Етернет

Стандартен Ethernet кабел

Ethernet (/ˈiːθərnɛt/, чете се прибл. итърнет) в компютърните мрежи е технология за свързване и мрежов протокол за LAN и MAN, създадена през 1980 г. и превърнала се в стандарта IEEE 802.3 през 1983 г. Оттогава насам е усъвършенствана на няколко пъти с цел поддръжка на по-високи скорости (bit rate) и по-дълги разстояния. С времето Ethernet постепенно измества конкурентните жични технологии за LAN като token ring, token bus, FDDI и ARCNET. При съвременните LAN основната алтернатива вече не е жичен, а безжичен стандарт IEEE 802.11, известен също като Wi-Fi.

История

Създаването на Ethernet се дължи на желанието да се избегне кълбото от кабели, свързващи различните компютри и принтери в лабораторията на PARC (Palo Alto Research Center), научното поделение на Xerox Corporation^[1]. Разработката датира от 1973 г. и по нея работят Робърт Меткалф, Дейвид Богс и др. Меткалф заимства идеята си за принципа на работа при предаването на пакети информация от AlohaNet, пионерска еднопосочна радиомрежа за предаване на данни към централен компютър, разработена в Хавайския университет. Името Ethernet („етерна мрежа“) се дължи на аналогията с отхвърленото понятие етер от физиката като „вездесъща, напълно инертна среда за разпространение на електромагнитни вълни“.^[1]

Разработката не получава развитие в Xerox. През 1979 г. Меткалф напуска и става един от основателите на компания 3Com. Компанията започва производството на Ethernet адаптерни карти за ранните компютърни системи от 1980-те като LSI-11, IBM PC и VAX-11. В средата на 80-те 3Com брандират технологията си като EtherSeries и въвеждат редица софтуерни продукти, които позволяват споделяне на услуги в локална мрежа.

Стандартизация

Стандартизацията на Ethernet е постигната със съвместните усилия на Digital Equipment Corporation (DEC), Intel и Xerox. Първоначално стандартът се нарича „DIX“, от „Digital/Intel/Xerox“ и спецификацията му е 10 Mbit/s Ethernet, с 48-битови адреси на изпращача и получателя и глобално 16-битово поле на фрейма. Публикуван е на 30 септември 1980 като „The Ethernet, A Local Area Network. Data Link Layer and Physical Layer Specifications“.^[2] Версия 2 е публикувана през 1982^[3] и става известна като Ethernet II. Официалната стандартизация става факт с публикуването на IEEE 802.3 на 23 юни 1983.^[4]

Еволюция

Съществуват три основни типа канали за пренос на данни:

• 10 Mbps – 10Base-T Ethernet
• 100 Mbps – Бърз Ethernet
• 1000 Mbps – Гигабит Ethernet; това е разширение на IEEE 802.3 и се бележи с IEEE 802.3ae – появява се някъде между 2001 и 2002 година.

Измежду много други типове протоколи и технологии тази система е оцеляла и до днес, така че около 85% от съвременните технологии в LAN зоната използват този протокол. Това се дължи на следните причини:

• лесно е да бъде разбран, употребен, контролиран и поддържан,
• има ниска цена,
• предлага много голяма гъвкавост,
• предлага много добро съчетание на различен набор от приложения и апаратури.

Типове свръзки между елементите на една Ethernet връзка

 Основна статия: Мрежови топологии

• От точка към точка;
• Шинна връзка;
• Звездовидна.

Съставни слоеве на IEEE – слой за данни

Основните слоеве в системата стандарти IEEE са слоят за данни и физическият слой. Слоят за данни се дели на два подслоя – MAC client и Media Access (MAC). МАС клиентският слой отговаря за връзката на Media Access с по-горните слоеве от йерархията. Media Access (MAC) слоят от своя страна се отнася до онази част от слоя за данни, която има общо с пренасянето на сигналите, кодирането на сигнала и връзката между две точки, а именно за протокол дефиниращ типа на подготвяне на информацията в зависимост от типа на връзката между комуникиращите системи.

Единицата за информация в Ethernet се нарича фрейм. Всеки фрейм е съставен от следните блокове.

• Встъпление (Преамбюл) – Тази част има 7 байта, като заедно с началния ограничител има за цел да синхронизира и идентифицира началото на фрейма. Служи и за синхронизация по време между изпращач и получател.
• Start-on-Frame Delimiter (SFD) – Начален ограничител с размер 1 байт.
• Адрес на насочване – тук имаме 6 байта, в които се запаметява информация за посоката на движение на фрейма. Най-левият бит тук е 0 ако линията на препращане е точка и съответно е 1 ако линията на изпращане и движение е поредица от адреси.
• Адрес на източника – състои се от 6 байта. В началото се съдържа информация за адреса на изпращащия, а останалите са нули.
• Дължина/Тип — Съдържа два байта, в които се запаметява броя на байтовете съдържащи се в изпращаните данни и техния тип.
• Данни – Съдържа n байта. Ако n<46, то броя им се запълва с нули до 46.
• Проверка за коректност — Съдържа 4 байта. Съдържа информация за състоянието при изпращането на MAC фрейма, информация която се преизчислява при получаване и се прави сравнение между двете. CRC код.

Пренос на данни

При цифровото предаване на данни се различават четири етапа.

1. Данните се кодират в двоичен код от страната на изпращача
2. Носещият сигнал се модулира според двоичното представяне на данните
3. От страната на получателя пристигащият сигнал се демодулира и се превръща в двоични числа
4. Извършва се декодиране^[5]

Режими

Режимите за пренос на данни от точка в точка или по поточна линия може да са три:

• Полудуплексно пренасяне – Този тип пренос на данни се основава на идеята получаваните и изпращаните данни да се предават по една и съща поточна линия. Например обект 1 изпраща данни до 2, като в този период на пренос обекти 2, 3 и 4 изчакват и не вършат нищо. Ако се случи два обекта да пратят данни по едно и също време данните могат да интерферират. Във всеки мрежов обект има устройства, които са способни да детектират интерферентни сигнали. Подобен резултат е сигурен белег за преплитане и съставяне на извода, че имаме преплитане. Всеки един от обектите изчаква произволно генерирано от него време, след което преустановява излъчването.
• Пълен дуплекс – Тук имаме двупоточна линия, в която изпращането и получаването се осъществяват индивидуално. Между всеки два изпратени фрейма имаме задължително интервали на изчакване, като последното се прави поради предпазване от застъпване, интерференция и по-прецизна работа.
• Симплекс – само в едната посока

Типове физични слоеве

В зависимост от режима на работа на физическия слой, тоест какви параметри задава на системата могат да се различат няколко основни типа типове физически среди:

• 10Base-T = скорост 10Mbps, две оплетки

Бил е създаден, за да се реализира на платформата на телефоните линии. В този тип системи комуникацията между две точки се поддържа благодарение на така наречените NIP заявки. Това са повиквания от точка в точка, на които всяко включено устройство трябва да отговори, за да извести заявителя, че съществува. Само при това условие има пренос на фреймове. Периодът между две заявки е около 16 ms.

• 100Base-T2 = скорост 100Mbps, две оплетки
• 100Base-T4 = скорост 100Mbps, четири оплетки

Не поддържа пълна дуплексна система.

• 1000Base-LX = скорост 1000Mbps, оптични кабели

Типове кодиране

Кодирането е метод за представяне на информацията, наложен от нуждата да имаме трудно подслушваем канал, канал трудно податлив на шумове, изкривявания и т.н. Типове шумове са онзи тип, който се получават вследствие на разпространението на сигнала по канала и повишаване или понижаване на ниво на амплитудата на кой да е импулс. Друг тип шум е провлачването на думи в поточната линия, така че сравнението на идващите данни „като по часовник“ е невъзможно. За да бъдат избегнати тези и други смущения и лоши ефекти се ползват преамблюли във фреймовете, кодиране на Манчестър и други.

Структура на физическия слой

Физическият слой се състои от две главни части: зависима от интерфейса на системата и независима. Независимата част е съставена от MII (Medium-independet interface) и Reconcilement (помирявам). Служат за връзка между слоя за данни и зависимата от интерфейса част – MDI. Зависимата от интерфейса част се състои от PCS (Physical coding sublayer), PMA (Pysical medium attachment), MDI (Medium-dependet interface) и Medium (средата). По отделно функциите им са:

• PCS – Отговаря за синхронизацията, кодирането и мултиплексирането на изходните данни и респективно за декодирането и демултиплексирането на входните данни.
• PMA – Съдържа излъчвател и приемник плюс часовник за синхронизация.
• MDI – Отговаря за физическата връзка между две точки.

Източници

1. The history of Ethernet, интервю с Робърт Меткалф // youtube.com. Посетен на 10 юни 2015. (на английски)
2. Digital Equipment Corporation, Intel Corporation and Xerox Corporation. The Ethernet, A Local Area Network. Data Link Layer and Physical Layer Specifications, Version 1.0. Xerox Corporation, 30 септември 1980. Посетен на 10 декември 2011.
3. Digital Equipment Corporation, Intel Corporation and Xerox Corporation. The Ethernet, A Local Area Network. Data Link Layer and Physical Layer Specifications, Version 2.0. Xerox Corporation, November 1982. Посетен на 10 декември 2011.
4. IEEE 802.3 'Standard for Ethernet' Marks 30 Years of Innovation and Global Market Growth // IEEE, 24 юни 2013. Посетен на 11 януари 2014.
5. Agrawal, Manish. Business Data Communications. John Wiley & Sons, Inc., 2010. ISBN 0470483369. с. 54.

Външни препратки

Общомедия

Общомедия разполага с мултимедийно съдържание за

Етернет.

• IEEE 802.3 на сайта на IEEE
• IEEE 802.3
• Метод на достъп до съобщителната среда в ETHERNET, от Лекциите на ФМИ // Посетен на 10 юни 2015.