Ethernet (2)

Het populairste netwerksysteem heet Ethernet. In het vorige, dit en het volgende deel leggen we je uit hoe Ethernet ineen zit en werkt

Zoals we de vorige keer al uitlegden is Ethernet een LAN-technologie gebaseerd op een bustopologie met broadcasttechnologie waarmee je data kunt versturen tegen een snelheid van 10 Mbit/s (Ethernet), 100 Mbit/s (Fast Ethernet) of 1000 Mbit/s (Giga Ethernet).

CSMA/CD
Ethernet werkt via Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) ofwel “meervoudige toegang met draaggolfvoeling en botsingsdetectie”. Je mag hierbij denken aan een hoop mensen die elkaar niet kunnen zien maar allemaal aan een grote buis zitten waarin een klein gat zit. Als ze willen spreken, moeten ze eerst luisteren of er al iemand bezig is. Is het stil, dan kan iemand die wil spreken zijn mond voor het gat brengen en beginnen met spreken. Is het niet stil, dan moet hij wachten tot het wel stil is. Nu is het natuurlijk mogelijk dat je niks hoort als je luistert, maar dat wel al iemand anders begonnen was met spreken. Als jij begint met spreken terwijl er nog iemand anders bezig is, krijg je een kakafonie en niemand verstaat nog wat gezegd wordt. Dit heet een botsing bij Ethernet. In zo’n geval moet iedereen die bezig is met spreken ophouden, een willekeurige tijd wachten en dan opnieuw luisteren voordat men probeert te spreken.

Kabeltje, kabeltje aan de wand…
Ethernet was bedoeld om zo eenvoudig en dus zo goedkoop mogelijk een netwerk te bouwen. Men koos dus voor een eenvoudige coaxkabel (hetzelfde soort dat je gebruikt voor de antenne-aansluiting van je TV). In dit geval ging het om wat men “dikke coax” noemde. Een zware koperdraad met plastic isolatie wordt omgeven door een geaard metalen schild. Aan elk kabeleinde verbindt men de centrale signaaldraad met een weerstand die aan het andere eind aan dat geaarde metalen schild aangesloten wordt. Zoals we in de vorige aflevering vertelden zit er een afstand van ongeveer dertig meter tussen elke verstuurde bit. Je kunt de bits dus beschouwen als een golf van elektrische stroom. De weerstand aan elk kabeluiteinde zorgt ervoor dat het signaal netjes van de draad verwijderd wordt. Zonder een dergelijke afsluitweerstand of terminator zou een deel van de elektrische signaalgolf tegen het einde van de kabel aanbotsen en terugbotsen: dat zou problemen veroorzaken en wellicht als een botsing geïnterpreteerd worden. De meeste problemen die optreden bij klassieke Ethernet hebben dan ook te maken met die terminatie of de coaxkabel zelf. Bij het monteren van de kabel tegen de muur kan een spijker bijvoorbeeld doorheen de kabel gedreven worden: dat veroorzaakt ofwel een kortsluiting ofwel een kabelbreuk.

Terminatie
Of bij het aansluiten van extra netwerkstations op de coaxkabel (die loopt van apparaat naar apparaat) vergeet men dat het draaduiteinde altijd getermineerd moet zijn en dat stations die tussenin liggen geen terminator mogen hebben. Als de terminatie onjuist is, komen er ongewenste spanningen en dus signalen op de kabel die de netwerkcommunicatie storen. Je kunt ook een geval hebben waarbij een netwerkstation kapot gaat en begint een constant signaal op de Ethernetkabel te gooien, waardoor geen enkel station nog kan zenden. Hoe zoek je nu kabel- of terminatieproblemen in een Ethernet netwerk? De bekabeling kan immers vrij ingewikkeld zijn en van machine tot machine lopen in een ingewikkeld patroon of deels verborgen achter meubels of in muren, noem maar op. Een kortsluiting of kabelbreuk kun je vinden met een gewone voltmeter. Als je meet tussen de signaaldraad en de massa (een ander woord voor een geaard punt), dan hoort daar een spanning te staan. Meet je nul volt, dan is er een kortsluiting of een kabelbreuk. Schakel je multimeter over naar weerstandmeting en als je dan 0 Ohm meet heb je een kortsluiting, zoniet een kabelbreuk. Daarmee weet je nog niet wààr het probleem zich in de kabel bevind. Er bestaan gespecialiseerde LAN-testers voor dit soort opsporingswerk. Je sluit de tester aan op je netwerkbekabeling en het toestel stuurt dan zijn eigen signaalpuls over de kabel. Als er een kabelbreuk is en dus geen behoorlijke terminatie, wordt die puls teruggekaatst bij de breuk. De tester meet hoe lang de puls erover deed om terug te kaatsen en kan daaruit afleiden hoever weg de breuk zich bevindt. Bij een kortsluiting krijg je ook een dergelijke pulsweerkaatsing waarbij de tijd van de terugkeer kan dienen om de afstand te berekenen.

UTP
Moderne Ethernet netwerken kunnen geconstrueerd zijn zonder één keer coax te gebruiken. Bijvoorbeeld door het gebruik van UTP-bekabeling (zie deel 4 van deze serie over fysieke media) en hubs met RJ45-contacten. Vandaar dat moderne Ethernettesters veel flexibeler zijn en ook met dit soort bekabeling rekening kunnen houden. Er zijn zelfs hubs die zelf aan foutdetectie in UTP-bekabeling kunnen doen. In essentie kun je als stelregel hanteren: hoe goedkoper je installatie is, hoe meer moeite je zult moeten doen om fouten te ontdekken en te repareren.

In de volgende aflevering gaan we dieper in op de netwerkpakketten van Ethernet.