Физика Ethernet для самых маленьких / Habr

• Что такое домен коллизий?
• Сколько пар используется для Ethernet и почему?
• По каким парам идет прием, а по каким передача?
• Что ограничивает длину сегмента сети?
• Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется

шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10⁸ м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

• 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
• 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
• Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
• Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

Что такое Ethernet и как работает

Технология Ethernet

Ethernet — на нем основаны большинство сетей в наше время. Есть большое количество технологий, позволяющих соединить компьютеры в сеть. Каждая из них была разработана в разное время и предназначена для решения определенной задачи.

Технология Ethernet охватывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный уровни. Далее будем говорить только о физическом уровне модели OSI, то есть о том, как передаются биты данных между двумя соседними устройствами.

В настоящее время для построения локальных сетей используют технологию FastEthernet, которая является новой реализацией технологии Ethernet.

Что такое Ethernet

Эта технология была разработана в 1970 г. исследовательским центром в Пало-Альто, который принадлежит корпорации Xerox, а в 1980 г. на ее основе была принята спецификация IEЕЕ 802.3.

Основной принцип работы, используемый в данной технологии, заключается в следующем. Чтобы начать передачу данных в сети, сетевой адаптер компа «прослушивает» сеть на наличие какого-либо сигнала. Если его нет, то адаптер начинает передачу данных, если же сигнал есть, то передача откладывается на определенный интервал времени. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи 1-го кадра.

Кадр — это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, к примеру адрес получателя и адрес отправителя. После того как адаптер отправителя поместил кадр в сеть, его начинают принимать все сетевые адаптеры. Каждый адаптер проводит анализ кадра, и если адрес совпадает с их собственным адресом устройства (МАС-адрес), кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера, если же не совпадает, то он игнорируется.

В том случае, если два или более адаптера, «прослушав» сеть, начинают передавать данные, появляется коллизия (collision). Адаптеры, обнаружив коллизию, прекращают передачу данных, а затем, повторно «прослушав» сеть, повторяют передачу данных через разные промежутки времени.

Чтобы получить пакет данных, который рассчитан для конкретного адаптера, он должен принимать все пакеты, которые появляются в сети.

Такой метод доступа к среде передачи данных получил название CSMA/CD {carrier-sense multiple access/collision detect­ion) — множественный доступ с обнаружением несущей.

Что такое Ethernet — коллизии

Как следует из вышесказанного, при большом числе компьютеров в сети и при интенсивном обмене данными очень быстро растет число коллизий, и, как следствие, пропускная способность сети падает. Не исключен случай, когда пропускная способность может упасть до нуля. Но даже в сети где средняя нагрузка не превышает рекомендованную (30-40% от общей полосы пропускания), скорость передачи составляет 70-80% от номинальной.

Однако в настоящее время данная проблемка практически решена, ввиду того, что разработаны устройства, способные разделять потоки данных между теми писишниками, для которых эти данные предназначаются. Другими словами, трафик между портами, подключенными к передающему и принимающему сетевым адаптерам, изолируется от других портов и адаптеров. Такие устройства называются коммутаторами (switch).

Существуют различные реализации данной технологии -Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, которые могут обеспечивать скорость передачи данных 10, 100 и 1000 Мбит/с соответственно.

Стандарт IЕЕЕ 802.3 содержит несколько спецификаций, отличающихся топологией и типом используемого кабеля. К примеру, 10 BASE-5 использует толстый коаксиальный кабель, 10 BASE-2 — тонкий, а 10 BASE-F, 10 BASE-FB, 10 BASE-FL и FOIRL используют оптический кабель. Наиболее популярна спецификация IEЕЕ 802.3 100BASE-TX, в которой для организации сети используется кабель на основе неэкранированных витых пар с разъемами RJ-45.

Реализации сети Ethernet

Параметр	Ethernet	Fast Ethernet	Gigabit Ethernet
Номинальная скорость передачи информации, Мбит/с	10	100	1000
Среда передачи	Витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно	Витая пара, оптоволокно	Витая пара, оптоволокно
Варианты реализации	10 Base-2, 10 Base-T, 10 Base-5,1 Base-5,10 В road-36	100Base-TX, 100Base-FX, 100 Base-T4	1000Base-X1000Base-LX1000Base-SX1000Base-CX1000Base-T
Топология	Общая шина, звезда	Звезда	Звезда

Перечисленные выше спецификации Ethernet можно описать следующим образом. Первое число в имени спецификации, указывает максимально возможную скорость передачи данных. Например «10» обозначает скорость передачи сигнала 10 Мбит/с. «Base», означает использование в стандарте Baseband-технологии {baseband— это узкополосная передача). При таком способе передачи данных по кабелю каждый бит данных кодируется отдельным электрическим или световым импульсом. При этом весь кабель используется в качестве 1-го канала связи, т.е. одновременная передача 2-х сигналов невозможна.

Первоначально последняя секция в названии спецификации предназначалась для отображения максимальной длины кабельного сегмента (без концентраторов и коммутаторов) в сотнях метров. Однако для удобства и более полного определения сути стандарта в его названии цифры были заменены буквами Т и F. Где Т обозначает twistedpair— витую пару, a F обозначает оптоволокно.

Таким образом, в настоящее время можно встретить сети, основанные на следующих спецификациях:

• 10Base-2 — 10 МГц Ethernet на коаксиальном кабеле с сопротивлением 50 Ом, baseband. 10Base-2 известен как «тонкий Ethernet»;
• 10Base-5 — 10MHzEthernetна стандартном (толстом) коаксильном кабеле с сопротивлением 50 Ом, baseband;
• 10Base-T — 10MHz Ethernet по кабелю витая пара;
• 100 Base-TX — 100MHz Ethernet по кабелю витая пара.

Весьма существенным преимуществом различных вариантов Ethernet является обоюдная совместимость, которая позволяет юзать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.

Полнодуплексный режим

Стандарт технологии Fast Ethernet также включает в себя рекомендации относительно обеспечения возможности полно-дуплексной работы (full—duplexmode) при подключении сетевого адаптера к коммутатору или же при непосредственном соединении коммутаторов между собой.

Суть полно-дуплексного режима заключается в возможности одновременной передачи и приема данных по каналам Тх (канал от передатчика к приемнику) и Rx(канал от приемника к передатчику), при этом скорость передачи возрастает вдвое и достигает 200 Мбит/с. На данный момент почти все производители сетевого оборудования заявляют, что их устройства обеспечивают работу в полно-дуплексном режиме, однако из-за разного толкования стандарта, в частности способов правления потоком кадров, не. всегда удается добиться корректной работы этих устройств и хороших скоростных показателей.

Ethernet — Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 15:03, 2 ноября 2018.

Ethernet

Communications protocol
Ethernet
Purpose	Локальная сеть
Developer(s)	Intel и Xerox
Introduced	22 мая 1973 года
Influenced	Развитие компьютерных сетей в целом
OSI layer	физический, канальный
Port(s)	RJ-45
RFC(s)	IEEE группы 802.3

Ethernet (Локальная сеть) (англ. Ethernet от англ. ether — «эфир» и англ. network — «сеть, цепь») — семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI [рис.5]. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Token Ring, FDDI и ARCNET.

Становление технологии Ethernet

Название «Ethernet» (буквально «эфирная сеть» или «среда сети») отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) — это повышает скорость работы и безопасность сети.^{[Источник 1]}

Ethernet является одной из самых распространенных при построении компьютерных сетей технологией. Существует множество разновидностей данного протокола для различных сред передачи, необходимой полосы пропускания и расстояний между оконечными устройствами.

О том, что такое Ethernet, стало известно в семидесятых годах XX столетия. Появление Ethernet принято датировать 22 мая 1973 года, в связи с публикацией Робертом Меткалфом [рис.1](Robert Metcalf) и Дэвидом Боггсом (David Boggs) описания экспериментальной сети, построенной ими в исследовательском центре фирмы Xerox.

Рисунок 1 — Роберт Меткалф — один из создателей Ethernet

После Гарварда Меткалфу подвернулась работа в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center, там нужно было создать технологию подключения разработанных в PARC персональных компьютеров Alto к недавно созданному в том же центре лазерному принтеру. Ни один из существовавших на тот момент способов подключения не обеспечивал нужную скорость передачи данных. Напарник по работе, Дэвид Боггс, имел образование радиоинженера. Это Боггс подсказал идею использовать радио в качестве прототипа для среды-носителя. Объединив знания по передаче пакетов с радио, они составили отличную связку. Вместе 22 мая 1973 года они написали внутренний документ, где были описаны механизмы передачи данных по разным видам соединений (по телефонному каналу, по коаксиальному кабелю и по радио) с использованием протоколов ALOHAnet, однако он немного отличался от проекта в Xerox и являлся предпосылкой к созданию Ethernet. Любопытно, что в самом Xerox PARC проект, позже названный Ethernet, взял верх над проектом SIGNET (Simonyi’s Infinitely Glorious NETwork) Чарльза Симони.^{[Источник 2]}

Первая версия спецификации (Ethernet I) была выпущена в 1983 году в виде стандарта IEEE 802.3. Стандартом определялась шинная топология сети. Передача данных в сетях этого типа возможна по коаксиальному кабелю со скоростью 10 Мбит/с (стандарты IEEE 10Base5 и 10Base2). В 1985 году была выпущена вторая версия спецификации IEEE 802.3 (Ethernet II), которая изменила структуру пакета данных, обеспечила идентификацию адресов в сети (MAC-addresses) и возможность регистрации уникальных адресов. В 1990 году была выпущена спецификация Ethernet для витых пар (стандарт 10Base-T), в 1991 году — стандарт IEEE 802.3i для неэкранированных витых пар, а в 1993 году — спецификация для волоконно-оптического кабеля (стандарт 10Base-FL). В 1990-х годах начали развиваться беспроводные сети: так называемые радио-Ethernet (базовый стандарт — IEEE 802.11), а также — Fast Ethernet (стандарт 100BaseTX), Gigabit Ethernet (стандарт 100BaseTX). Метод доступа, используемый в кабельных сетях Ethernet — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Этот протокол описан в Ethernet — и Fast Ethernet-стандартах. В соответствии с этим протоколом устройства начинают передачу данных только после обнаружения свободного канала связи для сокращения между ними количества коллизий. Все версии семейства Ethernet ориентированы на поддержку работы до 1024 узлов сети.^{[Источник 3]}

Протокол Ethernet относится к физическому и канальному уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection). Он описывает порядок доступа в сеть, правила разграничения общей полосы передачи, требования к линии связи и другие важные характеристики. Протокол Ethernet предполагает, что все участники информационного обмена используют общую среду передачи. Это может быть коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или даже радиосоединение. Для разграничения общей среды применяется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Суть его будет рассмотрена ниже.

Принцип работы

Этот тип сети имеет звездообразную или линейную структуру со скоростью 10-100 мегабит/секунду. Первоначально Ethernet был основан на коаксиальном кабеле, однако со временем технология изменилась, и сеть начали строить на базе оптоволоконных кабелей или витых пар. Сейчас существует около тридцати видов сети Ethernet, которые отличаются по скорости, топографии, величине и типу кабеля. Далеко не все разновидности нашли коммерческое применение.

Принцип работы протокола Ethernet заключается в следующем: перед отправкой информации в сеть она нарезается на сегменты размером от 72 до 1526 байт. После этого к сегменту добавляется заголовок, содержащий адреса отправителя и получателя информации. Также добавляется «концевик», содержащий контрольную сумму, необходимую для контроля возникновения ошибок. До того как отправить получившийся пакет в сеть передатчик проверяет: не занята ли в данный момент общая среда. Если источник информации обнаружит, что среда занята, то он отложит передачу на некоторое (обычно случайное) время, после чего повторит попытку. Интервал времени, через который будет осуществляться повторный контроль среды передачи, увеличивается от попытки к попытке. Как только передатчик обнаружит, что среда свободна пакет будет передан в сеть. Все устройства, включенные в сеть, непрерывно анализируют заголовки пакетов передаваемых по сети. Если одно из устройств обнаружит, что адрес получателя соответствует его адресу, то он принимает этот пакет, все остальные устройства будут его игнорировать.^{[Источник 4]}

Пропускная способность сети Ethernet

Пропускная способность оценивается через количество кадров либо количество байт данных, передаваемых по сети за единицу времени. Если в сети не происходят коллизии, максимальная скорость передачи кадров минимального размера(64 байта) составляет 14881 кадров в секунду. При этом полезная пропускная способность для кадров Ethernet II – 5.48 Мбит/с.

Максимальная скорость передачи кадров максимального размера (1500 байт) составляет 813 кадров в секунду. Полезная пропускная способность при этом составит 9.76 Мбит/с.

Стандарты

Первый вариант – экспериментальная реализация в Xerox. Xerox Ethernet – технология, основанная на коаксиальном кабеле с максимальной скоростью 3 мегабита в секунду. Модификация StarLan, в которой впервые была применена витая пара. Скорость такого соединения невелика – всего 1 мегабит в секунду.

Ethernet II (Ethernet DIX) – фирменный стандарт Ethernet компани Xerox, Intel, DEC. Все компьютеры сети подключались к общему коаксиальному кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial, от co — совместно и axis — ось, то есть «соосный») – это кабель из пары проводников – центрального провода и окружающего его металлического цилиндра – экрана. Промежуток между проводом и экраном заполнен изоляцией, снаружи кабель так же покрыт изолирующей оболочкой. Такой кабель используется, например, в телевизионных антеннах.^{[Источник 5]}

IEEE 802.3 – юридический стандарт Ethernet

Ethernet II и IEEE 802.3 незначительно отличаются. Первый из них исторически раньше появился и при появлении второго много оборудования было на Ethernet II. Сейчас поддерживаются оба. Различие в том, что в Ethernet II передавался тип протокола, а по IEEE 802.3 вместо него передавалась длина поля данных.

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных:

• 10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма (1дм=2,54см), называемый «толстым» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• 10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• 10Base-T — кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP), категории 3,4,5.
• 10Base-F — волоконно-оптический кабель.

Число 10 обозначает номинальную битовую скорость передачи данных стандарта, то есть 10Мбит/с а слово «Base» — метод передачи на одной базовой частоте. Последний символ обозначает тип кабеля.

Рисунок 2 — l0Base-5

10Base-5 Кабель [рис.2] используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 500м. Станция подключаться к кабелю через приемопередатчик — трансивер. Трансивер соединяется с сетевым адаптером разъема DB-15 интерфейсным кабелем AUI. Требуется наличие терминаторов на каждом конце, для поглощения распространяющихся по кабелю сигналов.

Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей:

Стандарт сетей на коаксиальном кабеле разрешает использование в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети в 500*5=2500 м. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты.

Рисунок 3 — l0Base-2

10Base-2 Кабель [рис.3] используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 185 м. Для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Также используется правило 5-4-3.

10Base-T кабель [рис.4] бразует звездообразную топологию на основе концентратора, концентратор осуществляет функцию повторителя и образует единый моноканал, максимальная длина сегмента 100м. Конечные узлы соединяются с помощью двух витых пар. Одна пара для передачи данных от узла к концентратору — Tx, а другая для передачи данных от концентратора к узлу – Rx.

Рисунок 4 — l0Base-T

Правила «4-х хабов» для сетей на основе витой пары: В стандарте сетей на витой паре определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов». Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети на основе витой пары составляет 5*100 = 500 м (максимальная длина сегмента 100м).

В модификации 100BASE-T на базе витой пары скорость увеличилась до ста мегабит/секунду. Этот тип получил дальнейшее развитие. 100BASE-FX передает данные по оптоволоконному кабелю на расстояние 10 километров со скоростью сто мегабит/секунду. В 1000BASE-T используются четыре вытые пары, а расстояние равняется ста метрам. В модификации 1000BASE-LH расстояние увеличилась до 100 километров. Скорость два последних вида имеют самую высокую, она достигает 1000 мегабит в секунду.

l0Base-F Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T. Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Мах длина сегмента 1000м, мах число хабов 4, при общей длине сети не более 2500 м.^{[Источник 6]}

Стандарт 10Base-FL незначительное улучшение стандарта FOIRL. Мах длина сегмента 2000 м. Максимальное число хабов 4,а максимальная длина сети — 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Мах число хабов 5, мах длина одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Рисунок 5 — Место Ethernet в модели OSI

Типы Ethernet

Название	Скорость	Кабель	Стандарт
Ethernet	10Mb/s	Толстый, тонкий коаксиал, Витая пара, оптика	802.3
Fast Ethernet	100Mb/s	Витая пара, оптика	802.3u
Gigabit Ethernet	1Gb/s	Витая пара, оптика	802.3z, 802.3ab
10G Ethernet	10Gb/s	Витая пара, оптика	802.3ae, 802.3an

Есть 2 технологии Ethernet:

1. Классический Ethernet

• Разделяемая среда
• Ethernet — Gigabit Ethernet

2. Коммутируемый Ethernet

• Точка-точка
• Появился в Fast Ethernet
• Единственный вариант в 10G Ethernet^{[Источник 7]}

Существуют две конкурирующие технологии для передачи данных по сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с — это стандарты 100Base-T и 100VG-AnyLAN. Архитектура Ethernet позволяет производить объединение нескольких кабельных ЛВС в распределенную вычислительную сеть. Версия Ethernet фирмы Apple носит наименование EtherTalk (не путать с AppleTalk).

Пример передачи сообщений в сети Ethernet

Данные в эфир передаются не однородным потоком, а блоками. Блоки эти на канальном уровне принято называть кадрами (frame [рис.6]). Каждый кадр состоит из служебных и полезных данных. Служебные данные – это заголовок, в котором указаны MAC-адрес отправителя, MAC-адрес назначения, тип вышестоящего протокола и тому подобное, а так же контрольная сумма в конце кадра. В середине кадра идут полезные данные – собственно то, что передаётся по Ethernet.

Контрольная сумма позволяет проверить целостность кадра. Сумму считает отправитель и записывает в конец кадра. Получатель вновь считает сумму и сравнивает её с той, что записана в кадре. Если суммы совпали, то, скорее всего, данные в кадре при передаче не повредились. Если же сумма не совпала, то данные точно повредились. Понять по контрольной сумме, какая именно часть кадра повреждена, невозможно. Поэтому в случае несовпадения суммы весь кадр считается ошибочным.

Рисунок 6 — Пример передачи данных

Если кадр пришёл с ошибкой, его необходимо передать заново. Чем больше размер кадра, тем больше данных придётся передавать повторно при каждой ошибке. Плюс, пока интерфейс передаёт один большой кадр, остальные кадры вынуждены ждать в очереди. Поэтому передавать очень большие кадры не выгодно, и длинные потоки данных делятся на части между кадрами. С другой стороны, делать кадры короткими тоже не выгодно. В коротких кадрах почти весь объём будут занимать служебные данные, а полезных данных будет передано мало. Это характерно не только для Ethernet, но для многих других протоколов передачи данных. Поэтому для каждого стандарта существует свой оптимальный размер кадра, зависящий от скорости и надёжности сети. Максимальный размер полезной информации, передаваемой в одном блоке, называется MTU (maximum transmission unit). Для Ethernet он равен 1500 байт. То есть каждый Ethernet-кадр может нести не более 1500 байт полезных данных.

MAC-адреса и кадры позволяют разделить данные в общем Ethernet-эфире. Интерфейс обрабатывает только те кадры, MAC-адрес назначения которых совпадает с его собственным MAC-адресом. Кадры, адресованные другим получателям, интерфейс должен игнорировать. Достоинство такого подхода – простота реализации. Но есть и масса недостатков. Во-первых, проблемы безопасности. Любой может прослушать все данные, транслируемые в общий эфир. Во-вторых, эфир можно заполнить помехами. На практике, одна сбойная сетевая карта, постоянно отсылающая какие-то кадры, может повесить всю сеть предприятия. В-третьих, плохая масштабируемость. Чем больше компьютеров в сети, тем меньший кусочек эфира им достаётся, тем меньше эффективная пропускная способность сети.^{[Источник 8]}

В процессе работы сети Ethernet может возникнуть ситуация, когда сразу несколько передатчиков начнут передавать информацию одновременно. Для предотвращения данной ситуации и применяется метод обнаружения коллизий. Если одна из рабочих станций в процессе передачи обнаружит коллизию, т.е. одновременную передачу пакетов сразу от нескольких источников, то в первую очередь источник информации приостанавливает передачу. Далее он посылает в сеть специальный сигнал – «jam signal», который увеличивает вероятность обнаружения коллизии другими станциями, чтобы они также остановили процесс обмена информацией. Далее передатчик информации выжидает некоторое случайное время, после которого он снова пытается получить доступ в сеть. Если среда передачи будет занята, то интервал ожидания будет увеличен и так далее, до тех пор, пока среда не окажется свободный и информация не будет передана.

Как уже было сказано ранее, существует целое семейство протоколов, объединенных под общим название Ethernet: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet и т.д. Разработкой данного стандарта в настоящее время занимается IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и версии выходят под обозначением «802.3х». Одним из последних стандартов является 100 Gigabit Ethernet, который предусматривает скорость передачи до 100 Гбит/сек по оптическому волокну. В сотовой связи стандарт Ethernet получил достаточно широкое распространение. Уже давно он используется для подключения различных элементов сети, установленных на одной площадке, либо в непосредственной близости друг к другу (до 100 метров), например MSС и HLR, BSC и транскодер.

С распространением оптоволоконных линий связи и появлением систем сотовой связи 3G, в частности UMTS, Ethernet начал применятся практически на всех интерфейсах в стыке с IP-протоколом: NodeB-RNC, RNC-MGW, RNC-SGSN и т.д. Широкое распространение данной технологии обусловлено в первую очередь высокой надежностью, быстротой развертывания и настройки, большого выбора маршрутизаторов и каналообразующего оборудования, а также достаточно высоких возможных скоростей передачи данных. Благодаря появлению стандартов 10G и 100G Ethernet данная технология получает широкие перспективы для применения в системах сотовой связи 4G, таких как LTE.^{[Источник 9]}

Источники

разбираемся в технологиях передачи данных

 

Привет.

Хорошо, что вы зашли. Давайте вместе разберемся, что такое Ethernet. Ведь из всех технологий эта имеет сейчас наибольшее распространение. Возможно, и вы видите мой текст благодаря ей. В данной статье вы найдете основную информацию об Ethernet, включая разбор термина, принцип работы, виды и пр.

 

Знакомство с семейством

Ethernet представляет собой не одну, а целое семейство технологий, предназначенных для пакетной передачи данных по компьютерным сетям.

Суть заложена в названии: если разделить его на две части, получится ether — эфир и network — сеть.

Из-за созвучности наименований многие путают ethernet и internet. Чтобы вы не попали в число таких людей, объясню разницу. Вы уже знаете, что означает первый термин — это одна из многочисленных технологий; второй — вовсе таковой не является — это всемирная система, объединяющая компьютерные сети. Проще говоря, ethernet является одним из способов получения доступа к интернету.

 

В чем суть?

Изначально это было что-то вроде радио: один узел отправляет информацию, а все остальные ее принимают. Но на сегодняшний день используются коммутаторы, поэтому отправка данных осуществляется от одного узла до определенного адресата.

Для тех, кому интересна техническая сторона вопроса: представители данного семейства физически реализуется на канальном уровне модели OSI (базового варианта открытых систем), отвечающей за проводные соединения, формат кадров, электросигналы и протоколы управления доступом к среде. В основном, семейство технологий описано стандартами IEEE группы 802.3., разработанными для небольших вычислительных сетей (LAN) и сетей мегаполисов (MAN).

Впервые технология официально была опубликована в 1980-м году. Представляете, сколько лет она удерживает лидирующие позиции. Даже на начальном этапе она изжила своих влиятельных конкурентов Token ring и ARCNET.

 

Как данные попадают к адресатам?

Чтобы прояснить ситуацию в вашей голове после прочитанного выше, разберем, как на канальном уровне информация распространяется из единого эфира к получателям. Ее обмен выполняется между сетевыми модулями, соединенными с сетью физически.

В современном подключении традиционно одно устройство предполагает один интерфейс. Но бывают случаи, когда у компьютера их несколько, к примеру, если установить в него пару сетевых контроллеров, подключенных к сети.

Каждый модуль в радиусе одной сети обладает уникальным номером — 48-битным MAC-адресом. Его нельзя изменить, так как он устанавливается производителем оборудования при выпуске. Адрес прописывается в 16-ричном виде. Первые 3 байта в нем указывают на изготовителя, а выдает их организация IEEE. Последнюю тройку байтов производитель выдает сам. Именно благодаря этому уникальному номеру пакеты данных узнают своего адресата.

Кстати, передаются они не сплошным потоком, а в неких блоках — кадрах. Их формат зависит от надежности и скорости сети. На то, сколько по максимуму информации поместится в один блок, указывает параметр MTU (maximum transmission unit). Наибольшим числом для стандартов Ethernet является 1500 байт. Из существующих форматов самым популярным сейчас является Version 2.

 

Способ подключения

Подключение интернета по ethernet осуществляется так: от станции провайдера к вашему ПК, роутеру или модему подводится кабель, вставляется в специально отведенный для него разъем, и выполняется определенная настройка сетевой карты компа.

 

Что было изначально?

Раньше для этих целей использовался коаксиальный кабель, который определил принцип работы данной технологии. Он является разделяемой средой передачи, то есть одновременно может использоваться несколькими интерфейсами. При помощи одного лишь этого провода можно соединять 2 и более компьютеров. Но в тот или иной момент передачу данных способен осуществлять только один из них, иначе сигналы будут накладываться друг на друга.

 

Что стало теперь?

Сейчас для подключения используется витая пара, которая способна соединять только 2 узла и применяет разделенные среды для передачи данных в разных направлениях. Можно подключить и больше, если использовать дополнительное оборудование. Раньше в этих целях применялись концентраторы, предполагающие несколько портов. Но сейчас данные аппараты вытеснены коммутаторами, которые работают быстрее и надежнее.

 

Чем витая пара лучше своего предшественника?

• Демократичной ценой;
• Доступностью дуплексного режима, то есть узел может одновременно принимать и передавать данные;
• Более высокой надежностью: сеть организована по топологии «звезда», поэтому обрыв провода ведет лишь к сбою соединения между двумя узлами, а в ситуации с устаревшим вариантом — к повреждению сегментов сети из-за того, что она выстроена на топологии «общая шина» и нуждается в терминальных резисторах на концах кабеля;
• Тем, что дифференциальный сигнал обеспечивает устойчивость к помехам связи;
• Применением гальванической развязки трансформаторного вида устранило проблему частых поломок сетевых модулей по причине электрических пробоев при подключении через коаксиальный кабель.

Также сейчас применяется оптический кабель, который способен с высокой скоростью передавать информацию на большие расстояния без использования повторителей.

 

Виды Ethernet

Разновидностей технологии довольно много. Не вижу смысла перечислять каждую, потому что они мало чем отличаются с точки зрения обывателя. Выведу лишь основные группы:

• Первые поколения имели скорость 1-3 Мбит/с.
• Пропускная способность выросла до 10 Мбит/с. Группа насчитывает 9 видов технологий, которые можно различить преимущественно по используемому кабелю и типу подключения в целом.
• Категория «Быстрый Ethernet» получила такое название благодаря 10-кратному увеличению скорости. Включает в себя 7 видов, разница между которыми состоит в тех же критериях, что и в предыдущем варианте.
• Наименование группы «Гигабитный Ethernet» говорит само за себя. Тоже содержит 7 видов физической среды.
• Стандарты на 2,5 и 5 Гбит/с. Придуманы в 2014 году по той причине, что стали широко популярны Wi-Fi-роутеры, способные работать на скорости больше 1 гигабита, но длинные кабели 5-й и 6-й категории не позволяли использовать технологию на 10 Гбит.
• Сейчас категория 10-гигабитного Ethernet встречается часто. Она насчитывает 7 подвидов.
• 40- , 100-гигабитные и терабитные технологии пока не получили большого распространения.

Понимаю, что читать вам пришлось немало, причем технической информации. Но вы потратили время не зря, узнав много нового ;). Еще больше полезной информации вы найдете, если пройдетесь по страницам этого блога.

Желаю удачи!

 

 

Что Это? Описание Классического Ethernet

Ethernet — это самая популярная технология для создания проводных компьютерных сетей на настоящее время.

Совместно с технологией Wi-Fi Ethernet используется для создания современных компьютерных сетей. В модели взаимодействия открытых систем OSI Ethernet находится на физическом и канальном уровне. Причём на канальном уровне используются оба подуровня LLC и МАС. 

История Технологии Ethernet

Технологию Ethernet в 1973 году придумал Роберт Метклаф, тогда он работал в компании Xerox. В качестве основы своей идеи он использовал сеть Aloha Гавайского университета в которую данные передавались в беспроводной среде через радиоэфир. Свою сеть Робер назвал Ethernet сокращение от The Ether Network (Эфирная сеть). Только в качестве эфира использовался не радиоэфир, как в сети Aloha, а провода. Роберт назвал это A Cable-Three Ether (кабельный эфир). 

Технология оказалась работоспособной и 3 компании Xerox, Dec и Intel решают использовать сеть Ethernet в качестве стандартного сетевого решения, для всего оборудования этих компаний. Ранее каждая компания производила свое оборудование которое было несовместимо друг с другом. Ethernet стал индустриальным стандартом, который стали использовать все три крупные компании. 

В 1932 году создали проект IEEE 802.3 для того чтобы принять уже не индустриальный, а юридический стандарт для технологии Ethernet и в конце 90 годов Ethernet стал самой популярной технологией для создания локальных сетей и вытеснил все остальные существующие до того времени технологии. 

Виды Ethernet

Есть большое количество вариантов технологий Ethernet, самый первый Ethernet имел скорость 10 Мбит/с данные можно было передавать по кабелям 3-х типов коаксиальный кабель, витая пара и по оптическому кабелю. Стандарт, который описывал этот вариант технологий Ethernet назывался IEEE 802.3. 

Второй вариант Ethernet называется Быстрый Ethernet, здесь скорость увеличена в 10 раз. Для передачи данных можно использовать два вида кабелей медный кабель витая пара и оптику. В следующих вариантах скорость увеличивается всё больше, смотри в таблице. Варианты технологий 10 и 100 Гб/с подходят для серверов, а 2.5 и 5 Гб/с для создания локальных сетей, где 10 и 100 Гб/с это излишняя скорость, а оборудование работающее на такой скорости слишком дорогое. 

Под названием Ethernet скрываются две совершенно разные технологии:

• Классический Ethernet

Использует разделяемую среду для передачи данных, данные которые передаются по этой технологии доступны всем компьютерам, которые подключены в сети. Этот вариант технологий использовался с первого варианта Ethernet  и до Гигабит Ethernet. 

• Коммутируемый Ethernet

Использует соединение “Точка-Точка”. Коммутируемый Ethernet появился во втором варианте Fast Ethernet и начиная с технологий 10G и выше, это единственный и доступный вариант технологий. 

Классический Ethernet

Исторически появился самым первым, в первом варианте Ethernet использовалась топология “общая шина”.

Вдоль всех компьютеров шел коаксиальный кабель, который соединял все компьютеры между собой. Компьютеры подключались к этому коаксиальному кабелю с помощью Т-коннекторов, к которым с двух сторон подключались разные участки коаксиального кабеля соединяющего компьютер с двумя соседними. Такие сети не были удобны в эксплуатации, если где-то происходил разрыв кабеля или повреждение адаптера, то сразу переставала работать вся сеть. И найти место, где конкретно произошла проблема было очень сложно, поэтому со временем появился второй вариант технологии Ethernet на основе устройств — концентратор (hud). 

Концентратор (HUB)

Физическая топология в такой сети звезда, все компьютеры подключаются к одному концентратору, но логическая топология общая шина. Так как сигнал который поступает на один порт концентратора передается на все остальные порты. Преимущество концентратора в том, что если выйдет из строя кабель или сетевой адаптер, то перестает работать сеть всего лишь на одном компьютере. 

Найти неисправность неисправность легко, на основе цветовой индикации, на портах концентратора. 

Физический и канальный уровни

Технология Ethernet включает физический и канальный уровни модели взаимодействия открытых систем OSI. На физическом уровне технология Ethernet содержит описание передачи сигналов по трём типам кабелей коаксиал, медный кабель и оптоволокно. 

На канальном уровне содержится методы доступа и протоколы, эти методы и доступы работают одинаково независимо от того какой кабель используется для передачи данных, медный или оптический. 

На канальном уровне для передачи данных используются кадры. В Ethernet есть три формата кадров: 

• Первый вариант — экспериментальная реализация Ethernet в Хerox, сейчас он почти не используется 
• Ethernet 2 — это индустриальный стандарт трех компаний Хerox, DEC и Intel. 
• Юридический стандарт IEEE 802.3, принимался долго и к тому времени когда его приняли применялось много оборудования, которые используют формат кадра Ethernet 2, поэтому Ethernet 2 популярнее. 

Формат кадра Ethernet

Состоит из трех частей, заголовок, данные и концевик. Заголовок содержит адрес компьютера получателя и адрес компьютера отправителя. В поле тип содержится код протокола от которого получены данные. Например, 0800 данные получены от протокола Ip версия 4; 0806 данные получены от протокола ARP; 86DD данные получены от протокола Ip версия 6. С помощью этого поля получатель сможет понять, что делать с данными, которые находятся внутри кадра Ethernet. К какому протоколу следующего уровня передавать эти данные для обработки. 

Поле концевик используется для проверки корректности доставки данных. В Ethernet используется просто контрольная сумма, при получении кадра получатель рассчитывает контрольную сумму и проверяет, совпадает она с той которая находится в концевике или не совпадает. Если совпадает, то кадр обрабатывается, если нет то кадр отбрасывается. При этом получатель никак не уведомляет отправителя, что он отбросил кадр. Считается, что в проводной среде ошибки происходят редко и если они произойдут, то могут быть обработаны протоколами вышестоящих уровней OSI. 

Поле данные кадра Ethernet содержит данные которые получены от протокола вышестоящего уровня. У этого поля есть два ограничения по длине, сверху и снизу. Максимальная длина может быть 1500 байт, это произвольное ограничение которые выбрали разработчики Ethernet. Это мало, но есть дополнительные стандарты которые позволяют отправлять кадры большего размера, которые называются JumboFrame и размер их до 9000 байт. Другое ограничение — минимальная длина должна быть 46 байт. Это ограничение вызвано технологиями Ethernet обнаружением коллизий. 

Заключение

Сейчас Ethernet самая популярная технология для создания проводных компьютерных сетей. Технология развивалась быстро и благодаря этому ей удалось вытеснить все остальные. 

Компьютерные сети от А до Я: технология Ethernet и коммутаторы

Расскажем, что такое технология Ethernet, затронем ее типы, виды, коммутаторы и особенности их работы в коммутируемом типе Ethernet.

Предыдущая статья

Ethernet – технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.

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»).

 

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).

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, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами 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:

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:

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

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:

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и 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.

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.

Шпаргалка по типам и стандартам Ethernet 802.3 / Habr

Когда я изучал CCNA больше всего меня напрягали стандарты IEEE из-за своего количества, типов и названий. И приходилось каждый раз искать и смотреть какому стандарту соответствует такой-то тип интерфейса. После многих часов работы я смог слепить до кучи таблицы по каждому типу Ethernet интерфейсов, которая включает год выпуска стандарта, тип интерфейса, скорость передачи данных соответствующего типа интерфейса, максимальную длину сегмента и тип используемого кабеля. Рад поделиться с читателями.

Первые версии Ethernet

10 Мбит/с Ethernet (Thick ethernet)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Мbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3	1983	10Base5	10	500 м	коаксиальный
	IEEE 802.3а	1985	10Base2	10	185 м
	IEEE 802.3b	1985	10Broad36	10	3600 м
	IEEE 802.3e	1987	1Base5	1	250 м	UTP
	IEEE 802.3e	1987	StarLan 10	10	250 м	UTP
	IEEE 802.3d	1987	FOIRL	10	1000	оптоволоконный
	IEEE 802.3i	1990	10Base-Т	10	100 м	UTP cat 3,5
	IEEE 802.3j	1993	10Base-F	10	2км	оптоволоконный

Fast Ethernet — общее название для набора стандартов передачи данных в компьютерных сетях по технологии Ethernet со скоростью до 100 Мбит/с, в отличие от исходных 10 Мбит/с.

100 Мбит/с Ethernet (Fast Ethernet)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Мbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3u	1995	100Base-FX	100	Одномод — 2 км Многомод — 400 м	оптоволоконный
			100Base-Т	100	100 м	UTP/STP cat 5
			100Base-Т4	100	100 м	UTP/STP cat >= 3
			100Base-ТХ	100	100 м	UTP/STP cat 5
	IEEE 802.12	1995	100Base‑VG	100	100 м	UTP cat 3,5
	IEEE 802.3y	1998	100Base-Т2	100	100 м	UTP cat 3,5
	TIA/EIA-785	2001	100Base-SX	100	300 м	оптоволоконный
	IEEE 802.3ah	2004	100Base-LX10	100	10 км
	IEEE 802.3ah	2004	100Base-BX10	100	10 км

Gigabit Ethernet (GbE) — термин, описывающий набор технологий для передачи пакетов Ethernet со скоростью 1 Гбит / с. Он определен в документе IEEE 802.3-2005.

1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Мbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3z	1998	1000Base-CX	1000	25 м	UTP/STP cat 5,5e,6
			1000Base-LX	1000	Одномод — 5 км Многомод — 550 м	оптоволоконный
			1000Base-SX	1000	550 м
	IEEE 802.3ab	1999	1000Base-T	1000	100 м	UTP/STP cat 5,5е,6,7
	TIA 854	2001	1000BASE‑TX	1000	100 м	UTP/STP cat 6,7
	IEEE 802.3ah	2004	1000BASE‑LX10	1000	10 км	оптоволоконный
	IEEE 802.3ah	2004	1000BASE‑BX10	1000	10 км
	IEEE 802.3ap	2007	1000BASE‑KX	1000	1 м	для объединительной платы
	non-standard	?	1000BASE‑EX	1000	40 км	оптоволоконный
	non-standard	?	1000BASE‑ZX	1000	70 км

10 Gigabit Ethernet или 10GbE являлся новейшим (на 2006 год) и самым быстрым из существующих стандартов Ethernet. Он определяет версию Ethernet с номинальной скоростью передачи данных 10 Гбит/с, что в 10 раз быстрее Gigabit Ethernet. Стандарт для оптоволокна специфицирован в IEEE 802.3-2005, а для витой пары в IEEE 802.3an-2006.

10 Гбит/с Ethernet (10 GbE)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Gbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3ае	2003	10GBASE-SR	10	26-300 м	оптоволоконный
		2003	10GBASE-LX4	10	Одномод — 10 км Многомод — 300 м
		2003	10GBASE-LR	10	10 км
		2003	10GBASE-ER	10	40 км
		2003	10GBASE-SW	10	26 м — 40 км
		2003	10GBASE-LW	10
		2003	10GBASE-EW	10
	IEEE 802.3аk	2004	10GBASE-CX4	10	15м	медный кабель СХ4
	IEEE 802.3an	2006	10GBASE-T	10	100 м	UTP/STP cat 6,6a,7
	IEEE 802.3aq	2006	10GBASE-LRM	10	220 м	оптоволоконный
	IEEE 802.3ap	2007	10GBASE-KX4	10	1 м	для объединительной платы
	IEEE 802.3ap	2007	10GBASE-KR	10	1 м
	IEEE 802.3av	2009	10GBASE-PR	10	20 км	оптоволоконный

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE) — стандарты Ethernet, разработанные группой IEEE P802.3ba Ethernet Task Force в период с 2007 по 2011 год. Эти стандарты являются следующим этапом развития группы стандартов Ethernet, имевших до 2010 года наибольшую скорость в 10 гигабит/с. В новых стандартах обеспечивается скорость передачи данных в 40 и 100 гигабит в секунду.

40 и 100 Гбит/с Ethernet (40GbE или 100GbE)	Стандарт	Год выхода стандарта	Тип	Скорость передачи (Gbps)	Максимальная длина сегмента в метрах	Тип кабеля
	IEEE 802.3ba	2010	40GBase-KR4 100GBase-KP4	40 100	1 м	для объединительной платы
			100GBase-KR4	100	1 м	для улучшенной объединительной платы
			40GBase-CR4 100GBase-CR10	40 100	7 м	медный биаксиальный кабель
			40GBase-T	40	30 м	UTP cat 8
			40GBase-SR4 100GBase-SR10	40 100	100 м 125 м	оптоволоконный
			40GBase-LR4 100GBase-LR4	40 100	10 км
			100GBase-ER4	100	40 км
	IEEE 802.3bg	2011	40GBase-FR	40	2 км

Кто заметит ошибки — пишите, исправлюсь. Спасибо.