... Ethernet je v počítačových sítích nejrozšířenější protokol na 1. a 2. vrstvě ISO/OSI modelu. Počítač připojený UTP kabelem k síti používá Ethernet. Mobilní telefony se připojuj...

Ethernet je v počítačových sítích nejrozšířenější protokol na 1. a 2. vrstvě ISO/OSI modelu. Počítač připojený UTP kabelem k síti používá Ethernet. Mobilní telefony se připojují k Internetu přes WiFi, což je podmnožina protokolu Ethernet.

Mobilní telefony se připojují k Internetu i přes bezdrátovou síť operátora, například 4G, 3G nebo GPRS, a to už jsou jiné protokoly.

Každé zařízení, které chce komunikovat s ostatními, potřebuje přístup k médiu, které přenáší komunikační signály.

Koaxiální kabel a sběrnicová topologie

Sběrnicová topologie

V začátcích Ethernetu se používaly koaxiální kabely, které propojovaly zařízení do sběrnicové topologie.

Nevýhodami této topologie jsou především:

  • špatná rozšiřitelnost
  • nefunkčnost sítě při porušení hlavního kabelu
  • nefunkčnost sítě při porušení napojovacích konektorů.

UTP kabel a hvězdicová topologie

Hvězdicová topologie

Vývoj Ethernetu pokračoval nahrazením koaxiálních kabelů za UTP kabely a použití hvězdicové topologie, kde nevýhoda hlavního kabelu byla vystřídána nevýhodou centrálního zařízení - síť je při poruše centrálního zařízení nefunkční. Při porušení napojovacích konektorů, které lze v hvězdicové topologii chápat jako porty centrálního zařízení, dojde však k výpadku pouze té části sítě, která je připojená přes porušený port.

V porovnání se sběrnicovou topologií lze hvězdicovou lépe rozšiřovat - při potřebě rozšíření sítě lze přidat další centrální zařízení a tím síť zvětšit. V praxi se navíc ukázalo, že pokud je centrálním prvkem zařízení a nikoli kabel, má to více výhod.

Rozdíl mezi zmíněnými topologiemi je nutné chápat z hlediska umístění zařízení a kabeláže. Z pohledu 1. vrstvy ISO/OSI modelu je ale komunikace stejná - připojené zařízení pošle signál přes sdílené médium a ten je dostupný všem zařízením, která jsou ke sdílenému médiu připojena. Sběrnicová i hvězdicová topologie tedy používá broadcast způsob komunikace, kdy jedno zařízení vysílá data a ostatní tato data přijímají.

Kolizní doména

Kolizní doménu lze definovat jako skupinu všech zařízení připojených k jednomu sdílenému médiu, na kterém dochází z pohledu 1. vrstvy ISO/OSI modelu k broadcast komunikaci. Problém nastává, když se dvě zařízení ve stejné kolizní doméně snaží najednou vysílat data. V takovém případě dochází ke kolizi a ostatní zařízení nejsou schopna data správně přijmout.

Příkladem může být vyučovací hodina dějepisu s učitelem, který nedokáže studenty zaujmout. Studenti se začnou nekontrolovaně bavit a přestože jsou mezi nimi tací, kteří mají o dějepis stále zájem, přes ostatní spolužáky nejsou schopni učitele slyšet. Jedním z řešení tohoto problému je, že student či učitel, který takovouto kolizi detekuje, začne křičet. Během křiku se všichni přestanou bavit, nastává ticho a následně lze pokus o broadcast komunikaci obnovit.

V Ethernetu se tomuto přístupu říká CSMA/CD.

Jedním z prvních aktivních prvků v Ethernetu postaveném na UTP kabelech je opakovač (anglicky repeater) a rozbočovač (anglicky hub). Opakovač má dva porty a zesiluje signál - to, co jedním portem přijde, je zesíleno a posláno na druhý. Rozbočovač má portů více, ale funkčnost je stejná. Příchozí signál je zesílen a přeposlán na všechny porty kromě příchozího. Rozbočovač lze tedy použít pro zvyšování počtu zařízení připojených ke sdílenému médiu, zároveň ale zvětšuje kolizní doménu a tím roste počet kolizí, ke kterým v síti dochází.

Pro zlepšení efektivity bylo třeba minimalizovat počet kolizí, k čemuž začaly sloužit mosty (anglicky bridge). Síťový most je opakovač, který má navíc dvě důležité funkce:

  1. Učení: Z každého rámce, který na most přijde, si uloží zdrojovou MAC adresu a příchozí port do tabulky MAC adres.
  2. Rozhodování: Po přijetí rámce hledá cílovou MAC adresu ve svojí tabulce MAC adres a následně:
    1. Pokud záznam najde, pustí rámec pouze na uložený port.
    2. Pokud záznam nenajde, chová se jako opakovač - signál zesílí a přepošle.

Síťový most se naučí MAC adresy zařízení připojených k portu mostu. Poté, díky rozhodování, umožňuje současnou komunikaci v obou částech sítě. Každá část sítě je kolizní doménou - sdíleným médiem, na kterém dochází z pohledu 1. vrstvy ISO/OSI modelu k broadcast komunikaci. Celá síť se jako sdílené médium chová jen výjimečně (když chybí záznam v tabulce MAC adres nebo probíhá komunikace mezi zařízeními oddělenými mostem). Síťový most tedy zvětšuje počet kolizních domén a tím klesá počet kolizí.

Přepínač (anglicky switch) se od mostu liší počtem portů - typické domácí přepínače mají 5 nebo 8 portů. Stejně jako síťový most, má přepínač dvě důležité funkce:

  1. Učení: Z každého rámce, který na most přijde, si uloží zdrojovou MAC adresu a příchozí port do tabulky MAC adres.
  2. Rozhodování: Po přijetí rámce hledá cílovou MAC adresu ve svojí tabulce MAC adres a následně:
    1. Pokud záznam najde, pustí rámec pouze na uložený port.
    2. Pokud záznam nenajde, chová se jako rozbočovač - signál zesílí a přepošle na všechny porty, kromě příchozího.

Rozdíl mezi přepínačem a rozbočovačem

Zásadní rozdíl mezi přepínačem a rozbočovačem je v počtu kolizních domén. Zatímco rozbočovač funguje jako sdílené médium a kolizní doménu zvětšuje (je tedy jen jedna), přepínač, díky funkcím učení a rozhodování, má na každém portu jednu kolizní doménu. V současnosti se běžně používají přepínače a full-duplex komunikace, takže kolize v síti prakticky neexistují.

Rámec je PDU (Protocol Data Unit) Ethernetu. Ethernet zapouzdří data z vyšší vrstvy (typicky IP packet) tak, že k nim přidá hlavičku obsahující zdrojovou a cílovou MAC adresu, přenášený protokol a další informace a patičku obsahující kontrolní součet FCS (Frame check sequence).

        0               1               2               3         <- oktet  0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7  <- bit oktetu +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |                                                               | +                           Preamble            +-+-+-+-+-+-+-+-+ |                                               |      SFD      | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |                                                               | +           Zdrojová            +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |            adresa             |            Cílová             | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+            adresa             + |                                                               | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |                      802.1Q (volitelné)                       | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |           Ethertype           |                               | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               + |                                                               | ~                              DATA                             ~ |                                                               | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |                              FCS                              | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |                                                               | +                          Interpacket                          + |                              gap                              | +                                                               + |                                                               | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Nejdůležitější pojmy

  • Preamble slouží k synchronizaci hodin přijímače, je to konstanta:
10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010.
  • SFD (anglicky Start of frame delimiter) uvozuje začátek rámce, je to konstanta:
10101011.
  • Zdrojová adresa je MAC adresa vysílajícího zařízení.
  • Cílová adresa je MAC adresa adresovaného zařízení.
  • 802.1Q se používá ve virtuálních lokálních sítí a pro QoS, tento parametr je v Ethernetovém rámci volitelně.
  • Ethertype - pro standard Ethernet II obsahuje identifikátor přenášeného protokolu a pro standard 802.3 velikost rámce.
  • DATA jsou data vyšší vrstvy, typicky IP packet.
  • FCS (anglicky Frame check sequence)[1] je kontrolní součet rámce, který se vypočítá jako CRC (anglicky Cyclic redundancy check).
  • Interpacket gap je minimální mezera mezi Ethernetovými rámci, nutná například pro obnovení hodin přijímače nebo detekci kolizí[2] .
  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Frame_check_sequence
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Interpacket_gap




  Go to top  

This article is issued from web site Wikibooks. The original article may be a bit shortened or modified. Some links may have been modified. The text is licensed under "Creative Commons - Attribution - Sharealike" [1] and some of the text can also be licensed under the terms of the "GNU Free Documentation License" [2]. Additional terms may apply for the media files. By using this site, you agree to our Legal pages [3] [4] [5] [6] [7]. Web links: [1] [2]