Czym jest Ethernet? Standard Sieci Lokalnych

Ethernet to rodzina technologii przewodowych sieci komputerowych, powszechnie stosowanych w sieciach lokalnych (LAN), miejskich (MAN), a nawet rozległych (WAN). Pierwotnie opracowany w Xerox PARC w 1976 roku przez Roberta Metcalfe'a, stał się najbardziej rozpowszechnioną technologią sieci przewodowych na świecie dzięki swojej prostocie, niskiemu kosztowi i wysokiej wydajności.

Jego sukces w dużej mierze wynika ze standaryzacji. Grupa robocza IEEE 802.3 jest odpowiedzialna za definiowanie specyfikacji warstwy fizycznej i łącza danych dla Ethernetu. Zapewnia to, że urządzenia różnych producentów mogą bezproblemowo komunikować się ze sobą.

Początki: 10 Mb/s Klasyczny Ethernet

Pierwsze standardy Ethernet działały z prędkością 10 Mb/s i opierały się na koncepcji medium współdzielonego, gdzie wszystkie urządzenia były podłączone do jednej linii komunikacyjnej.

Standardy Koncentryczne (Topologia Magistrali)

• 10Base-5 (Thicknet): To był oryginalny standard Ethernet. Używał grubego, sztywnego kabla koncentrycznego jako wspólnego szkieletu. Urządzenia podłączano za pomocą „wampirków” (vampire taps), które przebijały izolację, aby nawiązać kontakt. Maksymalna długość segmentu wynosiła 500 metrów.
• 10Base-2 (Thinnet): Bardziej przystępny cenowo i elastyczny następca, wykorzystujący cieńszy, bardziej giętki kabel koncentryczny. Urządzenia były łączone szeregowo za pomocą złączy BNC typu T. Maksymalna długość segmentu wynosiła 185 metrów. Oba te standardy tworzyły jedną domenę kolizyjną, co oznaczało, że kolizje były normalnym elementem działania, zarządzanym przez protokół CSMA/CD.

Przełom: 10Base-T (Topologia Gwiazdy)

Wprowadzenie 10Base-T zrewolucjonizowało sieci, przechodząc z fizycznej topologii magistrali na fizyczną gwiazdę. Zamiast jednego kabla, każde urządzenie było podłączone własnym kablem do urządzenia centralnego.

• Medium: Wykorzystywano tanią, nieekranowaną skrętkę (UTP) kategorii 3 lub 5 ze złączami RJ-45.
• Urządzenie Centralne: Początkowo urządzenia były podłączane do Koncentratora (Huba). Hub działa jak prosty regenerator wieloportowy, co oznacza, że po prostu kopiuje przychodzące dane na wszystkie inne porty. Logicznie sieć nadal zachowywała się jak magistrala, ze wszystkimi urządzeniami w tej samej domenie kolizyjnej. Później huby zostały zastąpione znacznie inteligentniejszymi przełącznikami.
• Zalety: To sprawiło, że sieci stały się znacznie bardziej niezawodne i łatwiejsze w diagnostyce. Problem z jednym kablem dotyczył tylko jednego urządzenia, a nie całej sieci.

Skok Naprzód: Fast Ethernet (100 Mb/s)

W miarę jak aplikacje stawały się bardziej wymagające, potrzeba wyższych prędkości doprowadziła do rozwoju Fast Ethernet, standaryzowanego jako IEEE 802.3u. Standard ten dziesięciokrotnie zwiększył prędkość do 100 Mb/s.

• 100Base-TX: Dominujący standard dla Fast Ethernet po miedzi. Wymaga dwóch par przewodów w kablu UTP kategorii 5 (lub lepszej). Przez wiele lat stał się de facto standardem dla połączeń LAN.
• 100Base-FX: Światłowodowa wersja Fast Ethernet. Używa dwóch włókien światłowodu wielomodowego(jednego do nadawania, drugiego do odbierania) i jest używany do połączeń na większe odległości, np. do łączenia pięter w budynku, do 2 km.

Nowa Era: Gigabit Ethernet (1 Gb/s)

Kolejne dziesięciokrotne zwiększenie prędkości przyniosło Gigabit Ethernet (1000 Mb/s). Był to krytyczny krok, umożliwiający wysokowydajne połączenia serwerowe i szkielety sieciowe.

Gigabit po Miedzi (1000Base-T)

Standaryzowany jako IEEE 802.3ab, 1000Base-T był niezwykłym osiągnięciem technologicznym. Zamiast używać tylko dwóch par jak Fast Ethernet, wykorzystuje wszystkie cztery pary kabla kategorii 5e (lub lepszej) do jednoczesnej transmisji w obu kierunkach (pełny dupleks). Wymagało to złożonego przetwarzania sygnału i eliminacji echa, aby mogło działać.

Gigabit po Światłowodzie (1000Base-X)

Standaryzowana jako IEEE 802.3z, ta rodzina obejmuje wersje światłowodowe do połączeń szkieletowych:

• 1000Base-SX: Używa laserów o krótkiej fali (S) (około 850 nm) na światłowodzie wielomodowym, na odległości do 550 metrów.
• 1000Base-LX: Używa laserów o długiej fali (L) (około 1310 nm) zarówno na światłowodzie wielomodowym (do 550m), jak i jednomodowym (do 5 km, a czasem więcej).

Od LAN do MAN/WAN: 10 Gigabit Ethernet i Dalej

Wraz z 10 Gigabit Ethernet (10 Gb/s), Ethernet wykroczył poza sieć lokalną i stał się realną technologią dla sieci miejskich i rozległych.

• 10GBASE-T: Zapewnia 10 Gb/s po miedzi, ale wymaga wysokiej jakości kabla kategorii 6A lub 7, aby osiągnąć pełne 100 metrów.
• 10GBASE-SR/LR/ER: Rodzina standardów światłowodowych na różne odległości: Short Reach (~300m na MMF), Long Reach (10km na SMF) i Extended Reach (40km na SMF).
• 10GBASE-LX4: Interesujący standard wykorzystujący zgrubną multipleksację falową (CWDM) do przesyłania czterech różnych długości fal światła jedną parą włókien wielomodowych, aby osiągnąć 10 Gb/s.

Prędkości Centrów Danych: 40 Gb/s i 100 Gb/s

Standaryzowane w IEEE 802.3ba, prędkości 40 i 100 Gb/s osiągnięto nie poprzez przyspieszenie pojedynczej linii, ale poprzez połączenie wielu wolniejszych linii równolegle. Część standardu definiująca połączenie fizyczne nazywana jest podwarstwą PMD (Physical Medium Dependent).

Kluczowe Standardy i Technologie

• 40GBASE-SR4 i 100GBASE-SR10: Są to standardy krótkiego zasięgu na równoległym światłowodzie wielomodowym. 40G używa 4 torów (par włókien) po 10 Gb/s każdy. 100G używa 10 torów po 10 Gb/s każdy.
• 40GBASE-LR4 i 100GBASE-LR4: Są to standardy dalekiego zasięgu na jednej parze światłowodów jednomodowych. Zamiast równoległych włókien, wykorzystują multipleksację falową (WDM) do przesyłania 4 oddzielnych długości fal („kolorów”) w jednym włóknie. Dla 40G, każda fala niesie 10 Gb/s. Dla 100G, każda fala niesie 25 Gb/s.
• 100GBASE-ER4: Wersja dalekiego zasięgu (Extended Reach) standardu LR4, zdolna do transmisji 100 Gb/s na odległość do 40 km, zacierając granice między technologiami LAN a operatorskimi.

Ewolucja trwa, a obecnie zdefiniowane są już standardy dla 400 Gb/s, 800 Gb/s, a nawet Ethernetu Terabitowego, co niezmiennie udowadnia niezwykłą zdolność adaptacji i długowieczność tej technologii.