Что такое ethernet: полное руководство для начинающих
Ethernet - это популярный и распространенный протокол для построения локальных сетей. В этой статье мы разберем, что такое Ethernet, из чего состоит эта технология, какие преимущества она дает и почему является столь востребованной.
История создания Ethernet
Идея технологии Ethernet зародилась в начале 1970-х годов в исследовательском центре Xerox PARC. Один из инженеров Хал Абельсон предложил создать технологию, которая позволит компьютерам и принтерам компании обмениваться данными между собой по коаксиальному кабелю.
22 мая 1973 года другой сотрудник Хероха Роберт Меткалф написал записку руководству компании, в которой изложил идею технологии, названной им "эфирной сетью" или Ethernet. В записке он подробно описал принципы работы этой системы.
У меня есть идея системы, которая позволит всем компьютерам и устройствам в нашем офисе связываться друг с другом. Я назвал ее "эфирной сетью". Это будет революция в обмене информацией.
В 1976 году Меткалф вместе со своим помощником Дэвидом Боггсом опубликовали брошюру "Ethernet: Распределенная пакетная передача для локальных компьютерных сетей", в которой подробно описали разработанную ими технологию.
Основные понятия и определения
Итак, что такое Ethernet? Это семейство технологий, которые определяют правила передачи данных в локальных компьютерных сетях и промышленных системах управления. Согласно модели взаимодействия открытых систем OSI, протокол Ethernet работает на физическом и канальном уровнях этой модели.
Локальные сети предназначены для объединения устройств в пределах небольшой области - офиса, дома, предприятия. В отличие от глобальных сетей, таких как Интернет, локальные сети охватывают гораздо меньшую территорию.
В Ethernet используется технология MAC-адресации - каждому устройству присваивается уникальный идентификатор из 6 байт, который записывается в его память при производстве. Этот адрес используется для однозначного определения отправителя и получателя данных в сети.
Как устроена технология Ethernet
Рассмотрим, как происходит передача данных в сети Ethernet на примере двух компьютеров, соединенных через коммутатор:
- Компьютер 1 формирует кадр данных, содержащий информацию и MAC-адрес получателя
- Сетевая карта преобразует кадр в электрические сигналы
- Сигналы передаются по витой паре кабеля на коммутатор
- Коммутатор проверяет MAC-адрес и перенаправляет кадр на компьютер 2
- Компьютер 2 обрабатывает кадр и посылает подтверждение о получении
Коммутатор в сети Ethernet выполняет функцию коммутации кадров от одного устройства к другому на основе их MAC-адресов. Так происходит доставка данных конкретному адресату.
| Тип кадра | Минимальный размер | Максимальный размер |
| Кадр Ethernet II | 64 байта | 1518 байт |
| Кадр IEEE 802.3 | 64 байта | 1500 байт |
Существует несколько форматов кадров в Ethernet, отличающихся дополнительными полями и ограничениями на размер.
Разновидности стандартов Ethernet
Что такое Ethernet можно также классифицировать по скорости передачи данных и типу применяемой среды.
По скорости передачи различают следующие разновидности:
- 10 Мбит/с - Baseband Ethernet, 10BASE-T
- 100 Мбит/с - Fast Ethernet, 100BASE-TX
- 1 Гбит/с - Gigabit Ehernet, 1000BASE-T
- 10 Гбит/с - 10Gigabit Ethernet
По используемой среде можно выделить варианты Ethernet по витой паре (обозначение T) и оптоволокну (обозначение F).
Преимущества витой пары:
- Низкая стоимость оборудования и кабеля
- Простота монтажа и эксплуатации
- Совместимость с различным оборудованием
В будущем скорости Ethernet будут только расти. Я прогнозирую появление Терабитного Ethernet где-то к 2015 году.
Большинство сетевых карт и коммутаторов поддерживают несколько скоростей передачи данных. Для автоматического согласования параметров используется функция автоопределения (autonegotiation).
Перспективы развития технологии
В настоящее время активно ведутся работы по созданию промежуточных скоростей Ethernet между 1 и 10 Гбит/с. Компании Cisco и Broadcom разрабатывают стандарты NBASE-T и MGBASE-T со скоростями 2.5 и 5 Гбит/с.
Причины появления таких решений:
- Распространение Wi-Fi роутеров со скоростями выше 1 Гбит/с
- Невозможность передачи 10 Гбит/с на большие расстояния по витой паре
Стандарт 2.5 и 5 Гбит/с Ethernet по кабелям Cat5e и Cat6 был окончательно утвержден в 2016 году под обозначением IEEE 802.3bz.
Практическое применение Ethernet
Наиболее широко Ethernet применяется для построения домашних и офисных сетей. Рассмотрим особенности использования в этих случаях.
Для домашней сети достаточно подключить один кабель от роутера к каждому устройству. Ограничением может быть только количество портов на роутере:
Количество необходимых портов = Количество устройств
В офисных сетях используется большее количество коммутаторов и отдельных сегментов. Это обусловлено требованиями по производительности, масштабируемости и безопасности корпоративной инфраструктуры.
Сравнение Ethernet и Wi-Fi
Давайте сравним проводной Ethernet и беспроводной Wi-Fi:
| Ethernet | Wi-Fi | |
| Скорость передачи данных | Выше | Ниже |
| Помехоустойчивость | Выше | Ниже |
| Мобильность | Ниже | Выше |
Как видно из сравнения, каждая технология имеет свои преимущества. Для передачи важных данных лучше использовать проводной Ethernet.
IEEE стандарты для Ethernet
Рассмотрим основные стандарты Института инженеров электротехники и электроники для технологии Ethernet:
- IEEE 802.3 - базовый стандарт Ethernet
- IEEE 802.3u - стандарт Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с
- IEEE 802.3ab - стандарт Gigabit Ethernet 1000BASE-T
- IEEE 802.3ae - стандарт 10 Gigabit Ethernet
- IEEE 802.3bz - стандарт Multi-Gigabit Ethernet 2.5/5 Гбит/с
Стандарты регламентируют параметры физического уровня, формат кадров, алгоритмы обнаружения коллизий и другие аспекты технологии Ethernet.
Выбор Ethernet или Wi-Fi
Подводя итог, отметим, что выбор между Ethernet и Wi-Fi зависит от требований и условий.
Для передачи важных данных на большие расстояния в условиях помех лучше подойдет проводной вариант. Но если нужна мобильность и гибкость - стоит выбрать Wi-Fi.
Тенденции в развитии Ethernet
Несмотря на появление беспроводных технологий, проводной Ethernet продолжает активно развиваться и совершенствоваться.
Основные тенденции развития Ethernet:
- Повышение скоростей передачи данных. Уже разрабатываются технологии со скоростями 25, 50 и 100 Гбит/с.
- Увеличение расстояний передачи по витой паре. Идет активная работа над увеличением дальности передачи данных по кабелям Cat5e и Cat6.
- Совершенствование кабельных систем. Разрабатываются новые категории витых пар, оптимизированные для высокоскоростного Ethernet.
- Расширение сфер применения. Ethernet находит применение в промышленном интернете вещей, высокопроизводительных вычислениях, автомобильных сетях и других областях.
Правила проектирования сетей Ethernet
При проектировании сетей Ethernet рекомендуется придерживаться следующих правил:
- Использовать качественные сертифицированные кабели и разъемы, соответствующие выбранному стандарту Ethernet
- Выделять отдельные сегменты сети для разных групп пользователей и устройств
- Ограничивать количество устройств на одном сегменте (не более 200 на сегмент)
- Использовать маршрутизаторы 2-3 уровня или коммутаторы 3 уровня для объединения сегментов
Диагностика проблем Ethernet
Для диагностики проблем в сетях Ethernet можно использовать следующие подходы:
- Проверка целостности кабельных соединений с помощью тестера или рефлектометра
- Мониторинг трафика и анализ ошибок с помощью сниффера пакетов
- Поиск неполадок методом подмены компонентов сети
- Анализ журналов и статистики на сетевых устройствах (коммутаторы, роутеры)
Безопасность сетей Ethernet
Несмотря на распространенное мнение о закрытости Ethernet, эти сети также уязвимы для взлома. Поэтому нужно принимать меры для обеспечения защиты данных в Ethernet:
- Использовать VLAN для разбиения сети на сегменты
- Настраивать разграничение прав доступа на коммутаторах 3 уровня и выше
- Шифровать конфиденциальные данные на уровне приложений
- Устанавливать системы обнаружения и предотвращения вторжений