¿Qué es Ethernet? ¿Por qué se llama red "Ethernet"?
Introducción a Ethernet:
Ethernet se refiere a la especificación LAN de banda base creada por Xerox y desarrollada conjuntamente por Xerox, Intel y DEC. Es la LAN existente actualmente. El estándar de protocolo de comunicación más común. adoptado. Ethernet utiliza tecnología CSMA/CD (detección de colisiones y acceso múltiple con detección de portadora) y se ejecuta en múltiples tipos de cables a una velocidad de 10 M/S. Ethernet es similar a la serie de estándares IEEE802.3. Incluyendo Ethernet estándar (10 Mbit/s), Fast Ethernet (100 Mbit/s) y Ethernet 10G (10 Gbit/s). Todos cumplen con IEEE802.3.
Estándar:
IEEE802.3 especifica el contenido que incluye cableado de capa física, señales eléctricas y protocolos de capa de acceso a medios. Ethernet es actualmente la tecnología LAN más utilizada y ha reemplazado en gran medida a otros estándares de LAN. Como Token Ring, FDDI y ARCNET. Después del rápido desarrollo de 100M Ethernet a finales del siglo pasado, Gigabit Ethernet e incluso 10G Ethernet están ampliando continuamente su alcance de aplicación impulsado por organizaciones internacionales y empresas líderes.
Las aplicaciones 802.3 comunes son:
10M: 10base-T (modo UTP de cobre),
100M: 100base-TX (modo UTP de cobre),
100base-FX (línea de fibra),
1000M: 1000base-T (modo UTP de cobre)
Las características generales de Ethernet se resumen a continuación:
***Medios compartidos: todos los dispositivos de red utilizan los mismos medios de comunicación en secuencia. ?
Dominio de transmisión: las tramas que deben transmitirse se envían a todos los nodos, pero solo el nodo direccionado recibirá la trama. ?
CSMA/CD: Detección de colisiones/acceso múltiple con detección de operador se utiliza en Ethernet para evitar que dos o más nodos envíen al mismo tiempo. ?
Dirección MAC: todas las tarjetas de interfaz de red (NIC) Ethernet en la capa de control de acceso a medios utilizan direcciones de red de 48 bits. Esta dirección es única en el mundo. ?
Composición de la red básica Ethernet:
*** Medios y cables compartidos: 10BaseT (par trenzado), 10Base-2 (cable coaxial delgado), 10Base-5 (cable coaxial) cable grueso del eje). ?
Repetidor o concentrador: Un concentrador o repetidor es un tipo de dispositivo que se utiliza para recibir una gran cantidad de conexiones Ethernet en un dispositivo de red. Los datos obtenidos a través del lado receptor de una conexión se reutilizan y se envían a todos los dispositivos conectados en el lado transmisor para obtener un dispositivo transmisor. ?
Puente de red: el puente es un dispositivo de segunda capa, responsable de dividir la red en dominios y segmentos de conflicto independientes, para mantener la transmisión y el intercambio de datos en el mismo dominio/segmento de destino. . En el puente se incluye una tabla que cubre todas las tramas segmentadas y reenviadas para garantizar un comportamiento de comunicación adecuado dentro y alrededor de los segmentos. ?
Conmutador: un conmutador, al igual que un puente, también es un dispositivo de capa 2 y es un dispositivo multipuerto. Las funciones que admite un conmutador son similares a las de un puente, pero su ventaja sobre un puente es que puede conectar temporalmente dos puertos cualesquiera. Un conmutador incluye una matriz de conmutación a través de la cual los puertos se pueden conectar o desconectar rápidamente. A diferencia de un concentrador, un conmutador solo reenvía tramas desde un puerto a otros puertos conectados al nodo de destino y no contiene difusiones. ?
Protocolo Ethernet: La estructura de la trama Ethernet se proporciona en el estándar IEEE 802.3.
Ethernet actualmente admite cuatro velocidades de transmisión con soporte de medios de fibra óptica y par trenzado:
10 Mbps _?10Base-T?Ethernet (802.3)?
100 Mbps _ Fast Ethernet (802.3u )?
1000 Mbps _ Gigabit Ethernet (802.3z))?
10 Gigabit Ethernet _ IEEE?802.3ae
Historial
Los avances iniciales en la tecnología Ethernet provinieron de uno de los muchos proyectos tecnológicos pioneros del Centro de Investigación Xerox Palo Alto. Generalmente se atribuye a Ethernet su invención en 1973, cuando Robert Metcalfe escribió un memorando a su jefe en PARC sobre el potencial de Ethernet. Pero el propio Metcalf creía que Ethernet apareció sólo unos años después. En 1976, Metcalf y su asistente David Boggs publicaron un artículo titulado "Ethernet: tecnología de conmutación de paquetes distribuidos para redes informáticas de área local". A finales de 1977, Metcalfe y sus colaboradores recibieron una patente para un "Sistema de comunicaciones de datos multipunto con detección de colisiones". El sistema de transmisión multipunto se denominó CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with CollisionDetection), que marcó el nacimiento de Ethernet.
En 1979, Metcalf dejó Xerox y fundó 3Com con el objetivo de desarrollar ordenadores personales y redes de área local. 3com presionó a Digital, Intel y Xerox, con la esperanza de trabajar con ellos para estandarizar y estandarizar Ethernet. Este estándar universal de Ethernet se introdujo el 30 de septiembre de 1980. En ese momento, había dos estándares de redes no públicas populares en la industria, Token Ring y ARCNET. Rápidamente se redujeron y fueron reemplazados bajo el impacto de la tendencia Ethernet. En el proceso, 3Com también se ha convertido en una gran empresa internacional.
Enchufe Ethernet:
Metcalf bromeó una vez diciendo que Jerry Saltzer contribuyó al éxito de 3Com. En un influyente artículo del que fue coautor, Saltzer argumentó que Token Ring era teóricamente superior a Ethernet. Afectados por esta conclusión, muchos fabricantes de ordenadores han dudado o decidido no hacer de las interfaces Ethernet una configuración estándar de las máquinas, de modo que 3com pueda tener la oportunidad de ganar mucho dinero vendiendo tarjetas de red Ethernet. Esta situación también ha llevado a otro dicho de que "Ethernet no es adecuado para la investigación teórica, sino sólo para la aplicación práctica". Tal vez sea sólo una broma, pero ilustra un punto técnico: en general, las características reales del flujo de datos en la red son diferentes de las estimaciones de la gente antes de la popularidad de las LAN, y es precisamente debido a la estructura simple de Ethernet que la popularidad de Se hicieron LAN. Metcalfe y Saltzer habían trabajado en el mismo piso en el Proyecto MAC del MIT mientras él trabajaba en su tesis de Harvard, durante la cual sentó las bases teóricas de la tecnología Ethernet.
Este estándar define los tipos de cables y métodos de procesamiento de señales utilizados en las redes de área local (LAN). Ethernet transmite paquetes de información entre dispositivos interconectados a una velocidad de 10 ~ 100 Mbps. Cable de par trenzado 10 Base T Ethernet se ha convertido en la tecnología Ethernet más utilizada debido a su bajo costo, alta confiabilidad y velocidad de 10 Mbps. La Ethernet inalámbrica de expansión directa puede alcanzar los 11 Mbps y los productos proporcionados por muchos proveedores de fabricación pueden utilizar protocolos de software comunes para la comunicación, con la mejor apertura.
Ethernet estándar:
Inicialmente, Ethernet solo tenía un rendimiento de 10 Mbps y utilizaba el método de control de acceso Carrier Sense Multiple Access con detección de conflictos (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Protection). . Esta primera Ethernet de 10 Mbps se denomina Ethernet estándar y se puede conectar utilizando una variedad de medios de transmisión, como cable coaxial grueso, cable coaxial delgado, par trenzado sin blindaje, par trenzado blindado y fibra óptica.
Y en el estándar IEEE?802.3, se formulan diferentes estándares de capa física para diferentes medios de transmisión. En estos estándares, el primer número indica la velocidad de transmisión, la unidad es "Mbps" y el último número indica la longitud de un solo segmento de. cable de red (la unidad de referencia es 100 m), Base significa "banda base" y Broad significa "banda ancha".
·10Base-5 utiliza un cable coaxial grueso con un diámetro de 0,4 pulgadas y una impedancia de 50 Ω, también llamado cable grueso Ethernet, y la longitud máxima del segmento de red es de 500 m. Método de transmisión de banda base, la topología es tipo bus. El principal equipo de hardware de la red 10Base-5 incluye: cable coaxial grueso, tarjeta Ethernet con conector AUI, repetidor, transceptor, cable transceptor, terminador, etc.
·10Base-2 utiliza un cable coaxial delgado con un diámetro de 0,2 pulgadas y una impedancia de 50 Ω, también conocido como cable delgado Ethernet. La longitud máxima del segmento es de 185 m, método de transmisión de banda base y la topología es. tipo de bus 10Base -2 El principal equipo de hardware de la red incluye: cable coaxial delgado, tarjeta Ethernet con toma BNC, repetidor, conector en forma de T, terminador, etc.
·10Base-T utiliza cables de par trenzado y la longitud máxima del segmento de red es de 100 m. La topología es en estrella; el principal equipo de hardware de la red 10Base-T incluye: par trenzado sin blindaje de categoría 3 o categoría 5, tarjeta Ethernet con conector RJ-45, concentrador, conmutador, conector RJ-45, etc.
·1Base-5 utiliza cable de par trenzado, la longitud máxima del segmento de red es de 500 m y la velocidad de transmisión es de 1 Mbps;
·10 Broad-36 utiliza cable coaxial (RG-59/ U CATV), el alcance máximo de la red es de 3600 m y la longitud máxima del segmento de red es de 1800 m. Es un método de transmisión de banda ancha
·10Base-F utiliza medios de transmisión de fibra óptica con una velocidad de transmisión de. 10Mbps
1． El principio de funcionamiento de Ethernet e IEEE802.3
En una Ethernet basada en transmisión, todas las estaciones de trabajo pueden recibir tramas de información enviadas a la red. Cada estación de trabajo debe confirmar si la trama de información se envía a sí misma. Una vez que se confirma que se envía a sí misma, se enviará a la capa de protocolo superior.
En Ethernet mediante acceso a medios de transmisión CSMA/CD, cualquier estación de trabajo CSMA/CDLAN puede acceder a la red en cualquier momento. Antes de enviar datos, la estación de trabajo necesita escuchar para ver si la red está congestionada. Solo cuando detecta que la red está inactiva puede enviar datos.
En Ethernet basado en contención, cualquier estación de trabajo puede enviar datos siempre que la red esté inactiva. Se produce un conflicto cuando dos estaciones de trabajo descubren que la red está inactiva y envían datos al mismo tiempo. En este momento, ambas operaciones de transmisión se destruyen y la estación de trabajo debe retransmitir después de un cierto tiempo. El algoritmo de retardo determina cuándo retransmitir.
2． Diferencias entre los servicios Ethernet e IEEE802.3
Aunque existen muchas similitudes entre los estándares Ethernet e IEEE802.3, también existen ciertas diferencias. Los servicios proporcionados por Ethernet corresponden a la primera y segunda capa del modelo de referencia OSI, mientras que los servicios proporcionados por IEEE802.3 corresponden a la porción de acceso al canal de la primera y segunda capa del modelo de referencia OSI (es decir, parte del segunda capa). IEEE802.3 no define un protocolo de control de enlace lógico, pero define varias capas físicas diferentes, mientras que Ethernet solo define una.
Cada protocolo de capa física de IEEE802.3 puede describir sus características desde tres aspectos, a saber, la velocidad de la LAN, el método de transmisión de la señal y el tipo de medio físico.
Ethernet es una tecnología LAN de banda base desarrollada en la década de 1970. Utiliza cables coaxiales como medio de red, adopta el mecanismo de detección de colisiones y acceso múltiple de portadora (CSMA/CD) y tiene una velocidad de transmisión de datos de alcance de 10 MBPS. Pero hoy en día Ethernet se usa más comúnmente para referirse a varias redes de área local que utilizan tecnología CSMA/CD. El formato de trama de Ethernet es coherente con IP y es especialmente adecuado para transmitir datos IP. Ethernet es simple y conveniente, de bajo precio y alta velocidad.
El nombre Ethernet proviene de una hipótesis científica: el sonido viaja por el aire, pero ¿qué pasa con la luz? La luz puede viajar en el espacio exterior sin aire. Por eso, algunas personas dicen que la luz se propaga a través de una sustancia llamada éter. Más tarde, Einstein demostró que el éter no existía en absoluto.
La diferencia entre Ethernet e Internet:
Diferencia principal: Ethernet es una red de área local que solo puede conectarse a dispositivos cercanos. Internet es una red de área amplia a la que podemos conectarnos. a los Estados Unidos a través de Internet. Reciba el mensaje.
Ambas se consideran redes utilizadas para conectar ordenadores, pero sus alcances son diferentes. Ethernet está limitada a una cierta distancia. Podemos tener miles o cientos de Ethernet; pero Internet es la red de área amplia más grande. Solo tenemos una Internet, por lo que se puede decir que Internet es una red dentro de una red.
Internet es un sistema internacional muy grande que puede conectar redes en varias partes del mundo, ya sean redes privadas, públicas, académicas, comerciales o gubernamentales. Todas pueden conectarse entre sí y compartir recursos. Para decirlo en sentido figurado, Internet es la red que utilizamos para abrir páginas web, enviar correos electrónicos, escuchar música y ver películas en línea. Incluye una gama muy amplia de información y ahora nos hemos acostumbrado.
En cuanto a Ethernet, básicamente sólo permite que unas pocas computadoras locales se conecten entre sí. Las computadoras que se envían mensajes entre sí están respaldadas por un conjunto de tecnologías. Generalmente, los ordenadores conectados a una red Ethernet se encuentran en el mismo edificio o cerca. Pero con el desarrollo de los cables Ethernet, el alcance de Ethernet se puede ampliar a diez kilómetros. Pero como todos están conectados mediante cables de red, no es realista conectarse a lugares lejanos.
Para decirlo más en la vida diaria, Ethernet consiste en conectar la computadora de su casa y su computadora portátil al gato, y luego conectarse a Internet a través del gato, para que pueda Skype con amigos en el extranjero. Por lo tanto, su computadora, computadora portátil y gato forman una red Ethernet. Como puedes imaginar, hay miles de Ethernet en el mundo. Las empresas utilizan Ethernet para conectar todas sus computadoras al servidor principal.
Una red Ethernet puede tener uno o varios administradores. Puede que haya partes de Internet administradas por administradores, pero no existe un administrador que pueda controlar todo Internet.
Otra diferencia es la seguridad. Ethernet es relativamente segura porque es una red interna cerrada y los externos no tienen autoridad. Pero Internet está conectado públicamente y cualquiera puede navegar por él.
A continuación se presentan principalmente cuatro formatos de trama Ethernet diferentes.
Hay un carácter inicial de 64 bits (8 bytes) al comienzo de cada formato de trama Ethernet, como se muestra en la Figura 1. Entre ellos, los primeros 7 bytes se denominan preámbulo (Preámbulo), el contenido es el número hexadecimal 0xAA y el último byte es el identificador de inicio de trama 0xAB, que identifica el inicio de la trama Ethernet. El propósito del personaje principal es sincronizar el nodo receptor y prepararlo para recibir la trama de datos.
Figura 1 Caracteres del preámbulo de la trama Ethernet
Además, las definiciones de cada campo de las tramas Ethernet en diferentes formatos son diferentes y no son compatibles entre sí. A continuación se presentan sus respectivos formatos de marco.
Ethernet II
Es decir, DIX 2.0: el formato de trama estándar Ethernet desarrollado por Xerox, DEC e Intel en 1982, como se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Formato de trama sin formato Ethernet 802.3
La longitud mínima de la trama Ethernet tipo Ethernet II es de 64 bytes (6+6+2+46+4), y la longitud máxima es 1518 bytes (6+6+2+1504). Los primeros 12 bytes identifican respectivamente la dirección MAC del nodo de origen que envía la trama de datos y la dirección MAC del nodo de destino que recibe la trama de datos. (Nota: después de la encapsulación ISL, puede alcanzar 1548 bytes y después de la encapsulación 802.1Q, puede alcanzar 1522 bytes).
Los siguientes 2 bytes identifican el tipo de datos de la capa superior transportado por la trama Ethernet. Por ejemplo, el número hexadecimal 0x0800 representa datos del protocolo IP, el número hexadecimal 0x809B representa datos del protocolo AppleTalk y el número hexadecimal 0x809B. representa datos del protocolo AppleTalk. El número 0x8138 representa datos del protocolo tipo Novell, etc.
Después del campo de datos de longitud variable hay una secuencia de verificación de trama (FCS) de 4 bytes, que utiliza un par de verificación de redundancia cíclica CRC de 32 bits desde el campo "Dirección MAC de destino" hasta los datos en el El campo "datos" está verificado.
Ethernet 802.3 sin formato
El formato de trama estándar Ethernet dedicado anunciado por Novell en 1983, como se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Formato de trama sin formato Ethernet 802.3
En la trama Ethernet de tipo sin formato Ethernet 802.3, el campo de tipo en la trama Ethernet tipo Ethernet II original se reemplaza por el campo "longitud total" , que especifica la longitud del campo de datos posterior y su rango de valores es: 46 ~ 1500.
Los siguientes 2 bytes son el número hexadecimal fijo 0xFFFF, que identifica esta trama como una trama de datos de tipo Novell Ethernet.
Ethernet 802.3 SAP
El formato de trama Ethernet de la versión SAP de Ethernet 802.3 anunciada por IEEE en 1985, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4 Formato de trama SAP Ethernet 802.3
Como se puede ver en la Figura 4, en la trama SAP Ethernet 802.3, los 2 bytes de la trama sin formato Ethernet 802.3 original son 0xFFFF y se convierten en DSAP. y SSAP de 1 byte cada uno, y se agrega un campo de "control" de 1 byte, que forma el encabezado del control de enlace lógico (LLC) 802.2. LLC proporciona servicios de red sin conexión (LLC tipo 1) y orientados a conexión (LLC tipo 2). LLC1 se utiliza en Ethernet, mientras que LLC2 se utiliza en el entorno de red IBM SNA.
El nuevo encabezado 802.2 LLC incluye dos puntos de acceso al servicio: punto de acceso al servicio de origen (SSAP) y punto de acceso al servicio de destino (DSAP). Se utilizan para identificar el tipo de datos de la capa superior transportado por la trama Ethernet. Por ejemplo, el número hexadecimal 0x06 representa datos del protocolo IP, el número hexadecimal 0xE0 representa datos del protocolo tipo Novell y el número hexadecimal 0xF0 representa datos del protocolo tipo IBM NetBIOS. , etc.
En cuanto al campo de "control" de 1 byte, básicamente no se utiliza (generalmente establecido en 0x03, lo que indica el uso del formato de datos sin numerar 802.2 para servicios sin conexión).
Ethernet 802.3 SNAP
La versión SNAP del formato de trama Ethernet de Ethernet 802.3 anunciado por IEEE en 1985, como se muestra en la Figura 5.
Figura 5 Formato de trama Ethernet 802.3 SNAP
Las principales diferencias entre el formato de trama Ethernet 802.3 tipo SNAP y el formato de trama Ethernet 802.3 tipo SAP son:
El contenido de los campos DSAP y SSAP de 2 bytes es fijo y su valor es el número hexadecimal 0xAA.
El contenido del campo "control" de 1 byte es fijo y su valor es el número hexadecimal 0x03.
Se agrega el campo SNAP, que consta de los dos elementos siguientes:
Se agrega un campo de Identificador único organizacional (OUI ID) de 3 bytes, cuyo valor suele ser igual al primero. 3 bytes de la dirección MAC, que es el código del fabricante del adaptador de red.
El campo "tipo" de 2 bytes se utiliza para identificar el tipo de datos de la capa superior transportado por la trama Ethernet.
Ethernet puede utilizar una variedad de medios de conexión, incluidos cables coaxiales, pares trenzados y fibras ópticas. Entre ellos, los pares trenzados se utilizan principalmente para conexiones desde hosts a concentradores o conmutadores, mientras que las fibras ópticas se utilizan principalmente para conexiones en cascada entre conmutadores y enlaces punto a punto entre conmutadores y enrutadores. El cable coaxial, que al principio era el principal medio de conexión, se ha ido eliminando progresivamente.
Preste atención a distinguir entre cables directos y cables cruzados en pares trenzados.
Se deben utilizar cables directos para las siguientes conexiones:
Conmutador al puerto de red Ethernet del enrutador
Computadora al conmutador
Computadora al concentrador
Los cables cruzados se utilizan para conectar directamente los siguientes dispositivos en una LAN:
Cambiar a conmutador
Cambiar a concentrador
Hub a concentrador
Conexión de puerto Ethernet de enrutador a enrutador
Computadora a computadora
Puerto Ethernet de computadora a enrutador
CSMA/CD*** Ethernet de medios compartidos
¿Acceso múltiple con detección de operador con detección de colisiones (CSMA/CD)? La tecnología estipula cómo varias computadoras pueden compartir un canal. Esta tecnología apareció por primera vez en ALOHAnet, desarrollada por la Universidad de Hawaii en la década de 1960, que utiliza ondas de radio como portadora. Este método es más sencillo que Token Ring o Master Control Network. Cuando una computadora quiere enviar información debe cumplir con las siguientes reglas:
Iniciar: Si la línea está inactiva inicia la transmisión, en caso contrario pasa al paso 4.
Enviar: Si se detecta un conflicto, continúe enviando datos hasta alcanzar el tiempo mínimo de mensaje (garantizando que todos los demás transpondedores y terminales detecten conflictos) y luego vaya al paso 4.
Transmisión exitosa: informa la transmisión exitosa al protocolo de red de capa superior y sale del modo de transmisión.
Línea ocupada: espere hasta que la línea esté inactiva. La línea queda inactiva: espere un período de tiempo aleatorio, vaya al paso 1, a menos que se excedan los intentos máximos.
Se superó el número máximo de intentos de transmisión:? Informar el error de transmisión al protocolo de red de capa superior y salir del modo de transmisión.
Al igual que en un simposio sin moderador, todos los participantes pasan por un