Ethernet

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 8 maj 2022; kontroller kräver 7 redigeringar .

Ethernet ( engelska  Ethernet [ˈiːθəˌnɛt] från ether  [ˈiːθə] " ether " + nätverk "nätverk, krets") är en familj av teknologier för paketdataöverföring mellan enheter för dator- och industrinätverk .

Ethernet-standarder definierar trådbundna anslutningar och elektriska signaler vid det fysiska lagret , ramformat och protokoll för mediaåtkomstkontroll vid datalänkslagret i OSI-modellen . Ethernet beskrivs huvudsakligen av IEEE 802.3-gruppstandarderna . Ethernet blev en av de vanligaste LAN -teknikerna i mitten av 1990 -talet och ersatte äldre teknologier som Token Ring , FDDI och ARCNET .

Namnet "Ethernet" (bokstavligen "markbundet nätverk" eller "nätverksmiljö") återspeglar den ursprungliga principen för denna teknik: allt som sänds av en nod tas emot samtidigt av alla andra (det vill säga det finns en viss likhet med sändning ). För närvarande sker nästan alltid anslutningen via switchar (switch) , så att ramar som skickas av en nod endast når destinationen (undantaget är överföringar till sändningsadressen ) - detta ökar nätverkets hastighet och säkerhet.

Historik

Ethernet-teknik utvecklades tillsammans med många av Xerox PARC Corporations första projekt . Det är allmänt accepterat att Ethernet uppfanns den 22 maj 1973 , när Robert Metcalfe skrev ett memo till chefen för PARC om potentialen för Ethernet-teknik [2] . Men Metcalfe fick den lagliga rätten till tekniken några år senare. 1976 publicerade han och hans assistent David Boggs en broschyr som heter Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks [3] .

Metcalfe lämnade Xerox 1979 och grundade 3Com för att främja datorer och lokala nätverk (LAN) . Han lyckades övertyga DEC , Intel och Xerox att arbeta tillsammans och utveckla Ethernet-standarden (DIX). Denna standard publicerades första gången den 30 september 1980 . Det började en rivalitet med två stora proprietära teknologier, Token ring och ARCNET , som snart krossades under de kommande vågorna av Ethernet-produkter. I kampens process har 3Com blivit ett stort företag i denna bransch.

Teknik

Standarden för de första versionerna (Ethernet v1.0 och Ethernet v2.0) säger att koaxialkabel används som överföringsmedium , senare blev det möjligt att använda partvinnad och optisk kabel .

Fördelar med att använda tvinnat par över koaxialkabel:

Anledningen till att byta till optisk kabel var behovet av att öka längden på segmentet utan repeatrar.

Åtkomstkontrollmetod (för ett nätverk på en koaxialkabel) - multipel åtkomst med bärvågsavkänning och kollisionsdetektering (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektion), datahastighet 10 Mbps, ramstorlek från 64 till 1518 byte [4 ] , beskrivs datakodningsmetoder. Driftssättet är halvduplex, det vill säga noden kan inte samtidigt sända och ta emot information. Antalet noder i ett delat nätverkssegment är begränsat till en gräns på 1024 arbetsstationer (specifikationer för fysiska lager kan sätta strängare begränsningar, till exempel kan inte fler än 30 arbetsstationer ansluta till ett tunt koaxialsegment , och till ett tjockt koaxialsegment - inte mer än 100). Ett nätverk byggt på ett enda delat segment blir emellertid ineffektivt långt innan det når gränsen för antalet noder, främst på grund av halvduplexdriftsläget.

1995 antogs IEEE 802.3u Fast Ethernet- standarden med en hastighet av 100 Mbps, och det blev möjligt att arbeta i full duplex -läge . 1997 antogs IEEE 802.3z Gigabit Ethernet- standarden vid 1000 Mbps för överföring över optisk fiber och två år senare för överföring över tvinnat par.

Ramformat

Det finns flera Ethernet-ramformat.

Alternativt kan en Ethernet-ram innehålla en IEEE 802.1Q -tagg för att identifiera det VLAN som den är adresserad till, och inom den en IEEE 802.1p- tagg för att indikera prioritet.

Olika ramtyper har olika format och MTU -värde .

MAC-adresser

Vid utformningen av Ethernet-standarden förutsattes att varje nätverkskort (liksom det inbyggda nätverksgränssnittet) måste ha ett unikt sex-byte-nummer ( MAC-adress ) infogat under tillverkningen. Detta nummer används för att identifiera avsändaren och mottagaren av ramen, och det antas att när en ny dator (eller annan enhet som kan nätverka) dyker upp på nätverket, behöver nätverksadministratören inte konfigurera MAC-adressen.

Det unika med MAC-adresser uppnås genom det faktum att varje tillverkare får ett intervall på sexton miljoner ( 224 ) adresser från styrgruppen för IEEE Registration Authority , och eftersom de tilldelade adresserna är uttömda kan den begära ett nytt sortiment. Därför kan tillverkaren bestämmas från de tre mest signifikanta byten i MAC-adressen. Det finns tabeller som låter dig bestämma tillverkaren efter MAC-adress; i synnerhet ingår de i program som arpalert .

MAC-adressen läses en gång från ROM när nätverkskortet initieras, och sedan genereras alla ramar av operativsystemet. Alla moderna operativsystem låter dig ändra det. För Windows, sedan åtminstone Windows 98, har det ändrats i registret. Vissa nätverkskortsdrivrutiner gjorde det möjligt att ändra det i inställningarna, men ändringen fungerar absolut för alla kort.

För en tid sedan, när nätverkskortsdrivrutiner inte tillät dig att ändra din MAC-adress, och alternativa möjligheter inte var alltför välkända, använde vissa internetleverantörer det för att identifiera en maskin på ett nätverk när de tog hänsyn till trafik. Microsoft Office-program sedan Office 97 har skrivit NIC:s MAC-adress till dokumentet som redigeras som en del av en unik GUID [5] .

Variationer av Ethernet

Beroende på datahastighet och överföringsmedium finns det flera teknikalternativ. Oavsett överföringsmetod fungerar nätverksprotokollstacken och programmen på samma sätt i nästan alla alternativen nedan.

Detta avsnitt ger en kort beskrivning av alla officiellt existerande sorter. Av någon anledning, förutom huvudstandarden, rekommenderar många tillverkare att använda andra proprietära media - till exempel används fiberoptisk kabel för att öka avståndet mellan nätverkspunkter .

De flesta Ethernet-kort och andra enheter stöder flera datahastigheter, genom att använda automatisk förhandling för hastighet och duplex för att uppnå bästa möjliga anslutning mellan två enheter. Om automatisk detektering inte fungerar anpassas hastigheten till partnern och halvduplexöverföringsläget aktiveras. Till exempel indikerar närvaron av en 10/100 Ethernet-port i enheten att den kan fungera genom 10BASE-T och 100BASE-TX-teknologier, och 10/100/1000 Ethernet-porten stöder 10BASE-T, 100BASE-TX och 1000BASE-TX T.

Tidiga ändringar av Ethernet

10 Mbps Ethernet

Trots det faktum att det är teoretiskt möjligt att ansluta fler än två enheter som arbetar i simplexläge till en kabel (segment) av ett tvinnat par , detta schema används aldrig för Ethernet, i motsats till att arbeta med koaxialkabel. Därför använder alla tvinnade parnätverk en stjärntopologi, medan koaxialkabelnätverk använder en busstopologi. Twisted-pair terminatorer är inbyggda i varje enhet, och det finns inget behov av att använda ytterligare externa terminatorer på linjen.

Fast Ethernet ( Fast Ethernet , 100 Mbps)

Gigabit Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Gbps)

2.5 och 5 Gigabit varianter (NBASE-T, MGBASE-T)

Under 2014 verkade privata initiativ NBASE-T (Cisco) och MGBASE-T (Broadcom) [14] [15] skapa Ethernet-standarder med hastigheter mellan 1 och 10 Gbps. Den nya standarden bör använda befintlig Kategori 5e-kabelinfrastruktur för avstånd upp till 100 meter, vilket ger hastigheter på 2,5 eller, mindre troligt, 5 Gbps. Bland orsakerna till uppkomsten av initiativ är spridningen av Wi-Fi-routrar som stöder hastigheter på mer än 1 gigabit (802.11ac Wave 2, 802.11ad, 802.11ax, LiFi) och oförmågan att använda 10 Gb/s Ethernet-standarder över långa kablar 5e- och 6:e kategorierna [16] [17] . Tidigare har IEEE 802-gruppen noterat att en hypotetisk 2500BASE-T-standard kan vara nära 1000BASE-T-lösningar [18] .

Standarden för 2,5 och 5 Gbps Ethernet över Cat 5e och Cat 6-kablar antogs hösten 2016 som IEEE 802.3bz [19] [20] .

10 Gigabit Ethernet (10 G Ethernet, 10 Gbps)

10 Gigabit Ethernet-standarden inkluderar sju fysiska mediastandarder för LAN , MAN och WAN . Det beskrivs för närvarande av IEEE 802.3ae-tillägget och bör inkluderas i nästa revidering av IEEE 802.3- standarden .

40 Gigabit och 100 Gigabit Ethernet

Enligt observationer från 802.3ba Group [22] växer bandbreddskraven för datoruppgifter och nätverkskärntillämpningar i olika takt, vilket avgör behovet av två motsvarande standarder för nästa generations Ethernet - 40 Gigabit Ethernet (eller 40GbE) och 100 Gigabit Ethernet (eller 100 GbE ). För närvarande använder servrar , HPC- kluster , bladsystem , SAN och NAS 1GbE- och 10GbE-tekniker, medan det 2007 och 2008. det var en betydande ökning av den senare. Moderna system (2022) är mer benägna att använda 40GbE eller mer.

Perspektiv

Terabit Ethernet (så här kallas Ethernet-teknik med en överföringshastighet på 1 Tbps helt enkelt) blev känt 2008 från ett uttalande av skaparen av Ethernet Robert Metcalfe på OFC-konferensen [23] , som föreslog att tekniken skulle utvecklas av 2015 , dock utan att uttrycka med viss tillförsikt, för för detta måste du lösa många problem. Men enligt hans åsikt kommer nyckeltekniken som kan tjäna den fortsatta trafiktillväxten att vara en av de som utvecklats under det föregående decenniet - DWDM .

"För att implementera 1Tbps Ethernet måste många begränsningar övervinnas, inklusive 1550nm lasrar och 15GHz modulering. Det framtida nätverket behöver nya moduleringsscheman, såväl som ny fiber, nya lasrar, i princip allt är nytt, säger Metcalfe. – Det är också oklart vilken nätverksarkitektur som kommer att krävas för att stödja det. Kanske kommer framtidens optiska nätverk att behöva använda vakuumkärnfiber eller kolfibrer istället för kiseldioxid . Operatörer kommer att behöva implementera fler helt optiska enheter och ledigt utrymme (fiberlös) optik. Bob Metcalfe" [24] .

Se även

Anteckningar

  1. Kallas felaktigt RJ-45 .
  2. Ethernet-teknik firar 40-årsjubileum och förbättras (inte tillgänglig länk) . mail.ru. _ Hämtad 25 maj 2013. Arkiverad från originalet 11 augusti 2014. 
  3. R.M. Metcalfe och D.R. Boggs . Ethernet: distribuerad paketväxling för lokala datornätverk. // ACM Communications, 19(5):395-404, juli 1976. Arkiverad från originalet den 11 december 2004.  (Engelsk)
  4. RFC 2544 , § 9.1
  5. MS Office: dolda funktioner . Datum för åtkomst: 19 juli 2010. Arkiverad från originalet den 25 juli 2012.
  6. 1 2 3 Kategori 6 Gigabit Ethernet Standard Godkänd Arkiverad 30 juni 2015 på Wayback Machine januari 2002
  7. How 1000BASE-T Works Arkiverad 15 januari 2018 på Wayback Machine // Geoff Thompson, IEEE802.3 Plenum, 13 november 1997
  8. Vad är 1000BASE-T Standard Arkiverad 4 juni 2015 på Wayback Machine , 2008
  9. "En full duplex Ethernet-specifikation för 1000 Mbit/s (1000BASE-TX) som fungerar över kategori 6 Balanced Twisted Pair-kablar (ANSI/TIA/EIA-854-2001)"
  10. Gigabit Ethernet Arkiverad 7 mars 2015 på Wayback Machine // PCMag encyclopedia: "1000Base-TX ... kräver dyrare Kategori 6-kablar. Det slog inte lika bra på grund av den högre kabelkostnaden."
  11. Sanjaya Maniktala, "1000BASE‑TX"&hl=sv& Power Over Ethernet Interoperability Guide Arkiverad 6 mars 2016 på Wayback Machine , 2013, ISBN 978-0-07-179826-6 . sida 18 "1000Base-TX anses nu vara ett kommersiellt misslyckande och i praktiken föråldrat."
  12. Lokala höghastighetsnätverk arkiverade 27 april 2016 på Wayback Machine  - Sams, 2000, ISBN 978-1-57870-113-1  - Kapitel 9, sida 193
  13. Varieties of Ethernet Arkiverad 8 juni 2010 på Wayback Machine 31 maj  2008
  14. Möt MGBASE-T: Ny 2,5/5 Gbps Ethernet-standard underlättar flaskhalsade trådlösa företagsnätverk Arkiverad 20 januari 2015 på Wayback Machine 2014-12-01
  15. Hur Wi-Fi förlamar Ethernet-standarden Arkiverad 13 mars 2016 på Wayback Machine 26 december 2014
  16. Varför 2,5 och 5 Gbps är nästa Ethernet-hastighet. Nya NBASE-T Alliance strävar efter mellanliggande 2,5 Gbps och 5 Gbps Ethernet-standarder. Arkiverad 9 december 2014 på Wayback Machine 30 oktober 2014
  17. Cisco, andra driver 2,5G, 5G Ethernet. Företag försöker fylla gapet mellan 1G och 10G på befintlig koppar . Datum för åtkomst: 25 januari 2015. Arkiverad från originalet 15 februari 2015.
  18. CFI 2.5G-rapport Arkiverad 24 september 2015 på Wayback Machine , IEEE 802
  19. IEEE 802.3bz antagen: 5-Gbps Ethernet utan kabeländringar Arkiverad 29 september 2016 på Wayback Machine - 3dnews  , 2016-09-28
  20. IEEE 802.3bz-specifikation antagen - 2,5 Gbps och 5 Gbps Ethernet-hastigheter standardiserade Arkiverad 30 september 2016 på Wayback Machine - ixbt  27 september 2016
  21. 1 2 Olifer V. G. , Olifer N. A. Kapitel 13. Switchade Ethernet-nätverk // Datornätverk. Principer, teknologier, protokoll. - 4:e uppl. - St. Petersburg: Piter, 2010. - S. 438. - 4500 exemplar.  - ISBN 978-5-49807-389-7 .
  22. Standarder slutfördes i juni 2010 som IEEE 802.3ba-2010 (länk ej tillgänglig) (21 juni 2010). Arkiverad från originalet den 24 augusti 2011. 
  23. ( eng.  Optisk fiberkommunikationskonferens och utställning ; Konferenser och utställningar tillägnade fiberoptisk kommunikation). Konferenswebbplats Arkiverad 9 november 2012 på Wayback Machine
  24. "På väg till Terabit Ethernet" Arkivexemplar av 1 juni 2010 på Wayback Machine , Leonid Barash, Computer Review magazine

Länkar