5. Ethernet

Sedan etableringen av Ethernet år 1973 har nya standarder utvecklats för att specificera snabbare och mer flexibla versioner av Ethernet. Idag är Ethernet den LAN-teknik som är mest dominerande i världen.

  • 1973 Ethernet skapas av Dr Robert Metcalf och Xerox koncern
  • 1980 DIX standard och Ethernet II standarder. Digital Equipment, Intel och Xerox släpper standard för 10 Mbps över koaxialkabel.
  • 1983 publiceras nya versioner av Ethernet IEEE 802.3 och 10 BASE-5. 10 Mbps över koaxialkabel.
  • 1985 grundas SynOptics företag för utveckling av TP Ethernet hubbar.
  • 1990 grundas Crescendo företag för utveckling av TP FDDI nätverksprodukter och Ethernet hubbar.
  • 1995 grundas Granite Systems för utveckling av Gigabit Ethernet nätverksprodukter.
  • 1998 Ethernet fyller 25 år

Denna utvecklingsförmåga är en av huvudorsakerna till att Ethernet blivit så populär som LAN-nätverksteknologi. Tidiga versioner av Ethernet var relativt långsamma vid 10 Mbps. De senaste versionerna av Ethernet arbetar med 10 Gigabit per sekund och snabbare. Ethernet stödjer bandbredden på:

  • 10 Mbps
  • 100 Mbps
  • 1000 Mbps (1 Gbps)
  • 10 000 Mbps (10 Gbps)
  • 40 ooo Mbps (40 Gbps)
  • 100 000 Mbps (100 Gbps)

Det fysiska skiktet tillhandahåller transmissionssätt för de bitar som utgör datalänk-ramar. Det fysiska skiktets tjänster och  Datalänk-protokollen skapar goda förutsättningar för olika nätverksteknologier, exempelvis Ethernet.

Bild 1: Protokoll 802.2 och 802.3

Ethernet fungerar i Datalänk- och i det Fysiska skikten därmed består Ethernet av flera protokollstandarden som definierar många aspekter av nätverkskommunikationen, inklusive ramformat, ramstorlek, tidshantering och kodning.

Eftersom Ethernet består av standarder från de två OSI-skikten kan Ethernet bäst förstås med hänvisning till OSI-kommunikationsmodellen där Datalänkskiktet delas upp i två underskikt: LLC och MAC. Dessa underskikt beskrivs i standarden IEEE 802.2 och IEEE 802.3

Logical Link Control – kommunikation med övreskiktsprotokoll

Logical Link Control hanterar kommunikationen mellan de övreskiktsprotokoll och de lägre skikten (MAC och Fysiska). Kommunikationshanteringen är typiska tjänster och applikationer i övre skikten. Dessa applikationer tillämpas i hårdvara i de lägre skikten. LLC underskiktet lägger styrinformation i varje IPv4 paket så att paketleveransen kan underlättas.

Bild 2: LLC och MAC underskikt

Bilden ovan ska man tolka som följande:

  • I översta raden är tillgängliga nätverksprotokoll och tjänster i OSI-nätverksskiktet.
  • Datalänk-skiktet delas upp i två underskikt: LLC och MAC.
  • LLC kan kommunicera med Nätverksskiktet och inte MAC.
  • LLC funktioner specificeras i standarden IEEE 802.2
  • MAC tillhandahåller kontroller för åtkomst till transmissionsmedia.

LLC funktioner implementeras i programvara och dess genomförande är oberoende av den fysiska utrustningen. I en dator kan LLC betraktas som drivrutiner för nätverkskortet (NIC).

MAC underskikt

MAC protokollsfunktioner implementeras i hårdvara, vanligtvis i datorns nätverkskort. MAC fungerar som ett interface mellan protokoll i LLC och transmissionsteknik i det Fysiska skiktet. Den primära ansvaret är att flytta datapaket till och från ett nätverkskort och till och från transmissionsmedia. MAC underskiktet stödjer unicast, multicast och broadcast kommunikationssätt.

Bild 3: MAC underskiktets ansvarsområden

Bilden ovan visar att MAC underskiktet har två primära ansvar:

  • Signalering och datainkapsling.
  • Åtkomstkontroller för transmissionsmedier.

Signalering och datainkapsling

Processen kan sammanfattas i tre primära funktioner:

  • Frame delimiting – Ramavgränsningen identifierar grupper av bitar som representerar ramar. Processen genererar synkroniseringsmönster mellan sändande och mottagande kommunikationsparter.
  • Adressering – Datainkapslings processen förser med L3 och L2 adresser.
  • Error detection – Feldetektering görs med mekanismer specificerade i ramarnas Trailer.

Datainkapslings processen inkluderar information om ramuppbyggnad före transmissionen och bitgruppering vid mottagandeRamuppbyggande i MAC-underskiktet förser en header och en trailer till L3 PDU.

En ytterligare funktion av datainkapsling är feldetektering. Varje Ethernet-ram innehåller en trailer med en cyklisk redundanskontroll (CRC) för styrinformation i en rams header. Vid mottagning av en ram, räknar den mottagande nätverksenheten ut en CRC summa grundad i ramens innehåll. Därefter jämförs mottagarens uträknat CRC värde med den CRC värde inkluderad i ramen. Om dessa två CRC värde stämmer kan ramen betraktas vara utan fel och därmed accepteras av mottagaren, annars är ramen ogiltig och därför tas den bort från nätverket.

Åtkomstkontroller för transmissionsmedier

Det andra ansvaret för MAC-underskiktet är åtkomstroller för transmissionsmedier. Media Access Control underskiktet ansvarar för placering av ramar på och från transmissionsmedia i direkt kommunikation med det fysiska skiktet.

Den grundläggande logiska topologin hos Ethernet är en multi-access-buss där delar alla nätverksenheter på en enda transmissionsmedia. Ethernet är en kollisionsbaserad nätverksteknik. En sådan teknik tillåter endast en nätverksenhet per gång att sända data över det gemensamt transmissionsmediet. Åtkomstrollen Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) används i halvduplex Ethernet LAN för att upptäcka och hantera kollisioner. Dagens Ethernet har stöd för full-duplex överföringar vilket möjliggör samtida överföringar utan kollisioner.