Ethernet

Ethernet er en familie av standardiserte teknologier for lokale nettverk , utviklet eksperimentelt av Robert Metcalfe og David Boggs (hans assistent) ved Xerox PARC , som definerer de tekniske spesifikasjonene på det fysiske nivået (f.eks. kontakter , kabler , overføringstype ) og datalinklag for ISO / OSI nettverksarkitektoniske modell .

Markedsført i 1980 og opprinnelig standardisert i 1983 som IEEE 802.3 , er den mye brukt i industrien. Internett-protokollen overføres ofte over Ethernet og regnes derfor som en av nøkkelteknologiene som utgjør Internett ; mer generelt brukes det i lokale nettverk (LAN), storbynettverk (MAN) og geografiske nettverk (WAN) [1] .

Historie

Ethernet ble utviklet ved Xerox PARC mellom 1973 og 1974 [2] . Ethernet har sine røtter i et tidligere pakkeradionettverk, kalt Aloha, utviklet ved University of Hawaii for å gi kommunikasjonsstøtte mellom datamaskiner plassert på forskjellige øyer i skjærgården (radio som Robert Metcalfe hadde studert som en del av sin doktorgrad [3 ) ] ). Som med Aloha-nettverket, er hovedproblemet for Ethernet å løse hvordan man kan formidle tilgang til et delt medium på en rettferdig og effektiv måte. I Aloha var det fysiske mediet atmosfæren, mens det i Ethernet er en koaksialkabel [4] .

Det opprinnelige målet med eksperimentet var å oppnå en pålitelig 3 Mbit/s-overføring over koaksialkabel under lavtrafikkforhold, men i stand til å tolerere sporadiske belastningstopper godt. For å regulere tilgangen til overføringsmediet ble en CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection ) type delt medium tilgangsprotokoll tatt i bruk .

Suksessen til eksperimentet vakte stor interesse og førte til dannelsen av en gruppe selskaper, bestående av Xerox Corporation , Intel Corporation og Digital Equipment Corporation , som i 1978 førte til 802.3-standardiseringen og 30. september 1980 publiserte versjon 1.0 av Ethernet-standard (de kalte Ethernet-systemet inspirert av lysende eter , som elektromagnetisk stråling en gang ble antatt å forplante seg gjennom).

I mellomtiden hadde Metcalfe forlatt Xerox i 1979 for å fremme bruken av PC-er og LAN , og det var grunnen til at han grunnla 3Com . Metcalfe tilskrev suksessen til 3Com til Jerry Saltzer , som samarbeidet i skrivingen av en svært viktig artikkel der han foreslo at token ring- arkitekturen teoretisk var Ethernet overlegen: på grunn av dette bestemte store selskaper seg for ikke å fokusere på Ethernet. mens 3Com klarte å skape en virksomhet rundt systemet og klarte å få en stor teknisk fordel og dominere markedet da Ethernet tok tak.

Deretter økte interessen til selskaper i sektoren til det punktet at IEEE dannet noen studiegrupper med sikte på å perfeksjonere og konsolidere Ethernet, i tillegg til å lage en rekke andre relaterte standarder. En av prestasjonene var utgivelsen, i 1985, av den første versjonen av IEEE 802.3 -standarden , basert på den originale Ethernet-spesifikasjonen, men ikke fullt identifiserbar med den. Deretter ble Ethernet-standarden som sådan ikke lenger opprettholdt, men begrepet fortsetter å bli brukt nesten som om det var et synonym for IEEE 802.3 , selv om de to standardene ikke er helt sammenfallende.

Funksjoner

Over tid har den i stor grad erstattet konkurrerende kablede LAN-teknologier som Token Ring , FDDI og ARCnet . Den originale 10BASE5 Ethernet bruker koaksialkabel som et delt medium, mens de nye Ethernet-variantene bruker tvunnet par og fiberoptiske lenker i kombinasjon med nettverkssvitsjer. Gjennom historien har Ethernet-dataoverføringshastighetene økt fra 2,9 megabit per sekund (Mbit/s) til de siste 400 gigabits per sekund (Gbit/s). Ethernet-standarder inkluderer flere varianter av kabling og signalering av det fysiske OSI-laget i bruk med Ethernet.

Systemer som kommuniserer denne teknologien deler en strøm av data i kortere biter som kalles rammer; hver ramme inneholder kilde- og destinasjonsadresser og feilkontrolldata slik at skadede rammer kan oppdages og forkastes; oftere utløser protokoller på høyere nivå reoverføring av tapte rammer . Som med OSI-modellen tilbyr Ethernet tjenester opp til og med datalinklaget. Funksjoner som 48-biters MAC-adresse og Ethernet- rammeformat har påvirket andre nettverksprotokoller, inkludert Wi-Fi trådløs nettverksteknologi.

Siden begynnelsen av kommersialiseringen har den opprettholdt en god del bakoverkompatibilitet og har blitt raffinert for å støtte høyere bithastigheter og lengre koblingsavstander. Ethernet er for tiden det mest populære LAN -systemet av flere grunner:


Ramme

Selv om Ethernet har flere typer, er det felles elementet i strukturen til Ethernet - pakken kalt frame , som omtales som DIX ( DEC , Intel , Xerox ) og har holdt seg tro mot originalversjonen.

Dette er ethernet-rammen , som er datapakken opprettet i datalinklaget til OSI-modellen . Rammen består av:

Den er veldig lik IEEE 802.3 - rammen , bortsett fra Type-feltet, som i 802.11 blir Type eller Length og Padding-feltet slik at rammen når minimums- og maksimumsstørrelsen på henholdsvis 84 byte og 1538 byte.

Ethernet-adresse

Disse adressene kalles også maskinvareadresser , MAC-adresser eller MAC-adresser , eller lag 2-adresser.

Eldre Ethernet

Eldre Ethernet har til felles:

Type overføring

Kodingen som brukes for binære signaler er Manchester-koding .

Ethernet er en teknologi som gir tilkoblingsfri tjeneste på nettverkslaget . I praksis sender avsenderen rammen i LAN uten innledende håndtrykk i kringkastingsmodus (eller delt buss ): rammen krysser hele LAN og mottas av alle tilstedeværende adaptere, men bare adapteren som gjenkjenner adressen. destinasjon vil motta den, mens alle de andre vil forkaste den.

Den mottatte rammen kan inneholde feil, hvorav de fleste kan verifiseres ved CRC-sjekken . En ramme som mislykkes i CRC-kontrollen blir forkastet. Ethernet sørger ikke for reoverføring av den avviste rammen , og heller ikke en melding om tapet til de øvre lagene. Ethernet er derfor ikke pålitelig , men takket være det er det enkelt og rimelig. Oppgaven med å sørge for re-overføring av de tapte rammene er delegert til de øvre lagene (for eksempel TCP-protokollen ).

Håndteringen av kollisjoner og samtidig eller delt okkupasjon av overføringskanalen administreres av CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ). Igjen fra dette synspunktet kan Ethernet ikke garantere levering av en ramme , enn si at rammen leveres innen en forutsigbar tid.

I nyere Ethernet-systemer oppstår ikke problemet ettersom med brytere og kapasitetsvekst (se Gigabit Ethernet ) elimineres kollisjoner og overbelastning er mye mer usannsynlig. Omvendt, i "svitsjede" nettverk kan rammetap oppstå på grunn av den begrensede størrelsen på buffere i enhetene. Dette fenomenet, som ikke skjedde med CSMA / CD , kan i de mest alvorlige tilfellene føre til en nedgang i ytelsen til nettverket når det gjelder gjennomstrømning (f.eks.: overbelastningskontrollmekanismene til TCP kan gripe inn etter utløpet av timeout , noe som resulterer i ytelsesforringelse).

Effektivitet

Effektivitet blir sett på som brøkdelen av den langsiktige tiden som kollisjonsfrie rammer blir overført med andre avsendere.

Ethernet bruker en tilgangsalgoritme for flere nettverk kalt CSMA/CD . Dette gjør at Ethernet under visse forhold kan ha en overføringseffektivitet på 100 %.

Generelt er formelen for Ethernet-effektivitet:

,

hvor er forplantningsforsinkelsen , er overføringsforsinkelsen , er sannsynligheten for overføring uten kollisjoner (ofte asymptotisk tilnærmet ), er lengden på det største kollisjonsdomenet i nettverket, er overføringsbithastigheten , er banehastigheten til forplantningsmedium e er størrelsen på tomten .

Det kan sees hvordan, hvis det erstattet et nav med en bro , ville effektiviteten øke, siden lengden på kollisjonsdomenet ville være kortere.

Kabling

Pin Cp. T568A Cp. T568B Cond. Fargekode T568A Fargekode T568B
1 3 2 1 Hvit grønn hvit oransje
2 3 2 2 grønn oransje
3 2 3 1 hvit oransje Hvit grønn
4 1 1 2 blå blå
5 1 1 1 hvit blå hvit blå
6 2 3 2 oransje grønn
7 4 4 1 hvit brun hvit brun
8 4 4 2 brun brun

Direkte kabel (først)

Rette (eller rette) kabler brukes til vanlige forbindelser, for eksempel mellom PC - er og nettverkssvitsjer . Slike kabler kalles også patcher .

Patchkabler kan følge to forskjellige tilkoblingsskjemaer : tilkoblingene er alltid pin-til-pinne (dvs. pinne 1 på en kontakt er direkte koblet til pinne 1 på den andre kontakten , etc.), de to planene skiller seg bare i valg av forskjellige farger for par 1-2 og 3-6.

Skjematisk T568A

Skjematisk T568B

Krysset kabel

De kryssede kablene (eller crossoveren) brukes til å koble 2 PC -er sammen uten å bruke hub / switch , eller til å koble hubs / switcher i kaskade .

Typer

Ethernet med repeatere og huber

Ethernet har en tendens til å vokse, men Ethernet-kabelen har begrenset kapasitet både i lengde og i trafikkkapasitet, så store LAN er delt inn i mindre nettverk sammenkoblet av bestemte noder, blant annet kan vi finne repeatere , huber eller mer sofistikerte elementer som broer eller svitsjer . dermed redusere det såkalte kollisjonsdomenet .

Repeateren replikerer ganske enkelt det mottatte signalet . Ethernet-kabelen kan derfor ta lengre lengder enn dens evner. Den eneste begrensningen er at mellom to datamaskiner må det være maksimalt to repeatere for å sikre timingen til CSMA/CD .

Ethernet med bro og bryter

Broen er et mer sofistikert sammenkoblingselement enn navet fordi den opererer på rammer og ikke på elektriske signaler. Med dette systemet kan uavhengige LAN-segmenter opprettes der kollisjoner og forsinkelser er begrenset.

Mange broer er adaptive eller lærende , så de kommer med programvare med adresselister for hvert Ethernet -kort de har. På denne måten når en ramme ankommer , ekstrapolerer de destinasjonsadressen, og sender den samme rammen i riktig segment basert på listene knyttet til kortene.

Mye mer sofistikerte er svitsjene som er sammensatt av et stort antall Ethernet- kort som lar hver vert kobles direkte. En eller flere høyhastighets Ethernet-kabler kobles deretter til bryteren og kobler til andre LAN -segmenter .

På denne måten fanger bryteren opp rammene og omdirigerer dem til en vert eller til Ethernet-segmentene. Styringen av rammene er derfor optimert fordi de umiddelbart omdirigeres til destinasjonen og unngår, så langt det er mulig, kollisjoner. På denne måten har hvert kort sitt eget kollisjonsdomene .

Ethernet over tilgang og transportnettverk

Ethernet kan brukes direkte som en fysisk lagprotokoll i punkt-til-punkt - koblinger i aksessnettverket og innenfor visse grenser i transportnettverket, dvs. innenfor visse tilkoblingslengder, og eliminerer CSMA/CD-antikollisjons- multitilgangsprotokollen (manglende kollisjonsdomener) og opprettholde den typiske emballasjen. Denne løsningen er godt egnet for pakketrafikk og innebærer en forenkling av nettverksarkitekturen ved å erstatte SDH .

Relaterte elementer

Merknader

  1. ^ Wayback Machine ( PDF ), på web.archive.org . Hentet 20. april 2022 (arkivert fra originalen 22. desember 2018) .
  2. ^ Historien om Ethernet . Hentet 20. april 2022 .
  3. ^ Gerald W. Library Genesis, The second information revolution , Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 2003, ISBN  978-0-674-01178-6 . Hentet 20. april 2022 .
  4. ^ LLPeterson, BSDavie, Computer Networks, Apogeo, Milan, 2004

Andre prosjekter

Eksterne lenker