Физика Ethernet для самых маленьких
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
- 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
- 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
- Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
- Возможность использовать технологию Power over ethernet
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
Порты Ethernet предназначены для кабелей Ethernet – вот что это значит
Узнайте, что порты Ethernet и где они используются
Порт Ethernet (он же разъем или разъем ) – это отверстие в компьютерном сетевом оборудовании, к которому подключаются кабели Ethernet. Их целью является подключение оборудования проводной сети в локальную сеть Ethernet, городскую сеть (MAN) или глобальную сеть (WAN).
Вы можете увидеть соединение Ethernet на задней панели компьютера или на задней или боковой панели ноутбука. Маршрутизатор обычно имеет несколько портов Ethernet для размещения нескольких проводных устройств в сети. То же самое верно для другого сетевого оборудования, такого как концентраторы и модемы.
Порт Ethernet принимает кабель с разъемом RJ-45. Альтернативой использованию такого кабеля с портом Ethernet является Wi-Fi, что исключает необходимость использования как кабеля, так и его порта.
Ethernet произносится с длинным «е», как слово есть . Порты Ethernet также имеют другие названия, такие как порты LAN, соединения Ethernet, гнезда Ethernet, разъемы LAN и сетевые порты.
Все, что вам нужно знать о Ethernet-портах
Какие порты Ethernet выглядят
Порт Ethernet немного шире, чем телефонный разъем. Из-за этой формы невозможно аккуратно вставить кабель Ethernet в телефонную розетку, что немного облегчает подключение кабелей. Вы не можете подключить его не к тому порту.
На первом рисунке ниже показано, как выглядит порт Ethernet. Это квадрат с парой жестких областей внизу.
На рисунке ниже кабель Ethernet собран таким же образом, обычно с зажимом для удержания кабеля в порту Ethernet.
Порты Ethernet на компьютерах
Большинство настольных компьютеров имеют один встроенный порт Ethernet для подключения устройства к проводной сети. Встроенный в компьютер порт Ethernet подключен к его внутреннему сетевому адаптеру Ethernet, который называется платой Ethernet и подключен к материнской плате.
Ноутбуки обычно также имеют порт Ethernet, так что вы можете подключить его к сети, которая не имеет беспроводных возможностей. Заметным исключением является MacBook Air, который не имеет порта Ethernet, но поддерживает подключение ключа Ethernet к своему порту USB.
Устранение неполадок порта Ethernet
Если у вас есть проблемы с подключением к Интернету на вашем компьютере, порт Ethernet, вероятно, первое место, которое вы должны посмотреть.
Сетевой кабель отключен. Это условие часто приводит к ошибкам типа «Сетевой кабель отключен». Такие сообщения об ошибках могут появиться, особенно если компьютер или ноутбук были недавно перемещены, что может легко выбить кабель из порта Ethernet.
Сетевая карта пришла без присмотра. Если вы переместили свой компьютер, в редких случаях карта Ethernet могла выйти из гнезда расширения на материнской плате.
Поврежденные или отсутствующие драйверы сетевой карты. Что-то еще, связанное с портом Ethernet, – это сетевой драйвер для сетевой карты, который может устареть, испортиться или отсутствовать. Один из самых простых способов установить сетевой драйвер – это бесплатный инструмент обновления драйверов.
Порты Ethernet на маршрутизаторах
Все популярные широкополосные маршрутизаторы имеют порты Ethernet, обычно несколько из них. При такой настройке несколько проводных компьютеров в сети могут подключаться к Интернету и другим подключенным устройствам в сети.
Порт восходящей линии связи (также называемый порт WAN ) – это специальный разъем Ethernet на маршрутизаторах, которые используются специально для подключения к широкополосному модему. Беспроводные маршрутизаторы включают порт WAN и, как правило, четыре дополнительных порта Ethernet для проводных соединений.
Изображение в конце видео предлагает пример того, как обычно выглядят порты Ethernet маршрутизатора.
Порты Ethernet на бытовой электронике
Многие другие типы потребительских гаджетов также включают порты Ethernet для домашних сетей, такие как игровые приставки, цифровые видеомагнитофоны и телевизоры.
Другой пример – Google Chromecast, для которого вы можете купить адаптер Ethernet, чтобы вы могли использовать Chromecast без Wi-Fi.
Порт ethernet что это
Порт Ethernet — это разъём или гнездо на компьютере, которое позволяет использовать разъем Ethernet. Эти порты необходимы для создания локальной сети. Порт Ethernet, обычно встречается на сетевых устройствах, включая компьютеры, маршрутизаторы, игровые приставки, модемы и телевизоры.
Локальные сети — это система коммуникаций, которая позволяет нескольким устройствам выполнять обмен информацией для совместной работы. Например, в офисе, может быть шесть работников, каждый с их собственным компьютером, к каждому из которых нужно получить доступ к тем же базам данных, программам и внешним устройствам, таким как принтеры и сканеры.
За счет подключения каждого устройства к центральному серверу или концентратору с помощью Ethernet технологии, все устройства будут иметь доступ к той же информации и эффективно “общаться” со всеми другими устройствами в сети.
Порт Ethernet позволяет создавать сети с использованием проводного соединения. Это разъём, который выглядит как большой телефонный разъем, и позволяет вставлять кабель Ethernet. Порты и кабели обычно используются только для подключения устройств на близком расстоянии, например, в том же здании, из-за непрактичности прокладки километров кабелей по всему городу, сотни или тысячи километров кабелей на разных континентах. Устройства, такие как компьютеры и принтеры обычно имеют один порт, что позволяет им подключаться к сети, а сетевые устройства, такие как модемы могут иметь несколько портов, чтобы разрешить подключение нескольких компонентов.
Устройства, не имеющие физический порт можно привязать к сети Ethernet одним из двух способов. Во-первых, многие новые компьютеры имеют встроенную Ethernet-карту, которая позволяет создавать беспроводные сети Ethernet, которые не требуют прокладки кабелей, заменяя беспроводную технологию. Во-вторых, для устройств без сетевой карты Ethernet или выделенного порта, порт иногда может быть создан путем присоединения к Ethernet, или как “ключ” к USB-порту.
Один недостаток физического порта Ethernet является его подверженность повреждениям и сложности ремонта. Важно быть очень осторожным, когда вставляете или вынимаете кабель из порта, так как можно повредить физические элементы порта. Ремонт порта Ethernet, как правило, требует, чтобы прибор был отправлен обратно производителю или в сервис по ремонту электроники, которые могут быть слишком дорогими. Некоторые люди предпочитают просто проигнорировать сломанный порт Ethernet, и покупают сетевую Ethernet карту или подключаются в сеть через USB-порт. Это быстрое решение не всегда может быть возможным, так как не все порты USB на всех устройствах способны работать с помощью Ethernet-адаптера.
Что такое Ethernet — простомы словами
Технологии
Хотя вы, возможно, привыкли подключаться к интернету с помощью Wi-Fi, это не единственный способ предоставить своему компьютеру доступ в интернет. Существует также Ethernet, альтернатива, которая требует фактического подключения к сети.
Ethernet — это технология, которая используется для подключения устройств в локальной сети (LAN) или глобальной сети (WAN). В этой статье мы собираемся обсудить основы Ethernet, то, как он работает, и углубимся в назначение кабеля.
Что такое локальная сеть
Ethernet обычно используется в сетях LAN. Это тип сети, в которой группа компьютеров совместно использует проводное или беспроводное соединение с сервером в определённой области. ЛВС может состоять из нескольких компьютеров в вашем доме или сотен компьютеров в главном офисе компании.
Дома вы будете использовать локальную сеть для подключения друг к другу различных интернет-устройств. Ваш принтер, например, будет подключён к вашему компьютеру через локальную сеть. Локальная сеть действует как мост между вашими устройствами, так что вы можете получить к ним доступ через свою сеть.
Что такое Ethernet
Ethernet — это протокол, который позволяет сетевым устройствам отправлять и получать данные другим устройствам в той же сети.
Он обычно используется в сетях, где местоположение является фактором. Вот почему он стал таким важным в сетях LAN: этот тип сети имеет географические ограничения. Сеть LAN находится в одном месте, будь то библиотека, офис или ваш дом.
Возможно, вы слышали в играх термин «вечеринка по локальной сети». Когда вы настраиваете компьютеры для работы в локальной сети, все они подключаются к одной сети через Ethernet. Это позволяет вам играть на локальном сервере, доступ к которому есть только у вас, потому что все подключены друг к другу.
Почему используется Ethernet
Подключение к сети Ethernet используется потому, что оно менее уязвимо для сбоев. Беспроводные технологии подвержены проблемам с подключением, особенно когда устройства начинают удаляться от маршрутизатора, к которому они подключены. Он предлагает более стабильное соединение, потому что существует физическая связь между компьютером и беспроводной сетью.
Более того, он более безопасен, чем беспроводные технологии. Большинство беспроводных подключений к интернету безопасны, но есть способы ими управлять. Соединения должны быть выполнены с помощью кабелей, а это означает, что злоумышленнику потребуется физический доступ к кабелю, чтобы получить доступ к данным, хранящимся в сети.
Он смог обеспечить стабильно высокий уровень производительности. Первоначально он мог передавать 10 мегабит в секунду. Только за 90-е это число увеличилось в 10 раз. Сегодня соединения могут поддерживать соединения со скоростью в несколько десятков гигабит в секунду. Вы часто будете слышать, как сейчас люди говорят о «гигабитном Ethernet» по этой причине, который является очень быстрым Ethernet-соединением.
Это преимущество в производительности было даже более значительным, учитывая относительно низкую стоимость. В зависимости от приобретаемых вами кабелей стоимость настройки Ethernet в сети может быть очень низкой. Если учесть сумму, которую компании взимают за беспроводные инструменты, становится ясно, что во многих случаях он является более доступным вариантом.
Каковы ограничения
Это ещё не все навороты: у него есть несколько недостатков.
Главный недостаток заключается в том, что он предназначен для сетей с устройствами, подключёнными на небольшом расстоянии. Для компании было бы непрактично использовать его для подключения устройств, которые находятся далеко за пределами их офисов, например, на парковке, потому что вам нужно будет проложить физический кабель к устройствам, которые вы хотите подключить к сети.
Скорость соединения Ethernet зависит от того, сколько трафика проходит по сети. Многие люди, использующие одну и ту же сеть одновременно, могут снизить скорость.
Ethernet против Wi-Fi
Нельзя отрицать, что Wi-Fi — самый популярный способ подключения устройств к интернету. Это неудивительно, потому что кабели Ethernet довольно громоздки.
Если ваш телефон должен быть подключён к интернету с помощью кабеля Ethernet, он должен быть толщиной примерно 10 сантиметров, по крайней мере, для поддержки соединения.
Основное различие между Ethernet и Wi-Fi заключается в том, что данные Ethernet передаются через физический кабель, тогда как соединения Wi-Fi передают данные через беспроводные сигналы. Основное преимущество Wi-Fi через Ethernet заключается в том, что он обеспечивает хорошую мобильность; вы можете перемещаться куда угодно на определённом расстоянии, не таща за собой кабель.
Соединения обеспечивают большую скорость и надёжность, чем соединение Wi-Fi. В то время как соединение Wi-Fi может быть легко потеряно — и требуется время для восстановления, — кабели Ethernet более надёжны, потому что вы подключены непосредственно к сети. Соединения Wi-Fi также подвержены помехам, что может снизить их надёжность.
Что такое кабель Ethernet
Ethernet не работал бы без кабелей. Это проводная технология! Кабель Ethernet — это особый тип компьютерного сетевого кабеля, который соединяет сетевые устройства с сетью. Чаще всего вы обнаружите, что кабель подключён к маршрутизатору, модему или сетевому коммутатору через порт.
Кабели Ethernet напоминают телефонный кабель. Если вы сравните их бок о бок, вы заметите их сходство.
Кабели имеют восемь проводов, а телефонные кабели — только четыре. В результате кабели больше. Кроме того, кабели могут быть разных цветов, а телефонные кабели обычно белого или серого цвета.
Сегодня используются два основных типа кабелей: категории 5 и категории 6.
Кабели категории 5 или CAT5 могут поддерживать скорость до 100 мегабит в секунду. Эти кабели нельзя использовать для передачи данных на расстоянии более 328 футов.
Кабели категории 6 или CAT6 представляют собой шестое поколение. Этот кабель способен поддерживать скорость передачи данных около 1 гигабит в секунду. Кабели CAT6, однако, могут передавать данные только на расстояние около 164 футов.
Вывод
Ethernet — это сетевая технология, которая соединяет устройства в локальной или глобальной сети. Он может появиться в самых разных местах, от домов до корпоративных офисов и больниц. Где в одной сети есть несколько устройств, которые хотят общаться друг с другом.
Он обеспечивает надёжное и стабильное соединение, в отличие от беспроводной технологии. Которая подвержена помехам и может быть нестабильной в зависимости от вашего расстояния до маршрутизатора. Однако, чтобы использовать Ethernet, вам необходимо подключить к устройству кабель. Сегодня это непрактично для многих современных устройств, поддерживающих только беспроводную технологию.