Ethernet a jeho principy

Počátky Ethernetu lze vystopovat do doby 1968-1972, doby kdy vznikala síť ALOHA na Havaji. Na této radiové síti byly ověřeny principy později uplatněné u Ethernetu. Jedním z hlavních principů bylo sdílení jednoho média více stanicemi na principu časového multiplexeru s náhodným časováním. Stanice, která potřebovala odeslat paket, jej vyslala a čekala na potvrzení. Pokud nedošlo ve stanoveném čase, např. že došlo ke kolizi z důvodů vysílání několika stanic najednou, vysílání se po uplynutí náhodného času opakovalo. Na tyto práce navázal v letech 1972-1977 projekt firmy Xerox v jeho výzkumném středisku PARC. Tento projekt vtiskl Ethernetu jeho další hlavní princip a tím je sledování nosné. Stanice, pokud chce vysílat, monitoruje před vysíláním stanovenou dobu přenosové médium a pokud je volné, zahájí vysílání. Oba hlavní principy jsou i součástí názvu patentu vymezujícího první definici Ethernetu - "Carrier-Sense Media Access with Collision Detection" - CSMA/CD. První experimentální síť sloužila ke spojení počítačů ALTO a prvních laserových tiskáren na světě, nazývaných EARS. Její přenosová frekvence byla odvozena ze systémových hodin procesorů ALTO a byla 2,94 Mbps.

Tyto počátky daly Ethernetu do vínku relativní spolehlivost založenou na několika robusních vlasnostech. První vlasností je vysílání synchronizace, na začátku každého bloku. Ethernet je sdílené médium, se sériovou komunikací. Komunikuje se po blocích, nesoucích na začátku každého bloku 6ti bytovou adresu příjemce následovanou 6ti bytovou adresou odesílatele, vlastním datovým blokem a na závěr 4 bytovou cyklickou sumou. Před každým blokem je vysílána synchronizační posloupnost složení ze série 31 dvojic bitů 1,0 následovaných značkou začátku bloku, reprezentovanou dvojicí bitů 1,1. Těchto, celkem 64 bitů, slouží pouze k synchronizaci a k automatickému nastavení citlivosti přijímačů. Ethernet karty je při vysílání vkládají automaticky, a při příjmu naopak vypouštějí. (Pozn. nemusí vždy platit, že přijímač obdrží vždy všech 64 bitů, některé počáteční bity mohou být "ztraceny", vlivem pozdního zapnutí obvodů vysílače, či špatného počátečního nastavení citlivosti.)

Druhou vlasností je, že každý vysílaný bit si zároveň nese sebou synchronizační bit, vyplývající z použité modulace. Ethernet používá modulaci nazývanou Manchester II. Tato modulace je založena na rozdělení bitového intervalu na dvě poloviny, v první je vysílána inverzní hodnota bitu a ve druhé je vysílán bit přímo. Je možno říci, že každý bit se nahradí ve vysílači vlastně dvojicí bitů s poloviční dobou trvání. 0 dvojicí 10 a 1 dvojicí 01. Např. výše zmíněná synchronizační posloupnost bude vypadat takto:

Hodinový signál, zobrazený na na prvním řádku slouží pouze k synchronizaci vysílače a při příjmu je jej nutno pomocí fázového závěsu obnovit z přijímaných dat. Na druhém řádku jsou uvedena data, tak jak je posílá jádro kontroleru Ethernetu do modulátoru. Na třetím řádku jsou zobrazena data, tak jak je posílá modulátor do linky.

Podrobnější pohled na vysílaná data odhalí další vlasnost, danou použitou modulací, a to konstantní stejnosměrnou úroveň během vysílání. Tato vlasnost je uplatněna hned ve dvou bodech. Prvním bodem je jednoduchá realizace galvanického odělení obvodů připojených k lince od obvodů vlastního počítače. Je realizováno pomocí důsledné symetrizace všech signálů, které odstraní stejnosměrnou složku a následného oddělení pomocí transformátorů. Druhým bodem je, pokud se neuplatní symetrizace, naopak jednoduchá možnost vyhodnocování střední hodnoty této stejnosměrné úrovně. Při vysílání se monitoruje střední hodnota a pokud dojde k odchylce, způsobené především současným vysíláním dvou a více stanic, je signalizována kolize. Této možnosti detekce kolize používají např. obvody MAU pro koaxiální kabel.

Jak probíhá vysílání dat např. po koaxiálním kabelu? Vysílaná data prochází, stejně jako další signály (přijímaná data, signalizace kolize a napájení) skrz obvody galvanického oddělení do obvodů MAU. Obvody Media Attachment Unit - jednotky pro připojení média mohou být realizovány buď přímo na kartě, nebo jako samostatná "krabička" připojovaná přes standartní rozhraní realizované konektorem AUI.

AUI konektor     AUI konektor je tvořen konektorem DB15 (2 řadý, lichoběžníkový konektor Cannon, s 8+7 kontakty). Jeho osazení je popsáno v následující tabulce:
Vývod	IEEE název	Pár	Označení	Směr
3	DO + (Data Out +)	Transmit (Vysílání)	TX +	DTE->MAU
10	DO - (Data Out -)		TX -	DTE->MAU
11	DO S (Data Out Shield)		TX S	DTE->MAU
5	DI + (Data In +)	Receive (Příjem)	RX +	DTE<-MAU
12	DI - (Data In -)		RX -	DTE<-MAU
4	DI S (Data In Shield)		RX S	DTE->MAU
7	CO + (Control Out +)	Optional (Volitelný)		DTE->MAU
15	CO - (Control Out -)			DTE->MAU
8	CO S (Control Out Shield)			DTE->MAU
2	CI + (Control In +)	Collision (Detekce kolize)	CD +	DTE<-MAU
9	CI - (Control In -)		CD -	DTE<-MAU
1	CI S (Control In Shield)		CD S	DTE->MAU
6	VC (Voltage Common)	Power (Napájení)		DTE->MAU
13	VP (Voltage Plus)			DTE->MAU
14	VS (Voltage Shield)			DTE->MAU

Kde směr DTE->MAU znamená směr ze zařízení směrem k médiu.

CTI - Obvody připojení koaxiálního kabelu
TPEX - Obvody připojení TP kabelu
FL MAU - Obvody připojení optického kabelu

(c)Copyright 2000, 2001, HW server & Radek Benedikt Web51@HW.cz, Web51.HW.cz Final applications of the Web51 : www.HWgroup.cz