Андрей Смирнов
Время чтения: ~19 мин.
Просмотров: 0

Производительность 40g ethernet с коммутатором на основе intel ons

Как данные попадают к адресатам?

Чтобы прояснить ситуацию в вашей голове после прочитанного выше, разберем, как на канальном уровне информация распространяется из единого эфира к получателям. Ее обмен выполняется между сетевыми модулями, соединенными с сетью физически.

В современном подключении традиционно одно устройство предполагает один интерфейс. Но бывают случаи, когда у компьютера их несколько, к примеру, если установить в него пару сетевых контроллеров, подключенных к сети.

Каждый модуль в радиусе одной сети обладает уникальным номером — 48-битным MAC-адресом. Его нельзя изменить, так как он устанавливается производителем оборудования при выпуске. Адрес прописывается в 16-ричном виде. Первые 3 байта в нем указывают на изготовителя, а выдает их организация IEEE. Последнюю тройку байтов производитель выдает сам. Именно благодаря этому уникальному номеру пакеты данных узнают своего адресата.

Кстати, передаются они не сплошным потоком, а в неких блоках — кадрах. Их формат зависит от надежности и скорости сети. На то, сколько по максимуму информации поместится в один блок, указывает параметр MTU (maximum transmission unit). Наибольшим числом для стандартов Ethernet является 1500 байт. Из существующих форматов самым популярным сейчас является Version 2.

Несколько IP-адресов

IPv4

Чтобы назначить дополнительные IPv4-адреса на тот же самый интерфейс, необходимо создать виртуальный интерфейс в виде имя_интерфейса:номер, например .

В остальном интерфейс настраивается аналогично физическому.

CentOS

$ cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1:0

DEVICE=eth1:0
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.0.1
NETMASK=255.255.255.0

Debian/Ubuntu

$ cat /etc/network/interfaces

source /etc/network/interfaces.d/*

auto eth0
iface ens6 inet static
address 192.168.0.1
netmask 255.255.255.0

auto eth0:0
iface ens6:0 inet static
address 192.168.1.1
netmask 255.255.255.0

Ubuntu 16.04 LTS

Для данной ОС не требуется создавать виртуальный интерфейс, достаточно добавить второй IP-адрес на уже существующий, например:

$ cat /etc/network/interfaces

source /etc/network/interfaces.d/*

auto ens6
iface ens6 inet static
address 192.168.0.1
netmask 255.255.255.0

iface ens6 inet static
address 192.168.1.1

Ubuntu 18.04 LTS с netplan

В интерфейсе описываются необходимые адреса, роутинг происходит через директиву routes.

$cat /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

network:
version: 2
ethernets:
ens3:
addresses:
- 185.185.68.210/22
- 141.8.198.107/22
gateway4: 185.185.68.1
nameservers:
	addresses:
	- 141.8.194.254
	- 141.8.197.254
routes:
  - to: 185.185.68.210/22
	via: 185.185.68.1
  - to: 141.8.198.107/22
	via: 141.8.198.1

IPv6

Несколько IPv6-адресов можно назначать на один интерфейс без создания виртуального. При этом gateway указывается только один раз. Например:

CentOS

$ cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0

IPV6INIT=yes
IPV6ADDR=2a0a:2b40::4:1701/64
IPV6ADDR_SECONDARIES="2a0a:2b40::4:1702/64 2a0a:2b40::4:1703/64" 

Debian/Ubuntu

$ cat /etc/network/interfaces

iface eth0 inet6 static
address 2a0a:2b40::4:16d1
netmask 64
gateway 2a0a:2b40::1

iface eth0 inet6 static
address 2a0a:2b40::4:16d2
netmask 64

Ubuntu 16.04 LTS

$ cat /etc/network/interfaces

iface ens3 inet6 static
address 2a0a:2b40::4:16d1
netmask 64
gateway 2a0a:2b40::1

iface ens3 inet6 static
address 2a0a:2b40::4:16d2
netmask 64

Коллизии[править]

Определение:
Коллизия наложение двух и более кадров, передающихся компьютерами в один и тот же момент времени


Необходимо обеспечить использование канала только одним отправителем

Классический Ethernet использует для этого метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Множественный доступ с прослушиванием несущей частоты и распознаванием коллизий). Компьютеры прослушивают несущую частоту и передают данные только если среда свободна. Классический Ethernet использует манчестерское кодирование. Несущаяя частота 10-20MHz
Обнаружение коллизий
Компьютер передает и принимает сигналы одновременно и если принятый сигнал отличается от переданного – значит, возникла коллизия. В таком случае компьютеры останавливают передачу данных и передают в среду так называемую Jam-последовательность – специальный сигнал, который очень сильно искажает данные в сети и гарантирует, что все остальные компьютеры распознают коллизию и прекратят передачу данных.
Если в среде нет несущей частоты, то компьютер может начинать передачу данных. При передаче перед данными следует преамбула. Она состоит из 8 байт и служит для синхронизации источника и передатчика. Первые 7 байт – 10101010, последний, 8ой байт – 10101011(последние 2 единицы – ограничитель между преамбулой и данными). После самого кадра следет межкадровый интервал (9.6мкс). Он нужен для предотвращения монопольного захвата канала и приведения сетевых адаптеров в исходное состояние.
Передача кадра

Компьютер передает кадр в общую среду и каждый компьютер, к ней подключенный начинает принимать его и записывать в буффер.

Первые 6 байт – это адрес получателя. Если очередной компьютер узнает в нем свой, то продолжает записывать кадр, остальные – удаляют его из буффера. Но есть специальный режим сетевого адаптера – promiscuous mode (неразборчиый режим), в котором адаптер принимает все кадры в сети, независимо от MAC-адреса назначения. Он используется для мониторинга или диагностики сети.

Период конкуренции

Если компьютер начал передавать данные и обнаружил коллизию, то он делает паузу длительностью L * 512 битовых интервалов (время, необходимое для передачи одного бита, которое при скорости передачи 10 Мбит/с составляет 0,1 мкс). L случайно выбирается из диапазона , где N – номер попытки. После 10 попыток интервал не увеличивается, а после 16 передача прекращается.

Такой алгоритм хорошо работает при низкой загрузке:

  • В сети мало компьютеров
  • Компьютеры редко передают данные

Если же нагрузка высокая, то очевидные проблемы:

  • Растет число попыток передачи
  • Растет интервал, сз которого выбирается L, и следовательно длительность пауз
  • Экспоненциально увеличивается задержка
Определение:
Время оборота (Round trip time, RTT) время, за которое сигнал успевает дойти от одного конца сети в другой и вернуться назад.

Существует классическое ограничение – время оборота должно быть меньше времени передачи самого короткого кадра. Иначе произойдет коллизия, которую не заметит отправитель. (Сигнал о коллизии может прийти уже после того, как компьютер завершил передачу кадра и он будет считать, что кадр передан, а на самом деле произошла коллизия).

Параметры Ethernet подобраны таким образом, чтобы коллизии гарантированно распозновались:

  • Минимальная длина – 46 байт (иначе – выравнивание)
  • Максимлаьная длина сети 2500м

Недостатки классического Ethernet:

  • Плохая масштабируемость:
    • Сеть становится неработоспособной при загрузке разделяемой среды больше, чем на 30%
    • Работоспособное количество компьютеров – 30
  • При увеличении скорости передачи уменьшается длина сети (для снижения RTT)
  • Разное время передачи кадра (из-за коллизий, для real-time трафика – это плохо)
  • Низкая безопасность – данные в разделяемой среде доступны всем.

Общая схема

  • SFP — 1G
  • SFP+ — 10G
  • QSFP — 40G
  • CFP/CFP2/CFP4 — 100G
  • 4 x SFP/SFP+
  • 2 x QSFP
  • 1 x CFP

тут

VITAFMCHSMC

Avago MiniPod

Avago Minipod

борде

Внешняя память

  • DRAM: DDR, RLDRAM
  • SRAM: QDR

External Memory Interface HandbookSelecting Your Memoryтут

  • DRAM используют для создания больших буферов (под пакеты)
  • SRAM:
    • таблицы/структуры принятий решения куда отправлять пакет
    • структуры для управления очередями
    • подсчет пакетной статистики (RMON и пр.)
  • возможен гибридный подход — DRAM используют для хранения полезной нагрузки пакета, а в SRAM размещают только заголовок

Anatomy of Internet Routers

Виды Ethernet

Видов Ethernet существует огромное количество, но в основном они делятся по скорости передачи данных.

Примечание: Небольшое пояснение по поводу типов кабелей (коаксиальный, витая пара, оптоволокно) и соответствующего оборудования, как было сказано ранее. Дело в том, что рамках одной и той же скорости могут быть разные стандартны под разные типы кабелей и оборудования. Тем не менее, обычно принято делить по скорости.

1. Ранние модификации со скоростью до 3 Мбит/с. В нынешнее время не используются.

2. 10 Мбит/с. Раньше повсеместно использовались для организации локальных сетей и передачи данных через Интернет.

3. 100 Мбит/с (Быстрый Ethernet, Fast Ethernet). Наиболее распространенный вариант в нынешнее время. В основном используется для домашних и локальных сетей, а так же предоставления доступа в Интернет провайдерами.

4. 1 Гбит/с (Гигабитный Ethernet, Gigabit Ethernet). Данные технологии уже поддерживают нынешние компьютеры. Однако, в домашних и локальных сетях такое не часто можно встретить. Большее же применение — это провайдеры и дата центры (специальные места, где располагаются сервера).

5. 2,5 — 5 Гбит/с (NBASE-T, MGBASE-T). Некое промежуточное звено между 1 Гбит и 10 Гбит (кстати, появился позже обоих). Предназначен для серверов.

6. 10 Гбит/с (10G Ethernet). Используется только Интернет провайдерами.

7. 40 — 100 Гбит/с. Такие стандарты были созданы еще в 2010-х и используются в магистральных сетях.

Стоит так же знать, что некоторые сетевые карты могут поддерживать несколько технологий одновременно. Например, если на карточке написано 10/100 Mbit Ethernet и некоторые буквы и цифры, то это означает, что карточка может передавать со скоростью как 10 Мбит/с, так и 100 Мбит/с, и поддерживает определенные стандарты (это те буквы и цифры).

Примечание: Советую ознакомиться с обзором про IP-адрес, так как IP протокол передается внутри Ethernet (как более высокоуровневый протокол обмена данными) и с помощью него происходит обмен данными в интернете. Еще неплохой и полезный для пользователей обзор — это устройство DNS, где объясняется как обычные компьютеры находят сайты в Интернете.

Теперь, вы знаете что такое Ethernet и некоторые его особенности.

  • Что такое рендер?
  • Что такое fps в играх?

Резервирование каналов и кольцевая топология

Для обеспечения защиты каналов связи от единичного отказа необходимо их резервировать. Резервирование неизбежно ведет к возникновению кольцевых участков сети — замкнутых маршрутов. Стандарт Ethernet предусматривает только древовидную топологию и не допускает кольцевых, так как это приводит к зацикливанию пакетов.

Современные коммутаторы, как правило, поддерживают дополнительный протокол Spanning Tree Protocol (STP, IEEE 802.1d), который позволяет создавать кольцевые маршруты в сетях Ethernet. Постоянно анализируя конфигурацию сети, STP автоматически выстраивает древовидную топологию, переводя избыточные коммуникационные линии в резерв. В случае нарушения целостности построенной таким образом сети (обрыв связи, например), STP в считанные секунды включает в работу необходимые резервные линии, восстанавливая древовидную структуры сети. Этот протокол не требует первичной настройки и работает автоматически.

Более мощная разновидность данного протокола — Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, IEEE 802.1w), позволяющая снизить время перестройки сети до нескольких миллисекунд. Протоколы STP и RSTP позволяют создавать произвольное количество избыточных линий связи и являются обязательным функционалом для промышленных коммутаторов, применяемых в резервированных сетях.

История

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET, — которые вскоре были раздавлены под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной компанией в этой отрасли.

Функциональность

Для того чтобы полностью понять механизм, лежащий в основе протокола Ethernet, требуются технические знания и информация в области компьютерных наук. Например, если машина в сети хочет отправить данные на другое устройство, она чувствует носителя, который является основным проводом, соединяющим все устройства. Если никто ничего не посылает или бесплатно, он посылает пакет данных по сети, включая все другие устройства, и проверяет пакет на предмет того, являются ли они получателями. Этот получатель потребляет пакет. Если устройство уже находится на шоссе, устройство, которое хочет отправить, остается в стороне на несколько тысяч секунд, чтобы повторить попытку, пока оно не сможет отправить сообщение.

Кроме того, существуют ограничения на использование Ethernet-кабелей. Кабель Ethernet, как и кабель питания, обладает максимальной пропускной способностью на максимальное расстояние, что означает, что у кабеля есть верхний предел того, как долго он будет работать, прежде чем потеря сигнала повлияет на его производительность. Концы кабеля должны быть достаточно близко друг к другу, чтобы принимать сигналы быстрее, но они также должны быть подальше от электрических помех, чтобы избежать перебоев. Для Ethernet и интернета, при использовании сети Ethernet, маршрутизатор сети также служит мостом к интернету. Через маршрутизатор он соединяется с модемом, который передает внутренний сигнал, посылает и принимает запрос на пакет данных и направляет его на другие компьютеры в сети. Даже если сеть не используется, в большинстве случаев компьютер подключается к модему через кабель Ethernet.

Становление технологии Ethernet

Название «Ethernet» (буквально «эфирная сеть» или «среда сети») отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) — это повышает скорость работы и безопасность сети.

Ethernet является одной из самых распространенных при построении компьютерных сетей технологией. Существует множество разновидностей данного протокола для различных сред передачи, необходимой полосы пропускания и расстояний между оконечными устройствами.

Робертом Меткалфом

Рисунок 1 — Роберт Меткалф — один из создателей Ethernet

После Гарварда Меткалфу подвернулась работа в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center, там нужно было создать технологию подключения разработанных в PARC персональных компьютеров Alto к недавно созданному в том же центре лазерному принтеру. Ни один из существовавших на тот момент способов подключения не обеспечивал нужную скорость передачи данных.
Напарник по работе, Дэвид Боггс, имел образование радиоинженера. Это Боггс подсказал идею использовать радио в качестве прототипа для среды-носителя. Объединив знания по передаче пакетов с радио, они составили отличную связку. Вместе 22 мая 1973 года они написали внутренний документ, где были описаны механизмы передачи данных по разным видам соединений (по телефонному каналу, по коаксиальному кабелю и по радио) с использованием протоколов ALOHAnet, однако он немного отличался от проекта в Xerox и являлся предпосылкой к созданию Ethernet. Любопытно, что в самом Xerox PARC проект, позже названный Ethernet, взял верх над проектом SIGNET (Simonyi’s Infinitely Glorious NETwork) Чарльза Симони.

Первая версия спецификации (Ethernet I) была выпущена в 1983 году в виде стандарта IEEE 802.3. Стандартом определялась шинная топология сети. Передача данных в сетях этого типа возможна по коаксиальному кабелю со скоростью 10 Мбит/с (стандарты IEEE 10Base5 и 10Base2). В 1985 году была выпущена вторая версия спецификации IEEE 802.3 (Ethernet II), которая изменила структуру пакета данных, обеспечила идентификацию адресов в сети (MAC-addresses) и возможность регистрации уникальных адресов. В 1990 году была выпущена спецификация Ethernet для витых пар (стандарт 10Base-T), в 1991 году — стандарт IEEE 802.3i для неэкранированных витых пар, а в 1993 году — спецификация для волоконно-оптического кабеля (стандарт 10Base-FL). В 1990-х годах начали развиваться беспроводные сети: так называемые радио-Ethernet (базовый стандарт — IEEE 802.11), а также — Fast Ethernet (стандарт 100BaseTX), Gigabit Ethernet (стандарт 100BaseTX). Метод доступа, используемый в кабельных сетях Ethernet — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Этот протокол описан в Ethernet — и Fast Ethernet-стандартах. В соответствии с этим протоколом устройства начинают передачу данных только после обнаружения свободного канала связи для сокращения между ними количества коллизий. Все версии семейства Ethernet ориентированы на поддержку работы до 1024 узлов сети.

Протокол Ethernet относится к физическому и канальному уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection). Он описывает порядок доступа в сеть, правила разграничения общей полосы передачи, требования к линии связи и другие важные характеристики. Протокол Ethernet предполагает, что все участники информационного обмена используют общую среду передачи. Это может быть коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или даже радиосоединение. Для разграничения общей среды применяется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Суть его будет рассмотрена ниже.

Коммутируемый Ethernet[править]

Это новая усовершенственная технология, появилась в 1995году, спецификация IEEE 802.3u.
В ней нет разделяемой среды и используется топология “точка-точка”. Для этого придумали новый тип сетевых устройств – коммутаторы.
Внешне концентратор(для классического Ethernet) и коммутатор почти не отличаются, но внутренее отличие очень большое: концентратор использует топологию “общая шина”, коммутатор же – полносвязную топологию. Концентратор работает на физическом уровне, он передает электрические сигналы, которые поступают на один порт, на все порты. Коммутатор работает на канальном уровне: он анализирует заголовок канального уровня, извлекает адрес получателя и передает данные только на тот порт, к которому подключен получатель.Особенности работы коммутаторов
В нем хранится таблица коммутации: соответствие порта и MAC-адреса. Для ее заполнения используется алгоритм обратного обучения. Коммутатор анализирует заголовки канального уровня, извлекает адрес отправителя и заполняет таблицу.

Таблица коммутации
Номер порта MAC-адрес
1 A1-B2-C3-D4-C5-F6
2 1A-2B-3C-4D-5C-6F
3 AA-BB-CC-DD-EE-FF

В реальности в этой таблице может хранится еще другая мета-информация (например, состояние порта, номер vlan и т.п.)
Для передачи кадров внутри коммутатора используется алгоритм прозрачного моста.

Определение:
Мост устройство для объединения нескольких сетей.

Использовались они в классическом Ethernet-e для уменьшения числа коллизий для больших сетей. Принцип был таков: мост подключается к двум сегментам сети и пропускает данные через себя, только если они передаются из одного сегмента сети в другой.

В коммутаторах для передачи данных используется так называемый алгоритм прозрачного моста (мост, который незаметен для сетевых устройств(у него нет своего MAC-адреса) и не требует настройки). По сути, коммутатор и есть некий большой прозрачный мост с множеством портов.
Сам алгоритм предельно прост: на какой-то порт приходят данные, мы извлекаем адрес получателя из заголовка, смотрим в таблицу коммутации:
1. В таблице есть соответствие порту для этого MAC-адреса – передаем даные на него.
2. В таблице нет соответствия порту для этого MAC-адреса (например, с соответствующего компьютера еще не поступало данных) – передаем данные на все порты – по такой же схеме, как работает концентратор.
С такой технологией, очевидно, безлпасность выше, так как данные передаются только непосредственно получателю.

Общие вопросы и решения

Некоторые люди могут потерять некоторую мобильность, если будут использовать только Ethernet, потому что большинство мобильных устройств, таких как смартфоны, планшеты, нетбуки и портативные игры, являются Wi-Fi. Вот почему большинство настроек локальной сети включают в себя дополнительные возможности подключения Wi-Fi. Ведь выбор перехода на Ethernet зависит от потребностей, предпочтений и бюджета человека. Для тех домов, которые используют Интернет для потоковой передачи HD, необходим двухдиапазонный Wi-Fi маршрутизатор. Однако, если есть необходимость сохранять свое место на доске лидеров для онлайн-игр или вести бизнес, в котором стабильность и прибыль идут рука об руку, то Wi-Fi пока не убил провода.

Отличия от обычного EtherNet

  • Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к агрессивным средам и т. п.
  • Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи
  • Дополнение стека протоколов TCP/IP протоколом RFC1006 (ISO Transport Service) обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объёмов информации, что характерно для обмена данными между промышленными контроллерами
  • С помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит новый путь для передачи данных значительно быстрее, чем применяемый в обычных сетях «алгоритм избыточного дерева»
  • Использование протокола IEEE 1588 для синхронизации устройств в сети.

Полнодуплексный режим

Стандарт технологии Fast Ethernet также включает в себя рекомендации относительно обеспечения возможности полно-дуплексной работы (full—duplexmode) при подключении сетевого адаптера к коммутатору или же при непосредственном соединении коммутаторов между собой.

Суть полно-дуплексного режима заключается в возможности одновременной передачи и приема данных по каналам Тх (канал от передатчика к приемнику) и Rx(канал от приемника к передатчику), при этом скорость передачи возрастает вдвое и достигает 200 Мбит/с. На данный момент почти все производители сетевого оборудования заявляют, что их устройства обеспечивают работу в полно-дуплексном режиме, однако из-за разного толкования стандарта, в частности способов правления потоком кадров, не. всегда удается добиться корректной работы этих устройств и хороших скоростных показателей.

Модели Ethernet

Среди множества способов, которыми можно «каталогизировать» различные типы Ethernet, разработанные за последние 30 лет использования этой технологии, наиболее распространенным является метод, основанный на максимальной теоретической скорости, которая может быть достигнута во время передачи файла.

10BASE-T

Спецификация базового уровня протокола IEEE 802.3 характеризуется скоростью передачи 10 мегабит (10 миллионов бит) в секунду. Кабели состоят из двух витых пар телефонных линий, скрученных вместе, в то время как разъемы RJ-45 также были взяты с телефонной линии.

Fast Ethernet

Стандарты передачи данных для сетей LAN, теоретическая максимальная скорость которых составляет 100 мегабит в секунду. Также в этом случае 100BASE-T является преобладающим стандартом, который характеризуется двумя витыми парами и разъемами RJ-45.

Гигабитный Ethernet

Эволюция Fast Ethernet, приведшая к 10-кратному увеличению скорости. Как следует из названия, Gigabit Ethernet характеризуется скоростью передачи 1 гигабит (1 миллиард бит) в секунду, используя конфигурацию 1000BASE-T, медные пары телефонных проводов и разъёмы RJ-45.

2.5GBASE-T, 5GBASE-T и 10GBASE-T с кабелями категории Cat5e, Cat6 и Cat7

Однако, развитие кабелей Ethernet позволило техническим специалистам и инженерам выйти за пределы порога в 1 гигабит. Сегодня на рынке уже есть кабели, которые могут достигать 10 гигабит в секунду: это относится к Ethernet-кабелям Cat 7 (также называемым 10GBASE-T), способным передавать пакеты данных со скоростью 1,25 гигабайта в секунду (1 байт = 8 бит).

Однако, они не единственные, которые могут выйти за пределы гигабитного уровня скорости: с введением стандарта IEEE 802.3bz, по сути, были достигнуты значительные улучшения производительности также для кабелей Ethernet Cat 5e и Cat 6. Первый также называется 2.5GBASE-T, имеет максимальную скорость передачи данных 2,5 гигабит в секунду; второй, называемый 5GBASE-T, может развивать скорость до 5 гигабит в секунду.

Протоколы реального времени

Для обеспечения гарантированного времени реакции используют протоколы реального времени:

  • Profinet
  • EtherCAT
  • Ethernet Powerlink
  • EtherNet/IP
  • SERCOS III
  • LAN eXtensions for Instrumentation

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек TCP/IP, добавляя в него:

  • функции синхронизации
  • новые алгоритмы сетевого обмена
  • диагностические функции
  • методы самокорректировки

Канальный и физический уровни Ethernet при этом остаются неизменными, что позволяет использовать протоколы реального времени в существующих сетях Ethernet с использованием стандартного сетевого оборудования.

Сравнение протоколов

Последовательная сетьEthernet-версияПротоколСетьСтандарт
Modbus-RTUModbus-TCPTCP/IPIEC 61158 и IEC 61784
ProfibusPROFINET IOIsochronous Real Time protocol (IRT),Real Time protocol (RT),Real Time поверх UDP protocol (RTU)коммутатор, повторитель (роутер) и Wi-Fi, от 100 Мбит/с до 1 Гбит/сIEC 61158 и IEC 61784
DeviceNet (CIP); ControlNet (CIP)EtherNet/IP (CIP)TCP/IP; UDP/IPкоммутатор, повторитель (роутер) и Wi-Fi,от 100 Мбит/с до 1 Гбит/сIEC 61158 и IEC 61784; стандарт ODVA EtherNet/IP
Foundation fieldbus H1Foundation Fieldbus High Speed Ethernet (HSE)
CANopenEthernet powerlinkEthernet 100 Мбит/cот EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group)
EtherCATEtherCAT, EtherCAT/UDPEthernet 100 Мбит/сIEC 61158, IEC/PAS 62407, IEC 61784-3, ISO 15745-4
VARAN (Versatile Automation Random Access Network)VARAN, TCP/IP, SafetyEthernet 100 Мбит/сVARAN-BUS USER GROUP — VNO
SERCOS I / IISERCOS IIIEthernet 100 Мбит/сIEC 61491, включён в IEC 61158
FL-Net (OPCN-2)UDP/IPEthernet 10 Мбит/сот JEMA (Japan Electrical Manufacturers Association)

Hello, habr!

девайс

  • xgmii_rxc — набор контрольных сигналов.
  • xgmii_rxd — набор сигналов данных (разбито на байты для удобства).
  • IDLE — сигналы отсутствия передачи пакета.
  • PREAMBLE — преамбула, обозначает начало передачи пакета.
  • L2_HDR — заголовок 2 уровня: Ethernet.
  • L3_HDR — заголовок 3 уровня: IP.
  • L4_HDR — заголовок 4 уровня: UDP.
  • MSG — наше сообщение («Hello, habr!»).
  • PAD — заполнение. Присуствует в пакете, если изначальная длина полезной нагрузки была меньше 60 байт.
  • FCS — проверочная сумма пакета. По ней можно определить, побился пакет во время пересылки, или нет.
  • TERM — сигнал окончания передачи пакета.

IDLEPREAMBLETERMP.S.des333paulig

Технология Ethernet

Ethernet — на нем основаны большинство сетей в наше время. Есть большое количество технологий, позволяющих соединить компьютеры в сеть. Каждая из них была разработана в разное время и предназначена для решения определенной задачи.

Технология Ethernet охватывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный уровни. Далее будем говорить только о физическом уровне модели OSI, то есть о том, как передаются биты данных между двумя соседними устройствами.

В настоящее время для построения локальных сетей используют технологию FastEthernet, которая является новой реализацией технологии Ethernet.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации