Огляд технології Ethernet . ISP BGNet

04.10.2015

Огляд технології Ethernet

За час, що минув від появи перших локальних мереж, було розроблено декілька сотень різних мережевих технологій, проте помітне поширення отримали лише кілька мереж, що пов’язано насамперед з підтримкою цих мереж відомими фірмами і з високим рівнем стандартизації принципів їх організації. Далеко не завжди стандартні мережі мають рекордні характеристики, забезпечують найбільш оптимальні режими обміну, але великі обсяги випуску їх апаратури і, отже, її невисока вартість забезпечують їм величезні переваги. Важливо й те, що виробники програмних засобів також в першу чергу орієнтуються на найпоширеніші мережі. Тому користувач, який використовує стандартні мережі, має повну гарантію сумісності апаратури і програм.

В даний час тенденція зменшення кількості типів використовуваних мереж все посилюється. Справа в тому, що збільшення швидкості передачі в локальних мережах до 100 і навіть до 1000 Мбіт/с вимагає застосування самих передових технологій, проведення серйозних і дорогих наукових досліджень. Природно, це можуть дозволити собі тільки найбільші фірми, які, звичайно ж, підтримують свої стандартні мережі і їх більш досконалі різновиди. До того ж більшість споживачів уже встановив у себе якісь мережі і зовсім не бажає відразу і повністю замінювати всі мережеве обладнання на іншого, хай навіть у чомусь краще. Тому в найближчому майбутньому навряд чи варто очікувати прийняття принципово нових стандартів.

На ринку існують стандартні локальні мережі всіх можливих топологій, так що вибір у користувачів є. Стандартні мережі забезпечують великий діапазон допустимих розмірів мережі, допустимої кількості абонентів мережі і, що не менш важливо, великий діапазон цін на апаратуру. Але проблема вибору тієї чи іншої мережі все одно залишається непростою. Адже на відміну від програмних засобів, замінити які зовсім не важко, вибрана апаратура зазвичай служить багато років, так як її заміна веде не тільки до великих витрат коштів, але й до необхідності перекладання кабелів, а то й до перегляду всієї системи комп’ютерних засобів фірми. Тому помилки у виборі апаратури набагато дорожче помилок у виборі програмних засобів.

Найбільше поширення серед стандартних мереж одержала мережа Ethernet. Вперше вона з’явилася в 1972 році (розробником виступила відома фірма Xerox). Мережа виявилася досить вдалою, і внаслідок цього її у 1980 році підтримали такі найбільші фірми DEC і Intel (об’єднання цих фірм, що підтримують Ethernet, назвали DIX за першими літерами їхніх назв). Стараннями цих фірм в 1985 році мережа Ethernet стала міжнародним стандартом, її прийняли найбільші міжнародні організації по стандартах: комітет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) та ЕСМА (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт отримав назву IEEE 802.3 (по-англійськи читається як «eight oh two dot three»). Він визначає множинний доступ до моноканалу типу «шина» з виявленням конфліктів і контролем передачі, тобто з вже згадуваним методом доступу CSMA/CD. Взагалі-то треба сказати, що цього стандарту задовольняють і деякі інші мережі, так як він не дуже сильно деталізовано. У результаті мережі стандарту IEEE 802.3 нерідко несумісні між собою як за конструктивними, так і по електричних характеристиках. Основні характеристики стандарту IEEE 802.3 наступні: топологія — шина, середовище передачі — коаксіальний кабель, швидкість передачі — 10 Мбіт/с, максимальна довжина — 5 км, максимальна кількість абонентів — до 1024, довжина сегменту мережі — до 500 м, кількість абонентів на одному сегменті — до 100, метод доступу -CSMA/CD, передача вузькосмугова, тобто без модуляції (моноканал).

Строго кажучи, між стандартами IEEE 802.3 і Ethernet існують невеликі відмінності, але про них зазвичай воліють не згадувати.

Мережа Ethernet зараз найбільш популярна в світі, і немає сумніву, що такою вона і залишиться в найближчі роки. Цьому значною мірою сприяло те, що з самого початку всі характеристики, параметри, протоколи мережі були відкриті для всіх, в результаті чого величезне число виробників у всьому світі стали випускати апаратуру Ethernet, повністю сумісні між собою.

У класичній мережі Ethernet застосовується 50-омний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Проте останнім часом (з початку 90-х років) велике поширення отримує версія Ethernet, що використовує в якості середовища передачі виті пари. Визначено також стандарт для застосування в мережі оптоволоконного кабелю. В стандарти були внесені відповідні додавання. У 1995 році з’явився стандарт на більш швидку версію Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (так званий Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3 u), що використовує в якості середовища передачі виту пару або оптоволоконний кабель. З’явилася версія на швидкість 1000 Мбіт/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3 z).

Крім стандартної топології «шина» застосовуються також топології типу «пасивна зірка» і «пасивне дерево». При цьому передбачається використання репітерів і пасивних (репитерных) концентраторів, що з’єднують між собою різні частини (сегменти) мережі. В якості сегмента може також виступати одиничний абонент. Коаксіальний кабель використовується для шинних сегментів, а вита пара та оптоволоконний кабель — для променів пасивної зірки (для приєднання до концентратора одиночних комп’ютерів). Головне — щоб отриманої в результаті топології не було замкнутих шляхів (петлі). Фактично виходить, що абоненти з’єднані в фізичну шину, так як сигнал від кожного з них поширюється відразу на всі боки і не повертається назад (як у кільці). Максимальна довжина кабелю всієї мережі в цілому (максимальний шлях сигналу) теоретично може досягати 6,5 км, але практично не перевищує 2,5 км.

У мережі Fast Ethernet не передбачена фізична топологія «шина», використовується тільки «пасивна зірка» чи «пасивне дерево». До того ж у Fast Ethernet набагато більш жорсткі вимоги до граничної довжині мережі. Адже при збільшенні в 10 разів швидкості передачі і збереження формату пакета його мінімальна довжина стає в десять разів коротше (5,12 мкс проти 51,2 мкс в Ethernet). Допустима величина подвійного часу проходження сигналу по мережі зменшується в 10 разів.

Для передачі інформації в мережі Ethernet застосовується стандартний код Манчестер-П. При цьому один нульовий рівень сигналу, а інший — негативний, тобто постійна складова сигналу не дорівнює нулю. При відсутності передачі потенціал в мережі нульовий. Гальванічна розв’язка здійснюється апаратурою адаптерів, репітерів і концентраторів. При цьому приймач мережі гальванічно розв’язаний від іншої апаратури з допомогою трансформаторів і ізольованого джерела живлення, а з кабелем мережі з’єднаний безпосередньо.

Огляд технології Ethernet . ISP BGNet

Доступ до мережі Ethernet здійснюється за випадковим методом CSMA/ CD, що забезпечує повну рівноправність абонентів. У мережі використовуються пакети змінної довжини зі структурою, представленою на рисунку. Довжина кадру Ethernet (тобто пакета без преамбули) повинна бути не менше 512 бітових інтервалів, або 51,2 мкс (саме така предельнаявеличина подвійного часу проходження в мережі). Передбачена індивідуальна, групова і широкомовна адресація.

В пакет Ethernet входять наступні поля:

    Преамбула складається з 8 байт, перші сім з яких являють собою код 10101010, а останній восьмий — код 10101011. У стандарті IEEE 802.3 цей останній байт називається ознакою початку кадру (SFD — Start of Frame Delimiter) і утворює окреме поле пакету. Адреса одержувача (приймача) та адреса відправника (передавача) включають по 6 байт і будуються за стандартом, описаного в розділі 3.2. Ці адресні поля обробляються апаратурою абонентів. Поле управління (L/T — Length/Type) містить інформацію про довжину поля даних. Воно може також визначати тип використовуваного протоколу. Прийнято вважати, що якщо значення цього поля не більше 1500, то воно визначає довжину поля даних. Якщо його значення більше 1500, то воно визначає тип кадру. Поле управління обробляється програмно. Поле даних має включати в себе від 46 до 1500 байт даних. Якщо пакет повинен містити менше 46 байт даних, то поле даних доповнюється байтами заповнення. Відповідно до стандарту IEEE 802.3, в структурі пакета виділяється спеціальне поле заповнення (pad data — незначущі дані), яке може мати нульову довжину, коли даних достатньо (більше 46 байт). Поле контрольної суми (FCS — Frame Check Sequence) містить 32-розрядну циклічну контрольну суму пакета (CRC) і служить для перевірки правильності передачі пакета.

Таким чином, мінімальна довжина кадру (пакета без преамбули) становить 64 байта (512 біт). Саме ця величина визначає максимально допустиму подвійну затримку поширення сигналу по мережі в 512 бітових інтервалів (51,2 мкс для Ethernet, 5,12 мкс для Fast Ethernet). Стандарт передбачає, що преамбула може зменшуватися під час проходження пакету через різні мережеві пристрої, тому що вона не враховується. Максимальна довжина кадру дорівнює 1518 байтам (12144 біта, тобто 1214,4 мкс для Ethernet, 121,44 мкс для Fast Ethernet). Це важливо для вибору розміру буферної пам’яті мережного обладнання для оцінки загальної завантаженості мережі.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначає чотири основних типи середовища передачі інформації:

    10BASE5 (товстий коаксіальний кабель); 10 BASE2 (тонкий коаксіальний кабель); 1OBASE-T (вита пара); 10BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Позначення середовища передачі включає в себе три елементи: цифра «10» означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово BASE означає передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент означає допустиму довжину сегмента: «5» — 500 метрів, «2» — 200 метрів (точніше, 185 метрів) або тип лінії зв’язку: «Т» -вита пара (від англійського «twisted-pair»), «F» — оптоволоконний кабель (від англійського «fiber optic»).

так само для мережі Ethernet, що працює на швидкості 100 Мбіт/с (Fast Ethernet) стандарт визначає три типу середовища передачі:

  • 100BASE-T4 (счетверенная вита пара);
  • 100BASE-TX (здвоєна вита пара);
  • 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Тут цифра «100» означає швидкість передачі 100 Мбіт/с, літера «Т» означає виту пару, літера «F» — оптоволоконний кабель. Типи 1OOBASE-ТХ і 100BASE-FX іноді об’єднують під ім’ям 100BASE-X, а 100BASE-T4 і 100BASE-TX — під ім’ям 100BASE-T.

Отже, відійдемо від технічних характеристик, і розглянемо розвиток стандарту, підведемо підсумки.

Технологія Ethernet була розроблена в 1970-ті рр. досягло лідируючого положення на ринку локальних мереж до середини 1980-х. Коли мережі Token Ring почали демонструвати перевагу перед Ethernet в питаннях надійності, керованості і (принаймні, потенційної) продуктивності, Ethernet-спільнота вдихнув у неї нове життя. Після того, як у 1990 р. був прийнятий стандарт 10base, виник ринок мережевих карт, конкуренція на якому відрізнялася особливою безкомпромісністю. З’явилось також безліч все більш дешевих і все більш інтелектуальних концентраторів. Це дозволило Ethernet міцно влаштуватися і зайняти лідируюче положення у середовищі локальних мереж. У 1990-е рр. 10BaseT відвоював у Token Ring значну частку ринку.

Мережеві карти, концентратори і кабелі для 10BaseT виділялися насамперед ціною. Після стандартизації 10BaseT з’явилося кілька нових технологій Ethernet. Серед найвидатніших новинок можна назвати комутацію Ethernet і Fast Ethernet, хоча і стекові концентратори відігравали все більшу роль. До того ж два пропонованих розширення Ethernet покликані поліпшити здатність доставки найбільш критичною до затримок інформації: відео — та мультимедійних даних.

Ethernet, що виникла як мережева технологія з поділом середовища передачі, а саме коаксіального кабелю, еволюціонувала разом із змінами запитів користувачів. Відповідаючи самим останнім вимогам до кабельної проводки, стандарт Ethernet поширюється тепер на такі середовища передачі даних, як оптичне волокно і неекранована вита пара. Спонукальними мотивами переходу до цих середовищ стало швидке і всепроникаюче поширення локальних мереж в комерційних, урядових та іншого роду організаціях, а також потреба в ефективному і економічному управлінні і обслуговуванні даних мереж.

Основні віхи Ethernet

1970 Норм Абрамсон створює в Гавайському університеті першу пакетну радіомережа ALOHAnet.

1972 Роберт Меткалф у своїй дисертації призводить перший опис EtherNet.

1974 Гвинт Серв і Роберт Кан публікують роботу «Протокол для взаємодії пакетних мереж». Вперше використовується термін «Internet».

1977 США Роберт Меткалф, Девід Боггс, Чарльз Такер і Батлер Лемпсон отримують патент на «багатоточкову систему обміну даними з механізмом виявлення колізій».

1978 Гвинт Серт, Денні Коен і Стів Кроці розробляють план виділення функцій маршрутизації TCP в окремий Internet Protocol (IP).

1979 Роберт Меткалф створює компанію 3Com і стає консультантом Digital Equipment Corporation (DEC). Ethernet вирішено стандартизувати.

1980 Digital, Intel і Xerox представляють в IEEE результати проекту DIX по створенню мереж Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт/с. Формування робочої групи IEEE 802.

1981 3Com демонструє трансивер Ethernet з підтримкою 10 Мбіт/с.

1982 Публікація стандарту Ethernet 10 Мбіт/с. 3Com випускає перший продукт — мережеву плату EtherLink для ПК. Intel розпочала поставки контролерів Ethernet.

1983 Прийняття стандарту IEEE 802.3.

1984 Льон Бозак і Сенді Лернер засновують компанію Cisco Systems. 3Com починає поставки мережевого сервера 3Server і виходить на фондовий ринок.

1985 Прийняття стандарту IEEE 802.3-1985 (10Base5) зі швидкістю 10 Мбіт/с з використанням коаксіального кабелю 50 Ом. Cisco випускає свій перший продукт MEIS Subsystem. Починається масове впровадження Ethernet. Для просування волоконно-оптичного варіанти Ethernet на базі підрозділу Palo Alto Research Center (PARC) створена компанія SynOptics Communications.

1986 Cisco починає поставки першого в галузі многопротокольного маршрутизатора AGS, маршрутизатора доступу FGS і створює ОС, пізніше названу Cisco IOS. Підлогу Саверино засновує компанію Wellfleet Communications, що спеціалізується на виробництві мережевих пристроїв (таких, як маршрутизатори).

1987 3Com продає 500-тисячний адаптер Ethernet і випускає мережевий адаптер EtherLink зі швидкістю 10 Мбіт/с. Cisco розробляють Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) — перший протокол для створення великих об’єднаних мереж.

1988 Cisco анонсує засоби маршрутизації IP мереж SONET/SDH і швидкий мережевий інтерфейс Multiport Communications Interface (MCI) з функціями моста/маршрутизатора.

1990 Cisco випускає нову версію маршрутизатора AGS+ і виходить на операторський ринок. Роберт Меткалф залишає 3Com.

1991 Прийняття стандарту 10BaseT (802.3 i) — Ethernet з неекранованої кручений парі (UTP).

1992 Перехід з Ethernet на коаксіальному кабелю до UTP у відповідності зі стандартами СКС (TIA-568 & ISO 1801). Для підключення користувачів до мережі 10BaseT застосовуються концентратори, на магістралі використовується оптика (FOIRL/10BASE-FL). SynOptics приступає до постачання концентраторів 10BaseT. 3Com випускає перший стековий концентратор Ethernet.

1993 Створення Fast Ethernet Alliance. Cisco приступає до продажів високопродуктивних маршрутизаторів серії 7000.

1994 Cisco представляє перший компактний багатофункціональний маршрутизатор Cisco 2500 Series для невеликих віддалених офісів. Програмна маршрутизація відокремлюється від апаратної. Розробка технології IP Multicast для доставки даних, голосу та відеопотоків багатьом користувачам. Поява технології управління якістю обслуговування в мережі (QoS). Intel поставляє замовнику першу мережеву плату 10/100. 3Сом відкриває офіс в Росії. Шляхом злиття компаній Synoptics і Wellfleet утворена Bay Networks.

1995 Fast Ethernet стандартизований комітетом в документі IEEE 802.3 u. Робоча група IEEE 802.3 z приступає до розробки Gigabit Ethernet. Cabletron Systems починає поставки комутатора MMAC Plus (пізніше Smart Switch 9000) — першого пристрою, де реалізована ідея розподіленої обробки пакетів, що не вимагає модуля управління і використовує пасивне шасі з пасивною шиною.

1996 Створення Gigabit Ethernet Alliance. Випуск першого маршрутизатора Cisco 12000 Series для постачальників послуг і замовників з високими вимогами до масштабування магістральних мереж IP. Це перший розподілений модульний маршрутизатор, що допускає більш ніж 100-кратне масштабування без заміни обладнання.

1997 Cisco продає перший мільйон маршрутизаторів 2500, завершує розробку технології Tag Switching, попередницю Multiprotocol Label Switching (MPLS). Intel починає поставки перших контролерів 10/100 на одному кристалі. BayNetworks набуває Rapid City — виробника маршрутизирующих комутаторів L2/L3 — і випускає перший такий продукт Accelar 1000.

1998 Прийняття стандарту IEEE 802.3 z (Gigabit Ethernet в оптичних з’єднаннях і на 25 м по витій парі). Поява шассийных комутаторів за ціною стекових, шассийная технологія стала масовою. HP випускає комутатор ProCurve Switch 4000m. Cisco пропонує технологію Architecture for Voice, Video and Integrated Data (AVVID). BayNetworks поглинена компанією Nortel з утворенням Nortel Networks. Випуск комутатори Baystack 450 з резервний стеком. Alteon WebSystems розробила комутатори додатків. В Bell Labs підготували до випуску повністю оптичний маршрутизатор.

1999 Прийняття стандарту IEEE 802.3 ab (1000BaseT, до 100 м по витій парі), а також стандарту на застосування в гігабітних мережах витої пари Категорії 5. На виставці Telecom-99 Lucent Technologies представила прототип повністю оптичного крос-коннектора з комутацією оптичних потоків за допомогою матриць мікродзеркал (технологія MicroStar) і створила на основі MicroStar оптичний маршрутизатор WaveStar LambdaRouter продуктивністю 10 Тбіт/с.

2000 Розробка протоколу IPv6 і «комутатора на кристалі». Початок масового впровадження комутації зі швидкістю середовища передачі даних. Cisco випустила мережний процесор Parallel eXpress Forwarding (PXF) Network Processor: швидкість просування пакетів досягла кількох мільйонів у секунду. Застосування в маршрутизаторах Cisco 1700 нової технології апаратного шифрування дозволило створити компактні пристрої з модулями шифрування, міжмережевого екрану з аналізом пакетів, системою виявлення вторгнень і підтримкою VPN. Nortel Networks придбала компанію Alteon WebSystems, виробника комутаторів додатків, і випустила свій перший комутатор з підтримкою QoS на рівнях з другого по четвертий — Business Policy Switch 2000.

2001 Поява стандарту MPLS. Optical Internetworking Forum (OIF) схвалює інтерфейс Very Short Reach Optics (VSR-1) для сполук маршрутизаторів, комутаторів і систем DWDM на відстанях до 300 м. Початок поставок відмовостійких маршрутизаторів Cisco 12400 Series з розподіленою архітектурою, підтримкою 10-гігабітних швидкостей, QoS, інтегрованим набором функцій для ядра і межі мережі. Intel випускає перший контролер Ethernet 10/100/1000 на одному кристалі, а Nortel — модульний L2/L3 маршрутизирующий комутатор Passport 8600 (Nortel Ethernet Routing Switch 8600) c 10-гігабітними інтерфейсами (10 Gigabit Ethernet WAN/LAN PHY).

2002 Прийняття стандарту IEEE 802.3 ae, пропускна здатність мереж Ethernet досягає 10 Гбіт/с (одно — і багатомодовий волоконно-оптичний кабель до 40 км). Комутатори третього/четвертого рівня продаються за ціною комутаторів другого рівня. Маршрутизирующие комутатори стали масовим продуктом. Intel розпочала поставки недорогого оптичного перетворювача XPAK Multimode Transiver для центрів обробки даних, підтримує 10GbE і 10 Gigabit Fibre Channel. 3Com анонсувала технологію eXpandable Resilient Networking (XRN) для побудови відмовостійких мереж. Nortel представила комутатори Baystack 460-24T-PWR з підтримкою живлення по витій парі і рішення серії Optera Metro 1000 для міських мереж на базі Ethernet.

2003 IEEE прийняв стандарт Power over Ethernet (802.3 af). Члени підкомітету IEEE 802.3 ah EFM досягли згоди з низки пропозицій до проекту стандарту «Ethernet на першій милі». Компанія HP запропонувала гігабітні стекові комутатори серії 2800 і гігабітні модульні комутатори 4140GL/4160GL з порту вартістю менше 100 доларів. 3Com створила спільне підприємство з Huawei Technologies випустила комутатори Switch 7700, конкуруючі з Cisco Catalyst 6506 і готові до застосування 10GigE, а також перші лінійки маршрутизатори 3Com Router 3000 і 5000. Обсяг поставок контролерів Ethernet від Intel перевищив 250 млн одиниць. Випущені високопродуктивні комутатори додатків серії Nortel Application Switch 2000.

2004 Технологія 10GbE стає масовою. HP випустила комутаторів ProCurve Switch 3400cl і придбала елементи архітектури та вихідного коду ОС комутаторів RiverStone XGS. 3Com почала постачання модулів з пропускною здатністю 10 Гбіт/с для комутаторів 7700 і маршрутизаторів корпоративного класу 3Com Router 6000. Nortel Networks повернулася до назви Nortel. Компанія Cisco приступила до постачань маршрутизаторів CSR-1.

2005 Випуск HP ProCurve Secure Router 7000 — перше маршрутизаторів HP для глобальних мереж. 3Com представляє сімейство комутаторів для великих підприємств 3Com Switch 8800 з пропускною здатністю 1,4 Тбіт/c. Enterasys починає поставки мультитерабитных маршрутизаторів ядра локальної мережі Matrix X-Series.

Короткий опис статті: комутатор ethernet Огляд технології Ethernet технологія,Ethernet,огляд,стандарт,fast,історія,розвиток

Джерело: Огляд технології Ethernet | ISP BGNet

Також ви можете прочитати