Ethernet

A DEC, Intel és Xerox cégek által kidolgozott alapsávú LAN-ra vonatkozó specifikáció. Az Ethernet hálózatok az ütközések feloldására a CSMA/CD-t használják. Számos kábeltípuson (koax, réz stb.) működik legalább 10 Mbps sebességgel. Hasonló az IEEE 802.3 szabványhoz.

Története

Az Ethernet az 1970-es évek elején kidolgozott ALOHANET-tel kapcsolatos fejlesztések eredménye. Bob Metcalfe és David Boggs 1976-ban tervezték meg és valósították meg az első helyi hálózatot a Xerox Palo Altó-i kutatási központjában. A nevét az éterről (angolul: ether), a 19. századi fizikusok által feltételezett, az elektromágneses sugárzások terjedésére szolgáló könnyű közegről kapta.

Az Ethernet esetén a közeg nem vákuum, henem egy speciális koaxiális kábel volt, amely akár 2,5 km hosszú is lehetett (500 méterenként egy ismétlővel). A kábelre csavarozott adóvevőkkel legfeljebb 256 gépet lehetett csatlakoztatni. A központi kábelnek, amelyhez a gépek csatlakoztak sokcsatlakozós kábel (multidrop cable) volt a neve, és 2,94 Mb/s-os sebességgel tudott üzemelni. Ez az Ethernet olyan sikeres volt, hogy a DEC, az Intel és a Xerox 1978-ban megállapodott egy közös, 10 Mb/s-os Ethernet szabványban, amely a DIX szabvány nevet kapta. Ebből jött létre később a IEEE 802.3 szabvány 1983-ban.

Mivel a Xerox nem mutatott nagy érdeklődést az amúgy sikeres Ethernet iránt, Bob Metcalfe megalapította saját cégét, a 3Com-ot, hogy Ethernet csatolókat adjon el PC-khez. Eddig hozzávetőlegesen 100 millió darab kelt el belőlük.

Az Ethernet azóta is fejlődik, létezik már a 100 Mb/s-os és még nagyobb sebességű változat is, a kábelezés is változott.

Más Ethernet szabványok

A 802.3 szabvány nem az egyedüli Ethernet szabvány. A bizottság szabványosította a vezérjeles sínt (token bus, 802.4), és a vezérjeles gyűrűt (token ring, 802.5). A három, egymással nem kompatibilis szabvány nem műszaki okok miatt született. A General Motors az autógyártásban a 803.4 szabványhoz ragaszkodott, az IBM pedig a token ring-et favorizálta. Mára e két utóbbi jelentőségét vesztette, annak ellenére, hogy az IBM dolgozik egy gigabites változaton (803.5v).

Az Ethernet (802.3) család

Az Ethernet egy állomása a közvetítő közeggel (kábel) való állandó kapcsolatot kihasználva bele tud hallgatni a csatornába, így ki tudja várni, amíg a csatorna felszabadul, és a saját üzenetét leadhatja anélkül, hogy ezzel más üzenet sérüljön, tehát a torlódás elkerülhető. A csatornát az állomások folyamatosan figyelik, ha ütközést tapasztalnak, akkor zavarni kezdik a csatornát, hogy figyelmeztessék a küldőket, ezután véletlen ideig várnak, majd adni kezdenek. Ha ezek után további ütközések történnek, az eljárás ugyanez, de a véletlenszerű várakozás idejét kétszeresére növelik, így időben szétszórják a versenyhelyzeteket, esélyt adva arra, hogy valaki adni tudjon.

A DIX Ethernet és a 802.3 Ethernet adatkereteket küld a kábelen. Az adatkeretek kicsit eltérő formátumúak a két Ethernet esetében, de mindkét Ethernet a Manchesteri kódolást használja. A token ring (802.5) az adatkeretek kódolásánál a manchester kódolás egy változatát, a differenciál Manchesteri kódolást használja.

A klasszikus Ethernet

A megnevezés első száma az átviteli sebességet jelöli, az ezt követő Base az alapsávú átvitelre utal. A következő szám, koaxiális kábel esetén a kábel hosszát adja meg 100 méteres egységekre kerekítve. A klasszikus Ethernet kábelek leggyakoribb típusai:

Megnevezés	Kábel	Max. szegmenshossz	Csomópont/szegmens	Megjegyzés
10Base5	vastag koaxiális	500 m	100	Eredeti kábel, mára idejétmúlta
10Base2	vékony koaxiális	185 m	30	Nincs szükség elosztóra
10Base-T	sodrott érpár	100 m	1024	A legolcsóbb rendszer
10Base-F	optikai	2000 m	1024	Épületek között

• A 10Base5

A vastag Ethernet (thick Ethernet) esetében a kábel egy sárga kerti öntözőcsöre emlékeztet, amelyen a lehetséges csatlakozási pontok 2,5 méterenként meg vannak jelölve. (A szabvány a sárga színt nem írja elő, de javasolja.)

Egy állomás csatlakoztatása úgynevezett vámpír csatlakozóval történik, ahol egy vékony tüskét nyomnak a kábelbe, amíg a koaxiális kábel központi vezetékét el nem érik. A vámpír csatlakozó közvetlenül kapcsolódik egy adó-vevő egységhez, ami egy speciális kábelen keresztül csatlakozik a számítógépben lévő csatolókártyához.

A forgalmazás 10 Mb/s-os alapsávú (baseband) jelekkel történik. Létezett a szélessávú változat, a 10Board36, de idővel eltűnt a piacról.

• A 10Base2

A vékony Ethernet (thin Ethernet) estében a kábel jobban hajlítható, vékonyabb, és gyári BNC csatlakozókat és T elosztókat használ. A BNC csatlakozókról a jel egy koaxiális kábelen keresztül jut a számítógép csatolókártyájához – a kábel hossza korlátozott – a csatolókártya tartalmazza a szükséges adó-vevő áramköröket is.

• • A 10Base-T

Az irodai környezetben szokásos, csavart érpárokat használó megoldás, a számítógépek közvetlenül egy elosztóhoz csatlakoznak.

• • A 10Base-F

Optikai csatolás van az egységek között, ezért mind biztonsági szempontból, mind zavarvédelmi szempontból kedvezőbb az előbbieknél, viszont jóval drágább. Tipikusan épületek közötti kapcsolat kiépítéséhez használatos.

• A kapcsolt Ethernet

A gyors Ethernet (802.3u)

1992-ben összehívták a bizottságot, hogy készítsenek egy új szabványt, egy gyorsabb LAN-ra, megtartva a 802.3 minden egyéb előírását. Egy másik elképzelés szerint viszont teljesen át kell mindent alakítani, biztosítani kell a valós idejű forgalmat, valamint a digitális hangátvitelt. A nevet – üzleti okokból – meg akarták tartani. A bizottság az első változatot fogadta el, és elkészítette a 802.3u-t. Az el nem fogadott javaslat hívei elkészítették a saját szabványukat, a 802.12-t, ami nem terjedt el.

A gyors Ethernet eredeti kábelezése:

Megnevezés	Kábel	Max. szegmenshossz	Megjegyzés
100Base-T4	sodrott érpár	100 m	3-as kategóriájú UTP
100Base-TX	sodrott érpár	100 m	Duplex 100Mb/s (5.kat. UTP)
100Base-FX	fényvezető szál	2000 m	Nagy távolságra, duplex 100Mb/s

• 100Base-T4
• 100Base-TX
• 100Base-FX

A gigabites Ethernet (802.3.z)

A gyors Ethernet szabványt követően 1995-ben a 802-es bizottság egy még gyorsabb Ethernet tervein kezdett dolgozni. A célkitűzések a következők voltak: 10x gyorsabb sebesség, kompatibilitás az eddigi Ethernetekkel. A végső szabvány, a 802.3z eleget tett a feltételeknek.

A gigabites Ethernet – eltérően a klasszikus Ethernet-től – pont-pont felépítésű. A legegyszerűbb topológiánál a két számítógép van gigabites Ethernettel összekapcsolva. Gyakoribb az a megoldás, amikor egy kapcsoló vagy elosztó köt össze több számítógépet, vagy további elosztókat vagy további kapcsolókat. Minden esetben egy Ethernet kábel végén pontosan egy-egy eszköz található csak.

A gigabites Ethernet két működési módot támogat: a duplex és félduplex működést. "Normális" esetnek a duplex módot tekintik, a forgalom mindkét irányban egyidőben folyhat. Ezt akkor használják, ha egy központi kapcsolót vagy a periférián lévő gépekkel, vagy más kapcsolókkal kötnek össze. Ekkor minden adatot pufferelnek, így bármelyik gép és kapcsoló tetszés szerinti időben küldheti el az adatait (kereteit). Az adónak nem kell figyelnie a csatorna forgalmát, mert a versengés kizárt. Mivel a kábel egy gépet és egy kapcsolót köt össze, csak ez a gép adhat a kapcsoló felé, a duplex megoldás miatt az esetleges ellenirányú adatküldés biztosan sikeres lesz. Nincs tehát versengés, a Csma/cd protokoll használata felesleges, a maximális kábelhosszt a jel erőssége határozza meg, nem pedig egy zajlöket adóhoz való visszajutás ideje. A kapcsolóknak módjukban áll keverni és egyeztetni a sebességeket, és automatikusan konfigurálhatják a hálózatot is, hasonlóan a gyors Ethernethez.

Ha a számítógépek nem kapcsolóhoz, hanem elosztóhoz kapcsolódnak, akkor a félduplex módot használják. Az elosztó nem puffereli a beérkező kereteket. A kapcsoló belül villamosan összeköti az összes vonalat, hasonlóan a klasszikus Ethernetnél alkalmazott megoldáshoz. Az ütközések nem kizárhatók, tehát szükséges a Csma/cd protokoll használata. Mivel a legrövidebb keretet (64 byte) 100-szor gyorsabban lehet elküldeni, a maximális távolság is 100-szor kisebb, azaz 25 méteres lesz, hogy megmaradjon az a sajátosság, hogy az adás még a legrosszabb esetben is addig tart, amíg a zajlöket visszaér az adóhoz. Egy 2500 méter hosszú kábel esetében, 1 Gb/s sebesség mellett az adó már régen végzett egy 64 byte-os keret adásával, amikor a keret a kábel hosszának tizedét sem tette még meg (a visszaútról nem is beszélve).

A bizottság – érthetően – elfogadhatatlannak tartotta a 25 méteres távolságot, ezért bevezette a vivőkiterjesztés (carrier extension) és a keretfűzés (frame bursting) funkciókat. Így a kábelhossz 200 méterre kiterjeszthető.

Ellentmondásos, hogy egy szervezet, amelyik a gigabites Ethernet megvalósítása mellett dönt, de elosztókkal köti össze a gépeket, ezzel tulajdonképen a klasszikus Ethernetet szimulálja. Tény, hogy az elosztók valamivel olcsóbbak a kapcsolóknál, és a gigabites Ethernet illesztő-kártyák elég drágák. Ha ezt a relatív drágaságot az olcsóbb elosztókkal akarja a szervezet ellensúlyozni, akkor ezzel egyben a hálózata teljesítményét drasztikusan csökkenti. A bizottságnak viszont a kitűzött visszafelé kompatibilitás előírása – és szokás – miatt a 802.3z szabványban meg kellett engednie ezt a lehetőséget.

A gigabites Ethernet kábelezése:

Megnevezés	Kábel	Max. szegmenshossz	Megjegyzés
1000Base-SX	fényvezető szál	550 m	Többmódusú fényvezető szál (50 vagy 62,5 mikron)
1000Base-LX	fényvezető szál	5000 m	Egy- vagy többmódusú fényvezető szál (50 vagy 62,5 mikron)
1000Base-CX	2 pár STP	25 m	Árnyékolt, sodrott érpár
1000Base-T	4 pár UTP	100 m	Szabványos 5-ös kategóriájú UTP

• 1000Base-T
• 1000Base-SX
• 1000Base-LX
• 1000Base-CX