Ethernet – это самый распространённый стандарт локальных сетей, их общее количество в мире оценивается в 5 миллионов. Этот стандарт был разработан компанией Xerox в 1975 году. Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код.
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
Этот метод применяется в сетях с логической общей шиной. Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры имеют возможность немедленно, с учётом задержки, получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (рис.20). Кабель, к которому подключены все станции работает в режиме коллективного доступа (Multiply Access, MA).
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определённой структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Чтобы передать кадр станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая называется несущей частотой. Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском кодировании равна 5-10 МГц. Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра (первый кадр рис.20). Узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать кадр. В сети Ethernet сигналы передаются в обе стороны, так что все узлы сети их получают. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой, которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для побитной и побайтной синхронизации приёмника и передатчика.
Все станции распознают факт начала передачи и та станция, которая узнаёт собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, передаёт их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ.
Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаружил, что среда занята – на ней присутствует несущая частота, — поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.
После окончания передачи все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс, которая называется межкадровым интервалом. Она нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, т.к. среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по кабелю не все узлы строго одновременно фиксируют факт окончания передачи.
Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. При этом возникает коллизия, т.к. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации – методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала. Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникшими в кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии. Для увеличения вероятности обнаружения коллизии станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра и усиливает ситуацию посылкой специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательно-стью.
Для расчёта максимального количества кадров минимальной длины, проходящих по сегменту Ethernet, заметим, что размер кадра минимальной длины вместе с преамбулой составляет 72 байта или 572 бит, поэтому на его передачу затрачивается 57,5 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9,6 мкс, получаем, что период следования кадров минимальной длины составляет 67,1 мкс. Отсюда максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet составляет 14 880 кадр/с. Кадры максимальной длины в Ethernet имеют поле длины 1500 байт, что вместе со служебной информацией даёт 1518 байт, а с преамбулой – 1526 байт или 12 208 бит. Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet для кадров максимальной длины составляет 813 кадр/с. При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт пропускная способность сети составит 9,29 Мбит/с, что достаточно близко к предельной способности в 10 Мбит/с.
