Εισαγωγή στην τεχνολογία δικτύου Ethernet

Το Ethernet εξουσιώνει πολλά από τα τοπικά δίκτυα στον κόσμο

Για αρκετές δεκαετίες, το Ethernet έχει αποδειχθεί ότι είναι σχετικά φθηνή, λογικά γρήγορη και πολύ δημοφιλής τεχνολογία LAN. Αυτό το σεμινάριο εξηγεί τη βασική λειτουργικότητα του Ethernet και τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οικιακά και επιχειρηματικά δίκτυα.

Η ιστορία του Ethernet

Οι μηχανικοί Bob Metcalfe και DR Boggs ανέπτυξαν το Ethernet που ξεκίνησε το 1972. Τα βιομηχανικά πρότυπα που βασίζονται στο έργο τους δημιουργήθηκαν το 1980 σύμφωνα με το σύνολο προδιαγραφών IEEE 802.3. Οι προδιαγραφές Ethernet ορίζουν πρωτόκολλα χαμηλού επιπέδου μεταφοράς δεδομένων και οι κατασκευαστές τεχνικών λεπτομερειών πρέπει να γνωρίζουν για την κατασκευή προϊόντων Ethernet όπως κάρτες και καλώδια.

Η τεχνολογία Ethernet έχει εξελιχθεί και ωριμάσει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ο μέσος καταναλωτής μπορεί γενικά να βασίζεται σε προϊόντα εκτός Ethernet που λειτουργούν όπως έχουν σχεδιαστεί και να συνεργάζονται μεταξύ τους.

Τεχνολογία Ethernet

Το παραδοσιακό δίκτυο Ethernet υποστηρίζει μεταφορές δεδομένων με ταχύτητα 10 megabits ανά δευτερόλεπτο (Mbps) . Καθώς οι ανάγκες απόδοσης των δικτύων αυξήθηκαν με την πάροδο του χρόνου, ο κλάδος δημιούργησε πρόσθετες προδιαγραφές Ethernet για Fast Ethernet και Gigabit Ethernet. Το Fast Ethernet επεκτείνει την παραδοσιακή απόδοση Ethernet έως και 100 Mbps και Gigabit Ethernet ταχύτητες έως 1000 Mbps. Παρόλο που τα προϊόντα δεν είναι ακόμα διαθέσιμα για τον μέσο καταναλωτή, υπάρχουν και 10 Gigabit Ethernet (10.000 Mbps) που χρησιμοποιούνται σε ορισμένα δίκτυα επιχειρήσεων και στο Internet2.

Επίσης, τα καλώδια Ethernet κατασκευάζονται σύμφωνα με πολλές τυπικές προδιαγραφές. Το πιο δημοφιλές καλώδιο Ethernet στην τρέχουσα χρήση, καλώδιο κατηγορίας 5 ή CAT5 , υποστηρίζει τόσο το παραδοσιακό όσο και το Fast Ethernet. Τα καλώδια κατηγορίας 5e (CAT5e) και CAT6 υποστηρίζουν το Gigabit Ethernet.

Για να συνδέσετε καλώδια Ethernet σε έναν υπολογιστή (ή σε άλλη συσκευή δικτύου), ένα άτομο συνδέει ένα καλώδιο απευθείας στη θύρα Ethernet της συσκευής. Ορισμένες συσκευές χωρίς υποστήριξη Ethernet υποστηρίζουν επίσης συνδέσεις Ethernet μέσω dongles όπως προσαρμογείς USB-Ethernet . Τα καλώδια Ethernet χρησιμοποιούν υποδοχές που μοιάζουν με τη θύρα RJ-45 που χρησιμοποιείται με τα παραδοσιακά τηλέφωνα.

Για τους φοιτητές: Στο μοντέλο OSI, η τεχνολογία Ethernet λειτουργεί στα φυσικά επίπεδα και στα στρώματα ζεύξης δεδομένων - Layers One και Two αντίστοιχα. Το Ethernet υποστηρίζει όλα τα δημοφιλή πρωτόκολλα δικτύου και ανώτερου επιπέδου, κυρίως TCP / IP .

Τύποι Ethernet

Συχνά αναφέρεται ως Thicknet, το 10Base5 ήταν η πρώτη ενσάρκωση της τεχνολογίας Ethernet. Η βιομηχανία χρησιμοποίησε το Thicknet στη δεκαετία του '80 μέχρι να εμφανιστεί το Thinnet 10Base2. Σε σύγκριση με το Thicknet, το Thinnet προσέφερε το πλεονέκτημα του λεπτότερου (5 χιλιοστά έναντι 10 χιλιοστών) και πιο ευέλικτης καλωδίωσης, καθιστώντας ευκολότερο το καλώδιο των κτιρίων γραφείων για το Ethernet.

Η πιο κοινή μορφή παραδοσιακού Ethernet, ωστόσο, ήταν 10Base-T. Το 10Base-T προσφέρει καλύτερες ηλεκτρικές ιδιότητες από το Thicknet ή το Thinnet, επειδή τα καλώδια 10Base-T χρησιμοποιούν καλωδίωση χωρίς θωράκιση συνεστραμμένου ζεύγους (UTP) και όχι ομοαξονική. Το 10Base-T αποδείχθηκε επίσης πιο αποδοτικό από εναλλακτικές λύσεις όπως η καλωδίωση οπτικών ινών.

Υπάρχουν πολλά άλλα λιγότερο γνωστά πρότυπα Ethernet, όπως 10Base-FL, 10Base-FB και 10Base-FP για δίκτυα οπτικών ινών και 10Broad36 για καλωδιακή ευρυζωνική (καλωδιακή) τηλεόραση. Όλες οι παραπάνω παραδοσιακές μορφές, συμπεριλαμβανομένου του 10Base-T, έχουν καταστεί παρωχημένες από το Fast and Gigabit Ethernet.

Περισσότερα για το Fast Ethernet

Στα μέσα της δεκαετίας του '90, η τεχνολογία Fast Ethernet ωρίμασε και εκπλήρωσε τους σχεδιαστικούς της στόχους α) την αύξηση της απόδοσης του παραδοσιακού Ethernet, ενώ β) αποφεύγοντας την ανάγκη για πλήρη επανασύνδεση υφιστάμενων δικτύων Ethernet. Το Fast Ethernet έρχεται σε δύο μεγάλες ποικιλίες:

Το πιο δημοφιλές από αυτά είναι το 100Base-T, ένα πρότυπο που περιλαμβάνει 100Base-TX (Κατηγορία 5 UTP), 100Base-T2 (Κατηγορία 3 ή καλύτερη UTP) και 100Base-T4 (100Base-T2 καλωδίωση σύρματα ζεύγη).

Περισσότερα για το Gigabit Ethernet

Ενώ το Fast Ethernet βελτίωσε το παραδοσιακό Ethernet από ταχύτητα 10 Megabit σε 100 Megabit, το Gigabit Ethernet διαθέτει την ίδια τάξη μεγέθους με το Fast Ethernet, προσφέροντας ταχύτητες 1000 Megabits (1 Gigabit). Το Gigabit Ethernet κατασκευάστηκε για πρώτη φορά μέσω καλωδίων οπτικών και χάλκινων καλωδίων, αλλά το πρότυπο 1000Base-T το υποστηρίζει με επιτυχία. Το 1000Base-T χρησιμοποιεί καλωδίωση κατηγορίας 5 παρόμοια με 100 Mbps Ethernet, αν και η επίτευξη ταχύτητας gigabit απαιτεί τη χρήση πρόσθετων ζευγών συρμάτων.

Τοπολογίες και πρωτόκολλα Ethernet

Το παραδοσιακό δίκτυο Ethernet χρησιμοποιεί μια τοπολογία λεωφορείου, που σημαίνει ότι όλες οι συσκευές ή οι κεντρικοί υπολογιστές στο δίκτυο χρησιμοποιούν την ίδια κοινόχρηστη γραμμή επικοινωνίας. Κάθε συσκευή διαθέτει διεύθυνση Ethernet, γνωστή επίσης ως διεύθυνση MAC . Οι συσκευές αποστολής χρησιμοποιούν διευθύνσεις Ethernet για να καθορίσουν τον παραλήπτη των μηνυμάτων.

Τα δεδομένα που αποστέλλονται μέσω του Ethernet υπάρχουν στις μορφές πλαισίων. Ένα πλαίσιο Ethernet περιέχει μια κεφαλίδα, ένα τμήμα δεδομένων και ένα υποσέλιδο που έχει συνολικό μήκος όχι μεγαλύτερο από 1518 byte. Η κεφαλίδα Ethernet περιέχει τις διευθύνσεις και του προορισμένου παραλήπτη και του αποστολέα.

Τα δεδομένα που αποστέλλονται μέσω του Ethernet μεταδίδονται αυτόματα σε όλες τις συσκευές του δικτύου. Με τη σύγκριση της διεύθυνσής τους Ethernet με τη διεύθυνση στην κεφαλίδα πλαισίου, κάθε συσκευή Ethernet ελέγχει κάθε καρέ για να διαπιστώσει αν προορίζεται για αυτούς και διαβάζει ή απορρίπτει το πλαίσιο ανάλογα με την περίπτωση. Οι προσαρμογείς δικτύου ενσωματώνουν αυτή τη λειτουργία στο υλικό τους.

Οι συσκευές που επιθυμούν να μεταδώσουν στο Ethernet πραγματοποιήσουν πρώτα έναν προκαταρκτικό έλεγχο για να διαπιστώσουν εάν υπάρχει διαθέσιμο μέσο ή εάν βρίσκεται σε εξέλιξη μια μετάδοση. Εάν το Ethernet είναι διαθέσιμο, η συσκευή αποστολής μεταδίδει στο καλώδιο. Ωστόσο, είναι πιθανό ότι δύο συσκευές θα εκτελέσουν αυτήν τη δοκιμή περίπου την ίδια ώρα και οι δύο θα μεταδοθούν ταυτόχρονα.

Με το σχεδιασμό, ως συμβιβασμό απόδοσης, το πρότυπο Ethernet δεν εμποδίζει την ταυτόχρονη πολλαπλή μετάδοση. Αυτές οι αποκαλούμενες συγκρούσεις, όταν συμβαίνουν, προκαλούν αποτυχία και στις δύο μεταδόσεις και απαιτούν αμφότερες τις συσκευές αποστολής να μεταδίδουν ξανά. Το Ethernet χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο βασισμένο σε τυχαίους χρόνους καθυστέρησης για τον προσδιορισμό της κατάλληλης περιόδου αναμονής μεταξύ των επαναλήψεων. Ο προσαρμογέας δικτύου εφαρμόζει επίσης αυτόν τον αλγόριθμο.

Στο παραδοσιακό δίκτυο Ethernet, αυτό το πρωτόκολλο για την εκπομπή, την ακρόαση και την ανίχνευση συγκρούσεων είναι γνωστό ως CSMA / CD (Multiple Access Sense Carrier / ανίχνευση σύγκρουσης). Ορισμένες νεότερες μορφές Ethernet δεν χρησιμοποιούν CSMA / CD. Αντίθετα, χρησιμοποιούν το λεγόμενο πρωτόκολλο Ethernet πλήρους διπλής όψης, το οποίο υποστηρίζει ταυτόχρονη αποστολή και λήψη σημείων προς σημείο χωρίς να απαιτείται ακρόαση.

Περισσότερα σχετικά με τις συσκευές Ethernet

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα καλώδια Ethernet είναι περιορισμένα και οι αποστάσεις (μόλις 100 μέτρα) δεν επαρκούν για την κάλυψη εγκαταστάσεων μέσου μεγέθους και μεγάλων δικτύων. Ένας επαναλήπτης σε δίκτυο Ethernet είναι μια συσκευή που επιτρέπει πολλαπλά καλώδια να ενώνονται και να εκτείνονται μεγαλύτερες αποστάσεις. Μια συσκευή γέφυρας μπορεί να ενταχθεί σε ένα Ethernet σε άλλο δίκτυο διαφορετικού τύπου, όπως ένα ασύρματο δίκτυο. Ένας δημοφιλής τύπος συσκευής επαναλήπτη είναι ένας κόμβος Ethernet. Άλλες συσκευές μερικές φορές συγχέονται με κόμβους είναι διακόπτες και δρομολογητές .

Οι προσαρμογείς δικτύου Ethernet υπάρχουν επίσης σε πολλαπλές μορφές. Οι νεότεροι προσωπικοί υπολογιστές και οι κονσόλες παιχνιδιών διαθέτουν ενσωματωμένο προσαρμογέα Ethernet. Οι προσαρμογείς USB-to-Ethernet και οι ασύρματες προσαρμογείς Ethernet μπορούν επίσης να ρυθμιστούν ώστε να λειτουργούν με πολλές νεότερες συσκευές.

Περίληψη

Το Ethernet είναι μία από τις βασικές τεχνολογίες του Διαδικτύου. Παρά την προχωρημένη ηλικία της, το Ethernet συνεχίζει να τροφοδοτεί πολλά από τα τοπικά δίκτυα του κόσμου και συνεχώς βελτιώνεται για να καλύψει τις μελλοντικές ανάγκες για δικτύωση υψηλών επιδόσεων.