Ethernet ist eine Familie von Computernetzwerktechnologien, die üblicherweise in lokalen Netzwerken (LAN), Metropolitan Area Networks (MAN) und Wide Area Networks (WAN) verwendet werden. [1] Es wurde 1980 kommerziell eingeführt und wurde zunächst standardisiert 1983 als IEEE 802.3, [2] hat sich seitdem einiges an Abwärtskompatibilität bewahrt und wurde weiterentwickelt, um höhere Bitraten und längere Verbindungsabstände zu unterstützen. Im Laufe der Zeit hat Ethernet konkurrierende kabelgebundene LAN-Technologien wie Token Ring, FDDI und ARCNET weitgehend ersetzt.
Das ursprüngliche 10BASE5-Ethernet verwendet ein Koaxialkabel als gemeinsames Medium, während die neueren Ethernet-Varianten Twisted-Pair- und Glasfaserverbindungen in Verbindung mit Switches verwenden. Im Laufe der Geschichte wurden die Ethernet-Datenübertragungsraten von ursprünglich 2,94 Megabit pro Sekunde (Mbit / s) [3] auf die neuesten 400 Gigabit pro Sekunde (Gbit / s) erhöht. Die Ethernet-Standards umfassen verschiedene Verdrahtungs- und Signalisierungsvarianten der mit Ethernet verwendeten OSI-Physical Layer.
Systeme, die über Ethernet kommunizieren, unterteilen einen Datenstrom in kürzere Teile, die als Frames bezeichnet werden. Jeder Frame enthält Quell- und Zieladressen sowie Fehlerprüfdaten, so dass beschädigte Frames erkannt und verworfen werden können. Meistens lösen Protokolle höherer Schichten die erneute Übertragung verlorener Frames aus. Gemäß dem OSI-Modell bietet Ethernet Dienste bis einschließlich der Datenverbindungsschicht. [4] Funktionen wie die 48-Bit-MAC-Adresse und das Ethernet-Frame-Format haben andere Netzwerkprotokolle, einschließlich der drahtlosen Wi-Fi-Netzwerktechnologie, beeinflusst. [5]
Ethernet ist in der Industrie weit verbreitet. Das Internetprotokoll wird im Allgemeinen über Ethernet übertragen und gilt daher als eine der Schlüsseltechnologien, aus denen das Internet besteht.
Geschichte [ edit ]
Ethernet wurde zwischen 1973 und 1974 am Xerox PARC entwickelt. [6][7] Es wurde von ALOHAnet inspiriert, das Robert Metcalfe im Rahmen seiner Doktorarbeit studiert hatte [8] Die Idee wurde erstmals in einem Memo dokumentiert, das Metcalfe am 22. Mai 1973 schrieb, und benannte sie nach dem einst leuchtenden Äther als "allgegenwärtiges, vollständig passives Medium für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen". [6][9][10] Im Jahr 1975 reichte Xerox eine Patentanmeldung ein, in der Metcalfe, David Boggs, Chuck Thacker und Butler Lampson als Erfinder aufgeführt wurden. [11] 1976, nachdem das System bei PARC eingesetzt wurde, veröffentlichten Metcalfe und Boggs eine erste Veröffentlichung. [12][a] ] Im selben Jahr ermöglichten Ron Crane, Bob Garner und Roy Ogus die Aufrüstung des ursprünglichen 2,94-Mbit / s-Protokolls auf das 10-Mbit / s-Protokoll, das 1980 auf den Markt gebracht wurde. [14]
Metcalfe verließ Xerox im Juni 1979 und gründete 3Com [196590] 19] Er überzeugte die Digital Equipment Corporation (DEC), Intel und Xerox, zusammenzuarbeiten, um Ethernet als Standard zu fördern. Als Teil dieses Prozesses erklärte sich Xerox bereit, die Marke „Ethernet“ aufzugeben. [16] Der erste Standard wurde am 30. September 1980 als „Das Ethernet, ein lokales Netzwerk, Spezifikationen für Datenverbindungsschichten und physikalische Schichten“ veröffentlicht. Dieser sogenannte DIX-Standard (Digital Intel Xerox) spezifizierte 10 Mbit / s-Ethernet mit 48-Bit-Ziel- und Quelladressen und einem globalen 16-Bit-Ethertyp-Feld. [17] Version 2 wurde im November 1982 veröffentlicht [19659022] und definiert, was als Ethernet II bekannt wurde. Die formalen Standardisierungsbemühungen gingen zur gleichen Zeit weiter und führten zur Veröffentlichung von IEEE 802.3 am 23. Juni 1983. [2]
Ethernet konkurrierte anfänglich mit Token Ring und anderen proprietären Protokollen. Ethernet konnte sich an die Marktgegebenheiten anpassen und zu kostengünstigen dünnen Koaxialkabeln und dann allgegenwärtigen Twisted-Pair-Kabeln wechseln. Ende der 80er Jahre war Ethernet eindeutig die dominierende Netzwerktechnologie. [6] Dabei wurde 3Com zu einem großen Unternehmen. 3Com lieferte im März 1981 seine erste 10-Mbit / s-Ethernet-3C100-NIC aus und verkaufte in diesem Jahr Adapter für PDP-11s und VAXes sowie Computer auf Multibus-Basis von Intel und Sun Microsystems. [19]: 9 [19659026] Es folgte schnell der Unibus-zu-Ethernet-Adapter von DEC, den DEC verkaufte und intern für den Aufbau eines eigenen Unternehmensnetzwerks verwendete, das bis 1986 über 10.000 Knoten erreichte und zu einem der größten Computernetzwerke der Welt zu dieser Zeit machte. [19659027] Eine Ethernet-Adapterkarte für den IBM-PC wurde 1982 veröffentlicht, und 1985 hatte 3Com 100.000 verkauft. [15] Parallelport-basierte Ethernet-Adapter wurden vorübergehend hergestellt, mit Treibern für DOS und Windows. In den frühen 1990er Jahren wurde Ethernet so verbreitet, dass es für moderne Computer ein Muss war und Ethernet-Ports auf einigen PCs und den meisten Workstations auftauchten. Dieser Prozess wurde durch die Einführung von 10BASE-T und seines relativ kleinen modularen Steckverbinders stark beschleunigt. Zu diesem Zeitpunkt waren Ethernet-Ports auch auf Low-End-Motherboards aufgetaucht.
Seitdem hat sich die Ethernet-Technologie weiterentwickelt, um neuen Bandbreiten- und Marktanforderungen gerecht zu werden. [21] Neben Computern wird Ethernet jetzt auch zur Verbindung von Geräten und anderen persönlichen Geräten verwendet. [6] Als Industrial Ethernet wird es in industriellen Anwendungen eingesetzt und ersetzt rasch alte Datenübertragungssysteme in den Telekommunikationsnetzen der Welt. [22] Bis zum Jahr 2010 belief sich der Markt für Ethernet-Geräte auf über 16 Milliarden US-Dollar pro Jahr. [23]
Standardization [ edit ] 19659035] Eine Intel 82574L Gigabit-Ethernet-NIC mit PCI Express × 1-Karte
Im Februar 1980 begann das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) mit dem Projekt 802 zur Standardisierung von lokalen Netzwerken (LAN). [15][24] The "DIX- Gruppe "mit Gary Robinson (DEC), Phil Arst (Intel) und Bob Printis (Xerox) die CSMA / CD-Spezifikation" Blue Book "als Kandidaten für die LAN-Spezifikation vorlegte. [17] Neben CSMA / CD, Token Ring (Suppor von IBM) und Token Bus (ausgewählt und daher von General Motors unterstützt) wurden ebenfalls als Kandidaten für einen LAN-Standard betrachtet. Konkurrierende Vorschläge und ein breites Interesse an der Initiative führten zu starken Meinungsverschiedenheiten darüber, welche Technologie standardisiert werden sollte. Im Dezember 1980 wurde die Gruppe in drei Untergruppen aufgeteilt, und die Standardisierung wurde für jeden Vorschlag gesondert durchgeführt. [15]
Verzögerungen im Normenprozess gefährdeten die Markteinführung der Xerox Star Workstation und der 3Com Ethernet LAN-Produkte. Vor diesem Hintergrund unterstützten David Liddle (Geschäftsführer von Xerox Office Systems) und Metcalfe (3Com) einen Vorschlag von Fritz Röscheisen (Siemens Private Networks) für eine Allianz im aufstrebenden Markt für Bürokommunikation, einschließlich der Unterstützung von Siemens für das Internet Internationale Standardisierung von Ethernet (10. April 1981). Ingrid Fromm, Repräsentant von Siemens für IEEE 802, erreichte rasch eine breitere Unterstützung für Ethernet über IEEE hinaus durch die Einrichtung einer konkurrierenden Task Group "Local Networks" innerhalb der europäischen Normungsorganisation ECMA TC24. Im März 1982 einigte sich ECMA TC24 mit seinen korporativen Mitgliedern auf einen Standard für CSMA / CD auf der Grundlage des IEEE 802-Entwurfs. [19]: 8 Da der DIX-Vorschlag technisch am vollständigsten war und wegen der ECMA, die maßgeblich zur Abstimmung der Meinungen innerhalb der IEEE beitrug, wurde der Standard IEEE 802.3 CSMA / CD im Dezember 1982 verabschiedet. [15] IEEE veröffentlichte den Standard 802.3 1983 und 1985 als Standard. [10] [25]
Die Zulassung von Ethernet auf internationaler Ebene wurde durch eine ähnliche, parteiübergreifende Aktion mit Fromm als Verbindungsoffizier erreicht, der mit dem Technischen Komitee 83 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) zusammenarbeitet (TC83). und Technisches Komitee der Internationalen Organisation für Normung (ISO) 97 Subkomitee 6 (TC97SC6). Der Standard ISO 8802-3 wurde 1989 veröffentlicht. [26]
Evolution [ edit ]
Ethernet wurde entwickelt, um höhere Bandbreite, verbesserte Zugriffskontrollmethoden und verschiedene physikalische Medien zu bieten. Das Koaxialkabel wurde durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ersetzt, die durch Ethernet-Repeater oder -Switches verbunden waren. [27]
. Ethernet-Stationen kommunizieren, indem sie einander Datenpakete senden: Datenblöcke, die einzeln gesendet und geliefert werden. Wie bei anderen IEEE 802-LANs erhält jede Ethernet-Station eine 48-Bit-MAC-Adresse. Die MAC-Adressen werden verwendet, um sowohl das Ziel als auch die Quelle jedes Datenpakets anzugeben. Ethernet stellt Verbindungen auf Verbindungsebene her, die sowohl über die Ziel- als auch über die Quelladresse definiert werden können. Beim Empfang einer Übertragung bestimmt der Empfänger anhand der Zieladresse, ob die Übertragung für die Station relevant ist oder ignoriert werden sollte. Eine Netzwerkschnittstelle akzeptiert normalerweise keine an andere Ethernet-Stationen adressierten Pakete. [b] Adapter werden mit einer weltweit eindeutigen Adresse programmiert. [c]
In jedem Frame wird ein EtherType-Feld in jedem Frame verwendet auf der empfangenden Station, um das entsprechende Protokollmodul auszuwählen (z. B. eine Internetprotokollversion wie IPv4). Ethernet-Frames werden aufgrund des EtherType-Felds als selbstidentifizierend bezeichnet. Selbsterkennende Frames ermöglichen das Mischen mehrerer Protokolle im selben physikalischen Netzwerk und ermöglichen die gleichzeitige Verwendung mehrerer Protokolle durch einen einzelnen Computer. [28] Trotz der Entwicklung der Ethernet-Technologie verwenden alle Ethernet-Generationen (außer frühen experimentellen Versionen) dasselbe Frame-Formate. [29] Mixed-Speed-Netzwerke können mit Ethernet-Switches und Repeatern aufgebaut werden, die die gewünschten Ethernet-Varianten unterstützen. [30]
Aufgrund der Allgegenwart von Ethernet fallen die ständig sinkenden Kosten für das Netzwerk an Hardware, die zur Unterstützung benötigt wurde, und der durch Twisted-Pair-Ethernet benötigte Platzbedarf auf dem Panel. Die meisten Hersteller bauen nun Ethernet-Schnittstellen direkt in PC-Motherboards ein, sodass keine separate Netzwerkkarte installiert werden muss. [31]
Shared media ]
Ältere Ethernet-Geräte. Im Uhrzeigersinn von links oben: Ein Ethernet-Transceiver mit Inline-10BASE2-Adapter, ein Transceiver mit ähnlichem Modell mit 10BASE5-Adapter, ein AUI-Kabel, ein anderer Transceiver mit 10BASE2-BNC-T-Anschluss, zwei 10BASE5-Endanschlüsse (N-Anschlüsse). , ein orangefarbenes "Vampire Tap" -Installationswerkzeug (zu dem ein Spezialbohrer an einem Ende und ein Steckschlüssel am anderen Ende gehören) sowie ein früherer 10BASE5-Transceiver (h4000), der von DEC hergestellt wird. Das kurze gelbe 10BASE5-Kabel weist ein Ende auf, das mit einem N-Stecker ausgestattet ist, und das andere Ende ist für die Installation eines N-Steckergehäuses vorbereitet. Bei dem halb schwarzen, halbgrauen rechteckigen Objekt, durch das das Kabel verläuft, handelt es sich um einen installierten Vampir-Abgriff.
Ethernet basierte ursprünglich auf der Idee, dass Computer über ein gemeinsames Koaxialkabel kommunizieren, das als Broadcast-Übertragungsmedium dient. Die verwendete Methode ähnelte derjenigen, die in Funksystemen verwendet wurde, [d] wobei das übliche Kabel, das den Kommunikationskanal bereitstellt, mit dem leuchtenden Äther in der Physik des 19. Jahrhunderts vergleichbar ist, und aus dieser Referenz stammt der Name "Ethernet" "wurde abgeleitet. [32]
Das gemeinsame Koaxialkabel (das gemeinsam genutzte Medium) von Original Ethernet durchquerte ein Gebäude oder einen Campus mit jeder angeschlossenen Maschine. Ein als Carrier Sense Multiple Collaboration Detection (CSMA / CD) bekanntes Schema bestimmte die Art und Weise, wie die Computer den Kanal gemeinsam nutzten. Dieses Schema war einfacher als die Konkurrenztechnologie Token Ring oder Token Bus. [e] Computer sind an einen AUI-Transceiver (Attachment Unit Interface) angeschlossen, der wiederum an das Kabel angeschlossen ist (bei Thin Ethernet ist der Transceiver im Netzwerkadapter integriert). . Während ein einfaches passives Kabel für kleine Netzwerke äußerst zuverlässig ist, ist es für große, erweiterte Netzwerke nicht zuverlässig, bei denen Schäden an einem einzigen Kabel oder an einem einzelnen fehlerhaften Stecker das gesamte Ethernet-Segment unbrauchbar machen können. [f]
In der ersten Hälfte der achtziger Jahre verwendete die 10BASE5-Implementierung von Ethernet ein Koaxialkabel mit einem Durchmesser von 9,5 mm, das später als "Thick Ethernet" oder "Thicknet" bezeichnet wurde. Sein Nachfolger 10BASE2, "Thin Ethernet" oder "Thinnet" genannt, verwendete das RG-58-Koaxialkabel. Der Schwerpunkt lag auf einer einfacheren und kostengünstigeren Installation des Kabels. [33]: 57
Da die gesamte Kommunikation auf derselben Leitung erfolgt, werden alle von einem Computer gesendeten Informationen von allen empfangen selbst wenn diese Informationen nur für ein Ziel bestimmt sind. [g] Die Netzwerkschnittstellenkarte unterbricht die CPU nur, wenn entsprechende Pakete empfangen werden: Die Karte ignoriert nicht an sie gerichtete Informationen. [h] Die Verwendung eines einzelnen Kabels bedeutet auch, dass die Die Datenbandbreite wird geteilt, so dass beispielsweise die verfügbare Datenbandbreite für jedes Gerät halbiert wird, wenn zwei Stationen gleichzeitig aktiv sind. [34]
Eine Kollision tritt auf, wenn zwei Stationen gleichzeitig zu senden versuchen Zeit. Sie verfälschen die übertragenen Daten und erfordern eine erneute Übertragung der Stationen. Die verlorenen Daten und die erneute Übertragung reduzieren den Durchsatz. Im schlimmsten Fall, wenn mehrere aktive Hosts, die mit der maximal zulässigen Kabellänge verbunden sind, versuchen, viele kurze Frames zu übertragen, können übermäßige Kollisionen den Durchsatz erheblich reduzieren. In einem Xerox-Bericht von 1980 wurde jedoch die Leistung einer vorhandenen Ethernet-Installation unter normaler und künstlich erzeugter hoher Last untersucht. Der Bericht behauptete, dass ein Durchsatz von 98% im LAN beobachtet wurde. [35] Dies steht im Gegensatz zu Token, die LANs (Token Ring, Token Bus) passieren, die alle durch den Durchsatz beeinträchtigt werden, da jeder neue Knoten aufgrund von Token in das LAN gelangt wartet Dieser Bericht war umstritten, da die Modellierung zeigte, dass kollisionsbasierte Netzwerke theoretisch bei Lasten von nur 37% der Nennkapazität instabil wurden. Viele frühe Forscher konnten diese Ergebnisse nicht verstehen. Die Leistung in realen Netzwerken ist erheblich besser. [36]
In einem modernen Ethernet teilen sich die Stationen nicht alle einen Kanal über ein gemeinsames Kabel oder einen einfachen Repeater-Hub. stattdessen kommuniziert jede Station mit einem Switch, der diesen Verkehr wiederum an die Zielstation weiterleitet. In dieser Topologie sind Kollisionen nur möglich, wenn Station und Switch gleichzeitig versuchen, miteinander zu kommunizieren, und Kollisionen sind auf diese Verbindung beschränkt. Darüber hinaus führte der 10BASE-T-Standard eine Vollduplex-Betriebsart ein, die mit Fast Ethernet und der De-facto-Standard mit Gigabit-Ethernet üblich wurde. Im Vollduplex-Modus können Switch und Station gleichzeitig senden und empfangen. Moderne Ethernets sind daher völlig kollisionsfrei.
Vergleich zwischen ursprünglichem Ethernet und modernem Ethernet
Die ursprüngliche Ethernet-Implementierung: gemeinsames Medium, kollisionsanfällig. Alle Computer, die zu kommunizieren versuchen, verwenden dasselbe Kabel und konkurrieren miteinander.
Moderne Ethernet-Implementierung: Wählverbindung, kollisionsfrei. Jeder Computer kommuniziert nur mit seinem eigenen Switch, ohne Konkurrenz für das Kabel mit anderen.
Repeater und Hubs [ edit ]
Aus Gründen der Signalverschlechterung und des Timings haben koaxiale Ethernet-Segmente eine eingeschränkte Größe. [37] Etwas größere Netzwerke können mithilfe eines Ethernet-Repeaters aufgebaut werden . Frühe Repeater verfügten nur über zwei Ports, wodurch die Netzwerkgröße höchstens verdoppelt werden konnte. Sobald Repeater mit mehr als zwei Ports verfügbar waren, war es möglich, das Netzwerk in einer Sterntopologie zu verbinden. Erste Experimente mit Sterntopologien ("Fibernet") unter Verwendung von Lichtwellenleitern wurden 1978 veröffentlicht. 19459102 [38]
Shared Cable Ethernet ist in Büros immer schwer zu installieren, da seine Bustopologie in Konflikt steht Star-Topologie-Kabelpläne, die in Gebäude für die Telefonie ausgelegt sind. Durch die Anpassung von Ethernet an Twisted-Pair-Telefonkabel, die bereits in gewerblich genutzten Gebäuden installiert sind, konnten die Kosten gesenkt, die installierte Basis erweitert und das Gebäudedesign genutzt werden. Daher war Twisted-Pair-Ethernet Mitte der 80er Jahre die nächste logische Entwicklung.
Ethernet an ungeschirmten Twisted-Pair-Kabeln (UTP) begann Mitte der achtziger Jahre mit StarLAN bei 1 Mbit / s. 1987 führte SynOptics das erste Twisted-Pair-Ethernet mit 10 Mbit / s in einer sternverdrahteten Verkabelungstopologie mit einem zentralen Hub ein, der später LattisNet genannt wurde. [15][39][40] Diese entwickelten sich zu 10BASE-T, das für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen entwickelt wurde Nur Links, und alle Terminierungen wurden in das Gerät eingebaut. Dadurch wurde der Repeater von einem Spezialgerät, das im Zentrum großer Netzwerke verwendet wird, zu einem Gerät, das jedes Twisted-Pair-basierte Netzwerk mit mehr als zwei Maschinen verwenden musste. Die daraus resultierende Baumstruktur machte die Wartung von Ethernet-Netzwerken einfacher, da verhindert wurde, dass die meisten Fehler eines Peers oder des zugehörigen Kabels andere Geräte im Netzwerk beeinträchtigen.
Trotz der physikalischen Sterntopologie und des Vorhandenseins separater Sende- und Empfangskanäle in Twisted-Pair- und Fiber-Medien verwenden Ethernet-Netzwerke auf Repeater-Basis noch Halbduplex und CSMA / CD, wobei der Repeater nur eine geringe Aktivität aufweist, hauptsächlich die Generierung des Stausignals beim Umgang mit Paketkollisionen. Jedes Paket wird an jeden anderen Port des Repeaters gesendet, sodass Probleme mit der Bandbreite und Sicherheit nicht angesprochen werden. Der Gesamtdurchsatz des Repeaters ist auf den einer einzelnen Verbindung beschränkt, und alle Verbindungen müssen mit der gleichen Geschwindigkeit arbeiten.
Bridging und Switching [ edit ]
Während Repeater einige Aspekte von Ethernet-Segmenten wie Kabelbrüche isolieren können, leiten sie den gesamten Datenverkehr an alle Ethernet-Geräte weiter. Das gesamte Netzwerk ist eine Kollisionsdomäne, und alle Hosts müssen in der Lage sein, Kollisionen überall im Netzwerk zu erkennen. Dies begrenzt die Anzahl der Repeater zwischen den am weitesten entfernten Knoten und schafft praktische Grenzen dafür, wie viele Maschinen in einem Ethernet-Netzwerk kommunizieren können. Segmente, die von Repeatern zusammengefügt werden, müssen alle mit der gleichen Geschwindigkeit arbeiten, wodurch ein schrittweises Aufrüsten unmöglich wird.
Um diese Probleme zu lösen, wurde Bridging geschaffen, um auf der Datenverbindungsschicht zu kommunizieren und gleichzeitig die physikalische Schicht zu isolieren. Beim Bridging werden nur wohlgeformte Ethernet-Pakete von einem Ethernet-Segment zu einem anderen weitergeleitet. Kollisionen und Paketfehler werden isoliert. Beim ersten Start funktionieren Ethernet-Bridges ähnlich wie Ethernet-Repeater und leiten den gesamten Datenverkehr zwischen den Segmenten weiter. Durch das Beobachten der Quelladressen eingehender Frames erstellt die Bridge dann eine Adresstabelle, die Adressen mit Segmenten verknüpft. Sobald eine Adresse gelernt wurde, leitet die Bridge den für diese Adresse bestimmten Netzwerkverkehr nur an das zugeordnete Segment weiter, wodurch die Gesamtleistung verbessert wird. Der Broadcast-Verkehr wird weiterhin an alle Netzwerksegmente weitergeleitet. Bridges überwinden auch die Grenzen der Gesamtsegmente zwischen zwei Hosts und ermöglichen das Mischen von Geschwindigkeiten, die beide für die schrittweise Implementierung von schnelleren Ethernet-Varianten von entscheidender Bedeutung sind.
1989 stellte das Netzwerkunternehmen Kalpana [i] seinen ersten Ethernet-Switch EtherSwitch vor. [j] Frühe Switches wie dieser verwendeten Durchschalte-Switching, bei dem nur der Header des ankommenden Pakets untersucht wird, bevor er verworfen wird oder an ein anderes Segment weitergeleitet werden. [41] Dies verringert die Weiterleitungslatenz. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es eine Mischung verschiedener Verbindungsgeschwindigkeiten nicht ohne weiteres erlaubt. Eine andere ist, dass beschädigte Pakete immer noch über das Netzwerk verbreitet werden. Die endgültige Abhilfe hierfür war eine Rückkehr zum ursprünglichen Speicher- und Weiterleitungsansatz des Bridging, bei dem das Paket vollständig in einen Puffer des Switches eingelesen, seine Rahmenprüfsequenz überprüft und nur dann das Paket weitergeleitet wird. Dieser Prozess wird in der Regel mit anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen durchgeführt, die das Weiterleiten von Paketen mit Leitungsgeschwindigkeit ermöglichen.
Wenn ein Twisted-Pair- oder Glasfaserverbindungssegment verwendet wird und kein Ende mit einem Repeater verbunden ist, wird über dieses Segment Vollduplex-Ethernet möglich. Im Vollduplex-Modus können beide Geräte gleichzeitig senden und empfangen und es gibt keine Kollisionsdomäne. Dies verdoppelt die Gesamtbandbreite der Verbindung und wird manchmal als doppelte Verbindungsgeschwindigkeit angekündigt (z. B. 200 Mbit / s für Fast Ethernet). [k] Die Beseitigung der Kollisionsdomäne für diese Verbindungen bedeutet auch, dass die gesamte Bandbreite der Verbindung dies kann von den beiden Geräten in diesem Segment verwendet werden, und diese Segmentlänge ist nicht auf die Notwendigkeit einer korrekten Kollisionserkennung beschränkt.
Da Pakete normalerweise nur an den Port gesendet werden, für den sie bestimmt sind, ist der Verkehr in einem geswitchten Ethernet weniger öffentlich als in einem Ethernet mit gemeinsamem Medium. Trotzdem sollte Switched Ethernet immer noch als unsichere Netzwerktechnologie betrachtet werden, da Switched Ethernet-Systeme mit Hilfe von ARP-Spoofing und MAC-Flooding leicht zu unterlaufen sind.
Die Bandbreitenvorteile, die verbesserte Trennung der Geräte voneinander, die Möglichkeit, verschiedene Geschwindigkeitsgeschwindigkeiten von Geräten problemlos zu mischen, und die Aufhebung der Verkettungsgrenzen von nicht geschaltetem Ethernet haben das Switched-Ethernet zur vorherrschenden Netzwerktechnologie gemacht. [42]
Fortgeschrittene Netzwerke [ edit ]
Einfache Ethernet-Switches, die eine große Verbesserung gegenüber Repeater-basierten Ethernet-Netzwerken darstellen, leiden an einzelnen Ausfallpunkten, Angriffen, durch die Switches oder Hosts dazu gebracht werden, Daten an ein Netzwerk zu senden Maschine, auch wenn es nicht dafür vorgesehen ist, Skalierbarkeit und Sicherheitsfragen in Bezug auf Umschaltschleifen, Rundfunkstrahlung und Multicast-Verkehr sowie Bandbreiten-Drosselstellen, an denen viel Verkehr auf eine einzige Verbindung gezwungen wird. [ Zitat ]
Fortgeschrittene Netzwerkfunktionen in Switches verwenden das kürzeste Pfadüberbrückungsverfahren (SPB) oder das Spanning-Tree-Protokoll (STP), um ein schleifenfreies, vermaschtes Netzwerk aufrechtzuerhalten, das ph ermöglicht ysical-Schleifen für Redundanz (STP) oder Load-Balancing (SPB). Erweiterte Netzwerkfunktionen sorgen außerdem für die Port-Sicherheit, bieten Schutzfunktionen wie MAC-Lockdown und Broadcast-Strahlungsfilterung, verwenden virtuelle LANs, um unterschiedliche Benutzerklassen bei derselben physischen Infrastruktur voneinander zu trennen, verwenden Mehrschicht-Switches zum Routen zwischen verschiedenen Klassen und verwenden die Link-Aggregation um überlasteten Links Bandbreite hinzuzufügen und etwas Redundanz zu bieten.
Kürzeste Pfadüberbrückung beinhaltet die Verwendung des Verbindungsstatus-Routingprotokolls IS-IS, um größere Netzwerke mit kürzesten Pfadrouten zwischen Geräten zu ermöglichen. Im Jahr 2012 wurde von David Allan und Nigel Bragg verkürzt. 802.1aq kürzester Weg, Entwurf und Entwicklung: Die Perspektive des Architekten besagt, dass der kürzeste Pfad eine der bedeutendsten Verbesserungen in der Geschichte von Ethernet darstellt. [43]
Ethernet hat InfiniBand als populärste Systemverbindung von TOP500-Supercomputern abgelöst. [44]
Varianten [ edit ]
Die physische Ethernet-Schicht entwickelte sich über eine beträchtliche Menge Zeitspanne und umfasst koaxiale, verdrillte und faseroptische physikalische Medienschnittstellen mit Geschwindigkeiten von 10 Mbit / s bis 100 Gbit / s bis 2018 werden 400 Gbit / s erwartet. [45] Die erste Einführung von CSMA / CD mit verdrillten Paaren war StarLAN, standardisiert als 802.3 1BASE5. [46] Während 1BASE5 eine geringe Marktdurchdringung hatte, definierte es die physischen Geräte (Kabel, Stecker / Buchse, Pin-Out und Verdrahtungsplan) ) würde auf 10BASE-T übertragen.
Die am häufigsten verwendeten Formen sind 10BASE-T, 100BASE-TX und 1000BASE-T. Alle drei verwenden Twisted-Pair-Kabel und modulare Steckverbinder 8P8C. Sie laufen mit 10 Mbit / s 100 Mbit / s und 1 Gbit / s .
Glasfaservarianten von Ethernet sind auch in größeren Netzwerken sehr verbreitet und bieten hohe Leistung, bessere elektrische Isolation und größere Entfernungen (bei einigen Versionen mehrere Dutzend Kilometer). Im Allgemeinen funktioniert die Netzwerkprotokollstapel-Software bei allen Varianten gleich.
Rahmenstruktur [ edit ]
Eine Nahaufnahme des SMSC-Chips LAN91C110 (SMSC 91x), eines eingebetteten Ethernet-Chips, wird in IEEE 802.3 als Datagramm bezeichnet ein Paket oder Rahmen . Paket wird zur Beschreibung der gesamten Übertragungseinheit verwendet und umfasst die Präambel, den Startrahmenbegrenzer (SFD) und die Trägererweiterung (falls vorhanden). [l] Der -Rahmen beginnt nach dem Startrahmen Trennzeichen mit einem Frame-Header mit Quell- und Ziel-MAC-Adressen und dem Feld EtherType, das entweder den Protokolltyp für das Payload-Protokoll oder die Länge der Payload angibt. Der mittlere Abschnitt des Rahmens besteht aus Nutzdaten einschließlich etwaiger Kopfzeilen für andere Protokolle (zum Beispiel Internetprotokoll), die im Rahmen übertragen werden. Der Frame endet mit einer zyklischen 32-Bit-Redundanzprüfung, die dazu dient, die Beschädigung von Daten während des Transports zu erkennen. [47] Abschnitte 3.1.1 und 3.2 Insbesondere haben Ethernet-Pakete keine Lebensdauer Feld, was zu möglichen Problemen bei Vorhandensein einer Schaltschleife führen kann.
Autonegotiation [ edit ]
Autonegotiation ist das Verfahren, bei dem zwei verbundene Geräte gemeinsame Übertragungsparameter wählen, z. Geschwindigkeit und Duplexmodus. Autonegotiation ist eine optionale Funktion, die erstmals mit 100BASE-TX eingeführt wurde, und ist auch abwärtskompatibel mit 10BASE-T. Autonegotiation ist für 1000BASE-T obligatorisch und schneller.
Fehlerbedingungen [ edit ]
Schaltschleife [ edit ]
Eine Schaltschleife oder Brückenschleife tritt in Computernetzwerken auf, wenn vorhanden mehr als ein Layer-2-Pfad (OSI-Modell) zwischen zwei Endpunkten (z. B. mehrere Verbindungen zwischen zwei Netzwerk-Switches oder zwei Ports an demselben Switch, die miteinander verbunden sind). Die Schleife erzeugt Broadcast-Stürme, wenn Broadcasts und Multicasts von jedem Port durch Switches weitergeleitet werden. Der Switch oder die Switches senden die Broadcast-Nachrichten, die das Netzwerk überfluten, wiederholt erneut. Da der Layer-2-Header keinen Time to Live-Wert (TTL) unterstützt, kann ein Frame, der in eine geschlungene Topologie gesendet wird, immer eine Schleife bilden.
Eine physikalische Topologie, die Switching- oder Bridge-Loops enthält, ist aus Redundanzgründen attraktiv, ein Switched-Netzwerk darf jedoch keine Loops haben. Die Lösung besteht darin, physische Schleifen zuzulassen, aber eine schleifenfreie logische Topologie zu erstellen, indem das SPB-Protokoll (kürzester Pfad) oder die älteren Spanning Tree-Protokolle (STP) der Netzwerk-Switches verwendet werden.
Jabber [ edit ]
Ein Knoten, der länger als das maximale Übertragungsfenster für ein Ethernet-Paket sendet, gilt als jabbering . Je nach physikalischer Topologie unterscheiden sich Jabber-Erkennung und -Hilfe etwas.
Um eine dauerhafte Netzunterbrechung zu verhindern, ist eine MAU erforderlich, um eine ungewöhnlich lange Übertragung vom DTE (länger als 20–150 ms) zu erkennen und zu stoppen. [48]
Auf einem elektrisch gemeinsam genutzten Medium (10BASE5, 10BASE2, 1BASE5), Jabber kann nur von jedem Endknoten erkannt werden, wodurch der Empfang gestoppt wird. Keine weitere Lösung ist möglich. [49]
Ein Repeater / Repeater-Hub verwendet einen Jabber-Timer, der die erneute Übertragung zu den anderen Ports beendet, wenn er abläuft. Der Timer läuft für 25.000 bis 50.000 Bitzeiten für 1 MBit / s, [50] 40.000 bis 75.000 Bitzeiten für 10 und 100 MBit / s, [51][52] und 80.000 bis 150.000 Bitzeiten für 1 GBit / s. [53] Jabbering Ports werden aus dem Netzwerk heraus partitioniert, bis kein Träger mehr erkannt wird. [54]
Endknoten, die eine MAC-Schicht verwenden, erkennen normalerweise einen übergroßen Ethernet-Frame und hören auf zu empfangen. Eine Bridge / Switch leitet den Frame nicht weiter. [55]
Eine nicht einheitliche Konfiguration der Frame-Größe im Netzwerk, die Jumbo-Frames verwendet, kann von Endknoten als Jabber erkannt werden.
Ein Paket, das von einem vorgeschalteten Repeater als Jabber erkannt und anschließend geschnitten wird off hat eine ungültige Frame-Prüfsequenz und wird verworfen.
Runt-Frames [ edit
Runts sind Pakete oder Frames, die kleiner als die zulässige Mindestgröße sind. Sie werden fallengelassen und nicht propagiert.
Siehe auch [ edit ]
^ Das in der Veröffentlichung von 1976 beschriebene experimentelle Ethernet lief mit 2,94 Mbit / s und hatte acht Bit Ziel- und Quelladressenfelder, daher sind die ursprünglichen Ethernet-Adressen nicht die MAC-Adressen, die sie heute sind. [13] Gemäß der Softwarekonvention geben die 16 Bits nach den Ziel- und Quelladressenfeldern einen "Pakettyp" an, sondern, wie es in der Veröffentlichung heißt "unterschiedliche Protokolle verwenden getrennte Pakettypen". Somit können die ursprünglichen Pakettypen innerhalb jedes unterschiedlichen Protokolls variieren. Dies steht im Gegensatz zum EtherType im IEEE-Ethernet-Standard, der das verwendete Protokoll festlegt.
^ Sofern nicht in den Promiscuous-Modus versetzt.
^ In einigen Fällen vom Werk zugewiesen Die Adresse kann überschrieben werden, um entweder eine Adressänderung zu vermeiden, wenn ein Adapter ersetzt wird, oder um lokal verwaltete Adressen zu verwenden.
^ Es gibt grundlegende Unterschiede zwischen der drahtlosen und der kabelgebundenen Kommunikation über ein gemeinsam genutztes Medium, beispielsweise die Tatsache, dass dies der Fall ist Kollisionen in einem kabelgebundenen System sind viel einfacher zu erkennen als in einem drahtlosen System.
^ In einem CSMA / CD-System müssen Pakete groß genug sein, um zu gewährleisten, dass die Vorderkante der sich ausbreitenden Welle einer Nachricht alle Teile von erreicht das Medium und wieder zurück, bevor der Sender aufhört zu senden, wodurch sichergestellt wird, dass Kollisionen (zwei oder mehr Pakete, die innerhalb eines Zeitfensters initiiert wurden, das sie zum Überlappen zwang) entdeckt werden. Infolgedessen sind die minimale Paketgröße und die Gesamtlänge des physikalischen Mediums eng miteinander verbunden.
Multipoint-Systeme neigen auch zu seltsamen Ausfallmodi, wenn eine elektrische Unterbrechung das Signal derart reflektiert, dass einige Knoten funktionieren richtig, während andere aufgrund übermäßiger Wiederholungsversuche oder gar nicht arbeiten. Siehe Standing Wave für eine Erklärung. Diese könnten viel schwieriger zu diagnostizieren sein als ein vollständiger Ausfall des Segments.
^ Diese Eigenschaft "man spricht alle hören" ist eine Sicherheitsschwäche des Shared-Medium-Ethernet, da ein Knoten in einem Ethernet-Netzwerk dies kann eavesdrop on all traffic on the wire if it so chooses.
^Unless it is put into promiscuous mode.
^acquired by Cisco Systems, Inc. in 1994
^ The term switch was invented by device manufacturers and does not appear in the IEEE 802.3 standard.
^This is misleading, as performance will double only if traffic patterns are symmetrical.
^ The carrier extension is defined to assist collision detection on shared-media gigabit Ethernet.
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