Ethernet

Pojem Ethernet je v počítačových sítích hojně používán a proto se na něj zaměříme v této podkapitole. Jedná se o v současné době nejrozšířenější technologii pro budování počítačových sítí typu LAN, což jsou nejčastěji domácí nebo firemní sítě. Důvodem jeho rozšíření je především jeho jednoduchost a nízká cena.

Pojem Ethernet vychází ze slova éter, což je obecně látka, která šíří elektromagnetické vlnění. S Ethernetem se dnes setkáváme téměř ve všech počítačích a zařízeních připojených k Internetu nejčastěji v podobě kroucené dvojlinky s konektorem RJ-45, dříve se hojně používalo připojení koaxiálním kabelem s koncovkami BNC nebo AUI a v některých případech také optickým kabelem s patřičným konektorem. Toto se ale používá zřídka pro připojení serverů, díky vlastnostem optického kabelu je běžné připojování a odpojování nevhodné. Všechny tyto připojení pokrývají a definují normy Ethernetu.

Verze Ethernetu

Existuje několik verzí Ethernetu, které jsou obecně označovány jako:

Xbase-Y

kde X označuje rychlost připojení a Y druh přenosového média. Z hlediska přenosové rychlosti se setkáváme se čtyřmi verzemi Ethernetu:

1. Ethernet je základní varianta s přenosovou rychlostí 10 Mb/s. Je definován pro tlustý koaxiální kabel (označení 10Base-5), tenký koaxiální kabel (10Base-2), kroucenou dvojlinku (10Base-T) i optické vlákno (10Base-F).
2. Fast Ethernet je rychlejší verze s přenosovou rychlostí 100 Mb/s. Převzala maximum prvků z klasického Ethernetu kvůli zjednodušení a můžeme ji dnes považovat za základní verzi Ethernetu. Je definována pro kroucenou dvojlinku ve variantách UTP nebo STP kategorie 5, kde jsou využity 2 páry drátů (označení 100Base-TX), dva páry drátů UTP kabelu kategorie 3, 4 nebo 5 (100Base-T2) nebo všechny 4 páry UTP kabelu kategorie 3, 4 nebo 5 (100Base-T4) a samozřejmě také pro optické vlákna, kde jsou využity 2 vlákna (100Base-FX).
3. Gigabit Ethernet je jak již z názvu vyplývá takový, který má přenosovou rychlost
1 Gb/s. Využívá opět maximum z předchozí verze, původně byl definován jen pro optická vlákna, ať jednovidové (označení 1000Base-LX) nebo mnohavidového (1000Base-SX), ale s vývojem vyšších kategorií kroucené dvojlinky kategorie 5E přišla norma i pro ni (1000Base-T). Specialitou je Ethernet na bázi měděného vodiče pro krátké vzdálenosti určené pro propojení skupin zařízení označen jako 1000Base-CX.
4. Desetigigabit Ethernet je zatím poslední standardizovaná verze s rychlostí 10 Gb/s. Zde se využívají především jednovidové optické vlákna (označení 10GBase-LR) nebo mnohavidové optické vlákna (10GBase-SR). Začíná se ovšem zavádět i kroucená dvojlinka kategorie 6E nebo kompatibilní kategorie 7 s označením 10GBase-T na této přenosové rychlosti.

Přístupová metoda

Jak tedy vidíme, Ethernet je definován pro různé přenosové rychlosti, ale také pro různé přenosové média. Co ovšem mají všechny typy společné je princip přístupu stanic k přenosovému mediu, nazývaný anglickou zkratkou CSMA/CD. V překladu tato zkratka znamená metodu mnohonásobného přístupu k mediu s nasloucháním nosné a detekcí kolizí a podrobně si vysvětlíme v následujících odstavcích.

CSMA, neboli anglicky Carrier Sense Multiple Access (mnohonásobný přístup s nasloucháním nosné) znamená, že stanice, která chce vysílat data si poslechne, zda přenosové medium nevyužívá jiná stanice a pokud ano, zkouší tento přístup později až do té doby, než je medium volné. Poté začne vysílat svá data.

Na druhou stranu, CD neboli Collision Detection (detekce kolizí) značí technologii, kdy vysílací stanice během vysílání sleduje, že je na přenosovém mediu signál odpovídající tomu, co vysílá. Pokud tomu tak není, tak je jasné, že vysílá zároveň i jiná stanice a dochází k tzv. kolizi. V tomto případě stanice generuje signál JAM, po kterém se všechny vysílající stanice odmlčí na náhodně generovaný čas a po něm se snaží vysílání zopakovat.

Lépe se tato technologie dá pochopit z následujícího Obr. 24, který popisuje tři fáze, které můžou nastat.

V první fázi si stanice č. 1 poslechla na přenosovém mediu, jestli někdo nevysílá, zjistila že ne, takže začala vysílat svá data. Totéž udělala i stanice č. 2 a jelikož přenášená data ještě k této stanici nedorazila, začala taktéž vysílat. V druhé fázi obě stanice data stále vysílají a ještě nedošlo ke kolizi. Toto nastane až ve třetí fázi, kdy stanice č. 2 zjistila kolizi a proto vygeneruje signál JAM, obě stanice zastaví vysílání na náhodnou dobu (každý jinou). Po uplynutí této doby se pokusí znovu o vysílání.

Díky této jednoduché metodě bylo docíleno podstatného snížení cen síťových a aktivních prvků a tím i hromadnému rozšíření Ethernetu. Na druhé straně je tato jednoduchost zároveň nevýhodou v sítích s větším počtem síťových uzlů. Logicky totiž s narůstajícím počtem uzlů taktéž roste počet kolizí. Soubor uzlů, jejichž činnost může vygenerovat kolizi se nazývá kolizní doména, která by měla být co nejmenší. Některé výše uvedené logické prvky kolizní doménu oddělují, jiné ji naopak rozšiřují. Proto bychom měli při konfiguraci sítě myslet i na tuto vlastnost, protože tím ovlivníme propustnost sítě.

Vedle pojmu kolizní doména se můžeme také setkat s tzv. broadcastovou doménou, což je logická část počítačové sítě, kde spolu zařízení komunikují přímo. Pokud jsou data v počítačové síti ve formě packetů určena pouze jednomu konkrétnímu zařízení definovanému jedinečnou síťovou adresou, jedná se o tzv. unicasty. Existují ovšem případy, kdy chceme jeden packet poslat více zařízením a pak hovoříme o tzv. broadcastech, které jsou určeny všem uživatelům sítě a nebo multicastech jen pro určité vybrané skupiny uživatelů. Při velké broadcastové doméně může nastat problém s propustností sítě, protože se těmto broadcastům musí věnovat každý uživatel bez ohledu na to, jestli je určen pro něj. Proto je rozumné nemít broadcastovou doménu příliš velikou a můžeme to ovlivnit opět vhodnou volbou aktivních prvků, které nám tuto doménu mohou snížit, ale také rozšířit.

V počítačové terminologii se ještě můžeme setkat s terminologií CSMA/CA, kde zkratka CA znamená Collision Avoidance neboli „předcházení kolizí“. Na rozdíl od předchozí technologie musí vysílací stanice upozornit všechny ostatní stanice, že bude vysílat a jakmile tyto jsou informovány, začíná vysílat. Tímto se zabrání kolizím, protože ostatní jsou informováni o tom, že nemají vysílat. Tato technologie se využívá především v bezdrátových sítích, kde nejsou účastníci schopni zároveň vysílat i přijímat.

Formát Ethernetového rámce

Všechny rychlostní modifikace Ethernetu popsané v kapitole 3.3.1 používají stejnou přístupovou metodu CSMA/CD, ale také stejný formát a velikost paketu. Ethernetový rámec je definován na první a druhé vrstvě modelu ISO/OSI a obecně má tvar:

Popis ethernetového rámce se provádí pomocí tzv. oktetů, neboli osmicí bitů a to z důvodu kompatibility, protože některé zařízení nemusí pracovat v osmibitových násobcích délek. První částí je tzv. Preambule, která slouží k synchronizací vysílací a přijímací stanice. Má velikost 7 oktetů, kde se střídají 0 a 1 (např. jeden oktet = 10101010). Dále následuje 1 oktet označován jako Start of Frame Delimiter (SFD) což česky znamená označení začátku rámce. Poté pokračují MAC adresy cílové a zdrojové stanice o velikosti 6 oktetů (48 b). MAC adresa cílového rozhraní nemusí být jen adresa jednoho konkrétního zařízení (tzv. unicast), ale také adresa skupinová (multicast) nebo všeobecná (broadcast). V poli Typ o délce 2 oktety se nachází určení typu vyššího protokolu. 
Další, nejpodstatnější pole dat mívá velikost minimálně 46 a maximálně 1500 oktetů. Minimální délka je zde definována kvůli správné detekci kolizí a pokud jsou data menší než 46 B, jsou na tuto velikost doplněny. CRC32 značí 32bitový kontrolní součet, který se počítá ze všech polí mimo Preambule a právě tohoto CRC32 a slouží ke kontrole správnosti dat. Příjemce si tento součet vypočítá sám z přijatých dat, překontroluje s přijatým CRC a pokud nesouhlasí, tak rámec zahodí. Za každým Ethernetovým rámcem následuje dvanáctioktanová mezera.

• Předchozí
• Další