Ethernet

A verdrehtes Paar Kabel mit einem 8p8c Modularer Anschluss an a angeschlossen Laptop -Computer, verwendet für Ethernet
Symbol verwendet von Apfel Auf einigen Geräten, um eine Ethernet -Verbindung zu bezeichnen.

Ethernet (/ˈichθərnɛt/) ist eine Familie von Kabel Computernetzwerk Technologien, die üblicherweise verwendet werden in lokale Netzwerke (Lan), Metropolitan Area Networks (Mann und Weite Flächennetzwerke (Wan).[1] Es wurde 1980 kommerziell eingeführt und 1983 als erstes standardisiert als IEEE 802.3. Ethernet wurde seitdem verfeinert, um höher zu unterstützen Bitraten, eine größere Anzahl von Knoten und längere Verbindungsentfernungen, behält aber viel bei Rückwärtskompatibilität. Im Laufe der Zeit hat Ethernet weitgehend konkurrierende kabelgebundene LAN -Technologien ersetzt, wie z. Token-Ring, FDDI und Arcnet.

Das Original 10Base5 Ethernet verwendet Koaxialkabel Als ein gemeinsames Medium, während die neueren Ethernet -Varianten Verwenden Sie verdrehtes Paar und Glasfaser Links in Verbindung mit Schalter. Im Verlauf seiner Geschichte wurden die Ethernet -Datenübertragungsraten gegenüber dem Original erhöht 2.94Mbit/s[2] zu den neuesten 400 Gbit/smit Raten bis zu 1.6Tbit/s in Entwicklung. Die Ethernet -Standards umfassen mehrere Kabel- und Signalvarianten des Osi physische Schicht.

Systeme, die über Ethernet kommunizieren, teilen einen Datenstrom in kürzere Stücke auf, die genannt werden Rahmen. Jeder Frame enthält Quell- und Zieladressen, und Fehlerprüfungsdaten so dass beschädigte Frames erkannt und verworfen werden können; Meistens auslösen Protokolle mit höheren Schichten Übertragung von verlorenen Rahmen. Per the OSI -Modell, Ethernet bietet Dienste bis hin zu und einschließlich der Datenübertragungsebene.[3] Der 48-Bit MAC-Adresse wurde von anderen übernommen IEEE 802 Netzwerkstandards, einschließlich IEEE 802.11 (W-lan) sowie durch FDDI. Ethertype Werte werden auch in verwendet Subnetzzugriffsprotokoll (Schnapp-) Header.

Ethernet wird in Häusern und Industrie häufig eingesetzt und ist gut mit drahtlosen Wi-Fi-Technologien. Das Internetprotokoll wird üblicherweise über Ethernet übertragen und wird daher als eine der Schlüsseltechnologien angesehen, aus denen sich die ausmachen Internet.

Geschichte

Accton EtherPocket-sp Parallele Port Ethernet -Adapter (ca. 1990). Unterstützt beide koaxial (10Base2) und verdrehtes Paar (10BASE-T) Kabel. Macht wird aus a gezeichnet PS/2 Port Durchgangskabel.

Ethernet wurde bei entwickelt bei Xerox Parc Zwischen 1973 und 1974.[4][5] Es wurde inspiriert von Alohanet, die Robert Metcalfe hatte als Teil seiner Doktorarbeit studiert.[6] Die Idee wurde zuerst in einem Memo dokumentiert, das Metcalfe am 22. Mai 1973 schrieb, wo er es nach dem benannte Luminiferous Äther Einmal postuliert, um als "allgegenwärtiges, komplettes Medium für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen" zu existieren.[4][7][8] 1975,, Xerox Eingereichte Patentanmeldung, die Metcalfe auflistete, David Boggs, Häuten Thacker, und Butler Lampson als Erfinder.[9] 1976 veröffentlichten Metcalfe und Boggs, nachdem das System bei PARC eingesetzt wurde, ein wegweisendes Papier.[10][a] Yogen Dalal,[12] Ron Crane, Bob Garner und Roy Ogus erleichterten das Upgrade des ursprünglichen 2,94 -Mbit/S -Protokolls auf das 10 -Mbit/S -Protokoll, das 1980 auf dem Markt veröffentlicht wurde.[13]

Metcalfe verließ Xerox im Juni 1979, um sich zu formen 3com.[4][14] Er überzeugte Digital Equipment Corporation (Dez),, Intelund Xerox arbeiten zusammen, um Ethernet als Standard zu fördern. Im Rahmen dieses Prozesses stimmte Xerox zu, ihre „Ethernet“ -Marke aufzugeben.[15] Der erste Standard wurde am 30. September 1980 als "The Ethernet, ein lokales Netzwerk. Datenverbindungsschicht und physikalische Schichtspezifikationen" veröffentlicht. Dieser sogenannte Dix-Standard (Digital Intel Xerox)[16] angegeben 10 Mbit/S-Ethernet, mit 48-Bit-Ziel- und Quelladressen und einem globalen 16-Bit Ethertype-Typfeld.[17] Version 2 wurde im November 1982 veröffentlicht[18] und definiert das, was bekannt geworden ist als Ethernet II. Formell Standardisierungsbemühungen gleichzeitig fortgesetzt und führte zur Veröffentlichung von IEEE 802.3 am 23. Juni 1983.[19]

Ethernet konkurrierte zunächst mit Token-Ring und andere Proprietäre Protokolle. Ethernet konnte sich an den Marktbedarf anpassen und mit 10Base2 auf kostengünstiges dünnes Koaxialkabel und ab 1990 auf das jetzt übereinstimmende Umfang verlagert verdrehtes Paar mit 10base-t. Bis Ende der 1980er Jahre war Ethernet eindeutig die dominierende Netzwerktechnologie.[4] Dabei wurde 3com ein großes Unternehmen. 3COM hat seine ersten 10 Mbit/S -Ethernet 3C100 verschickt Nic im März 1981 und in diesem Jahr begann der Verkauf von Adaptern für PDP-11s und Vaxes, ebenso gut wie Multibus-Basierend Intel und Sun Microsystems Computers.[20]: 9 Es folgten schnell von Dezembers Unibus an Ethernet -Adapter, das DEC intern verkaufte und intern ein eigenes Unternehmensnetzwerk errichtete, das bis 1986 über 10.000 Knoten erreichte, wodurch es zu dieser Zeit zu einem der größten Computernetzwerke der Welt war.[21] Eine Ethernet -Adapterkarte für den IBM PC wurde 1982 veröffentlicht, und 1985 hatte 3Com 100.000 verkauft.[14] In den 1980er Jahren ist IBM eigene PC -Netzwerk Das Produkt konkurrierte mit Ethernet um den PC, und in den 1980er Jahren war LAN -Hardware im Allgemeinen bei PCs nicht üblich. Mitte bis Ende der 1980er Jahre wurde PC -Netzwerke in Büros und Schulen für Drucker- und Fileserver -Teilen jedoch beliebt, und unter den vielen unterschiedlichen konkurrierenden LAN -Technologien dieses Jahrzehnts war Ethernet einer der beliebtesten. Parallele Port Ethernet -Adapter wurden für eine Zeit mit Treibern für DOS und Windows hergestellt. In den frühen neunziger Jahren wurde Ethernet so weit verbreitet, dass Ethernet -Ports auf einigen PCs und den meisten auftraten Arbeitsstationen. Dieser Prozess war stark mit der Einführung von 10Base-T und seinem relativ kleinen Modularer AnschlussZu diesem Zeitpunkt erschienen Ethernet-Ports sogar bei Low-End-Motherboards.

Seitdem hat sich die Ethernet -Technologie entwickelt, um neue Bandbreiten- und Marktanforderungen zu erfüllen.[22] Zusätzlich zu Computern wird Ethernet jetzt verwendet, um Geräte und andere miteinander zu verbinden persönliche Geräte.[4] Wie Industrie -Ethernet Es wird in industriellen Anwendungen verwendet und ersetzt schnell Legacy -Datenübertragungssysteme in den weltweiten Telekommunikationsnetzwerken.[23] Bis 2010 belief sich der Markt für Ethernet -Geräte auf über 16 Milliarden US -Dollar pro Jahr.[24]

Standardisierung

Ein Intel 82574L Gigabit Ethernet Nic, PCI Express × 1 -Karte

Im Februar 1980 die Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) startete das Projekt 802 So standardisieren Sie lokale Netzwerke (LAN).[14][25] Die "Dix-Gruppe" mit Gary Robinson (Dec), Phil Arst (Intel) und Bob Printis (Xerox) reichten das sogenannte "Blue Book" ein CSMA/CD Spezifikation als Kandidat für die LAN -Spezifikation.[17] Zusätzlich zu CSMA/CD, Token -Ring (unterstützt von IBM) und Token -Bus (ausgewählt und daher von nun an unterstützt von General Motors) wurden auch als Kandidaten für einen LAN -Standard angesehen. Konkurrierende Vorschläge und ein breites Interesse an der Initiative führten zu einer starken Meinungsverschiedenheit darüber, welche Technologie standardisiert werden sollte. Im Dezember 1980 wurde die Gruppe in drei Untergruppen aufgeteilt, und die Standardisierung wurde für jeden Vorschlag separat fortgesetzt.[14]

Verzögerungen im Standardprozess gefährden die Markteinführung der Markt Xerox Star Workstation und 3Coms Ethernet LAN -Produkte. Unter Berücksichtigung solcher geschäftlichen Implikationen, David Liddle (General Manager, Xerox Office Systems) und Metcalfe (3COM) unterstützten einen Vorschlag von Fritz Röscheisen (Siemens Private Netzwerke) für eine Allianz auf dem Markt für aufstrebende Bürokommunikation, einschließlich der Unterstützung von Siemens für die internationale Standardisierung von Ethernet (10. April 1981). Ingrid Fromm, Vertreter von Siemens bei IEEE 802, erlangte Ethernet durch die Einrichtung einer konkurrierenden "lokalen Netzwerke" innerhalb der europäischen Standards Body ECMA TC24 schnell eine breitere Unterstützung von Ethernet über IEEE. Im März 1982 erzielte ECMA TC24 mit seinen Unternehmensmitgliedern eine Vereinbarung über einen Standard für CSMA/CD, das auf dem IEEE 802 -Entwurf basiert.[20]: 8 Da der Dix -Vorschlag am technischsten und aufgrund der schnellen Maßnahmen von ECMA, die entscheidend zur Vermittlung von Meinungen innerhalb von IEEE beigetragen hat, wurde der IEEE 802.3 CSMA/CD -Standard im Dezember 1982 genehmigt.[14] IEEE veröffentlichte 1983 den 802.3 Standard als Entwurf und 1985 als Standard.[26]

Die Genehmigung von Ethernet auf internationaler Ebene wurde durch ein ähnliches Cross-Partisan Aktion mit fromm als der Verbindungsoffizier Arbeiten zur Integration in Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) Technischer Ausschuss 83 und Internationale Standardisierungsorganisation (ISO) Technischer Ausschuss 97 Sub Committee 6. Der ISO 8802-3-Standard wurde 1989 veröffentlicht.[27]

Evolution

Ethernet hat sich zu einer höheren Bandbreite entwickelt, die verbessert wurde Mittelzugangskontrolle Methoden und verschiedene physische Medien. Das Koaxialkabel wurde durch Punkt-zu-Punkt-Links ersetzt, die von verbunden sind von Ethernet -Repeater oder Schalter.[28]

Ethernet -Stationen kommunizieren, indem sie sich gegenseitig senden Datenpakete: Datenblöcke einzeln gesendet und geliefert. Wie bei anderen IEEE 802 LANS werden Adapter mit global einzigartigem 48-Bit programmiert MAC-Adresse so dass jede Ethernet -Station eine eindeutige Adresse hat.[b] Die MAC -Adressen werden verwendet, um sowohl das Ziel als auch die Quelle jedes Datenpakets anzugeben. Ethernet stellt Verbindungen auf Link-Ebene her, die sowohl mit den Ziel- als auch mit den Quelladressen definiert werden können. Bei der Empfang einer Übertragung verwendet der Empfänger die Zieladresse, um festzustellen, ob die Übertragung für die Station relevant ist oder ignoriert werden sollte. Eine Netzwerkschnittstelle akzeptiert normalerweise keine Pakete, die an andere Ethernet -Stationen gerichtet sind.[c][d]

Ein EtherType -Feld in jedem Frame wird vom Betriebssystem auf der Empfangsstation verwendet, um das entsprechende Protokollmodul auszuwählen (z. B. und und ein Internetprotokoll Version wie IPv4). Ethernet -Rahmen sollen sein sich selbst identifizieren, wegen des Ethertype -Feldes. Selbst identifizierende Frames ermöglichen es, mehrere Protokolle im selben physischen Netzwerk zu verbessern und einem einzelnen Computer mehrere Protokolle miteinander zu verwenden.[29] Trotz der Entwicklung der Ethernet -Technologie verwenden alle Generationen von Ethernet (ohne frühe experimentelle Versionen) dieselben Frame -Formate.[30] Mischgeschwindigkeitsnetzwerke können mit Ethernet-Switches und Repeatern erstellt werden, die die gewünschten Ethernet-Varianten unterstützen.[31]

Aufgrund der Allgegenwart von Ethernet und den ständig dankrankten Kosten der Hardware, die für die Unterstützung erforderlich sind PC -MotherboardsBeseitigung der Notwendigkeit einer separaten Netzwerkkarte.[32]

Gemeinsames Medium

Ältere Ethernet -Geräte. Im Uhrzeigersinn von oberen links: ein Ethernet-Transceiver mit einer Inline 10Base2 Adapter, ein ähnlicher Modelltransceiver mit a 10Base5 Adapter, an Aui Kabel, ein anderer Transceiverstil mit 10Base2 BNC T-Connector, zwei 10Base5-Endbeschläge (N Anschlüsse), ein orangefarbenes "Vampire Tap" -Anstallationswerkzeug (das an einem Ende ein spezialisiertes Bohrer und einen Sockelschlüssel am anderen ist) und ein frühes Modell 10Base5 Transceiver (H4000), das bis Dezember hergestellt wurde. Die kurze Länge des gelben 10Base5 -Kabels hat ein Ende mit einem N -Anschluss und das andere Ende, das für eine N -Steckerschale installiert ist. Das halbschwarze, halbgraue rechteckige Objekt, durch das das Kabel übergeht, ist ein installierter Vampirhahn.

Ethernet basierte ursprünglich auf der Idee, dass Computer über ein gemeinsames Koaxialkabel, das als Rundfunkübertragungsmedium fungiert, kommuniziert. Die verwendete Methode ähnelte denen in Funksystemen, die verwendet wurden.[e] mit dem gemeinsamen Kabel, das den Kommunikationskanal liefert, der mit dem verglichen wird Luminiferous Äther In der Physik des 19. Jahrhunderts, und aus dieser Referenz wurde der Name "Ethernet" abgeleitet.[33]

Das gemeinsame Koaxialkabel von Original Ethernet (das gemeinsame Medium) durchquerte ein Gebäude oder einen Campus zu jeder angeschlossenen Maschine. Ein Schema bekannt als als Carrier-Sense-Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung (CSMA/CD) legte die Art und Weise, wie die Computer den Kanal teilten. Dieses Schema war einfacher als konkurrierender Token -Ring oder Token -Bus Technologien.[f] Computer sind mit einem verbunden Anhangeinheitschnittstelle (AUI) Transceiver, was wiederum mit dem Kabel verbunden ist (mit dünnes Ethernet Der Transceiver ist normalerweise in den Netzwerkadapter integriert). Während ein einfacher passiver Draht für kleine Netzwerke sehr zuverlässig ist, ist er für große erweiterte Netzwerke nicht zuverlässig, wobei die Schädigung des Kabels an einem einzigen Ort oder einem einzelnen schlechten Anschluss das gesamte Ethernet -Segment unbrauchbar machen kann.[g]

In der ersten Hälfte der 1980er Jahre ist Ethernet's 10Base5 Die Implementierung verwendete ein Koaxialkabel mit einem Durchmesser von 9,5 mm (0,375 Zoll), später genannt dickes Ethernet oder Dicket. Sein Nachfolger, 10Base2, genannt dünnes Ethernet oder Dünnnetbenutzte die RG-58 Koaxialkabel. Der Schwerpunkt lag darauf, die Installation des Kabels einfacher und kostengünstiger zu machen.[34]: 57

Da die gesamte Kommunikation auf demselben Kabel stattfindet, werden alle von einem Computer gesendeten Informationen von allen empfangen, auch wenn diese Informationen für nur ein Ziel bestimmt sind.[h] Die Netzwerkschnittstellenkarte unterbricht die Zentralprozessor Nur wenn zutreffende Pakete empfangen: Die Karte ignoriert Informationen, die nicht darauf hingewiesen wurden.[c] Die Verwendung eines einzelnen Kabels bedeutet auch, dass die Datenbandbreite gemeinsam genutzt wird, so dass beispielsweise die verfügbare Datenbandbreite für jedes Gerät halbiert wird, wenn zwei Stationen gleichzeitig aktiv sind.[35]

Eine Kollision tritt auf, wenn zwei Stationen gleichzeitig versuchen, gleichzeitig zu übertragen. Sie beschädigen übertragene Daten und verlangen von Stationen, um neu zu übertragen. Die verlorenen Daten und die erneute Übertragung reduzieren den Durchsatz. Im schlimmsten Fall können übermäßige Kollisionen im schlimmsten Fall, in dem mehrere aktive Hosts mit maximal zulässiger Kabellänge versuchen, viele kurze Rahmen zu übertragen, den Durchsatz dramatisch verringern. Allerdings a Xerox Der Bericht im Jahr 1980 untersuchte die Leistung einer vorhandenen Ethernet -Installation sowohl unter normaler als auch künstlich erzeugter schwerer Belastung. Der Bericht behauptete, dass ein Durchsatz von 98% für die LAN beobachtet wurde.[36] Dies steht im Gegensatz zu Token vorbei LANS (Token -Ring, Token -Bus), die alle durch den Durchsatzverschlechterung leiden, wenn jeder neue Knoten aufgrund von Token -Warten in die LAN kommt. Dieser Bericht war umstritten, als die Modellierung zeigte, dass kollisionsbasierte Netzwerke theoretisch unter Lasten von nur 37% der Nominalkapazität instabil wurden. Viele frühe Forscher konnten diese Ergebnisse nicht verstehen. Die Leistung in realen Netzwerken ist erheblich besser.[37]

In einem modernen Ethernet teilen sich die Stationen nicht alle einen Kanal über ein gemeinsames Kabel oder ein einfaches Repeater Hub; Stattdessen kommuniziert jede Station mit einem Switch, was wiederum diesen Verkehr zum Zielstation vorsieht. In dieser Topologie sind Kollisionen nur möglich, wenn der Station und der Schalter gleichzeitig versuchen, miteinander zu kommunizieren, und Kollisionen sind auf diesen Link beschränkt. Außerdem die 10BASE-T Standard eingeführt a Vollduplex Betriebsart, die bei gemeinsam wurden mit Schnelles Ethernet und der de facto Standard mit Gigabit Ethernet. In vollem Duplex können Switch und Station gleichzeitig senden und empfangen, und daher sind moderne Äthennen vollständig kollisionsfrei.

Repeater und Hubs

Eine 1990er Jahre IST EIN Netzwerkkarte Unterstützung beider Koaxialkabel 10Base2 (BNC -Anschluss, links) und verdrehte Pairbasis 10BASE-T (8p8c Stecker, rechts)

Aus Gründen der Signalverschlechterung und des Zeitpunkts koaxial Ethernet -Segmente eine eingeschränkte Größe haben.[38] Etwas größere Netzwerke können mit einem gebaut werden Ethernet Repeater. Frühe Repeater hatten nur zwei Ports, die höchstens eine Verdoppelung der Netzwerkgröße ermöglichten. Sobald die Wiederholungen mit mehr als zwei Ports verfügbar wurden, war es möglich, das Netzwerk in a zu verkabeln Sterntopologie. Frühe Experimente mit Sternentopologien (genannt Glasfaser) Verwenden Glasfaser wurden von 1978 veröffentlicht.[39]

Shared Cable Ethernet ist immer schwer in Büros zu installieren, da seine Bus -Topologie im Konflikt mit den Stern -Topologie -Kabelplänen in Gebäuden für die Telefonie steht. Das Ändern von Ethernet, um sich der bereits in gewerblichen Gebäuden installierten Twisted-Pair-Verkabelung anzupassen, bot eine weitere Möglichkeit, die Kosten zu senken, die installierte Basis zu erweitern und das Design des Gebäudes zu nutzen. Mitte der 1980er Jahre war Twisted-Pair-Ethernet die nächste logische Entwicklung.

Ethernet auf ungeschützten Twisted-Pair-Kabeln (UTP) begann mit Starlan bei 1 Mbit/s Mitte der 1980er Jahre. 1987 Synoptik stellte das erste Twisted-Pair-Ethernet mit 10 Mbit/s in einer Sternenverdrahtungstopologie mit einem zentralen Hub ein, das später genannt wird Lattisnet.[14][33]: 29[40] Diese entwickelten sich zu 10Base-T, das nur für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ausgelegt war, und die gesamte Beendigung wurde in das Gerät eingebaut. Dies änderte das Repeater von einem spezialisierten Gerät, das in der Mitte großer Netzwerke verwendet wird, zu einem Gerät, das jedes verdrehte Paar-basierte Netzwerk mit mehr als zwei Maschinen verwenden musste. Die Baumstruktur, die daraus resultierte, machte Ethernet -Netzwerke einfacher zu pflegen, indem verhindern, dass die meisten Fehler bei einem Peer oder seinem zugehörigen Kabel andere Geräte im Netzwerk beeinflussen.

Trotz der physischen Sterntopologie und des Vorhandenseins separater Sende- und Empfangskanäle im verdrehten Paar und den Fasermedien verwenden Repeater-basierte Ethernet-Netzwerke immer noch Halbduplex- und CSMA/CD, wobei nur die Repeater nur minimale Aktivitäten, hauptsächlich der Erzeugung der Marmeladensignal im Umgang mit Paketkollisionen. Jedes Paket wird an jeden anderen Port des Repeaters gesendet, sodass keine Bandbreite und Sicherheitsprobleme angegangen werden. Der Gesamtdurchsatz des Repeaters ist auf den eines einzelnen Links beschränkt, und alle Links müssen mit der gleichen Geschwindigkeit funktionieren.[33]: 278

Überbrückung und Wechsel

Patchkabel mit Patchfelder von zwei Ethernet -Switches

Während Repeater einige Aspekte von isolieren können Ethernet -Segmente, wie beispielsweise Kabelbrüche, leiten sie immer noch den gesamten Datenverkehr an alle Ethernet -Geräte weiter. Das gesamte Netzwerk ist eins Kollisionsdomäneund alle Hosts müssen in der Lage sein, Kollisionen überall im Netzwerk zu erkennen. Dies begrenzt die Anzahl der Repeater zwischen den am weitesten verbreiteten Knoten und schafft praktische Grenzen, wie viele Maschinen in einem Ethernet -Netzwerk kommunizieren können. Segmente, die von Repeatern verbunden sind, müssen alle mit der gleichen Geschwindigkeit funktionieren, wodurch die Upgrades unmöglich machen.

Um diese Probleme zu lindern, wurde die Überbrückung erstellt, um an der Datenverbindungsschicht zu kommunizieren und gleichzeitig die physische Schicht zu isolieren. Bei Überbrückung werden nur gut geformte Ethernet-Pakete von einem Ethernet-Segment zum anderen weitergeleitet. Kollisionen und Paketfehler sind isoliert. Beim ersten Start -up funktionieren Ethernet -Brücken etwas wie Ethernet -Repeater und übergeben alle Datenverkehr zwischen den Segmenten. Durch die Beobachtung der Quelladressen eingehender Frames erstellt die Brücke dann eine Adresstabelle, die Adressen zu Segmenten assoziiert. Sobald eine Adresse gelernt ist, wird der Brückenverkehr für diese Adresse nur zum zugehörigen Segment vorgestellt, wodurch die Gesamtleistung verbessert wird. Übertragung Der Verkehr wird immer noch an alle Netzwerksegmente weitergeleitet. Brücken überwinden auch die Grenzen der Gesamtsegmente zwischen zwei Hosts und ermöglichen das Mischen von Geschwindigkeiten, die beide für die inkrementelle Bereitstellung schnellerer Ethernet -Varianten von entscheidender Bedeutung sind.

1989,, Motorola Codex stellte ihre 6310 Etherspan ein, und Kalpana stellte ihren Etherschitch vor; Dies waren Beispiele für die ersten kommerziellen Ethernet -Switches.[ich] Frühe Schalter wie diese verwendeten Durchgangsumschaltung wobei nur der Header des eingehenden Pakets untersucht wird, bevor es entweder fallen oder an ein anderes Segment weitergeleitet wird.[41] Dies reduziert die Weiterleitungslatenz. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass sie nicht ohne weiteres eine Mischung aus verschiedenen Verbindungsgeschwindigkeiten zulässt. Eine andere ist, dass Pakete, die beschädigt wurden, immer noch über das Netzwerk propagiert werden. Das eventuelle Mittel dafür war eine Rückkehr zum Original Geschäft und vorwärts Annäherung der Überbrückung, wo das Paket in seiner Gesamtheit in einen Puffer auf dem Schalter gelesen wird Frame -Check -Sequenz verifiziert und erst dann wird das Paket weitergeleitet.[41] In modernen Netzwerkgeräten wird dieser Prozess normalerweise verwendet Anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise Ermöglichen, Pakete weiterzuleiten Drahtgeschwindigkeit.

Wenn ein verdrehtes Paar oder ein Faserverbindungssegment verwendet wird und kein Ende mit einem Repeater verbunden ist, ist es nicht mit einem Repeater verbunden Vollduplex Ethernet wird über dieses Segment möglich. Im Full-Duplex-Modus können beide Geräte gleichzeitig übertragen und voneinander empfangen, und es gibt keine Kollisionsdomäne.[42] Dies verdoppelt die aggregierte Bandbreite des Links und wird manchmal als doppelt so hoch wie die Verbindungsgeschwindigkeit (z. B. 200 Mbit/s für Fast Ethernet).[j] Die Beseitigung der Kollisionsdomäne für diese Verbindungen bedeutet auch, dass die Bandbreite des Links von den beiden Geräten auf diesem Segment verwendet werden kann und dass die Segmentlänge nicht durch die Einschränkungen der Kollisionserkennung begrenzt wird.

Da Pakete in der Regel nur an den Port geliefert werden, für den sie bestimmt sind, ist der Datenverkehr auf einem geschalteten Ethernet weniger öffentlich als bei Shared-Medium-Ethernet. Trotzdem sollte Switched Ethernet weiterhin als unsichere Netzwerk -Technologie angesehen werden ARP -Spoofing und MAC -Überschwemmung.[43]

Die Bandbreitenvorteile, die verbesserte Isolierung von Geräten voneinander, die Fähigkeit, unterschiedliche Gerätegeschwindigkeiten leicht zu mischen, und die Beseitigung der Kettungsgrenzen, die nicht angewackiertem Ethernet inhärent sind, haben das Switch-Ethernet zur dominierenden Netzwerk-Technologie gemacht.[44]

Fortgeschrittenes Netzwerk

Ein Kern -Ethernet -Switch

Einfache geschaltete Ethernet-Netzwerke, während eine große Verbesserung gegenüber Repeater-basierten Ethernet unter einzelnen Ausfallpunkten leidet, Angriffe, die Schalter oder Hosts zum Senden von Daten an eine Maschine, auch wenn dies nicht dafür beabsichtigt ist, Skalierbarkeit und Sicherheitsprobleme in Bezug auf das Senden Schleifen wechseln, Rundfunkstrahlung, und Multicast Verkehr.

Erweiterte Netzwerkfunktionen in Switches verwenden Kürzeste Pfadüberbrückung (SPB) oder die Spanning-Tree-Protokoll (STP) ein schleifenfreies, veraltetes Netzwerk aufrechtzuerhalten, das physische Schleifen für Redundanz (STP) oder Lastausgleich (SPB) ermöglicht. Das kürzeste Pfadüberbrückung umfasst die Verwendung der Link-State-Routing-Protokoll Is-is Um größere Netzwerke mit kürzesten Pfadrouten zwischen Geräten zu ermöglichen.

Erweiterte Networking -Funktionen gewährleisten auch die Sicherheit von Ports und bieten Schutzfunktionen wie die Mac Lockdown[45] und Broadcast -Strahlungsfilterung, verwenden Vlans Um verschiedene Klassen von Benutzern getrennt zu halten, während Sie dieselbe physische Infrastruktur verwenden, verwenden Sie Mehrschichtwechsel zwischen verschiedenen Klassen zu leiten und zu verwenden Linkaggregation Überladene Links auf Bandbreite hinzufügen und eine Entlastung bereitstellen.

Im Jahr 2016 ersetzte Ethernet Infiniband als die beliebteste Systemverbindung von Top500 Supercomputer.[46]

Sorten

Die physische Ethernet-Schicht hat sich über eine beträchtliche Zeitspanne entwickelt und umfasst koaxiale, verdrehte Paar- und faseroptische physische Medienschnittstellen mit Geschwindigkeiten von 1 mbit/s zu 400 Gbit/s.[47] Die erste Einführung von Twisted-Pair CSMA/CD war Starlan, standardisiert als 802.3 1Base5.[48] Während 1Base5 wenig Marktdurchdringung hatte, definierte es den physischen Apparat (Draht, Stecker/Buchse, Pin-out und Kabelplan), der über 10Base-T über 10 GBASE-T übertragen würde.

Die häufigsten verwendeten Formen sind 10BASE-T, 100BASE-TX und 1000BASE-T. Alle drei verwenden Twisted-Pair-Kabel und 8p8c Modulare Anschlüsse. Sie rennen an 10 mbit/s, 100 mbit/s, und 1 gbit/s, beziehungsweise.[49][50][51]

Glasfaser Varianten von Ethernet (die üblicherweise verwenden SFP -Module) sind auch in größeren Netzwerken sehr beliebt und bieten eine hohe Leistung, eine bessere elektrische Isolation und längere Entfernung (zehn Kilometer mit einigen Versionen). Im Allgemeinen Netzwerk Protokollstapel Software funktioniert ähnlich für alle Sorten.[52]

Rahmenstruktur

Eine Nahaufnahme des SMSC LAN91C110 (SMSC 91X) -Schips, ein eingebetteter Ethernet-Chip

In IEEE 802.3, a Datagramm wird als a genannt Paket oder rahmen. Paket wird verwendet, um die Gesamtübertragungseinheit zu beschreiben und enthält die Präambel, Startrahmen Gremiter (SFD) und Trägererweiterung (falls vorhanden).[k] Das rahmen Beginnt nach dem Start -Frame -Abschluss mit einem Frame -Header mit Quell- und Ziel -MAC -Adressen und dem EtherType -Feld, das entweder den Protokolltyp für das Nutzlastprotokoll oder die Länge der Nutzlast enthält. Der mittlere Abschnitt des Rahmens besteht aus Nutzlastdaten, einschließlich aller Header für andere Protokolle (z. B. Internet -Protokoll) im Rahmen. Der Rahmen endet mit einem 32-Bit zyklische Redundanzprüfung, was verwendet wird, um die Korruption von zu erkennen Daten im Transport.[53]: Abschnitte 3.1.1 und 3.2 Insbesondere haben Ethernet -Pakete keine Zeit-zu-Live-Feld, was zu möglichen Problemen in Gegenwart einer Schaltschleife führt.

Auto-Negotiation

Autonegverhandlung ist das Verfahren, durch das zwei verbundene Geräte gemeinsame Übertragungsparameter wählen, z. Geschwindigkeits- und Duplexmodus. Die Autonegotiation war anfangs eine optionale Funktion, die zunächst mit 100Base-TX eingeführt wurde, während sie auch mit 10Base-T-Tx rückwärtskompatibel ist. Die Autonegverhandlung ist für 1000Base-T und schneller obligatorisch.

Fehlerbedingungen

Schaltschleife

Eine Schaltschleife oder Brückenschleife tritt in ein Computernetzwerke Wenn es mehr als einen gibt Schicht 2 (OSI -Modell) Pfad zwischen zwei Endpunkten (z. B. mehrere Verbindungen zwischen zwei Netzwerkschalter oder zwei Ports auf demselben Schalter, das miteinander verbunden ist). Die Schleife schafft Sendestürme als Sendungen und Multicasts werden durch Schalter alle weitergeleitet HafenDer Switch oder die Switches wird die Broadcast -Nachrichten wiederholt umbringen, die das Netzwerk überfluten. Da der Header -2 -Header a nicht unterstützt a Zeit zu leben (TTL) Wert, wenn ein Rahmen in eine geschaltete Topologie gesendet wird, kann er für immer schleifen.[54]

Eine physikalische Topologie, die Schalt- oder Brückenschleifen enthält, ist aus Redundanzgründen attraktiv. Ein geschaltetes Netzwerk darf jedoch keine Schleifen haben. Die Lösung besteht darin, physische Schleifen zu ermöglichen, aber eine schleifenfreie logische Topologie mit der Kürzeste Pfadüberbrückung (SPB) Protokoll oder älter Spannende Baumprotokolle (STP) in den Netzwerkschaltern.

Quasseln

Ein Knoten, der länger als das maximale Übertragungsfenster für ein Ethernet -Paket sendet Jabbering. Abhängig von der physischen Topologie unterscheiden sich Jabber -Erkennung und Heilmittel etwas.

  • Ein Mau ist erforderlich, um eine ungewöhnlich lange Übertragung von der zu erkennen und zu stoppen Dte (länger als 20–150 ms), um eine dauerhafte Netzwerkstörung zu verhindern.[55]
  • Bei einem elektrisch geteilten Medium (10Base5, 10Base2, 1Base5) kann Jabber nur von jedem Endknoten festgestellt werden, um den Empfang zu stoppen. Es ist kein weiteres Mittel möglich.[56]
  • Ein Repeater/Repeater Hub verwendet einen Jabber -Timer, der nach Ablauf der anderen Ports die Wiedervermittlung an die anderen Ports beendet. Der Timer läuft 25.000 bis 50.000 Bit für 1 Mbit/s,[57] 40.000 bis 75.000 Bit für 10 und 100 Mbit/s,[58][59] und 80.000 bis 150.000 Bit für 1 Gbit/s.[60] Jabbering -Ports werden vom Netzwerk verteilt, bis ein Spediteur nicht mehr erkannt wird.[61]
  • Endknoten mit einer MAC -Schicht erkennen normalerweise einen übergroßen Ethernet -Frame und hören auf, das Empfangen aufzuhören. Eine Brücke/Schalter leitet den Rahmen nicht weiter.[62]
  • Eine ungleichmäßige Rahmengröße Konfiguration im Netzwerk verwendet Jumbo -Rahmen kann von Endknoten als Jabber erkannt werden.
  • Ein Paket, das von einem vorgelagerten Repeater als Jabber erkannt wurde und anschließend abgeschnitten wurde Frame -Check -Sequenz und wird fallen gelassen.

Runtrahmen

  • Runts sind Pakete oder Rahmen kleiner als die minimal zulässige Größe. Sie werden fallen gelassen und nicht propagiert.[63]

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Das in der Arbeit von 1976 beschriebene experimentelle Ethernet lief mit 2,94 Mbit/s und verfügt über acht Bitziel- und Quelladressfelder MAC -Adressen Sie sind heute.[11] Nach der Softwarekonvention geben die 16 Bits nach den Feldern des Ziels und der Quelladressen einen "Pakettyp" an. Wie in dem Papier heißt es jedoch, "verwenden verschiedene Protokolle disjunkte Sätze von Pakettypen". Somit können die ursprünglichen Pakettypen in jedem verschiedenen Protokoll variieren. Dies steht im Gegensatz zu der Ethertype im IEEE -Ethernet -Standard, das das verwendete Protokoll angibt.
  2. ^ In einigen Fällen kann die von der Fabrik zugewiesene Adresse überschrieben werden, um entweder eine Adressänderung zu vermeiden, wenn ein Adapter ersetzt oder verwendet wird lokal verwaltete Adressen.
  3. ^ a b Es sei denn, es wird in eingesetzt Promiscuous -Modus.
  4. ^ Natürlich akzeptieren Brücken und Schalter andere Adressen für die Weiterleitung des Pakets.
  5. ^ Es gibt grundlegende Unterschiede zwischen drahtloser und kabelgebundener Kommunikation mit Shared-Medium, beispielsweise die Tatsache, dass es viel einfacher ist, Kollisionen in einem kabelgebundenen System zu erkennen als ein drahtloses System.
  6. ^ In einem CSMA/CD -Systempaket muss die Vorderkante der ausbreitenden Welle einer Nachricht an alle Teile des Mediums und der Rückseite des Senders an alle Teile des Mediums und der Rückseite gelangen, bevor der Sender überträgt, und garantiert dies, und garantiert das, dass dies garantiert Kollisionen (Es werden zwei oder mehr Pakete entdeckt, das sie zum Überlappen gezwungen hat.) Infolgedessen sind die minimale Paketgröße und die Gesamtlänge des physischen Mediums eng miteinander verbunden.
  7. ^ Multipoint -Systeme sind auch anfällig für seltsame Fehlermodi, wenn eine elektrische Diskontinuität das Signal so widerspiegelt, dass einige Knoten richtig funktionieren, während andere aufgrund übermäßiger Wiederholungen oder gar nicht arbeiten. Sehen stehende Welle für eine Erklärung. Diese könnten viel schwieriger zu diagnostizieren sein als ein vollständiges Versagen des Segments.
  8. ^ Dies Man spricht, alle hören zu Eigenschaft ist eine Sicherheitsschwäche von Shared-Medium-Ethernet, da ein Knoten in einem Ethernet-Netzwerk den gesamten Datenverkehr auf dem Draht lauschen kann, wenn dies ausgewählt wird.
  9. ^ Der Begriff Schalter wurde von Geräteherstellern erfunden und erscheint nicht im IEEE 802.3 -Standard.
  10. ^ Dies ist irreführend, da die Leistung nur dann verdoppelt wird, wenn Verkehrsmuster symmetrisch sind.
  11. ^ Die Trägererweiterung wird definiert, um die Kollisionserkennung beim Gigabit-Ethernet mit Shared-Media zu unterstützen.

Verweise

  1. ^ Ralph Santitoro (2003). "Metro Ethernet Services - eine technische Übersicht" (PDF). mef.net. Archiviert von das Original (PDF) am 22. Dezember 2018. Abgerufen 9. Januar, 2016.
  2. ^ Xerox (August 1976). "Alto: Ein Hardwarehandbuch für Personalcomputersystem" (PDF). Xerox. p. 37. Archiviert (PDF) Aus dem Original am 4. September 2017. Abgerufen 25. August, 2015.
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