Что такое Ethernet. Классификация

Ethernet — распространённая технология проводных локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Изобретена Робертом Метклафом в 1973году в Xerox.

Изначальная цель разработки: подключить к одному лазерному принтеру как можно больше компьютеров.

Что такое Ethernet

В последствии Xerox, DEC, Intel решают использовать Ethernet в качестве стандартного сетевого решения (Ethernet II). В 1982 выходит спецификация IEEE 802.3 для стандартизации Ethernet.

Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.

Место Ethernet в модели OSI
Место Ethernet в модели OSI

Классификация Ethernet по скорости

По скорости передачи данных существуют такие технологии:

  1. Ethernet – 10 Мб/с.
  2. Fast Ethernet – 100 Мб/с.
  3. Gigabit Ethernet – 1 Гб/с.
  4. 10G Ethernet – 10 Гб/с.

Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.

Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как «коллизия»). Коллизия — это наложение двух и более кадров, передающихся компьютерами в один и тот же момент времени.

Коллизия
Коллизия

 

Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием «коммутаторы» (switch).

Hub vs Switch
Hub vs Switch

Классический Ethernet

Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.

Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных.

Это:

  • коаксиальный кабель
  • витая пара
  • оптоволокно

Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.

MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet. Идентичных адресов при этом быть не должно. В противном случае из нескольких устройств с одинаковыми MAC будет работать только одно.

По типам MAC-адреса разделяются на:

  • Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
  • Групповые (для нескольких компьютеров).
  • Широковещательные (для всех компьютеров сети).

Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).

Технология Ethernet и формат кадра

Технология Ethernet и формат кадра
Технология Ethernet и формат кадра

Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.

Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:

CSMA/CD выглядит следующим образом
CSMA/CD выглядит следующим образом

Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.

Коммутируемый Ethernet

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Простейшая таблица коммутации:

Таблица коммутации
Таблица коммутации

Алгоритм обратного обучения работает таким образом:

  1. коммутатор принимает кадры;
  2. анализирует заголовок;
  3. извлекает из него адрес отправителя.

Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.

Выводы

Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.

В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны «изучать» сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.

Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.

Источник.

Оставьте комментарий