Datacommunicatie in informatica/Ethernet

Algemeen

Ethernet valt onder de IEEE 802.3 standaard en is ook gekend als het CSMA/CD protocol. Het is origineel ontworpen door Xerox in 1970. De technologie maakt gebruik van optische of twisted-pair kabels. Hierbij kennen we de:

• 10 Mbps - 10Base-T Ethernet
• 100 Mbps - Fast Ethernet
• 1000 Mbps - Gigabit Ethernet

Elementen

Het ethernet bestaat uit netwerk nodes of knooppunten en geconnecteerde media. De nodes kunnen we onder verdelen in 2 grote groepen:

• DTE - Data Terminal Equipment :

DTE's zijn de apparaten die de source of destination van een data frame zijn. bv. pc, servers,...

• DCE - Data Communication Equipment:

DCE's zijn de apparaten die de data frames ontvangen en doorsturen over het netwerk. bv. bridge, hub, switch, ...

De media gebruikt om deze 2 groepen onderling te connecteren zijn UTP (Unshielded Twisted Pair) of STP (Shielded Twisted Pair) samen met nog verschillende soorten optische kabels.

Soorten connecties

We onderscheiden:
DCE - DCE connectie (crossed twisted-pair kabel)
DCE - DTE connectie (straight twisted-pair kabel)
DTE - DTE connectie (crossed twisted-pair kabel)

OSI / IEEE 802.3

Wanneer we het osi referentie model naast het IEEE 802.3 referentie model leggen hebben we op de datalink laag 2 onderverdelingen op IEEE 802.3

• MAC-client sublayer (802 specifiek):

We onderscheiden 2 soorten:

• Logical Link Control (LLC) indien de unit een DTE is. De sublaag zal een interface bieden tussen ethernet mac (media access) en de boven gelegen lagen van de protocol stack van het eindstation
• Bridge Entiteit indien de unit een DCE is. Deze entiteiten bieden een interface aan LAN's die dezelfde protocols (bv. Ethernet - Ethernet) gebruiken alsook verschillend protocollen ( Ethernet - Token Ring).

• Media-access MAC (802.3 specifiek):

De mac sublayer heeft als functie:

• Data encapsulation
• Media access control

Ethernet Frame

Het IEEE 802.3 frame bestaat uit de volgende elementen:

• Preamble (PRE)
• Start-of-frame delimiter (SOF)
• Destination MAC address (DA)
• Source MAC address (SA)
• Lengte
• Data
• Frame check sequence (FCS)

Half Duplex transmission - Carrier Sense Multiple Access Collision Detection (CSMA/CD)methode

Een node die gegevens wil versturen luistert continue naar activiteit op het medium op zoek naar gaps tussen de frames. Is er geen trafiek, dan verstuurt ze het frame.
Wanneer 2 of meer nodes in het zelfde collison domain beginnen te verzenden op het zelfde moment zullen deze 2 of meer bitstreams botsen met elkaar (collide).
Wanneer dit zich voordoet moeten beide nodes in staat zijn om de collisie te detecteren voor het einde van het verzenden van het frame en dus stoppen met verzenden vanaf het moment dat de collisie is gedetecteerd.
Hierna zullen beide nodes een bepaalde tijd (random tijd bepaald door het back-off algoritme) wachten voor dat deze hun frame opnieuw zullen verzenden.

De maximale tijd om een collisie te detecteren (collision windows of slot time) = ongeveer 2 maal de signaal verzendingstijd tussen de verste uitersten van het netwerk.

Grotere minimale frame lengte -> grotere collision window -> groter collision domain
Kleinere minimale frame lengte -> kleinere collision window -> kleiner collision domain

Full duplex transmission

Full duplex is een optionele MAC capaciteit die toe laat om terzelfder tijd een 2-wegs transmissie op te zetten over point-to-point links.
Hierbij hebben we geen collisies. De enige restrictie die er is:
Minimale lengte van de interframe gap tussen 2 succesvol ontvangen frames en elk frame moet voldoen aan de ethernet standaards.

Ethernet Physical layers

• Media types:

10Base-T

10 Mbps, Manchester encodeded 10 Mbps bit-serial communicatie over 2 unshielded twisted-pair kabels (CAT 3 of beter) met op het einde aangesloten op een RJ45 connector.

Ondersteunt full en half duplex.

Dit was de eerste ethernet versie die een link integriteitstest bevatte nl. de normal link pulse (NLP)

100Base-TX

100 Mbps, 4B/5B encoding, is ontwikkeld voor het ondersteunen van transmissies over twee CAT 5 of beter UTP kabels of optical fiber.

Ondersteunt full en half duplex.

Maakt gebruik van frame encapsulation om het begin en het einde van de frame aan te duiden.

100Base-T2 = 100 Mbps, 2 twisted-pair kabels

100Base-T4 = 100 Mbps, 4 twisted-pair kabels

1000Base-LX = 100 Mbps, optische fiber kabels

1000Base-T, 1000Base-CX, 1000Base-SX

• Encoding types voor signaal transmissie

-Baseline Wander

-Manchester Binary Encoding