Ethernet

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Ethernet este o familie de tehnologii standardizate pentru rețele locale , dezvoltată experimental de Robert Metcalfe și David Boggs (asistentul său) la Xerox PARC , care definește specificațiile tehnice la nivel fizic (de exemplu, conectori , cabluri , tip de transmisie ) și stratul MAC al Model arhitectural de rețea ISO / OSI .

Comercializat în 1980 și inițial standardizat în 1983 ca IEEE 802.3 , este utilizat pe scară largă în industrie, protocolul Internet este transmis în mod obișnuit prin Ethernet și, prin urmare, este considerat una dintre tehnologiile cheie care alcătuiesc internetul ; mai general este utilizat în rețelele locale (LAN), rețelele metropolitane (MAN) și rețelele geografice (WAN).

Istorie

Schema unei rețele Ethernet
Conectori RJ-45

Obiectivul inițial al experimentului a fost de a obține o transmisie fiabilă de 3 Mbit / s prin cablu coaxial în condiții de trafic scăzut, dar capabilă să tolereze bine sarcinile de vârf ocazionale. Pentru a reglementa accesul la mediul de transmisie , a fost adoptat un protocol de acces multiplu de tip CSMA / CD ( Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection ).

Succesul experimentului a trezit un interes puternic și a dus la formarea unui grup de companii, format din Xerox Corporation , Intel Corporation și Digital Equipment Corporation , care în 1978 au condus la standardizarea 802.3 și la 30 septembrie 1980 a publicat versiunea 1.0 a Standard Ethernet (au denumit sistemul Ethernet inspirat de eterul luminifer , prin care radiația electromagnetică se credea că se propagă odată).

Între timp, Metcalfe părăsise Xerox în 1979 pentru a promova utilizarea computerelor și rețelelor LAN , motiv pentru care a fondat 3Com . Metcalfe a atribuit succesul 3Com lui Jerry Saltzer , care a colaborat la scrierea unui articol foarte important în care el a sugerat că arhitectura inelului simbolic era teoretic superioară Ethernet: din această cauză, companiile mari au decis să nu se concentreze pe Ethernet. În timp ce 3Com a reușit să creeze o afacere în jurul sistemului și a reușit să câștige un mare avantaj tehnic și să domine piața atunci când Ethernet a luat stăpânire.

Ulterior, interesul companiilor din sector a crescut până la punctul în care IEEE a format câteva grupuri de studiu care vizează perfecționarea și consolidarea Ethernet, precum și crearea a numeroase alte standarde conexe. Una dintre realizări a fost publicarea, în 1985, a primei versiuni a standardului IEEE 802.3 , bazată pe specificația Ethernet originală, dar nu pe deplin identificabilă cu acesta. Ulterior, standardul Ethernet ca atare nu a mai fost menținut, dar termenul continuă să fie folosit aproape ca sinonim pentru IEEE 802.3 , deși cele două standarde nu coincid complet.

Caracteristici

De-a lungul timpului, a înlocuit în mare măsură tehnologiile LAN prin cablu concurente precum Token Ring , FDDI și ARCnet . 10BASE5 Ethernet original folosește cablul coaxial ca mediu partajat, în timp ce noile variante Ethernet utilizează legături pereche răsucite și fibră optică în combinație cu switch-uri de rețea. De-a lungul istoriei sale, ratele de transfer de date Ethernet au crescut de la 2,9 megabiți pe secundă (Mbit / s) la ultimii 400 gigabiți pe secundă (Gbit / s). Standardele Ethernet includ mai multe variante de cablare și semnalizare a stratului fizic OSI utilizat cu Ethernet.

Sistemele care comunică această tehnologie împart un flux de date în bucăți mai scurte numite cadre; fiecare cadru conține adrese sursă și destinație și date de verificare a erorilor, astfel încât cadrele deteriorate să poată fi detectate și aruncate; mai des, protocoalele de nivel superior declanșează retransmiterea cadrelor pierdute. Ca și în cazul modelului OSI, Ethernet oferă servicii până la nivelul de legătură de date și inclusiv. Funcții precum adresa MAC pe 48 de biți și formatul cadrului Ethernet au influențat alte protocoale de rețea, inclusiv tehnologia de rețea fără fir Wi-Fi.

De la începutul comercializării sale, acesta a menținut o bună compatibilitate înapoi și a fost rafinat pentru a suporta rate de biți mai mari și distanțe mai mari de legătură. Ethernet este în prezent cel mai popular sistem LAN din mai multe motive:

  • sa născut foarte devreme și s-a răspândit rapid, astfel încât lansările de noi tehnologii precum FDDI și ATM au găsit câmpul ocupat;
  • în comparație cu sistemele concurente, este mai ieftin și mai ușor de utilizat, iar difuzarea componentelor hardware a facilitat adoptarea acestuia;
  • funcționează bine și este supus la puține probleme;
  • este potrivit pentru utilizare cu TCP / IP .


Cadru

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: cadre Ethernet .

Deși Ethernet are mai multe tipuri, elementul comun se află în structura pachetului Ethernet numit cadru , care este denumit DIX ( DEC , Intel , Xerox ) și a rămas fidel versiunii originale.

Cadru Ethernet.svg

Acesta este cadrul sau pachetul de date primit de stratul de legătură de date din stiva de protocol . Elementele sunt:

  • Preambul (preambul), de 7 octeți: fiecare dintre acești primi 7 octeți are o valoare de 10101010 și sunt folosiți pentru a „trezi” adaptoarele receptorului și a sincroniza oscilatoarele cu cele ale transmițătorului. Deci, preambulul va fi alcătuit după cum urmează (în biți): 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010
  • Start Frame Delimiter (SFD), de 1 octet: acest octet are valoarea 10101011 și seria celor doi biți la 1 indică destinatarului că ajunge un conținut important; este protejat prin încălcarea Codului Manchester ; îndeplinește aceeași funcție ca și câmpul de semnalizare al cadrului HDLC ;
  • Adresa MAC de destinație , 6 octeți: acest câmp conține adresa LAN a adaptorului de destinație; dacă adresa nu se potrivește, stratul fizic al protocolului o elimină și nu o trimite la straturile ulterioare;
  • Adresa MAC sursă , de 6 octeți;
  • EtherType (câmp tip), 2 octeți: acest câmp indică tipul de protocol de strat de rețea utilizat în timpul transmisiei sau - în cazul cadrelor IEEE 802.3 - lungimea câmpului de date;
  • Sarcină utilă (câmp de date), de la 46 la 1500 octeți: conține datele reale, care pot fi de lungime variabilă în funcție de MTU- ul Ethernet; dacă datele depășesc capacitatea maximă, acestea sunt împărțite în mai multe pachete , în timp ce dacă datele nu ating lungimea minimă de 46 de octeți, se adaugă umplerea cu lungimea corespunzătoare;
  • Secvența de verificare a cadrelor (FCS), verificarea redundanței ciclice (CRC), de 4 octeți: permite detectarea dacă există erori de transmisie; în practică, receptorul calculează CRC prin intermediul unui algoritm și îl compară cu cel primit în acest câmp.

Este foarte asemănător cu cadrul IEEE 802.3 , cu excepția câmpului Tip, care în 802.11 devine Tip sau Lungime și câmpul Padding, astfel încât cadrul să atingă dimensiunile minime și maxime de 84 octeți și respectiv 1538 octeți.

Adresa Ethernet

Aceste adrese se mai numesc și adrese hardware , adrese MAC sau adrese MAC sau adrese de nivel 2.

Legacy Ethernet

Legacy Ethernet are în comun:

  • Arhitectură de bază;
  • Parametrii de sincronizare;
  • Format cadru;
  • Procesul de transmisie (codificare Manchester);
  • Utilizarea a 2 perechi de fire pentru transmisie-recepție.

Tipul transmisiei

Codificarea utilizată pentru semnale binare este codarea Manchester .

Ethernet este o tehnologie care oferă servicii fără conexiune la nivelul rețelei. În practică, expeditorul trimite cadrul în LAN fără nici o strângere de mână inițială în modul de difuzare (sau autobuz partajat ): cadrul traversează întreaga LAN și este primit de toate adaptoarele prezente, dar numai adaptorul care îi recunoaște adresa. primiți-l, în timp ce toți ceilalți îl vor arunca.

Cadrul primit poate conține erori, dintre care majoritatea sunt verificabile prin verificarea CRC. Un cadru care nu reușește verificarea CRC este eliminat. Ethernet nu prevede retransmiterea cadrului respins și nici o notificare a pierderii acestuia în straturile superioare. Prin urmare, Ethernet nu este fiabil , dar datorită acestui fapt este simplu și ieftin. Sarcina de a asigura re-transmiterea cadrelor pierdute este delegată straturilor superioare (de exemplu protocolul TCP ).

Gestionarea coliziunilor și ocuparea simultană sau partajată a canalului de transmisie este gestionată de CSMA / CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ). Tot din acest punct de vedere, Ethernet nu poate garanta livrarea unui cadru , darămite că cadrul este livrat într-un timp previzibil.

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: CSMA / CD .

În sistemele Ethernet recente, problema nu apare deoarece la comutatoare și creșterea capacității (vezi Gigabit Ethernet ) coliziunile sunt eliminate și congestia este mult mai puțin probabilă. În schimb, în ​​rețelele „comutate”, pot apărea pierderi de cadre , din cauza dimensiunii limitate a bufferelor din dispozitive. Acest fenomen, care nu a avut loc cu CSMA / CD - ul , în cele mai multe cazuri grave , poate duce la o scădere a performanței rețelei în ceea ce privește tranzitată ( de exemplu: mecanismele de control al congestiei ale TCP poate interveni după expirarea timeout - ului, care rezultă în degradarea performanței).

Eficienţă

Eficiența este văzută ca fracțiunea de timp pe termen lung în care cadrele fără coliziune sunt transmise cu alți expeditori.

Ethernet folosește un algoritm de acces la rețea multiplu numit CSMA / CD . Acest lucru permite Ethernet-ului, în anumite condiții, să aibă o eficiență de transmisie de 100%.

În general, formula de eficiență Ethernet este:

,

unde este este întârzierea propagării , este întârzierea transmisiei , este probabilitatea transmiterii fără coliziuni (adesea asimptotic apropiată de ), este lungimea celui mai mare domeniu de coliziune din rețea, este rata de biți de transmisie, este viteza de deplasare a mediului de propagare e este dimensiunea complotului .

Se poate vedea cum, dacă ar înlocui un hub cu un pod , eficiența ar crește, deoarece lungimea domeniului de coliziune ar fi mai scurtă.

Cablare

Pin Cp. T568A Cp. T568B Cond. Cod culoare T568A Cod culoare T568B
1 3 2 1 Sârmă albă dungă verde.svg Verde alb Sârmă albă portocaliu dungă.svg portocaliu alb
2 3 2 2 Sârmă verde.svg verde Sârmă portocalie.svg portocale
3 2 3 1 Sârmă albă portocaliu dungă.svg portocaliu alb Sârmă albă dungă verde.svg Verde alb
4 1 1 2 Sârmă albastră.svg albastru Sârmă albastră.svg albastru
5 1 1 1 Sârmă albă albastră dungă.svg albastru alb Sârmă albă albastră dungă.svg albastru alb
6 2 3 2 Sârmă portocalie.svg portocale Sârmă verde.svg verde
7 4 4 1 Sârmă albă maro dungă.svg maro alb Sârmă albă maro dungă.svg maro alb
8 4 4 2 Sârmă maro.svg Maro Sârmă maro.svg Maro

Cablu direct (primul)

Cablurile drepte (sau drepte) sunt utilizate pentru conexiuni normale, de exemplu între PC-uri și comutatoare de rețea . Astfel de cabluri se mai numesc și patch-uri .

Cablurile Patch pot urma două scheme de conectare diferite: conexiunile sunt întotdeauna pin-to-pin (adică pinul 1 al unui conector este conectat direct la pinul 1 al celuilalt conector etc.), cele două scheme diferă doar în alegerea diferitelor culori pentru perechile 1-2 și 3-6.

Schema T568A

RJ-45 TIA-568A Stânga.png RJ-45 TIA-568A Right.png

Schema T568B

RJ-45 TIA-568B Stânga.png RJ-45 TIA-568B Right.png

Cablu încrucișat

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Cablu Ethernet încrucișat .

Cablurile încrucișate (sau crossover) sunt utilizate pentru a conecta 2 PC-uri împreună fără a utiliza hub / switch sau pentru a conecta hub-uri / switch-uri în cascadă.

RJ-45 TIA-568A Stânga.png RJ-45 TIA-568B Right.png

Tipuri

Ethernet cu repetatoare și hub-uri

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Hub (informatică) .
Rețea cu hub

Ethernet tinde să crească, dar cablul Ethernet are o capacitate limitată atât în ​​lungime, cât și în capacitate de trafic, astfel încât rețelele LAN mari sunt împărțite în rețele mai mici interconectate de anumite noduri, printre care putem găsi repetori , hub-uri sau elemente mai sofisticate, cum ar fi poduri sau comutatoare reducând astfel așa-numitul domeniu de coliziune .

Repetatorul replică pur și simplu semnalul primit. Prin urmare, cablul Ethernet poate dura mai mult decât capacitățile sale. Singura constrângere este că între două computere trebuie să existe cel mult două repetatoare pentru a proteja sincronizarea CSMA / CD .

Ethernet cu bridge și switch

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Bridge (informatică) .
Rețea cu comutator

Podul este un element de interconectare mai sofisticat decât hub - ul, deoarece funcționează pe cadre și nu pe semnale electrice. Cu acest sistem, pot fi create segmente LAN independente acolo unde coliziile și întârzierile sunt limitate.

Multe punți sunt adaptive sau de învățare, astfel încât vin cu software cu liste de adrese pentru fiecare placă Ethernet pe care o au. În acest fel, atunci când ajunge un cadru , acestea extrapolează adresa de destinație și trimit același cadru în segmentul potrivit pe baza listelor asociate cărților.

Mult mai sofisticate sunt comutatoarele care sunt compuse dintr-un număr mare de carduri Ethernet care permit conectarea directă a fiecărei gazde . Unul sau mai multe cabluri Ethernet de mare viteză sunt apoi conectate la comutator , conectând alte segmente LAN .

În acest fel, comutatorul interceptează cadrele și le redirecționează către o gazdă sau segmente Ethernet. Gestionarea cadrelor , prin urmare, este optimizată deoarece acestea sunt redirecționate imediat către destinație evitând, pe cât posibil, coliziunile. În acest fel, fiecare carte are propriul domeniu de coliziune .

Ethernet prin rețea de acces și transport

Ethernet poate fi utilizat direct ca protocol de strat fizic în conexiuni punct la punct din rețeaua de acces și în anumite limite din rețeaua de transport, adică în anumite lungimi de conexiune, eliminând protocolul de acces multiplu CSMA / CD anti-coliziune (domenii de coliziune lipsă) și menținerea ambalajului tipic. Această soluție este potrivită pentru traficul de pachete și implică o simplificare a arhitecturii rețelei prin înlocuirea SDH .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85045087 · GND (DE) 4127501-9