Ethernet - Ethernet

А витая пара кабель с Модульный разъем 8P8C прикреплен к ноутбук, используется для Ethernet
An Ethernet по витой паре порт

Ethernet (/ˈяθərпɛт/) - это семья компьютерная сеть технологии, обычно используемые в локальные сети (LAN), городские сети (MAN) и глобальные сети (WAN).[1] Он был коммерчески представлен в 1980 году и впервые стандартизирован в 1983 году как IEEE 802.3. С тех пор Ethernet был усовершенствован для поддержки более высоких битрейты, большее количество узлов и большее расстояние между линиями связи, но сохраняет много Обратная совместимость. Со временем Ethernet в значительной степени вытеснил конкурирующие технологии проводных локальных сетей, такие как Token Ring, FDDI и ARCNET.

Оригинал 10BASE5 Ethernet использует коаксиальный кабель как общая среда, в то время как более новые варианты Ethernet используют витая пара и оптоволокно ссылки в сочетании с переключатели. За время своего существования скорость передачи данных Ethernet была увеличена по сравнению с исходными 2,94. мегабит в секунду (Мбит / с)[2] к последнему 400 гигабит в секунду (Гбит / с). В Стандарты Ethernet содержат несколько вариантов подключения и сигнализации Физический уровень OSI используется с Ethernet.

Системы, обменивающиеся данными через Ethernet, разделяют поток данных на более короткие части, называемые кадры. Каждый фрейм содержит адреса источника и назначения, и данные проверки ошибок так что поврежденные кадры могут быть обнаружены и отброшены; чаще всего запускаются протоколы более высокого уровня ретрансляция потерянных кадров. В соответствии с Модель OSI, Ethernet предоставляет услуги вплоть до уровень канала передачи данных.[3] 48-битный MAC-адрес был принят другими IEEE 802 сетевые стандарты, включая IEEE 802.11 Вай фай, а также FDDI, и EtherType значения также используются в Протокол доступа к подсети (SNAP) заголовки.

Ethernet широко используется в домашних условиях и в промышленности и хорошо взаимодействует с Wi-Fi. В протокол Интернета обычно передается через Ethernet и поэтому считается одной из ключевых технологий, составляющих Интернет.

История

Accton Etherpocket-SP параллельный порт Адаптер Ethernet (около 1990 г.). Поддерживает оба коаксиальных (10BASE2 ) и витая пара (10BASE-T ) кабели. Питание поступает от Порт PS / 2 сквозной кабель.

Ethernet был разработан в Xerox PARC между 1973 и 1974 гг.[4][5] Это было вдохновлено АЛОХАНЕТ, который Роберт Меткалф учился в рамках своей кандидатской диссертации.[6] Идея была впервые задокументирована в записке, которую Меткалф написал 22 мая 1973 года, где он назвал ее в честь светоносный эфир когда-то предполагалось, что оно существует как «вездесущая, полностью пассивная среда для распространения электромагнитных волн».[4][7][8] В 1975 г. Ксерокс подала заявку на патент с перечислением Меткалфа, Дэвид Боггс, Чак Такер, и Батлер Лэмпсон как изобретатели.[9] В 1976 году, после развертывания системы в PARC, Меткалф и Боггс опубликовали основополагающую статью.[10][а] Йоген Далал,[12] Рон Крейн, Боб Гарнер и Рой Огус содействовали переходу с исходного протокола 2,94 Мбит / с на протокол 10 Мбит / с, который был выпущен на рынок в 1980 году.[13]

Меткалф покинул Xerox в июне 1979 г., чтобы сформировать 3Com.[4][14] Он убедил Корпорация цифрового оборудования (DEC), Intel, и Xerox работать вместе над продвижением Ethernet в качестве стандарта. В рамках этого процесса Xerox согласилась отказаться от своего товарного знака «Ethernet».[15] Первый стандарт был опубликован 30 сентября 1980 г. как «Ethernet, локальная сеть. Уровень канала передачи данных и спецификации физического уровня». Это так называемый стандарт DIX (Digital Intel Xerox)[16] указанный Ethernet 10 Мбит / с, с 48-битными адресами назначения и источника и глобальным 16-битным Ethertype -тип поля.[17] Версия 2 была опубликована в ноябре 1982 г.[18] и определяет то, что стало известно как Ethernet II. Формальный усилия по стандартизации происходило в то же время и привело к публикации IEEE 802.3 23 июня 1983 г.[19]

Первоначально Ethernet конкурировал с Token Ring и другие проприетарные протоколы. Ethernet смог адаптироваться к потребностям рынка и с 10BASE2 перейти на недорогой тонкий коаксиальный кабель, а с 1990 года - на теперь повсеместный витая пара с 10BASE-T. К концу 1980-х годов Ethernet явно был доминирующей сетевой технологией.[4] В результате 3Com стала крупной компанией. 3Com выпустила свой первый Ethernet 3C100 10 Мбит / с NIC в марте 1981 г., и в том же году начались продажи адаптеров для PDP-11s и VAXes, а также Multibus -на базе Intel и Sun Microsystems компьютеры.[20]:9 За этим быстро последовало сообщение DEC Юнибус к адаптеру Ethernet, который DEC продала и использовала внутри компании для создания собственной корпоративной сети, которая к 1986 году достигла более 10 000 узлов, что сделало ее одной из крупнейших компьютерных сетей в мире на тот момент.[21] Карта адаптера Ethernet для IBM PC была выпущена в 1982 году, а к 1985 году 3Com продала 100000 штук.[14] В 1980-х годах собственная Сеть ПК продукт конкурировал с Ethernet для ПК, и в течение 1980-х годов оборудование LAN, как правило, не было распространено на ПК. Однако в середине-конце 1980-х годов компьютерные сети действительно стали популярными в офисах и школах для совместного использования принтеров и файловых серверов, и среди множества различных конкурирующих технологий ЛВС того десятилетия Ethernet был одним из самых популярных. Параллельный порт какое-то время производились адаптеры на базе Ethernet с драйверами для DOS и Windows. К началу 1990-х годов Ethernet стал настолько распространенным, что порты Ethernet начали появляться на некоторых ПК и большинстве рабочие станции. Этот процесс был значительно ускорен с появлением 10BASE-T и его относительно небольшого размера. модульный соединитель, после чего порты Ethernet появились даже на материнских платах младшего класса.[нужна цитата ]

С тех пор технология Ethernet развивалась в соответствии с новой полосой пропускания и требованиями рынка.[22] В дополнение к компьютерам, Ethernet теперь используется для соединения устройств и других устройств. личные устройства.[4] В качестве Промышленный Ethernet он используется в промышленных приложениях и быстро заменяет устаревшие системы передачи данных в мировых телекоммуникационных сетях.[23] К 2010 году рынок оборудования Ethernet составлял более 16 миллиардов долларов в год.[24]

Стандартизация

Сетевая карта Intel 82574L Gigabit Ethernet, карта PCI Express × 1

В феврале 1980 г. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) начал проект 802 стандартизировать локальные вычислительные сети (LAN).[14][25] «DIX-group» с Гэри Робинсоном (DEC), Филом Арстом (Intel) и Бобом Принтисом (Xerox) представила так называемую «Синюю книгу». CSMA / CD спецификация в качестве кандидата в спецификацию LAN.[17] В дополнение к CSMA / CD, Token Ring (поддерживается IBM) и Token Bus (выбран и в дальнейшем поддерживается компанией Дженерал Моторс ) также рассматривались как кандидаты на роль стандарта LAN. Конкурирующие предложения и широкий интерес к инициативе привели к серьезным разногласиям по поводу того, какую технологию стандартизировать. В декабре 1980 года группа была разделена на три подгруппы, и стандартизация проводилась отдельно для каждого предложения.[14]

Задержки в процессе стандартизации ставят под угрозу внедрение на рынок Xerox Star рабочая станция и продукты 3Com Ethernet LAN. Помня о таких последствиях для бизнеса, Дэвид Лиддл (Генеральный директор, Xerox Office Systems) и Меткалф (3Com) решительно поддержали предложение Фрица Рёшайзена (Сименс Частные сети) для альянса на развивающемся рынке офисных коммуникаций, включая поддержку Siemens международной стандартизации Ethernet (10 апреля 1981 г.). Ингрид Фромм, представитель Siemens в IEEE 802, быстро добилась более широкой поддержки Ethernet, помимо IEEE, путем создания конкурирующей целевой группы «Локальные сети» в рамках европейского органа по стандартизации ECMA TC24. В марте 1982 года ECMA TC24 со своими корпоративными членами достигли соглашения по стандарту для CSMA / CD на основе проекта IEEE 802.[20]:8 Поскольку предложение DIX было наиболее технически полным и из-за быстрых действий, предпринятых ECMA, которые в значительной степени способствовали согласованию мнений в рамках IEEE, стандарт IEEE 802.3 CSMA / CD был одобрен в декабре 1982 года.[14] IEEE опубликовал стандарт 802.3 как проект в 1983 году и как стандарт в 1985 году.[26]

Утверждение Ethernet на международном уровне было достигнуто аналогичным перекрестнымпартизан действие с Фроммом в качестве офицер связи работает над интеграцией с Международная электротехническая комиссия (IEC) Технический комитет 83 и Международная организация по стандартизации (ISO) Технический комитет 97 Подкомитет 6. Стандарт ISO 8802-3 был опубликован в 1989 году.[27]

Эволюция

Набор интернет-протоколов
Уровень приложения
Транспортный уровень
Интернет-уровень
Связующий слой

Ethernet эволюционировал, чтобы включить более высокую пропускную способность, улучшенную средний контроль доступа методы и различные физические носители. Коаксиальный кабель был заменен на двухточечные линии, соединенные Повторители Ethernet или же переключатели.[28]

Станции Ethernet обмениваются данными, посылая друг другу пакеты данных: блоки данных отправляются и доставляются индивидуально. Как и в других локальных сетях IEEE 802, адаптеры поставляются с глобально уникальными 48-битными MAC-адрес так что каждая станция Ethernet имеет уникальный адрес.[b] MAC-адреса используются для указания как пункта назначения, так и источника каждого пакета данных. Ethernet устанавливает соединения на уровне канала, которые могут быть определены с использованием адресов назначения и источника. При приеме передачи получатель использует адрес назначения, чтобы определить, имеет ли передача отношение к станции или ее следует игнорировать. Сетевой интерфейс обычно не принимает пакеты, адресованные другим станциям Ethernet.[c][d]

Поле EtherType в каждом кадре используется операционной системой на принимающей станции для выбора соответствующего модуля протокола (например, протокол Интернета версия, такая как IPv4 ). Кадры Ethernet как говорят самоопределение, из-за поля EtherType. Самоидентифицирующиеся фреймы позволяют смешивать несколько протоколов в одной физической сети и позволяют одному компьютеру использовать несколько протоколов вместе.[29] Несмотря на развитие технологии Ethernet, все поколения Ethernet (за исключением ранних экспериментальных версий) используют одни и те же форматы кадров.[30] Сети со смешанной скоростью могут быть построены с использованием коммутаторов и повторителей Ethernet, поддерживающих желаемые варианты Ethernet.[31]

Из-за повсеместного распространения Ethernet и постоянно снижающейся стоимости оборудования, необходимого для его поддержки, большинство производителей теперь встраивают интерфейсы Ethernet непосредственно в Материнские платы ПК, устраняя необходимость в отдельной сетевой карте.[32]

Общие медиа

Старое оборудование Ethernet. По часовой стрелке от верхнего левого угла: приемопередатчик Ethernet с линейным 10BASE2 адаптер, трансивер аналогичной модели с 10BASE5 адаптер, AUI кабель, другой стиль трансивера с 10BASE2 BNC Тройник, два концевых фитинга 10BASE5 (Разъемы N ), оранжевый установочный инструмент «вампирский кран» (который включает в себя специальное сверло на одном конце и торцевой ключ на другом) и приемопередатчик 10BASE5 ранней модели (h4000) производства DEC. Короткий отрезок желтого кабеля 10BASE5 имеет один конец с разъемом N, а другой конец подготовлен для установки корпуса разъема N; полу-черный, полусерый прямоугольный объект, через который проходит кабель, - это установленный вампирский кран.

Первоначально Ethernet был основан на идее компьютеров, обменивающихся данными через общий коаксиальный кабель, выступающего в качестве среды передачи широковещательной передачи. Используемый метод был аналогичен используемому в радиосистемах,[e] с общим кабелем, обеспечивающим канал связи, похожий на Светоносный эфир в физике 19-го века, и именно отсюда произошло название «Ethernet».[33]

Общий коаксиальный кабель оригинального Ethernet (общая среда) проходил через здание или кампус до каждой подключенной машины. Схема, известная как множественный доступ с контролем несущей с обнаружением коллизий (CSMA / CD) управляли способом, которым компьютеры совместно использовали канал. Эта схема была проще, чем конкурирующие Token Ring или Жетон Автобус технологии.[f] Компьютеры подключены к Интерфейс навесного устройства (AUI) трансивер, который, в свою очередь, подключен к кабелю (с тонкий Ethernet трансивер обычно встроен в сетевой адаптер). Хотя простой пассивный провод очень надежен для небольших сетей, он ненадежен для больших расширенных сетей, где повреждение провода в одном месте или один неисправный соединитель может сделать весь сегмент Ethernet непригодным для использования.[грамм]

В первой половине 1980-х годов Ethernet 10BASE5 В реализации использовался коаксиальный кабель диаметром 0,375 дюйма (9,5 мм), позже названный «толстым Ethernet» или «толстой сетью». Его преемник, 10BASE2, называемый «тонким Ethernet» или «тонкой сетью», использовал RG-58 коаксиальный кабель. Акцент был сделан на упрощении и удешевлении прокладки кабеля.[34]:57

Поскольку все коммуникации происходят по одному и тому же проводу, любая информация, отправляемая одним компьютером, принимается всеми, даже если эта информация предназначена только для одного пункта назначения.[час] Сетевая карта прерывает ЦПУ только при получении соответствующих пакетов: карта игнорирует информацию, не адресованную ей.[я] Использование одного кабеля также означает, что полоса пропускания данных распределяется таким образом, что, например, доступная полоса пропускания данных для каждого устройства уменьшается вдвое, когда две станции одновременно активны.[35]

Коллизия возникает, когда две станции пытаются вести передачу одновременно. Они искажают передаваемые данные и требуют от станций повторной передачи. Потеря данных и повторная передача снижает пропускную способность. В худшем случае, когда несколько активных хостов, подключенных с помощью кабеля максимально допустимой длины, пытаются передать много коротких кадров, чрезмерные коллизии могут значительно снизить пропускную способность. Однако Ксерокс В отчете 1980 г. изучалась производительность существующей сети Ethernet как при нормальной, так и при искусственно созданной большой нагрузке. В отчете утверждалось, что наблюдалась 98% -ная пропускная способность локальной сети.[36] Это контрастирует с передача токена Локальные сети (Token Ring, Token Bus), каждая из которых страдает от снижения пропускной способности по мере того, как каждый новый узел входит в локальную сеть, из-за ожидания маркера. Этот отчет был противоречивым, поскольку моделирование показало, что сети, основанные на коллизиях, теоретически становятся нестабильными при нагрузках всего лишь 37% от номинальной мощности. Многие ранние исследователи не смогли понять эти результаты. Производительность в реальных сетях значительно лучше.[37]

В современном Ethernet не все станции используют один канал через общий кабель или простой концентратор ретранслятора; вместо этого каждая станция связывается с коммутатором, который, в свою очередь, перенаправляет этот трафик на станцию ​​назначения. В этой топологии коллизии возможны только в том случае, если станция и коммутатор пытаются взаимодействовать друг с другом в одно и то же время, и коллизии ограничиваются этим каналом. Кроме того, 10BASE-T стандарт ввел полный дуплекс режим работы, который стал обычным для Fast Ethernet и стандарт де-факто с Гигабитный Ethernet. В полнодуплексном режиме коммутатор и станция могут отправлять и получать одновременно, поэтому современные сети Ethernet полностью свободны от конфликтов.

  • Сравнение оригинального Ethernet и современного Ethernet

  • Исходная реализация Ethernet: общая среда, подверженная конфликтам. Все компьютеры, пытающиеся обмениваться данными, используют один и тот же кабель и поэтому конкурируют друг с другом.

  • Современная реализация Ethernet: коммутируемое соединение, без коллизий. Каждый компьютер обменивается данными только с собственным коммутатором, без конкуренции за кабель с другими.

Повторители и концентраторы

1990-е годы ЭТО сетевая карта поддержка обоих коаксиальных кабелей 10BASE2 (Разъем BNC, слева) и на основе витой пары 10BASE-T (8P8C разъем, правый)
Основная статья: Концентратор Ethernet

По причинам ухудшения сигнала и синхронизации коаксиальный Сегменты Ethernet иметь ограниченный размер.[38] Сети несколько большего размера могут быть построены с помощью Повторитель Ethernet. Ранние повторители имели только два порта, что позволяло увеличить размер сети максимум вдвое. Когда стали доступны повторители с более чем двумя портами, появилась возможность подключать сеть в один звездная топология. Ранние эксперименты со звездообразной топологией (так называемые «Fibernet») с использованием оптоволокно были опубликованы к 1978 г.[39]

Общий кабель Ethernet всегда сложно установить в офисах, поскольку его шинная топология противоречит схемам кабелей звездообразной топологии, разработанным для зданий для телефонии. Модификация Ethernet для соответствия телефонной проводке с витой парой, уже установленной в коммерческих зданиях, дала еще одну возможность снизить затраты, расширить установленную базу и улучшить конструкцию здания, и, таким образом, Ethernet на витой паре стал следующим логическим развитием в середине 1980-х годов.

Ethernet на неэкранированной витой паре (UTP) начинался с StarLAN на скорости 1 Мбит / с в середине 1980-х. В 1987 г. SynOptics представила первую витую пару Ethernet со скоростью 10 Мбит / с в топологии звездообразной проводки с центральным концентратором, позже названной LattisNet.[14][33]:29[40] Они превратились в 10BASE-T, который был разработан только для соединений точка-точка, и все оконечные устройства были встроены в устройство. Это изменило повторители со специализированного устройства, используемого в центре больших сетей, на устройство, которое должна была использовать каждая сеть на основе витой пары с более чем двумя машинами. Древовидная структура, которая возникла в результате этого, упростила обслуживание сетей Ethernet, поскольку не позволяла большинству отказов одного узла или связанного с ним кабеля влиять на другие устройства в сети.[нужна цитата ]

Несмотря на физическую звездообразную топологию и наличие отдельных каналов передачи и приема в витой паре и оптоволокне, сети Ethernet на основе ретрансляторов по-прежнему используют полудуплекс и CSMA / CD, при минимальной активности ретранслятора, в первую очередь генерации сигнал помехи при столкновении пакетов. Каждый пакет отправляется на любой другой порт ретранслятора, поэтому проблемы с пропускной способностью и безопасностью не решаются. Общая пропускная способность ретранслятора ограничена пропускной способностью одного канала, и все каналы должны работать с одинаковой скоростью.[33]:278

Мостовое соединение и переключение

Коммутационные кабели с патч поля двух коммутаторов Ethernet
Основные статьи: Мостовое соединение (сеть) и Сетевой коммутатор

Хотя повторители могут изолировать некоторые аспекты Сегменты Ethernet например обрыв кабеля, они по-прежнему пересылают весь трафик на все устройства Ethernet. Вся сеть едина область столкновения, и все хосты должны иметь возможность обнаруживать коллизии в любом месте сети. Это ограничивает количество повторителей между самыми дальними узлами и создает практические ограничения на количество машин, которые могут обмениваться данными в сети Ethernet. Сегменты, соединенные повторителями, должны работать с одинаковой скоростью, что делает поэтапное обновление невозможным.[нужна цитата ]

Чтобы облегчить эти проблемы, был создан мост для связи на уровне канала данных при изоляции физического уровня. При использовании моста только правильно сформированные пакеты Ethernet пересылаются из одного сегмента Ethernet в другой; коллизии и ошибки пакетов изолированы. При первоначальном запуске мосты Ethernet работают как повторители Ethernet, передавая весь трафик между сегментами. Наблюдая за исходными адресами входящих кадров, мост затем создает таблицу адресов, связывающую адреса с сегментами. После изучения адреса мост пересылает сетевой трафик, предназначенный для этого адреса, только в соответствующий сегмент, улучшая общую производительность. Транслировать трафик по-прежнему направляется во все сегменты сети. Мосты также преодолевают ограничения на общее количество сегментов между двумя хостами и позволяют смешивать скорости, которые имеют решающее значение для постепенного развертывания более быстрых вариантов Ethernet.[нужна цитата ]

В 1989 г. Motorola Codex представили свой 6310 EtherSpan и Калпана представили свой EtherSwitch; это были примеры первых коммерческих коммутаторов Ethernet.[j] Ранние переключатели, такие как этот, использовали сквозное переключение где проверяется только заголовок входящего пакета, прежде чем он будет либо отброшен, либо перенаправлен в другой сегмент.[41] Это уменьшает задержку пересылки. Одним из недостатков этого метода является то, что он не позволяет легко смешивать разные скорости соединения. Во-вторых, поврежденные пакеты все еще распространяются по сети. Возможным средством от этого было возвращение к исходному хранить и пересылать подход к мосту, когда пакет полностью считывается в буфер коммутатора, его последовательность проверки кадра проверяется, и только после этого пакет пересылается.[41] В современном сетевом оборудовании этот процесс обычно выполняется с помощью специализированные интегральные схемы разрешая пересылку пакетов на скорость проволоки.[нужна цитата ]

Когда используется витая пара или сегмент оптоволоконной линии и ни один конец не подключен к повторителю, полнодуплексный Ethernet становится возможным в этом сегменте. В полнодуплексном режиме оба устройства могут передавать и получать друг от друга одновременно, и здесь нет области конфликтов.[42] Это удваивает совокупную пропускную способность канала и иногда объявляется как удвоение скорости канала (например, 200 Мбит / с для Fast Ethernet).[k] Устранение области коллизий для этих соединений также означает, что вся пропускная способность канала может использоваться двумя устройствами в этом сегменте, и длина этого сегмента не ограничивается ограничениями обнаружения коллизий.

Поскольку пакеты обычно доставляются только на порт, для которого они предназначены, трафик в коммутируемом Ethernet менее общедоступен, чем в Ethernet с разделяемой средой. Несмотря на это, коммутируемый Ethernet по-прежнему следует рассматривать как небезопасную сетевую технологию, поскольку коммутируемые системы Ethernet легко подорвать с помощью таких средств, как Подмена ARP и MAC-флуд.[нужна цитата ][43]

Преимущества полосы пропускания, улучшенная изоляция устройств друг от друга, возможность легко смешивать устройства с разной скоростью и устранение ограничений цепочки, присущих некоммутируемому Ethernet, сделали коммутируемый Ethernet доминирующей сетевой технологией.[44]

Продвинутая сеть

Основной коммутатор Ethernet

Простые коммутируемые сети Ethernet, хотя и являются значительным улучшением по сравнению с Ethernet на основе ретрансляторов, страдают от единичных точек отказа, атак, которые заставляют коммутаторы или хосты отправлять данные на машину, даже если она не предназначена для этого, проблемы масштабируемости и безопасности в отношении петли переключения, радиовещание и многоадресная передача трафик.[нужна цитата ]

Расширенные сетевые функции при использовании коммутаторов мост по кратчайшему пути (СПБ) или протокол связующего дерева (STP) для поддержки без петель, ячеистой сети, позволяя использовать физические петли для избыточности (STP) или балансировки нагрузки (SPB). Мостик наикратчайшего пути включает использование протокол маршрутизации по состоянию канала IS-IS для создания более крупных сетей с кратчайшими маршрутами между устройствами.

Расширенные сетевые функции также обеспечивают безопасность портов, предоставляют такие функции защиты, как блокировка MAC[45] и фильтрация радиовещания, использование виртуальные локальные сети чтобы разделять разные классы пользователей при использовании одной и той же физической инфраструктуры, используйте многослойная коммутация для маршрутизации между разными классами и использования агрегирование ссылок для увеличения пропускной способности перегруженных ссылок и обеспечения некоторой избыточности.[нужна цитата ]

Ethernet заменил InfiniBand как наиболее популярное системное соединение TOP500 суперкомпьютеры.[46]

Разновидности

Основные статьи: Физический уровень Ethernet и Ethernet по витой паре

Физический уровень Ethernet развивался в течение значительного периода времени и включает в себя коаксиальные, витые пары и оптоволоконные интерфейсы физических сред со скоростью от 1 Мбит / с к 400 Гбит / с.[47] Первое внедрение CSMA / CD с витой парой было StarLAN, стандартизированный как 802.3 1BASE5.[48] Хотя 1BASE5 не имела большого проникновения на рынок, она определила физическое устройство (провод, штекер / гнездо, расположение выводов и схему подключения), которое будет перенесено на 10BASE-T через 10GBASE-T.

Наиболее часто используемые формы: 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T. Все три используют кабели с витой парой и Модульные разъемы 8P8C. Они бегут в 10 Мбит / с, 100 Мбит / с, и 1 Гбит / с, соответственно.[49][50][51]

Оптоволокно варианты Ethernet (которые обычно используют SFP модули ) также очень популярны в более крупных сетях, предлагая высокую производительность, лучшую электрическую изоляцию и большие расстояния (десятки километров в некоторых версиях). В общем, сеть стек протоколов программное обеспечение будет работать одинаково на всех разновидностях.[52]

Структура кадра

Крупный план микросхемы SMSC LAN91C110 (SMSC 91x), встроенной микросхемы Ethernet.
Основная статья: Кадр Ethernet

В IEEE 802.3 дейтаграмма называется пакет или же Рамка. Пакет используется для описания всего блока передачи и включает преамбула, разделитель начального кадра (SFD) и добавочный номер оператора связи (при наличии).[l] В Рамка начинается после разделителя начального кадра заголовком кадра, содержащим MAC-адреса источника и назначения, а поле EtherType указывает либо тип протокола для протокола полезной нагрузки, либо длину полезной нагрузки. Средняя часть кадра состоит из данных полезной нагрузки, включая любые заголовки для других протоколов (например, Интернет-протокола), передаваемых в кадре. Фрейм заканчивается 32-битным циклическая проверка избыточности, который используется для обнаружения повреждения данные в пути.[53]:разделы 3.1.1 и 3.2 Примечательно, что пакеты Ethernet не имеют поле времени жизни, что приводит к возможным проблемам при наличии петли переключения.

Автосогласование

Основная статья: Автосогласование

Автосогласование - это процедура, с помощью которой два подключенных устройства выбирают общие параметры передачи, например скорость и дуплексный режим. Первоначально автосогласование было дополнительной функцией, впервые представленной в 100BASE-TX, а также обратно совместимой с 10BASE-T. Автосогласование обязательно для 1000BASE-T и выше.

Условия ошибки

Петля переключения

Основная статья: Петля переключения

Петля переключения или мостовая петля возникает в компьютерная сеть когда есть более одного Слой 2 (Модель OSI ) путь между двумя конечными точками (например, несколько соединений между двумя сетевые коммутаторы или два порта на одном коммутаторе, подключенных друг к другу). Цикл создает широковещательные штормы как трансляции и многоадресная рассылка пересылаются коммутаторами через каждые порт, коммутатор или коммутаторы будут многократно ретранслировать широковещательные сообщения, заполняющие сеть. Поскольку заголовок уровня 2 не поддерживает время жить (TTL), если кадр отправляется в зацикленную топологию, он может зацикливаться бесконечно.[нужна цитата ]

Физическая топология, содержащая петли коммутации или моста, привлекательна по причинам избыточности, но коммутируемая сеть не должна иметь петель. Решение состоит в том, чтобы разрешить физические петли, но создать логическую топологию без петель, используя мост по кратчайшему пути (SPB) протокол или более старый протоколы связующего дерева (STP) на сетевых коммутаторах.[нужна цитата ]

Джаббер

Узел, который отправляет пакеты Ethernet дольше максимального окна передачи, считается болтовня. В зависимости от физической топологии обнаружение jabber и устранение неполадок несколько различаются.

  • An MAU требуется для обнаружения и прекращения аномально длительной передачи от DTE (более 20–150 мс), чтобы предотвратить постоянное нарушение работы сети.[54]
  • На электрически разделяемой среде (10BASE5, 10BASE2, 1BASE5) jabber может быть обнаружен только каждым конечным узлом, останавливая прием. Дальнейшее лечение невозможно.[55]
  • Повторитель / концентратор повторителя использует таймер jabber, который завершает повторную передачу на другие порты по истечении срока его действия. Таймер работает от 25000 до 50000 бит раз для 1 Мбит / с,[56] От 40 000 до 75 000 бит раз для 10 и 100 Мбит / с,[57][58] и от 80 000 до 150 000 бит раз для 1 Гбит / с.[59] Порты Jabber'а отделены от сети до тех пор, пока оператор связи больше не будет обнаружен.[60]
  • Конечные узлы, использующие уровень MAC, обычно обнаруживают слишком большой кадр Ethernet и прекращают прием. Мост / коммутатор не пересылает кадр.[61]
  • Конфигурация неоднородного размера кадра в сети с использованием большие кадры может быть обнаружен конечными узлами как jabber.[нужна цитата ]
  • Пакет, обнаруженный восходящим ретранслятором как jabber и впоследствии отрезанный, имеет недопустимый последовательность проверки кадра и сброшен.[нужна цитата ]

Бегущие кадры

  • Рунты пакеты или кадры меньше минимально допустимого размера. Они сбрасываются и не размножаются.[нужна цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Экспериментальный Ethernet, описанный в статье 1976 года, работал со скоростью 2,94 Мбит / с и имеет восьмибитные поля адреса назначения и источника, поэтому исходные адреса Ethernet не являются MAC-адреса они сегодня.[11] По соглашению о программном обеспечении 16 бит после полей адреса назначения и источника определяют «тип пакета», но, как говорится в документе, «разные протоколы используют непересекающиеся наборы типов пакетов». Таким образом, исходные типы пакетов могут различаться в разных протоколах. Это в отличие от EtherType в стандарте IEEE Ethernet, который определяет используемый протокол.
  2. ^ В некоторых случаях адрес, назначенный на заводе-изготовителе, можно переопределить, чтобы избежать изменения адреса при замене адаптера или использовать локально администрируемые адреса.
  3. ^ Если это не помещено в беспорядочные половые связи.
  4. ^ Конечно, мосты и коммутаторы будут принимать другие адреса для пересылки пакета.
  5. ^ Между беспроводной и проводной коммуникацией с общим доступом есть фундаментальные различия, например, тот факт, что в проводной системе обнаруживать коллизии намного проще, чем в беспроводной.
  6. ^ В системе CSMA / CD пакеты должны быть достаточно большими, чтобы гарантировать, что передний фронт распространяющейся волны сообщения достигнет всех частей среды и обратно до того, как передатчик прекратит передачу, что гарантирует, что столкновения (два или более пакетов, инициированных в пределах временного окна, которое вынудило их перекрываться). В результате минимальный размер пакета и общая длина физического носителя тесно связаны.
  7. ^ Многоточечные системы также подвержены странным сбоям, когда электрическое прерывание отражает сигнал таким образом, что некоторые узлы будут работать должным образом, а другие работают медленно из-за чрезмерного количества повторных попыток или совсем не работают. Видеть стоячая волна для объяснения. Это может быть намного сложнее диагностировать, чем полный отказ сегмента.
  8. ^ Это свойство «один говорит, все слушают» является слабым местом безопасности Ethernet с разделяемой средой, так как узел в сети Ethernet может подслушивать весь трафик в проводе, если он того пожелает.
  9. ^ Если это не помещено в беспорядочные половые связи.
  10. ^ Период, термин выключатель был изобретен производителями устройств и не входит в стандарт IEEE 802.3.
  11. ^ Это вводит в заблуждение, поскольку производительность удвоится, только если схемы трафика будут симметричными.
  12. ^ Расширение оператора связи определено для помощи в обнаружении коллизий в Gigabit Ethernet с совместным доступом.

Рекомендации

  1. ^ Ральф Саниторо (2003). «Услуги Metro Ethernet - технический обзор» (PDF). mef.net. Получено 9 января, 2016.
  2. ^ Xerox (август 1976 г.). "Альт: Руководство по аппаратному обеспечению системы персонального компьютера" (PDF). Xerox. п. 37. Получено 25 августа, 2015.
  3. ^ Чарльз М. Козиерок (20 сентября 2005 г.). «Уровень канала передачи данных (уровень 2)». tcpipguide.com. Получено 9 января, 2016.
  4. ^ а б c d е История Ethernet. NetEvents.tv. 2006 г.. Получено 10 сентября, 2011.
  5. ^ "Печатная плата прототипа Ethernet". Смитсоновский национальный музей американской истории. 1973 г.. Получено 2 сентября, 2007.
  6. ^ Джеральд В. Брок (25 сентября 2003 г.). Вторая информационная революция. Издательство Гарвардского университета. п.151. ISBN  0-674-01178-3.
  7. ^ Кейд Мец (13 марта 2009 г.). «Ethernet - а сетевой протокол имя на века: Майкельсон, Морли и Меткалф ». Реестр. п. 2. Получено 4 марта, 2013.
  8. ^ Мэри Беллис. «Изобретатели современного компьютера». About.com. Получено 10 сентября, 2011.
  9. ^ Патент США 4063220 «Многоточечная система передачи данных (с обнаружением столкновений)»
  10. ^ Роберт Меткалф; Дэвид Боггс (Июль 1976 г.). «Ethernet: распределенная коммутация пакетов для локальных компьютерных сетей» (PDF). Коммуникации ACM. 19 (7): 395–405. Дои:10.1145/360248.360253. S2CID  429216.
  11. ^ Джон Ф. Шоч; Йоген К. Далал; Дэвид Д. Ределл; Рональд С. Крейн (Август 1982 г.). «Эволюция локальной компьютерной сети Ethernet» (PDF). IEEE Computer. 15 (8): 14–26. Дои:10.1109 / MC.1982.1654107. S2CID  14546631.
  12. ^ Пелки, Джеймс Л. (2007). «Йоген Далал». Предпринимательский капитализм и инновации: история компьютерных коммуникаций, 1968-1988 гг.. Получено 5 сентября, 2019.
  13. ^ «Введение в технологии Ethernet». www.wband.com. Продукты WideBand. Получено 9 апреля, 2018.
  14. ^ а б c d е ж фон Бург, Урс; Кенни, Мартин (декабрь 2003 г.). «Спонсоры, сообщества и стандарты: Ethernet против Token Ring в бизнесе локальных сетей» (PDF). Промышленность и инновации. 10 (4): 351–375. Дои:10.1080/1366271032000163621. S2CID  153804163. Архивировано из оригинал (PDF) 6 декабря 2011 г.. Получено 17 февраля 2014.
  15. ^ Чарльз Э. Сперджен (февраль 2000 г.). «Глава 1. Эволюция Ethernet». Ethernet: полное руководство. ISBN  1565926609.
  16. ^ «Ethernet: преодоление разрыва в коммуникациях». Печатная копия. Март 1981 г. с. 12.
  17. ^ а б Корпорация цифрового оборудования; Корпорация Intel; Xerox Corporation (30 сентября 1980 г.). «Ethernet, локальная сеть. Спецификации уровня канала передачи данных и физического уровня, версия 1.0» (PDF). Xerox Corporation. Получено 10 декабря, 2011. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  18. ^ Корпорация цифрового оборудования; Корпорация Intel; Xerox Corporation (ноябрь 1982 г.). «Ethernet, локальная сеть. Спецификации уровня канала передачи данных и физического уровня, версия 2.0» (PDF). Xerox Corporation. Получено 10 декабря, 2011. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  19. ^ «Стандарт IEEE 802.3 для Ethernet отмечает 30-летие инноваций и роста мирового рынка» (Пресс-релиз). IEEE. 24 июня 2013 г. Архивировано с оригинал 12 января 2014 г.. Получено 11 января, 2014.
  20. ^ а б Роберт Брейер; Шон Райли (1999). Коммутируемый, быстрый и гигабитный Ethernet. Макмиллан. ISBN  1-57870-073-6.
  21. ^ Джейми Паркер Пирсон (1992). Цифровые технологии на работе. Цифровая пресса. п. 163. ISBN  1-55558-092-0.
  22. ^ Рик Мерритт (20 декабря 2010 г.). «Сдвиги, впереди рост 10G Ethernet». E Times. Получено 10 сентября, 2011. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  23. ^ "Боже мой - рост Ethernet продолжает стремительно расти; превосходит наследие". Новости телекома сейчас. 29 июля 2011 г. Архивировано с оригинал 18 ноября 2011 г.. Получено 10 сентября, 2011.
  24. ^ Джим Даффи (22 февраля 2010 г.). «Рынок коммутаторов Ethernet для дисководов Cisco, Juniper и HP в 4 квартале». Сетевой мир. Международная группа данных. Получено 11 августа, 2019.
  25. ^ Вик Хейс (27 августа 2001 г.). «Письмо в FCC» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 27 июля 2011 г.. Получено 22 октября, 2010. IEEE 802 имеет основной устав для разработки и поддержки сетевых стандартов ... IEEE 802 был сформирован в феврале 1980 ...
  26. ^ IEEE 802.3-2008, стр. Iv
  27. ^ «ISO 8802-3: 1989». ISO. Получено 8 июля, 2015.
  28. ^ Джим Даффи (20 апреля 2009 г.). «Эволюция Ethernet». Сетевой мир. Получено 1 января, 2016.
  29. ^ Дуглас Э. Комер (2000). Межсетевое взаимодействие с TCP / IP - принципы, протоколы и архитектура (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN  0-13-018380-6. 2.4.9 - Адреса оборудования Ethernet, стр. 29, объясняет фильтрацию.
  30. ^ Iljitsch van Beijnum. «Скорость имеет значение: как Ethernet перешел с 3 Мбит / с до 100 Гбит / с ... и далее». Ars Technica. Получено 15 июля, 2011. Были изменены все аспекты Ethernet: его процедура MAC, битовое кодирование, проводка ... только формат пакета остался прежним.
  31. ^ Fast Ethernet Turtorial, Лантроникс, получено 1 января, 2016
  32. ^ Гитадж Чаннана (1 ноября 2004 г.). "Обзор чипсетов материнских плат". PCQuest. Архивировано из оригинал 8 июля 2011 г.. Получено 22 октября, 2010. Сравнивая материнские платы в прошлом выпуске, мы обнаружили, что все материнские платы поддерживают Ethernet-соединение на борту.
  33. ^ а б c Чарльз Э. Сперджен (2000). Ethernet: полное руководство. О'Рейли. ISBN  978-1-56592-660-8.
  34. ^ Хайнц-Герд Хегеринг; Альфред Лаппл (1993). Ethernet: создание инфраструктуры связи. Эддисон-Уэсли. ISBN  0-201-62405-2.
  35. ^ Учебное пособие по Ethernet - Часть I: Основы сетевых технологий, Лантроникс, получено 1 января, 2016
  36. ^ Shoch, John F .; Хапп, Джон А. (декабрь 1980 г.). «Измеренная производительность локальной сети Ethernet». Коммуникации ACM. ACM Press. 23 (12): 711–721. Дои:10.1145/359038.359044. ISSN  0001-0782. S2CID  1002624.
  37. ^ Boggs, D.R .; Могул, Дж. К. и Кент, К. А. (Сентябрь 1988 г.). «Измеренная емкость Ethernet: мифы и реальность» (PDF). DEC WRL. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  38. ^ "Стандарты среды передачи Ethernet и расстояния". kb.wisc.edu. Получено 10 октября, 2017.
  39. ^ Эрик Г. Роусон; Роберт М. Меткалф (июль 1978 г.). «Fibemet: многомодовые оптические волокна для локальных компьютерных сетей» (PDF). Транзакции IEEE по коммуникациям. 26 (7): 983–990. Дои:10.1109 / TCOM.1978.1094189. Получено 11 июня, 2011.
  40. ^ Урс фон Бург (2001). Триумф Ethernet: технологические сообщества и битва за стандарт LAN. Издательство Стэнфордского университета. п. 175. ISBN  0-8047-4094-1.
  41. ^ а б Роберт Дж. Колхепп (2 октября 2000 г.). «10 самых важных продуктов десятилетия». Сетевые вычисления. Архивировано из оригинал 5 января 2010 г.. Получено 25 февраля, 2008.
  42. ^ Ник Пиджон. «Полнодуплексный Ethernet». Как это работает. Получено 3 февраля, 2020.
  43. ^ Ван, Шуанбао Пол; Ледли, Роберт С. (25 октября 2012 г.). Компьютерная архитектура и безопасность: основы проектирования безопасных компьютерных систем. Джон Вили и сыновья. ISBN  978-1-118-16883-7.
  44. ^ «Миграция Token Ring в Ethernet». Cisco. Получено 22 октября, 2010. Респондентов сначала спросили об их текущих и планируемых стандартах подключения к локальной сети для настольных ПК. Результаты были однозначными: коммутируемый Fast Ethernet является основным выбором для подключения настольных компьютеров к сети.
  45. ^ Дэвид Дэвис (11 октября 2007 г.). «Заблокируйте безопасность порта коммутатора Cisco».
  46. ^ «ГЛАВНОЕ - ИЮНЬ 2016». Июнь 2016. Получено 8 августа, 2016. В настоящее время технология InfiniBand используется в 205 системах, а не в 235, и теперь это вторая по популярности технология межсетевого взаимодействия внутренних систем. Gigabit Ethernet вырос до 218 систем с 182, во многом благодаря 176 системам, которые теперь используют интерфейсы 10G.
  47. ^ "[STDS-802-3-400G] Утверждено IEEE P802.3bs!". Целевая группа IEEE 802.3bs. Получено 14 декабря, 2017.
  48. ^ «1BASE5 Medium Specification (StarLAN)». cs.nthu.edu.tw. 28 декабря 1996 г.. Получено 11 ноября, 2014.
  49. ^ IEEE 802.3 14. Устройство подключения к среде на основе витой пары (MAU) и среда основной полосы частот, тип 10BASE-T, включая тип 10BASE-Te
  50. ^ IEEE 802.3 25. Подуровень, зависящий от физической среды (PMD) и среда основной полосы частот, тип 100BASE-TX.
  51. ^ IEEE 802.3 40. Подуровень физического кодирования (PCS), подключение физического носителя (PMA).подуровень и среда основной полосы частот, тип 1000BASE-T
  52. ^ IEEE 802.3 4.3 Интерфейсы к / от соседних слоев
  53. ^ «802.3-2012 - Стандарт IEEE для Ethernet» (PDF). ieee.org. Ассоциация стандартов IEEE. 28 декабря 2012 г.. Получено 8 февраля, 2014.
  54. ^ IEEE 802.3 8.2 Функциональные характеристики MAU
  55. ^ IEEE 802.3 8.2.1.5 Требования к функции Jabber
  56. ^ IEEE 802.3 12.4.3.2.3 Функция Jabber
  57. ^ IEEE 802.3 9.6.5 Защита от блокировки MAU Jabber
  58. ^ IEEE 802.3 27.3.2.1.4 Таймеры
  59. ^ IEEE 802.3 41.2.2.1.4 Таймеры
  60. ^ IEEE 802.3 27.3.1.7 Функциональные требования приема jabber
  61. ^ IEEE 802.1 Таблица C-1 - Наибольшие базовые значения кадра

дальнейшее чтение

внешняя ссылка