Ethernet

Ethernet er den vanligste teknologien brukt i lokalnett (LAN) og er spesifisert i standarden IEEE 802.3. Ethernet ble opprinnelig utviklet av Xerox og videre av Xerox, DEC og Intel. Nettverk som bruker ethernettekonologi kan bestå både av koaksialkabler, tvunnede parkabler, fiberoptiske kabler, eller være trådløse, såkalte WLAN. Teknologien tillater typisk dataoverføring i hastigheter på 10 Mbps.

Fast Ethernet er en videreutvikling som tillater overføringshastigheter på 100 Mbps. Dette er den mest benyttede teknologien ut til arbeidsstasjoner i dag. Senere er også Gigabit Ethernet og 10-Gigabit Ethernet kommet til. De to sistnevnte ble tidligere vanligvis brukt på stamnett, men har i nyere tid i stadig økende grad også blitt brukt direkte ut til arbeidsstasjoner.

Ethernet har navnet sitt etter eteren (ether på engelsk), den passive substansen man tidligere trodde fylte hele verdensrommet og tillot lys å forflytte seg. Navnet henspiller på kabling som et passivt medium som tillater overføring av data utover hele nettverket.

Det er per august 2010 en kraftig utvikling internasjonalt på lag 2 baserte nett, såkalt Carrier Ethernet. Carrier Ethernet er nå blitt den ledende globale standarden for lukkede nett, der Metro Ethernet Forum (MEF) har en sentral rolle. MEF består av verdens største nettoperatører og utstyrprodusenter, og står bak standarder og sertifiseringer for Ethernet-tjenester.

Generell beskrivelse

Et 1990-talls Ethernet-nettverkskort. Dette kortet støtter både koaks (10BASE2) gjennom en (BNC-kontakt (til venstre) og tvunnet par (10BASE-T) gjennom en RJ-45-kontakt (til høyre).

Ethernet ble opprinnelig laget for datamaskiner som skulle dele en koaksialkabel som kommunikasjonsmedium. Dette har noen likheter med radiosystemer der flere radioenheter deler det samme frekvensbåndet, men det er noen fundamentale forskjeller. Det er mye enklere å detektere kollisjoner ved kabelkringkasting enn ved radiokringkasting. Den delte kabelen tilbød en form for to-veis kommunikasjon som kunne gi assosiasjoner til det noe uvitenskapelige begrepet "etheren"; derav navnet «Ethernet».

Fra dette tidlige og enkle konseptet utviklet Ethernet seg til en kompleks teknologi for nettverk. Koaksialkabelen ble avløst av punkt-til-punkt forbindelser som ble samlet ved hub-er og/eller svitsjer. Dette for å redusere installasjonskostnader og øke påliteligheten. Tildels fordi punkt-til-punkt forbindelser er enklere å konfigurere og feilsøke. StarLAN var det første steget fra koaksialkabelen til ett hub-styrt, tvunnet-par (TP) nettverk. TP-ledninger reduserte installasjonskostnadene betydelig i forhold til konkurrerende teknologier og eldre Ethernet teknologier. Tildels fordi kabelen som strekkes for telefoner også kan brukes for å koble en datamaskin til nettverket med Ethernet. Telefonledninger inneholder vanligvis to par ledninger og bare ett er i bruk. Derfor er infrastrukturen ofte på plass da de fleste har telefon. Dette var et viktig poeng tidligere. I dag ønsker de fleste bedre hastigheter og strekker egne kabler spesielt for Ethernet.

Over det fysiske laget kommuniserer Ethernet-enheter ved å sende hverandre datapakker. En pakke er en blokk data som sendes og leveres individuelt. Som med andre IEEE 802 LAN-typer har hver Ethernet-enhet en 48-biters MAC-adresse. Denne brukes for å spesifisere mål og kilde for hver enkelte pakke. Nettverkskort (Ethernet-typen) aksepterer normalt ikke pakker adressert til andre Ethernet-enheter enn dem selv. Nettverkskort kommer programmert med en globalt unik adresse, men dette kan overstyres. Enten for å forhindre at adressen forandres når nettverkskortet byttes eller for å bruke lokalt administrerte adresser.

Til tross for de betydelige forandringene Ethernet har gjennomgått, fra å bruke en tykk koaksialkabel (10 Mbits/s) til punkt-til-punkt forbindelser (1 Gbit/s og oppover) så er alle Ethernet-typer kompatible med hverandre (om en ser bort fra noen tidlige prototyper). Alle deler de samme rammeformatene (og derav samme grensesnitt mot høyere lag i OSI-modellen).

På grunn av Ethernets utbredelse, den synkende prisen på maskinvare og den lille plassen TP-kabler opptar så integreres gjerne ethernetkompatible nettverkskort direkte inn i hovedkortet på PC-er, noe som gjør det unødvendig å installere separate kort for tilkobling til nettverk.

Hvordan Ethernet takler flere klienter

CSMA/CD med et delt medium på Ethernet

Den første versjonen av Ethernet brukte en koaksialkabel (delt overføringsmedium) som snodde seg igjennom en bygning eller ett campus og var innom hver tilkoblede maskin. Et system kjent som CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) styrte måten datamaskinene delte kabelen. Dette systemet var enklere enn konkurrentene token ring og token bus. Når en datamaskin ønsket å sende informasjon brukte den følgende algoritme:

Hovedprosedyre

Rammen er klar for transmisjon.
Er mediumet ledig? Hvis ikke vent på at den blir klar og vent den spesifiserte IFG (Interframe Gap) tiden. (IFG er på 9.6 µs for 10 Mbit/s Ethernet). IFG er en pause som lar Ethernet enheter klargjøre seg for den neste ramma.
Begynn å overføre data.
Oppstod det en kollisjon? Hvis så, gå til prosedyren for detektert kollisjon.
Nullstill retransmisjonstellerne og avslutt rammeoverføringen.

Prosedyre for detektert kollisjon

Fortsett transmisjonen frem til minimum pakketid er oppnådd for å sikre at alle mottakere også detekterer kollisjonen.
Inkrementer retransmisjonstelleren.
Er det maksimale antall transmisjonsforsøk oppnådd? Hvis så, avbryt transmisjon.
Gå til begynnelsen hovedprosedyren.

Dette kan sammenliknes med hva som skjer ved et middagsselskap der alle gjestene prøver å snakke til hverandre. Før en gjest begynner å snakke venter vedkommende høflig på at den nåværende taleren skal avslutte. Hvis to gjester begynner samtidig stopper begge og venter en tilfeldig tid (i Ethernet måles tid gjerne i mikrosekunder). Ved å velge en tilfeldig tid er det lite sannsynlig at begge gjestene igjen begynner samtidig og en til kollisjon unngås.

Datalink-laget

En datapakke på en ledning kalles en ramme. Hvis en ramme avleses på en fysisk ledning vil den bestå av en «preamble» (blokkstart) og en «start frame delimiter» (rammeavgrenser) i tillegg til de andre datene. Disse to datene kreves av den fysiske maskinvaren, men vil ikke vises i en pakkesniffer fordi disse bitene fjernes av Ethernet-kortet før ramma sendes til operativssystemet på verten. I kontrast er det ofte Ethernet-driveren som fjerner CRC32 feilsjekken fra pakkene som brukeren ser.

Tabellen nedenfor viser hele Ethernet-ramma slik den sendes. Merk at bitmønstrene i «preamble» og «start frame delimiter» skrives som bitstrenger. Den første bit-en som overføres er den til venstre. Dette er ulikt byte verdier som i Ethernet sendes med minst signifikant bit (LSB) først. Denne notasjonen tilsvarer den brukt i IEEE 802.3 standarden.

Preamble	Start-of-Frame-Delimiter	MAC destination	MAC source	Ethertype/Lengde	Payload (nyttelast)	Integritetssjekk (CRC32)	Interframe gap
7 oktetter på 10101010	1 oktett på 10101011	6 oktetter	6 oktetter	2 oktetter	46-1500 oktetter	4 oktetter	960 ns Fast Ethernet(100M))
		64-1518 oktetter					24 sykler (100M)
72-1526 oktetter

Etter at en ramme har blitt sendt må transmitterne vente en spesifisert tid før de kan sende neste ramme. Dette kalles IFG (Interframe Gap). Tiden 10-, 100- og 1000 Mbit/s må vente respektivt; 9600 ns, 960 ns og 96 ns.

Se også

Eksterne lenker

poppe.nu Kopendium til bruk ved Oslo By Steinerskole, IKT driftsfag. Del 2, kabler og nettverkskort
ikt-norge.no: Norsk Ethernet Forum