6.36: Ethernet

Last updated
Save as PDF

Page ID: 33030

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Ethernet - це мережа, що підтримує передачу пакетів інформації між комп'ютерами.

Малюнок 6.36.1 Архітектура Ethernet складається з одного коаксіального кабелю, закінченого з обох кінців резистором, що має значення, рівне характеристичному опору кабелю. Комп'ютери приєднуються до Ethernet через інтерфейс, відомий як **приймач**, оскільки він посилає, а також приймає бітові потоки, представлені як аналогові напруги.

Ethernet використовує в якості свого середовища зв'язку одну довжину коаксіального кабелю (рис. 6.36.1). Цей кабель служить «ефіром», по якому проходять всі цифрові дані. Електрично комп'ютери взаємодіють з коаксіальним кабелем через пристрій, відомий як приймач. Цей пристрій здатний контролювати напругу, що з'являється між провідником жили і щитком, а також подавати на нього напругу. Концептуально він складається з двох операційних підсилювачів, один подає напругу, відповідну бітовому потоку (передаючи дані), а інший служить підсилювачем сигналів напруги Ethernet (отримання даних). Сигнал, встановлений для Ethernet, нагадує той, що показаний в BPSK Signal Sets, причому один сигнал негативний інший. Комп'ютери приєднуються паралельно, в результаті чого модель схеми для Ethernet показана на малюнку 6.36.1.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

З точки зору передавального операційного підсилювача приймача, яке навантаження він бачить і яка функція передачі між цією вихідною напругою та приймальною схемою деяких інших приймачів? Чому вихідний резистор R _out повинен бути великим?

Рішення

Передавальний операційний підсилювач бачить навантаження або

\[R_{out}+Z_{0}\parallel \frac{R_{out}}{N} \nonumber \]

де N - кількість приймачів, відмінних від цього, прикріплених до коаксіального кабелю. _{Функція передачі до схеми приймача деякого іншого приймача приймача R розділена на це навантаження.}

Малюнок 6.36.2 Верхня схема виражає спрощену модель схеми для приймача. Вихідний опір **R _out** повинен бути набагато більшим, ніж **Z ₀**, так що сума різних напруг передавача додати для створення напруги провідника Ethernet до щита, яка служить прийнятим сигналом **r (t)**f для *всіх приймачів. При цьому застосовується еквівалентна схема, показана в нижній схемі.*

Жоден комп'ютер не має більше повноважень, ніж будь-який інший, щоб контролювати, коли і як надсилаються повідомлення. Без планування повноважень, ви можете замислитися, як один комп'ютер посилає іншому без (великих) перешкод, які інші комп'ютери будуть виробляти, якщо вони передаються в той же час. Нововведення Ethernet полягає в тому, що комп'ютери планують себе методом випадкового доступу. Цей метод спирається на те, що всі пакети, що передаються по коаксіальному кабелю, можуть бути прийняті всіма приймачами, незалежно від того, який комп'ютер насправді може бути передбачуваним одержувачем. У термінології зв'язку Ethernet безпосередньо підтримує мовлення. Кожен комп'ютер проходить наступні кроки, щоб відправити пакет.

Комп'ютер відчуває напругу на кабелі, щоб визначити, чи передає якийсь інший комп'ютер.
Якщо передає інший комп'ютер, дочекайтеся закінчення передачі і поверніться до першого кроку. Якщо кабель не має передач, починайте передачу пакета.
Якщо частина приймача приймача визначає, що жоден інший комп'ютер також надсилає пакет, продовжуйте передавати пакет до завершення.
З іншого боку, якщо приймач відчуває перешкоди від передач іншого комп'ютера, негайно припиніть передачу, чекаючи випадкову кількість часу, щоб спробувати передачу знову (перейдіть до кроку 1), поки тільки один комп'ютер не передає, а інші відкладуть. Стан, коли два (або більше) комп'ютери передач заважають іншим, відомий як зіткнення.

Причина, по якій два комп'ютери чекають передачі, може не відчувати передачу іншого відразу виникає через кінцеву швидкість поширення сигналів напруги через коаксіальний кабель. Найдовший час будь-який комп'ютер повинен чекати, щоб визначити, якщо його передачі не стикаються з перешкодами,\[\frac{2L}{c} \nonumber \] де L - довжина коаксіального кабелю. Максимальна довжина специфікації для Ethernet становить 1 км. Припускаючи швидкість поширення 2/3 швидкості світла, цей часовий проміжок більше 10 мкс. Як проаналізовано в Задачі 22, кількість цих часових інтервалів, необхідних для вирішення зіткнення, в середньому менше двох!

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Чому коефіцієнт два входить в це рівняння? (Розглянемо найгіршу ситуацію двох передавальних комп'ютерів, розташованих на кінцях Ethernet.)

Рішення

Найгірша ситуація виникає, коли один комп'ютер починає передавати безпосередньо перед тим, як надійде пакет іншого. Передавачі повинні відчувати зіткнення, перш ніж закінчиться передача пакетів. Час, необхідний для того, щоб пакет одного комп'ютера подорожував довжиною Ethernet і для передачі іншого комп'ютера, дорівнює часу поширення в обидва кінці, а не в одну сторону.

Таким чином, незважаючи на відсутність окремих шляхів зв'язку між комп'ютерами для координації їх передач, протокол випадкового доступу Ethernet дозволяє комп'ютерам спілкуватися без лише незначного погіршення ефективності, що вимірюється часом, необхідним для вирішення зіткнень щодо часу Ethernet використовується для передачі інформації.

Тонким міркуванням в Ethernet є мінімальний розмір пакету P _min. Час, необхідний для передачі таких пакетів, дорівнює\[\frac{P_{min}}{C} \nonumber \] де C - ємність Ethernet в біт/с. Тепер Ethernet випускається двох різних типів, кожен з яких має індивідуальні характеристики, найбільш відмінною з яких є ємність: 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Якщо мінімальний час передачі такий, що початок пакета не поширював повну довжину Ethernet до закінчення передачі, можливо, два комп'ютери почнуть передачу одночасно і до моменту припинення їх передачі пакет іншого не матиме розмножується на інший. У цьому випадку комп'ютери між ними відчують зіткнення, що робить обидві передачі комп'ютера безглуздими для них, без двох передавальних комп'ютерів, знаючи, що зіткнення сталося взагалі! Щоб Ethernet досяг успіху, ми повинні мати мінімальний час передачі пакетів, що перевищують удвічі більше часу поширення напруги:

\[\frac{P_{min}}{C}> \frac{2L}{c}\; or\; P_{min}> \frac{2LC}{c} \nonumber \]

Таким чином, для Ethernet 10 Мбіт/с, що має специфікацію максимальної довжини 1 км, мінімальний розмір пакета становить 200 біт.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Ethernet 100 Мбіт/с був розроблений зовсім недавно, ніж альтернатива 10 Мбіт/с. Щоб підтримувати той самий мінімальний розмір пакету, що і попередня, повільна версія, якою має бути специфікація його довжини? Чому мінімальний розмір пакета повинен залишатися колишнім?

Рішення

Кабель повинен бути в десять коротше: він не може перевищувати 100 м Різні мінімальні розміри пакетів означають різні формати пакетів, що робить з'єднання старих і нових систем разом складніше, ніж потрібно.