Технология Ethernet
История и развитие
По воле обстоятельств или из-за технических преимуществ, но на сегодня технология Ethernet не имеет конкурентов в области локальных сетей, занимая более 95% рынка. Кроме того, настоящее время наблюдается тенденция использования в крупных территориальных сетях протоколов, созданных в свое время для локальных сетей. Так, например, технологии на основе Ethernet используются для организации городских сетей (MAN). Принципы построения такой сети внешне просты и доступны пользователю, дешевле в реализации, а высокотехнологичную аппаратную часть и кабельную систему, за счет которых достигается высокая скорость передачи, пользователь просто не видит.
Днем рождения технологии Ethernet считается 22 мая 1973 г. Именно тогда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) опубликовали описание экспериментальной сети, построенной ими в Исследовательском центре Xerox. Сеть базировалась на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с. Технология получила имя Ethernet (эфирная сеть), в честь радиосети Гавайского университета ALOHA, в которой был использован схожий механизм разделения среды передачи (радиоэфира).
С 1980 г. стандартизацией в этой области занимается IEEE, а именно, отдельное подразделение IEEE (комитет Computer Society’s Project 802) Комитет 802 по стандартизации локальных сетей. Примеры стандартов, выпущенных этим комитетом:
стандарт 802.3 описывает сеть с топологией «шина» и множественным доступом с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier sense multiple access with collision detection - CSMA/CD), или сеть Ethernet;
группа стандартов 802.3х описывает спецификации Ethernet для передачи данных по различным средам передачи – витая пара, оптоволокно, со скоростями 100Мбит/с и выше.
стандарт 802.5 описывает сеть с логической топологией «кольцо» и метод доступа к кольцу с передачей маркера (Token ring network), сеть Token Ring.
стандарт 802.16 (январь 2003) уровня МАС предназначен для реализации широкополосных беспроводных каналов последней мили в городских сетях (MAN); обеспечивает соединение стационарных объектов.
Для каждого из этих стандартов определена среда передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоволны в гигагерцовом диапазоне), параметры среды, а также методы кодирования информации для передачи по данной среде.
Ethernet использует недетерминированный (случайный) метод получения доступа к среде передачи данных - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD), который был рассмотрен ранее. При этом алгоритм может приводить к длительным задержкам доступа, особенно в условиях перегрузки. В экстремальных случаях скорость передачи может упасть до нуля.
Схема "классического Ethernet"
За прошедшие годы (почти 30 лет) Ethernet претерпел большие изменения. В то же время, после введения спецификации 10 Base-T в 1990 году сохраняется совместимость как на уровне взаимодействия устройств, так и на уровне кабельной инфраструктуры (!).
Этапы пути:
Март 1981 - фирмой 3com представлен Ethernet-трансивер (приемопередатчик).
Сентябрь 1982 - первый сетевой адаптер для персонального компьютера.
1983 - появление стандарта IEEE 802.3; определена шинная топология сети, скорость передачи 10 Мбит/сек, манчестерское кодирование. Определены две спецификации: 10Base5 (толстый Ethernet, среда передачи толстый коаксиальный кабель диаметром около 1см, длина шины одного сегмента сети до 500м, допускается соединение не более 5 сегментов через повторители (хабы), таким образом, предельное расстояние между узлами сети - 2,5 км) и 10Base2 (тонкий Ethernet, среда передачи тонкий коаксиальный кабель). Термин Base – означает передачу сигнала в исходной полосе частот, без переноса спектра сигнала по оси частот.
1985 - выпущена вторая версия спецификации IEEE 802.3 (Ethernet II), в которой были внесены небольшие изменения в структуру заголовка пакета. Сформирована жесткая идентификация Ethernet устройств (МАС - адреса). Был создан список адресов, в котором любой производитель может зарегистрировать уникальный диапазон (сейчас это стоит всего около $1000).
Сентябрь 1990 - IEEE утверждает технологию 10Base T (витая пара 3 категории, 8-контактные разъемы RJ-45) с физической топологией пассивная звезда и концентраторами (hub). Логическая топология «шина» и метод доступа CSMA/CD не изменились. Скорость передачи 10Мбит/с, манчестерское кодирование. В основу стандарта легли разработки SynOptics Communications под общим названием LattisNet.
1990 - фирма "Kalpana" (впоследствии быстро купленная вместе с разработанным коммутатором CPW16 начинающим гигантом "Cisco") предлагает технологию коммутации, основанную на отказе от использования разделяемых линий связи между всеми узлами сегмента.
1992 - начало применения коммутаторов (swich). Используя адресную информацию, содержащуюся в пакете (МАС адрес), коммутатор организует независимые виртуальные каналы между парами узлов. Коммутация фактически незаметно для пользователя преобразует недетерминированную модель Ethernet (с конкурентной борьбой за полосу пропускания), в систему с адресной передачей данных.
1993 - появляется полный дуплекс и контроль соединения для 10 Base-Т, спецификация IEEE 802.1p добавляет групповую адресацию и 8-ми уровневую систему приоритетов.
В июне 1995 введен стандарт IEEE 802.3u (100BaseT) - Fast Ethernet, 100-мегабитный Ethernet. Спецификации 100BaseT4, 100BaseTX, 100BaseFX. На базе 100Base-Ethernet были реализованы современные коммутируемые сети и развиты протоколы управления третьего (сетевого) уровня 802.1d, 802.1q, 802.1p.
В 1998 году был опубликован стандарт для работы со скоростью 1000Мбит/с (1000Base Ethernet или Gigabit Ethernet): 802.3z для оптоволокна и 802.3ab для витой пары.
В 2002 опубликован стандарт 802.3ае 10-гигабитного Ethernet (10GbE) для передачи по оптоволокну. Стандарт разрабатывался с целью сделать 10GbE протоколом для метросетей (MAN, городских сетей) и глобальных сетей (WAN).
В 2006 году IEEE утвердил стандарт 802.3an (10GBASE-T) для витой пары. Предполагается, что должна использоваться неэкранированная витая пара UTP Сat 6a (дополненная категория 6, 4 пары, диапазон частот 500-550 MГц, разделитель для фиксации позиции пары в кабеле, увеличенный диаметр 0,55 мм).
На этом историю можно закончить - Ethernet принял вполне современные очертания, но развитие технологии на этом не остановилось.
Канальный уровень модели ЭМВОС (OSI). IEEE 802.2 LLC