Beadandó munkámban az Ethernet szabványt kívánom áttekinteni, a történelmi és technikai háttért figyelembe véve.

Az Ethernet a számítógépes hálózati technológiák családjába tartozó szabvány, mely helyi (LAN) és városi méretű (WAN) hálózatok összekötésére szolgál. Az Ethernet 1980-ban került bemutatásra, majd 1983-ban vált szabvánnyá IEEE 802.3 néven. Ettől kezdve a szabvány alapjaiban nem változott, csupán mindig a kor (egyre növekvő) igényeihez igazították. Változott a maximálisan kihúzható kábelhossz két gép közt, illetve az adatátviteli sebesség is jelentősen megnőtt az idők folyamán.

A szabvány megfelelőnek bizonyult, mely tényt az idő hivatott igazolni, ugyanis rövidesen az egyéb vezetékes technológiákat kiszorította a piacról (pl. token ring, FDDI, ARCNET). Később megjelent az igény a vezeték nélküli adattovábbításra (pl. Wi-Fi) mely az IEEE 802.11 nevet kapta.

Az Ethernet szabványokban sokféle kábelezési és jeltovábbítási ajánlást tettek az OSI (Open Systems Interconnection - Nyílt rendszerek összekapcsolása: ez egy olyan, általánosan alkalmazható tervezet, mely a világon előforduló összes hálózatra egyaránt érvényes) fizikai rétegére vonatkozóan. Az eredeti 10BASE5 Ethernet vastag koaxiális kábelt használt, míg az újabb szabványok (802.3i (1990)-től felfelé) már csavart érpárt illetve üvegszálas optikát. Ezen változásokat természetesen az aktív hálózati eszközök is lekövették (switch-ek, HUB-ok, routerek).

A legelső (még szabadalmaztatás előtti, kísérleti) Ethernet szabvány 2,94 Mbit/s átvitelre volt képes, a jelenlegi leggyorsabb 100 Gbit/s-ra, míg 2017-re 400 Gbit/s-os elméleti maximumot igérnek.

Az Etherneten kommunikáló eszközök (mivel a folyamatos, egyszerre történő adatfogadásnak és feldolgozásnak technikai és adatbiztonsági akadályai vannak) kis egységekben, ún. framekben kommunikálnak. Minden frame tartalmazza a csomag cél és forráscímét, illetve egy hibaellenőrző rutint, mely figyeli, hogy nem sérült-e meg az adat továbbítás közben, s amennyiben igen, akkor a hibás csomagot újraküldi. Az OSI modell alapján az Ethernet szabvány az első két rétegben (fizikai és adatkapcsolati) nyújt szolgáltatásokat.

A szabvány (és annak alapján készült eszközök) kereskedelmi megjelenése óta jó példaként szolgál a visszafelé való kompatibilitás bemutatására. A használt 48 bites MAC címzés (ami 248 –on db címet jelent…), illetve az Ethernet csomagformátuma más hálózati protokollokra is hatással volt a későbbiekben.

Történelmi háttér

Az Ethernet szabvány a Xerox PARC fejlesztette ki 1973-74 közt. A fejlesztést az ALOHAnet inspirálta, mely az egyik társszerző, Robert Metcalfe PhD munkájában is helyet kapott. Az ötlet első írásos emléke 1973 májusából való, s melyből megtudhatjuk, hogy az Ethernet elnevezés az éter angol elnevezéséből ([a]ether) származik, s melyet a következőképp definiált: „Mindenütt jelenlévő passzív közeg, mely elektromágneses hullámok továbbítására alkalmas”. 1975-ben a Xerox egy szabadalmi kérelmet nyújtott be, melyben Metcalfe-ot, David Boggs-t, Chuck Thacker-t illetve Butler Lampson-t jelölték meg a technológia kidolgozóiként. 1976-ban, miután a rendszer sikeresen összeállításra került a PARC-nél, Metcalfe és Boggs dolgozatának témája a technológia kifejlesztése lett.

Metcalfe 1979 nyarán elhagyta a Xeroxot, majd megalapította a 3Com-ot. Ezután meggyőzte a DEC-t, az Intelt illetve a Xeroxot, hogy dolgozzanak együtt, így téve az Ethernetet igazi szabvánnyá.

Az Ethernet szabványnak két kihívója is akadt, - melyek többnyire zárt rendszerek voltak – a Token Ring és a Token Bus. Mivel az Ethernet hatalmas előnyei közé tartozott az olcsó előállíthatóság a csavart érpár használatának köszönhetően, így hamarosan kiszorította a piacról ellenfeleit, majd az 1980-as évek végére övé lett a domináns szerep. A 3Com 1981-ben kezdte el szállítani első 10 Mbit/s átvitelt tudó 3C100-as hálózati kártyáját, majd adaptereket is biztosított PDP-11/VAX/Multibus alapú Intel és Sun gépekhez.

Ezt követte a DEC Unibus-Ethernet adaptere, ezzel a cég teljes belső vállalati hálózatot épített ki, mely 1986-ra 10 000 hálózati csomópontot tartalmazott, így abban az időben övék volt a legnagyobb hálózat az egész világon. Az Ethernet szabvány fejlődése (főként a 10BASE-T megjelenése) ösztönzőleg hatott a processzorgyártók fejlesztési kedvére is, egyre gyorsabb lapkák jelentek meg, illetve az alsóbb kategóriás alaplapokon is elterjedt az Ethernet csatlakozó ezzel egy időben.

Az Ethernet azóta folytatja világhódító útját. Ma már – a folyamatos fejlesztéseknek köszönhetően nem csak asztali számítógépekben és munkaállomásokban található meg. Ipari felhasználása és a telekommunikációban betöltött szerepe is jelentős az egyre nagyobb adatátviteli sebesség miatt.

Szabványosítási kérdések

1980 februárjában az Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) elindította a 802-es projektet mellyel a LAN-ok egységesítését kívánta elérni. A „DIX-csoport” (Gary Robinson [DEC], Phil Arst [Intel], Bob Printis [Xerox]) ekkor közszemlére bocsájtotta az ún. „kék könyvet” mely a CSMA/CD specifikációját tartalmazta, s amely később a LAN specifikáció egyik lehetséges jelöltje lett. A CSMA/CD mellett természetesen más alternatívák is szerepeltek, úgy, mint a General Motors-féle Token Bus, vagy az IBM gondozásában álló Token Ring. A felsorakoztatott technológiák és a mögöttük álló cégek erőviszonyai hamarosan vitába csaptak át a szabványosítás kérdésében. 1980 decemberében a csoport három alcsoportra bomlott, így lehetőség nyílt mindhárom technológia szabványosítására.

Technológiai háttér

Többször esett már szó az Ethernet fejlődéséről a korábbi oldalakon, azonban technológiai szempontból még nem vizsgáltuk meg. Mint korábban említettem, az Ethernet Carrier sense multiple access with collision detection-t használ (CSMA/CD – vivő érzékeléses többszörös hozzáférés, ütközés detektálással)., mely egy véletlen közeg hozzáférési protokoll.

A CSMA/CD bemutatása

Carrier Sense (CS): A hálózat részét képező végpontok érzékelik, ha egy másik végpont adni kíván a hálózaton.

Multiple Access (MA): Csak az az állomás veszi figyelembe a csomagot, amelyiknek szól. A többi elutasítja, illetve nem dolgozza fel.

Collision Detection (CD): Ütközés érzékelése. Ha egyszerre két vagy több eszköz ad a hálózaton, akkor csomagütközés következik be. Ennek elkerülésére a következő procedúrát alkalmazza a szabvány:

1. El kell dönteni, hogy az átküldeni kívánt adat sértetlen-e.

2. Amennyiben az előző pontra a válasz igen, akkor meg kell nézni, hogy a fogadó eszköz nem küld-e éppen.

3. Ha nem, akkor el kell kezdeni a küldést, s közben figyelni kell a hálózatot, nem lesz-e ütközés.

4. Amennyiben ütközés van akkor azt majd lejjebb tárgyaljuk.

5. Az újraküldést jegyző számláló visszaállítása, kerettovábbítás befejezése.

Ha ütközés történt:

1. Folytassuk az adatátvitelt, de jelezzük, hogy torzult az adat. Folytassuk ezt mindaddig, míg az összes host észre nem veszi az ütközést.

2. Növeljük meg a számlálót.

3. Elértük a lehetséges újraküldések maximális számát? Szakítsuk meg az átvitelt.

4. Az ütközések számától függően (egy bonyolult matematikai képlet alapján) várjunk, majd folytassuk az elejétől.

Az Ethernet keret felépítése

Előtag: 7B hosszú, feladata a vevőoldali szinkronizálás.

SFD: A keret fejléce, szinkronizációra alkalmas

Forrás/Célcím: Küldő/fogadó MAC címe.

Adat: max. 1500B

FCS (CRC): ellenörzőösszeg

Kábeltípusok

Réz:

A különböző kábel típusok a külső elektromos/mágneses zavarok kivédésére hivatottak.

UTP: Szigetelés nélküli, csavart érpárú kábel, mely védett a külső elektromos/mágneses hatásoktól illetve a szomszédos érpárok közti áthallás is megszüntetésre került.
STP: Szigetelt és csavart érpárú kábel, melyre az elektromos és mágneses hatások nincsenek hatással.

Optikai:

Egymódusú: Egy frekvencián képes adatátvitelre, így általában rövidebb távok áthidalására alkalmazzák.

Többmódusú: Több frekvencián képes adatátvitelre, így nagyobb távokra alkalmazható,

Ethernet kábelek típusai

Sources: Koax (kép - ELTE), TP (kép - Arcania), Optikai (kép - szabilinux), Cisco Switch (kép), Cisco HUB (kép), Cisco Router (kép), ISO-OSI-TCP, Ethernet Frame