Ethernet
Ethernet – najpowszechniej stosowany standard komunikacji w sieciach komputerowych, definiujący zarówno warstwę fizyczną, jak i podwarstwę MAC modelu OSI. Standard został opracowany w latach 70. XX wieku przez firmę Xerox w ramach projektu Alto i od tego czasu jest rozwijany przez organizację IEEE 802.3.
Historia
Podstawy Ethernetu położył w 1973 roku Robert Metcalfe, pracownik Xerox PARC. W 1976 r. powstał pierwszy prototyp 10 Mbit/s, a w 1980 roku opublikowano pierwszą wersję specyfikacji pod nazwą IEEE 802.3. Przez lata standard był sukcesywnie rozwijany, wprowadzając wyższe prędkości (Fast Ethernet 100 Mbit/s, Gigabit Ethernet 1 Gbit/s) oraz nowe media transmisyjne (skrętka, światłowód, kabel koncentryczny).
Podstawowe zasady działania
Warstwa fizyczna
Ethernet wykorzystuje różne typy okablowania:
- Kabel koncentryczny (10BASE5, 10BASE2) – pierwsze media transmisyjne.
- Skrętka (10BASE‑T, 100BASE‑TX, 1000BASE‑T) – najpopularniejsze rozwiązanie w instalacjach biurowych.
- Światłowód (fiber optic) (10GBASE‑S, 40GBASE‑LR) – stosowany w centrach danych i połączeniach szkieletowych.
Podwarstwa MAC
Adresowanie w Ethernet opiera się na 48‑bitowych adresach MAC. Każda karta sieciowa (NIC – Network Interface Card) posiada unikatowy adres, co umożliwia rozróżnianie nadawcy i odbiorcy w ramach tej samej sieci lokalnej.
Ramka Ethernet składa się z następujących pól:
- Pre‐amble (7 bajtów) – synchronizacja.
- SFD (Start Frame Delimiter) – znak rozpoczęcia ramki.
- Adres docelowy (6 bajtów).
- Adres nadawcy (6 bajtów).
- Typ/Length (2 bajty) – określa protokół wyższego poziomu (np. IPv4, IPv6).
- Dane (46‑1500 bajtów, w trybie Jumbo Frame do 9000 bajtów).
- CRC (4 bajty) – kontrola błędów.
Topologie i metoda dostępu
Tradycyjny Ethernet wykorzystywał topologię magistralną z techniką dostępu CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Współczesne instalacje najczęściej opierają się na topologii gwiazdy, w której każdy podłączony węzeł komunikuje się z switchem. Dzięki temu kolizje są praktycznie wyeliminowane, a metoda dostępu przechodzi na pełny dupleks.
Rodzaje Ethernetu
| Standard | Prędkość | Medium | Rok wprowadzenia |
|---|---|---|---|
| 10BASE‑5 | 10 Mbit/s | Kabel koncentryczny (koaks) | 1980 |
| 10BASE‑T | 10 Mbit/s | Skrętka (UTP) | 1990 |
| 100BASE‑TX | 100 Mbit/s | Skrętka (UTP) | 1995 |
| 1000BASE‑T | 1 Gbit/s | Skrętka (UTP) | 1999 |
| 10GBASE‑S | 10 Gbit/s | Światłowód | 2002 |
| 40GBASE‑LR4 | 40 Gbit/s | Światłowód | 2010 |
| 100GBASE‑CR4 | 100 Gbit/s | Skrętka (DAC) | 2014 |
Zastosowania
Ethernet jest podstawą sieci lokalnych (LAN), a także szeroko wykorzystywany w sieciach rozległych (WAN) dzięki technikom takim jak MPLS i Ethernet over Fibre. Standard służy do łączenia komputerów, serwerów, telefonii IP, systemów automatyki przemysłowej (Industrial Ethernet) oraz urządzeń IoT.
Rozwój i perspektywy
Obecnie trwają prace nad kilkudziesięciogigabitowymi wersjami Ethernetu (400 Gbit/s Ethernet) oraz nad standardami energooszczędnymi (EEE). Wprowadzane są również rozwiązania oparte na TSN – sieciach o deterministycznym opóźnieniu, dedykowanych dla przemysłu 4.0 i autonomicznych systemów.
Bibliografia i źródła
- IEEE Std 802.3 – seria standardów Ethernet
- „History of Ethernet”, Robert Metcalfe (książka, 1999)
- „Data and Computer Communications”, William Stallings (wyd. 8, 2020)