شبكة محلية ظاهرية تعتمد على المنافذ. المسافة القصوى * ، م

الكمبيوتر ، عند إرسال حركة المرور إلى الشبكة ، لا يخمن حتى موقع VLAN "e. يفكر المحول في الأمر. يعرف المحول أن الكمبيوتر المتصل بمنفذ معين موجود في VLAN المقابل" e. لا تختلف حركة المرور التي تصل إلى منفذ شبكة محلية ظاهرية معينة عن حركة مرور شبكة محلية ظاهرية أخرى. بمعنى آخر ، ليس لديها أي معلومات حول ما إذا كانت حركة المرور تنتمي إلى شبكة محلية ظاهرية معينة.

ومع ذلك ، إذا كانت حركة المرور من شبكات VLAN مختلفة يمكن أن تأتي عبر المنفذ ، فيجب أن يميزها المحول بطريقة ما. للقيام بذلك ، يجب تمييز كل إطار (إطار) لحركة المرور بطريقة خاصة. يجب أن تشير العلامة إلى VLAN "التي تنتمي إليها حركة المرور .

الطريقة الأكثر شيوعًا لوضع مثل هذه العلامة موصوفة الآن في المعيار المفتوح. IEEE 802.1Q.

IEEE 802.1Q- معيار مفتوح يصف الإجراء الخاص بوضع علامات على حركة المرور لنقل معلومات حول الانتماء إليها VLAN.

نظرًا لأن 802.1Q لا يغير رؤوس الإطارات ، أجهزة الشبكة، التي لا تدعم هذا المعيار ، يمكنها نقل حركة المرور بغض النظر عن انتمائها إلى شبكة محلية ظاهرية (VLAN).

أماكن 802.1Q داخل إطار بطاقة شعار، والذي ينقل معلومات حول حركة المرور الخاصة بشبكة VLAN "y.

حجم العلامة 4 بايت. يتكون من المجالات التالية:

معرف بروتوكول العلامة (TPID)- معرف بروتوكول وضع العلامات. حجم الحقل 16 بت. يحدد البروتوكول المستخدم في وضع العلامات. بالنسبة لـ 802.1q ، تكون القيمة 0x8100.

معلومات التحكم في العلامات (TCI)- حقل يحتوي على مجالات الأولوية والتنسيق المتعارف عليه ومعرف VLAN:

• أولوية- أولوية. حجم الحقل 3 بت. يستخدم بواسطة معيار IEEE 802.1p لتحديد أولويات حركة المرور المرسلة.

  مؤشر التنسيق المتعارف عليه (CFI)- مؤشر التنسيق المتعارف عليه. حجم الحقل 1 بت. يشير إلى تنسيق عنوان MAC. 0 - متعارف عليه (إطار Ethernet) ، 1 - غير متعارف عليه (إطار Token Ring ، FDDI).

  معرف VLAN (VID ) - معرف VLAN "أ. حجم الحقل هو 12 بت. تشير إلى شبكة VLAN" التي ينتمي إليها الإطار. يتراوح نطاق قيم VID الممكنة من 0 إلى 4094.

عند استخدام معيار Ethernet II ، يُدرج 802.1Q علامة قبل حقل نوع البروتوكول. نظرًا لتغير الإطار ، تتم إعادة حساب المجموع الاختباري.

في معيار 802.1Q ، هناك مفهوم شبكة محلية ظاهرية أصلية. الافتراضي هو VLAN 1. لم يتم وضع علامة على حركة المرور على شبكة VLAN هذه.

يوجد بروتوكول 802.1Q مشابه خاص تم تطويره بواسطة Cisco Systems - ISL.

تتناول المقالة إمكانيات Ethernet فيما يتعلق بالاستخدام في الصناعة ؛ تقدم المادة أيضًا بروتوكولات تطبيق خاصة تستند إلى Ethernet.

OOO "AKOM" ، تشيليابينسك

بعد أن نجحت في التغلب على عالم أتمتة المكاتب ، أطلقت Ethernet و TCP / IP هجوماً على أنظمة التحكم في الإنتاج الموزع. باعتباره "السلاح" الرئيسي ، يستخدم هذا الفكرة المغرية للاتصال "السلس" لجميع مستويات هرم الأتمتة الكلاسيكي: من مستوى أتمتة العمليات التكنولوجية إلى مستوى إدارة المؤسسة. يتطلب تنفيذ هذه الفكرة تكييفًا كبيرًا لشبكة Ethernet ، خاصة من حيث الدعم في الوقت الفعلي. توفر بروتوكولات الاتصال غير الحتمية مثل HTTP و FTP بالتأكيد تعدد الاستخدامات وسهولة الاستخدام ، ولكن للاستخدام الصناعي ، لا يزال يتعين تطوير بروتوكولات التطبيقات الخاصة على أساس الإيثرنت.

OSI - نموذج ربط الأنظمة المفتوحة

يصف نموذج OSI (Open System Interconnection) بشكل تخطيطي الروابط بين أجهزة مختلفةفي هندسة الشبكة. يحدد نموذج OSI سبعة مستويات لشبكات النظام ، ويمنحهم أسماء قياسية ، ويحدد الوظائف التي يجب أن يؤديها كل مستوى وكيف سيتم توفير التفاعل مع مستوى أعلى.

أرز. واحد.نموذج OSI (Open System Interconnection)

قبل إرسال بيانات المستخدم من الملحق 1 (الشكل 1.) عبر Ethernet ، تمر هذه البيانات بالتسلسل عبر مكدس الاتصالات بالكامل من أعلى إلى أدنى مستوى. في هذه الحالة ، يتم تشكيل الحزمة النهائية للإرسال (التغليف) - عندما يتم تشكيل إطار (حزمة) وفقًا لمتطلبات المستوى الحالي ، يتم تشكيل إطار من أكثر مستوى عال. وبالتالي ، يتم إرسال البيانات التي وصلت إلى أدنى مستوى (وسيط الإرسال المادي) إلى النظام الثاني ، حيث تتم العملية العكسية للإرسال التسلسلي للبيانات المستلمة إلى المستويات العليا إلى الوجهة - الملحق 2.

تشبه هذه العملية خط أنابيب جيد التزيت وتتطلب وصفًا واضحًا للتفاعل المنطقي بين المستويات.

الجدول 1

في Ethernet ، وفقًا لمعيار IEEE 802.1-3 ، يتم تنفيذ الطبقتين 1 و 2 من نموذج OSI. يتم توفير الدعم للطبقة الثالثة ، الشبكة ، من خلال بروتوكول IP (بروتوكول الإنترنت) المتراكب على Ethernet ، ويتوافق بروتوكولات النقل TCP و UDP مع الطبقة 4. يتم تنفيذ الطبقات 5-7 في تطبيق FTP و Telnet و SMTP و SNMP البروتوكولات والبروتوكولات الصناعية المحددة المذكورة أدناه - الأتمتة (إيثرنت الصناعية). وتجدر الإشارة إلى أن بروتوكولات Ethernet الصناعية يمكن أن تحل محل أو تكمل الطبقتين 3 و 4 (IP و TCP / UDP) في بعض التطبيقات.

تصف الطبقة 1 (المادية) طريقة للإرسال التسلسلي للبيانات بت ببتة عبر وسيط مادي. وفقًا لمعيار IEEE 802.3 ، يجب أن يبدو إطار Ethernet القياسي كما يلي:

مقدمة - مقدمة ، تُستخدم لمزامنة جهاز الاستقبال وتشير إلى بداية إطار Ethernet ؛

الوجهة - عنوان المستلم ؛

المصدر - عنوان المرسل ؛

نوع الحقل - نوع بروتوكول عالي المستوى (على سبيل المثال ، TCP / IP) ؛

مجال البيانات - البيانات المنقولة ؛

تحقق - المجموع الاختباري (CRC).

تعمل الطبقة 2 (الارتباط) على تحسين موثوقية نقل البيانات عبر الطبقة المادية عن طريق تعبئة البيانات في إطارات قياسية مع إضافة معلومات العنوان ومجموع تدقيق (اكتشاف الخطأ). يتم الوصول إلى وسيط الإرسال المادي ، وفقًا لمعيار IEEE 802.3 ، من خلال آلية CSMA / CD ، مما يؤدي إلى تصادمات لا مفر منها عندما تبدأ عدة أجهزة الإرسال في نفس الوقت. تسمح طبقة الارتباط بحل هذه المشكلة من خلال توفير توزيع حقوق الوصول لأجهزة تشكيل الشبكة. يتم تنفيذ ذلك في محولات Ethernet (تقنية Switched Ethernet) ، حيث ، بناءً على بيانات طبقة الارتباط ، يتم فحص جميع البيانات الواردة تلقائيًا للتأكد من سلامتها والتوافق مع المجموع الاختباري (CRC) ، وإذا كانت النتيجة إيجابية ، يتم إعادة توجيهها فقط إلى المنفذ الذي يتصل به جهاز استقبال البيانات.

توفر الطبقة 3 (الشبكة) المراسلة بين الشبكات المختلفة باستخدام بروتوكول IP (كما هو مطبق على Ethernet) كأداة. يتم تغليف البيانات المستلمة من طبقة النقل في إطار طبقة الشبكة برؤوس IP وتمريرها إلى طبقة ارتباط البيانات للتجزئة وإرسال المزيد. يستخدم الإصدار 4 من IP الحالي (IPv4) نطاق عناوين يصل إلى 32 بت ، بينما يوسع IPv6 مساحة العنوان إلى 128 بت.

توفر الطبقة 4 (النقل) نقل البيانات بمستوى معين من الموثوقية. يتم تنفيذ الدعم لهذا المستوى في بروتوكولات TCP و UDP. TCP (بروتوكول التحكم في الإرسال - بروتوكول التحكم في الإرسال) هو بروتوكول متقدم مع وسائل إنشاء وتأكيد وإنهاء الاتصال ، مع وسائل لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها. يتم تحقيق موثوقية عالية في نقل البيانات على حساب تأخير الوقت الإضافي وزيادة كمية المعلومات المرسلة. تم إنشاء UDP (بروتوكول مخطط بيانات المستخدم - بروتوكول مخطط بيانات المستخدم) كثقل موازن لـ TCP ويستخدم في الحالات التي تصبح فيها السرعة ، بدلاً من موثوقية نقل البيانات ، العامل الأساسي.

الطبقات من 5 إلى 7 هي المسؤولة عن التفسير النهائي لبيانات المستخدم المرسلة. أمثلة من عالم أتمتة المكاتب هي بروتوكولات FTP و HTTP. تستخدم بروتوكولات Ethernet الصناعية أيضًا هذه الطبقات ، ولكن طرق مختلفةمما يجعلها غير متوافقة. لذا فإن بروتوكولات Modbus / TCP و EtherNet / IP و CIPsync و JetSync تقع بشكل صارم فوق الطبقة 4 من نموذج OSI ، وتتوسع بروتوكولات ETHERNET Powerlink و PROFInet و SERCOS وتستبدل الطبقات 3 و 4 جزئيًا.

إيثرنت / IP

يعتمد EtherNet / IP على بروتوكولات Ethernet TCP و UDP IP ويوسع مجموعة الاتصالات لاستخدامها في الأتمتة الصناعية (الشكل 2.). الجزء الثاني من اسم "IP" يرمز إلى "بروتوكول صناعي". تم تطوير بروتوكول Ethernet الصناعي (Ethernet / IP) بواسطة مجموعة ODVA بمشاركة نشطة من Rockwell Automation في نهاية عام 2000 استنادًا إلى بروتوكول الاتصال CIP (بروتوكول الواجهة المشتركة) ، والذي يستخدم أيضًا في شبكات ControlNet و DeviceNet. مواصفات EtherNet / IP عامة ومجانية. بالإضافة إلى الوظائف النموذجية لبروتوكولات HTTP و FTP و SMTP و SNMP ، يوفر EtherNet / IP نقل البيانات الهامة للوقت بين المضيف وأجهزة الإدخال / الإخراج. يتم توفير موثوقية نقل البيانات غير الحرجة للوقت (التكوين ، تنزيل / تفريغ البرامج) من خلال مكدس TCP ، وسيتم تنفيذ التسليم الحرج للوقت لبيانات التحكم الدوري عبر مكدس UDP. لتبسيط إعداد شبكة EtherNet / IP ، تأتي معظم أجهزة الأتمتة القياسية مع تعريف مسبق ملفات التكوين(EDS).

CIPsync هو امتداد لبروتوكول الاتصال CIP ويقوم بتنفيذ آليات مزامنة الوقت في الأنظمة الموزعة بناءً على معيار IEEE 1588.

بروفينيت

استخدم الإصدار الأول من PROFINET شبكة إيثرنت للاتصال غير الضروري للوقت بين الأجهزة افضل مستوىوالأجهزة الميدانية Profibus-DP. تم تنفيذ التفاعل مع Profibus-DP بكل بساطة باستخدام PROXY المدمج في المكدس.

يوفر الإصدار الثاني من PROFINET آليتين للاتصال عبر Ethernet: يتم استخدام TCP / IP لنقل البيانات غير الهامة للوقت ، و في الوقت الحالىالمقدمة على القناة الثانية ببروتوكول خاص. هذا البروتوكول في الوقت الحقيقي "يقفز" فوق الطبقتين 3 و 4 ، محوِّلاً طول البيانات المرسلة لتحقيق الحتمية. بالإضافة إلى ذلك ، لتحسين الاتصال ، يتم إعطاء الأولوية لجميع عمليات إرسال البيانات في PROFINET وفقًا لمعيار IEEE 802.1p. للاتصال في الوقت الفعلي ، يجب أن يكون للبيانات الأولوية القصوى (السابعة).

يستخدم PROFINET V3 (IRT) الأجهزة لإنشاء ارتباط سريع بأداء أفضل. يتوافق مع متطلبات IRT (الوقت الفعلي المتزامن) لمعيار IEEE-1588. يستخدم PROFINET V3 بشكل أساسي في أنظمة التحكم في الحركة باستخدام محولات Ethernet / PROFINET V3 المخصصة.

أرز. 2.هيكل Ethernet / IP في طبقات نموذج OSI

أرز. 3.هيكل PROFINET في طبقات نموذج OSI

أرز. أربعة.هيكل Ethernet PowerLink في طبقات نموذج OSI

إيثرنت بوورلينك

في ETHERNET Powerlink ، يتم تمديد مكدسات TCP / IP و UDP / IP (الطبقات 3 و 4) بواسطة مكدس Powerlink. استنادًا إلى مكدسات TCP و UDP و Powerlink ، يتم تنفيذ كل من النقل غير المتزامن للبيانات غير الهامة للوقت والنقل السريع المتزامن للبيانات الدورية.

يدير مكدس Powerlink بشكل كامل حركة مرور البيانات على الشبكة للتشغيل في الوقت الفعلي. لهذا الغرض ، يتم استخدام تقنية SCNM (إدارة شبكة اتصالات الفتحة) ، والتي تحدد الفاصل الزمني والحقوق الصارمة لنقل البيانات لكل محطة في الشبكة. في كل فترة زمنية ، توجد محطة واحدة فقط الوصول الكاملللشبكة مما يسمح لك بالتخلص من الاصطدامات والتأكد من الحتمية في العمل. بالإضافة إلى هذه الفترات الزمنية الفردية لنقل البيانات المتزامنة ، يوفر SCNM فترات زمنية مشتركة لنقل البيانات غير المتزامن.

بالتعاون مع مجموعة CiA (CAN in Automation) ، تم تطوير ملحق Powerlink v.2 باستخدام ملفات تعريف جهاز CANopen.

يتضمن Powerlink v.3 آليات مزامنة الوقت بناءً على معيار IEEE 1588.

مودبوس / TCP-IDA

تقترح مجموعة Modbus-IDA المشكلة حديثًا بنية IDA لأنظمة التحكم الموزعة باستخدام Modbus كبنية للرسالة. يعد Modbus-TCP تعايشًا بين بروتوكول Modbus القياسي وبروتوكول Ethernet-TCP / IP كوسيط اتصال. والنتيجة هي بروتوكول إرسال بسيط ومنظم ومفتوح لشبكات Master-Slave. تستخدم جميع البروتوكولات الثلاثة من عائلة Modbus (Modbus RTU و Modbus Plus و Modbus-TCP) نفس بروتوكول التطبيق ، مما يسمح لهم بالتوافق على مستوى معالجة بيانات المستخدم.

IDA ليست فقط بروتوكولات تعتمد على Modbus ، بل هي بنية كاملة تجمع بين أساليب البناء أنظمة مختلفةأتمتة مع الذكاء الموزع ووصف كل من هيكل نظام التحكم ككل وواجهات الأجهزة و البرمجياتخاصه. يوفر هذا التكامل الرأسي والأفقي لجميع مستويات الأتمتة مع الاستخدام المكثف لتقنيات الويب.

يتم توفير نقل البيانات في الوقت الفعلي باستخدام مكدس IDA ، وهو عبارة عن وظيفة إضافية عبر TCP / UDP ويستند إلى بروتوكول Modbus. يحدث نقل البيانات غير الهامة للوقت ودعم تقنيات الويب من خلال مكدس TCP / IP. امكانية المقدمة جهاز التحكمالأجهزة والأنظمة (التشخيص والمعلمات وتنزيل البرامج وما إلى ذلك) باستخدام بروتوكولات HTTP و FTP و SNMP القياسية.

إثيركات

EtherCAT (إيثرنت لتكنولوجيا التحكم الآلي) هو مفهوم أتمتة قائم على Ethernet طورته شركة Beckhoff الألمانية. يتمثل الاختلاف الرئيسي في هذه التقنية في معالجة إطارات Ethernet "أثناء التنقل": حيث تقوم كل وحدة في الشبكة ، بالتزامن مع تلقي البيانات الموجهة إليها ، ببث الإطار إلى الوحدة التالية. عند الإرسال ، يتم إدخال بيانات الإخراج بالمثل في الإطار المرحل. وبالتالي ، فإن كل وحدة في الشبكة تعطي تأخيرًا لبضع نانو ثانية فقط ، مما يوفر للنظام ككل دعمًا في الوقت الفعلي. يتم إرسال البيانات غير الحرجة للوقت في الفترات الزمنية بين عمليات إرسال البيانات في الوقت الفعلي.

تنفذ EtherCAT آليات التزامن بناءً على معيار IEEE 1588. يتيح زمن انتقال البيانات المنخفض إمكانية استخدام EtherCAT في أنظمة التحكم في الحركة.

سيركوس الثالث

SERCOS (نظام الاتصال في الوقت الحقيقي SErial) هو واجهة رقمية محسّنة للاتصال بين وحدة التحكم و VFD (محولات التردد) باستخدام حلقة ألياف بصرية. تم تطويره في شكله الأصلي من قبل مجموعة من الشركات في أواخر الثمانينيات من القرن الماضي. يتم تحقيق التشغيل في الوقت الفعلي باستخدام آلية TDMA (الوصول المتعدد بتقسيم الوقت) - الوصول المتعدد بتقسيم الوقت. SERCOS-III هو احدث اصدارهذه الواجهة وتستند إلى إيثرنت.

مؤسسة Fieldbus HSE

عند تطوير معيار Foundation Fieldbus ، حاولوا الاعتماد كليًا على نموذج OSI ، ولكن في النهاية ، لأسباب تتعلق بالأداء ، تم تغيير النموذج: تم استبدال الطبقة 2 بطبقة تفاوض بيانات خاصة ، وتم حذف الطبقات 3-6 وطبقة ثامنة تسمى المستخدم. يتضمن مستوى المستخدم كتل الوظائف ، وهي حزم معيارية لوظائف التحكم (على سبيل المثال ، التناظرية اشارة ادخال، تحكم PID ، إلخ). يجب أن تفي مجموعات الوظائف هذه بمتطلبات مجموعة كبيرة من المعدات المختلفة من جهات تصنيع مختلفة ، وليس نوعًا معينًا من الأجهزة. تستخدم الأجهزة المتصلة برنامج "وصف الجهاز" (DD) لتوصيل خصائصها وبياناتها الفريدة إلى النظام. هذا يجعل من السهل إضافة أجهزة جديدة إلى النظام على أساس التوصيل والتشغيل.

السمة المميزة الثانية لتقنية Foundation Fieldbus هي الاتصالات من نظير إلى نظير بين الأجهزة الميدانية. من خلال الاتصال من نظير إلى نظير ، يمكن لكل جهاز متصل بالحافلة الاتصال بالأجهزة الأخرى الموجودة على الحافلة مباشرةً (أي دون الحاجة إلى إرسال إشارة عبر نظام التحكم).

تم تطوير Foundation Fieldbus HSE ((Ethernet عالي السرعة) في عام 2000. الميزات الرئيسية: استنادًا إلى Ethernet ، ومعدل بيانات 100 Mbaud ، ودعم في الوقت الفعلي ، ومتوافق مع جميع معدات Ethernet التجارية ، والاستخدام بروتوكولات الإنترنت(FTP و HTTP و SMPT و SNMP و UDP) ، القدرة على التواصل مع شبكة FF H1 دون الاتصال بالنظام المضيف.

SafeEthernet

تم تطويره بواسطة شركة HIMA الألمانية استنادًا إلى Ethernet مع دعم بروتوكولات الإنترنت. وفقًا لملف تعريف الشركة ، وكما يوحي الاسم ، تم تحسين هذا البروتوكول للاستخدام في أنظمة الأمان.

IEEE 802.1Q- معيار مفتوح يصف إجراء وضع علامات على حركة المرور لنقل معلومات حول الانتماء إلى شبكة محلية ظاهرية (VLAN).

نظرًا لأن 802.1Q لا يغير رؤوس الإطارات ، فإن أجهزة الشبكة التي لا تدعم هذا المعيار يمكنها نقل حركة المرور بغض النظر عن عضويتها في VLAN.

أماكن 802.1Q داخل إطار بطاقة شعار، والذي ينقل معلومات حول حركة المرور الخاصة بشبكة VLAN "y.

حجم العلامة 4 بايت. يتكون من المجالات التالية:

• معرف بروتوكول العلامة (TPID)- معرف بروتوكول وضع العلامات. حجم الحقل 16 بت. يحدد البروتوكول المستخدم في وضع العلامات. بالنسبة لـ 802.1q ، تكون القيمة 0x8100.
• معلومات التحكم في العلامات (TCI)- حقل يحتوي على مجالات الأولوية والتنسيق المتعارف عليه ومعرف VLAN:
  • أولوية- أولوية. حجم الحقل 3 بت. يستخدم بواسطة معيار IEEE 802.1p لتحديد أولويات حركة المرور المرسلة.
  • مؤشر التنسيق المتعارف عليه (CFI)- مؤشر التنسيق المتعارف عليه. حجم الحقل 1 بت. يشير إلى تنسيق عنوان MAC. 0 - متعارف عليه (إطار Ethernet) ، 1 - غير متعارف عليه (إطار Token Ring ، FDDI).
  • معرف VLAN (VID)- معرف VLAN "أ. حجم الحقل هو 12 بت. تشير إلى شبكة VLAN" التي ينتمي إليها الإطار. يتراوح نطاق قيم VID الممكنة من 0 إلى 4094.

عند استخدام معيار Ethernet II ، يُدرج 802.1Q علامة قبل حقل نوع البروتوكول. نظرًا لتغير الإطار ، تتم إعادة حساب المجموع الاختباري.

في معيار 802.1Q ، يوجد مفهوم شبكة VLAN الأصلية. الافتراضي هو VLAN 1. لم يتم وضع علامة على حركة المرور على شبكة VLAN هذه.

يوجد بروتوكول 802.1Q مشابه خاص تم تطويره بواسطة Cisco Systems - ISL.

عند استخدام شبكات محلية ظاهرية قائمة على المنافذ ، يتم تعيين كل منفذ لشبكة محلية ظاهرية محددة ، بغض النظر عن المستخدم أو الكمبيوتر المتصل بهذا المنفذ. هذا يعني أن جميع المستخدمين المتصلين بهذا المنفذ سيكونون أعضاء في نفس شبكة VLAN.

تكوين المنفذ ثابت ولا يمكن تغييره إلا يدويًا.

شبكات VLAN القائمة على المنفذ.

شبكة محلية ظاهرية على أساس عناوين ماك.

تستخدم الطريقة التالية لتشكيل الشبكات الافتراضية تجميع عناوين MAC. عندما يكون هناك عدد كبير من العقد في الشبكة ، تتطلب هذه الطريقة عددًا كبيرًا من العمليات اليدوية من المسؤول.

VLAN على أساس عناوين MAC.

شبكة Vlan المستندة إلى الملصقات - معيار 802.1q.

يعتمد الأسلوبان الأوليان فقط على إضافة معلومات إضافية إلى جداول العناوين الخاصة بالجسر ولا يستخدمان إمكانية تضمين معلومات حول الإطار الذي ينتمي إلى شبكة افتراضيةفي الإطار المرسل. طريقة منظمة VLAN القائمة على الملصق - العلامات، الاستخدامات حقول إضافيةإطار لتخزين المعلومات حول ملكية الإطار عندما ينتقل بين محولات الشبكة. تمت إضافة علامة 4 بايت إلى إطار Ethernet:

تشتمل تسمية الإطار المضافة على حقل TPID ثنائي البايت (معرف بروتوكول العلامة) وحقل TCI (معلومات التحكم في العلامة) ثنائي البايت. تحدد أول 2 بايت ، مثبتة عند 0x8100 ، أن الإطار يحتوي على علامة بروتوكول 802.1q / 802.1p. يتكون حقل TCI من حقول الأولوية و CFI و VID. يبلغ طول حقل الأولوية 3 بتات ويحدد ثمانية مستويات محتملة لأولوية الإطار. حقل VID (معرف VLAN) ، بطول 12 بت ، هو معرف الشبكة الافتراضية. تسمح هذه الـ 12 بت بتعريف 4096 شبكة افتراضية مختلفة ، ولكن المعرفين 0 و 4095 محجوزان للاستخدام الخاص ، لذلك يمكن تحديد إجمالي 4094 شبكة افتراضية في معيار 802.1Q. حقل CFI 1 بت (مؤشر التنسيق الكنسي) محجوز لتعيين إطارات أنواع أخرى من الشبكات (Token Ring ، FDDI) ، بينما بالنسبة لإطارات Ethernet فهو 0.

بعد استقبال الإطار بواسطة منفذ الإدخال الخاص بالمحول ، يتم اتخاذ القرار بشأن معالجته الإضافية بناءً على قواعد منفذ الإدخال (قواعد الدخول). الخيارات التالية ممكنة:

تلقي الإطارات ذات العلامات فقط ؛

تلقي الإطارات غير المميزة فقط ؛

بشكل افتراضي ، تقبل جميع المفاتيح الإطارات من كلا النوعين.

بعد معالجة الإطار ، يتم اتخاذ قرار بإعادة توجيهه إلى منفذ الإخراج بناءً على قواعد إعادة توجيه الإطار المحددة مسبقًا. قاعدة إعادة توجيه الإطارات داخل المحول هي أنه لا يمكن إعادة توجيه الإطارات إلا بين المنافذ المرتبطة بنفس الشبكة الافتراضية.

1000Base إيثرنت

يستخدم 1000Base Ethernet أو Gigabit Ethernet ، مثل Fast Ethernet ، نفس تنسيق الإطار وطريقة الوصول إلى CSMA / CD وطوبولوجيا النجوم والتحكم في الارتباط (LLC) مثل IEEE 802.3 و 10Base-T Ethernet. يكمن الاختلاف الأساسي بين التقنيات مرة أخرى في تنفيذ الطبقة المادية لـ EMBOS - تنفيذ أجهزة PHY. لتنفيذ أجهزة الإرسال والاستقبال PHY المتصلة بالألياف ، تم استخدام تطورات IEEE 802.3 و ANSI X3T11 Fibre Channel. في عام 1998 ، تم نشر 802.3z للألياف و 802.3ab للأزواج الملتوية.

إذا كانت الاختلافات بين Ethernet و Fast Ethernet ضئيلة ولا تؤثر على طبقة MAC ، فعند تطوير معيار Gigabit Ethernet 1000Base-T ، يجب على المطورين ليس فقط إجراء تغييرات على الطبقة المادية ، ولكن أيضًا التأثير على طبقة MAC الفرعية.

تستخدم الطبقة المادية لشبكة جيجابت إيثرنت عدة واجهات ، بما في ذلك التقليدية الزوج الملتويالفئة 5 ، بالإضافة إلى الألياف متعددة الأوضاع والوضع الفردي. في المجموع ، تم تحديد 4 أنواع مختلفة من واجهات الوسائط المادية ، والتي تنعكس في مواصفات معايير 802.3z (1000Base-X) و 802.3ab (1000Base-T).

المسافات المدعومة لمعايير 1000Base-X موضحة في الجدول أدناه.

يمكن أن تكون خصائص أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية أعلى بكثير من تلك المشار إليها في الجدول. على سبيل المثال ، تنتج NBase مفاتيح مع منافذ Gigabit Ethernet التي توفر الإرسال عبر مسافات تصل إلى 40 كم عبر الألياف أحادية الوضع دون إعادة الإرسال (يتم استخدام ليزر DFB ضيق الطيف الذي يعمل بطول موجة 1550 نانومتر).

واجهة 1000Base-T

1000Base-T هي واجهة Gigabit Ethernet قياسية للإرسال عبر UTP فئة 5e وما فوقها عبر مسافات تصل إلى 100 متر. للإرسال ، يتم استخدام جميع أزواج الكابلات النحاسية الأربعة ، ومعدل الإرسال للزوج الواحد هو 250 ميجابت في الثانية.

طبقة MAC الفرعية

تستخدم الطبقة الفرعية لـ Gigabit Ethernet MAC نفس طريقة الوصول إلى وسائط CSMA / CD مثل أسلافها من Ethernet و Fast Ethernet. يتم تحديد القيود الرئيسية على الحد الأقصى لطول المقطع (أو مجال التصادم) بواسطة هذا البروتوكول.

كانت إحدى مشكلات تنفيذ سرعة 1 جيجابت / ثانية هي ضمان قطر شبكة مقبول عند العمل في نصف المزدوجةطريقة التشغيل. كما تعلم ، فإن الحد الأدنى لحجم الإطار في شبكات Ethernet و Fast Ethernet هو 64 بايت. مع معدل إرسال يبلغ 1 جيجابت في الثانية وحجم إطار يبلغ 64 بايت ، يتطلب اكتشاف التصادم الموثوق به ألا تزيد المسافة بين جهازي كمبيوتر بعيدًا عن 25 مترًا. تذكر أن اكتشاف التصادم الناجح ممكن إذا كان الحد الأدنى لوقت إرسال الرتل أكبر من ضعف وقت انتشار الإشارة بين أكثر عقدتين بعدًا في الشبكة. لذلك ، من أجل توفير أقصى قطر للشبكة يبلغ 200 متر (كبلين بطول 100 متر ومحول) ، تمت زيادة الحد الأدنى لطول الإطار في معيار Gigabit Ethernet إلى 512 بايت. لزيادة طول الإطار إلى القيمة المطلوبة ، يكمل محول الشبكة حقل البيانات بطول 448 بايت مع ما يسمى بالامتداد (امتداد الناقل). حقل الامتداد هو حقل مليء بأحرف غير قانونية لا يمكن الخلط بينها وبين أكواد البيانات. في هذه الحالة ، يتم حساب حقل المجموع الاختباري للإطار الأصلي فقط ولا ينطبق على حقل الامتداد. عند استقبال إطار ، يتم تجاهل حقل الامتداد. لذلك ، لا تعرف طبقة LLC حتى عن وجود حقل الامتداد. إذا كان حجم الإطار يساوي 512 بايت أو أكبر منه ، فلا يوجد مجال لتمديد الوسائط.

إطار Gigabit Ethernet مع مجال تمديد الوسائط

الغرض الرئيسي من التكنولوجيا واي فاي(الدقة اللاسلكية - "الدقة اللاسلكية") - تمديد لاسلكي شبكات إيثرنت. يتم استخدامه أيضًا عندما يكون استخدام الشبكات السلكية أمرًا غير مرغوب فيه أو مستحيلًا ، راجع بداية قسم "الشبكة المحلية اللاسلكية". على سبيل المثال ، لنقل المعلومات من الأجزاء المتحركة للآليات ؛ إذا كان من المستحيل حفر الجدران ؛ في مستودع كبير حيث يجب حمل الكمبيوتر.

واي فاي مصمم التحالفتعتمد شبكة Wi-Fi على سلسلة معايير IEEE 802.11 (1997) [ANSI] وتوفر معدلات نقل من 1 ... 2 إلى 54 ميجابت في الثانية. يقوم اتحاد Wi-Fi بتطوير مواصفات التطبيقات لإضفاء الحيوية على معيار Wi-Fi ، وإجراء اختبار واعتماد منتجات الجهات الخارجية للامتثال للمعيار ، وتنظيم المعارض ، وتوفير المعلومات اللازمة لمطوري معدات Wi-Fi.

على الرغم من حقيقة أنه تم التصديق على معيار IEEE 802.11 مرة أخرى في عام 1997 ، إلا أن شبكات Wi-Fi أصبحت منتشرة على نطاق واسع فقط في السنوات الاخيرة، عندما انخفضت أسعار معدات الشبكة التسلسلية بشكل كبير. في الأتمتة الصناعية ، من بين العديد من معايير سلسلة 802.11 ، يتم استخدام معيارين فقط: 802.11b بمعدل نقل يصل إلى 11 ميجابت في الثانية و 802.11 ج (حتى 54 ميجابت في الثانية).