Ethernet
| TCP/IP-pino | |
|---|---|
 sovelluskerros |
BGP·DHCP·DNS·ESMTP·FTP·HTTP·IMAP·IRC·LDAP·MGCP·NNTP·NTP·POP3·RPC·RTP·RTSP·SIP·SMTP·SNMP·SOCKS·SSH·Telnet·TLS/SSL·XMPP·(..lisää..) |
 kuljetuskerros |
TCP·UDP·QUIC·DCCP·SCTP·RSVP·RIP·ECN |
 verkkokerros |
IP(IPv4jaIPv6)·ICMP(ICMPv6)·IGMP·IPsec |
| siirtoyhteyskerros | ARP·IS-IS·NDP·OSPF·L2TP·PPP |
| fyysinen kerros | |
Ethernetonpakettipohjainenlähiverkkoratkaisu(Local Area Network, LAN), joka on yleisin ja ensimmäisenä laajasti hyväksytty lähiverkkotekniikka. Nimi Ethernet on lähtöisinmaailmaneetteristä:jaetusta kommunikaatioon käytetystä väylästä, yhteisestä viestiavaruudesta. Nykyään nimitys "Ethernet" viittaa joukkoon lähiverkkojen toteutustapoja, jotka käyttävätCSMA/CD-kilpavaraustekniikkaa jakaessaan siirtotien työasemien kesken. Ethernet toteuttaaOSI-mallinkerrokset 1 ja 2 (fyysinen- ja siirtoyhteyskerros).IEEEon standardoinut Ethernet-tekniikoita802.3-työryhmässä.[1]
Ethernet on ytimessäänprotokolla,joka kertoo miten tietoa välitetään johtimissa.[2]
Ethernetin vaiheet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Ensimmäistä Ethernet-verkkoa – jota nimitettiin Alto ALOHANetiksi – alettiin kehittää XeroxinPalo Alton tutkimuskeskuksessavuonna 1972. Ensimmäinen käyttökohde oliXerox Alto-tietokone.[3][4]Aluksi verkon siirtonopeus oli 2,94 Mbit/skoaksiaalikaapelinyli.[5]David BoggsjaRobert Metcalfejulkaisivat Ethernetin kuvauksen vuonna 1976 artikkelissaEthernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks.[6] 30. syyskuuta 1980DEC,XeroxjaInteljulkaisivat "siniseksi kirjaksi" kutsutun Ethernetin määrittelyn, josta tuli viisi vuotta myöhemmin IEEE-standardi IEEE 802.3.[7]
Laajemmin Ethernet-verkkoa alettiin käyttää 1980-luvulla. Aluksi käytettiin halkaisijaltaan yli 10 mm vahvuiseen koaksiaalikaapeliin perustuvaa Ethernet-versiota (10Base5eli "paksu" Ethernet), 1985 hyväksyttiin ohuempaa ja halvempaa kaapelia käyttävä versio (10Base2eli "ohut" Ethernet). Seuraavaksi tuli 10baseT, halpaa Cat3-parikaapelointiakäyttävä versio.
Vuonna 1995 saavutettiin 100 Mbit/s siirtonopeus,FastEtherneteri versioineen, joista 100baseTX on jäänyt käyttöön. Siirtonopeuden kasvu perustui paitsi parempiin verkkolaitteisiin ja laadukkaampiin kaapeleihin (Cat5) niin ennen kaikkea verkon rakenteen muuttumiseen: Ethernetissä alun perin käytetty väylärakenne (topologia) oli muuttunut tähtimäiseksi, eli jokainen "solmu" on erillisen yhteyden (kaapelin) päässä eikä riipu toisen solmun yhteydestä, ja keskitin tai kytkin välittää tietoja. Aiemmin 10Base2-kaapelit kulkivat solmusta (tietokoneesta) toiseen.
Vuonna 1998 kehitettiin seuraava versioGigabitEthernet,jossa 1 Gbit/s nopeus saavutettiin ottamalla käyttöön pidemmät kehykset, pienentämällä CSMA/CD-algoritmille sallitun alueen kokoa, tehostamalla siirrossa käytettävää koodausta eli symbolin esitystapaa, siirtymällä half-duplexiin ja lisäämällä PAM-modulaatioon kaksi uutta jännitetasoa. Nykyisin käytössä on jo 10 Gbit/s Ethernet, joka tuki aluksi vainvalokuituyhteyksiä,mutta nyt käytössä on jo useampi standardi myös kuparikaapeleille.
- Vertailu alkuperäisen Ethernetin ja modernin Ethernetin välillä
-
Alkuperäinen toteutus: jaettu, törmäysherkkä. Kaikki tietokoneen yrittävät kommunikoida samaa jaettua kaapelia pitkin ja kilpailevat toistensa kanssa. -
Modernin Ethernetin toteutus: kytketty yhteys, törmäyksetön. Jokainen tietokone kommunikoi vain kytkimen kanssa ilman kilpailua kaapelin käytöstä.
Fyysinen toteutus
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Perinteinen Ethernet ontopologialtaanväylä: kaikki verkossa olevat koneet ovat kiinni samassa kaapelissa ja jokainen niistä näkee toistensa liikenteen. Kaapelointina oli aluksi10Base5,Orange Hose Etherneteli"paksueetteri",eli 10 milliä paksu RG-8-koaksiaalikaapeli, johon laitteet liitettiin erillisten lähetin-vastaanotinyksiköiden eli transceiverien avulla. Yhden kaapelin eli segmentin enimmäispituus oli 500 m.
Seuraavaksi kehitettiin10Base2,"ohuteetteri",thinnettaicheapernet.Paksu "letku" korvattiin suhteellisen ohuella ja notkealla RG-58-koaksiaalikaapelilla. Laitteet kytketään peräkkäin ketjuun, laitteiden ja kaapelin osien liittämiseen käytetäänBNC-liittimiä. Ethernet-kaapeli voitiin nyt viedä suoraanverkkokortille,erillistä liitinyksikköä ei tarvittu. Ohuemman koaksiaalikaapelin sähköiset ominaisuudet eivät olleet yhtä hyvät kuin paksun, ja segmentin pituus piti laskea 185 metriin.
Aluksi kaikki verkon koneet oli kytketty yhteiseen kaapeliin. Pian kuitenkin kehitettiintoistin,digitaalinen vahvistin, joka toistaa yhden kaapelin liikenteen toisessa. Alkuperäisen spesifikaation mukaan toistimia sai kytkeä kaksi peräkkäin, 1985 sallittiin neljä peräkkäistä toistinta ja viisi segmenttiä.
Vuodesta 1990 alkaen käyttöön tuli edelleen halvempi ja helpompiparikaapeliinperustuva tähtimäinen Ethernet. Jokaisella verkkoon kytketyllä laitteella oli oma kaapelinsa, joka oli kytketty tähden keskellä olevaan toistimeen,keskittimeen.Ethernet ja puhelinverkko voivat nyt käyttää rakennusten sisälläyhteiskaapelointia:samat parikaapelit ja RJ-45-liittimet käyvät sekä puhelimille että Ethernet-verkoille.
Kuparikaapelille on tullut vaihtoehdoksivalokuitukaapeli,jolla on etuja erityisen pitkien kaapeleiden kanssa sekä suurta kaistaa vaativissa verkoissa.[8]Valokuitu on myös immuuni sähkömagneettisille häiriöille, joita teollisuusympäristöissä esiintyy.[8]
Vuonna 2009 julkaistussaHDMI1.4 -standardissa on tuki Ethernetille, jonka tarkoituksena on helpottaa esimerkiksiälytelevisioidenkaapelointia, koska sama kaapeli voi kuljettaa sekä AV-signaalit että verkkosignaalit.
Sillat ja kytkimet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Kun verkkoon kytkeytyi satoja koneita, joiden teho ja tiedonsiirtotarpeet olivat moninkertaistuneet 1970-luvulta, Ethernetin alun perin rajattomalta tuntuneen 10 Mb/s kapasiteetin rajat alkoivat tulla vastaan. Ratkaisu tähän ongelmaan, samoin kuin perättäisten toistimien ja segmenttien määrään, oli verkon osien erottaminen toisistaansillalla.Silta on laite, joka vastaanottaa kehyksen yhdestä verkon osasta ja lähettää sen toiseen. Ethernetin CSMA/CD-algoritmi toimi itsenäisesti kussakin sillalla erotetussa verkon osassa, kullekin osalla oli käytettävissään Ethernetin koko 10 Mb/s kapasiteetti.
Viimeisin 10 Mbit/s Ethernetin kehitysvaihe olikytkettyEthernet: siinäkeskitinei olekaantoistin(hub) vaankytkin.Verkon jokainen työasema voi viestiä toisista riippumatta, jokaisella 10 Mbit/s nopeudella (aikaisemmin koko verkon yhteinen nopeus oli 10 Mbit/s).
Siirtoyhteys
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Ethernetin kaistanvarausmenetelmä onCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection). Se on kilpavarausmenetelmä: jos mikään muu laite ei lähetä (Carrier Sense), kaikilla laitteilla on oikeus aloittaa lähetys (Multiple Access). Jos kaksi tai useampi laite alkaa lähettää samanaikaisesti, ne havaitsevat törmäyksen (Collision Detection) ja keskeyttävät lähetyksen. Törmäykseen osallistuneet laitteet odottavat satunnaisen ajan, jonka jälkeen ne yrittävät uudelleen lähettämistä.
Eri verkkolaitteet tunnistetaanMAC-tason (Media Access Control)MAC-osoitteilla,joka on 48-bittinen yksilöllinen osoite jokaiselle verkkolaitteelle. Ethernet versio 2 kehys on pituudeltaan 64–1518 tavua, ja pystyy kantamaan 1 500 tavua kuormaa. Alla IEEE 802.3 kehysrakenne.
Fast Ethernet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Fast Ethernet on yleisnimitys kaikille 100 Mbit/s siirtäville Ethernet-tekniikoille. Näitä ovat:
- 100BASE-TX (Cat5 parikaapelin yli)
- 100BASE-T4 (neliparisen Cat3 tai paremman kaapelin yli; nyt vanhentunut)
- 100BASE-T2 (kaksiparisen Cat3 tai paremman kaapelin yli; nyt vanhentunut)
FastEthernetiin siirtymisessä vaaditaan usein uusi kaapelointi, sillä FastEthernet vaatii tähtimäiseen verkkoon kytkimen ja Cat5-luokan parikaapelin. Uuden kaapeloinnin käyttö on tehnyt mahdolliseksi myös kaksisuuntaisen (full-duplex) tiedonsiirron perinteisen vuorosuuntaisen (half-duplex) lisäksi.
Gigabit Ethernet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Gigabit Ethernet on yleisnimitys kaikille 1 Gbit/s siirtonopeuteen pystyville Ethernet-verkkotekniikoille. Tekniikka on standardoitu 1000BASE-T:ssa Cat5e kuparikaapeloinnille ja 1000BASE-SX:ssa lyhyille kuituyhteyksille. 1000BASE-TX vaatii toimiakseenCat6-luokan kaapeloinnin.
Gigabit Ethernetissä on kaikki toimivaksi todettu, "vanha" Ethernet ja FastEthernet tekniikka pyritty säilyttämään ja samalla on saavutettu yhteensopivuus vanhoihin 10 Mbit/s ja 100 Mbit/s verkkoihin.
Lähetys tapahtuu edelleen kilpavaraustekniikalla, mutta lyhyiden kehysten pituus on kasvatettu täytetavuilla vähintään 512 tavuun, jotta lähetysaika kasvaa ja törmäys voidaan havaita koko segmentin pituudella.
Uudet standardit
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]10 Gbit Ethernet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]10 gigabitin Ethernet määriteltiin ensimmäisen kerran IEEE 802.3 standardin liitteessä IEEE 802.3ae. Määriteltyjä mediatyyppejä oli seitsemän, kaikki erilaisiavalokuituja.Myöhemmin ovat tulleet muun muassa standardit 802.3ak ja 802.3an erilaisille kuparikaapeleille.
10 gigabitin Ethernetissä on myös otettu käyttöön XGMII (Gigabit Media Independent Interface), jonka tarkoituksena on ohjata datavirta varsinaiselle siirtomediakohtaiselle alikerrokselle ja loogisesti erottaa siirtomediakohtainen elektroniikka kaikille toteutuksille yhteisestä siirtokerroksen elektroniikasta.
Vuonna 2016 ethernetin käyttö ohittiInfiniBandinTop 500-listan suosituimpana kytkentänäsupertietokoneissa:InfiniBandin käyttö laski 205:een järjestelmään kun gigabitin ethernet oli käytössä 218:ssa järjestelmässä, joista 176 käytti 10 gigabitin ethernetiä.[9]
400 Gbit Ethernet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Toukokuussa 2021 arvioitiin päivityssyklin alkavan 400 gigabitin ethernetiin.[10]
Terabit Ethernet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Muun muassaFacebookon ilmaissut tarpeen terabitin ethernetille: vuonna 2010 oli jo tarve 100 gigabitin ethernetille.[11]
Katso myös
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Lähteet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]- ↑http://searchnetworking.techtarget.com/definition/Ethernet
- ↑John Breeden II:What is Ethernet?networkworld.com.18.4.2022. Viitattu 27.8.2022.(englanniksi)
- ↑Cade Metz:Ethernet — a networking protocol name for the agestheregister.com.13.3.2009. Viitattu 24.3.2023.(englanniksi)
- ↑Xerox Altohistory-computer.com.Arkistoitu5.12.2020. Viitattu 30.7.2017.
- ↑Katyanna Quach:Co-inventor of Ethernet David Boggs dies aged 71theregister.com.1.3.2022. Viitattu 24.3.2023.(englanniksi)
- ↑Robert M. Metcalfe & David R. Boggs:Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks(PDF)dl.acm.org.heinäkuu 1976.doi:10.1145/360248.360253.Viitattu 24.3.2023.(englanniksi)
- ↑Cade Metz:Ethernet — a networking protocol name for the ages(sivu 2)theregister.com.13.3.2009. Viitattu 24.3.2023.(englanniksi)
- ↑abFiber Optic vs. Copper Ethernet Cables: Is The Debate Over?cmple.com.Viitattu 26.5.2021.(englanniksi)
- ↑Highlights - June 2016top500.org.2016. Viitattu 25.5.2021.(englanniksi)
- ↑The 400 Gb/sec Ethernet Upgrade Cycle Finally Beginsnextplatform.com.7.5.2021. Viitattu 25.5.2021.(englanniksi)
- ↑Michael Feldman:Facebook Dreams of Terabit Ethernethpcwire.com.3.2.2010. Viitattu 25.5.2021.(englanniksi)