Ethernet
Ethernet (от слов «эфир» и «сеть») — это семейство технологий для пакетной передачи данных в компьютерных и промышленных сетях. Это наиболее распространённый в мире протокол для построения сетей: он работает на физическом уровне модели OSI и обеспечивает передачу данных между устройствами.
Ethernet — не просто кабель или соединение, а комплексная система аппаратных и программных средств для организации локальных сетей. Благодаря надёжности и открытому стандарту технология получила широкое распространение.
Все версии протокола Ethernet работают по единому принципу: для передачи данных используется кабельное соединение, а для идентификации отправителя и получателя — MAC‐адресация (Media Access Control).
Технология работы Ethernet
Процесс передачи данных по технологии Ethernet включает следующие этапы:
- Устройство формирует кадр данных с информацией для отправки.
- Кадр передаётся на сетевой адаптер, который преобразует его в электрический или оптический сигнал — в формат, пригодный для передачи по кабелю.
- Сетевой адаптер направляет сигнал через кабель в коммутатор или маршрутизатор локальной сети.
- Коммутатор или маршрутизатор принимает сигнал, проверяет MAC‐адрес получателя и перенаправляет кадр данных нужному устройству.
- Устройство‐получатель принимает кадр, проверяет чек сумму (FCS) и обрабатывает данные.
Стандарты Ethernet регламентируют:
- проводные соединения и электрические сигналы (физический уровень модели OSI);
- формат кадров;
- протоколы управления доступом к среде (канальный уровень модели OSI).
Основная нормативная база для Ethernet — стандарты IEEE группы 802.3.
Изначально технология работала по принципу радиовещания: всё, что передавал один узел, принимали все остальные. Сегодня подключение обычно осуществляется через коммутаторы (switch). В этом случае кадры от одного узла доходят только до адресата (за исключением широковещательных передач), что повышает скорость и безопасность сети.
MAC-адреса
Каждый сетевой интерфейс (сетевая карта или встроенный модуль) имеет уникальный шестибайтный MAC‐адрес, который прошивается на заводе. Этот идентификатор используется для определения отправителя и получателя данных. При подключении нового устройства администратору не нужно настраивать MAC‐адрес вручную.
Уникальность адресов обеспечивается следующим образом: каждый производитель получает от IEEE Registration Authority диапазон из 16 миллионов (224) адресов, при исчерпании диапазона компания может запросить новый.
По трём старшим байтам MAC‐адреса можно определить производителя устройства. Существуют специальные таблицы для такой идентификации — например, они интегрированы в программы типа arpalert.
MAC‐адрес считывается из ПЗУ при инициализации сетевой карты. Далее кадры генерируются операционной системой. Современные ОС позволяют изменить MAC‐адрес — эта возможность есть у всех сетевых карт, хотя раньше она зависела от драйвера.
Формат кадра Ethernet
Существует несколько форматов Ethernet-кадра.
- Первоначальный Version I (больше не применяется). Для синхронизации в начале кадра отправлялся бит синхронизации. В заголовке содержалось аппаратные адреса отправителя и получателя длиной 8 бит каждый. В конце кадра добавлялась CRC Check Sequence длиной в 16 бит.
- Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. EtherType должен принимать значение не меньше чем 1536 (0x0600). Это позволяет отличать данный формат кадра от других, указывающих в заголовке размер передаваемых данных, который не может быть больше 1500. Часто используется непосредственно протоколом Интернета.
В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, а в нём IEEE 802.1p для указания приоритетности. Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.
Стандарты Ethernet
В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи, стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.
10 Мбит/с Ethernet
100 Мбит/с Быстрый Ethernet (Fast Ethernet)
1 Гбит/с Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet)
2.5- и 5-гигабитные варианты (NBASE-T, MGBASE-T)
10 Гбит/с 10-гигабитный Ethernet (10G Ethernet)
Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation) скорости и дуплексности для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.
Элементы архитектуры сети Ethernet
Архитектура сети для передачи данных на основе ethernet включает в себя разнообразные компоненты, такие как сетевые интерфейсы, коммутаторы, маршрутизаторы и многое другое. Она позволяет передавать информацию между различными узлами сети, создавая надежные и эффективные каналы связи.
Сетевые интерфейсы - это устройства, которые обеспечивают физическую связь между компьютером и сетевой средой. Они позволяют передавать данные с использованием электрических, оптических или радиочастотных сигналов.
Коммутаторы - это сетевые устройства, которые обеспечивают маршрутизацию данных в локальной сети. Они позволяют эффективно управлять и передавать данные между различными узлами сети.
Маршрутизаторы - это устройства, которые обеспечивают связь между различными сетями. Они определяют самый эффективный путь передачи данных и осуществляют их маршрутизацию через различные сетевые узлы.
Архитектура сети для передачи данных на основе Ethernet имеет ряд преимуществ, таких как высокая скорость передачи данных, надежность соединения и простота в использовании. Архитектура позволяет пользователям получить доступ к онлайн возможностям и данным других сетевых ресурсах.
Виды Ethernet-кабелей
Существует несколько видов Ethernet-кабелей, каждый из которых имеет свои особенности и применение.
Twisted Pair (витая пара) – один из самых распространенных типов Ethernet-кабелей. Витая пара состоит из двух проводников, которые переплетены между собой. Они применяются для передачи данных на небольшие расстояния в домашних и офисных сетях.
Coaxial (коаксиальный) – этот тип кабеля используется для передачи сигналов на большие расстояния. Он состоит из медного проводника, который находится внутри диэлектрической оболочки и экрана. Коаксиальные кабели используются чаще всего в кабельном телевидении и спутниковом интернете.
Fiber Optic (оптоволоконный) – наиболее современный и эффективный тип Ethernet-кабеля. Он использует информацию, передаваемую по световоду. Оптоволоконные кабели идеально подходят для передачи данных на большие расстояния и обеспечивают высокую скорость передачи.
Выбор подходящего типа Ethernet-кабеля зависит от конкретных требований и потребностей сети. При выборе необходимо учитывать планируемое расстояние передачи данных, скорость передачи, а также особенности среды, в которой будет установлен кабель.
