Способы сетевых подключений: прошлое, настоящее, будущее

Технология доступа Ethernet – свод правил, которые регламентируют не только способ, порядок передачи информации. Но и содержат четкие стандарты организации сети: от видов оборудования, которое должно быть подключено. До толщины, типа кабеля, которым это оборудование должно быть соединено. Такая стандартизация позволяет компьютерам, находящимся на разных континентах быстро «понимать» друг друга. Производителям — на стадии изготовления закладывать в технику необходимые функции.

Интернет и Ethernet: в чем разница

Несмотря на схожее звучание и написание, отличающееся несколькими буквами, это два понятия, обозначающие абсолютно разные вещи. Интернет — глобальная всемирная паутина, объединившая миллионы пользователей. От домашней сетки, в которой подключен ПК, лэптоп и смартфон, она отличается только размахом.

Сеть интернет построена по принципу сети, которой ловят рыбу или советской авоськи. В ней нет главного центра управления, есть множественные узлы связи (как узелки на авоське), которые отправляют данные разными путями (маршрутами). Выбор пути в сетях последних поколений возложен на плечи маршрутизатора. Информация двигается от одного маршрутизатора к другому. В более ранних вариантах сигналы уходили по принципу разделяемой среды. Чтобы абсолютно все устройства понимали друг друга и не искажали данные, введены стандарты. Вот они и называются технология сети Ethernet.

Чтобы передать информацию на любое расстояние, надо выполнить несколько условий:

• оборудование должно знать, как найти адресата;
• между собой устройства надо соединить кабелем так, чтобы информация не терялась по дороге;
• данные должны передаваться так, чтобы они не мешали друг другу, быстро проскакивали от одного узла к другому.

Все условия регулируются сетевыми протоколами и международными стандартами. Один из них, самый распространенный стандарт, — технология Ethernet.

Сетевая передача данных: история создания, способы

Датой создания революционной методики передачи данных на расстояния по новым принципам считается 1975 год, когда для первой компьютерной сети Network компания «Ксерокс» сформулировала свод правил транспортировки пакетов. Он стал основой варианта II, опубликованного через 5 лет. Это был последний фирменный стандарт, созданный представителями Xerox.

С 1980 года над протоколами начал работать  Institute of Elecrical and Electronics Engineers (IEEE)  — Институт инженеров электротехники и электроники.

Это организация, объединившая специалистов разных стран, существующая с середины 19 века. Именно она создала технологию Ethernet IEEE 802.3, которую дополнили в 1995 году правилами для подключений Fast, а в 1998 году — для Gigabit.

Данные, которые надо отправить от одного ПК другому, переводят в систему двоичных сигналов, передаваемых электрическими импульсами (манчестерский код). Каждый символ — такт, делят на две части. Если передается единица, в середине такта электрический импульс возрастает, если ноль — снижается. Так один компьютер отправляет другому любые файлы: от текста до музыки или фильма. Один файл содержит до миллионов байт (символов), поэтому его делят на равные части — пакеты.

Чтобы несколько устройств не мешали друг другу работать, технология передачи данных Ethernet организована по двум принципам:

• перед отправкой ПК «прислушивается», если дорога чистая, можно пересылать сигналы;
• если есть помехи, надо прекратить отправку, подождать, повторить.

При одновременной пересылке данных несколькими устройствами, может возникнуть коллизия: пакеты столкнутся в дороге и до отправителя не дойдут. Пока одно устройство отправляет сигналы, остальные «слушают» канал. Когда получатель узнает свой адрес, он открывается для приема, остальные ПК — закрываются и для приема, и для передачи. Когда пакеты прошли, они открываются.

Основные характеристики, типы построения линий транспортировки сигналов

Сетевая передача информации строится на основе не единственного свода правил, а нескольких. Они разработаны для линий, которые разделили по основным пользовательским характеристикам на 4 группы.

Логика работы первых трех однотипна, отличаются только физические свойства:

1. Ethernet со скоростью 10 Мбит/с, максимальным расстоянием между двумя маршрутизаторами 2 500 метров. Работает по принципу разделяемой среды, очень напоминающем радиопередачу. Импульс передается во все стороны, его слушают все, но на прием открывается только получатель. Также происходит в двух последующих случаях.
2. Fast, в котором начали впервые использовать оптоволоконный кабель, довели скорость до 100 Мбит/с, но уменьшали расстояние между узлами до 200 метров. Если используется не только оптоволокно, но и витая пара, устройства, работающие по этому принципу, сами выбирают скорость: от 10 до 100 Мбит/с. Размер одного пакета остался как у первой версии соединения, но в 10 раз уменьшили интервалы между отправками.

3. Gigabit, который использует кабель трех типов, сохраняет на нижних уровнях скорость 100 мегабит/с, а при общении между главными уровнями увеличивает ее до 1000 мегабит/с. Для работы этой технологии размер одного пакета информации увеличили в 8 раз, создали возможность отправлять подряд несколько кадров без пауз, пока их общий объем не достигнет 8Кбайт, а потом делать перерыв. Расстояние между узлами зависит от того, какой кабель использовали для их связи. Если многомодовый, то не более 500 метров. При одномодовом — до пяти километров, а двойной коаксиальный — не более 25 метров.
4. Линии 10G используют отличный от трех предыдущих принцип передачи информации (тип построения): вместо выброса в пространство, здесь заранее намечается маршрут специальным устройством — маршрутизатором. По нему пакет уходит со скоростью 10 Гбит/с, а маршрутизаторы можно отдалить друг от друга на 40 километров. Такой способ называется передачей с коммутацией пакетов.

Чтобы не возникало коллизий, в основе работы технологий подключения Ethernet, Fast, Gigabit, единый принцип: слушай, а потом передавай. Не удалось — повтори.

Сохранен единый способ опознавания адресата. Каждое устройство на стадии производства получает собственный код или MAC-адрес. Это уникальные шесть пар цифр, разделенных двоеточиями, которые не меняются на протяжении всего срока службы техники. Именно по ним адресат узнает себя, отправителя.

Плюсы и минусы

У   технологии Ethernet есть свои достоинства, недостатки. К плюсам относятся:

• низкая стоимость для конечного пользователя;
• огромный опыт использования (с 1980 года);
• большой выбор оборудования разных производителей, которое совместимо между собой;
• неограниченные возможности развития, благодаря двум типам построения сетей.

Такое соединение можно организовать на принципе разделяемой среды или коммутации пакетов.

Правда, не обошлось без некоторых недостатков:

• коллизии и помехи — стандартные погрешности работы, которые были, есть и будут;
• при большой сетевой нагрузке, время передачи возрастает в десятки раз.

Несмотря на минусы, технологию продолжают развивать. Сейчас идет процесс внедрения варианта  Gigabit соединения, работающего по четырем парам UTP категории 5. Активно совершенствуются оптоволоконные кабели, которые избавлены от коллизий, но пока не могут передавать сигнал на огромные расстояния. Он просто затухает.