Xerox ethernet что это

Обновлено: 06.07.2024

Ethernet (Локальная сеть) (англ. Ethernet от англ. ether — «эфир» и англ. network — «сеть, цепь») — семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI [рис.5]. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Token Ring, FDDI и ARCNET.

Содержание

Становление технологии Ethernet

Название «Ethernet» (буквально «эфирная сеть» или «среда сети») отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) — это повышает скорость работы и безопасность сети. [Источник 1]

Ethernet является одной из самых распространенных при построении компьютерных сетей технологией. Существует множество разновидностей данного протокола для различных сред передачи, необходимой полосы пропускания и расстояний между оконечными устройствами.

О том, что такое Ethernet, стало известно в семидесятых годах XX столетия. Появление Ethernet принято датировать 22 мая 1973 года, в связи с публикацией Робертом Меткалфом [рис.1](Robert Metcalf) и Дэвидом Боггсом (David Boggs) описания экспериментальной сети, построенной ими в исследовательском центре фирмы Xerox.


Рисунок 1 - Роберт Меткалф - один из создателей Ethernet

После Гарварда Меткалфу подвернулась работа в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center, там нужно было создать технологию подключения разработанных в PARC персональных компьютеров Alto к недавно созданному в том же центре лазерному принтеру. Ни один из существовавших на тот момент способов подключения не обеспечивал нужную скорость передачи данных. Напарник по работе, Дэвид Боггс, имел образование радиоинженера. Это Боггс подсказал идею использовать радио в качестве прототипа для среды-носителя. Объединив знания по передаче пакетов с радио, они составили отличную связку. Вместе 22 мая 1973 года они написали внутренний документ, где были описаны механизмы передачи данных по разным видам соединений (по телефонному каналу, по коаксиальному кабелю и по радио) с использованием протоколов ALOHAnet, однако он немного отличался от проекта в Xerox и являлся предпосылкой к созданию Ethernet. Любопытно, что в самом Xerox PARC проект, позже названный Ethernet, взял верх над проектом SIGNET (Simonyi's Infinitely Glorious NETwork) Чарльза Симони. [Источник 2]

Первая версия спецификации (Ethernet I) была выпущена в 1983 году в виде стандарта IEEE 802.3. Стандартом определялась шинная топология сети. Передача данных в сетях этого типа возможна по коаксиальному кабелю со скоростью 10 Мбит/с (стандарты IEEE 10Base5 и 10Base2). В 1985 году была выпущена вторая версия спецификации IEEE 802.3 (Ethernet II), которая изменила структуру пакета данных, обеспечила идентификацию адресов в сети (MAC-addresses) и возможность регистрации уникальных адресов. В 1990 году была выпущена спецификация Ethernet для витых пар (стандарт 10Base-T), в 1991 году — стандарт IEEE 802.3i для неэкранированных витых пар, а в 1993 году — спецификация для волоконно-оптического кабеля (стандарт 10Base-FL). В 1990-х годах начали развиваться беспроводные сети: так называемые радио-Ethernet (базовый стандарт — IEEE 802.11), а также — Fast Ethernet (стандарт 100BaseTX), Gigabit Ethernet (стандарт 100BaseTX). Метод доступа, используемый в кабельных сетях Ethernet — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Этот протокол описан в Ethernet - и Fast Ethernet-стандартах. В соответствии с этим протоколом устройства начинают передачу данных только после обнаружения свободного канала связи для сокращения между ними количества коллизий. Все версии семейства Ethernet ориентированы на поддержку работы до 1024 узлов сети. [Источник 3]

Протокол Ethernet относится к физическому и канальному уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection). Он описывает порядок доступа в сеть, правила разграничения общей полосы передачи, требования к линии связи и другие важные характеристики. Протокол Ethernet предполагает, что все участники информационного обмена используют общую среду передачи. Это может быть коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или даже радиосоединение. Для разграничения общей среды применяется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Суть его будет рассмотрена ниже.

Принцип работы

Этот тип сети имеет звездообразную или линейную структуру со скоростью 10-100 мегабит/секунду. Первоначально Ethernet был основан на коаксиальном кабеле, однако со временем технология изменилась, и сеть начали строить на базе оптоволоконных кабелей или витых пар. Сейчас существует около тридцати видов сети Ethernet, которые отличаются по скорости, топографии, величине и типу кабеля. Далеко не все разновидности нашли коммерческое применение.

Пропускная способность сети Ethernet

Пропускная способность оценивается через количество кадров либо количество байт данных, передаваемых по сети за единицу времени. Если в сети не происходят коллизии, максимальная скорость передачи кадров минимального размера(64 байта) составляет 14881 кадров в секунду. При этом полезная пропускная способность для кадров Ethernet II – 5.48 Мбит/с.

Максимальная скорость передачи кадров максимального размера (1500 байт) составляет 813 кадров в секунду. Полезная пропускная способность при этом составит 9.76 Мбит/с.

Стандарты

Первый вариант – экспериментальная реализация в Xerox. Xerox Ethernet – технология, основанная на коаксиальном кабеле с максимальной скоростью 3 мегабита в секунду. Модификация StarLan, в которой впервые была применена витая пара. Скорость такого соединения невелика – всего 1 мегабит в секунду.

Ethernet II (Ethernet DIX) – фирменный стандарт Ethernet компани Xerox, Intel, DEC. Все компьютеры сети подключались к общему коаксиальному кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial, от co — совместно и axis — ось, то есть «соосный») – это кабель из пары проводников – центрального провода и окружающего его металлического цилиндра – экрана. Промежуток между проводом и экраном заполнен изоляцией, снаружи кабель так же покрыт изолирующей оболочкой. Такой кабель используется, например, в телевизионных антеннах. [Источник 5]

IEEE 802.3 – юридический стандарт Ethernet

Ethernet II и IEEE 802.3 незначительно отличаются. Первый из них исторически раньше появился и при появлении второго много оборудования было на Ethernet II. Сейчас поддерживаются оба. Различие в том, что в Ethernet II передавался тип протокола, а по IEEE 802.3 вместо него передавалась длина поля данных.

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных:

  • 10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма (1дм=2,54см), называемый «толстым» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
  • 10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
  • 10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP), категории 3,4,5.
  • 10Base-F - волоконно-оптический кабель.

Число 10 обозначает номинальную битовую скорость передачи данных стандарта, то есть 10Мбит/с а слово «Base» - метод передачи на одной базовой частоте. Последний символ обозначает тип кабеля.


Рисунок 2 - l0Base-5

10Base-5 Кабель [рис.2] используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 500м. Станция подключаться к кабелю через приемопередатчик - трансивер. Трансивер соединяется с сетевым адаптером разъема DB-15 интерфейсным кабелем AUI. Требуется наличие терминаторов на каждом конце, для поглощения распространяющихся по кабелю сигналов.

Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей:

Стандарт сетей на коаксиальном кабеле разрешает использование в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети в 500*5=2500 м. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты.


Рисунок 3 - l0Base-2

10Base-2 Кабель [рис.3] используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 185 м. Для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Также используется правило 5-4-3.

10Base-T кабель [рис.4] бразует звездообразную топологию на основе концентратора, концентратор осуществляет функцию повторителя и образует единый моноканал, максимальная длина сегмента 100м. Конечные узлы соединяются с помощью двух витых пар. Одна пара для передачи данных от узла к концентратору - Tx, а другая для передачи данных от концентратора к узлу – Rx.


Рисунок 4 - l0Base-T

Правила «4-х хабов» для сетей на основе витой пары: В стандарте сетей на витой паре определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов». Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети на основе витой пары составляет 5*100 = 500 м (максимальная длина сегмента 100м).

В модификации 100BASE-T на базе витой пары скорость увеличилась до ста мегабит/секунду. Этот тип получил дальнейшее развитие. 100BASE-FX передает данные по оптоволоконному кабелю на расстояние 10 километров со скоростью сто мегабит/секунду. В 1000BASE-T используются четыре вытые пары, а расстояние равняется ста метрам. В модификации 1000BASE-LH расстояние увеличилась до 100 километров. Скорость два последних вида имеют самую высокую, она достигает 1000 мегабит в секунду.

l0Base-F Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T. Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Мах длина сегмента 1000м, мах число хабов 4, при общей длине сети не более 2500 м. [Источник 6]

Стандарт 10Base-FL незначительное улучшение стандарта FOIRL. Мах длина сегмента 2000 м. Максимальное число хабов 4,а максимальная длина сети - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Мах число хабов 5, мах длина одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.


Рисунок 5 - Место Ethernet в модели OSI

Типы Ethernet
Название Скорость Кабель Стандарт
Ethernet 10Mb/s Толстый, тонкий коаксиал,
Витая пара, оптика		 802.3
Fast Ethernet 100Mb/s Витая пара, оптика 802.3u
Gigabit Ethernet 1Gb/s Витая пара, оптика 802.3z,
802.3ab
10G Ethernet 10Gb/s Витая пара, оптика 802.3ae,
802.3an

Есть 2 технологии Ethernet:

1. Классический Ethernet

  • Разделяемая среда
  • Ethernet - Gigabit Ethernet

2. Коммутируемый Ethernet

  • Точка-точка
  • Появился в Fast Ethernet
  • Единственный вариант в 10G Ethernet [Источник 7]

Существуют две конкурирующие технологии для передачи данных по сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с — это стандарты 100Base-T и 100VG-AnyLAN. Архитектура Ethernet позволяет производить объединение нескольких кабельных ЛВС в распределенную вычислительную сеть. Версия Ethernet фирмы Apple носит наименование EtherTalk (не путать с AppleTalk).

Данные в эфир передаются не однородным потоком, а блоками. Блоки эти на канальном уровне принято называть кадрами (frame [рис.6]). Каждый кадр состоит из служебных и полезных данных. Служебные данные – это заголовок, в котором указаны MAC-адрес отправителя, MAC-адрес назначения, тип вышестоящего протокола и тому подобное, а так же контрольная сумма в конце кадра. В середине кадра идут полезные данные – собственно то, что передаётся по Ethernet.

Контрольная сумма позволяет проверить целостность кадра. Сумму считает отправитель и записывает в конец кадра. Получатель вновь считает сумму и сравнивает её с той, что записана в кадре. Если суммы совпали, то, скорее всего, данные в кадре при передаче не повредились. Если же сумма не совпала, то данные точно повредились. Понять по контрольной сумме, какая именно часть кадра повреждена, невозможно. Поэтому в случае несовпадения суммы весь кадр считается ошибочным.


Рисунок 6 - Пример передачи данных

Если кадр пришёл с ошибкой, его необходимо передать заново. Чем больше размер кадра, тем больше данных придётся передавать повторно при каждой ошибке. Плюс, пока интерфейс передаёт один большой кадр, остальные кадры вынуждены ждать в очереди. Поэтому передавать очень большие кадры не выгодно, и длинные потоки данных делятся на части между кадрами. С другой стороны, делать кадры короткими тоже не выгодно. В коротких кадрах почти весь объём будут занимать служебные данные, а полезных данных будет передано мало. Это характерно не только для Ethernet, но для многих других протоколов передачи данных. Поэтому для каждого стандарта существует свой оптимальный размер кадра, зависящий от скорости и надёжности сети. Максимальный размер полезной информации, передаваемой в одном блоке, называется MTU (maximum transmission unit). Для Ethernet он равен 1500 байт. То есть каждый Ethernet-кадр может нести не более 1500 байт полезных данных.

MAC-адреса и кадры позволяют разделить данные в общем Ethernet-эфире. Интерфейс обрабатывает только те кадры, MAC-адрес назначения которых совпадает с его собственным MAC-адресом. Кадры, адресованные другим получателям, интерфейс должен игнорировать. Достоинство такого подхода – простота реализации. Но есть и масса недостатков. Во-первых, проблемы безопасности. Любой может прослушать все данные, транслируемые в общий эфир. Во-вторых, эфир можно заполнить помехами. На практике, одна сбойная сетевая карта, постоянно отсылающая какие-то кадры, может повесить всю сеть предприятия. В-третьих, плохая масштабируемость. Чем больше компьютеров в сети, тем меньший кусочек эфира им достаётся, тем меньше эффективная пропускная способность сети. [Источник 8]

В процессе работы сети Ethernet может возникнуть ситуация, когда сразу несколько передатчиков начнут передавать информацию одновременно. Для предотвращения данной ситуации и применяется метод обнаружения коллизий. Если одна из рабочих станций в процессе передачи обнаружит коллизию, т.е. одновременную передачу пакетов сразу от нескольких источников, то в первую очередь источник информации приостанавливает передачу. Далее он посылает в сеть специальный сигнал – "jam signal", который увеличивает вероятность обнаружения коллизии другими станциями, чтобы они также остановили процесс обмена информацией. Далее передатчик информации выжидает некоторое случайное время, после которого он снова пытается получить доступ в сеть. Если среда передачи будет занята, то интервал ожидания будет увеличен и так далее, до тех пор, пока среда не окажется свободный и информация не будет передана.

Как уже было сказано ранее, существует целое семейство протоколов, объединенных под общим название Ethernet: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet и т.д. Разработкой данного стандарта в настоящее время занимается IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и версии выходят под обозначением "802.3х". Одним из последних стандартов является 100 Gigabit Ethernet, который предусматривает скорость передачи до 100 Гбит/сек по оптическому волокну. В сотовой связи стандарт Ethernet получил достаточно широкое распространение. Уже давно он используется для подключения различных элементов сети, установленных на одной площадке, либо в непосредственной близости друг к другу (до 100 метров), например MSС и HLR, BSC и транскодер.

С распространением оптоволоконных линий связи и появлением систем сотовой связи 3G, в частности UMTS, Ethernet начал применятся практически на всех интерфейсах в стыке с IP-протоколом: NodeB-RNC, RNC-MGW, RNC-SGSN и т.д. Широкое распространение данной технологии обусловлено в первую очередь высокой надежностью, быстротой развертывания и настройки, большого выбора маршрутизаторов и каналообразующего оборудования, а также достаточно высоких возможных скоростей передачи данных. Благодаря появлению стандартов 10G и 100G Ethernet данная технология получает широкие перспективы для применения в системах сотовой связи 4G, таких как LTE. [Источник 9]



Xerox Alto c лазерным принтером «Orbit»

Персональный компьютер Xerox Alto первый во многом. Это первый ПК с графическим интерфейсом и рабочим столом. С таким компьютером мог работать даже новичок. Кроме того, это первый компьютер со встроенным Ethernet и собственным лазерным принтером. Система также поддерживает языки программирования Mesa и Smalltalk. Alto можно назвать революционной для своего времени системой — этот ПК вышел на рынок в 1973 году. Разрабатывали систему несколько человек: Текер, Кей, Батлер, Тейлор.

Компания Xerox создала около 2000 этих систем для внутреннего пользования. Работали новые компьютеры в исследовательских лабораториях и университетах. При этом Alto никогда не продавался, как коммерческий продукт. Многие идеи, реализованные в Alto, были использованы в Xerox Star, коммерческой модели ПК от Xerox. Этот компьютер был очень дорогой, поэтому его могли купить далеко не все. Тем не менее, Star стал относительно успешным. Alto и Star произвели сильное впечатление на Стива Джобса. Будущий глава крупнейшей международной корпорации, увидев графический интерфейс машин, решил создать нечто подобное.Чуть позже он реализовал задуманное в виде Lisa и системах Macintosh, выведя компьютеры с графическим интерфейсом на массовый рынок.

Xerox Alto был оснащен 16-битным процессором, вертикальным растровым экраном с разрешением 606*808 пикселей, двумя типами клавиатур (обычной и аккордной), а также трехкнопочной мышью. Растровый дисплей разделен на ряд элементов, с каждым из которых связана определенная часть памяти компьютера. В памяти хранится информация о цвете, уровне яркости и тому подобных характеристиках каждого участка экрана. Обновление изображения на экране такого типа проводится при помощи процессора. Под нужды растрового дисплея Alto была занята примерно половина всей памяти этого ПК.


Отдельно стоит остановиться на мыши — манипулятор такого типа был сделан ключевым элементом ввода информации при разработке Alto. Все элементы интерфейса программного обеспечения ПК «заточены» под работу с мышью.

Объем съемного диска компьютера составлял 2,5 МБ. Это немного, но доступ к файлам можно было получить по Ethernet с файловых серверов.

В нижней части корпуса ПК разработчики разместили платы и блок питания.

Связь Dynabook и Alto


Разработчики Xerox Alto вдохновлялись идеями Dynabook, разработанного Аланом Кеем. Кей хотел создать устройство для обучения, и разработал концепцию такого девайса в 1968 году. Концепция представляла то, что сейчас принято называть ноутбуком (планшетный ПК тоже вписывается в идею). Целевой аудиторией такой системы были дети, хотя работать с Dynabook, как считал Кей, могли и взрослые. Структура и принципы функционирования Dynabook базировалась на обучающих теориях, предложенных Джеромом Брюнером и Сеймуром Папертом.

На то время технически реализовать идею Алана Кея было нельзя, хотя Xerox Alto и рассматривался, как первый прототип Dynabook. Сам Алан Кей до сих пор считает, что аналог Dynabook еще никто не создал, поскольку нет ни ключевого программного обеспечения, ни встроенных образовательных учебных курсов. Стоит упомянуть, что важной частью концепции является сенсорный дисплей — здесь идея была предложена Кеем задолго до практической реализации.

Другими элементами концепции были также энергетическая автономность системы, ее портативность и наличие сетевого интерфейса. Последний должен был быть интерактивным. Частью программного комплекса системы должен был стать объектно-ориентированный язык программирования. Планировалось использовать и голосовой ввод. Книги, по замыслу, можно было получать из сети (платная загрузка).

Как уже говорилось выше, в Xerox Alto были использованы многие идеи, предложенные для Dynabook. Новый компьютер разработчики предложили использовать для распределенных вычислений, работы в офисе, обработки графики и личного использования.

Программное обеспечение


Интерфейс текстового редактора Bravo был выполнен в WYSIWYG. Текст на экране полностью соответствовал тому, что увидит пользователь при выводе этой информации на печать.



Примеры интерфейса редакторов Bravo и Draw

Редактор форм Officetalk был позже включен в офисную систему STAR System.

Alto OS

Программная оболочка системы включала эмулятор стандартного набора команд, выполняемого с наименьшим приоритетом. Другие задачи включали в себя низкоуровневые драйвера диска, сети, памяти, экрана, плюс развертка и курсор.

ОС была написала на языке Basic Combined Programming Language (BCPL). Это язык программирования, разработанный Мартином Ричардсом в 1966 году, в Кембриджском университете. Изначально он предназначался для написания компиляторов для других языков. Кстати, на этом языке написана первая программа «Hello world».

Частью ОС был дебаггер SWAT, позволявший сохранить состояние системы в файл для последующей отладки.

Были и игры, причем одна из них являлась многопользовательской. Эта игра называлась Alo Trek. В ней нужно было управлять космическим кораблем одной из трех рас: землян, клингонов или ромулан.

Еще одна игра — Maze:

  • Astro-roids
  • Chess
  • Galaxians
  • Mazewar
  • Missile Command
  • Rinky Dink (Clint Parker's pinball program)
  • Space War

Сетевые возможности системы также были продвинутыми и включали FTP с Telnet. По Ethernet данные можно было передавать со скоростью в 2.94 Мбит/с. Поддерживалась сетевая печать.

Симулятор программного обеспечения Xerox Alto есть на Github.


Аппаратное обеспечение

Напомню, что эта система была представлена в 1973 году. На то время мощным процессором считался 4-х битный микропроцессор 4004, выпущенный Intel в 1971 году. Эта микросхема считается первым в мире коммерчески доступным однокристальным микропроцессором. До выхода процессоров 6502 и Z-80 оставалось еще два года, «персоналка» Apple II будет выпущена только через 4 года, в 1977. Процессором в Xerox Alto служили сотни относительно простых но быстрых TTL микросхем. Здесь отдали предпочтение такой структуре вместо использования медленных и не слишком надежных MOS-чипов.

Частью аппаратного обеспечения Alto является 13 плат, заполненных микросхемами. Размер каждой платы составляет 7-5/16" на 10", на каждой располагается около 100 микросхем. Большинство — биполярные TTL-микросхемы популярной на то время 7400 серии. (исключение — микросхемы MOS-памяти).


Процессор Xerox Alto состоит из трех плат. Главной была управляющая плата с поддержкой микрокода (поддерживалась работа с 16 параллельными задачами с фиксированными приоритетами). Вторая плата представляла собой арифметико-логическое устройство (АЛУ).



АЛУ-плата Alto

Это блок процессора, служащего для выполнения арифметических и логических преобразований над данными. Третья плата выполняла роль ОЗУ с дополнительным хранилищем микрокода и дополнительными регистрами процессорами.



ОЗУ-плата с 80 микросхемами типа 4116, каждая с емкостью в 16 КБ. Общий объем ОЗУ в Alto — 128 КБ, но можно было установить дополнительные платы, расширив объем ОЗУ вплоть до 512 КБ. Такая память называлась Alto II XM (eXtended Memory)

Частота такого процессора составляла 5,8 МГц. Всего несколько лет спустя все эти три платы будут заменены всего одним чипом.

Клавиатура и мышь

Как уже говорилось выше, клавиатур было две — обычная и аккордовая.


Мыши были трехкнопочными. Изначально поставлялась механическая мышь с двумя перпендикулярно расположенными механическими колесиками. Чуть позже ее заменили на шариковую мышь.


Использовалась даже оптические мыши: модель с белым светом и инфракрасным излучением. Кнопки, как видим, расположены друг над другом.

image

Сетевая плата Ethernet


Лазерный принтер

Xerox Alto работал с сетевым лазерным принтером, модель «Orbit» со слотами для четырех управляющих плат. Сам принтер мог печатать 16 строк пикселей одновременно.

Один из сохранившихся экземпляров Xerox Alto попал в распоряжение Y Combinator. Здесь его восстановлением занимается команда профессионалов. За ходом восстановления можно следить в Twitter.

Для многих это просто кабель, который позволяет подключить компьютер – настольный компьютер или ноутбук – без разницы – игровые приставки, жесткие диски и медиацентры к маршрутизатору с целью создания локальной сети (Local Area Network), т.е. домашней сети. Однако, понятие Ethernet объединяет целое семейство технологий, необходимых для создания и эксплуатации локальных сетей (в частности, LAN), технические характеристики которых были установлены в соответствии со стандартом IEEE 802.3.

Экспериментально задуманный в середине 70-х годов в лабораториях Xerox PARC Робертом Меткалфом и его помощником Дэвидом Боггсом, Ethernet в настоящее время является наиболее используемой технологией в домашних условиях для создания сетей, которые включают в себя и соединяют небольшое количество узлов.

По этой причине создаются всё более эффективные коммутаторы Ethernet, необходимые для быстрой и надёжной связи между двумя узлами одной сети.

Что такое Ethernet

С технической точки зрения, Ethernet – это набор протоколов и сетевых инструментов, которые позволяют создавать локально разнородные локальные сети (от нескольких узлов до нескольких десятков).

Теоретически длина кабеля Ethernet может достигать 100 метров: устройства, которые повторяют или перенаправляют сигнал, используются для соединения узлов на большем расстоянии. Для этой цели используют Ethernet-мосты и Ethernet-коммутаторы – периферийные устройства, способные соединять различные сегменты одной и той же локальной сети.

Сетевой инженер работает в серверной комнате – подключает сетевые кабели к коммутаторам

Общим элементом любой сети Ethernet является структура пакета, называемая кадром. Кадр, состоящий из 7 различных элементов, отвечает за передачу данных между двумя узлами одной и той же локальной сети.

Как сделан кабель Ethernet

Внешне кабель Ethernet выглядит как длинный провод, покрытый пластиковой оболочкой с двумя разъемами RJ45 (также изготовленными из пластика). Внутри оболочки между различными защитными и экранирующими слоями мы обнаруживаем четыре витые пары, отвечающие за передачу данных от одного сетевого устройства к другому. Витые пары отличаются друг от друга благодаря цветовой идентификации: синий, оранжевый, зеленый и коричневый. Таким образом, у нас будет синяя витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель), оранжевая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель), зеленая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель) и коричневая витая пара (полноцветный кабель и полосатый кабель).

Кабели Ethernet могут быть прямыми или скрещенными. В прямых кабелях Ethernet схема витой пары одинакова как в одном разъеме RJ45, так и в другом: это означает, что порядок, в котором расположены 8 медных кабелей, поддерживается на двух концах провода Ethernet.

Зеркальный формат разъёмов на кабеле Ethernet

В скрещенных кабелях Ethernet положение восьми кабелей «меняется», как если бы они были отражены в зеркале: если в одном разъеме RJ45 вы начинаете с коричневой витой пары и заканчиваете оранжевой, на другом конце начинайте с оранжевой, а заканчивайте коричневой.

Семь элементов кадра Ethernet

Семь элементов передачи данных в Ethernet

История кабеля Ethernet

Все физические и протокольные элементы, служащие для технического определения Ethernet, были экспериментально спроектированы Робертом Меткалфом в период с 1973 по 1974 годы в Xerox PARC (исследовательский центр Пало-Альто). Последний был вдохновлен ALOHAnet, сетевым протоколом, целью которого было гарантировать доступ и функции передачи данных в небольших сетях.

Название Ethernet впервые было использовано в мае 1973 года самим Меткалфом, который пытался убедить руководителей Xerox в важности е своей работы. Название было выбрано, чтобы «воздать должное» светоносному эфиру, газообразному и неощутимому веществу, которое в середине XIX века считалось инертной средой, через которую распространялись электромагнитные волны. В 1975 году Xerox подал патент от имени Меткалфа и его команды (в дополнение к Дэвиду Боггсу патент носит имена Чака Такера и Батлера Лэмпсона).

Технологии, описанные в патенте, были успешно использованы в Xerox PARC, и в 1976 году Меткалф и Боггс опубликовали научную статью «Ethernet: распределенная коммутация пакетов для локальных компьютерных сетей», в которой они описали фундаментальные части и работу сети, основанную на технологии Ethernet.

Модели Ethernet

Среди множества способов, которыми можно «каталогизировать» различные типы Ethernet, разработанные за последние 30 лет использования этой технологии, наиболее распространенным является метод, основанный на максимальной теоретической скорости, которая может быть достигнута во время передачи файла.

10BASE-T

Спецификация базового уровня протокола IEEE 802.3 характеризуется скоростью передачи 10 мегабит (10 миллионов бит) в секунду. Кабели состоят из двух витых пар телефонных линий, скрученных вместе, в то время как разъемы RJ-45 также были взяты с телефонной линии.

Fast Ethernet

Стандарты передачи данных для сетей LAN, теоретическая максимальная скорость которых составляет 100 мегабит в секунду. Также в этом случае 100BASE-T является преобладающим стандартом, который характеризуется двумя витыми парами и разъемами RJ-45.

Гигабитный Ethernet

Эволюция Fast Ethernet, приведшая к 10-кратному увеличению скорости. Как следует из названия, Gigabit Ethernet характеризуется скоростью передачи 1 гигабит (1 миллиард бит) в секунду, используя конфигурацию 1000BASE-T, медные пары телефонных проводов и разъёмы RJ-45.

2.5GBASE-T, 5GBASE-T и 10GBASE-T с кабелями категории Cat5e, Cat6 и Cat7

Однако, развитие кабелей Ethernet позволило техническим специалистам и инженерам выйти за пределы порога в 1 гигабит. Сегодня на рынке уже есть кабели, которые могут достигать 10 гигабит в секунду: это относится к Ethernet-кабелям Cat 7 (также называемым 10GBASE-T), способным передавать пакеты данных со скоростью 1,25 гигабайта в секунду (1 байт = 8 бит).

Однако, они не единственные, которые могут выйти за пределы гигабитного уровня скорости: с введением стандарта IEEE 802.3bz, по сути, были достигнуты значительные улучшения производительности также для кабелей Ethernet Cat 5e и Cat 6. Первый также называется 2.5GBASE-T, имеет максимальную скорость передачи данных 2,5 гигабит в секунду; второй, называемый 5GBASE-T, может развивать скорость до 5 гигабит в секунду.

Xerox Network Systems ( XNS ) - это пакет компьютерных сетевых протоколов, разработанный Xerox в рамках архитектуры сетевых систем Xerox . Он обеспечивал сетевую связь общего назначения, межсетевую маршрутизацию и доставку пакетов, а также функции более высокого уровня, такие как надежный поток и удаленные вызовы процедур . XNS предшествовала разработке сетевой модели взаимодействия открытых систем (OSI) и повлияла на нее, а также оказала большое влияние на проектирование локальных сетей в 1980-х годах. Однако это мало повлияло на TCP / IP , который был разработан ранее.

XNS был разработан отделом разработки систем Xerox в начале 1980-х годов, которому было поручено вывести на рынок исследования Xerox Parc . XNS был основан на более раннем (и не менее влиятельном ) пакете PARC Universal Packet (PUP) конца 1970-х годов. Некоторые протоколы в наборе XNS были слегка модифицированными версиями протоколов пакета Pup. В XNS добавлена ​​концепция номера сети, позволяющая строить более крупные сети из нескольких более мелких, с маршрутизаторами, контролирующими поток информации между сетями.

Спецификации набора протоколов для XNS были размещены в открытом доступе в 1977 году. Это помогло XNS стать каноническим протоколом локальной сети , в разной степени скопированным практически всеми сетевыми системами, использовавшимися в 1990-е годы. XNS без изменений использовался 3Com 's 3 + Share и Ungermann-Bass Net / One. Он также использовался с изменениями в качестве основы для Novell NetWare и Banyan VINES . XNS использовался в качестве основы для системы AppleNet , но никогда не был коммерциализирован; В замене AppleNet, AppleTalk, был использован ряд решений распространенных проблем XNS .

СОДЕРЖАНИЕ

Описание

Общий дизайн

По сравнению с 7 уровнями модели OSI , XNS представляет собой пятиуровневую систему, как и более поздний набор протоколов Интернета .

Физический уровень и уровень канала передачи данных модели OSI соответствуют физическому уровню (уровень 0) в XNS, который был разработан для использования транспортного механизма нижележащего оборудования и не разделял канал данных. В частности, физический уровень XNS - это система локальной сети Ethernet , также разрабатываемая Xerox в то же время, и ряд ее проектных решений отражают этот факт. Система была разработана, чтобы позволить заменить Ethernet какой-либо другой системой, но это не было определено протоколом (да и не должно было быть).

Основная часть XNS - это определение внутреннего транспортного уровня (уровень 1), который соответствует сетевому уровню OSI, и именно здесь определяется основной протокол межсетевого взаимодействия, IDP. XNS объединил сессионный и транспортный уровни OSI в единый уровень межпроцессного взаимодействия (уровень 2). Уровень 3 был управлением ресурсами, подобным представлению OSI.

Наконец, поверх обеих моделей находится уровень приложения, хотя эти уровни не были определены в стандарте XNS.

Базовый межсетевой протокол

Основным протоколом межсетевого уровня является протокол Интернет-датаграмм ( IDP ). IDP является близким потомком межсетевого протокола Pup и примерно соответствует уровню Интернет-протокола (IP) в наборе Интернет-протоколов.

В отличие от TCP / IP, номера сокетов являются частью полного сетевого адреса в заголовке IDP, поэтому протоколам верхнего уровня не нужно реализовывать демультиплексирование; IDP также предоставляет типы пакетов (опять же, в отличие от IP). IDP также содержит контрольную сумму, покрывающую весь пакет, но это необязательно, а не обязательно. Это отражает тот факт, что локальные сети обычно имеют низкий уровень ошибок, поэтому XNS удалил коррекцию ошибок из протоколов нижнего уровня, чтобы повысить производительность. Исправление ошибок может быть дополнительно добавлено на более высоких уровнях стека протоколов, например, в собственном протоколе SPP XNS. Из-за этой примечания к конструкции XNS считался более быстрым, чем IP.

В соответствии с подключениями к локальной сети с низкой задержкой, на которых он работает, XNS использует небольшой размер пакета, что улучшает производительность в случае низкой частоты ошибок и короткого времени обработки. Пакеты IDP имеют длину до 576 байт, включая 30-байтовый заголовок IDP . Для сравнения, IP требует, чтобы все хосты поддерживали как минимум 576, но поддерживает пакеты до 65 Кбайт. Отдельные пары хостов XNS в конкретной сети могут использовать более крупные пакеты, но для их обработки не требуется маршрутизатор XNS, и не определен механизм для определения того, поддерживают ли промежуточные маршрутизаторы пакеты большего размера. Также пакеты нельзя фрагментировать, как в IP.

Routing Information Protocol (RIP), потомок Pup в Information Protocol шлюза используется в качестве системы обмена информации маршрутизатора, и (немного изменен , чтобы соответствовать синтаксису адресов других семейств протоколов), остается в использовании сегодня и в других семействах протоколов , например, набор Интернет-протоколов.

XNS также реализует простой протокол эха на межсетевом уровне, аналогичный IP- ping , но работающий на более низком уровне в сетевом стеке. Вместо добавления данных ICMP в качестве полезной нагрузки в IP-пакет, как в ping, эхо XNS помещало команду непосредственно в базовый пакет IDP. То же самое может быть достигнуто в IP путем расширения поля протокола ICMP в заголовке IP.

Протоколы транспортного уровня

Существует два основных протокола транспортного уровня, которые сильно отличаются от своих предшественников Pup:

  • Sequenced Packet Protocol ( SPP ) - это транспортный протокол с подтверждением, аналогичный TCP ; одно главное техническое отличие состоит в том, что порядковые номера подсчитывают пакеты, а не байты, как в TCP и BSP PUP; это прямой предшественник NovellIPX / SPX .
  • Протокол обмена пакетами ( PEP ) - это ненадежный протокол без установления соединения, похожий по своей природе на UDP и предшествующий протоколуNovell PXP.

XNS, как и Pup, также использует EP , протокол ошибок , в качестве системы отчетов для таких проблем, как потерянные пакеты. Это обеспечило уникальный набор пакетов, которые можно фильтровать для поиска проблем.

Протоколы приложений

Курьерский RPC

В исходной концепции Xerox такие прикладные протоколы, как удаленная печать, архивирование, отправка по почте и т. Д., Использовали протокол удаленного вызова процедур под названием Courier . Courier содержал примитивы для реализации большинства функций вызовов функций языка программирования Xerox Mesa . Приложениям приходилось вручную сериализовать и десериализовать вызовы функций в Courier; не было автоматического средства преобразования кадра активации функции в RPC (то есть не было "компилятора RPC"). Поскольку Courier использовался всеми приложениями, документы протокола приложения XNS определяли только интерфейсы вызова функций курьера и кортежи привязки модуля + функции. В Courier было специальное средство, позволяющее вызову функции отправлять или получать массовые данные.

Первоначально определение местоположения службы XNS выполнялось посредством широковещательной передачи удаленных вызовов процедур с использованием серии расширяющихся кольцевых широковещательных рассылок (в консультации с локальным маршрутизатором для получения сетей на увеличивающихся расстояниях). Позже была создана трехуровневая служба каталогов протокола обмена информацией для выполнения определение местоположения службы и широковещательные рассылки по расширяющемуся кольцу использовались только для определения местоположения первоначального центра обмена информацией.

Из-за тесной интеграции с Mesa в качестве базовой технологии многие из традиционных протоколов более высокого уровня не были частью самой системы XNS. Это означало, что все поставщики, использующие протоколы XNS, создали свои собственные решения для обмена файлами и поддержки принтеров . Хотя многие из этих сторонних продуктов теоретически могут взаимодействовать друг с другом на уровне пакетов, возможности вызова сервисов приложений друг друга были ограничены или отсутствовали. Это привело к полной фрагментации рынка XNS и было названо одной из причин того, что IP легко вытеснил его.

Аутентификация

Протоколы XNS также включают протокол аутентификации и службу аутентификации для его поддержки. Его «надежные полномочия» были основаны на том же протоколе Нидхема – Шредера, который позже использовался Kerberos. После обращения в службу аутентификации для получения учетных данных этот протокол предоставил облегченный способ цифровой подписи вызовов процедур Courier, чтобы получатели могли проверять подпись и аутентифицировать отправителей через Интернет XNS, без необходимости повторно связываться со службой аутентификации в течение протокол сеанса связи.

Печать

Язык печати Xerox, Interpress , был стандартом двоичного формата для управления лазерными принтерами. Разработчики этого языка Джон Варнок и Чак Гешке позже покинули Xerox PARC и основали Adobe Systems . Перед отъездом они осознали сложность задания двоичного языка печати, где функции сериализации задания печати были громоздкими и затрудняли отладку ошибочных заданий печати. Чтобы понять ценность задания как программируемого, так и легко отлаживаемого задания печати в ASCII, Уорнок и Гешке создали язык Postscript в качестве одного из своих первых продуктов в Adobe.

Протоколы удаленной отладки

Поскольку все 8000+ машин в корпоративной интрасети Xerox работали с архитектурой Wildflower (разработанной Батлером Лэмпсоном), для микрокода существовал протокол удаленной отладки. По сути, функция просмотра и нажатия может останавливать и управлять состоянием микрокода машины серии C или D в любом месте на Земле, а затем перезапускать машину.

Также был протокол удаленной отладки для отладчика всемирной подкачки. Этот протокол может с помощью «куска» отладчика заморозить рабочую станцию, а затем просмотреть и вытащить различные части памяти, изменить переменные и продолжить выполнение. Если бы символы отладки были доступны, разбившуюся машину можно было бы удаленно отлаживать из любой точки земли.

История

Истоки в Ethernet и ПНП

В последний год в Гарвардском университете , Боб Меткалф начал интервью у ряда компаний и получил теплый прием Джерри Элкинд и Боба Тейлора в Xerox PARC , которые начинали работать на сетевых компьютерных рабочих станций , которые стали бы Xerox Alto . Он согласился присоединиться к PARC в июле после защиты диссертации. В 1970 году, занимаясь серфингом на диване у Стива Крокера во время посещения конференции, Меткалф взял со стола копию « Труды осенней совместной компьютерной конференции», чтобы заснуть во время чтения. Вместо этого он был очарован статьей об ALOHAnet , более ранней глобальной сетевой системе. К июню он разработал свои собственные теории сетей и представил их своим профессорам, которые отвергли их, и он был «брошен мне на задницу».

Меткалфа приветствовали в PARC, несмотря на его неудачную диссертацию, и вскоре он начал разработку того, что тогда называлось «ALOHAnet in a wire». Он объединился с Дэвидом Боггсом, чтобы помочь с электронной реализацией, и к концу 1973 года они создали работающее оборудование со скоростью 3 Мбит / с. Затем пара начала работать над простым протоколом, который будет работать в системе. Это привело к разработке системы PARC Universal Packet (Pup), и к концу 1974 года Pup успешно работал в сети Ethernet. Они подали патент на эту концепцию, Меткалф добавил несколько других имен, потому что считал, что они заслуживают упоминания, а затем представили документ о концепции в Коммуникациях ACM на тему «Ethernet: распределенная коммутация пакетов для локальных компьютерных сетей», опубликованный в июле. 1976 г.

ЩЕНОК в XNS

К 1975 году, задолго до того, как ПНП была завершена, Меткалф уже нервничал под жестким руководством Xerox. Он считал, что компании следует немедленно запустить Ethernet в производство, но не нашел особого интереса среди высшего руководства. Знаменательное событие произошло, когда профессора из знаменитой Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института обратились к Xerox в 1974 году с намерением купить Ethernet для использования в своей лаборатории. Руководство Xerox отказалось, полагая, что Ethernet лучше использовать для продажи собственного оборудования. Затем лаборатория искусственного интеллекта создала свою собственную версию Ethernet, Chaosnet .

Меткалф в конце концов покинул Xerox в ноябре 1975 года и перешел в Transaction Technology, подразделение Citibank, которому было поручено продвигать разработку продуктов. Однако семь месяцев спустя его переманил обратно в Xerox Дэвид Лиддл , который недавно организовал в Xerox подразделение разработки систем специально для вывода на рынок концепций PARC. Меткалф немедленно начал перепроектировать Ethernet для работы со скоростью 20 Мбит / с и начал попытки переписать Pup в производственной версии. В поисках помощи по Pup Меткалф обратился к Йогину Далалу , который в то время заканчивал диссертацию под руководством Винта Серфа в Стэнфордском университете . Dalal был также сильно завербован Bob Kahn «s ARPANET команды (работа по протоколу TCP / IP), но когда Серф ушел в DARPA , Dalal согласился переехать в PARC и начал там в 1977 году.

Далал создал команду, в которую вошли Уильям Кроутер и Хэл Мюррей, и начал с полного обзора Pup. Далал также пытался продолжить работу по TCP, проводимую в DARPA, но в конце концов сдался и полностью сосредоточился на Pup. Далал объединил свой опыт работы с ARPANET с концепциями Pup, и к концу 1977 года они опубликовали первый проект спецификации Xerox Network System. По сути, это была версия Pup с добавленной концепцией сокетов и объединенной сети, которая позволяла маршрутизаторам пересылать пакеты через подключенные сети.

К началу 1978 года новая система работала, но руководство все еще не предпринимало никаких шагов для ее коммерциализации. Как выразился Меткалф:

Когда я вернулся в Xerox в 1976 году, до отгрузки продукции оставалось около двух с половиной лет, а в 1978 году - около двух с половиной лет с момента отгрузки продукции.

Когда никаких дальнейших действий не последовало, Меткалф покинул компанию в конце 1978 года.

Влияние

Последний раз использовавшийся Xerox для связи с системой публикации DocuTech 135, XNS больше не используется из-за повсеместного распространения IP. Тем не менее, он сыграл важную роль в развитии сетевых технологий в 1980-х годах, заставив поставщиков программного и аппаратного обеспечения серьезно задуматься о необходимости поддержки вычислительных платформ одновременно более чем одного стека сетевых протоколов.

Большое количество проприетарных сетевых систем были непосредственно основаны на XNS или предлагали незначительные вариации по теме. Среди них были Net / One, 3+, Banyan VINES и Novell IPX / SPX . Эти системы добавили свои собственные концепции поверх системы адресации и маршрутизации XNS; VINES добавила службу каталогов среди других служб, а Novell NetWare добавила ряд служб, ориентированных на пользователя, таких как печать и совместное использование файлов. AppleTalk использовал маршрутизацию, подобную XNS, но имел несовместимые адреса с более короткими номерами.

XNS также помог проверить дизайн сетевой подсистемы 4.2BSD , предоставив второй набор протоколов, который значительно отличался от Интернет-протоколов; Реализовав оба стека в одном ядре, исследователи из Беркли продемонстрировали, что конструкция подходит не только для IP. В конечном итоге потребовались дополнительные модификации BSD для поддержки всего диапазона протоколов взаимодействия открытых систем (OSI).

Читайте также: