разбираемся в технологиях передачи данных

 

Привет.

Хорошо, что вы зашли. Давайте вместе разберемся, что такое Ethernet. Ведь из всех технологий эта имеет сейчас наибольшее распространение. Возможно, и вы видите мой текст благодаря ей. В данной статье вы найдете основную информацию об Ethernet, включая разбор термина, принцип работы, виды и пр.

 

Знакомство с семейством

Ethernet представляет собой не одну, а целое семейство технологий, предназначенных для пакетной передачи данных по компьютерным сетям.

Суть заложена в названии: если разделить его на две части, получится ether — эфир и network — сеть.

Из-за созвучности наименований многие путают ethernet и internet. Чтобы вы не попали в число таких людей, объясню разницу. Вы уже знаете, что означает первый термин — это одна из многочисленных технологий; второй — вовсе таковой не является — это всемирная система, объединяющая компьютерные сети. Проще говоря, ethernet является одним из способов получения доступа к интернету.

 

В чем суть?

Изначально это было что-то вроде радио: один узел отправляет информацию, а все остальные ее принимают. Но на сегодняшний день используются коммутаторы, поэтому отправка данных осуществляется от одного узла до определенного адресата.

Для тех, кому интересна техническая сторона вопроса: представители данного семейства физически реализуется на канальном уровне модели OSI (базового варианта открытых систем), отвечающей за проводные соединения, формат кадров, электросигналы и протоколы управления доступом к среде. В основном, семейство технологий описано стандартами IEEE группы 802.3., разработанными для небольших вычислительных сетей (LAN) и сетей мегаполисов (MAN).

Впервые технология официально была опубликована в 1980-м году. Представляете, сколько лет она удерживает лидирующие позиции. Даже на начальном этапе она изжила своих влиятельных конкурентов Token ring и ARCNET.

 

Как данные попадают к адресатам?

Чтобы прояснить ситуацию в вашей голове после прочитанного выше, разберем, как на канальном уровне информация распространяется из единого эфира к получателям. Ее обмен выполняется между сетевыми модулями, соединенными с сетью физически.

В современном подключении традиционно одно устройство предполагает один интерфейс. Но бывают случаи, когда у компьютера их несколько, к примеру, если установить в него пару сетевых контроллеров, подключенных к сети.

Каждый модуль в радиусе одной сети обладает уникальным номером — 48-битным MAC-адресом. Его нельзя изменить, так как он устанавливается производителем оборудования при выпуске. Адрес прописывается в 16-ричном виде. Первые 3 байта в нем указывают на изготовителя, а выдает их организация IEEE. Последнюю тройку байтов производитель выдает сам. Именно благодаря этому уникальному номеру пакеты данных узнают своего адресата.

Кстати, передаются они не сплошным потоком, а в неких блоках — кадрах. Их формат зависит от надежности и скорости сети. На то, сколько по максимуму информации поместится в один блок, указывает параметр MTU (maximum transmission unit). Наибольшим числом для стандартов Ethernet является 1500 байт. Из существующих форматов самым популярным сейчас является Version 2.

 

Способ подключения

Подключение интернета по ethernet осуществляется так: от станции провайдера к вашему ПК, роутеру или модему подводится кабель, вставляется в специально отведенный для него разъем, и выполняется определенная настройка сетевой карты компа.

 

Что было изначально?

Раньше для этих целей использовался коаксиальный кабель, который определил принцип работы данной технологии. Он является разделяемой средой передачи, то есть одновременно может использоваться несколькими интерфейсами. При помощи одного лишь этого провода можно соединять 2 и более компьютеров. Но в тот или иной момент передачу данных способен осуществлять только один из них, иначе сигналы будут накладываться друг на друга.

 

Что стало теперь?

Сейчас для подключения используется витая пара, которая способна соединять только 2 узла и применяет разделенные среды для передачи данных в разных направлениях. Можно подключить и больше, если использовать дополнительное оборудование. Раньше в этих целях применялись концентраторы, предполагающие несколько портов. Но сейчас данные аппараты вытеснены коммутаторами, которые работают быстрее и надежнее.

 

Чем витая пара лучше своего предшественника?

• Демократичной ценой;
• Доступностью дуплексного режима, то есть узел может одновременно принимать и передавать данные;
• Более высокой надежностью: сеть организована по топологии «звезда», поэтому обрыв провода ведет лишь к сбою соединения между двумя узлами, а в ситуации с устаревшим вариантом — к повреждению сегментов сети из-за того, что она выстроена на топологии «общая шина» и нуждается в терминальных резисторах на концах кабеля;
• Тем, что дифференциальный сигнал обеспечивает устойчивость к помехам связи;
• Применением гальванической развязки трансформаторного вида устранило проблему частых поломок сетевых модулей по причине электрических пробоев при подключении через коаксиальный кабель.

Также сейчас применяется оптический кабель, который способен с высокой скоростью передавать информацию на большие расстояния без использования повторителей.

 

Виды Ethernet

Разновидностей технологии довольно много. Не вижу смысла перечислять каждую, потому что они мало чем отличаются с точки зрения обывателя. Выведу лишь основные группы:

• Первые поколения имели скорость 1-3 Мбит/с.
• Пропускная способность выросла до 10 Мбит/с. Группа насчитывает 9 видов технологий, которые можно различить преимущественно по используемому кабелю и типу подключения в целом.
• Категория «Быстрый Ethernet» получила такое название благодаря 10-кратному увеличению скорости. Включает в себя 7 видов, разница между которыми состоит в тех же критериях, что и в предыдущем варианте.
• Наименование группы «Гигабитный Ethernet» говорит само за себя. Тоже содержит 7 видов физической среды.
• Стандарты на 2,5 и 5 Гбит/с. Придуманы в 2014 году по той причине, что стали широко популярны Wi-Fi-роутеры, способные работать на скорости больше 1 гигабита, но длинные кабели 5-й и 6-й категории не позволяли использовать технологию на 10 Гбит.
• Сейчас категория 10-гигабитного Ethernet встречается часто. Она насчитывает 7 подвидов.
• 40- , 100-гигабитные и терабитные технологии пока не получили большого распространения.

Понимаю, что читать вам пришлось немало, причем технической информации. Но вы потратили время не зря, узнав много нового ;). Еще больше полезной информации вы найдете, если пройдетесь по страницам этого блога.

Желаю удачи!

 

 

Интернет и Ethernet 2020

Интернет против Ethernet

Мы все знаем Интернет. Поскольку вы читаете это, вы находитесь в Интернете и используете его. Другой подобный, но совершенно чуждый кому-то, термин Ethernet. Интернет и Ethernet — это две совершенно разные вещи, хотя их часто встречают вместе. По определению, Ethernet является термином, который используется для идентификации группы технологий, которые позволяют подключать компьютеры для передачи данных от одного к другому. С другой стороны, Интернет — это имя, используемое для обозначения глобальной взаимосвязи сетей и компьютеров, которые позволяют тем, кто подключен к быстрому обмену огромными объемами информации.

Поскольку компьютеры, находящиеся в Интернете, взаимосвязаны, они должны использовать стандарт для межсетевого соединения. Именно в этом и заключается Ethernet, и его совместимые стандарты являются основными технологиями, которые позволяют Интернет работать так, как он это делает.

Термин «Ethernet» также используется для обозначения сети компьютеров. Таким образом, есть тысячи сетей Ethernet по всему миру. Для сравнения, существует только один Интернет, поскольку его размер означает, что дублировать не представляется возможным. Сети Ethernet также управляются несколькими системными администраторами, которые также могут быть только одним человеком. Системный администратор имеет полный контроль над сетью. С Интернетом он слишком велик, чтобы быть под одной группой. Хотя есть агентства, которые обрабатывают определенные аспекты Интернета, они не имеют полного контроля над ним.

Еще одна ключевая проблема с сетями — безопасность. Сети Ethernet относительно безопасны, поскольку доступ к сети довольно ограничен; Существуют также ограничения для предотвращения несанкционированного доступа к сети. При подключении к Интернету вы должны принимать дополнительные меры предосторожности, так как вы можете подвергать себя рискам безопасности. Почти каждый может получить доступ к Интернету и запустить атаки или выпустить вредоносное ПО.

Резюме: 1. Ethernet — это коллективный термин для технологий, которые обеспечивают взаимосвязь компьютеров, в то время как Интернет — это имя, используемое для обозначения глобальной сети взаимосвязанных компьютеров 2. Ethernet и его совместимый стандарт делают Интернет возможным 3. У вас может быть несколько настроек Ethernet, но есть только один Интернет 4. Сети Ethernet, как правило, находятся под контролем нескольких человек, в то время как Интернет не 5. Использование Ethernet-сетей более безопасно, чем использование Интернета

Ethernet и internet разница — Вэб-шпаргалка для интернет предпринимателей!

Интернет против Ethernet

Мы все знаем Интернет. Поскольку вы читаете это, вы находитесь в Интернете и используете его. Другой подобный, но совершенно чуждый кому-то, термин Ethernet. Интернет и Ethernet — это две совершенно разные вещи, хотя их часто встречают вместе. По определению, Ethernet является термином, который используется для идентификации группы технологий, которые позволяют подключать компьютеры для передачи данных от одного к другому. С другой стороны, Интернет — это имя, используемое для обозначения глобальной взаимосвязи сетей и компьютеров, которые позволяют тем, кто подключен к быстрому обмену огромными объемами информации.

Поскольку компьютеры, находящиеся в Интернете, взаимосвязаны, они должны использовать стандарт для межсетевого соединения. Именно в этом и заключается Ethernet, и его совместимые стандарты являются основными технологиями, которые позволяют Интернет работать так, как он это делает.

Термин «Ethernet» также используется для обозначения сети компьютеров. Таким образом, есть тысячи сетей Ethernet по всему миру. Для сравнения, существует только один Интернет, поскольку его размер означает, что дублировать не представляется возможным. Сети Ethernet также управляются несколькими системными администраторами, которые также могут быть только одним человеком. Системный администратор имеет полный контроль над сетью. С Интернетом он слишком велик, чтобы быть под одной группой. Хотя есть агентства, которые обрабатывают определенные аспекты Интернета, они не имеют полного контроля над ним.

Еще одна ключевая проблема с сетями — безопасность. Сети Ethernet относительно безопасны, поскольку доступ к сети довольно ограничен; Существуют также ограничения для предотвращения несанкционированного доступа к сети. При подключении к Интернету вы должны принимать дополнительные меры предосторожности, так как вы можете подвергать себя рискам безопасности. Почти каждый может получить доступ к Интернету и запустить атаки или выпустить вредоносное ПО.

Резюме: 1. Ethernet — это коллективный термин для технологий, которые обеспечивают взаимосвязь компьютеров, в то время как Интернет — это имя, используемое для обозначения глобальной сети взаимосвязанных компьютеров 2. Ethernet и его совместимый стандарт делают Интернет возможным 3. У вас может быть несколько настроек Ethernet, но есть только один Интернет 4. Сети Ethernet, как правило, находятся под контролем нескольких человек, в то время как Интернет не 5. Использование Ethernet-сетей более безопасно, чем использование Интернета

Вряд ли Вы подключите кабель Ethernet к вашему смартфону. Но, как правило, стоит использовать кабели Ethernet для устройств, которые имеют такие разъёмы: игровые и мультимедийные ПК (или консоли), устройства резервного копирования и телеприставки – только некоторые примеры.

Чтобы помочь вам принять решение, мы рассмотрим три основных преимущества использования Ethernet вместо Wi-Fi – более высокие скорости, низкая задержка и надежное соединение.

Насколько быстрее Ethernet

Ethernet просто быстрее, чем Wi-Fi – пока это очевидный факт. Но различия в реальном мире меньше, чем вы думаете. За последние несколько лет Wi-Fi значительно ускорился благодаря новым стандартам, таким как 802.11ac и 802.11n, которые обеспечивают максимальную скорость 866,7 Мбит/с и 150 Мбит/с, соответственно. Несмотря на то, что это максимальная скорость для всех ваших беспроводных устройств при совместном использовании (и, вероятно, вы не получите этих скоростей в реальном мире), Wi-Fi стал достаточно хорошим, чтобы справляться с большинством наших повседневных задач.

С другой стороны, проводное Ethernet-соединение теоретически может предложить до 10 Гбит/с, если у вас есть кабель Cat6. Точная максимальная скорость вашего Ethernet-кабеля зависит от типа используемого кабеля Ethernet. Однако, даже кабель Cat5e поддерживает до 1 Гбит/с. И, в отличие от Wi-Fi, эта скорость последовательна.

Хотя вся эта скорость велика, нужно иметь в виду, что скорость вашего интернет-соединения является узким местом для деятельности, связанной с интернетом. Если скорость вашего интернета значительно ниже, чем у любого типа соединения, которое вы используете, увеличение скорости этого соединения не имеет большого значения.

Однако, Ethernet будет влиять на скорость между устройствами в вашей сети. Например, если вы хотите как можно быстрее передавать файлы между двумя компьютерами в доме, Ethernet будет быстрее Wi-Fi. Ваше интернет-соединение не участвует в этом, так что все зависит от максимальной скорости, которую может предоставить ваше сетевое оборудование.

Вот лишь несколько хороших примеров того, когда локальная скорость может быть важна:

• Если у вас есть несколько устройств, которые поддерживают резервное копирование на NAS, резервный сервер или общий жесткий диск, резервное копирование будет быстрее по Ethernet-соединению.
• Если у вас есть устройства, которые транслируют с медиа-сервера в вашей сети (например, Plex или Kodi), подключение к сети Ethernet даст вам значительный толчок к потоковому качеству.

Если вам интересно узнать о разнице в скорости передачи локального файла, попробуйте перенести большой файл между двумя компьютерами, пока они оба подключены к Ethernet, и когда оба подключены к Wi-Fi. Вы должны увидеть разницу в скорости.

Насколько дешевле Ethernet-предложение

Скорость и качество соединения связаны не только с пропускной способностью. Задержка также является большим фактором. В этом случае задержка представляет количество времени, которое требуется для трафика, чтобы перейти от устройства к месту назначения. Мы часто говорим о задержке как о «пинге» в сетевых и онлайн-играх.

Если Вам важно снизить задержку, насколько это возможно, например, если вы играете в онлайн-игры и требуется быстрая реакция, – вам лучше использовать проводное Ethernet-соединение.

С другой стороны, если вы просто смотрите потоковое видео, прослушиваете музыку или серфите в интернете, задержка не будет иметь большого значения для вас.

Вы можете протестировать задержку, запустив команду ping на своём терминале или в командной строке. Пропингуйте IP-адрес вашего маршрутизатора – при подключении через Wi-Fi и при подключении через Ethernet. Сравните результаты, чтобы узнать, какую задержку добавляет Wi-Fi.

В целом, Wi-Fi имеет немного большие задержки, когда сигналы перемещаются между устройством Wi-Fi и вашим беспроводным маршрутизатором. Благодаря проводному Ethernet-соединению задержки значительно снижаются.

Беспроводная связь и надежность подключения

Ethernet предлагает более надежное соединение, чем Wi-Fi. Всё просто.

Wi-Fi подвергается гораздо большему количеству помех, чем проводное соединение. Расположение вашего дома, объекты, блокирующие сигнал, помехи от электрических устройств или сети Wi-Fi соседей – все это способствует тому, что Wi-Fi – менее надежное подключение.

Это вмешательство может вызвать ряд проблем:

• Исчезающий сигнал: иногда Wi-Fi теряет сигнал и должен подключиться повторно. Это не может быть большой проблемой для ежедневного просмотра или даже потокового видео (которое буферизуется на локальном устройстве), потому что повторное подключение происходит быстро. Но если вы играете в онлайн-игры, это может вызвать раздражение.
• Более высокие задержки: увеличение помех может означать более высокую задержку, что может быть проблемой по всем причинам, изложенным в предыдущем разделе.
• Снижение скорости: больше помех также означает более низкое качество сигнала, что приводит к снижению скорости соединения.

Трудно количественно измерить помехи, потому что они имеют склонность к изменчивости, особенно если вы перемещаете устройство. Тем не менее, есть вещи, которые вы можете сделать, чтобы уменьшить беспроводные помехи и получить лучший сигнал Wi-Fi.

Когда имеет смысл использовать Ethernet

Мы не собираемся слишком сильно «принижать» Wi-Fi. Это довольно быстра, удобная и подходящая для большинства задач сеть. Во-первых, Wi-Fi необходим, если у вас есть мобильные устройства и просто не можете использовать Ethernet. Может, Вам слишком сложно провести кабель в нужное место. Или, может быть, ваш домовладелец не позволят вам прокладывать кабели так, как вы хотите.

Главная причина использовать Wi-Fi: удобство. Если устройству необходимо перемещаться или вы просто не хотите использовать кабель для него, Wi-Fi является правильным выбором.

С другой стороны, если у вас настольный ПК или сервер, который находится в одном месте, Ethernet может быть хорошим вариантом. Если вы хотите улучшить качество потоковой передачи (особенно если вы делаете это с медиа-сервера в своей сети) или регулярно играете в онлайн-игры, то Ethernet станет для вас лучшим выбором. Предполагая, что достаточно легко подключить устройства с помощью кабеля Ethernet, вы получите более устойчивое соединение.

В конце концов, Ethernet предлагает преимущества лучшей скорости, более низкой задержки и более надежных соединений. Wi-Fi предлагает преимущество удобства и достаточно хорош для большинства применений.

Хорошо, что вы зашли. Давайте вместе разберемся, что такое Ethernet. Ведь из всех технологий эта имеет сейчас наибольшее распространение. Возможно, и вы видите мой текст благодаря ей. В данной статье вы найдете основную информацию об Ethernet, включая разбор термина, принцип работы, виды и пр.

Знакомство с семейством

Ethernet представляет собой не одну, а целое семейство технологий, предназначенных для пакетной передачи данных по компьютерным сетям.

Суть заложена в названии: если разделить его на две части, получится ether — эфир и network — сеть.

Из-за созвучности наименований многие путают ethernet и internet. Чтобы вы не попали в число таких людей, объясню разницу. Вы уже знаете, что означает первый термин — это одна из многочисленных технологий; второй — вовсе таковой не является — это всемирная система, объединяющая компьютерные сети. Проще говоря, ethernet является одним из способов получения доступа к интернету.

В чем суть?

Изначально это было что-то вроде радио: один узел отправляет информацию, а все остальные ее принимают. Но на сегодняшний день используются коммутаторы, поэтому отправка данных осуществляется от одного узла до определенного адресата.

Для тех, кому интересна техническая сторона вопроса: представители данного семейства физически реализуется на канальном уровне модели OSI (базового варианта открытых систем), отвечающей за проводные соединения, формат кадров, электросигналы и протоколы управления доступом к среде. В основном, семейство технологий описано стандартами IEEE группы 802.3., разработанными для небольших вычислительных сетей (LAN) и сетей мегаполисов (MAN).

Впервые технология официально была опубликована в 1980-м году. Представляете, сколько лет она удерживает лидирующие позиции. Даже на начальном этапе она изжила своих влиятельных конкурентов Token ring и ARCNET.

Как данные попадают к адресатам?

Чтобы прояснить ситуацию в вашей голове после прочитанного выше, разберем, как на канальном уровне информация распространяется из единого эфира к получателям. Ее обмен выполняется между сетевыми модулями, соединенными с сетью физически.

В современном подключении традиционно одно устройство предполагает один интерфейс. Но бывают случаи, когда у компьютера их несколько, к примеру, если установить в него пару сетевых контроллеров, подключенных к сети.

Каждый модуль в радиусе одной сети обладает уникальным номером — 48-битным MAC-адресом. Его нельзя изменить, так как он устанавливается производителем оборудования при выпуске. Адрес прописывается в 16-ричном виде. Первые 3 байта в нем указывают на изготовителя, а выдает их организация IEEE. Последнюю тройку байтов производитель выдает сам. Именно благодаря этому уникальному номеру пакеты данных узнают своего адресата.

Кстати, передаются они не сплошным потоком, а в неких блоках — кадрах. Их формат зависит от надежности и скорости сети. На то, сколько по максимуму информации поместится в один блок, указывает параметр MTU (maximum transmission unit). Наибольшим числом для стандартов Ethernet является 1500 байт. Из существующих форматов самым популярным сейчас является Version 2.

Способ подключения

Подключение интернета по ethernet осуществляется так: от станции провайдера к вашему ПК, роутеру или модему подводится кабель, вставляется в специально отведенный для него разъем, и выполняется определенная настройка сетевой карты компа.

Что было изначально?

Раньше для этих целей использовался коаксиальный кабель, который определил принцип работы данной технологии. Он является разделяемой средой передачи, то есть одновременно может использоваться несколькими интерфейсами. При помощи одного лишь этого провода можно соединять 2 и более компьютеров. Но в тот или иной момент передачу данных способен осуществлять только один из них, иначе сигналы будут накладываться друг на друга.

Что стало теперь?

Сейчас для подключения используется витая пара, которая способна соединять только 2 узла и применяет разделенные среды для передачи данных в разных направлениях. Можно подключить и больше, если использовать дополнительное оборудование. Раньше в этих целях применялись концентраторы, предполагающие несколько портов. Но сейчас данные аппараты вытеснены коммутаторами, которые работают быстрее и надежнее.

Чем витая пара лучше своего предшественника?

• Демократичной ценой;
• Доступностью дуплексного режима, то есть узел может одновременно принимать и передавать данные;
• Более высокой надежностью: сеть организована по топологии «звезда», поэтому обрыв провода ведет лишь к сбою соединения между двумя узлами, а в ситуации с устаревшим вариантом — к повреждению сегментов сети из-за того, что она выстроена на топологии «общая шина» и нуждается в терминальных резисторах на концах кабеля;
• Тем, что дифференциальный сигнал обеспечивает устойчивость к помехам связи;
• Применением гальванической развязки трансформаторного вида устранило проблему частых поломок сетевых модулей по причине электрических пробоев при подключении через коаксиальный кабель.

Также сейчас применяется оптический кабель, который способен с высокой скоростью передавать информацию на большие расстояния без использования повторителей.

Виды Ethernet

Разновидностей технологии довольно много. Не вижу смысла перечислять каждую, потому что они мало чем отличаются с точки зрения обывателя. Выведу лишь основные группы:

• Первые поколения имели скорость 1-3 Мбит/с.
• Пропускная способность выросла до 10 Мбит/с. Группа насчитывает 9 видов технологий, которые можно различить преимущественно по используемому кабелю и типу подключения в целом.
• Категория «Быстрый Ethernet» получила такое название благодаря 10-кратному увеличению скорости. Включает в себя 7 видов, разница между которыми состоит в тех же критериях, что и в предыдущем варианте.
• Наименование группы «Гигабитный Ethernet» говорит само за себя. Тоже содержит 7 видов физической среды.
• Стандарты на 2,5 и 5 Гбит/с. Придуманы в 2014 году по той причине, что стали широко популярны Wi-Fi-роутеры, способные работать на скорости больше 1 гигабита, но длинные кабели 5-й и 6-й категории не позволяли использовать технологию на 10 Гбит.
• Сейчас категория 10-гигабитного Ethernet встречается часто. Она насчитывает 7 подвидов.
• 40- , 100-гигабитные и терабитные технологии пока не получили большого распространения.

Понимаю, что читать вам пришлось немало, причем технической информации. Но вы потратили время не зря, узнав много нового ;). Еще больше полезной информации вы найдете, если пройдетесь по страницам этого блога.

Рекомендуем к прочтению

В чем разница между типами Ethernet?

При выборе Ethernet-технологии, наилучшим образом подходящей для вашей промышленной системы, вам сначала нужно собрать некоторую базовую информацию, а именно:

• Сколько будет точек ввода-вывода?
• Какова должна быть скорость передачи данных?
• Какой диапазон контроля (количество устройств, контролирующих операции ввода/вывода)?
• Какой опыт или знания имеют люди, которые в последующем будут эксплуатировать данное электрооборудование?

Содержание:

Эта информация может помочь определить конкретный тип Ethernet, но это также может привести и к выбору нескольких типов Ethernet. «В конечном счете, это похоже на отправку писем», — говорит Erick Rudaitis, директор по маркетингу Parker Hannifin. «Можно отправить разными службами доставки, но письмо прибудет».

Во-первых, одно из существенных различий между Ethernet и промышленным Ethernet является мягкое и жесткое реальное время. «Система реального времени гарантирует, что все входы, выходы, а также вычисления обрабатываются в течение определенного временного ограничения, часто называемого предельным сроком (deadline)», — говорит Маттео Дариол, разработчик  Bosch Rexroth. «Жесткая система реального времени считает, что невыполнение задачи в предельный срок это сбой системы с последующей остановкой производственного процесса. С другой стороны, мягкая система реального времени допускает пропуски некоторых крайних сроков (дедлайнов), даже если это ухудшает качество продукции. Каждый раз, когда программа в программируемом логическом контроллере компилируется, он вычисляет, доступны ли необходимые ресурсы для выполнения всех операций, которые нам необходимо выполнить. Затем он предлагает решение для достижения дедлайна».

Сети должны знать, какие данные передаются и как часто. Это укажет пропускную способность и надежность нужной сети. Кроме того, он может изменить тип Ethernet, который будет использоваться. Например, Ethernet / IP и PROFINET RT предназначены только для систем мягкого реального времени.

Если говорить просто, то протоколы связи гарантируют, что информация будет передана к месту назначения. Пакеты данных могут быть разрушены в случае «столкновения» с другим сигналом, который пытается использовать этот же путь для передачи данных.  Имея информацию, которая не «сталкивается» с другими данными, обеспечивая при этом передачу первоочередной информации не прерывая передачу второстепенных данных, является огромной проблемой для большинства протоколов связи.

Существует три подхода к работе реального времени в полевых шинах:

• Стандартное программное обеспечение / стандартный Ethernet (S/S): на основе протокола управления передачей / Интернет-протокола (TCP / IP), который является основным языком или протоколом связи, используемым для уровней интернета и интрасети. Механизмы реального времени встроены в верхний уровень. Обратите внимание, что этот подход может иметь ограничения в производительности.
• Открытое программное обеспечение / стандартный Ethernet (O / S): можно следовать стандартам, но есть устройства, которые могут иметь свои особенности и не будут совместимы с другими. Стандарт в этой отрасли означает то же, что и в механических системах – разные запчасти не могут подойти к одному механизму. Open Software / Standard Ethernet (O / S) позволяет производителям соблюдать стандарты любыми удобными им способами, но главным условием является реализация совместимости с другими устройствами.
• Открытое программное обеспечение / модифицированный Ethernet (O / M): используя новый протокол и некоторое аппаратное обеспечение, этот подход позволяет использовать преимущества существующего Ethernet и гарантирует выполнение жесткого реального времени. Кроме того, программное обеспечение часто является с открытым исходным кодом.

Промышленные интернет вещей (IIoT) и все более автоматизированные производственные линии лишь увеличивают важность коммуникационных и сетевых протоколов.

В этой статье будут рассмотрены некоторые различия в промышленном Ethernet. На рынке существует около 30 типов таких систем, поэтому мы сосредоточимся на основных пяти, которые наиболее часто рекламируются по техническим аспектам, стоимости, стандартизации и стратегическим рыночным соображениям: PROFINET, Ethernet / IP, POWERLINK, EtherCAT и Sercos III.

Ниже приводится краткое описание этих пяти промышленных Ethernet вариантов, и какой подход, компания и функции связаны с каждым из них.

Ethernet/IP

Разработанный Rockwell Automation и Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), Ethernet / IP использует синхронный протокол Common Industrial Protocol (CIP). Он придерживается как стандарта синхронизации времени IEEE 1588, так и стандарта Ethernet-TCP / IP.

Ethernet / IP позволяет одной сети охватывать множество конечных точек и поддерживать связь между электроприводами. Он совместим со многими стандартными протоколами — Ethernet и Интернетом, но имеет ограниченные возможности в реальном времени. Несмотря на это, значения времени цикла и джиттеров достаточно низки для управления сервомоторами.  Производительность Ethernet / IP зависит от времени, а не от количества циклов. Таким образом, до тех пор, пока станции будут приняты командами к установленному сроку, это не будет ошибкой. Таким образом, пока команды будут приходить вовремя, ошибка не появится.

Чтобы показать, насколько запутанными могут быть протоколы связи, рассмотрим несколько вариантов реализации CIP. Когда CIP используется по сети контроллеров или CAN, он называется DeviceNet. Когда он реализован в выделенной сети, он называется ControlNet. Если он используется через Ethernet, он называется Ethernet / IP. Кроме того, Ethernet / IP может использовать TCP / IP и User Data Protocol/Internet Protocol (UDP/IP). Используя протокол CIP, Ethernet / IP также может использовать различные механизмы связи: циклический опрос, время, многоадресную рассылку, связь точка-точка и многое другое.

UDP / IP отклоняет проверку ошибок, что замедляет время цикла. Например, это не слишком большая проблема, если диагностика и данные конфигурации пропускают несколько пакетов данных. Однако если вы хотите гарантировать доставку приоритетных данных, вам не следует использовать UDP / IP в системах жесткого реального времени.

POWERLINK

Разработанный B & R Automation, но в настоящее время управляемый стандартной группой Ethernet POWERLINK, использует циклический метод синхронизации времени протокола и подход Open Software / Standard Ethernet.

По сути, POWERLINK использует мастер для управления временем сети, которое устанавливает, когда данные отправляются с каждого узла. Этот метод синхронизации времени IEEE 1588 позволяет сохранять высокоточное время в сети. Мастер накладывает временной интервал для отправки данных по механизму множественного доступа с контролем несущей / обнаружения конфликтов (CSMA / CD). CSMA / CD состоит из правил, которые определяют, как долго устройство должно ждать, если есть столкновение. Контроллер опрашивает накопители с выделенным периодом цикла.

Поскольку все устройства видны сразу, приоритетные данные могут быть отправлены первыми. В оставшееся время цикла отправляются любые общие данные. Кроме того, он использует мультиплексирование — несколько сигналов объединяются в один сигнал по совместно используемой среде. Это локальная вычислительная сеть (ЛВС), которая совместно использует пропускную способность всех передающих станций.

EtherCAT

Разработанный Beckhoff Automation, EtherCAT использует метод суммирования и метод Open Software / Modified Ethernet.

При использовании метода суммирования кадра все узлы отправляют одну телеграмму, которая перемещается от узла к узлу вдоль кольца, собирая ответ узлов по пути. Этот метод отличается тем, что телеграмма, которую также можно назвать фреймом, сегментируется и проходит через все узлы. Каждый узел читает данные, адресованные ему, и вставляет ответ на телеграмму (аппаратно). На подчиненном конце процесса используются специализированная интегральная схема (ASIC) или программируемая вентильная матрица (FPGA).

Этот подход может иметь дополнительные затраты. Хотя EtherCAT использует Open Software / Modified Ethernet, EtherCAT Technology Group можно назвать гибридом между ассоциацией и частным партнерством. Несмотря на это, EtherCAT обычно хорошо работает с другими производителями. Нужно просто быть уверенным в наличии поддерживаемых драйверов.

Sercos III

Управляемый Sercos International постоянно развивающийся и гибкий подход, использующий метод суммирования кадров и открытое программное обеспечение модифицированных локальных сетей.

Sercos III работает без концентраторов или коммутаторов, которые сокращают время цикла. Каждая станция имеет ASIC или FPGA. Это может работать лучше для топологии замкнутого кольца или линии (гирляндной цепи). Данные обрабатываются при прохождении через устройство с использованием различных типов телеграмм для разных типов связи. С полнодуплексной системой (две стороны могут общаться одновременно), цепочка срабатывает как кольцо. Кольцо обеспечивает избыточную передачу данных. Кроме того, два коммуникационных порта обеспечивают прямой кросс-трафик. Sercos III обрабатывает данные дважды за такт, а это означает, что устройства могут взаимодействовать друг с другом, не взаимодействуя с блоком «мастер».

PROFINET IRT

PROFINET IRT, разработанный Siemens и входящими в состав организации PROFIBUS, объединяет синхронизированные коммутаторы, которые управляют связью, а опрос обеспечивается с помощью подхода Open Software / Modified Ethernet. Интересно отметить, что PROFINET широко используется в Siemens и GE контроллерах и оборудовании, но практически ни одна компания, кроме упомянутых выше, не поддерживает этот стандарт.

Эволюция локальных сетей

В прошлом году ABB, Bosch Rexroth, B & R, Cisco, General Electric, KUKA, NI, Parker Hannifin, Schneider Electric, SEW-EURODRIVE и TTTech сотрудничали под эгидой Industrial Internet Consortium (IIC) и OPC Foundation (Object Linking and Embedding for Process Control), чтобы принять унифицированную архитектуру OPC через чувствительную ко времени сеть (OPC UA TSN). Группа компаний стремится сделать это единым стандартом для поддержки будущих поколений промышленных сетей.

Продолжение разработки стандартов будет иметь важное значение для развития Ethernet, особенно когда речь идет о безопасности. В игру вступает больше сетей безопасности. Компании теперь внедряют функции безопасности через Ethernet, по сравнению с отдельными системами.

Как и в большинстве случаев, при поиске решения с Ethernet вам необходимо задавать правильные вопросы. Важно знать время цикла, полосу пропускания и точность часов (если вы используете протокол, который их включает), чтобы убедиться, что сеть будет работать на скорости, необходимой для вашего приложения. Узнайте, какие типы архитектур и сетей используют другие компании, поскольку это напрямую влияет на совместимость оборудования.

Некоторые производители предлагают оборудование для пробных испытаний, а другие компании делают сторонние продукты, чтобы помочь подключить изделия, которые могут плохо работать вместе. Например, Anybus является сторонним решением, которое может связываться между любой промышленной шиной, промышленным Ethernet или беспроводной сетью. Это может помочь наладить нормальную связь между оборудованием, которое плохо работает в паре друг с другом, или преодолеть технический разрыв между старыми и новыми машинами.

Другими факторами, которые необходимо учитывать, являются стандартное, открытое или модифицированное программное обеспечение и Ethernet. В конечном счете, поговорите со своими ИТ-специалистами и постарайтесь прийти к взаимопониманию. Не понимание преимуществ построения сети, ее топологии — может привести к тому, что одна машина сможет отключить всю линию.

Кроме того, аппаратное обеспечение и лицензирование могут привести к тому, что вы инвестируете больше денег, чем ожидали, если не уточните у поставщика с самого начала возможности модернизации и обновления оборудования для вашего конкретного случая. Именно здесь наличие квалифицированного профессионала на вашей стороне может помочь вам избежать ситуации — «Почему я не могу просто нажать кнопку и заставить ее работать!»

Технология Ethernet. Обзор технологии. Разновидности Ethernet. Стандарты Ethernet.

Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий спектр экономически выгодных решений позволяет смело внедрять Ethernet на магистралях. По мнению экспертов, мировой рынок Ethernet операторского класса — скромной технологии офисных сетей, используемой сегодня в основных телекоммуникационных сетях, — переживает настоящий бум. Как бы широко ни распространился Ethernet, по мнению аналитиков, все еще впереди.

Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий спектр экономически выгодных решений позволяет смело внедрять Ethernet на магистралях.

Metro Ethernet строится по трехуровневой иерархической схеме и включает ядро, уровень агрегации и уровень доступа. Ядро сети строится на высокопроизводительных коммутаторах и обеспечивает высокоскоростную передачу трафика. Уровень агрегации также создается на коммутаторах и обеспечивает агрегацию подключений уровня доступа, реализацию сервисов и сбор статистики. В зависимости от масштаба сети ядро и уровень агрегации могут быть объединены. Каналы между коммутаторами могут строиться на основе различных высокоскоростных технологий, чаще всего Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet. При этом необходимо учитывать требования по восстановлению сети при сбое и структуру построения ядра. В ядре и на уровне агрегации обеспечивается резервирование компонентов коммутаторов, а также топологическое резервирование, что позволяет продолжать предоставление услуг при одиночных сбоях каналов и узлов. Существенного сокращения времени на восстановление можно добиться только за счет применения технологии канального уровня. Поддержка технологии EAPS — собственного протокола компании Extreme Networks, предназначеного для поддержки топологии, исключающей зацикливание трафика и ее перестроение в случае нарушений в кольцевых сетях Ethernet. Cети, использующие EAPS, обладают всеми положительным свойствами сетей SONET/SDH и Resilient Packet Ring (RPR) включая время восстановления топологии =50ms.

Уровень доступа строится по кольцевой или звездообразной схеме на коммутаторах Metro Ethernet для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также домашних и SOHO клиентов. На уровне доступа реализуется полный комплекс мер безопасности, обеспечивающих идентификацию и изоляцию клиентов, защиту инфраструктуры оператора.

Обзор технологии Ethernet

Ethernet (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать кабель витая пара и кабель оптический. Метод управления доступом — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полный дуплекс.

Формат кадра

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

Первоначальный Variant I (больше не применяется).
Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом интернет.

Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
В качестве дополнения, Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для идентификации VLAN к которой он адресован и IEEE 802.1p для указания приоритетности.
Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.

Разновидности Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

В этом разделе кратко описаны все официально существующие разновидности. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями — например, для увеличения расстояния между точками сети используется оптоволоконный кабель. Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.

Ранние модификации Ethernet

Xerox Ethernet — оригинальная технология, скорость 3Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.

0BROAD36 — широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.

1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

10 Мбит/с Ethernet

10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем, эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

FOIRL — (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1км.

10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с ethernet-стандартов использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.

Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet)

100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 200-250 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.

100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.

Гигабит Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.

1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.

1000Base-X — общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель, включает в себя 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 10 километров).

1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.

1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

10 Гигабит Ethernet

Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

10GBASE-SR — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).

10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.

10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.

 

 

 

 

 

Компьютерные сети от А до Я: технология Ethernet и коммутаторы

Расскажем, что такое технология Ethernet, затронем ее типы, виды, коммутаторы и особенности их работы в коммутируемом типе Ethernet.

Предыдущая статья

Ethernet – технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.

По скорости передачи данных существуют такие технологии:

1. Ethernet – 10 Мб/с
2. Fast Ethernet – 100 Мб/с
3. Gigabit Ethernet – 1 Гб/с
4. 10G Ethernet – 10 Гб/с

Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.

Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как «коллизия»).

 

Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием «коммутаторы» (switch).

Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.

Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных. Это:

• коаксиальный кабель
• витая пара
• оптоволокно

Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.

MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами будет работать только одно.

По типам MAC-адреса разделяются на:

• Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
• Групповые (для нескольких компьютеров).
• Широковещательные (для всех компьютеров сети).

Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).

Технология Ethernet и формат кадра:

Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.

Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:

Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Простейшая таблица коммутации:

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.

Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.

В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны «изучать» сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.

Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.

Физика Ethernet для самых маленьких / Habr

• Что такое домен коллизий?
• Сколько пар используется для Ethernet и почему?
• По каким парам идет прием, а по каким передача?
• Что ограничивает длину сегмента сети?
• Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень — прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10⁸ м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

• 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
• 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
• Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
• Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше — больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.