Ethernet

De Viquipèdia

Ethernet és una família de tecnologies basades en el marc de les xarxes d'ordinadors per a xarxes d'àrea local (LAN). El nom vé del concepte físic de l'èter. Es defineix una sèries d'estàndards de cablejat i senyalització de la capa física del model OSI de xarxa, a través dels mitjans d'accés de xarxa al Media Acces Control (MAC)/ Capa d'enllaç de dades i un format d'adreces comú. Ethernet va ser estandarditzada com IEEE 802.3 que determina com les màquines de la xarxa envien i reben dades sobre un medi físic compartit que es comporta com un bus lògic, independentment de la seva configuració física. Ethernet va ser desenvolupada als anys 70 al Xerox PARC, per Robert Metcalfe. Actualment Ethernet és l'estàndard més utilitzat en xarxes locals. Des de els anys 1990, s'utilitza freqüentment Ethernet per a les connexions entre clients. Aquesta configuració ha desplaçat altres estàndards com Token Ring, FDDI i ARCANET.

Taula de continguts 1 Història 2 Objectius 3 Funcionament 4 Tipus d'Ethernet 5 Format de la trama Ethernet 6 Tecnologia i velocitat d'Ethernet 7 Hardware comunament usat en una xarxa Ethernet 8 Present i futur del Ethernet 9 Articles relacionats

[edita] Història

El 1970, mentre Abramson muntava la xarxa ALOHA a Hawaii, un estudiant recentment graduat al MIT anomenat Robert Metcalfe es trobava realitzant els seus estudis de doctorat a la Universitat de Harvard treballant per ARPANET, que era el tema d'investigació candent en aquells dies. En un viatge a Washington, Metcalfe va estar a casa de Steve Crocker (l'inventor dels RFCs d'Internet) on aquest el va deixar dormir al sofà. Per poder agafar el son Metcalfe va començar a llegir una revista científica on va trobar un article de Norm Abramson sobre la xarxa Aloha. Metcalfe va pensar com es podia millorar el protocol utilitzat per Abramson, i va escriure un article descrivint un protocol que millorava substancialment el rendiment de Aloha. Aquest article es convertiria en la seva tesi doctoral, que va presentar el 1973. La idea bàsica era molt simple: les estacions abans de transmetre haurien de detectar si el canal ja estava en ús (és a dir si ja havia 'portadora'), en aquest cas esperarien a que l'estació activa acabés. A més, cada estació mentre transmetés estaria contínuament vigilant el medi físic per si es produïa alguna col•lisió, en aquest cas es pararia i retransmetria més tard. Aquest protocol MAC rebria més tard la denominació Accés múltiple amb detecció de portadora i Detecció de Col•lisions, o més breument CSMA / CD (Carrier Sense Múltiple Access / Collision Detection).

El 1972 Metcalfe es va mudar a Califòrnia per treballar al Centre de Recerca de Xerox a Palo Alto anomenat Xerox PARC (Palo Alto Research Center). Allà s'estava dissenyant el que es considerava la 'oficina del futur' i Metcalfe va trobar un ambient perfecte per desenvolupar les seves inquietuds. Es estaven provant unes ordinadors anomenades Alt, que ja disposaven de capacitats gràfiques i ratolí i van ser considerades els primers ordinadors personals. També s'estaven fabricant les primeres impressores làser. Es volia connectar els ordinadors entre si per compartir fitxers i les impressores. La comunicació havia de ser de molt alta velocitat, de l'ordre de megabits per segon, ja que la quantitat d'informació a enviar a les impressores era enorme (tenien una resolució i velocitat comparables a una impressora làser actual). Aquestes idees que avui semblen òbvies eren completament revolucionàries el 1973.

A Metcalfe, l'especialista en comunicacions de l'equip amb 27 anys d'edat, se li va encomanar la tasca de dissenyar i construir la xarxa que unís tot allò. Comptava per a això amb l'ajuda d'un estudiant de doctorat de Stanford anomenat David Boggs. Les primeres experiències de la xarxa, que van denominar 'Alt Aloha Network', les van dur a terme el 1972. Van ser millorant gradualment el prototip fins que el 22 maig 1973 Metcalfe va escriure un memoràndum intern en què informava de la nova xarxa. Per evitar que es pogués pensar que només servia per connectar ordinadors Alt va canviar el nom de la xarxa pel de Ethernet, que feia referència a la teoria de la física avui ja abandonada segons la qual les ones electromagnètiques viatjaven per un fluid anomenat èter que es suposava omplia tot l'espai (per Metcalfe el 'èter' era el cable coaxial pel qual anava la senyal). Les dues computadores Alt utilitzades per a les primeres proves de Ethernet van ser rebatejats amb els noms Michelson-Morley, en al•lusió als dos físics que van demostrar el 1887 la inexistència de l'èter mitjançant el famós experiment que porta el seu nom.

La xarxa de 1973 ja tenia tots els característiques essencials de la Ethernet actual. Emprava CSMA / CD per minimitzar la probabilitat de col•lisió, i en cas que aquesta es produís es posava en marxa un mecanisme denominat retrocés exponencial binari per reduir gradualment la 'agressivitat' de l'emissor, de manera que aquest s'adaptava a situacions de molt divers nivell de trànsit. Tenia topologia de bus i funcionava a 2,94 MB / s sobre un segment de cable coaxial de 1,6 km de longitud. Les adreces eren de 8 bits i el CRC de les trames de 16 bits. El protocol utilitzat al nivell de xarxa era el PUP (Parc Universal Packet) que després evolucionaria fins esdevenir el que després va ser XNS (Xerox Network System), antecessor al seu torn de IPX (Netware de Novell).

En lloc d'utilitzar el cable coaxial de 75 ohms de les xarxes de televisió per cable es va optar per emprar cable de 50 ohms que produïa menys reflexions del senyal, a les quals Ethernet era molt sensible per transmetre el senyal en banda base (és a dir sense modulació). Cada entroncament del cable i cada 'punxo' vampir (transceiver) instal produïa la reflexió d'una part del senyal transmesa. A la pràctica el nombre màxim de pinxos 'vampir, i per tant el nombre màxim d'estacions en un segment de cable coaxial, venia limitat per la màxima intensitat de senyal reflectida tolerable.

El 1975 Metcalfe i Boggs descriure Ethernet en un article que van enviar a Communications of the ACM (Association for Computing Machinery), publicat el 1976. En ell ja descrivien l'ús de repetidors per augmentar l'abast de la xarxa. El 1977 Metcalfe, Boggs i dos enginyers de Xerox van rebre una patent per la tecnologia bàsica de Ethernet, i el 1978 Metcalfe i Boggs van rebre una altra per al repetidor. En aquesta època tot el sistema Ethernet era propietat de Xerox.

Convé destacar que David Boggs va construir l'any 1975 durant la seva estada a Xerox PARC el primer router i el primer servidor de noms de la Internet. La primera versió va ser un intent d'estandarditzar ethernet encara que hi va haver un camp de la capçalera que es va definir de forma diferent, posteriorment ha hagut ampliacions successives a l'estàndard que van cobrir les ampliacions de velocitat (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet i el de 10 Gigabits), xarxes virtuals, hubs, commutadors i diferents tipus de mitjans, tant de fibra òptica com de cables de coure (tant parell trenat com coaxial).

Els estàndards d'aquest grup no reflecteixen necessàriament el que s'usa en la pràctica, encara que a diferència d'altres grups aquest sol estar prop de la realitat.

[edita] Objectius

Ethernet es va plantejar en un principi com un protocol destinat a cobrir les necessitats de les xarxes LAN. A partir de l'any 2001, va assolir els 10 Gbps, fet que li va donar molta més popularitat a la tecnologia. Dins del sector es plantejava a ATM com la total encarregada dels nivells superiors de la xarxa, però l'estàndar 802.3ae (Ethernet Gigabit 10) s'ha situat en una bona posició per extendre's al nivell WAN. Actualment s'ha convertit en una via de comunicació no-inalàmbrica molt utilitzada, i ofereix unes garanties de fiabilitat i seguretat dignes a l'hora de transmetre dades. La distància de comunicació entre dos punts no suposa cap mena de problema per a garantir-ne el seu correcte funcionament. Per exemple, en els llargs ponts construïts sobre el mar, s'utilitzen els cables Ethernet per a la transmissió de les dades dels valors de la deformació que sofreix l'estructura del pont, fins a les 'caixes negres' que recopilen tota la informació necessària per a garantir la seguretat del pont.

[edita] Funcionament

Originalment va ser dissenyada per enviar dades a 10 Mbps, tot i que, posteriorment, s'ha perfeccionat per treballar a 100 Mbps, 1 Gbps o 10 Gbps i es parla de versions futures de 40 Gbps i 100 Gbps. Utilitza el protocol de comunicacions CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect - Accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions).

[edita] Tipus d'Ethernet

Tots els equips en una red d'Ethernet estàn connectats a la mateixa línea de comunicació composta per cables cilíndrics:

Primeres Varietats:

• 10BASE5: OBSOLET estàndard original que utilitza un cable coaxial en el que connecta per mitjà de perforacions el cable per connectar-lo a la base i a la pantalla.
• 10BOARD36: OBSOLET. Estàndard de suport a Ethernet en distàncies és llargues. Es va utilitzar en tècniques de modulació de banda ampla.
• 1BASE5: primer intent d'estandardització a baix cost de la LAN.

10 Mbit's Ethernet

• 10BASE2: un cable de 50Ω connecta a màquines juntes, mitjançant un T-Adaptador per connectar-lo a la seva NIC-
• 10BASE-T: funciona sobre 4 fils (2 parells trenats) en una categoria 3 o cable de categoria 5.
• FOIRL: de fibra òptica d'enllaç entre repetidors.
• 10BASE-F: Terme genèric per a la nova família de 20Mbits
• 10BASE-FL: Versió actualitzada de FOIRL
• 10BASE-FB: Destinat a xarxes troncals de connexió d'un nombre de hubs. OBSOLET.
• 10BASE-FP: Una xarxa en estrella que no requereix de repetició. Mai es va aplicar.

Fast Ethernet

• 100BASE-TX: 100Mbit/s Ethernet sobre cable de categoria 5. Utilitza 4 parells de cables.
• 100BASE-T4 100Mbit/s Ethernet sobre cables de categoria 3. utilitza 4 parells de cables.
• 100BASE-T2: 100Mbit/s Ethernet sobre cables de categoria 3. utilitza només 2 parells de cables.
• 100BASE-FX: Ethernet sobre fibra.

Gibabit Ehternet

• 1000BASE-T: 1Gbit/s sobre parell trenat sense blindatge de cablejat de coure.
• 1000BASE-SX: 1Gbit/s sobre diversos cables de fibra de curt abast.
• 1000BASE-LX: 1Gbit/s sobre fibra monomode.
• 1000BASE-CX: 1Gbit/s sobre cable de coure (distàncies inferiors a 25m) OBSOLET.

10-Gigabit Ethernet

• 10GBASE-SR: Dissenyat per donar suport a les distàncies curtes de fibra.
• 10GBASE-LX4: utilitza la divisió de la longitud d'ona de multiplexació per donar suport a intervals d'entre 240m i 300m sobre el cablejat.
• 10GBASE-LR i 10GBASE-ER: normes de suport a 10Km i 40Km.
• 10GBASE-SO, -LW, -EW
• 10GBASE-T: va ser especificat per la IEEE Std 802.3an-2006 i s'ha incorporat a la IEEE Std 802.3-2008.

[edita] Format de la trama Ethernet

Comparació entre DIX Ethernet i IEEE 802.3

Trama DIX Ethernet	Preàmbul		Destí	Origen	Tipus	Dades	Farciment	FCS
	8 bytes		6 bytes	6 bytes	2 bytes	0 a 1500 bytes	0 a 46 bytes	2 ó 4 bytes
Trama IEEE 802.3	Preàmbul	SOF	Destí	Origen	Longitud	Dades	Farciment	FCS
	7 bytes	1 byte	6 bytes	6 bytes	2 bytes	0 a 1500 bytes	0 a 46 bytes	4 bytes

Preàmbul

Un camp de 7 bytes (56 bits) amb una seqüència de bits usada per a sincronitzar i estabilitzar el mitjà físic abans d'iniciar la transmissió de dades. El patró del preàmbul és:

10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010

Aquests bits es transmeten en ordre, d'esquerra a dreta i en la codificació Manchester representen una forma d'ona periòdica.

SOF (Start Of Frame)

Inici de Trama Camp de 1 byte (8 bits) amb un patró de 1s i 0s alternats i que acaba amb dues 1s consecutius. El patró del SOF és: 10101011. Indica que el següent bit serà el bit més significatiu del camp d'adreça MAC de destinació. Encara que es detecti una col•lisió durant l'emissió del preàmbul o del SOF, l'emissor ha de continuar enviant tots els bits d'ambdós fins a la fi del SOF.

Adreça de destinació

Camp de 6 bytes (48 bits) que especifica l'adreça MAC de tipus EUI-48 cap a la qual s'envia la trama. Aquesta adreça de destinació pot ser d'una estació, d'un grup multicast o l'adreça de broadcast de la xarxa. Cada estació examina aquest camp per a determinar si ha d'acceptar la trama (si és l'estació destinatària).

Adreça d'origen

Camp de 6 bytes (48 bits) que especifica l'adreça MAC de tipus EUI-48 des de la qual s'envia la trama. L'estació que hagi d'acceptar la trama coneix per aquest camp l'adreça de l'estació origen amb la qual intercanviarà dades.

Tipus

Camp de 2 bytes (16 bits) que identifica el protocol de xarxa d'alt nivell associat amb la trama o, en defecte d'això, la longitud del camp de dades. La capa d'enllaç de dades interpreta aquest camp. (En la IEEE 802.3 és el camp longitud i ha de ser menor o igual a 1526 bytes.)

Dades

Camp de 0 a 1500 Bytes de longitud. Cada Byte conté una seqüència arbitrària de valors. El camp de dades és la informació rebuda del nivell de xarxa (la càrrega útil). Aquest camp, també inclou els H3 i H4 (capçaleres dels nivells 3 i 4), provinents de nivells superiors.

Farcit

Camp de 0 a 46 bytes que s'utilitza quan la trama Ethernet no arriba a els 64 bytes mínims perquè no es presentin problemes de detecció de col•lisions quan la trama és molt curta.

FCS (Frame Check Sequence - Seqüencia de Verificació de Trama)

Camp de 32 bits (4 bytes) que conté un valor de verificació CRC (Control de redundància cíclica). L'emissor calcula el CRC de tota la trama, des del camp destinació al camp CRC suposant que val 0. El receptor el recalcula, si el valor calculat és 0 la trama és valida.

[edita] Tecnologia i velocitat d'Ethernet

Fa ja molt temps que Ethernet va aconseguir situar-se com el principal protocol del nivell d'enllaç. Ethernet 10Base2 va aconseguir, ja en la dècada dels 90s, una gran acceptació en el sector. Ara per ara, 10Base2 es considera com una "tecnologia de llegat" respecte a 100BaseT. Avui els fabricants ja van desenvolupar adaptadors capaços de treballar tant amb la tecnologia 10baseT com la 100BaseT i això ajuda a una millor adaptació i transició.

Les tecnologies Ethernet que existeixen es diferencien en aquests conceptes:

Velocitat de transmissió

- Velocitat a la qual transmet la tecnologia.

Tipus de cable

- Tecnologia del nivell físic que usa la tecnologia.

Longitud màxima

- Distància màxima que pot haver entre dos nodes adjacents (sense estacions repetidores).

Topologia

- Determina la forma física de la xarxa. Bus si s'usen connectors T (avui només usats amb les tecnologies més antigues) i estrella si s'usen hubs (estrella de difusió) o switches (estrella commutada).

A continuació s'especifiquen els anteriors conceptes en les tecnologies més importants:

Tecnologies Ethernet

Tecnologia	Velocitat de transmissió	Tipus de cable	Distància màxima	Topologia
10Base2	10 Mbps	Coaxial	185 m	Bus (Connector T)
10BaseT	10 Mbps	Parell Trenat	100 m	Estrella (Hub o Switch)
10BaseF	10 Mbps	Fibra òptica	2000 m	Estrella (Hub o Switch)
100BaseT4	100Mbps	Parell Trenat (categoria 3UTP)	100 m	Estrella. Half Duplex (hub) i Full Duplex (switch)
100BaseTX	100Mbps	Parell Trenat (categoria 5UTP)	100 m	Estrella. Half Duplex (hub) i Full Duplex (switch)
100BaseFX	100Mbps	Fibra òptica	2000 m	No permet l'ús de hubs
1000BaseT	1000Mbps	4 parells trenats (categoria 5e ó 6UTP )	100 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseSX	1000Mbps	Fibra òptica (multimodo)	550 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseLX	1000Mbps	Fibra òptica (monomodo)	5000 m	Estrella. Full Duplex (switch)

[edita] Hardware comunament usat en una xarxa Ethernet

Els elements d'una xarxa Ethernet són: targeta de xarxa, repetidors, concentradors, ponts, els commutadors, els nodes de xarxa i el suport d'interconnexió. Els nodes de xarxa poden classificar en dos grans grups: equip terminal de dades (DTE) i equip de comunicació de dades (DCE).

Els DTE són dispositius de xarxa que generen el destí de les dades: els PC, les estacions de treball, els servidors d'arxius, els servidors d'impressió, tots són part del grup de les estacions finals. Els DCE són els dispositius de xarxa intermediaris que reben i retransmeten les trames dins de la xarxa; poden ser: enrutadors, commutadors (switch), concentradors (hub), repetidors o interfícies de comunicació. Per exemple: un mòdem o una targeta d'interfície.

NIC, o Targeta d'Interfície de Xarxa - permet que un ordinador accedeixi a una xarxa local. Cada targeta té una única adreça MAC que la identifica a la xarxa. Un ordinador connectada a una xarxa s'anomena node. Repetidor o repeater - augmenta l'abast d'una connexió física, rebent les senyals i retransmesos, per evitar la seva degradació, a través del mitjà de transmissió, aconseguint un abast més gran. Normalment es fa servir per unir dues àrees locals de la mateixa tecnologia i només té dos ports. Opera a la capa física del model OSI. Concentrador o hub - funciona com un repetidor però permet la interconnexió de múltiples nodes. El seu funcionament és relativament simple ja que rep una trama de ethernet, per un dels seus ports, i la repeteix per tots els seus ports restants sense executar cap procés sobre les mateixes. Opera a la capa física del model OSI. Pont o bridge - interconnecta segments de xarxa fent el canvi de frames (trames) entre les xarxes d'acord amb una taula d'adreces que li diu en quin segment està ubicada una adreça MAC donada.

Connexions en un switch Ethernet.Conmutador o Switch - funciona com el bridge, però permet la interconnexió de múltiples segments de xarxa, funciona a velocitats més ràpides i és més sofisticat. Els switches poden tenir altres funcionalitats, com Xarxes virtuals, i permeten la seva configuració a través de la pròpia xarxa. Funciona bàsicament a la capa 2 del model OSI (enllaç de dades). Per això són capaços de processar informació de les trames, la seva funcionalitat més important és a les taules de direcció. Per exemple, un ordinador connectat al port 1 del commutador envia una trama a un altre ordinador connectat al port 2; el switch rep la trama i la transmet a tots els seus ports, excepte aquell per on la va rebre, l'ordinador 2 rebrà el missatge i eventualment ho respondrà, generant tràfic en el sentit contrari, ara el switch coneixerà les adreces MAC de les computadores al port 1 i 2; quan rebi una altra trama amb direcció de destinació d'alguna d'elles, només transmetrà la trama a aquest port disminuint així el trànsit de la xarxa i contribuint al bon funcionament de la mateixa.

[edita] Present i futur del Ethernet

Ethernet es va plantejar en un principi com un protocol destinat a cobrir les necessitats de les xarxes LAN. A partir de 2001 Ethernet va aconseguir els 10 Gbps cosa que va donar molta més popularitat a la tecnologia. Dins del sector es plantejava a ATM com la total encarregada dels nivells superiors de la xarxa, però l'estàndard 802.3ae (Ethernet Gigabit 10) s'ha situat en una bona posició per a estendre's al nivell WAN.

[edita] Articles relacionats

• Ethernet Powerlink

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Ethernet