5.4. Стандарты технологии Ethernet
Ethernet — это сетевой стандарт, основанный на технологиях сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который был положен в основу стандарта IEEE 802.3.
Стандарт Ethernet определяет два режима передачи данных: полудуплексный и полнодуплексный. Полнодуплексный режим может быть реализован на 4-проводной витой паре, где одна пара проводов используется для передачи, другая — для приема, и на двухжильном оптоволокне, где один световод используется для передачи, а другой — для приема.
Технология Ethernet специфицирует три скорости передачи информации: 10 Мбит/с (Ethernet), 100 Мбит/с (Fast Ethernet), 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet).
В качестве проводной физической среды в сети Ethernet могут быть использованы коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно. В зависимости от этого существуют следующие спецификации:
- Для скорости 10 Мбит/с:
- 10BaseT. Используется кабель на основе неэкранированной витой пары UTP с топологией типа «звезда» и максимально допустимым расстоянием между центральным и оконечными узлами — не более 100 м;
- 10BaseF. Используется оптоволоконный кабель с топологией типа «звезда» и существует несколько вариантов спецификации — FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB;
- 10Base2. Используется «тонкий» коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма с волновым сопротивлением — 50 Ом шинной топологией и максимально допустимой длиной сетевого сегмента — 185 метров без повторителей;
- 10Base5. Используется «толстый» коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма с волновым сопротивлением — 50 Ом шинной топологией и максимально допустимой длиной сетевого сегмента — 500 метров без повторителей;
- Для скорости 100 Мбит/с:
- 100Base-TX. Применяется двухпарный кабель на неэкранированной витой паре UTP категории 5, или экранированной витой паре STP типа 1;
- 100Base-T4. Применяется четырехпарный кабель на неэкранированной витой паре UTP категории 3 или 5;
- 100Base-FX. Применяется многомодовый оптоволоконный кабель;
- Для скорости 1000 Мбит/с:
- 1000Base-LX. Используется одномодовый оптоволоконный кабель при длине сегмента до 5000 м и многомодовый оптоволоконный кабель при длине сегмента до 550 м и длинноволновые лазеры для кампусных магистралей;
- 1000BaseSX. Используется многомодовый оптоволоконный кабель при длине сегмента до 500 м и коротковолновые лазеры для коротких магистралей;
- 1000BaseCX. Используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 150 Ом максимальной допустимой длины до 25 м для соединения сетевого оборудования в комнатах;
- 1000BaseT. Используется четырехпарная неэкранированная витая пара 5 категории с максимально допустимой длиной сегмента до 100 м.
- Станция, которая хочет передать кадр данных, на канальном уровне модели OSI упаковывает пакет данных сетевого уровня в соответствующий LLC-кадр;
- Для предотвращения коллизий сигналов разных станций, сетевой адаптер «прослушивает» электромагнитные сигналы в физической среде и в случае обнаружения несущей частоты откладывает передачу своего кадра на случайный интервал времени. В противном случае начинает передачу своего кадра;
- После окончания передачи каждого кадра данных станция ждет небольшую паузу, называемую межкадровым интервалом, что позволяет узлу назначения принять и обработать отосланный кадр, в случае необходимости отправить флаг подтверждения его приема или начать передачу своего кадра;
- В процессе передачи битовой последовательности кадра данных сетевой адаптер каждого узла следит за передаваемыми по кабелю сигналами с целью обнаружения коллизии;
- Если сетевым адаптером узла фиксируются переходные процессы в кабеле, т.е. происходит коллизия, то узел прекращает или откладывает передачу своего кадра на случайный интервал времени и посылает шумовую последовательность сигналов, называемую jam-последовательностью, усиливающую состояние коллизии за счет явления электромагнитного резонанса. После завершения переходных процессов и выдерживания случайной паузы, станция повторно пытается передать свой кадр;
- В случае повторяющихся коллизий узел пытается 16 раз передать кадр, а затем фиксирует ошибку передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня. При этом для уменьшения интенсивности коллизий, узел с каждой новой попыткой случайным образом увеличивает длительность паузы между попытками.
- При скорости передачи 10 Мбит/с полезная производительность для кадров максимальной длины равна 9,74 Мб/с или 812 кадров/с, для кадров минимальной длины равна 5,48 Мб/с или 14880 кадров/с;
- Максимальный размер поля данных кадра — 1500 байтов, минимальный размер поля данных кадра — 46 байтов;
- Тип протокола передачи данных – дейтаграммный;
- Методы и кадры самотестирования – отсутствуют;
- Задержки доступа к среде резко возрастают при коэффициенте загрузки канала более 30%.
- Увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;
- Сохранение метода случайного доступа CSMA/CD;
- Cохранение звездообразной топологии сетей;
- Поддержка таких сред передачи данных как оптоволокно (вариант 100Base-FX), двухпарная витая пара категории 5 (вариант 100Base-TX) и четырехпарная витая пара категории 3 или 5 (вариант 100Base-T4).
Шпаргалка по типам и стандартам Ethernet 802.3
Когда я изучал CCNA больше всего меня напрягали стандарты IEEE из-за своего количества, типов и названий. И приходилось каждый раз искать и смотреть какому стандарту соответствует такой-то тип интерфейса. После многих часов работы я смог слепить до кучи таблицы по каждому типу Ethernet интерфейсов, которая включает год выпуска стандарта, тип интерфейса, скорость передачи данных соответствующего типа интерфейса, максимальную длину сегмента и тип используемого кабеля. Рад поделиться с читателями.
Первые версии Ethernet
| 10 Мбит/с Ethernet (Thick ethernet) | Стандарт | Год выхода стандарта | Тип | Скорость передачи (Мbps) | Максимальная длина сегмента в метрах | Тип кабеля |
| IEEE 802.3 | 1983 | 10Base5 | 10 | 500 м | коаксиальный | |
| IEEE 802.3а | 1985 | 10Base2 | 10 | 185 м | ||
| IEEE 802.3b | 1985 | 10Broad36 | 10 | 3600 м | ||
| IEEE 802.3e | 1987 | 1Base5 | 1 | 250 м | UTP | |
| IEEE 802.3e | 1987 | StarLan 10 | 10 | 250 м | UTP | |
| IEEE 802.3d | 1987 | FOIRL | 10 | 1000 | оптоволоконный | |
| IEEE 802.3i | 1990 | 10Base-Т | 10 | 100 м | UTP cat 3,5 | |
| IEEE 802.3j | 1993 | 10Base-F | 10 | 2км | оптоволоконный |
Fast Ethernet — общее название для набора стандартов передачи данных в компьютерных сетях по технологии Ethernet со скоростью до 100 Мбит/с, в отличие от исходных 10 Мбит/с.
| 100 Мбит/с Ethernet (Fast Ethernet) | Стандарт | Год выхода стандарта | Тип | Скорость передачи (Мbps) | Максимальная длина сегмента в метрах | Тип кабеля |
| IEEE 802.3u | 1995 | 100Base-FX | 100 | Одномод — 2 км Многомод — 400 м | оптоволоконный | |
| 100Base-Т | 100 | 100 м | UTP/STP cat 5 | |||
| 100Base-Т4 | 100 | 100 м | UTP/STP cat >= 3 | |||
| 100Base-ТХ | 100 | 100 м | UTP/STP cat 5 | |||
| IEEE 802.12 | 1995 | 100Base‑VG | 100 | 100 м | UTP cat 3,5 | |
| IEEE 802.3y | 1998 | 100Base-Т2 | 100 | 100 м | UTP cat 3,5 | |
| TIA/EIA-785 | 2001 | 100Base-SX | 100 | 300 м | оптоволоконный | |
| IEEE 802.3ah | 2004 | 100Base-LX10 | 100 | 10 км | ||
| IEEE 802.3ah | 2004 | 100Base-BX10 | 100 | 10 км |
Gigabit Ethernet (GbE) — термин, описывающий набор технологий для передачи пакетов Ethernet со скоростью 1 Гбит / с. Он определен в документе IEEE 802.3-2005.
| 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet) | Стандарт | Год выхода стандарта | Тип | Скорость передачи (Мbps) | Максимальная длина сегмента в метрах | Тип кабеля |
| IEEE 802.3z | 1998 | 1000Base-CX | 1000 | 25 м | UTP/STP cat 5,5e,6 | |
| 1000Base-LX | 1000 | Одномод — 5 км Многомод — 550 м | оптоволоконный | |||
| 1000Base-SX | 1000 | 550 м | ||||
| IEEE 802.3ab | 1999 | 1000Base-T | 1000 | 100 м | UTP/STP cat 5,5е,6,7 | |
| TIA 854 | 2001 | 1000BASE‑TX | 1000 | 100 м | UTP/STP cat 6,7 | |
| IEEE 802.3ah | 2004 | 1000BASE‑LX10 | 1000 | 10 км | оптоволоконный | |
| IEEE 802.3ah | 2004 | 1000BASE‑BX10 | 1000 | 10 км | ||
| IEEE 802.3ap | 2007 | 1000BASE‑KX | 1000 | 1 м | для объединительной платы | |
| non-standard | ? | 1000BASE‑EX | 1000 | 40 км | оптоволоконный | |
| non-standard | ? | 1000BASE‑ZX | 1000 | 70 км |
10 Gigabit Ethernet или 10GbE являлся новейшим (на 2006 год) и самым быстрым из существующих стандартов Ethernet. Он определяет версию Ethernet с номинальной скоростью передачи данных 10 Гбит/с, что в 10 раз быстрее Gigabit Ethernet. Стандарт для оптоволокна специфицирован в IEEE 802.3-2005, а для витой пары в IEEE 802.3an-2006.
| 10 Гбит/с Ethernet (10 GbE) | Стандарт | Год выхода стандарта | Тип | Скорость передачи (Gbps) | Максимальная длина сегмента в метрах | Тип кабеля |
| IEEE 802.3ае | 2003 | 10GBASE-SR | 10 | 26-300 м | оптоволоконный | |
| 2003 | 10GBASE-LX4 | 10 | Одномод — 10 км Многомод — 300 м | |||
| 2003 | 10GBASE-LR | 10 | 10 км | |||
| 2003 | 10GBASE-ER | 10 | 40 км | |||
| 2003 | 10GBASE-SW | 10 | 26 м — 40 км | |||
| 2003 | 10GBASE-LW | 10 | ||||
| 2003 | 10GBASE-EW | 10 | ||||
| IEEE 802.3аk | 2004 | 10GBASE-CX4 | 10 | 15м | медный кабель СХ4 | |
| IEEE 802.3an | 2006 | 10GBASE-T | 10 | 100 м | UTP/STP cat 6,6a,7 | |
| IEEE 802.3aq | 2006 | 10GBASE-LRM | 10 | 220 м | оптоволоконный | |
| IEEE 802.3ap | 2007 | 10GBASE-KX4 | 10 | 1 м | для объединительной платы | |
| IEEE 802.3ap | 2007 | 10GBASE-KR | 10 | 1 м | ||
| IEEE 802.3av | 2009 | 10GBASE-PR | 10 | 20 км | оптоволоконный |
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE) — стандарты Ethernet, разработанные группой IEEE P802.3ba Ethernet Task Force в период с 2007 по 2011 год. Эти стандарты являются следующим этапом развития группы стандартов Ethernet, имевших до 2010 года наибольшую скорость в 10 гигабит/с. В новых стандартах обеспечивается скорость передачи данных в 40 и 100 гигабит в секунду.
| 40 и 100 Гбит/с Ethernet (40GbE или 100GbE) | Стандарт | Год выхода стандарта | Тип | Скорость передачи (Gbps) | Максимальная длина сегмента в метрах | Тип кабеля |
| IEEE 802.3ba | 2010 | 40GBase-KR4 100GBase-KP4 | 40 100 | 1 м | для объединительной платы | |
| 100GBase-KR4 | 100 | 1 м | для улучшенной объединительной платы | |||
| 40GBase-CR4 100GBase-CR10 | 40 100 | 7 м | медный биаксиальный кабель | |||
| 40GBase-T | 40 | 30 м | UTP cat 8 | |||
| 40GBase-SR4 100GBase-SR10 | 40 100 | 100 м 125 м | оптоволоконный | |||
| 40GBase-LR4 100GBase-LR4 | 40 100 | 10 км | ||||
| 100GBase-ER4 | 100 | 40 км | ||||
| IEEE 802.3bg | 2011 | 40GBase-FR | 40 | 2 км |
Кто заметит ошибки — пишите, исправлюсь. Спасибо.