Ethernet Network (IEEE 802.3)
เนื้อหา
หลักการพื้นฐานและความเป็นมาของ IEEE 802.3การทำงานและหน้าที่ของ MAC ในรูปแบบ CSMA/CDการเชื่อมต่อและชนิดของเครือข่าย Ethernet
หลักการพื้นฐานและความเป็นมาของ IEEE 802.3การทำงานและหน้าที่ของ MAC ในรูปแบบ CSMA/CDการเชื่อมต่อและชนิดของเครือข่าย Ethernet
หลักการพื้นฐานและความเป็นมา
มาตรฐาน IEEE 802.3 ออกแบบมาสำหรับระบบเครือข่ายเฉพาะบริเวณแบบ CSMA/CD ต้นกำเนิดของมาตรฐานนี้มาจากระบบอะโลฮ่า (Aloha) ซึ่งได้รับการเพิ่มขีดความสามารถโดยบริษัท Xerox เริ่มมาจากบริษัท Xerox ได้สร้างระบบเครือข่ายเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ 100 เครื่องในบริษัท โดยมีความยาวของเครือข่ายได้ถึง 1 กิโลเมตร และมีอัตราในการส่งข้อมูลถึง 2.94 Mbps ระบบนี้เรียกว่า อีเทอร์เน็ต (Ethernet)
การนำระบบอีเธอร์เน็ตมาใช้งานนั้นประสบผลสำเร็จเป็นอย่างมาก บริษัท Xerox , DEC (Digital Equipment Corporation, Ltd.) และ Intel Corp ได้ร่วมกำหนดมาตรฐานอีเธอร์เน็ตที่ความเร็ว 10 Mbps ซึ่งเป็นพื้นฐานของ 802.3
ข้อแตกต่างที่สำคัญคือ มาตรฐาน IEEE 802.3 ได้กำหนดไว้ สำหรับการสื่อสารแบบ CSMA/CD บนสายสื่อสารชนิดต่างๆ เช่น กำหนดค่าตัวแปรไว้สำหรับสื่อสารที่ความเร็ว 10 Mbps บนสายโคแอกซ์ (Coaxial ) ขนาด 50 โอห์มเท่านั้น ค่าตัวแปรสำหรับตัวเลือกอื่นๆ ได้รับการกำหนดเพิ่มเติมในภายหลัง
IEEE 802.3 Ethernet
สำหรับมาตรฐาน 802.3 จะอธิบายถึง LAN ทั้งหมดที่ใช้หลักการของ CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ที่มีอัตราการส่งข้อมูลตั้งแต่ 1 Mbps ถึง 100 Mbps และใช้สายส่งชนิดต่างๆ นอกจากนี้มาตรฐาน IEEE 802.3 และอีเทอร์เน็ตยังมีบางส่วนของส่วนหัวของข้อมูล (Header) แตกต่างกันบ้าง (ฟิลด์ความยาวของ IEEE 802.3 ถูกใช้บ่งบอกชนิดของ Packet ในมาตรฐานอีเทอร์เน็ต)
ดังนั้นจะเห็นได้ว่ามาตรฐาน IEEE 802.3 จะอธิบายถึง LAN ที่ใช้วิธีส่งข้อมูลแบบ CSMA/CD ส่วนอีเทอร์เน็ตนั้นจะหมายถึงผลิตภัณฑ์ชนิดหนึ่งของแลนแบบ IEEE 802.3
LAN แบบนี้ส่งข้อมูลโดยใช้หลักการคล้ายๆ กับการสนทนาระหว่างบุคคลหลายคน หากใครต้องการพูดก็สามารถพูดออกมาได้ในจังหวะที่ไม่มีคนอื่นพูด(เงียบ) แต่ก็อาจเป็นไปได้ที่บุคคล 2 คนจะพูดออกมาพร้อมๆ กัน ทำให้เกิดการชนกันของเสียงพูด เมื่อเป็นเช่นนั้นทั้งสองคนจะต้องหยุดพูดทันที แล้วรอจังหวะที่จะพูดใหม่อีกครั้ง ซึ่งหากใครพูดก่อนก็จะสามารถพูดได้ และบุคคลอื่นๆ จะต้องฟังอย่างเดียว
วิธีการรับส่งข้อมูลของแลน IEEE 802.3 ซึ่งเป็นแบบ CSMA/CD ก็ทำงานในลักษณะเดียวกัน คือ โหนดใดที่ต้องการส่งข้อมูลลงในสื่อกลางการส่งข้อมูล จะตรวจสอบดูสัญญาณในสื่อกลาง ถ้าหากสื่อกลางในการส่งข้อมูลว่างก็จะทำการส่งข้อมูลได้ทันที แต่หากโหนดตั้งแต่ 2 โหนดขึ้นไป ส่งข้อมูลลงไปในสื่อกลางพร้อมๆ กัน สัญญาณข้อมูลจะเกิดการชนกันขึ้น ทุกๆ สถานีจะต้องหยุดการส่งข้อมูลแล้วรอเวลา ซึ่งช่วงเวลาของการรอแต่ละครั้งจะทำการสุ่มขึ้นมา (Random Time) หลังจากหมดเวลารอแล้วก็จะทำการตรวจสอบสัญญาณในสื่อกลางเพื่อส่งข้อมูลลงไปใหม่อีก
เมื่อเกิดการชนกันของสัญญาณข้อมูลแล้ว เวลาจะถูกแบ่งออกเป็นช่องๆ (slots) แต่ละช่องมีช่วงเวลา 51.2 ไมโครวินาที (นั่นคือเวลาสถานีที่ส่งข้อมูลรู้ว่าเกิดการชนกันของข้อมูลหรือไม่ สำหรับความยาวของแลน 2,500 เมตร อัตราการส่งข้อมูล 10 Mbps) หลังจากการชนกันครั้งแรก แต่ละสถานีจะสร้างตัวเลขสุ่ม (Random) ที่มีค่า 0 หรือ 1 (เลขสุ่ม 2^1 ค่า)
สถานีที่ได้ค่า 0 จะส่งข้อมูลออกไปในช่องเวลา 0 และสถานีที่ได้ค่า 1 จะส่งข้อมูลในช่องเวลาที่ 1 หากสองสถานีได้ค่าเลขสุ่มเดียวกันและส่งข้อมูลภายในช่องเวลาเดียวกัน จะเกิดการชนกันอีกครั้ง
หลังจากการชนกันครั้งที่ 2 แต่ละสถานีจะสร้างตัวเลขสุ่มที่มีค่า 0,1,2, หรือ 3 (นั่นคือเลขสุ่ม 2^2 ค่า) แล้วส่งข้อมูลภายในช่องเวลาของตนเอง หากชนกันอีกก็จะสร้างเลขสุ่มจำนวน 2^3 ค่า กล่าวคือหลังจากการชนกัน i ครั้ง แต่ละสถานีก็จะมีการสร้างเลขสุ่มตั้งแต่ค่า 0 ถึง 2^i-1 ค่า และสถานีก็จะส่งข้อมูลภายในช่องเวลาของตนเอง กระบวนการในการแก้ไขการชนกันของข้อมูลแบบนี้เรียกว่า Binary Exponential Back off ซึ่งจะเห็นได้ว่ากระบวนการนี้ทำให้โอกาสในการที่จะเกิดการชนกันของข้อมูลมีน้อยลง เมื่อจำนวนครั้งของการชนกันของข้อมูลมากขึ้น
หลักการพื้นฐานและความเป็นมา
IEEE แบ่ง IEEE 802.3 เป็น 2 กลุ่มคือ baseband และ broadband พิจารณาจากลักษณะของสัญญาณไฟฟ้าที่ส่งลงไปในสาย
Baseband ใช้สัญญาณแบบ digital สำหรับสื่อสารในสาย มี 5 มาตรฐานคือ 10Base5, 10Base2, 10Base-T, 1Base5 และ 100Base-T
Broadband ใช้สัญญาณแบบ analog สำหรับสื่อสารในสาย มีมาตรฐานเดียวคือ 10Broad36
วิธีการรับส่งข้อมูลของแลน IEEE 802.3 ซึ่งเป็นแบบ CSMA/CD ก็ทำงานในลักษณะเดียวกัน คือ โหนดใดที่ต้องการส่งข้อมูลลงในสื่อกลางการส่งข้อมูล จะตรวจสอบดูสัญญาณในสื่อกลาง ถ้าหากสื่อกลางในการส่งข้อมูลว่างก็จะทำการส่งข้อมูลได้ทันที แต่หากโหนดตั้งแต่ 2 โหนดขึ้นไป ส่งข้อมูลลงไปในสื่อกลางพร้อมๆ กัน สัญญาณข้อมูลจะเกิดการชนกันขึ้น ทุกๆ สถานีจะต้องหยุดการส่งข้อมูลแล้วรอเวลา ซึ่งช่วงเวลาของการรอแต่ละครั้งจะทำการสุ่มขึ้นมา (Random Time) หลังจากหมดเวลารอแล้วก็จะทำการตรวจสอบสัญญาณในสื่อกลางเพื่อส่งข้อมูลลงไปใหม่อีก
เมื่อเกิดการชนกันของสัญญาณข้อมูลแล้ว เวลาจะถูกแบ่งออกเป็นช่องๆ (slots) แต่ละช่องมีช่วงเวลา 51.2 ไมโครวินาที (นั่นคือเวลาสถานีที่ส่งข้อมูลรู้ว่าเกิดการชนกันของข้อมูลหรือไม่ สำหรับความยาวของแลน 2,500 เมตร อัตราการส่งข้อมูล 10 Mbps) หลังจากการชนกันครั้งแรก แต่ละสถานีจะสร้างตัวเลขสุ่ม (Random) ที่มีค่า 0 หรือ 1 (เลขสุ่ม 2^1 ค่า)
สถานีที่ได้ค่า 0 จะส่งข้อมูลออกไปในช่องเวลา 0 และสถานีที่ได้ค่า 1 จะส่งข้อมูลในช่องเวลาที่ 1 หากสองสถานีได้ค่าเลขสุ่มเดียวกันและส่งข้อมูลภายในช่องเวลาเดียวกัน จะเกิดการชนกันอีกครั้ง
หลังจากการชนกันครั้งที่ 2 แต่ละสถานีจะสร้างตัวเลขสุ่มที่มีค่า 0,1,2, หรือ 3 (นั่นคือเลขสุ่ม 2^2 ค่า) แล้วส่งข้อมูลภายในช่องเวลาของตนเอง หากชนกันอีกก็จะสร้างเลขสุ่มจำนวน 2^3 ค่า กล่าวคือหลังจากการชนกัน i ครั้ง แต่ละสถานีก็จะมีการสร้างเลขสุ่มตั้งแต่ค่า 0 ถึง 2^i-1 ค่า และสถานีก็จะส่งข้อมูลภายในช่องเวลาของตนเอง กระบวนการในการแก้ไขการชนกันของข้อมูลแบบนี้เรียกว่า Binary Exponential Back off ซึ่งจะเห็นได้ว่ากระบวนการนี้ทำให้โอกาสในการที่จะเกิดการชนกันของข้อมูลมีน้อยลง เมื่อจำนวนครั้งของการชนกันของข้อมูลมากขึ้น
หลักการพื้นฐานและความเป็นมา
IEEE แบ่ง IEEE 802.3 เป็น 2 กลุ่มคือ baseband และ broadband พิจารณาจากลักษณะของสัญญาณไฟฟ้าที่ส่งลงไปในสาย
Baseband ใช้สัญญาณแบบ digital สำหรับสื่อสารในสาย มี 5 มาตรฐานคือ 10Base5, 10Base2, 10Base-T, 1Base5 และ 100Base-T
Broadband ใช้สัญญาณแบบ analog สำหรับสื่อสารในสาย มีมาตรฐานเดียวคือ 10Broad36
ส่วนประกอบของเฟรมข้อมูลของ Ethernet
Preamble มีความยาว 7 ไบต์ แต่ละไบต์จะมีข้อมูลเหมือนกันหมดคือ “10101010” มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ผู้รับได้มีโอกาสรู้และเทียบสัญญาณนาฬิกาของตนเองกับผู้ส่งให้ตรงกัน
Start of frame มีความยาว 1 ไบต์ (10101011) สำหรับบอกเครื่องรับ ระบุจุดเริ่มต้นของเฟรม โดยไบต์ถัดจากนี้เป็นต้นไป คือ ข้อมูล
Source address and Destination address คือ ที่อยู่ของผู้ส่ง และที่อยู่ของผู้รับ มีขนาดอย่างละ 6 ไบต์ IEEE มีหน้าที่ในการกำหนดที่อยู่สากล (global address) ซึ่งมีขอบเขตการใช้งานได้ทั่วโลก
Length มีความยาว 2 ไบต์ ใช้บอกความยาวของข้อมูลมูลจริงที่ถูกใส่มาในเฟรมนั้น มีค่าต่ำสุด เป็น 0 ไบต์ และสูงสุดไม่เกิน 1,500 ไบต์ มาตรฐาน 802.3 กำหนดให้ทุกเฟรมจะต้องมีความยาวไม่น้อยกว่า 64 ไบต์ หากข้อมูลจริงมีความยาวไม่ถึง 64 ไบต์ จะใช้ส่วน pad เพิ่มเติม
Pad มีไว้สำหรับเติมข้อมูลหลอก (dummy) เพื่อให้มีขนาดของเฟรมไม่น้อยกว่า 64 ไบต์
Checksum มีขนาด 4 ไบต์ มีไว้สำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลที่รับได้ ถ้าเกิดการผิดพลาดขึ้นในระหว่างการนำส่งข้อมูลในส่วนนี้จะช่วยให้ตรวจพบความผิดพลาดนี้ได้ เช่น CRC (Cyclic redundancy)
คำว่า “Ethernet” นั้นอันที่จริงมีความหมายเกี่ยวข้องโดยตรงกับสายสื่อสาร จากรูป แสดงคุณสมบัติของสายสื่อสาร 4 ชนิด ที่นิยมใช้กันทั่วไป ประเภทของสายสื่อสารที่ใช้กันทั่วไปสำหรับมาตรฐาน 802.3
การแบ่งเซกเมนต์ของ Ethernet
ระยะต่างๆ ของการติดตั้งเครือข่าย Ethernet จะขึ้นอยู่กับมาตรฐาน โดยประกอบด้วย
qระยะห่างระหว่างเครื่อง
qความยาวเซกเมนต์
qความยาวสูงสุด
qจำนวนเครื่องสูงสุด
10Base5: Thick Ethernet
10Base5: Thick Ethernet
-แต่ละเซกเมนต์ยาวไม่เกิน 500 เมตร
-ความยาวรวมทุกเซกเมนต์ไม่เกิน 2500 เมตร
-มีจำนวนเครื่องสูงสด 200 เครื่องในแต่ละเซกเมนต์ และทั้งหมดไม่เกิน 1000 เครื่อง
-ใช้สาย RG-8 เป็นสายหลักของเซกเมนต์
-การต่อไปยังเครื่องใช้ Transceiver ต่อออกจากสายหลัก หรือเรียกอุปกรณ์เหล่านี้ว่า Medium Attachment Unit (MAU)
-ใช้สาย AUI ต่อจาก MAU ไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์
10Base2: Thin Ethernet
10Base2: Thin Ethernet
* แต่ละเซกเมนต์ยาวไม่เกิน 185 เมตร
* ใช้สาย RG-58 เป็นสายหลักของเซกเมนต์
* การต่อไปยังเครื่องใช้ BNC-T connector และต่อตรงเข้ากับแผ่นวงจรเครือข่ายของเครื่องคอมพิวเตอร์
10Base-T: Twisted-Pair Ethernet
Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
เนื่องจากในปัจจุบันมัลติมีเดียได้มีการใช้งานกันมาก จึงมีความต้องการเครือข่ายความเร็วสูงในการเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน กลุ่มคณะทำงานของ IEEE จึงตัดสินใจที่จะปรับปรุงมาตรฐาน 802.3 ให้สามารถ รับส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงขึ้น ซึ่งกลายเป็นมาตรฐานที่เรียกว่า 802.3u ซึ่งเรียกกันโดยทั่วไปว่า Fast Ethernet
Fast Ethernet อีเทอร์เน็ตรูปแบบหนึ่งที่มีความเร็วสูงถึง 100 Mbps รูปแบบของเฟรมข้อมูล หรือการควบคุมการชนกันของข้อมูลไม่มีการเปลี่ยนแปลงไปจากอีเทอร์เน็ตปกติ เพียงแต่ลดเวลาการส่งข้อมูลของแต่ละบิตจาก 100 นาโนวินาที เป็น 10 นาโนวินาที จึงทำให้อัตราการส่งข้อมูลสูงขึ้น 10 เท่าจากเดิม
Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
* เป็น Ethernet ความเร็ว 100 Mbps
* มีขนาดเฟรมน้อยที่สุด 72 Bytes
* ใช้ Topology แบบ Star
* มี 3 มาตรฐานย่อย คือ
100Base-TX ใช้สาย UTP แบบ CAT-5 หรือ STP จำนวน 2 คู่
100Base-FX ใช้สายใยแก้วนำแสง มีระยะทางไม่เกิน 2000 เมตร
100Base-T4 ใช้สาย UTP แบบ CAT-3 จำนวน 4 คู่
Gigabit Ethernet (IEEE 802.3g)
* เป็น Ethernet ความเร็ว 1000 Mbps
* ใช้ Topology แบบ Star
* มี 4 มาตรฐานย่อย คือ
1000Base-T ใช้สาย UTP มีระยะสาย 25 เมตร
1000Base-CX ใช้สาย STP มีระยะสาย 25 เมตร
1000Base-SX สัญญาณแสงแบบ Short-wave Laser มีระยะสาย 550 เมตร ใช้สายใยแก้วนำแสงแบบ multimode
1000Base-LX สัญญาณแสงแบบ Long-wave Laser มีระยะสาย 550 เมตร สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบ multimode และระยะสาย 5000 เมตร สำหรับสายใยแก้วนำแสงแบบ single mode
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น