Ethernet с общей шиной

Передача информации в данной сети происходит следующим образом. Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети. Однако информацию принимает только тот компьютер, адрес которого соответствует адресу получателя. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу данных.

Преимущества топологии общая шина:

1. Вся информация находится в сети и доступна каждому компьютеру.
2. Рабочие станции можно подключать независимо друг от друга. Т.е. при подключении нового абонента нет необходимости останавливать передачу информации в сети.
3. Построение сетей на основе топологии общая шина обходится дешевле, так как отсутствуют затраты на прокладку дополнительных линий при подключении нового клиента.
4. Сеть обладает высокой надежностью, т.к. работоспособность сети не зависит от работоспособности отдельных компьютеров.

К недостаткам топологии типа общая шина относятся:

1. Низкая скорость передачи данных, т.к. вся информация циркулирует по одному каналу (шине).
2. Быстродействие сети зависит от числа подключенных компьютеров. Чем больше компьютеров подключено к сети, тем медленнее идет передача информации от одного компьютера к другому.
3. Для сетей, построенных на основе данной топологии, характерна низкая безопасность, так как информация на каждом компьютере может быть доступна с любого другого компьютера.

Самым распространенным типом сети с топологией общая шина является сеть стандарта Ethernet со скоростью передачи информации 10 — 100 Мбит/сек.

Видео:Ethernet на пальцахСкачать

Ethernet с общей шиной

Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. Отправляемое какой-либо рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет кому адресовано сообщение, — если сообщение адресовано ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» «МАРКЕР» остальным компьютерам такой сети.

Шина самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, — последовательно — потому что линия связи единственная. В противном случае пакеты передаваемой информации будут искажаться в результате взаимного наложения (т. е. произойдет конфликт, коллизия). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно (т. е. последовательно а не параллельно)).

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает надежность «шины». (При отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в «шину» достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании «шины» нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходят два кабеля, что не всегда удобно.

«Шине» не страшны отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети продолжат нормально обмениваться информацией. Но так как используется только один общий кабель, — в случае его обрыва нарушается работа всей сети. Тем не менее может показаться, что «шине» обрыв кабеля не страшен, поскольку в этом случае остаются две полностью работоспособные «шины». Однако из-за особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств — Терминаторов.

Без включения терминаторов в «шину» сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Таким образом при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались физически соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля «шины» выводит из строя всю сеть. Хотя в целом надежность «шины» все же сравнительно высока, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом, поиск, тем не менее, неисправности в «шине» затруднен. В частности: любой отказ сетевого оборудования в «шине» очень трудно локализовать, потому что все сетевые адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто.

При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину линии связи между узлами, — в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются различными устройствами — повторителями, концентраторами или хабами. Например, технология Ethernet позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров.

Достоинства

• Небольшое время установки сети;
• Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств);
• Простота настройки;
• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети.

Недостатки

• Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля или выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
• Затрудненность выявления неисправностей;
• С добавлением новых рабочих станций падает общая производительность сети.

Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство (например, рабочая станция или сервер) независимо подключается к общему кабелю-шине с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.

Преимущества и недостатки шинной топологии

Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями стоимость ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько точек концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.

Видео:Технология Ethernet | Курс "Компьютерные сети"Скачать

Курс по основам компьютерных сетей на базе оборудования Cisco. Этот курс поможет вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA, так как за его основу взят курс Cisco ICND1.

Видео:Виды топологий локальных сетей | Звезда, кольцо, шинаСкачать

1.18 Коаксиальный Ethernet кабель, сеть с топологией общая шина или зачем нужны хабы и сетевые концентраторы

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей, напомню, что эти записи основаны на программе Cisco ICND1 и помогут вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA. В данной теме мы разберемся с назначением хабов и сетевых концентраторов, а также обсудим особенности компьютерной сети с топологией общая шина и поговорим о правиле четырех хабов. Сразу же в самом начале стоит сказать, что сеть, построенная на хабах обладает практически всеми особенностями сети передачи данных с топологией общая шина.

На данный момент с практической точки зрения данная запись не имеет большой актуальности, так как хабы и коаксиальный Ethernet кабель вы скорее всего уже не встретите, поэтому, чтобы не тратить время в пустую мы будем не просто рассматривать недостатки хабов и общей шины, но и смотреть на преимущества, которые нам дают коммутаторы.

Перед началом я хотел бы вам напомнить, что ознакомиться с опубликованными материалами первой части нашего курса можно по ссылке: «Основы взаимодействия в компьютерных сетях».

1.18.1 Введение

В прошлой теме мы немного попрактиковались и разобрались с вопросом: как объединить три и более компьютера в сеть, делали мы это при помощи коммутаторов, сразу отмечу, что на данный момент для вышеописанной задачи стоит выбирать именно коммутаторы и не стоит прибегать к использованию хабов, повторителей и коаксиального Ethernet кабеля, который использовался ранее в схемах соединения с общей шиной, так как это всё увеличит вам количество проблем, которые придется решать и которые будут влиять на качество работы вашей сети.

Читайте также: Шины для фольксваген поло седан r15 размер

Вернее, все вышеописанные ухищрения по сути добавят вам одну единственную, но очень серьезную проблему, которую довольно неприятно решать, эта проблема называется коллизией. Коллизия – это наложение или столкновение двух пакетов, участок сети, на котором может возникнуть такая проблема называется доменом коллизий.

1.18.2 Зачем нужны хабы, повторители и сетевые концентраторы

Для начала давайте коротко поговорим о том, зачем же все-таки нужны или были нужны хабы, повторители и сетевые концентраторы. Ответ довольно прост: все эти устройства используются/использовались для объединения компьютеров в сеть. Но если хабы и сетевые концентраторы, скорее всего, на данный момент вы не встретите в Ethernet сетях, то повторители встретить можно, главным образом на междугородних оптических линиях.

Итак, давайте для начала буквально на пальцах разберемся с вопросом: в чем разница между коммутатором и хабом, а затем поговорим немного о частностях, которые касаются хабов и концентраторов, не сильно вдаваясь в детали, так как это уже не мейнстрим. Для сравнения будем использовать Cisco Packet Tracer, в котором реализуем две простые схемы, но в одной схеме будет использован хаб, а в другой коммутатор, обе схемы показаны на Рисунке 1.18.1. Если вы самостоятельно будете собирать схему в Cisco Packet Tracer, то обратите внимание на то, что порты хаба сразу загораются зеленым, то есть через них сразу могут идти данные, а коммутатору нужно немного подумать, прежде чем разрешить начать передачу данных.

Рисунок 1.18.1 Слева показана схема с хабом, справа – с коммутатором

Давайте перейдем в режим симуляции и попробуем запусить пинг с ноутбука до компьютера 192.168.1.2, в обеих схемах это крайний левый ПК. Начало везде одинаковое: оба ноутбука сформировали IP-пакет с ICMP вложением и пытаются отправить этот пакет на устройство с адресом 192.168.1.1, это показано на Рисунке 1.18.2.

Рисунок 1.18.2 Оба ноутбука сформировали IP-пакет с ICMP вложением

Следующим шагом наш пакет приходит в первом случае на порт хаба, который смотрит в сторону отправителя, а во втором случае на порт коммутатора, который смотрит в сторону отправителя, это показано на рисунке 1.18.3.

Рисунок 1.18.3 В обоих случаях пакет приходит на входящий порт устройств

Пока у нас нет никакой разницы, хотя на самом деле разница уже есть, но она сокрыта внутри устройств, и мы ее не увидим, дело в том, что коммутатор – устройство второго или канального уровня модели OSI, оно уже обладает определенной программной логикой, у его портов есть входные и выходные буферы, в которых своей участи ожидают Ethernet кадры, а поскольку коммутатор умеет работать с кадрами, то в его логику заложен принцип инкапсуляции данных. А вот хаб – это глупое устройство, которое относится к первому уровню модели OSI, то есть к физическому уровню и Рисунок 1.18.4 это хорошо демонстрирует.

Рисунок 1.18.4 Принципиальная разница между хабом и коммутатором

Сперва обратите внимание на схему с хабом: он получил от ноутбука Ethernet кадр, внутри которого находится IP-пакета, а вложением в этот пакет является ICMP запрос (вспоминаем о декомпозиции задачи сетевого взаимодействия, к сожалению, сетевой концентратор с таким понятием не знаком), а затем разослал этот кадр в три других активных порта. При этом компьютеры с IP-адресами 192.168.1.3 и 192.168.1.4, распаковав кадр и проанализировав IP-пакет поняли, что этот пакет им не предназначен (это показано красным крестиком) и просто проигнорируют его, а вот компьютер с адресом 192.168.1.2 понял, что данные предназначены для него, поэтому он ответит (дело в том, что заголовок IP-пакет содержит поле с IP-адресом получателя, именно это поле позволяет понять компьютеру: ему или кому-то другому предназначен тот или иной пакет, в нашем случае два компьютера, для которых пакет не предназначен, просто отбрасывают его).

А теперь обратите внимание на схему с коммутатором: здесь Ethernet кадр со всеми вложениями был отправлен конкретному устройству с IP-адресом 192.168.1.2, другие устройства этот кадр не получили. Все дело в том, что наши сетевые устройства помимо IP-адреса, имею MAC-адреса (протокол, который позволяет узнать по имеющемуся IP-адресу MAC-адрес, называется ARP), а коммутатор, помимо буферов на порт,у имеет специальную табличку, в которую записывает: за каким портом какой мак-адрес находится. Позже мы узнаем, как правильно называется эта таблица и каким образом коммутатор ее заполняет, сейчас лишь отметим, что у этой таблички ограниченный объем и есть несколько атак, которые позволяют забить эту таблицу до отказа, тем самым вызвав отказ в обслуживании. Обратите внимание на Рисунок 1.18.5.

Рисунок 1.18.5 Таблица мак-адресов коммутатора на схеме

Естественно, коммутатор ничего не знает ни о каких схемах и топологиях, ему невдомек что вы там у себя задумали, нарисовали и запланировали, коммутатор – это относительно простой компьютер, который решает определенные задачи, в нашем случае, это объединение четырех компьютеров в сеть. На Рисунке 1.18.5 показано как примерно он это делает, у коммутатора есть порты, к которым подключаются устройства, у этих устройств есть мак-адреса, коммутатор каким-то образом узнает эти мак-адреса и ведет учет в виде специальной таблицы: записывая, за каким портом какой мак-адрес находится, рисунок это демонстрирует. Отмечу, что в любой момент мак-адрес за портом может измениться по разным причинам, поэтому эта табличка периодически очищается и при необходимости заполняется вновь. Но вернемся к нашей схеме, мы помним, что, как в схеме с хабом, так и в схеме с коммутатором, компьютеры с адресом 192.168.1.2 должны ответить на ICMP запросы, посланные ноутбуком, я не буду показывать процесс передачи кадра от узла с адресом 192.168.1.2, а сразу покажу, что сделают хаб и коммутатор с ответом этого узла, посмотрите на Рисунок 1.18.6.

Рисунок 1.18.6 Хаб снова рассылает кадры во все порты, кроме того, откуда этот кадр пришел

Обратите внимание: коммутатор действует конкретно, он отсылает кадр с вложенным ICMP-ответом именно тому устройству, которое делало запрос, а вот хаб, можно сказать обычный повторитель, отправляет кадры во все порты, кроме того порта, в который этот кадр пришел, то есть компьютеры с адресами 192.168.1.3 и 192.168.1.4 снова вынуждены работать вхолостую, а их канал опять загружен бесполезной информацией.

Таким образом мы имеем полное право называть сетевой концентратор обычным повторителем, он просто копирует приходящие на один порт данные и рассылает их во все порты, и тут у нас появляется два очевидных минуса:

1. Первый минус заключается в том, что это не безопасно, приходящие на хаб данные получают все устройства, подключенные к нему, в том числе и те, кому эти данные не предназначены.
2. Второй минус заключается в том, что хаб создает дополнительную загрузку каналов связи, наша простенькая сеть без трафика это продемонстрировала, но она не демонстрирует весь масштаб бедствия, нам даже не стоит говорить про служебный трафик, который используется в канальной среде для поддержания взаимодействия между устройствами, достаточно представить такую картину: одним портом хаб включен в роутер, который подключен к сети Интернет, а еще три порта хаба используются для подключения трех клиентов, каждый порт имеет пропускную способность 100 Мбит/c и тут один из клиентов решает включить торрент и загружает свой канал на максимум, а теперь вспомните как работает хаб.

А теперь не очевидный минус – коллизии, сразу отмечу, что нормальная компьютерная Ethernet сеть, можно сказать, лишена этого недостатка, а вот компьютерная сеть, в которой есть хабы слеш сетевые концентраторы, даже с учетом того, что Ethernet имеет механизм по разруливанию этих коллизий имеет этот недостаток, чуть ниже мы это обсудим.

Самая важная вещь, которую вам нужно усвоить – не используйте хабы, даже если вам будут угрожать, если вам предлагают обслуживать сеть, в которой есть хабы, то это повод задуматься: а стоит ли вообще связываться с таким работодателем, и это всё без капли иронии.

Читайте также: Штатный размер шин киа спектра

Давайте подведем итог тому, что может называться хабом, повторителем (мы сейчас не имеем в виду те повторители, которые используются для усиления сигнала) или сетевым концентратором (что касается его технической части). Это устройство работает на физическом уровне модели OSI 7, оно просто дублирует входную последовательность бит во все порты, кроме того, откуда эта последовательность пришла, поэтому хаб ничего не знает ни про какие мак-адреса и уж тем более не в курсе про IP.

Тут же нам стоит отметить, что продемонстрированная схема с коммутатором имеют топологию, которая называется звезда (здесь есть одно центральное устройство, в данном случае это коммутатор, и есть несколько других устройств, которые логически и физически завязаны на центральное устройство), а вот схема, в которой мы использовали концентратор имеет топологию общая шина, все дело в том, что вместо хаба мы могли бы использовать какой-нибудь провод, к которому подключили бы все устройства и с логической точки зрения ничего бы не изменилось.

Устройства, включенные через хаб или несколько хабов, между собой образуют домен коллизий, так как на любом участке такой сети может возникнуть коллизия, в случае же со схемой, в которой используется коммутатор, домен коллизии ограничивается портом коммутатора, коллизия может произойти только между коммутатором и конкретным устройством и то только в такой ситуации, которая привела к рассинхронизации режимы работы портов коммутатора и удаленного устройства, обычно это глюк порта коммутатора или же глюк клиентского устройства.

С точки зрения сетевого администратора у хаба есть три важных характеристики: количество портов, пропускная способность этих портов и физический тип подключения, здесь можно выделить витую пару, коаксиальный кабель и оптические линии. В общем, на этом мы можем закончить разговор о концентраторах и повторителях.

1.18.3 Коаксиальная сеть Ethernet и топология общая шина с ее недостатками

Сделаем еще один шаг назад в эволюции компьютерных сетей и рассмотрим коаксиальную Ethernet сеть с топологией общая шина, и тут нам стоит сразу отметить, что в такой сети есть все недостатки, которые присущи сетям с хабами, но помимо всего прочего добавляется еще один: при повреждении кабеля сеть становится неработоспособной, ну и процесс траблшутинга или поиска неисправностей заметно усложняется. Обратите внимание на Рисунок 1.18.7, на нем показана сеть, построенная по топологии общая шина.

Рисунок 1.18.7 Компьютерная сеть с топологией общая шина

Стоит немного пояснить данный рисунок:

1. Толстая синяя линия в центре – это общая шина, но по факту это коаксиальный Ethernet кабель.
2. Устройство в центре шины – это повторитель, он ставился в том случае, когда длина общей шины была слишком большой, в этом случае сеть разбивается на сегменты, в нашем случае их два (если говорить про стандарт Ethernet 10BASE-2, то длина общей шины на одном сегменте не должна превышать 185 метров).
3. Тонкие линии от шины до конечных устройств – это отводы, это тоже коаксиальный Ethernet кабель.
4. Одной важной особенностью топологии общая шина являлось то, что каждый провод в такой схеме должен быть обязательно окончен каким-либо устройством, поэтому на краях общей шины устанавливались специальные устройства, называемые терминаторами, которые поглощали сигнал, в противном случае сигнал доходил бы до края общей шины, отражался от него и возвращался в сеть, из-за чего могла возникнуть коллизия, собственно, поэтому компьютерные сети с топологией общая шина были так чувствительны к обрывы кабеля, даже если это кабель идет от шины к конечному устройству, так как важная особенность общей шины заключалась в том, что кадр, отправленный одним конкретным устройством другому, приходил на все устройства, подключенные к общей шине.

Из-за того, что кадры, отправляемые устройством на общую шину, придут на все машины сети, все устройства в такой топологии обязаны проверять: кому предназначен кадр и отбрасывать кадры, если они предназначены не им. Конечно, это не безопасно, и, конечно, это увеличивает нагрузку на сеть.

Для избегания коллизий на сети с общей шиной применяется два метода: первый заключается в том, что в сети определяется главная станция, которая раздает указания всем остальным устройствам сети о том, когда и сколько передавать, второй метод заключается в том, что устройства самостоятельно прослушивают канал и если канал занят, они ничего не делают, если канал свободен, то устройство, если хочет начать передачу данных, сперва отсылает служебный сигнал, в котором сообщает всем остальным участникам о том, что сейчас начнется передача и просит не занимать канал, конечно, тут могут возникнуть разные ситуации и они описаны в документах, связанных с технологией Ethernet, сейчас мы вдаваться в это не будем.

Также стоит заметить, что ранние компьютерные сети, построенные на технологии Ethernet работали в полудуплексном режиме (half duplex), это означает, что по одной линии устройство могло либо передавать, либо принимать информацию, но не было возможности одновременно и передавать, и принимать, для снижения вероятности возникновения коллизий в ранних Ethernet сетях (IEEE 802.3) использовался механизм CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection или множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением столкновений), эта как раз та ситуация, когда устройство само слушает канал и ищет свободные окна для передачи данных.

Пожалуй, единственным плюсом общей шины является то, что здесь используется минимальное количество соединительных линий, если сравнивать с другими топологиями компьютерных сетей. В общем-то, это, наверное, все, что следует знать про топологию сети Ethernet с общей шиной, хотя давайте еще посмотрим на физические устройства, которые образуют сеть с топологией общая шина.

На Рисунке 1.18.8 показан коаксиальный Ethernet кабель, который является основным компонентом сети с общей шиной.

Рисунок 1.18.8 Коаксиальный Ethernet кабель

Тут стоит обратить внимание на то, что коаксиальный Ethernet кабель отличается от того кабеля, который используется для предоставления услуг кабельного телевидения, и тут можно запутаться, так как в европейских и американских книгах и источниках можно найти информацию о том, что операторы кабельного телевидения предоставляют услуги доступа в Интернет по тем же коаксиальным линиям, что и телевидение, так вот, это совсем другая технология, отличная от Ethernet, ее мы рассматривать не будем.

Вернемся к нашему коаксиальному кабелю. У него есть медный сердечник, который защищен диэлектриком (белая трубка, в данном случае это полиэтилен) и медной луженной сеткой, которая называется оплетка, от всевозможных внешних помех и наводок, а черная трубка или внешняя оболочка защищает кабель от воздействия внешней среды (пыль, влага, температура, химия), в данном случае это поливинилхлорид. По-умному такой кабель называется RG-58, волновое сопротивление такого кабеля порядка 50 Ом, сейчас его используют в основном в системах видео наблюдения, российский аналог такого кабеля – РК-50.

Остальные пассивные элементы Ethernet сети с топологией общая шина показаны на Рисунке 1.18.9 (про условные обозначения стандартных физических компонентов компьютерной сети можно почитать здесь), каждый элемент снабжен подписью, но давайте дадим еще небольшие пояснения, чтобы закрыть все вопросы окончательно. Я называю элементы пассивными, потому что они не генерируют трафик и никак его не изменяют, они просто выполняют определенные физические задачи.

Рисунок 1.18.9 Пассивные элементы компьютерной сети с топологией общая шина

Итак, первое что стоит заметить – в любой локальной сети, построенной по топологии общая шина имеется ровно два терминатора на концах этой общей шины, один из терминаторов обязательно должен быть заземлен. Для подключения абонентских устройств используется специальный разъем или коннектор, который называется BNC. На Рисунке 1.18.10 показана сетевая карта с портом для подключения Ethernet кабеля.

Рисунок 1.18.10 Сетевая карта компьютера с BNC разъемом для коаксиального Ethernet кабеля

Обратите внимание на то, что к сетевой карте подключен T-коннектор (тройной переходник), таким образом можно последовательно включать несколько устройств друг за другом, если компьютерная сеть состоит ровно из двух участников, то один разъем Т-коннектора включает сетевую карту, в другой разъем включается кабель, а в третий разъем подключается терминатор, который представляет собой балластный резистор сопротивлением 50 Ом.

Читайте также: Омологация шин пирелли что это

Если по каким-либо причинам вам не хватило длины кабеля, то для его наращивания используется l-коннектор. Обратите внимание: сейчас мы говорили про сеть Ethernet на тонком коаксиальном кабеле, который используется для объединения компьютеров в локальную сеть, есть еще и толстый Ethernet кабель, который использовался для объединения локальных сетей, об этом вы можете почитать, воспользовавшись Яндексом или Гуглом. На этом мы завершим разговор, который касался непосредственно коаксиального Ethernet кабеля и топологии сети с общей шиной.

1.18.4 Правило четырех хабов и домен коллизий

В этой теме нам осталось поговорить о правиле четырех хабов и разобраться с вопросом: что представляет собой домен коллизий. Начнем мы с правила четырех хабов, так будет проще понять, где образуется у нас домен коллизий и почему он образуется. Вернемся к алгоритму CSMA/CD, сейчас нам важно знать, что этот алгоритм основан на том, что все устройства сети с общей шиной слушают канал и, если он не занят, они отправляют специальную последовательность, которая сообщает всем участникам сети: сейчас начнется передача, не занимайте пожалуйста канал.

И тут нам не стоит забывать, что биты по проводу передаются не мгновенно, это означает, что кадр из точки А в точку Б будет передаваться за определенный промежуток времени и чем больше этот кадр, тем дольше он будет передаваться, собственно, правило четырех хабов гласит о том, что в одном широковещательном домене (в одной подсети), должно быть не более четырех хабов, иначе механизм CSMA/CD может не сработать и произойдет коллизия, например, у вас есть сеть, в которой шесть хабов, к каждому хабу подключено по два ПК, эта сеть показана на Рисунке 1.18.11.

Рисунок 1.18.11 Схема Ethernet сети с шестью хабами

И допустим, что компьютер 192.168.1.2 хочет начать обмениваться данными с компьютером 192.168.1.11 и отправляет в сеть специальную последовательность, а в это время компьютер 192.168.1.12 тоже начинает свою передачу данных, так как последовательность от компьютера 192.168.1.2 не успела дойти до 192.168.1.12, так как он был очень далеко, естественно происходит коллизия. Если машины начали передачу одновременно, то с наибольшей вероятностью коллизия происходит на участке между третьим и четвертым хабом, режим симуляции Cisco Packet Tracer это подтверждает, посмотрите на Рисунок 1.18.12.

Рисунок 1.18.12 Участок компьютерной сети, на котором происходит коллизия

Обратите внимание: хабы глупые устройства, они не умеют проверять целостность кадров, они их просто повторяют на все свои порты, кроме того порта, из которого кадр пришел. Хотя на самом деле хабы даже не знают о существование кадров, они транслируют последовательность бит, пришедшую на один порт, во все остальные порты, таким образом передача не прерывается, а искаженные кадры продолжают свое движение по сети до конечной точки и только конечное устройство сможет понять, что произошла коллизия и только тогда вступит в действие механизм CSMA/CD. Искаженный кадр отмечен огоньком на Рисунке 1.18.13.

Рисунок 1.18.13 Поврежденный в результате коллизии Ethernet кадр отмечен огоньком

Внутрь кадра можно заглянуть, нажав на него два раза левой кнопкой мышки, появится окно, в котором нужно выбрать вкладку OSI Model на этой вкладке можно посмотреть, что делает устройства с полученной информацией на разных уровнях модели OSI, в данном случае обработка идет только на физическом уровне модели OSI, так как информация проходит через хаб и хаб не видит, что произошла коллизия, об этом можно узнать по логу сообщений снизу, который на Рисунке 1.18.14 подсвечен синим, две других вкладки в этом окне позволяют увидеть структуру кадров и пакетов, нам это пока не нужно.

Рисунок 1.18.14 Хаб не смог определить, что Ethernet-кадр поврежден коллизией

Давайте посмотрим, что будет на этапе, когда отправленные кадры дойдут до получателей. Наша сеть будет выглядеть так, как показано на Рисунке 1.18.5.

Рисунок 1.18.15 Искаженный коллизией Ethernet-кадр дошел до конечного узла

А теперь посмотрим, что у нас внутри кадра и что как его обработал компьютер. Для этого нажмем на одном из кадров два раза левой кнопкой мыши, показано на Рисунке 1.18.16.

Рисунок 1.18.16 Искаженный коллизией кадр внутри конечного узла

Здесь мы видим, что конечный узел получил битовую последовательность, а при попытке собрать из битовой последовательности кадр, он обнаружил, что тот искажен коллизией и просто отбросил его, об этом нам говорит вторая запись, подсвеченная синим цветом. Далее компьютер запустит механизм CSMA/CD и тем самым узлы начнут договариваться о времени передачи данных. Мы сейчас не вдаемся в механизм CSMA/CD и не пытаемся понять, как узел определяет, что кадр битый, нам сейчас важно понять следующее: чем больше хабов в нашей компьютерной сети, тем больше вероятность возникновения коллизий, а раз так, то и больше время передачи данных, ведь узлам будет сложнее договориться о последовательности и времени передачи данных. Таким образом, пропускная способность компьютерной сети с хабами заметно снижается, как впрочем и другие важные характеристики компьютерной сети (пожалуй, за исключением стоимости).

Обратите внимание: правило четырех хабов не гарантирует, что коллизий в сети, в которой установлено не больше четырех хабов не будет, это правило гарантирует, что число коллизий в сети, в которой количество хабов больше четырех, сильно возрастет. Теперь перейдем к домену коллизий, сразу заметим, что в нашей схеме, с которой мы только что работали домен коллизий – это вся наша сеть, то есть вся наша сеть – это один большой домен коллизий, то есть участок, на котором может произойти наложение пакетов и кадров.

Если быть более формальным, то домен коллизий — это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно, каждый узел которой может создать коллизию с любым другим узлом этой части сети. Другими словами: домен коллизий – это участок сети, на котором в один момент времени может передавать только одно устройство, все остальные должны слушать и принимать, в противном случае произойдет наложение пакетов. Тут сразу можно сделать вывод: чем больше узлов на таком участке сети, тем выше вероятность возникновения коллизий, а еще в сетях half duplex невозможно реализовать сетевое взаимодействие типа H2H, так как оно подразумевает, что обе стороны могут одновременно и передавать и получать данные.

В современных компьютерных сетях с коммутаторами, порты которых работают в полнодуплексном режим (full duplex, этот режим означает, что устройства могут одновременно принимать и отправлять данные), доменов коллизий нет, за исключением ситуации, когда происходит рассинхронизация портов, например, порт коммутатора работает в режиме full duplex, а порт клиентского устройства по каким-то причинам перешел в режим half duplex, тогда домен коллизии ограничен портом коммутатора, также, если коммутатор и клиентское оборудование согласовали режим half duplex, домен коллизий ограничен портом коммутатора, но вероятность того, что коллизия возникнет очень мала, так как порт коммутатора имеет входные и выходные буферы, где кадры могут накапливаться и ждать своей очереди на отправку, впрочем, как и порт клиентского оборудования.

1.18.5 Выводы

Итак, мы осуществили небольшой исторический экскурс, во время которого мы обозначили некоторые темы, с которыми будем разбираться в части посвященной технологии Ethernet, но самое главное мы должны были сделать два вывода:

1. В современных компьютерных сетях не стоит использовать хабы, повторители и сетевые концентраторы, так как благодаря этим устройствам физического уровня появляются домены коллизий, ошибки с которыми очень неприятно работать.
2. В современных компьютерных сетях не стоит использовать коаксиальный Ethernet кабель, так как такие сети имеют все недостатки, которые есть у хабов, плюс добавляют несколько своих технических минусов.

Используя коммутаторы и витую пару вы можете забыть о доменах коллизий, правиле четырех хабов и всех тех неурядицах, которые были связаны с этими устройствами.

🎬 Видео

Коммутаторы Ethernet | Курс "Компьютерные сети"Скачать

Цифровые интерфейсы и протоколыСкачать

Технологии EthernetСкачать

Работа с протоколом Ethernet: Общие сведения о сетяхСкачать

wb075 Технология EthernetСкачать

Особенности топологии сети EthernetСкачать

что такое Ethernet?Скачать

Работа с протоколом Ethernet: Стандарты Ethernet (часть II)Скачать

Ethernet. Метод CSMA/CD | Курс "Компьютерные сети"Скачать

Технология Ethernet [Введение] | Алексей НиколаевСкачать

Общая шинаСкачать

В чем отличие: хаб (концентратор), свич (комутатор), роутер (маршрутизатор)Скачать

Ethernet. Коммутаторы, маршрутизаторы и IPСкачать

Вебинар: Преобразователи интерфейсов RS485/RS232 ИСО "Орион" в Ethernet и ВОЛССкачать

Работа с протоколом Ethernet: КоммутацияСкачать

Сетевые технологии с Дмитрием Бачило: EthernetСкачать

Тема 6. Ethernet. Как работает и зачем знать сетевику.Скачать