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小さい人のためのイーサネット物理学





これらの質問に対する答えがわからないが、怠inessのトピックに関する標準と真剣な文献を読む場合は、猫の下でお願いします。





これらは明らかなことだと信じている人もいれば、退屈で不必要な理論だと言う人もいます。 それでも、インタビュー中に、同様の質問を定期的に聞くことができます。 私の意見：以下で説明することは、「クリンプ」 8P8Cを拾い上げなければならないすべての人に知られるべきです（このコネクタは通常、 誤ってRJ-45と呼ばれます）。 学問的な深さを装うわけではありません。数式や表は控えましょう。また、線形コーディングはそのままにしておきます。 それは主に、光学系ではなく銅線に関するものです。 彼らは日常生活でより普及しています。



イーサネットテクノロジーは、OSIモデルの 2つの下位レベルをすぐに説明します。 物理的およびチャネル。 さらに、物理的なこと、つまり 2つの隣接するデバイス間でビットが送信される方法について。



イーサネットテクノロジーは、 Xerox PARCの豊かな遺産の一部です。 イーサネットの以前のバージョンでは、伝送ケーブルとして同軸ケーブルを使用していましたが、時間が経つにつれて光ファイバーとツイストペアに完全に置き換えられました。 ただし、同軸ケーブルの使用がイーサネットの原理を大きく決定したことを理解することが重要です。 事実、同軸ケーブルは共有伝送媒体です。 共有環境の重要な機能：複数のインターフェイスが同時に使用できますが、一度に送信する必要があるのは1つだけです。 同軸ケーブルを使用すると、アクティブな機器を使用せずに、2台のコンピューターだけでなく2台以上のコンピューターを接続できます。 このトポロジはバスと呼ばれます。 ただし、同じバス上の少なくとも2つのノードが同時に情報を送信し始めると、それらの信号はオーバーラップし、他のノードの受信機は何も理解しません。 この状況は衝突と呼ばれます、そして、ノードが一般的な伝送媒体のために競争するネットワークの部分は衝突 ドメインと呼ばれます 。 衝突を認識するために、送信ノードは常に媒体内の信号を監視し、自身の送信信号が観測された信号と異なる場合、衝突が記録されます。 この場合、すべてのノードは送信を停止し、 ランダムな期間後に送信を再開します。



衝突領域の直径と最小フレームサイズ




ここで、図に示されているネットワークで、ノードAとCが同時に送信を開始したが、互いの信号を受信する前に終了する時間がある場合に何が起こるか想像してみましょう。 学校のカリキュラムからわかるように、最良の場合の信号の伝播速度はC = 3 * 10 8 m / sであるため、これは十分に短い送信メッセージと十分に長いケーブルで可能です。 なぜなら 各送信ノードは、メッセージの送信が完了した後にのみカウンタ信号を受信します。衝突が発生したという事実は、いずれによっても確立されないため、フレームの再送信は行われません。 ただし、入力のノードBは信号の合計を受信し、それらのいずれも正しく受信できません。 この状況が発生しないようにするには、コリジョンドメインのサイズと最小フレームサイズを制限する必要があります。 これらの量が互いに直接比例していると推測することは難しくありません。 送信される情報の量が最小フレームに達しない場合、その名前はプレースホルダーとして翻訳できる特別なパッドフィールドのために増加します。



したがって、ネットワークセグメントの潜在的なサイズが大きくなるほど、データの小さな部分を転送するためのオーバーヘッドが大きくなります。 イーサネットテクノロジーの開発者は、これら2つのパラメーターの中間点を見つける必要があり、最小フレームサイズは64バイトに設定されていました。



ツイストペアおよび二重操作


伝送媒体としてのツイストペアは、2つのノードのみを接続でき、異なる方向に情報を伝送するために別個の媒体を使用するという点で、同軸ケーブルとは異なります。 1つのペアが送信に使用され（1.2ピン、通常はオレンジと白オレンジのワイヤー）、1つのペアが受信に使用されます（3.6ピン、通常は緑と白と緑のワイヤー）。 アクティブなネットワーク機器では、その逆も同様です。 接点の中央のペアが欠落していることに気付くのは難しくありません：4、5.このペアは特別に空いたままです。RJ11を同じソケットに挿入すると、空いている接点のみが必要になります。 したがって、1つのケーブルと1つのソケットをLANおよび電話などに使用できます。 ケーブルのペアは、信号の相互影響を最小限に抑え、通信の品質を向上させるように選択されます。 ペアの両方のワイヤへの外部干渉の影響がほぼ同じになるように、1ペアのワイヤがより合わせられています。

同じタイプの2つのデバイス、たとえば2台のコンピューターを接続するには、いわゆるクロスオーバーケーブルを使用します。このケーブルでは 、一方のペアが一方の側に1.2、他方の3.6の接点を接続し、反対側に2番目の接点が接続されます。一方の側の3.6接点と1 、その他2人。 これは、レシーバーをトランスミッターに接続するために必要です。直接ケーブルを使用する場合、レシーバーレシーバー、トランスミッタートランスミッターが得られます。 今では重要なのは、古風な機器で作業する場合だけです。 ほぼすべての最新の機器はAuto-MDIXをサポートしています。これは、インターフェースが受信と送信のペアを自動的に決定できるテクノロジーです。



問題は、共有メディアがない場合、ツイストペア上のイーサネットセグメント長の制限はどこから来るのかということです。 問題は、ツイストペアで構築された最初のネットワークはハブを使用したことです。 ハブ（つまり、マルチ入力リピーター）は、複数のイーサネットポートを備え、受信したパケットを、このパケットの送信元ポートを除くすべてのポートに変換するデバイスです。 したがって、ハブが一度に2つのポートから信号を受信し始めた場合、彼は他のポートに何を送信するかわからず、衝突でした。 同じことが、光学系（10Base-FL）を使用した最初のイーサネットネットワークにも当てはまりました。



4ペアのうち4ペアしか使用しない場合、なぜ4ペアケーブルを使用するのですか？ 合理的な質問です。これを行う理由はいくつかあります。







それにもかかわらず、実際には2ペアケーブルを使用するか、2つのコンピューターを一度に4ペアケーブルで接続するか、無料のペアを使用して電話を接続します。



ギガビットイーサネット




画像 先行モデルとは異なり、ギガビットイーサネットは常に4ペアすべてを同時に送信に使用します。 そして、一度に2つの方向に。 さらに、情報は通常の2つのレベル（0と1）ではなく、4（00,01,10,11）でエンコードされます。 つまり 特定の各瞬間の電圧レベルは、一度に1ビットではなく2ビットをエンコードします。 これは、変調周波数を250 MHzから125 MHzに下げるために行われます。 さらに、コードの冗長性を作成するために、5番目のレベルが追加されました。 受信時のエラーの修正が可能になります。 このタイプのコーディングは、5レベルのパルス振幅コーディング（PAM-5）と呼ばれます。 さらに、受信と送信にすべてのペアを同時に使用するために、ネットワークアダプターは、相手側から送信された信号を受信するために、自身の送信信号を一般信号から減算します。 したがって、全二重モードは単一のチャネルに実装されます。



さらにもっと




10ギガビットイーサネットはすでにプロバイダーによって完全に使用されていますが、SOHOセグメントでは使用されていません。 どうやら十分なギガビットイーサネットがあります。 配布媒体としての10GBEは、 波長分割多重化の有無にかかわらず、シングルおよびマルチモードファイバ、 InfiniBandコネクタ付き銅ケーブル、および標準の10GBASE-TまたはIEEE 802.3an-2006のツイストペアを使用します。



40ギガビットイーサネット（または40GbE ）および100ギガビットイーサネット（または100GbE ）。 これらの標準の開発は2010年7月に完了しました。 現在、シスコ、ジュニパーネットワークス、Huaweiなどのネットワーク機器の大手メーカーは、これらの技術をサポートする最初のルーターの開発と生産にすでに取り組んでいます。



結論として、有望なテラビットイーサネットテクノロジーに言及する価値があります。 作成者のボブ・メトカーフ氏は、この技術は2015年までに開発されることを提案し、次のようにも述べています。

イーサネット1 TB / sを実装するには、1550ナノメートルレーザーや15 GHz変調など、多くの制限を克服する必要があります。 将来のネットワークでは、新しい変調方式が必要です。また、新しいファイバー、新しいレーザー、一般にすべてが新しいものです




UPD ：Nickel3000 habrayuzerに 、私が一生ずっとRJ45と呼んだコネクタが実際には8P8Cであると言ってくれたことに感謝します。

UPD2 ::連絡先1、2、3、6が使用される理由を説明してくれたユーザーWottに感謝します。


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