Технология Ethernet

Ethernet - самая популярная технология для взаимосвязанных устройств LAN. Стандартизированная, как IEEE 802.3, она объединяет много стандартов проводных соединений, сигнальных стандартов на физическом уровне, средств доступа к сети на канальном уровне, и общем формате адресации. Устройства Ethernet могут работать с различными типами физических каналов, таких как витая пара, коаксиальный кабель, волоконная оптика.
Обычно используется три скорости передачи данных для работы по кабелям витых пар:

• 10 Мбит/с (Мегабит в секунду): определенный в стандарте 10BASE-T
• 100 Мбит/с: определенный в стандарте 100BASE-TX, как Fast Ethernet
• 1000 Мбит/с: определенный в стандарте 1000BASE-T, как Gigabit Ethernet

Каждому устройству Ethernet (или приемопередатчику) присвоен уникальный 48-разрядный адрес, известный как его Ethernet-адрес (или MAC адрес). Адрес обычно пишется в шестнадцатеричной форме, например, 00A0C9357F1D. Ethernet-адресами управляет IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике — IEEE (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers). Компании, которые производят устройства Ethernet, должны купить блоки Ethernet-адресов и присвоить их в последовательности к их устройствам Ethernet. Ethernet-адрес постоянно связан с устройством и не должен меняться программным обеспечением. В дополнение к уникальным адресам, присвоенным устройствам Ethernet, в каждой подсети есть адреса, зарезервированные для многоадресной передачи и один адрес, зарезервированный для широковещательной передачи.
Технология Ethernet была первоначально разработана для использования с совместно используемым носителем (коаксиальный кабель), с шинной топологией, где все устройства Ethernet в сети были присоединены к общему кабелю. Схема называлась "множественный доступ с контролем несущей" с обнаружением коллизий (CSMA/CD - "carrier sense multiple access" with collision detection), использовалась для того, чтобы избежать коллизии двух устройств, передающих одновременно. Однако, это ограничивало скорость передачи, поскольку она могла происходить только в одном направлении, в любой момент времени (полудуплексно). По мере развития технологии Ethernet, были разработаны концентраторы Ethernet для соединения большого количества устройств Ethernet в единый сегмент.
Концентратор (хаб) Ethernet - довольно простое устройство с несколькими портами. Когда хаб получает сигнал (или пакет) от одного порта, то просто передает сигнал на все остальные свои порты. Хаб не анализирует трафик, проходящий через него. С хабами все устройства Ethernet должны работать в полудуплексном режиме, потому что коллизия все еще могла произойти (когда два устройства пытаются передавать одновременно). Чтобы устранить проблему сигнальной коллизии и учесть полнодуплексные операции, создавались более сложные Ethernet-коммутаторы.
Ethernet-коммутатор (свич) – более интеллектуальное сетевое устройство с несколькими портами. У каждого порта в коммутаторе есть свой собственный изолированный домен коллизий. Поэтому, Ethernet устройство, соединенное с портом коммутатора, может работать в полнодуплексном режиме, так как его линк (линия, соединение) к порту коммутатора – это магистральная линия без других устройств. Ethernet-коммутатор анализирует все пакеты, приходящие на его порты, и решает, куда их передать. Каждый пакет Ethernet содержит исходный Ethernet-адрес и Ethernet-адрес назначения. Наблюдая исходные Ethernet-адреса, в получаемых пакетах на входе своих портов, коммутатор может определить Ethernet-адрес устройства, соединенного с каждым из его портов. Когда коммутатор получает Ethernet пакет, он сравнивает адрес назначения в пакете со списком адресов устройств, подключенных к его портам. Если соответствие будет найдено, то коммутатор передаст пакет только порту с соответствующим Ethernet-адресом.
Если соответствия не найдено, то коммутатор передаст пакет каждому порту, кроме порта ввода. Благодаря интеллектуальной пакетной передаче и полнодуплексной передаче, коммутатор обеспечивает намного лучшую производительность, чем хаб.
На сегодня, коммутаторы практически полностью заменили хабы в качестве основного сетевого оборудования для взаимосвязанных устройств Ethernet. Из-за широкого использования коммутаторов, современный Ethernet очень отличается от раннего Ethernet. Технология Ethernet развилась от полудуплексного "совместно используемого Ethernet" к полнодуплексному "коммутируемому Ethernet".
Несмотря на то, что Ethernet устройства могут работать на различных скоростях и различных дуплексных режимах, два устройства Ethernet (включая порты коммутатора), соединенные одним линком, должны быть сконфигурированы так, чтобы работать на той же самой скорости и в том же самом дуплексном режиме. Автосогласование это процедура, при помощи которой два соединенных Ethernet устройства взаимоопределяют свои возможности и выбирают лучшую скорость и дуплексный режим, который оба могут поддерживать. С автосогласованием Ethernet устройства могут сконфигурировать себя так, чтобы использовать общие параметры передачи. Однако не все Ethernet устройства поддерживают автосогласование. Иногда, по причинам ограниченной производительности, автосогласование отключено производителем или пользователем. Когда Ethernet устройство способное к автосогласованию соединено с устройством, которое этот режим не поддерживает или, чья возможность автосогласования отключена, устройство, способное к автосогласованию, может определить скорость устройства как "не автоматическое согласование" и подстроиться. И поскольку соединенные устройства работают с одинаковой скоростью и с тем же самым дуплексным режимом, канал будет работать устойчиво.
Однако, когда одно устройство будет работать в полнодуплексном режиме, в то время как другое устройство работает в полудуплексном, пропускная способность канала упадет до намного более медленного уровня, по сравнению с пропускной способностью канала. Эту ситуацию называют "дуплексным несоответствием", которого следует по возможности избегать.
Поэтому, при соединении устройства Ethernet с коммутатором, пользователь должен знать о возможностях автосогласования Ethernet устройства и используемого коммутатора. Если устройство Ethernet не поддерживает автосогласование, или его возможность автосогласования отключена, пользователь должен использовать "управляемый коммутатор", который позволяет пользователю конфигурировать его параметры порта, такие как скорость и дуплексный режим, чтобы вручную настроить параметры, используемые соединенными Ethernet устройствами.