Standarde Ethernet

Standarde Ethernet

Incadrarea in model

Protocoalele pe care le folosim acum au aparut cu mult inaintea ideii de a le organiza intr-o structura, care acum stim ca se numeste Protocol Stack (stiva de protocoale, stiva de nivele). Aceasta impartire a fost facuta initial de ISO (International Organization for Standards) si numita OSI (Open System Interconnect). Si bineinteles, ca acum ne punem intrebarea de ce este nevoie de aceasta impartire.

Cateva din motive:
- modularizarea - astfel se imparte toata tematica in bucati mai mici, pe principiul divide and conquer(divide si cucereste), fiecare poate implementa ce protocoale vrea la ce nivel vrea, implementare care este transparenta pentru celelalte nivele. Astfel, intr-un exemplu real, protocoalele superioare (sa zicem HTTP la nivel 7, care foloseste TCP la nivel 4, care foloseste IP la nivel 3, care poate folosi Ethernet la nivel 2) nu au nevoie sa stie pe ce mediu de comunicatie vor trece pachetele. Este de ajuns ca nivelul 1 sa aiba implementate corespunzator protocoalele de la nivel 1 (care de fapt sunt standarde electrice, electronice, etc) si totul va functiona. Nivelul 1 va primi datele de la nivelul 2, si el va hotara daca ele se vor trimite prin fibra optica, fire de cupru UTP sau wireless, in functie de conexiunile din retelele respective). Astfel cei care au proiectat HTTP, TCP, IP sau Ethernet nu trebuie, teoretic sa stie nimic de electronica, biti, cabluri, etc. Astfel ajungem si la alt avantaj, ascunderea implmentarii (ne intereseaza doar nivelul la care lucram, nu si ce fac celelalte nivele cu datele noastre, si in plus chiar daca cineva modifica protocoalele de la un alt nivel, nu sunt afectate celelalte nivele).
- accelerarea invatarii - este mult mai simplu sa inveti cate o bucatica din intreg, pe nivele, decat sa inveti deodata toate protocoalele clasice din networking si apoi sa incerci sa intelegeti legaturile intre ele si care protocol il foloseste pe celalalt, etc.
- design mai rapid - datorita modularizarii, datorita definii clare a informatiilor de intrare si de iesire la fiecare nivel si, nu in ultimul rand, modului in care sunt ele transmise intre nivele.
- standardizarea - in momentul in care scopurile fiecarui nivel sunt bine definite, la fel ca si informatiile care sunt schimbate intre nivele, obtinem practic un set de standarde care trebuiesc folosite de toti, si care fac ca oricine sa poata adauga protocoale si imbunatatiri celor curente, totul ramanand in continuare standard si general valabil.
- asigurarea unui limbaj comun pentru descrierea proceselor, etc - daca lucrati in domeniu auziti des sintagme de genul 'cred ca este o problema layer 2 pentru ca', 'i-am pus un firewall de layer 7 pentru ca' etc. Pana si tehnicile pentru rezolvarea problemelor sunt orientate pe aceste nivele, existand proceduri pentru rezolvarea lor incepand de la nivelul 7 si terminand cu nivelul 1 sau invers.

1.1 Nivelul 1 din stiva de protocoale ISO/OSI

Acesta(este nivelul FIZIC) interactioneaza direct cu mediul de comunicatie, avand scopul de a primi datele de transmis gata formatate de nivelele superioare si de a le transforma pentru a putea fi transmise in retea (fie electric, fie prin firba optica, fie wireless, in functie de conectivitate).

La nivel fizic exista mai putin 'protocoale' asa cum le stim de la nivelele superioare, pentru ca la acest nivel totul este hardware. In schimb la acest nivel putem plasa:
- conectori, cabluri, unde electromagnetice sau laser, fibra optica, antene
- tot aici gasim Media Convertoarele (echipamente ce asigura o convertire intre fibra optica si cablul de cupru UTP)
- echipamentele de baza pe care le intalnim aici sunt HUB-urile si REPETOARELE (hub-urile fiind practic repetoare cu mai mult de 2 porturi)
- codari ale bitilor pe diferite medii de comunicatie (pentru comunicatie prin curent electric pe cupru codarile de tensiune Manchester, etc, pentru comunicatia wireless protocoalele 8011a, b, g sau n, etc) Aceste codari permit reprezentarea informatiei intr-un mod care sa permita transmisia si interpretarea ei(de exemplu, pe cupru bitii se codeaza prin variatia tensiunii pe un conductor).

Forma de existenta a informatiei la acest nivel este de biti (deci Protocol Data Unit al acestui nivel sunt Bitii). Acestia nu au nici o semnificatie pentru nivelul Fizic, acesta fiind incapabil sa deosebeasca in interiorul unui sir de biti existenta adreselor ip sau mac, de exemplu, sau dealtfel orice alta informatie. Din acest motiv HUB-urile sau REPETOARELE sunt considerate 'dumb' equipments, pentru ca nu pot analiza sau intelege ceva din datele care trec prin ele, ele nefacand decat sa preia un semnal electric si sa-l duplice pe toate porturile disponibile.

Desi, in mod teoretic, exista o separatie completa intre nivele( in sensul ca, de exemplu, protocolul TCP nu trebuie sa stie -nu-l intereseaza- modul de lucru de la nivelul Fizic sau pe ce tip de mediu de comunicatie datele vor fi transmise), in realitate, pentru optimizarea comunicatiei, merita amintit faptul ca exista parametri ai TCP-ului care se modifica in functie de mediul de comunicatie. Astfel, pe legaturi wireless, datorita pierderilor inerente acestui mediu nefiabil, algoritmul clasic de calcul al TCP pentru diversi parametri are de suferit, el nefiind proiectat pentru numar par de pachete pierdute, si astfel se 'strica' statisticile pe care TCP le calculeaza constant. Pentru a nu se intampla acest lucru, se admite modificarea anumitor parametri TCP atunci cand se folosesc retelele wireless, acesta fiind doar unul din cazurile speciale in care nu se respecta independenta nivelelor OSI.

Exista totusi standarde si protocoale pe care le putem plasa la nivelul fizic (in general nu sunt neaparat standarde de retea cat standarde electrice si electronice de comunicatie general valabile si multe aparute cu mult inaintea retelelor de calculatoare) printre care putem aminti:

• RS232 - standardul de comunicatie pe linii seriale (cel mai vechi si mai celebru: este folosit in multe cazuri, spre exemplu modemul de PC, mousii vechi seriali, porturile seriale care existau pe PC-urile mai vechi, imprimante vechi).

• T1, E1 - standarde de comunicatie prin linii seriale inchiriate (de mare distanta in general), standarde venind, in general, mai mult din lumea telecom (companii de telefonie)

• POTS - sistemul clasic de telefonie fixa (Plain Old Telephone System)

• 10BaseT - 100Base-TX - standarde de comunicatie in retele ethernet, la 10 respectiv 100 Mbps, pe cabluri cupru.

1.2 Nivelul 2 din stiva de protocoale ISO/OSI

Este foarte important prin faptul ca face legatura intre partea software a stivei ISO/OSI (nivelele 3-7) si partea harware (nivelul 1). De exemplu o interfata de retea (NIC - Network Interface Card) este pozitionata la acest nivel pentru ca are o componenta software (driverele, partea de arbitrare a accesului la mediu in retelele multiaccess ca Ethernet) si o componenta hardware (circuitul efectiv care codeaza/decodeaza semnalele, portul sau porturile de conectare, etc).
Scopul de baza al nivelului 2 este de a oferi nivelelor superioare servicii de:
- acces la mediul de comunicatie si arbitrarea acestui acces (de exemplu in retelele Token Ring mecanismele de la nivelul 2 dicteaza ordinea in care device-urile au voie sa transmita, la fel cum in retelele Ethernet, mecanismele de la nivelul 2 dicteaza cine cand are voie sa transmita si de asemenea ce se intampla daca 2 device-uri transmit in acelasi timp, etc)
- error detection (prin adaugarea unui trailer datelor, trailer ce contine un FCS pentru verificarea erorilor de transmisie)
- adresarea hardware - desi nivelul 3 prevede adresarea pachetelor folosind adrese (cum ar fi cele IP), in cadrul aceluiasi segment de retea, device-urile se bazeaza pe alte adrese, numite si adrese hardware, numite MAC-uri, de forma aa:bb:cc:dd:ee:ff (48 biti, scrisi sub forma a 12 caractere hexazecimale). MAC-urile contin in primii 3 octeti o codare a producatorului echipamentului respectiv, si in ultimii 3 octeti un numar de serie. MAC-urile, teoretic, nu se pot schimba (sau nu ar fi nevoie sa fie schimbate), si nu sunt ierarhice, ca adresele IP (nu pot fi impartite in clase, sau spatiul nu este ierarhic - ele pot fi privite ca numere aleatoare).

Este foarte important de mentionat ca nu toate protocoalele de la nivelul 2 folosesc aceasta adresare. In retelele Ethernet ea se foloseste, motiv pentru care mereu sunt precizate la acest nivel MAC-urile. Sunt protocoale (cum ar fi PPP - Point to Point Protocol) de nivel 2, pe linii seriale punct-la-punct, care nu au nevoie de adrese (pentru ca linia de comunicatie are doar 2 capete-deci este clar cand un pachet pleaca dintr-un capat, unde va ajunge- si nu este nevoie de nici o alta adresa pentru identificarea destinatiei).

Forma de existenta a datelor la acest nivel este de FRAME-uri.

Alte cuvinte cheie, echipamente sau protocoale pe care le putem adauga la acest nivel:

• trailer (in general trailerele, adica date de control adaugate la sfarsitul unui pachet de date, nu exista la alte nivele decat la nivelul 2)

• SWITCH-uri si BRIDGE-uri (Switch-urile sunt de fapt bridge-uri cu mai mult de 2 porturi - ele nu actioneaza 'orbeste' ca un hub, ci pot interpreta semnificatia datelor care le traverseza, pot identifica headerele Ethernet si pe baza informatiilor de aici, in general a MAC-urilor, iau decizii de transmisie a pachetelor, optimizand printre altele consumul de banda intr-o retea).

• 801q (protocol de realizare a VLAN-urilor), 803 (protocolul arhi-cunoscut Ethernet), Frame Relay, PPP, HDLC (toate 3 protocoale de linii seriale WAN), Token Ring, 8011 a,b,g,n (aceste standarde wireless avand si componente de nivel 1 si 2)

Nivelul Data Link este subimpartit, in general, in 2 subnivele:
1. LLC - Logical link layer (asigura legatura cu nivelul 3 si in general cu partea software aflata deasupra nivelului data link)
MAC - Media Access Control - partea de acces la mediu si arbitrare a accesului.

Datele, odata puse intr-un frame de catre nivelul 2 si dupa adaugarea informatiilor de control necesare (adrese MAC spre exemplu in cazul ethernet) sunt transmise nivelului 1 pentru transmisia efectiva.

2 Standardul 803

In anii '70, trei dintre marile companii producatoare de echipamente de calcul(Digital Equipament Corporation, Intel Corporation si Xerox Corporation) au format un consortiu , numit DIX, de la initialele firmelor, pentru a dezvolta o retea de tip LAN. Primele rezultate au aparut la inceputul anilor prin lansarea retelei Ethernet v.1.0. Cativa ani mai tarziu a aparut specificatia versiunii Ethernet v.0, specificatie a carei aspecte teoretice stau la baza definirii conceptelor aferente unei retele locale.

Bazat pe aceasta specificatie, organismul de standardizare IEEE a initiat dezvoltarea unui standard, numit IEEE 803, adoptat apoi ca standard si de ISO, prin elaborarea ISO 8803.

Standardul IEEE 803, recunoscut si ISO 8803, cuprinde ca ierarhie un protocol pentru nivelul fizic si un protocol pentru subnivelul MAC, acceptand ca protocol al subnivelului LLC superior, standardul IEEE 802 .

Standardul 803 s-a bazat initial, la nivel fizic, pe o arhitectura de tip magistrala cu cablu coaxial, si a evoluat catre topologie de stea, bazat pe cablu UTP (categorie a cablului cu perechi de fire rasucite) si fibra optica. Vitezele de transmisie prevazute de standard pentru diversele variante de medii sunt de 1Mbps, pentru varianta 1Base5, si 10Mbps, pentru versiunile 10Base5, 10Base2, 10Broad36, toate bazate pe cablu coaxial, pentru cablu cu perechi de fire rasucite UTP existand varianta 10Base T. Pentru fibra optica, standardul prevede tot viteza de 10Mbps, avand versiuni precum FOIRL, 10BaseFP, 10BaseFB, 10BaseFL.

Retelele care lucreaza la viteze peste 10Mbps sunt considerate retele de mare viteza, si sunt prezentate sub denumirea de LAN de mare viteza (HSLAN).

Nivelul fizic

 Nivelul fizic indeplineste asupra datelor in principal functia de codificare/decodificare a pachetelor (cadrelor) in flux de biti, utilizand codificarea Manchester. Protocolul la nivelul fizic se ocupa insa si de specificarea caracteristicilor electrice, mecanice, functionale, ale elementelor care opereaza aici, precum transceiverul, repetorul, cablul, conectorul.

La modul general, pentru standardul 803, nivelul fizic poseda caracteristicile urmatoare:

• viteza de transmisie de 10Mbps;
• maxim 1024 de statii legate in retea;
• medii de transmisie diverse, precum cablul coaxial subtire (thin), cablul coaxial gros (thick), cablul cu perechi de fire rasucite (twisted pair), cablul coaxial CATV, cablul optic;
• topologii diverse: magistrala, inel (vazut ca o succesiune de legaturi punct-la-punct) si stea;
• distanta maxima intre doua statii din retea de 4km.

2 Subnivelul MAC

 Functiile indeplinite de subnivelul MAC al standardului 803 sunt cele enumerate in subcapitolul precedent. Formatul cadrului de date este ilustrat in figura de mai jos:

Octeti 7 1 6 6 2 0 - 1500 0 - 46 4

Cadrul de date MAC 803 are o lungime variabila, cuprinsa intre 64 si 1518 octeti.

Primul camp al sau este campul Preambul, format din 7 octeti, pe baza caruia are loc sincronizarea statiei receptoare cu ceasul statiei transmitatoare a respectivului cadru.

Campul SFD, delimitator de inceput de cadru, de un octet, contine biti codificati Manchester non-data (fara tranzitie la mijloc de bit), pentru a nu se confunda cu octeti din campurile obisnuite de date.

Campurile de adrese ale statiei sursa (campul SA) si ale destinatiei (campul DA) au o lungime de 6 octeti.

Campul Lungime indica lungimea campului urmator de date (campul Info). De regula, campul Info contine pachetul reprezentand unitatea de date a protocolului de nivel superior. Daca lungimea acestui camp de date nu depaseste 46 de octeti, este necesara inserarea unui camp suplimentar, numit PAD, care sa contribuie prin octetii sai la asigurarea lungimii minime de 64 de octeti pentru un cadru MAC 803.

Campul FCS contine, precum cadrul Ethernet, valoarea sumei de control pe baza polinomului CRC, calculata pentru campurile de date precedente.

Nici aici nu exista un camp marcator (delimitator) al sfarsitului de cadru, rolul sau este indeplinit de pauza de transmisie, sau intervalul de timp intre doua cadre succesive si care are, prin standard stabilita, o valoare minima de 9,6ms.

 Interfata 803

Controllerul de retea sau interfata 803 are aceleasi caracteristici precum interfata Ethernet. Deosebirea ar fi ca placa de retea poate contine nu numai interfata, ci si circuitele transceiverului. In acest caz, nu mai exista in exterior cablul transceiver (numit prin standardul 803, cablu AUI ).

 Transceiver

Transceiverul, asa cum este specificat de standardul 803, are aceleasi functii precum cele descrise pentru transceiverul Ethernet v.0. Ele sunt insa, incompatibile, datorita temporizarii diferite (durate diferite ale semnalului de test si ale momentelor generarii, fata de terminarea transmiterii unui cadru) pentru semnalele de test ale coliziunii, semnal numit CPT/Heartbeat in terminologia Ethernet si numit SQET ,in cea a standardului 803. Din aceasta cauza, nu se poate vorbi de o compatibilitate a interfetelor Ethernet si 803.

Transceiverul 803, numit de standard MAU, este compus, ca si cel Ethernet, din doua parti diferite logic: partea independenta de cablu- PMA si cea dependenta de mediu- MDI .

 Repetoare 803

Repetoarele, numite convertoare de protocol pentru nivelul fizic OSI, au ca sarcina principala amplificarea semnalului receptionat (amplificarea este intr-un domeniu propriu mediului de transmisie), fara modificarea structurii sale, si transmiterea catre segmentele urmatoare. Repetoarele 803 indeplinesc insa, si functii specifice (devenind mai complexe), cum ar fi:

• retemporizarea semnalului, in sensul ca asigura ca semnalul transmis mai departe sa aiba acelasi ceas ca si cel receptionat, deci nemodificat prin procesul amplificarii;
• regenerarea preambulului, in sensul ca, daca in procesul sincronizarii s-au pierdut biti din acest camp, la transmiterea mai departe a cadrului se asigura cei 56 biti de sincronizare;
• retransmiterea neconditionata a semnalului de coliziune si refacerea sa, daca numarul de biti al semnalului de coliziune receptionat a devenit mai mic de 96;
• detecteaza pachetele prea lungi (eroare de lungime- jabber), in sensul ca, daca sesizeaza la transmisie o perioada continua mai mare de 5ms, intrerupe transmisia.

Standardele Ethernet pot fi aplicate in diverse medii fizice de transmisie, rezultand mai multe variante, cu transmisie in banda de baza (BB) (Tabel 1), sau cu modulare si demodulare, cum ar fi 10 Broad 36 la 10Mbps, pe segmente de retea de maximum 3600 metri.

Tabel 1. Standarde Ethernet cu transmisie in banda de baza

Observatie: Limitarea impusa lungimii maxime a unui segment de retea (portiunea de cablu cuprinsa intre doua componente sau noduri adiacente) este determinata de fenomenul de atenuare specific mediului fizic de transmisie si incarcarii capacitive produse de linie. In standardul 803, cablul coaxial utilizat are impedanta de 50

 Standardul 10Base2

 Standardul specifica elementele importante referitoare la transceiverul si mediul de transmisie folosite, la o viteza de transmisie de 10Mbps (primul camp al numelui standardului indica viteza de transmisie, iar cel de-al doilea camp indica banda de baza).

Segmentul 10Base2 este constituit dintr-un cablu coaxial de impedanta 50W, de tip RG58 (cablu subtire). Standardul specifica urmatoarele:

• impedanta 50 W
• viteza minima de propagare a semnalului electric in cablu de 0,65c;
• atenuarea maxima per segment de 8,5dB la 10MHz;
• lungimea maxima segment de 185m;
• distanta minima intre doua dispozitive transceiver de 0,5m;
• numar maxim de statii legate la un segment de 30.

Standardul 10Base5

Specificatiile acestui standard se refera la caracteristicile unitatii de atasare la mediu (MAU - transceiverul), si ale mediului de transmisie, relative la o viteza de transmisie de 10MHz (primul camp al numelui standardului), in banda de baza, si bazat pe segmente de cablu cu lungime de 500m (de 5 ori 100m, cum este indicat de ultimul camp al numelui).

Transceiverul (unitatea de atasare la mediu) pentru standardul 10Base5 este foarte asemanator cu cel al standardului Ethernet v.0, indeplinind aceleasi functii si avand o structura electronica asemanatoare.

De asemenea, conectorul folosit pentru atasarea mecanica la mediu este identic cu cel folosit de Ethernet .

Mediul de transmisie este si el acelasi- cablul coaxial gros, numit si cablul 'galben', cu impedanta de 50 W, tip RG213.

Regulile de configurare ale retelei 10Base5 sunt aceleasi ca ale retelei Ethernet v.0.

 Reteaua 10Broad36 este o retea in banda larga (banda larga- broadband - semnifica banda cu o latime superioara benzii de frecvente standard folosita tn telefonie, deci peste 4KHz; in acceptiunea actuala, retelele cu transmisie in banda larga sunt echivalentul retelelor cu transmisie analogica).

Ea se bazeaza, la nivel fizic, pe cablul coaxial cu impedanta de 75W, cablul folosit in transmisiile CATV. Aceste cabluri permit transmisii pana la 450MHz si permit lungimi de segmente superioare, datorita semnalizarii analogice, mai putin sensibila decat cea digitala. Un inconvenient al folosirii amplificatoarelor analogice pe segmentele retelei, datorat faptului ca acestea amplifica si transmit semnalele doar intr-o directie, este imposibilitatea ca pachetele sa parcurga reteaua in ambele sensuri. Pentru aceasta, sistemele in banda larga prevad fie cablu dual, cate unul pentru receptie si emisie, fie folosesc benzi separate de frecventa pentru emisie si, respectiv, receptie.

Retelele cu transmisie in banda larga au o arhitectura de arbore, radacina sa fiind numita statie de capat(headend), si avand importanta majora in retea. Orice mesaj emis de catre o statie catre alta statie este transmis pe linia de transmisie catre headend, care il inainteaza apoi pe linia de receptie catre destinatie.

Standardul 10Base5 cu fibra optica - FOIRL

Pentru imbunatatirea performantelor unei retele 10Base5, in ceea ce priveste distanta maxima posibila intre statii, o varianta ar fi utilizarea segmentului de interconectare bazat pe fibra optica. Prin cresterea vitezei de propagare a semnalului purtator de informatie in mediu, este posibila cresterea lungimii segmentului, fara a afecta parametrii critici ai unei retele 803, distanta temporala intre doua cadre (inter-frame gap) si mai ales intarzierea in propagarea coliziunii (round trip collision delay). Standardul FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link), cum ii spune si numele, descrie caracteristicile mediului de transmisie si a unitatii de atasare la mediu (MAU), in conditiile folosirii ca segment de interconectare a fibrei optice. Unitatea de atasare la mediu, numita acum FOMAU (Fiber Optic MAU), este capabila sa transmita si sa receptioneze semnale optice pe un segment de fibra optica cu o lungime maxima de 1000m, segment numit de standard FOIRL.

Mediul de transmisie il constituie cablul de fibra optica, fiind folosita de obicei fibra optica 62,5/125, instalarea facandu-se conform normelor EIA/TIA 568.

Unitatea de atasare FOMAU este structurata la fel ca orice MAU 803, fiind compusa dintr-o interfata independenta de mediu- FOPMA si una dependenta de mediu- FOMDI. FOMDI este elementul din FOMAU ce contine elementele de emisie/receptie pentru fibra optica, dispozitivele optice lucrand pe frecventa de unda de 850nm, iar fibra optica si componentele pasive fiind conforme cu specificatiile standardului EIA/TIA 568.

Functiile principale ale unui FOMAU sunt cele cunoscute de la standardele anterioare, la care se adauga cele specifice noului mediu:

• transmiterea fluxului de biti de la repetorul 10Base5 catre cablul de fibra optica;
• receptarea fluxului de biti de la fibra optica si transmiterea sa catre repetor;
• determinarea si corecta inaintare a semnalului de coliziune;
• determinarea erorii de jabber si intreruperea transmisiei;
• detectarea nivelului critic de semnal pe fibra si intreruperea corespunzatoare a receptiei.

 Standardul 10BaseT

Standardul 10BaseT descrie caracteristicile unitatii de atasare la mediu si caracteristicile mediului de transmisie, legate de transmisia la 10MHz, in banda de baza si pe un segment de cablu cu perechi de fire rasucite (twisted pair, de unde si indicativul 'T' din al treilea camp al numelui standardului). Conform acestui standard, singura modalitate de conectare a doua statii este printr-o legatura punct-la-punct, de unde necesitatea utilizarii repetoarelor multiport, pentru conectarea a mai mult de doua statii, formandu-se astfel o topologie stelara.

Unitatea de atasare la mediu (transceiverul 10BaseT) are posibilitatea de a gestiona semnale electrice de-a lungul unor cabluri cu perechi de fire rasucite (segmente ale retelei) de lungime maxima de 100m. Aceste perechi de fire rasucite sunt conectate la unitatea MDI a transceiverului prin conectori jack de opt contacte, cu cheie centrala, de tip RJ45. Pe cele patru fire (doua perechi de fire rasucite) ale cablului telefonic folosit sunt transmise semnalele in curent pentru transmisia si receptia datelor.

Principalele functii ale unui transceiver 100BaseT sunt cele obisnuite unui transceiver 803, cu particularitatile proprii mediului de transmisie:

• transmisia datelor primite de la interfata 803, date codificate Manchester, catre mediu, respectiv catre perechea de linii de transmisie date TD (Transmit Data); in lipsa de date de transmis, se transmite pe linie un semnal TP_IDL, o secventa specifica de impulsuri;
• receptia datelor de pe perechea de linii RD (Receive Data) si transmiterea catre interfata;
• detectarea semnalului de coliziune in mediu (pe liniile RD) si elaborarea semnalului corespunzator catre interfata;
• generarea de semnal de test pentru circuitele de detectare a coliziunii (semnal SQET);
• functia de jabber, detectarea cadrelor de lungime incorecta;
• functia de buclare (loop-back), prin care datele transmise catre mediu sunt transmise in ecou inapoi catre interfata;
• functia de test integritate a legaturilor, bazata pe faptul ca, daca o perioada (50-150ms) nu se primeste semnal de date sau semnal TP_IDL, se considera cadere de linie.

Un segment 10BaseT este constituit dintr-un cablu format din cel putin doua perechi de fire rasucite, cu urmatoarele caracteristici:

• impedanta de 100 W, pentru frecvente de pana la 16MHz;
• lungimea de maxim 100m (in timp, aceasta a fost marita datorita folosirii cablurilor TP de categoria 5, pentru care diafonia si atenuarea au scazut mult; se poate lucra aici pana la 165m);
• viteza de propagare a semnalului electric este de cel putin 0,585c;
• atenuarea este de maxim 11,5dB.

Standardul 100Base-TX sau 100Base-T aplica pe subnivelul MAC standardul IEEE 803, dar transmite de 10 ori mai rapid decat 10Base-T, ceea ce determina o reducere a diametrului maxim al retelei la 210 m. In general, placile de retea 100Base-T sunt notate 10/100 Ethernet, adica pot fi utilizate la ambele valori ale vitezei de transmisie, dar nu simultan. Exista si echipamente de comunicatii care pot lucra si la 10 Mbps, si la 100 Mbps (punti, comutatoare, routere). Exista hub-uri la care pot fi conectati utilizatori dintr-o subretea 100Base-T cu altii care lucreaza in retea 10Base-T, insa apar probleme legate de eventualele erori de depasire a capacitatii de memorie urmate de pierderea datelor.

Evitarea coliziunilor dintr-o retea Ethernet 100Base-T si a intarzierilor de transmisie specifice retelelor IBM Token-Ring, se realizeaza in retelele 100BaseVG (IEEE 8012) echivalente cu 100Base-TX, prin modificarea metodei de acces la mediu. In loc de CSMA/CD se aplica metoda de acces la mediu la cerere, pe baza de prioritati (DPMA-Demand Priority Media Access), prin protocolul DPP (Demand Priority Protocol ). Accesarea se face prin apelarea succesiva a statiilor de catre hub (schema round-robin polling), cu posibilitatea modificarii dinamice a valorilor de prioritate pentru a se evita monopolizarea retelei de catre un numar redus de terminale. Intr-o retea 100BaseVG, se pot transmite cadre in standarde diferite (803 sau 805), dar nu simultan in aceeasi retea. Pentru interconectarea a doua retele in standarde diferite, sunt necesare echipamente de comunicatie (routere VG) care sa realizeze conversia cadrelor dintr-un standard in celalalt. Arhitectura 100BaseVG este utila in aplicatii multimedia.

Pentru cresterea numarului de utilizatori dintr-un LAN 803 si a vitezei de transmisie, se poate realiza o retea 803 comutata, folosind un comutator (switch) cu un model de baza (backplane) de mare viteza (>1Gbps), care interconecteaza 8, 16 sau mai multe placi de retea, de obicei cu conexiuni 10Base-T.

 Standardul pentru fibra optica 10BaseF

Setul de standarde 10BaseF reglementeaza folosirea cablului cu fibra optica pentru un LAN 803. Este compus din urmatoarele standarde:

• 10BaseFP, bazat pe steaua pasiva;
• 10BaseFB, bazat pe transmisia sincrona pe fibra optica;
• 10BaseFL, o imbunatatire a standardului FOIRL.

 Standardul 10BaseFP

Standardul 10BaseFP priveste elementele la nivelul fizic aferente unei transmisii la 10MHz, in banda de baza, pe cablu optic in topologie de stea pasiva (FP este prescurtarea lui Fiber Passive). Deoarece prin fibra optica legatura intre statii este doar de tip punct-la-punct (fibra optica nu permite difuzarea, precum folosirea undelor radio, de exemplu), pentru a interconecta mai multe statii este necesara realizarea unei topologii stelare sau inelare.

Topologia stelara implica existenta unui element central, a unui repartitor de semnal, un element care divide semnalul optic (splitter) si il directioneaza (steaua pasiva). De aceea, mare parte a semnalului optic transmis de un MAU pe un segment este 'pierdut' prin divizare in elementul central, lucru care face ca MAU sa contina elemente de atasare la mediu de foarte buna performanta.

Ca si caracteristici mai importante, se prevede o distanta maxima intre doua MAU, prin intermediul stelei, de 1000m, iar intre steaua pasiva si MAU, de 500m.

Standardul 10BaseFB

O alta posibilitate de folosire a fibrei optice este data de standardul 10BaseFB, care descrie conditiile necesare folosirii cablului de fibra optica precum coloana intre doua repetoare 803. Campul FB din nume semnifica exact folosirea fibrei optice ca backbone . Transmisia este de tip sincron, lucru care face eficace folosirea de echipamente transceiver tolerante la erori (fault-tolerant). Aceste echipamente sunt dotate cu doua porturi (interfete) pentru accesul la mediu, una principala si una de restaurare, care intra in functiune la defectarea primeia.

Caracteristicile se incadreaza in cele ale retelelor anterioare, dar unele sunt specifice:

• segmentul de fibra optica poate avea o lungime de 2000m;
• un MAU prevede transmiterea, in absenta semnalului de date, a semnalului S_IDL (Synchronous Idle), cu rol de test a liniei;
• la receptia unei erori din linie, MAU genereaza semnalul RF (Remote Fault);
• transmisia datelor si a semnalelor S_IDL si RF se face in mod sincron, pe baza celulei de 1 bit;

Se prevad si aici aceleasi functii pentru MAU, precum tratarea coliziunii, functia de jabber si de transmitere in ecou a datelor.

Pentru ca prin transmisia sincrona unitatea MAU nu mai are nevoie de sincronizare prin intermediul preambulului, nu mai intervine faza de refacere a sa, si deci nu este influentat parametrul IPG (inter-frame gap). Cu alte cuvinte, segmentul 10BaseFB nu conteaza ca repetor, pentru ca nu scurteaza parametrul IPG. Aceasta permite extinderea retelei 803, prin cascadarea a doua segmente 100BaseFB, putand conta acum pe distante intre statii de 4Km.

 Standardul 10BaseFL

Standardul 10BaseFL se refera la problemele folosirii fibrei optice ca legatura intre repetoare sau statii ale unui LAN 803. Legaturile pot fi de tip punct-la- punct sau stelare (daca sunt folosite repetoare multiport).

Un segment 10BaseFL consta intr-o conexiune punct-la-punct prin fibra optica intre doua unitati MAU (unitati legate prin cabluri la repetoare sau statii). El poate avea o lungime de pana la 2000m.

Transceiverul este compatibil cu MAU FOIRL si are aceleasi caracteristici optice precum MAU 10BaseFB.

3 Standardul Fast Ethernet

In 1995, pentru cresterea vitezei de transmisie folosind aceleasi medii fizice, a aparut standardul 'Ethernet rapid'(Fast Ethernet), echivalent cu IEEE 803u, notatie mai putin folosita. Aceasta are la baza coduri de linie binare sau ternare (tehnici ADSL-Asymmetrical Digital Subscriber Line), aplicate la viteze de clock mai mari, care modeleaza spectrul de frecvente al datelor si faciliteaza sincronizarea sistemului, astfel incat rata de transmisie creste la 100Mbps, cu mentinerea lungimii maxime a segmentelor de cablu (Tabel 2).

Tabel Standarde Fast Ethernet de 100 Mbps

In retele de calculatoare, Fast Ethernet este un termen specific pentru mai multe standarde Ethernet care mentin traficul de date la un transfer de 100 Mbit/s, fata de viteza Ethernet originala de 10 Mbit/s. Din toate standardele Fast Ethernet, 100baseTX (T='Twisted' Pair Copper) este cel mai comun si este suportat de aproape toate echipamentele hardware Ethernet fabricate. Full duplex fast Ethernet se refera de obicei la 200 Mbit/s, dar acest nivel de imbunatatire a transferului va fi atins daca tipul traficului de date este simetric.

Un adaptor fast Ethernet poate fi impartit logic in MAC, care se ocupa cu problemele de nivel inalt a disponibilitatii medii, si PHY. MAC-ul poate avea legatura cu PHY printr-o interfata paralela de 4 biti si 25MHz cunoscuta ca Media Independent Interface(MII). Repetitoarele (Hub-urile) pot fi conectate cu multiple PHY datorita interfetei lor diferentiale.

MII fixeaza rata maxima de biti pentru toate versiunile de fast Ethernet de 100 Mbit/s. Rata adevarata a semnalului este mai mica decat cea teoretica maxima, corespunzatoare header-ului si trailer-ului(adresarea si bitii de detectare a erorii) fiecarei secvente; ocazional, 'pierde secventa' din cauza zgomotului si asteapta o perioada de timp dupa fiecare secventa transmisa pentru alte componente din retea pentru a termina transmisia.

Reguli pentru configurarea unei retele 803 cu mai multe segmente

Primele versiuni ale standardelor 803 dadeau ca reguli de configurare unele destul de restrictive, devenind repede vetuste, prin posibilitatea folosirii unor medii de transmisie mai performante. Aceste reguli se bazeaza pe parametrii critici ai unei retele 803, care sunt asigurarea unui interval de timp minim intre doua cadre consecutive (parametrul IPG) si asigurarea unei durate de propagare a semnalului de coliziune. Este si motivul pentru care, de-a lungul timpului, ele au fost de multe ori modificate. Cel mai simplu set de reguli de configurare este si cel mai vechi si cel mai restrictiv; el ar fi urmatorul:

• se definesc, pentru configurarea unei retele 803 cu mai multe segmente, conectate prin repetoare, doua tipuri de segmente: segmente de tip coax, segmentele la care se conecteaza statiile (segmentele care poseda unitati de atasare MAU), precum segmente 10Base5 sau 10Base2 si segmente de tip legatura, care fac legatura intre doua repetoare, fara a poseda MAU, precum FOIRL sau 10BaseT;
• reteaua poate prevedea un numar de maxim 5 segmente, dintre care doar 3 pot fi de tip coax, deci reteaua va accepta un numar de maxim 4 repetoare;
• segmentul de legatura de tip FOIRL va avea o lungime scazuta, de 500m, daca numarul de repetoare este maxim.

Versiunea de standard din 1993 da o definire mai exacta a parametrilor de configurare, dand posibilitatea unor modele de configurare diverse.

Astfel ea defineste urmatorii parametri:

• segment mixt, care interconecteaza mai mult de doua unitati MAU (transceivere) de tip 10Base5, 10Base2 sau 10BaseFP;
• segment de legatura, ce realizeaza o legatura punct-la-punct intre doua transceivere de tip FOIRL, 10BaseT, 10BaseFB sau 10BaseFL (prin transceiver sa se inteleaga aici complexul transceiver-repetor);
• cale in retea (path), sau traseul intre doua echipamente DTE, cu traversarea de segmente, repetoare, MAU;
• intarzierea semnalului pe un segment dat, SDV (Segment Delay Value);
• intarzierea pe cale PDV (Path Delay Value), care nu trebuie sa depaseasca o valoare data de standard (49,9ms - valoare restrictiva), sau aproximativ 512 perioade de bit;
• variabilitatea segmentului SVV (Segment Variability Value), ce da valoarea cu care afecteaza un segment dat valoarea parametrului IPG (Inter Packet Gap);
• variabilitatea caii PVV (Path Variability Value), suma tuturor valorilor SVV ale segmentelor ce definesc calea, si care nu trebuie sa depaseasca valoarea de 49 perioade de bit (IPG este de minim 49 de biti).

Tabelul urmator da pentru diferitele tipuri de segmente, valorile standard ale numarului maxim de transceivere conectate la segment si lungimea maxima permisa a segmentului.

Legatura reala intre o retea Ethernet v.0 si una IEEE 803

Standardul, desi se bazeaza pe specificatia originala Ethernet v.0, difera in cateva aspecte, fie de natura logica, la nivelul legaturii de date, fie electrica, la nivelul fizic. Diferenta la nivelul legaturii de date reiese din figura.1:

1. Formatul cadrului Ethernet v.0

b. Formatul cadrului in standard IEEE 803

Fig.1 Incapsularea datelor in standardele Ethernet si IEEE 803

Capitolul a prezentat aspectele comune, precum si diferentele intre cele doua standarde, Ethernet v.0, respectiv IEEE 803. Diferentele esentiale se refera la formatul pachetelor (cadrelor), ce difera prin structura, precum si la faptul ca nivelul OSI legatura de date este implementat de reteaua 803 prin doua subnivele, LLC si respectiv MAC, pe cand reteaua Ethernet prevede un singur nivel. Aceasta presupune ca un pachet Ethernet este schimbat direct cu nivelul retea superior, pe cand un cadru MAC al retelei 803 va fi livrat, printr-un punct de acces la servicii, subnivelului LLC. Structura pachetelor este diferita in privinta lungimii posibile a campului de date (campul Info), precum si a semnificatiei campului de doi octeti care precede campul de date. Pentru o retea Ethernet, acest camp codifica tipul protocolului de nivel retea care este adiacent superior in ierarhia de protocoale implementata, codificarea facandu-se cu valori numerice superioare valorii 1535. La o retea 803, campul codifica lungimea campului de date si poate avea valori numerice intre 0 si 1500.

Rezulta ca discriminarea intre cele doua forme de cadre se va face pe baza acestui camp; daca valoarea numerica a sa depaseste valoarea 1500, este vorba de un pachet Ethernet si campul codifica protocolul retea de deasupra, care va procesa acel pachet, iar daca valoarea este mai mica sau egala cu 1500, este vorba de un pachet 803, campul contine lungimea efectiva a campului de date, iar pachetul va fi procesat de protocolul aferent subnivelului LLC.

In practica se intalnesc deseori retele mixte, mai ales retele ce folosesc formatul cadrului Ethernet, dar sunt bazate pe hardware descris de cele mai noi specificatii 803.

In prezent, se utilizeaza si standardul Gigabit Ethernet sau GigaEthernet, echivalent cu IEEE 803z, pentru LAN cu topologie fizica 'star', logica 'bus', 1000 Mbps, in variantele:

1. 1000 Base CX-LAN in cablu coaxial dual de maxim 25 de metri.
2. 1000 Base T-LAN cu CAT 5 UTP, segment de 100 m.
3. 1000 Base SX-LAN, pe fibra optica multimod (830 nm), segmente de cablu de 550 m.
4. 1000 Base LX-LAN, fie pe fibra optica multimod, pe segmente de cel mult 550 metri lungime, fie pe fibra optica unimod cu lungime a segmentelor de pana la 5 km. Transmisia se face pe lungimea de unda de 1270 nm.