Mi történik a keretekkel?

Az előző részben ismertettük az Ethernet kártyák által küldött/vett keret (frame) felépítését, most nézzük meg, mi történhet ezekkel a keretekkel!

A jobboldalon láthatunk egy egyszerű Ethernet 10BaseT (csillag) hálózatot, mely 4 PC-ből és egy központi "elosztóból" áll. A központi elosztó sokféle lehet, válasszuk a legegyszerűbb esetet, amikor ez egy HUB!
Ez a HUB nem más, mint egy doboz, melyben van 4 db. hálózati kártya, egy nagysebességű belső busszal összekötve. Ez nem is olyan kis feladat, ha számításba vesszük, hogy egy 2000 forintos Ethernet kártyában akkora a számítási teljesítmény mint 100 db Commodore 64-esben!

A hálózat mindegyik kábele 2 sodrott érpárt tartalmaz, egyiken a PC ad, a HUB vesz, a másikon fordítva. A hálózati interfészek másodpercenként többször ellenőrzik hogy van-e a túloldalon valaki. E célból impulzusokat adnak ki. Ha a vevőoldal kihagyás nélkül megkap néhány LTP (Link Test Pulse) jelet, úgy tekinti, hogy a csatlakozás létrejött, jöhetnek-mehetnek a keretek.
Fontos, hogy nincs egy központi ütemező , mint pl. a H1 fieldbus-nál, aki jogot oszt szét az adásra. Emlékezzünk, a hálózatot olyanra tervezték, hogy ne legyen benne központ, melynek kiesése a kommunikációt lebénítja. (Khm... És a HUB?)

Bajok a keretek körül

Ha nem egy hálózatról lenne szó, hanem csak két összekötött gépről, egyszerűbb lenne a helyzet. Akár egyszerre is adhatnának a kábel két végén, hiszen külön érpáron vannak az adók. Egy hálózaton azonban egyszerre csak egy gép adhat, ezért kell egy módszer, ami megoldja hogy mindenki szóhoz jusson.
E módszer neve CSMA/CD azaz Carrier Sensing Multiple Access / Collision Detection. Magyarul ez annyit tesz: Vivőfrekvencia Érzékelés Többszörös Hozzáférés / Ütközés Érzékelés. A név még abból az időből származik, mikor a gépek - busz topológiában - egyetlen koax érpárra voltak felfűzve, és mielőtt valaki megszólalt, megnézte, van-e vivőfrekvencia (adáshoz szükséges) a buszon. Ha nincs, kezdődhet az adás!
A csillag topológiában erre nincs szükség, hiszen - mivel külön adás- és vétel érpárak vannak - csupán azt kell megnézni, folyik-e vétel jelenleg. Ha nem, miénk a pálya!
(Arról nem is beszélve, hogy a 10BaseT névben a "Base" azt jelenti, alapsávi, tehát nincs is vivőfrekvencia.)
Hasonlatként a rádió antennáját és a hangszóró kábelét tudnám felhozni: A hanszórókábelen a hang közvetlenül, elektomos alakban van jelen - ez az alapsávi átvitel, az antennakábelen a hangjel egy magas frekvenciára ültetve halad...

Ütközés
Egyik hibalehetőség, hogy két gépnek egyszerre támad adhatnékja. Szabvány szerint járnak el, figyelik, ad-e már valaki. Mivel nem, egyszerre adni kezdenek. Ez persze minden vevő érpárján kesze-kusza, értelmezhetetlen jelszintet eredményez. Ezért a bölcs hálózati kártyák adásuk közben figyelik a vevő érpárat is. Ha valaki más is adásba fogott, beszüntetik az adást, várnak, majd újra próbálkoznak 16 alkalommal. A várakozási idő véletlenszerű, és az ismétlések számával egyre nő. Ha végképp nem megy, feladják a küzdelmet, a keretet törlik a feladni valók listájáról. Ilyenkor felsőbb szinten (pl az alkalmazásban) kell lekezelni a történteket.
Belátható, hogy minél többen vannak a hálózaton, annál gyakoribb az ütközés. Ez az Ethernet egyik gyengéje, de a 100 MBPS és 1000 MBPS sebességű új (fast) Ethernetek legtöbbször megszüntetik ezt a gondot.

Fecsegés (jabber)
Ha egy hálózati kártya elromlik, a normális keretnél hosszabbat ad (vagy akár folytonosan ad), fecsegésről beszélünk. A túloldali kártya felismeri a fecsegőt, és a hibás keretet nem engedi tovább, ne terhelje az egész hálózatot!

Csonka keret (runt)
Megeshet, hogy egy keret adása közben megszakad a kapcsolat. Ilyenkor csonka (runt) keretről beszélünk. A vevőoldal (HUB) ezt is felismeri, nem adja tovább.

Hibás keret (jam)
Ha az átvitelt valami zavarja, vagy a kábelezés nem megfelelő, a küldött adatok torzulnak, a vevő hibásan olvashat. Szerencsére a keret végén a CRC erre fényt derít. A hibás keret se jut keresztül a vevőn.

100 Base TX - a gyors Ethernet

A fent leírtak nem csak a 10 MBPS Ethernetre vonatkoznak, hanem a gyorsabb, 100 Base TX-re is. Mivel az automatizálásban is kezdi kiszorítani a 10 Base T verziót, érdemes a különbségekről szót ejteni.
A 100 Base TX nem egyszerűen a 10 Base T "felturbózott" változata. A bitráta növelésén túlmenően három eltérés is van benne:

NRZI kódolás
Az előző részben leírtuk, hogy a 10 Base T "Manchester" kódolást használ. A 100 Base TX-nél használt NRZI (Non Return to Zero Invert) azaz Nullába Vissza Nem Térő kódolás azt jelenti, hogy az "1" bitet az Ethernet kábelen feszültségváltozással, a "0" bitet a feszültségváltozás hiányával jelezzük.

MLT-3 átvitel
Az NRZI alapelvet felhasználva a gyors Ethernet szakít a bináris átvitellel, azaz nem csak "0"-kat és "1"-eket küld a kábelen, hanem 3 állapot lehetséges: "-1", "0" és "+1". Innen ered az MLT (Multi Level Transmission) azaz Többszintű Átvitel elnevezés. Az MLT-3 kódolás működése a jobboldali ábrán követhető. Belátható, hogy egyetlen "digitalizált szinuszhullám" alatt legalább 4 bitet lehet átvinni!

Felhívjuk a figyelmet, hogy a 3 lehetséges jelszint miatt a 100 Base T zavarérzékenysége megnőtt! Csakis Category 5, STP kábelen használható, különösen ipari környezetben!

4B/5B konverzió
Az átviteli biztonság növelése érdekében egy olyan konverzió került alkalmazásra, ami a 4 bittel leírható hexadecimális számok mindegyikéhez egy olyan, 5 bites sorozatot rendel, amiben legalább 1 db átmenet van. Az alábbi ábrán jól látható a teljes kódtábla:



Könnyű az átállás

A 100 Base TX-nél a csatlakozó lábkiosztása nem változik, tehát ugyanaz a patch-kábel használható mint a 10 Base T esetében. (Legyen Cat5, STP!) Helyzetünket még tovább könnyíti, hogy tisztességes Ethernet kártyák egymással megtárgyalják az alkalmazható sebességet, tehát ha mindkét oldal "tudja" a 100 Base TX átvitelt, automatikusan így fognak kommunikálni.