Ethernet er en protokoll for lokalt nettverk til pakkesvitsjing . Det er en internasjonal standard: ISO / IEC 802-3 .
Opprinnelig designet på begynnelsen av 1970-tallet, for å koble datamaskiner som er koblet til den samme koaksialkabelen (analogt med væskedistribusjonsnettverk - vann, gass - eller kabel-TV i samme bygning), siden 1990-tallet, brukes Ethernet på tvinnede par ofte for tilkobling av klientstasjoner (koaksialkabelen har blitt erstattet av konsentratorer - hub - deretter brytere - bryter ), og fiberoptiske versjoner for kjernen i nettverket. Denne konfigurasjonen har i stor grad fortrengt andre standarder som Token Ring , FDDI og ARCnet . De siste årene de trådløse variantene av Ethernet ( IEEE 802.11-standarder , kjent som “ Wi-Fi ”) vært svært vellykkede, både for personlige og profesjonelle installasjoner.
Ethernet gir ingen garanti for god dataleveranse, som overlates til de høyere protokolllagene.
I tidlige Ethernet-nettverk kringkaster koaksialkabel data til alle tilkoblede maskiner, akkurat som radiobølger når alle mottakere. Navnet Ethernet stammer fra denne analogien før XX th århundre , er bølgene forestilt spredte i eteren , en hypotetisk mid ment å bade universet. Når det gjelder suffikset nett , er det forkortelsen av ordet nettverk ("nettverk") på engelsk .
Ethernet ble opprinnelig utviklet som et av de banebrytende prosjektene til Xerox PARC . En vanlig historie forteller at den ble oppfunnet i 1973 , da Robert Metcalfe skrev et notat til sjefene sine om potensialet til Ethernet. Metcalfe hevder at Ethernet ble oppfunnet over en periode på flere år. I 1975 publiserte Robert Metcalfe og David Boggs (Metcalfes assistent) et dokument kalt Ethernet: Distribuert pakkeswitching for lokale datanettverk .
Metcalfe forlot Xerox i 1979 for å fremme bruken av personlige datamaskiner og lokale nettverk , og grunnla selskapet 3Com . Han lyktes i å overbevise DEC , Intel og Xerox om å samarbeide for å markedsføre Ethernet som standard, på slutten av en periode der produsentenes tenkning vendte seg mot desentral databehandling .
Ethernet I (10 Mb / s ) standard, eller "DIX" ( DEC Intel Xerox ) ble utgitt i 1980, etterfulgt av en Ethernet II-revisjon i 1982. IEEE ble inspirert av DIX-standarden og publiserte sin IEEE 802.3- standard i 1983 .
Ethernet var den gang i konkurranse med to proprietære systemer, Token Ring ( IBM , nyere) og ARCnet ( TRW - Matra , eldre); disse to systemene gikk over tid ned i popularitet og forsvant deretter overfor Ethernet på grunn av lavere kostnader på grunn av masseproduksjon og påfølgende oppgraderinger til Ethernet. Ethernet hadde også færre topologiske begrensninger enn Token Ring (på CeBIT i 1995 kunne vi eksperimentelt se et simulert hvitt tak brukt som et Ethernet-medium, signalene gikk gjennom infrarødt). I løpet av denne tiden har 3Com vokst til et stort selskap innen datanettverk .
Ethernet er basert på prinsippet om medlemmer (jevnaldrende) i nettverket, og sender meldinger i det som egentlig var et radiosystem, fanget i en felles ledning eller kanal, noen ganger referert til som eteren . Således Ethernet ble opprinnelig utviklet for en fysisk og logisk buss topologi (alle signalene som sendes blir mottatt av alle de forbundne maskiner). Hver peer identifiseres av en globalt unik nøkkel, kalt MAC-adresse , for å sikre at alle stasjoner i et Ethernet-nettverk har forskjellige adresser uten forutgående konfigurasjon.
KollisjonerEn teknologi kjent som CSMA / CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ) styrer hvordan stasjoner får tilgang til media. Opprinnelig utviklet på 1960-tallet for ALOHAnet på Hawaii ved bruk av radio , er teknologien relativt grei sammenlignet med Token Ring eller master-kontrollerte nettverk. Når en datamaskin ønsker å sende informasjon, følger den følgende algoritme :
HovedprosedyreEn stasjon som oppdager en kollisjon, overfører et kollisjonssignal på mediet som kalles et ”jam-signal” (en sekvens på 4 til 6 byte).
Prosedyre for kollisjonsstyringI praksis fungerer dette som en vanlig prat, der folk alle bruker et vanlig medium (luft) for å snakke med noen andre. Før de snakker, venter hver person høflig til ingen snakker. Hvis to personer begynner å snakke samtidig, stopper begge og venter på en kort, tilfeldig tid. Det er stor sjanse for at de to personene vil vente på en annen tidsramme, og dermed unngå en ny kollisjon. Eksponentielt økende ventetider brukes når flere kollisjoner oppstår på rad.
Som i tilfellet med et ikke-koblet nettverk, sendes all kommunikasjon over et delt medium, all informasjon som sendes av en stasjon blir mottatt av alle de andre, selv om denne informasjonen var ment for en enkelt person. Datamaskiner koblet til Ethernet må derfor filtrere hva som er ment for dem eller ikke. Denne typen "noen snakker, alle andre hører" kommunikasjon av Ethernet var en av dens svakheter, fordi, mens en av nodene overfører, mottar alle maskinene i nettverket og må i sin tur overholde signalet. Stillhet. Dette betyr at en høyhastighetskommunikasjon mellom bare to stasjoner kan mette et helt lokalt nettverk.
På samme måte, siden sjansene for kollisjon er proporsjonale med antall sendere og dataene som sendes, blir nettverket ekstremt overbelastet utover 50% av kapasiteten (uavhengig av antall trafikkilder).
Avhengig av bithastigheten som brukes, må det tas hensyn til kollisjonsdomenet underlagt fysikkens lover og spesielt den endelige forplantningshastigheten til signalene i en kobberkabel. Hvis maksimale avstander mellom maskiner ikke blir respektert, blir CSMA / CD- protokollen inaktiv, og kollisjonsdeteksjonen fungerer ikke lenger riktig.
TopologiHistorisk brukte Ethernet busser på koaksialkabler , spesielt av typen 10BASE5 og deretter 10BASE2 . Det ble senere tilpasset 10BASE-T for bruk av fysiske topologier i stjerne på kabelforvrengt par , jevnaldrende er koblet til navene ( navene ) , noe som ikke endrer Ethernetens natur: den logiske topologien forblir buss , mediet forblir delt, alle mottar alle rammene, det er alltid bare ett segment , alle ser kollisjonene.
Diffusjons- og kollisjonsdomenerEthernet er et kringkastingstypenettverk , dvs. det er mulig å sende (inkludert i etterfølgende oppgraderinger, på forespørsel) en gitt ramme til alle stasjonene som er koblet til Ethernet-nettverket, som dermed utgjør et kringkastingsdomene .
Det er mulig å koble to Ethernet- segmenter ved hjelp av en bro som vil gjenta og overføre identisk (i motsetning til en ruter ) rammene fra ett segment til et annet segment . De to segmentene som dermed er koblet sammen, danner et enkelt diffusjonsdomene , derimot danner de hvert sitt kollisjonsdomene (kollisjonene krysser ikke broen ).
For å løse problemer relatert til kollisjoner har bryterne ( bryterne ) blitt utviklet for å maksimere båndbredden som er tilgjengelig, ved å ta opp kabelforskruede par (og senere ved å legge til den optiske fiberen). En bryter er en form for multi bro , med hvert punkt-til-punkt-forbindelse mellom en vert og bryteren da er et segment med sitt eget kollisjon domene . I dette tilfellet endres egenskapene til Ethernet markant:
Historisk er Ethernet en de facto-standard som er beskrevet siden 1980 av Ethernet / DIX-spesifikasjonene. I tillegg publiserte IEEE sin egen IEEE 802.3- standard i 1983, med inspirasjon fra denne de facto-standarden. Det er derfor faktisk en Ethernet II / DIX-standard på den ene siden (fra 1982), og en IEEE 802.3- standard på den andre siden (fra 1983). De to standardene er interoperable. Deretter ble de normative oppdateringene formalisert av IEEE , og 802.3 tok dessuten offisielt hensyn til aspekter av DIX i 1998 (revisjon 802.3-1998).
Selv om det implementerer det fysiske laget (PHY) og Media Access Control (MAC) -underlaget til IEEE 802.3-modellen , er Ethernet-protokollen klassifisert i datalink (nivå 2) og fysiske (nivå 1) lag av OSI-modellen . I 802.3 danner 802.2 Logical Link Control (LLC) laget hengslet mellom de øvre lagene og Media Access Control (MAC) underlaget som er en integrert del av 802.3 prosessen med det fysiske laget ; de rammeformater som standarden definerer er standardisert og kan innkapsles i andre enn sine egne fysiske protokoller MAC og PHY lag . Disse fysiske lagene er gjenstand for separate standarder i henhold til bithastighetene, overføringsmediet, lengden på leddene og miljøforholdene.
Ethernet er standardisert under navnet IEEE 802.3 :
Det er fire typer Ethernet-rammer (bortsett fra 1975 Ethernet Experimental):
Disse forskjellige rammetyper har forskjellige formater, men kan eksistere sammen og skilles fra hverandre på det samme fysiske mediet av medlemmene i nettverket.
Den grunnleggende forskjellen mellom Ethernet II-rammer og andre rammer er bruken av 16-bitersfeltet (dvs. 2 byte) som ligger etter MAC-adressene :
Etter konvensjon indikerer verdiene i dette feltet mellom 0 og 1500 en nyttelaststørrelse og gjør det derfor mulig å identifisere en 802.3 Ethernet-ramme; og større verdier indikerer en EtherType , og bruk av Ethernet II-format. Denne doble bruken av det samme feltet rettferdiggjør sitt nåværende navn på lengde / type felt.
Den IEEE 802.3 først har definert dette 16-bit banen etter MAC-adresser som lengden på nyttelast, er et nytt felt brukes til å angi nyttelast transporteres og nivåer og typer av tjenester som brukes ( tjenesteaksesspunktet ). 802.3 rammer må derfor ha et LLC- felt på 3 byte definert av IEEE 802.2- standarden . Den LLC er for liten for de potensielle behov, en ekstra SNAP feltet av 5 bytes ble definert senere, som kan brukes som et alternativ. Ved å undersøke LLC- feltet er det mulig å bestemme om det følges av et SNAP- felt eller ikke.
I tillegg brukte Novell LLCless 802.3 rammer (før IEEE 802.2-standardisering) i Netware- operativsystemet for å overføre IPX- protokollen . Netware har vært veldig utbredt (på en gang), og denne ikke-standarden har blitt en.
Rammetype | EtherType eller lengde | Først to byte av nyttelasten |
---|---|---|
Ethernet II | ≥ 1536 | Spiller ingen rolle |
Novell rå IEEE 802.3 | ≤ 1500 | 0xFFFF |
IEEE 802.2 LLC | ≤ 1500 | Annen |
IEEE 802.2 SNAP | ≤ 1500 | 0xAAAA |
Merk: Feltverdier for lengde / type mellom 1500 og 1536 er udefinerte og bør aldri brukes.
OSI-lag | Innledning | Start av rammeavgrenser | MAC-destinasjon | MAC-kilde | 802.1Q- tag (valgfritt) | Etertype ( Ethernet II ) eller lengde ( IEEE 802.3 ) | LLC / SNAP (hvis 802.3) + nyttelast | Rammekontrollsekvens (32-biters CRC ) | Forsinkelse mellom pakker (InterPacket Gap) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
7 byte | 1 byte | 6 byte | 6 byte | (4 byte) | 2 byte | 46-1.500 byte | 4 byte | 12 byte | |
Lag 2: Ethernet-ramme | ← 64–1522 byte → | ||||||||
Lag 1: Ethernet og IPG-pakke | ← 72–1530 byte → | ← 12 byte → |
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 1. 3 | 14… 1513 | 1514 | 1515 | 1516 | 1517 |
Destinasjon MAC-adresse | Kilde MAC-adresse | Protokolltype | Data | FCS / CRC |
Eksempel på en Ethernet II-ramme ( Informasjon hentet fra dokumentet av G. Requilé fra CNRS og tilpasset):
Den protokolltype feltet for Ethernet II-rammer kan ta følgende verdier, blant annet:
De fleste påfølgende utviklingen er mulig gjennom implementering av koblet Ethernet.
En stasjon og en bryter som kobles sammen kan bruke automatisk forhandling , det vil si at de automatisk forhandler uten forutgående konfigurasjon nødvendig, elementene i Ethernet-kommunikasjon inkludert hastighet, dupleks, og om de skal bruke strømningskontroll eller ikke.
I koblet Ethernet kan alle stasjonene i nettverket kommunisere på samme tid (eller med forskjellige hastigheter, det fysiske mediet blir ikke delt), det er derfor mulig for en stasjon for porten å bli mettet i mottak av flere innkommende kommunikasjoner. Den bryter kan da midlertidig lagre og / eller ødelegge de rammer som ikke kan overføres, eller velge andre metoder som Avlastnings eller Pause rammer.
MottrykkI dette tilfellet genererer bryteren et dummy kollisjonssignal mot sendestasjonen (faktisk er det ingen kollisjon siden den er koblet til Ethernet, full-dupleks, men dette signalet blir alltid tatt i betraktning), som midlertidig stopper overføringen.
Pauserammer: 802.3x & 802.1QbbIEEE 802.3x definerer en type pause-ramme som en enhet hvis lenke er mettet ved mottak, kan sende for å dempe senderen til lenken ikke lenger er mettet, og dermed gi en standardisert strømningskontrollmekanisme.
Imidlertid tillater ikke denne standarden å være spesifikk i henhold til trafikken (ingen hensyn til typer eller klasser av trafikk), all trafikk på stasjonen er stoppet. Følgelig er pauserammer som tar hensyn til tjenesteklassene standardisert av IEEE 802.1Qbb- standarden (Ethernet-flytkontroll med tanke på 802.1p- prioriteringene ).
IEEE 802.1Q- standarden tillater virtuelle nettverk å sirkulere i det fysiske Ethernet-nettverket, ved å skille rammene for hvert VLAN (Virtual LAN) med en 12-biters identifikator fra 1 til 4095. Den inneholder også en klasse med tjenesteverdi. ( 802.1p ) på 3 biter.
Kvaliteten på tjenesten (802.1p)IEEE 802.1Q- standarden , i tillegg til å definere VLAN-er, inkluderer også en 3-biters serviceklasse ( 802.1p ) som gjør det mulig å klassifisere og diskriminere 8 trafikklasser (Classes of Service - Class of Service eller CoS) for mulig behandling ved hjelp av en Quality of Service / QoS (Quality of Service) -mekanisme .
Det er nå mulig for en bryter å kontrollere identiteten til stasjonen og / eller brukeren før den gir tilgang til nettverket (og om nødvendig å plassere den i et bestemt VLAN), takket være IEEE 802.1X- standarden .
De IEEE 802.3af og IEEE 802.3at standarder tillate en bryter for å levere strøm til utstyr som er koplet i tvunnet par som en del av konseptet med strøm over Ethernet (PoE) .
Avsnittet nedenfor gir en kort oppsummering av alle typer Ethernet-medier. I tillegg til alle disse offisielle standardene, har flere produsenter implementert proprietære medietyper av forskjellige grunner - noen ganger for å støtte lengre avstander over fiberoptikk .
(jf. CREDO sirkel)
Ethernet-standarden på 10 gigabit per sekund dekker syv forskjellige typer medier for LAN , MAN og WAN . Den ble spesifisert av IEEE 802.3ae- standarden , den første publiseringen fra 2002 , og ble deretter innlemmet i en revisjon av IEEE 802.3 . 10 Gbit / s Ethernet-versjonen er 10 ganger raskere enn Gigabit Ethernet; dette gjelder bare opp til MAC-lagnivået.
Disse to standardfamiliene (40GBASE og 100GBASE) ble opprinnelig definert i 2010 under IEEE 802.3ba- standarden .
Disse to standardfamiliene (200GBASE og 400GBASE) ble definert i desember 2017 under IEEE 802.3bs- standarden .
10 Gigabit Ethernet og senere støtter bare full dupleksmodus .
På fibermedier fungerer LAN-modus med en linjehastighet, på fibernivå , på 10,3 Gbit / s som representerer MAC-hastigheten på 10 Gbit / s vektet med 66/64 forhold relatert til kodingen av lag-PCS ved bruk av linjekode 64B66B . Overhastigheten til denne koden er 3%, sammenlignet med 25% av 8B10B- koden i Gigabit Ethernet-modus.
Det er en WAN PHY-modus som gjør det mulig å transportere 10 Gigabit Ethernet-rammer over SDH- eller SONET- koblinger som fortsatt er på plass i mange nettverk. WAN PHY-modus fungerer med en bithastighet litt mindre enn 10 Gbe, nemlig 9 953 280 kbit / s (som tilsvarer STM64 / OC192-hastigheten). Den virtuelle beholderen 64c eller 192c bærer kodene 64B66B.
Ulike produsenter (Fiberxon, Sumitomo , Finisar, etc.) tilbyr optiske moduler (eller kobber, avhengig av teknologien som brukes) kalt transceivers på engelsk, slik at interoperabilitet muliggjøres. Disse modulene konverterer det optiske signalet (linjesiden) til et differensielt elektrisk signal (maskinvaresiden) med en hastighet på 10,3 Gbit / s ; det tilsvarer derfor PHY-laget på PMD-nivået til OSI-modellen .
Det er flere standarder for disse sendere , for eksempel (i 10 Gb / s): XENPAK, XPAK, X2, XFP (standardisert i henhold til XFP MSA Group), SFP + (standardisert i henhold til Small Form Factor Committee).
Dette 10 Gbit / s signalet , for raskt på tidspunktet for standardiseringen, kunne ikke behandles direkte, så det måtte parallelliseres, vanligvis på 64 bits. Spesialiserte dedikerte kretser tillater denne konverteringen.
Begrepet serdes kommer fra engelsk for å serialisere / deserialisere .
Den elektroniske koden 64B66B som brukes, forvandler XGMII (64 databiter pluss 8 kontrollbiter) til 66-biters ord. Målet er flere:
66-bits koden består av to synkroniseringsbiter etterfulgt av 64 databiter.
De 64 bitene med data krypteres av en automatisk synkronisert scrambler.
På dette nivået finner vi et tilsvarende MII-format, følgende lag: datalink (MAC), nettverk (IP), transport (TCP / UDP) som fungerer på samme måte som gigabit Ethernet.