Ethernet

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 8. května 2022; kontroly vyžadují 7 úprav .

Ethernet ( anglicky  Ethernet [ˈiːθəˌnɛt] z ether  [ˈiːθə] " ether " + síť "síť, okruh") je rodina technologií pro přenos paketových dat mezi zařízeními pro počítačové a průmyslové sítě.

Standardy Ethernetu definují kabelová připojení a elektrické signály na fyzické vrstvě , formát rámce a protokoly řízení přístupu k médiím na vrstvě datového spojení modelu OSI . Ethernet je popsán především skupinovými standardy IEEE 802.3 . Ethernet se stal jednou z nejběžnějších LAN technologií v polovině 90. let a nahradil starší technologie jako Token Ring , FDDI a ARCNET .

Název "Ethernet" (doslova "pozemní síť" nebo "síťové prostředí") odráží původní princip této technologie: vše přenášené jedním uzlem je současně přijímáno všemi ostatními (to znamená, že existuje určitá podobnost s vysíláním ). V současné době se spojení téměř vždy uskutečňuje přes přepínače (switch) , takže rámce odesílané jedním uzlem se dostanou pouze do cíle (výjimkou jsou přenosy na broadcast adresu ) - to zvyšuje rychlost a bezpečnost sítě.

Historie

Technologie Ethernet byla vyvinuta spolu s mnoha prvními projekty společnosti Xerox PARC Corporation . Obecně se uznává, že Ethernet byl vynalezen 22. května 1973 , kdy Robert Metcalfe napsal zprávu vedoucímu PARC o potenciálu technologie Ethernet [2] . Ale Metcalfe získal zákonné právo na technologii o několik let později. V roce 1976 vydal se svým asistentem Davidem Boggsem brožuru nazvanou Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks [3] .

Metcalfe opustil Xerox v roce 1979 a založil 3Com na podporu počítačů a lokálních sítí (LAN) . Dokázal přesvědčit DEC , Intel a Xerox , aby spolupracovaly a vyvinuly standard Ethernet (DIX). Tato norma byla poprvé publikována 30. září 1980 . Začalo to soupeření se dvěma velkými proprietárními technologiemi, Token ring a ARCNET , které byly brzy rozdrceny pod nastupujícími vlnami ethernetových produktů. V procesu boje se 3Com stal významnou společností v tomto odvětví.

Technologie

Standard prvních verzí (Ethernet v1.0 a Ethernet v2.0) uvádí jako přenosové médium koaxiální kabel , později bylo možné použít kroucenou dvojlinku a optický kabel .

Výhody použití kroucené dvoulinky přes koaxiální kabel:

Důvodem přechodu na optický kabel byla potřeba zvětšit délku segmentu bez opakovačů.

Metoda řízení přístupu (pro síť na koaxiálním kabelu) - vícenásobný přístup s rozpoznáváním nosné a detekcí kolize (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), datová rychlost 10 Mbps, velikost rámce od 64 do 1518 bajtů [4 ] jsou popsány způsoby kódování dat. Provozní režim je poloduplexní, to znamená, že uzel nemůže současně vysílat a přijímat informace. Počet uzlů v jednom sdíleném síťovém segmentu je omezen na limit 1024 pracovních stanic (specifikace fyzické vrstvy mohou stanovit přísnější omezení, například k tenkému koaxiálnímu segmentu se nemůže připojit více než 30 pracovních stanic , a na silný koaxiální segment - ne více než 100). Síť postavená na jediném sdíleném segmentu se však stává neefektivní dlouho před dosažením limitu počtu uzlů, a to především kvůli poloduplexnímu režimu provozu.

V roce 1995 byl přijat standard IEEE 802.3u Fast Ethernet s rychlostí 100 Mbps a bylo možné pracovat v plně duplexním režimu . V roce 1997 byl přijat standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet s rychlostí 1000 Mbps pro přenos přes optické vlákno a o dva roky později pro přenos přes kroucenou dvoulinku.

Formát rámečku

Existuje několik formátů rámců Ethernet.

Ethernetový rámec může volitelně obsahovat značku IEEE 802.1Q pro identifikaci VLAN , na kterou je adresován, a uvnitř značku IEEE 802.1p pro označení priority.

Různé typy rámců mají různý formát a hodnotu MTU .

MAC adresy

Při navrhování standardu Ethernet bylo stanoveno, že každá síťová karta (stejně jako vestavěné síťové rozhraní) musí mít při výrobě všité jedinečné šestibajtové číslo ( MAC adresa ). Toto číslo se používá k identifikaci odesílatele a příjemce rámce a předpokládá se, že když se v síti objeví nový počítač (nebo jiné zařízení schopné připojení k síti), správce sítě nebude muset konfigurovat MAC adresu.

Jedinečnosti MAC adres je dosaženo tím, že každý výrobce obdrží od řídícího výboru registrační autority IEEE rozsah šestnácti milionů ( 224 ) adres a po vyčerpání přidělených adres může požádat o nový rozsah. Výrobce tedy může být určen ze tří nejvýznamnějších bajtů MAC adresy. Existují tabulky, které umožňují určit výrobce podle MAC adresy; konkrétně jsou zahrnuty v programech jako arpalert .

MAC adresa je jednou přečtena z ROM při inicializaci síťové karty a poté jsou všechny rámce generovány operačním systémem. Všechny moderní operační systémy umožňují jeho změnu. U Windows se to minimálně od Windows 98 změnilo v registru. Některé ovladače síťových karet to v nastavení umožňovaly změnit, ale změna funguje naprosto u všech karet.

Před časem, kdy vám ovladače síťových karet neumožňovaly změnit MAC adresu a alternativní možnosti nebyly příliš známé, ji někteří poskytovatelé internetu používali k identifikaci počítače v síti při účtování provozu. Programy Microsoft Office od verze Office 97 zapisují MAC adresu NIC do upravovaného dokumentu jako součást jedinečného GUID [5] .

Odrůdy Ethernetu

V závislosti na rychlosti přenosu dat a přenosovém médiu existuje několik technologických možností. Bez ohledu na způsob přenosu fungují zásobník síťových protokolů a programy stejně téměř ve všech níže uvedených možnostech.

Tato část poskytuje stručný popis všech oficiálně existujících odrůd. Z nějakého důvodu, kromě hlavního standardu, mnoho výrobců doporučuje používat další proprietární média - například optický kabel se používá ke zvýšení vzdálenosti mezi body sítě .

Většina ethernetových karet a dalších zařízení podporuje více přenosových rychlostí, přičemž k dosažení nejlepšího možného spojení mezi dvěma zařízeními využívá autonegotiation pro rychlost a duplex. Pokud automatická detekce nefunguje, rychlost se přizpůsobí partnerovi a zapne se poloduplexní přenosový režim. Například přítomnost portu 10/100 Ethernet v zařízení naznačuje, že může pracovat prostřednictvím technologií 10BASE-T a 100BASE-TX a 10/100/1000 Ethernet port podporuje 10BASE-T, 100BASE-TX a 1000BASE- T.

Rané modifikace Ethernetu

10 Mbps Ethernet

Navzdory skutečnosti, že je teoreticky možné připojit více než dvě zařízení pracující v simplexním režimu na jeden kabel (segment) kroucené dvoulinky , toto schéma se nikdy nepoužívá pro Ethernet, na rozdíl od práce s koaxiálním kabelem. Proto všechny sítě s kroucenými páry používají hvězdicovou topologii, zatímco sítě s koaxiálním kabelem používají topologii sběrnic. Zakončovací prvky s kroucenou dvojlinkou jsou zabudovány v každém zařízení a na lince není nutné používat další externí zakončení.

Fast Ethernet ( Fast Ethernet , 100 Mbps)

Gigabit Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Gbps)

2,5 a 5gigabitové varianty (NBASE-T, MGBASE-T)

V roce 2014 se zdálo, že soukromé iniciativy NBASE-T (Cisco) a MGBASE-T (Broadcom) [14] [15] vytvořily standardy Ethernetu s rychlostmi mezi 1 a 10 Gbps. Nový standard by měl využívat stávající kabelovou infrastrukturu kategorie 5e na vzdálenosti až 100 metrů a poskytovat rychlosti 2,5 nebo méně pravděpodobně 5 Gbps. Mezi důvody pro vznik iniciativ je šíření Wi-Fi routerů, které podporují rychlosti vyšší než 1 gigabit (802.11ac Wave 2, 802.11ad, 802.11ax, LiFi), a nemožnost používat 10 Gb/s Ethernet standardy. přes dlouhé kabely 5e- a 6. kategorie [16] [17] . Dříve skupina IEEE 802 poznamenala, že hypotetický standard 2500BASE-T by se mohl cenově blížit řešením 1000BASE-T [18] .

Standard pro 2,5 a 5 Gbps Ethernet přes kabely Cat 5e a Cat 6 byl přijat na podzim roku 2016 jako IEEE 802.3bz [19] [20] .

10 Gigabit Ethernet (10G Ethernet, 10 Gbps)

Standard 10 Gigabit Ethernet zahrnuje sedm standardů fyzických médií pro LAN , MAN a WAN . V současnosti je popsána dodatkem IEEE 802.3ae a měla by být zahrnuta do příští revize normy IEEE 802.3 .

40 Gigabit a 100 Gigabit Ethernet

Podle pozorování 802.3ba Group [22] rostou požadavky na šířku pásma pro výpočetní úlohy a aplikace jádra sítě různou rychlostí, což určuje potřebu dvou odpovídajících standardů pro další generace Ethernetu – 40 Gigabit Ethernet (nebo 40GbE) a 100gigabitový Ethernet (nebo 100GbE). V současné době servery , HPC clustery , blade systémy , SAN a NAS využívají technologie 1GbE a 10GbE, zatímco v letech 2007 a 2008. u těch druhých došlo k výraznému nárůstu. Moderní systémy (2022) pravděpodobněji využívají 40GbE nebo více.

Perspektivy

Terabit Ethernet (tak se zjednodušeně nazývá ethernetová technologie s přenosovou rychlostí 1 Tbps) vešel ve známost v roce 2008 z prohlášení tvůrce Ethernetu Roberta Metcalfeho na konferenci OFC [23] , který navrhl, že by technologii vyvinul 2015 , i když bez vyjádření s určitou důvěrou, protože k tomu musíte vyřešit spoustu problémů. Klíčovou technologií, která může posloužit dalšímu růstu provozu, však podle jeho názoru bude jedna z technologií vyvinutých v předchozí dekádě - DWDM .

„Aby bylo možné implementovat 1Tbps Ethernet, musí být překonáno mnoho omezení, včetně 1550nm laserů a 15GHz modulace. Budoucí síť potřebuje nová modulační schémata, stejně jako nová vlákna, nové lasery, v podstatě všechno je nové,“ řekl Metcalfe. - Není také jasné, jaká síťová architektura bude vyžadována pro její podporu. Možná, že optické sítě budoucnosti budou muset místo oxidu křemičitého používat vlákna s vakuovým jádrem nebo uhlíková vlákna . Operátoři budou muset implementovat více plně optických zařízení a volné prostorové (bezvláknové) optiky. Bob Metcalfe“ [24] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Chybné označení RJ-45 .
  2. ↑ Technologie Ethernet slaví 40. výročí a zlepšuje se (nedostupný odkaz) . mail.ru. _ Získáno 25. 5. 2013. Archivováno z originálu 11. 8. 2014. 
  3. ↑ R. M. Metcalfe a D. R. Boggs . Ethernet: Distribuované přepínání paketů pro místní počítačové sítě. // ACM Communications, 19(5):395-404, červenec 1976. Archivováno z originálu 11. prosince 2004.  (Angličtina)
  4. ↑ RFC 2544 , § 9.1
  5. ↑ MS Office: skryté funkce . Datum přístupu: 19. července 2010. Archivováno z originálu 25. července 2012.
  6. ↑ 1 2 3 Kategorie 6 Gigabit Ethernet Standard Schváleno Archivováno 30. června 2015 na Wayback Machine ledna 2002
  7. ↑ Jak 1000BASE-T funguje Archivováno 15. ledna 2018 na Wayback Machine // Geoff Thompson, plenární zasedání IEEE802.3, 13. listopadu 1997
  8. ↑ Co je standard 1000BASE-T Archivováno 4. června 2015 na Wayback Machine , 2008
  9. ↑ „Specifikace plně duplexního Ethernetu pro 1000 Mbit/s (1000BASE-TX) provozující vyváženou kroucenou kabeláž kategorie 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)“
  10. ↑ Gigabit Ethernet Archived 7. března 2015 na Wayback Machine // encyklopedie PCMag : „1000Base-TX ... vyžaduje dražší kabeláž kategorie 6. Neuchytilo se to také kvůli vyšším nákladům na kabel."
  11. ↑ Sanjaya Maniktala, "1000BASE‑TX"&hl=cs& Power Over Ethernet Interoperability Guide Archived 6. března 2016 at the Wayback Machine , 2013, ISBN 978-0-07-179826-6 . strana 18 "1000Base-TX je nyní považováno za komerční selhání a fakticky zastaralé."
  12. ↑ Local Area High Speed ​​​​Networks Archived 27. dubna 2016 na Wayback Machine  - Sams, 2000, ISBN 978-1-57870-113-1  - Kapitola 9, strana 193
  13. ↑ Variety of Ethernet Archived 8. června 2010 na Wayback Machine , 31. května  2008
  14. ↑ Seznamte se s MGBASE-T: Nový standard 2,5/5 Gb/s Ethernet usnadňuje omezené podnikové bezdrátové sítě Archivováno 20. ledna 2015 na Wayback Machine 2014-12-01
  15. ↑ Jak Wi-Fi ochromuje standard Ethernet Archivováno 13. března 2016 na Wayback Machine , 26. prosince 2014
  16. ↑ Proč jsou 2,5 a 5 Gbps další rychlosti Ethernetu. Nová aliance NBASE-T prosazuje přechodné standardy Ethernetu 2,5 Gb/s a 5 Gb/s. Archivováno 9. prosince 2014 ve Wayback Machine 30. října 2014
  17. ↑ Cisco, ostatní prosazují 2,5G, 5G Ethernet. Společnosti se snaží zaplnit mezeru mezi 1G a 10G na stávající mědi . Datum přístupu: 25. ledna 2015. Archivováno z originálu 15. února 2015.
  18. ↑ Zpráva CFI 2.5G Archivováno 24. září 2015 na Wayback Machine , IEEE 802
  19. ↑ Přijato IEEE 802.3bz: 5-Gbps Ethernet bez změn kabelu Archivováno 29. září 2016 na Wayback Machine - 3dnews  , 28. 9. 2016
  20. ↑ Přijata specifikace IEEE 802.3bz – standardizované rychlosti Ethernetu 2,5 Gb/s a 5 Gb/s Archivováno 30. září 2016 na Wayback Machine – ixbt  , 27. září 2016
  21. ↑ 1 2 Olifer V. G. , Olifer N. A. Kapitola 13. Přepínané sítě Ethernet // Počítačové sítě. Principy, technologie, protokoly. - 4. vyd. - Petrohrad: Piter, 2010. - S. 438. - 4500 výtisků.  - ISBN 978-5-49807-389-7 .
  22. ↑ Standardy dokončené v červnu 2010 jako IEEE 802.3ba-2010 (odkaz není k dispozici) (21. června 2010). Archivováno z originálu 24. srpna 2011. 
  23. ↑ ( eng.  Optical Fiber Communication Conference and Exposition ; Konference a výstavy věnované optickým komunikacím). Web konference Archivováno 9. listopadu 2012 na Wayback Machine
  24. ↑ „Na cestě k Terabit Ethernetu“ Archivní kopie z 1. června 2010 na Wayback Machine , Leonid Barash, časopis Computer Review

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Ethernet – rodina technologií lokálních sítí
Rychlosti
Obecné články
historický
Transceivery
Rozhraní
Všechny články o Ethernetu
 připojení k internetu
Drátové připojení
Bezdrátové připojení
Kvalita internetového připojení
( ITU-T Y.1540, Y.1541)		Šířka pásma (šířka pásma) ( eng.  Network bandwidth ) • Zpoždění sítě (doba odezvy, eng.  IPTD ) • Kolísání zpoždění sítě ( eng.  IPDV ) • Poměr ztrátovosti paketů ( eng.  IPLR ) • Packet error rate ( eng.  IPER ) • Faktor dostupnosti