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:

  1. Компьютер 1 формирует кадр данных, содержащий информацию и MAC-адрес получателя
  2. Сетевая карта преобразует кадр в электрические сигналы
  3. Сигналы передаются по витой паре кабеля на коммутатор
  4. Коммутатор проверяет MAC-адрес и перенаправляет кадр на компьютер 2
  5. 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:

  1. Использовать качественные сертифицированные кабели и разъемы, соответствующие выбранному стандарту Ethernet
  2. Выделять отдельные сегменты сети для разных групп пользователей и устройств
  3. Ограничивать количество устройств на одном сегменте (не более 200 на сегмент)
  4. 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
Комментарии