Ethernet

Ethernet

Ethernet on perinteinen tekniikka, jolla laitteet yhdistetään langalliseen lähiverkkoon (LAN) tai laajakaistaverkkoon (WAN) ja jonka avulla ne voivat kommunikoida toistensa kanssa protokollan – sääntöjoukon tai yhteisen verkkokielen – avulla. Ethernet kuvaa, miten verkkolaitteet voivat muotoilla ja lähettää tietoja niin, että muut samassa lähi- tai kampusverkon segmentissä olevat laitteet voivat tunnistaa, vastaanottaa ja käsitellä tietoja. Ethernet-kaapeli on fyysinen, koteloitu johto, jota pitkin tiedot kulkevat.

Kytketyt laitteet, jotka käyttävät maantieteellisesti rajattua verkkoa kaapelilla – eli pikemminkin langallisella kuin langattomalla yhteydellä – käyttävät todennäköisesti Ethernetiä. Yrityksistä pelaajiin, erilaiset loppukäyttäjät ovat riippuvaisia Ethernet-yhteyden eduista, joihin kuuluvat luotettavuus ja turvallisuus.

Vertailtuna langattomaan lähiverkkotekniikkaan (WLAN), Ethernet on yleensä vähemmän altis häiriöille. Se voi myös tarjota paremman verkkoturvallisuuden ja -valvonnan kuin langaton tekniikka, koska laitteet on yhdistettävä fyysisen kaapeloinnin avulla. Näin ulkopuolisten on vaikea päästä käsiksi verkon tietoihin tai kaapata kaistanleveyttä luvattomille laitteille.

Miksi Ethernetiä käytetään?

Ethernetiä käytetään laitteiden yhdistämiseen verkossa, ja se on edelleen suosittu verkkoyhteysmuoto. Tiettyjen organisaatioiden käyttämissä paikallisverkoissa — kuten yritysten toimistoissa, koulukampuksilla ja sairaaloissa — Ethernetiä käytetään sen suuren nopeuden, turvallisuuden ja luotettavuuden vuoksi.

Ethernetin suosio kasvoi alun perin sen edullisen hinnan vuoksi, kun sitä verrattiin silloiseen kilpailevaan tekniikkaan, kuten IBM:n Token Ringiin. Verkkotekniikan kehittyessä Ethernetin kyky kehittyä ja tarjota korkeampaa suorituskykyä säilyttäen samalla taaksepäin yhteensopivuuden varmisti sen jatkuvan suosion. Ethernetin alkuperäinen 10 megabitin sekuntinopeus kymmenkertaistui 100 Mbit/s:iin 1990-luvun puolivälissä, ja Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (IEEE) jatkaa suorituskyvyn parantamista peräkkäisten päivitysten myötä. Ethernetin nykyiset versiot voivat tukea jopa 400 gigabitin sekuntinopeutta (Gbps).

Hyötyjä ja haittoja

Ethernetillä on monia etuja käyttäjille, minkä vuoksi sen suosio kasvoi niin suureksi. On kuitenkin myös muutamia haittoja.

Hyötyjä

• suhteellisen alhaiset kustannukset;
• yhteensopivuus taaksepäin;
• yleensä häiriönkestävä;
• hyvä tiedonsiirron laatu;
• nopeus;
• luotettavuus ja
• tietoturva — yleisiä palomuureja voidaan käyttää.

Haitat

• Se on tarkoitettu pienempiin, lyhyempien etäisyyksien verkkoihin.
• Liikkuvuus on rajoitettua.
• Pitempien kaapeleiden käyttö voi aiheuttaa ristikkäisviestintää.
• Se ei toimi hyvin reaaliaikaisten tai vuorovaikutteisten sovellusten kanssa.
• Lisääntynyt liikenne saa Ethernet-nopeuden laskemaan.
• Vastaanottimet eivät kuittaa datapakettien vastaanottoa.
• Vianmäärityksessä on vaikea jäljittää, mikä tietty kaapeli tai solmu aiheuttaa ongelman.

Ethernet vs. Wi-Fi

Wi-Fi on suosituin verkkoyhteystyyppi. Toisin kuin langalliset yhteystyypit, kuten Ethernet, se ei vaadi fyysistä kaapelia liitettäväksi, vaan tiedot siirretään langattomien signaalien välityksellä.

Ethernet-yhteyksien ja Wi-Fi-yhteyksien erot

Ethernet-yhteys

• siirtää dataa kaapelin välityksellä;
• rajoitettu liikkuvuus — fyysinen kaapeli vaaditaan;
• nopeampi, luotettavampi ja turvallisempi kuin Wi-Fi;
• vakioitu nopeus;
• tiedon salausta ei tarvita;
• pienempi viive; ja
• monimutkaisempi asennusprosessi.

Wi-Fi-yhteys

• siirtää dataa langattomien signaalien kautta eikä kaapelin kautta;
• parempi liikkuvuus, koska kaapeleita ei tarvita;
• ei yhtä nopea, luotettava tai turvallinen kuin Ethernet;
• kätevämpi — käyttäjät voivat muodostaa Internet-yhteyden mistä tahansa;
• epätasainen nopeus — Wi-Fi on altis signaalin häiriöille;
• vaatii tietojen salauksen;
• korkeampi viive kuin Ethernet; ja
• yksinkertaisempi asennusprosessi.

Miten Ethernet toimii

IEEE määrittelee IEEE 802.3 -nimisessä standardiperheessä, että Ethernet-protokolla koskettaa Open Systems Interconnection (OSI) -verkkoprotokollamallin (Open Systems Interconnection, OSI) sekä 1. kerrosta (fyysinen kerros) että 2. kerrosta (datayhteyskerros).

Ethernet määrittelee kaksi tiedonsiirtoyksikön yksikköä: paketti (packet) ja kehys (frame). Kehys sisältää lähetettävän datan hyötykuorman lisäksi seuraavat tiedot:

• sekä lähettäjän että vastaanottajan fyysiset MAC-osoitteet (media access control);
• virtuaalisen lähiverkon (VLAN) merkintä- ja QoS-tiedot (quality of service); ja
• virheenkorjaustiedot siirto-ongelmien havaitsemiseksi.

Jokainen kehys kääritään pakettiin, joka sisältää useita tavuja tietoa yhteyden muodostamiseksi ja sen merkitsemiseksi, mistä kehys alkaa.

Xeroxin insinöörit kehittivät Ethernetin ensimmäisen kerran 1970-luvulla; Ethernet kulki aluksi koaksiaalikaapeleissa. Nykyään tyypillinen Ethernet-lähiverkko käyttää erikoislaatuisia kierrettyjä parikaapeleita tai valokuitukaapelointia. Varhainen Ethernet yhdisti useita laitteita verkon segmentteihin keskittimien – verkkodatan kuljettamisesta vastaavien Layer 1 -laitteiden – kautta joko ketju- tai tähtitopologialla.

Jos kuitenkin kaksi keskittimen jakavaa laitetta yrittää lähettää dataa samaan aikaan, paketit voivat törmätä toisiinsa ja aiheuttaa yhteysongelmia. Näiden digitaalisten liikenneruuhkien helpottamiseksi IEEE kehitti CSMA/CD-protokollan (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), jonka avulla laitteet voivat tarkistaa, onko tietty linja käytössä, ennen kuin ne aloittavat uudet lähetykset.

Myöhemmin Ethernet-keskittimet väistyivät suurelta osin verkkokytkimien tieltä. Koska keskitin ei pysty erottelemaan verkon segmentin pisteitä, se ei voi lähettää dataa suoraan pisteestä A pisteeseen B. Sen sijaan aina kun verkkolaite lähettää lähetyksen tuloportin kautta, keskitin kopioi datan ja jakaa sen kaikkiin käytettävissä oleviin lähtöportteihin.

Kytkin sen sijaan lähettää älykkäästi kullekin tietylle portille vain sen laitteille tarkoitettua liikennettä sen sijaan, että se kopioisi minkä tahansa ja kaikki verkon segmentin lähetykset, mikä parantaa turvallisuutta ja tehokkuutta.

Kuten muissakin verkkotyypeissä, mukana olevissa tietokoneissa on oltava verkkokortti (NIC), jotta ne voivat liittyä Ethernetiin.

Ethernet-kaapeleiden tyypit

IEEE 802.3 -työryhmä hyväksyi ensimmäisen Ethernet-standardin vuonna 1983. Sen jälkeen tekniikka on jatkuvasti kehittynyt ja omaksunut uusia medioita, suurempia siirtonopeuksia ja muutoksia kehysten sisällössä:

• 802.3ac otettiin käyttöön VLAN- ja prioriteettimerkintöjen mahdollistamiseksi.
• 802.3af määrittelee Power over Ethernetin (PoE), joka on elintärkeä useimmissa Wi-Fi- ja Internet Protocol (IP) -puhelintoiminnoissa.
• 802.11a, b, g, n, ac ja ax määrittelevät Ethernetin vastineet WLAN-verkoille.
• 802.3u otti käyttöön 100BASE-T:n — joka tunnetaan myös nimellä Fast Ethernet — ja jonka tiedonsiirtonopeus on jopa 100 Mbps. Termi BASE-T viittaa kierrettyjen parikaapelien käyttöön.

Gigabit-Ethernet ylpeilee 1 000 Mbit/s — 1 gigabitin tai 1 miljardin bitin sekuntinopeudella (bps) — 10 GbE:n, jopa 10 Gbps:n ja niin edelleen. Verkkoinsinöörit käyttävät 100BASE-T:tä pitkälti loppukäyttäjien tietokoneiden, tulostimien ja muiden laitteiden yhdistämiseen, palvelimien ja tallennustilojen hallintaan sekä suurempien nopeuksien saavuttamiseen verkon runkosegmenteissä. Ajan myötä kunkin yhteyden tyypillinen nopeus pyrkii kasvamaan.

Ethernet-kaapelit yhdistävät verkkolaitteet asianmukaisiin reitittimiin tai modeemeihin, ja eri kaapelit toimivat eri standardeilla ja nopeuksilla. Esimerkiksi kategorian 5 (Cat5) kaapeli tukee perinteistä ja 100BASE-T-Ethernetiä, kategorian 5e (Cat5e) kaapeli pystyy käsittelemään GbE:tä ja kategorian 6 (Cat6) kaapeli toimii 10 GbE:n kanssa.

On olemassa myös Ethernet-crossover-kaapeleita, jotka yhdistävät kaksi samantyyppistä laitetta toisiinsa ja mahdollistavat kahden tietokoneen kytkemisen toisiinsa ilman, että niiden välissä on kytkin tai reititin.