Ethernet

Эта статья входит в число готовых статей
Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»
Подключение Ethernet
Разъем Ethernet на лэптопе

Ethernet — это технология, которая соединяет проводные локальные сети (LAN), позволяет устройству взаимодействовать между собой по протоколу, который является общим сетевым языком.[1] Эта локальная сеть представляет собой сеть компьютеров и других электронных устройств, которая охватывает небольшую площадь в офисе, доме, комнате или здании. Именно Ethernet — это протокол, который управляет процессами передачи данных по локальной сети. Он также показывает, как сетевые устройства могут передавать и форматировать пакеты данных, чтобы другие сетевые устройства в том же сегменте сети могли принимать, обрабатывать и распознавать их.

В настоящее время скорость составляет 1, 10, 100 мегабит / с (Fast Ethernet), 1000 мегабит/с (Gigabit Ethernet), 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 и 400 гигабит/с.[2]

Протоколы Ethernet включают определения типов кабелей и разъемов, а также форм передачи (сигналы на битовом уровне передачи, форматы пакетов). В модели OSI Ethernet имеет как физический уровень (уровень OSI 1), так и уровень канала передачи данных (уровень OSI 2). В большой мере Ethernet в значительной степени соответствует стандарту IEEE 802.3. Несмотря на это, он стал наиболее широко используемым методом локальной связи с 1990-х годов, вытеснив другие стандарты локальной сетей. Такие как Token Ring, или ARCNET в промышленных и производственных сетях или FDDI в высокодоступных сетях, превратив его в нишевые продукты по специальным направлениям. Ethernet может служить основой для сетевых протоколов, таких как AppleTalk, DECnet, IPX/ SPX, TCP/IP и других.

История

Концепцию, являющуюся фундаментом Ethernet, предложил сотрудник исследовательского центра Xerox PARC Роберт Меткалф. Его идея была основана на более ранней сетевой технологии ALOHAnet, автором которой был Норман Абрамсон.[3]

Протокол Aloha был достаточно прост: одна из станций отправляла сообщение в любой момент и ждала подтверждения получения. Тогда предполагалось, что вторая сторона транслировала свой сигнал в этот же момент и значит ни одна из сторон не приняла сообщение. Обе передающие станции должны были определить время задержки, а затем заново отправить свои сообщения с большей вероятностью успешной передачи. Но с ростом сетевого трафика Aloha стал испытывать перегрузку.

Боб разработал этот метод связи компьютеров и принтеров, которые находились в арсенале центра Xerox PARC. Последующую экспериментальную сеть он назвал Alto Aloha Network, но в 1973 году сменил его название на Ethernet. Он хотел подчеркнуть значительный рост эффективности по сравнению с Aloha.

Первая спецификация Ethernet Blue Book была выпущена в 1980 году — это 10-мегабитная система, использующая коаксиальный кабель с интервалом 2,5 метра.[4]

Следует отметить, что Дэвид Боггс построил в 1975 году во время своего пребывания в Xerox PARC первый маршрутизатор и первый сервер имен в Интернете.

Сеть 1973 года уже имела все необходимые характеристики современного Ethernet. Это было сделано с помощью CSMA / CD, чтобы минимизировать вероятность столкновения.[5] В случае его возникновения был запущен механизм двоичной экспоненциальной обратной связи для постепенного снижения «агрессии» отправителя и адаптации к различным уровням трафика. Он имел топологию шины и работал со скоростью 2,94 Мб / с по отрезку коаксиального кабеля длиной 1,6 км. Адреса были 8-битными и CRC кадров 16-битными. Протокол, используемый на сетевом уровне — это PUP (Parc Universal Packet), который позже превратился в тот, который позже стал XNS (Xerox Network System), предшественник IPХ (Novell Netware).

В 1977 году Меткалф, Боггс и два других инженера Xerox получили патент на базовую технологию Ethernet[6], а в 1978 году Меткалф и Боггс получили еще один патент на ретранслятор. Тогда вся система Ethernet принадлежала XEROX.

10-мегабитный Ethernet был популярен в течение 10 лет и до начала 90-х годов его скорости хватало, однако постепенно начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Если для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 от пропускной способности самих шин, то с появлением шины PCI (133 Мбайт/с) она упала до 1/133, а этого было явно недостаточно. Однако все это происходило на фоне роста потребностей в объемах передаваемых данных. Из-за этого многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, а частота возникновения коллизий значительно возросла, еще более снижая номинальную пропускную способность.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования образовала некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки высокоскоростного стандарта. Названная новым термином технология получила название Fast Ethernet, а в мае 1995 года комитет IEЕA принял спецификацию 802.3u как стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3.[6]

В начале весны 1996 года, примерно через год после принятия стандарта 802.3u, было принято решение о разработке технологии передачи данных со скоростью 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet) стандарта 802.3z . В мае того же года 11 ведущих компаний, заинтересованных в разработке и внедрении этой технологии, основали Gigabit Ethernet Alliance.

В начале июля 1998 года был принят стандарт Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z). Спецификация 802.3z описывает использование одномодового и многомодового оптического волокна. Несколько позднее эта спецификация была расширена (IEEE 802.3ab) и на использование неэкранированной витой пары UTP 5-й категории (интерфейс 1000Base-T) на расстояние до 100 м.[6]

Формат кадра Ethernet

Кадр — это то, что также известно под названием «фрейм». Первое поле — это преамбула, которая указывает на начало кадра и предназначена для устройства, которое его принимает, для обнаружения нового кадра и его синхронизации.[7]

  • Разделитель начала кадра указывает, что кадр начинается с него.
  • Поля MAC (или адреса) назначения и источника указывают физические адреса устройства, на которое отправляются данные, и устройства, на которое исходят данные, соответственно.
  • Метка — это необязательное поле, указывающее принадлежность к VLAN или приоритету в IEEE P802.1p
  • EtherType указывает, с помощью какого протокола инкапсулированы данные, содержащиеся в полезной нагрузке, на случай, если использовался протокол более высокого уровня.
  • Полезная нагрузка — это то место, куда поступают все данные и, при необходимости, заголовки других протоколов более высокого уровня (в соответствии с моделью OSI), которые они могут форматировать для обрабатываемых данных (IP, TCP и т. д.). Его минимальный размер составляет 46 байт (или 42, если это версия 802.1Q), а максимальный — 1500 байт. Сообщения размером менее 64 байт называются карликовыми кадрами (короткими кадрами) и указывают на поврежденные и частично переданные сообщения.
  • Последовательность проверки представляет собой 4-байтовое поле, содержащее контрольное значение CRC (проверка циклической избыточности). Отправитель вычисляет CRC для всего кадра, от поля назначения до поля CRC, предполагая, что оно равно 0. Приемник пересчитывает его, если вычисленное значение равно 0, кадр действителен.
  • Разрыв в конце кадра — это 12 пустых байтов, предназначенных для межкадрового интервала.
Формат кадра Ethernet II

Технология и скорость Ethernet

Существующие технологии Ethernet различаются по этим концепциям между собой:

  • Скорость передачи данных
  • Скорость, с которой технология передает данные.
  • Тип кабеля.
  • Технология физического уровня, на котором используется технология.
  • Максимальная длина.
  • Максимальное расстояние, которое может быть между двумя соседними узлами (без ретрансляционных станций).[8]

Топология

Определяет физическую форму сетевой шины при использовании разъемов T (сегодня используемых только в старых технологиях) и Звезда, если используются концентраторы (широковещательная звезда) или коммутаторы (коммутируемая звезда).

Технологии Ethernet
Технология Скорость передачи данных Тип кабеля Максимальное расстояние Топология
10Base5 10 Мбит/с Толстый коаксиальный кабель 500 м Шина (разъем AUI)
10Base2 10 Мбит/с Тонкий коаксильный кабель 185 м Шина (Т-образный разъем)
10BaseT 10 Мбит/с Витая пара 100 м Звезда
10BaseF 10 Мбит/с Оптоволокно 2000 м Звезда
100BaseT4 100 Мбит/с Витая пара (категория 3UTP) 100 м Звезда. Half-duplex и Full-duplex
100BaseTX 100 Мбит/с Витая пара (категория 5UTP) 100 м Звезда. Half-duplex и Full-duplex
100BaseFX 100 Мбит/с Оптоволокно 2000 м Не позволяет использовать концентраторы
1000BaseT 1000 Мбит/с Витая пара (категория 5e или 6UTP) 100 м Звезда. Full Duplex
1000BaseTX 1000 Мбит/с Витая пара (категория 6UTP) 100 м Звезда. Full Duplex
1000BaseSX 1000 Мбит/с Оптоволокно (многомодовое) 550 м Звезда. Full Duplex
1000BaseLX 1000 Мбит/с Оптоволокно (одномодовое) 5000 м Звезда. Full Duplex
10GBaseT 10000 Мбит/с Витая пара (категория 6a или 7UTP) 100 м
10GBaseLR 10000 Мбит/с Оптоволокно (одномодовое) 10000 m
10GBaseSR 10000 Мбит/с Оптоволокно (многомодовое) 300 м

Оборудование, обычно используемое в сети Ethernet

В сети Ethernet используются: сетевая карта, концентраторы, мосты, коммутаторы, сетевые узлы и средства межсоединения. Сетевые узлы можно разделить на две большие группы: DTE — терминальное оборудование для передачи данных. и Устройство для передачи данных (DCE).

Гигабитный коммуникатор

DTE — Такие устройства определяют место назначения данных: компьютеры, рабочие станции и файловые сервера, сервера печати. Все они являются частью группы конечных станций. DCE — это промежуточные сетевые устройства, которые принимают и ретранслируют кадры в сети; это могут быть: коммутаторы , маршрутизаторы, концентраторы , ретрансляторы или коммуникационные интерфейсы. Например: модем или интерфейсная карта.

Сетевая интерфейсная карта или сетевая карта, позволяет компьютеру получить доступ к локальной сети. Каждая карта имеет уникальный MAC-адрес, который идентифицирует её в сети. Компьютер, подключенный к сети, называется узлом.

Ретранслятор увеличивает дальность действия физического соединения, принимая сигналы и ретранслируя их, чтобы предотвратить их ухудшение, через передающую среду, достигая большей дальности. Обычно он используется для соединения двух локальных областей с одинаковой технологией и имеет только два порта. Он работает на физическом уровне модели OSI. Концентратор или хаб, он функционирует как ретранслятор, но позволяет соединять «несколько» узлов. Его работа относительно проста, поскольку он принимает кадр Ethernet через один из своих портов и повторяет его через все остальные порты, не запуская на них никаких процессов. Он работает на физическом уровне модели OSI.[9]

Сетевой мост соединяет сегменты сети, осуществляя переключение кадров между сетями в соответствии с таблицей адресов, которая сообщает вам, в каком сегменте находится данный MAC-адрес. Они предназначены для использования между локальными сетями, использующими идентичные протоколы на физическом уровне, и MAC (управление доступом к среде). Хотя существуют более сложные мосты, которые позволяют конвертировать различные форматы MAC (например, Ethernet-Token Ring).

Коммутатор или свитч, функционирует как мост, но позволяет соединять несколько сегментов сети, работает на более высоких скоростях и является более сложным. Коммутаторы могут иметь другие функции, такие как виртуальные сети, и позволяют настраивать их через саму сеть. В основном он работает на уровне 2 модели OSI (привязка данных). По этой причине они способны обрабатывать информацию из кадров; их наиболее важные функции находятся в таблицах адресов.

Примечания

  1. ↑ LAN-кабель – что это такое, как выглядит, особенности разных видов, маркировка. besporovod.ru.
  2. ↑ Шпаргалка по типам и стандартам Ethernet 802.3. Хабр.
  3. ↑ 22 мая 1973 Исследователь из Xerox предложил сетевое соединение Ethernet — История технологий (рус.) ?. Игорь Позняев | Блог системного администратора.
  4. ↑ Ethernet & IEEE802.3. www.ixbt.com.
  5. ↑ Сети Ethernet. 3DNews - Daily Digital Digest.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Прошлое, настоящее и будущее Ethernet | КомпьютерПресс. compress.ru.
  7. ↑ Aveal. Протокол CAN. Описание, формат кадра, контроль ошибок. (рус.) ?. MicroTechnics (23 мая 2020).
  8. ↑ Aveal. Технология Ethernet. Обзор, описание, формат кадра. (рус.) ?. MicroTechnics (31 мая 2021).
  9. ↑ Использование репитеров при построении систем радиосвязи. Технический портал QRZ.RU.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Ethernet&oldid=794349