liczona jest od lewej w gnieździe na które patrzymy od strony frontowej (wtyku), gdzie klips wtyku skierowany jest w dół):

standard EIA/TIA 568A :
1. biało-zielony
2. zielony
3. biało-pomarańczowy
4. niebieski
5. biało-niebieski
6. pomarańczowy
7. biało-brązowy
8. brązowy
standard EIA/TIA 568B :
1. biało-pomarańczowy
2. pomarańczowy
3. biało-zielony
4. niebieski
5. biało-niebieski
6. zielony
7. biało-brązowy
8. brązowy

Kabel który ma oba zakończenia wykonane według tego samego standardu nazywany jest kablem prostym i służy do łączenia hostów z urządzeniami rozdzielającymi sygnał (switche, huby ...). Kabel posiadający jedną stronę wykonaną według standardu A drugą B nazywany jest krosowym (cross) i służy do bezpośredniego łączenia dwóch hostów lub dwóch hubów switchy bez wykorzystania up-link (w zasadzie port oznaczany up-link nie robi nic więcej niż skrosowanie przewodów). Współcześnie coraz większa gama sprzętu sieciowego (switche, ...) posiada system automatycznej detekcji podłączonego typu kabla.

Wtyczki RJ-45 są wtyczkami zaciskanymi na przewodzie (bez konieczności odizolowywania żył). Gniazda RJ-45 najczęściej wykonywane są z złączem typu IDC (Insulation Displacement Connector, KRONE/LSA) służącym do podłączenia przewodu również bez konieczności odizolowywania poszczególnych żył. Gniazda spotykane są najczęściej jako pojedyncze lub podwójne gniazda końcowe oraz panele krosowe zawierające zazwyczaj 16 lub 24 lub 32 itd gniazd. Obie te czynności zazwyczaj wykonuje się specjalistycznymi narzędziami przeznaczonymi do tego celu, ale często też można spotkać się z improwizacją ... .

Wśród skrętki 5 kategorii wyróżnia się: skrętkę nieekranowaną (UTP - Unshielded Twisted Pair, 4 pary przewodów w wspólnej izolacji z tworzywa bez żadnego ekranowania), skrętkę foliowaną (FTP - Foiled Twisted Pair) - wszystkie żyły pokryte wspólną folią skrętkę ekranowaną (STP - Shielded Twisted Pair) - wszystkie żyły pokryte wspólnym oplotem, spotkać można także: FFTP - każda para przewodów jest osobno ekranowana folią, podobnie cały kabel; SFTP - każda para przewodów jest osobno ekranowana folią, cały kabel pokryty jest oplotem. Niekiedy (przy instalacjach telefonicznych, domofonowych itp.) stosuje się skrętki niższej kategorii (najczęściej trzeciej), nie jest to jednak zgodne z modelem okablowania strukturalnego.

Urządzenia sieciowe

Do najważniejszych (aktywnych - nie będących okablowaniem, gniazdami itp.) urządzeń sieciowych zalicza się switch (przełącznik) służący do łączenia segmentów sieci ze sobą. Urządzenie to w sposób "inteligentny" kieruje przekazem informacji w sieciach lokalnych - pamięta on adresy sprzętowe które znajdują się na danym porcie i tylko tam kieruje przeznaczone dla nich informacje. Dawniej funkcję taką pełnił (dzisiaj już w zasadzie nie spotykany) mostek (bridge) będący w zasadzie switchem o dwóch gniazdach, natomiast do łączenia kabli wykorzystywany był (także już nie spotykany) hub (koncentrator) który zapewniał że sygnał nadawany przez dowolny z hostów do niego podłączonych był odbierany przez wszystkie inne (poza nim samym) oraz wzmacniał sygnał. Kolejnymi istotnymi urządzeniami sieciowymi jest transceiver służący do konwersji medium transmisyjnego (głównie między skrętką a światłowodem) oraz regenerator (repeater) wzmacniający sygnał i umożliwiający przekroczenie ograniczenia 100m. Jest jeszcze parę typów urządzeń jednak są one dość rzadko spotykane i mało istotne. Zagadnienie routera - urządzenia łączącego sieci lokalne na bazie protokołu wyższej warstwy, działającego w zasadzie podobnie do switcha, omówione jest w artykule poświęconym IP.

Na koniec dodam tylko że najprostszy hub to w zasadzie drabinka oporników zapewniająca że po pełnym obiegu mamy oporność nieskończonej linii (100omów) - Schemat prostego mini Huba do ethernetu 10Mbit Halfduplex, warto zauważyć że można obyć się także bez żadnego huba ... tylko z wykorzystaniem zwykłego trójnika (tutaj komputery wpięte w gniazdka trójnika się nie widzą - widzą tylko ten po drugiej stronie, a w komunikacji dużą rolę odgrywa protokół CSMA/CD) - Rozdzielic LANa

Pakiety i transmisja

adresy sprzętowe, format ramki i ARP

Jedną z rzeczy która charakteryzuje wszystkie sieci typu Ethernet jest wspólny format ramki (opakowania w które wkładana jest przesyłana porcja informacji, np. datagram UDP) i adresacji, umożliwia to dość łatwe łączenie takich sieci bez korzystania z protokołów wyższej warstwy - takich jak IP. Każde urządzenie które jest nadawcą bądź odbiorcą informacji w sieci Ethernet posiada unikalny 48 bitowy adres MAC (zwany często adresem sprzętowym). Składa się on z dwóch głównych części - w pierwszej zapisany jest numer producenta przydzielany przez IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), a w drugiej unikalny numer karty.

Numery MAC identyfikują jednoznacznie hosty w sieci lokalnej, jednak gdy chcemy korzystać z protokołu IP konieczny jest sposób konwersji numerów MAC i numerów IP, zajmuje się tym protokół ARP (zamieniający IP na adresy sprzętowe) i symetryczny do niego RARP. ARP wykorzystuje ethernetowski adres rozgłoszeniowy do wysłania zapytania o adres sprzętowy hosta o danym numerze IP, informacje te przechowywane są przez określony czas w tablicy przepisań ARP.

Dostęp do medium transmisyjnego

Jako że nie ma określonych zasad kto kiedy może nadawać konieczne było stworzenie protokołu umożliwiające wykrywanie zajętości medium transmisyjnego oraz wykrywaniem kolizji (bo na raz może nadawać tylko jeden host w danej domenie kolizji). W sieciach Ethernet zajmuje się tym CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - wielodostęp z rozpoznawaniem stanu kanału oraz wykrywaniem kolizji). Przed rozpoczęciem nadawania stacja musi sprawdzić czy medium jest wolne, jeżeli tak może zacząć nadawać, jeżeli dwie stacje zaczną nadawać równocześnie zostaje to wykryte, obie przerywają nadawanie i wznawiają po losowym czasie.

Standard sieci

Najpopularniejszą technologią realizacji sprzętowej sieci lokalnych (LAN - Local Area Network) jest Ethernet, aktualnie sieci wykonuje się przeważnie w standardzie 100Base-TX (oznaczenie to rozszyfrowuje się następująco: Base - transmisja w paśmie podstawowym (Baseband Network), T - skrętka (Twisted Pair), X - transmisja po jednej parze w każdą stronę) pozwalającym na transfer 100Mb/s i opartym o topologię "gwiazdy" (star) - kable sieciowe połączone są w jednym wspólnym punkcie, w którym znajduje się koncentrator (hub) lub przełącznik (switch) lub "hierarchicznej gwiazdy" (drzewiastej, tree) - struktura podobna do topologii gwiazdy z tą różnicą, że są tu możliwe gałęzie z wieloma węzłami.

Należy zwrócić także uwagę na zyskujący coraz większą popularność tzw. Gigabit-Ethernet umożliwiający transfer rzędu 1Gb/s i w zależności od wariantu korzystający wyłącznie z kabli miedzianych (w zasadzie powinny być 6 lub 7 kategorii, ale często stosuje się kategorię 5e) bądź także światłowodów.

W omawianym standardzie sieci (100Base-TX) długość kabla pomiędzy dwoma urządzeniami nie powinna przekraczać 100 m, do transmisji wykorzystywane są dwie pary przewodów (nadawcza i odbiorcza) skrętki (kategorii 5 lub 5e (enhanced)), pozostałe przewody można wykorzystać do innych celów jednak nie jest to zalecane. Wykorzystywanie skręconych par przewodów (jeden skręt na 6-10 cm kabla) ma na celu eliminację zakłóceń transmisji - (w uproszczeniu) zakłócenia wchodzą tak samo na oba przewody i różnica miedzy nimi nie zmienia się.

WLAN

WLAN czyli bezprzewodowa sieć lokalna (popularnie określana też mianem WiFi, co jest trochę szerszym pojęciem), jest jednym z rodziny standardów około ethernetowych. Korzysta z takiej samej adresacji fizycznej i formatu ramki, jednak w stosunku co do sieci bezprzewodowych musi rozwiązywać dodatkowe problemy związane z ograniczeniem dostępu tylko dla uprawnionych hostów (technologie typu WEP, WPA), geograficznym przenikaniem się kilku sieci oraz częstotliwościami na których operuje.

Nowością w stosunku co do kablowego Ethernetu są tryby działania, związane z traktowaniem odebranego sygnału oraz podejściem do autoryzacji. Wyróżnić możemy:

tryb AP - urządzenie rozsyła sygnał do klientów którzy mogą nawiązać z nim połączenie (w tym dokonać autoryzacji u niego)
tryb klienta - urządzenie loguje się (autoryzuje się u niego) do urządzenia rozsyłającego sygnał WiFi (Access Point) i odbiera go na swoje potrzeby (standardowa karta wifi w komputerze) bądź na potrzeby rozesłania go kablem (AP client)
tryb point to point - sygnał jest przesyłany bezprzewodowym tunelem pomiędzy dwoma urządzeniami, urządzenia w tym trybie nie udostępniają "normalnej sieci bezprzewodowej"
tryb point to multipoint - podobnie jak w "point to point" tylko urządzenie wyższe w hierarchii rozsyła sygnał do kilku urządzeń działających w trybie point to point
wireless ethernet bridge - w trybie tym połączenia punkt-punkt tworzone są w trybie bezpośrednim (AdHoc), do sieci działającej w takim trybie mogą przyłączać się kolejne urządzenia (także klienci) działające w trybie AdHoc.

Linki

Zobacz w Sieci: Sieci lokalne, Linux - podręcznik administratora sieci, Rozbudowa sieci... czyli mosty bezprzewodowe.