Ethernet

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
סיווג פרוטוקולים על פי מודל ה-OSI
שכבת יישום HTTP, SMTP, FTP, RTP, IRC, SNMP, SIP, DNS, DHCP
שכבת ייצוג MIME, ASCII, Unicode, SSL
שכבת שיחה ASP, PPTP, SSH, NFS, RPC
שכבת תעבורה TCP, UDP, SCTP, DCCP
שכבת רשת IP (IPv4, IPv6), ICMP, IPX , ניתוב
שכבת קו Ethernet, Token ring, FDDI
שכבה פיזית E1, 10Base-T, RS-232, DSL, SONET
פרוטוקולים במודל TCP/IP
שכבת יישום
HTTP, SMTP, FTP, DNS, DHCP, SSH, RTP, RTSP, IRC, SNMP, SIP, IMAP4, MIME, TELNET, RPC, SOAP, LDAP ...
שכבת תעבורה
TCP, UDP, SCTP, DCCP ...
שכבת רשת
IP, IPv4, IPv6, ICMP, ARP, IPX, IGMP ...
שכבת קשר
Ethernet, 10BASE-T, 802.11 WiFi, Token ring, FDDI ...
כבל Ethernet סטנדרטי

Ethernet היא טכנולוגיה לתקשורת נתונים ברשתות מחשבים מקומיות (LAN). האתרנט הוכרזה כתקן תעשייה ב-30 בספטמבר 1980 על ידי זירוקס פארק, DEC ואינטל[1]. עפ"י מודל ה־TCP/IP האתרנט היא פרוטוקול תקשורת שאחראי על השכבה הפיזית של התקשורת. על פי מודל ה-OSI האתרנט היא פרוטוקול האחראי על שכבת הקישוריות ומגדיר גם את השכבה הפיזית של התקשורת.

יתרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

ה־Ethernet זכתה בשליטה בלתי מעורערת ברשתות המקומיות בזכות אוסף של פתרונות יצירתיים לבעיות שהיו קיימות בטכנולוגיות אחרות. בין הפתרונות ניתן למנות את:

  • טכנולוגיית ה־CSMA/CD המאפשרת לכל רכיב לשלוח אותות לתווך משותף בלי התראה מוקדמת, ומטפלת ביעילות בהתנגשויות (Collisions). יש לציין כי בטופולוגיית כוכב אין התנגשויות היות שהמדיה איננה משותפת (ובייחוד החל מקצב נתונים של 1Gbps ואילך).
  • השימוש בזוגות שזורים (Twisted Pairs) להקטנת ההשראה החשמלית ביניהם, והעברת אותות בקצבים גבוהים יותר ולמרחקים גדולים יותר באמצעותם.
  • הגדלת קצב השידור בכפולות של 10 תוך שמירה על אותה מסגרת (frame format). כתוצאה מכך, רכיבים ברשת יכולים לתקשר ביניהם ללא תלות בקצב ההעברה שלהם. כמו כן, ניתן לשדרג רכיב אחד ברשת ללא צורך בשדרוג של שאר הרכיבים. הקצבים המוגדרים הינם 10Gbps, 1Gbps, 100Mbps, 10Mbps וגם 100Gbps בעתיד.
  • השימוש בסיב אופטי לקצבים הגדולים מ-100Mbps המאפשר העברת האותות למרחקים גדולים מהאפשרי בזוגות שזורים.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

טכנולוגיה זו פותחה בתחילת שנות השבעים על ידי רוברט מטקלף ודיוויד בוגס במעבדות זירוקס פארק. הפטנט על הטכנולוגיה נרשם בשנת 1975, אך רק בסוף העשור (1980) הפכה לסטנדרט בפרויקט 802.3 של IEEE. בתצורה הראשונית היה קצב התעבורה ברשת 3Mbps, והיא כללה שדה של 8 ביט בלבד לכתובות המקור והיעד (לעומת 48 היום). התצורה הנפוצה הראשונה הייתה 10BASE-2, שהתבססה על טופולוגיית רשת מסוג אפיק (קווית). עם הזמן חל מעבר ל-10BASE-T ולממשיכיו, בגלל היתרונות שהוזכרו לעיל.

עם התפתחות טכנולוגיית המחשוב והאפשרות לעבוד במהירויות גבוהות יותר, נוצר מצב בו הרשת לא מצליחה לספק את הצורך בקצב נתונים מהיר ומספר גדול של מחשבים, ועל כן טכנולוגיית האתרנט הורחבה בשנות התשעים ל- Fast Ethernet. מיד לאחר הפיתוח של ה- Fast Ethernet הופיעה גרסה שנקראת Ethernet 10/100, אשר מאפשרת תמיכה של כרטיס הרשת בשתי המהירויות (גם 10 וגם 100 מס"ש). בגרסה זו, לכרטיס הרשת ישנה אפשרות לזהות בצורה אוטומטית בזמן תחילת פעולתו מהי המהירות שבה עובדת הרשת שבה הוא נמצא, ולהתאים את עצמו אליה. פיתוחים נוספים של הטכנולוגיה כדי לתת מענה לקצבי תקשורת מהירים ולארגונים גדולים מאוד התפתחו לקראת סוף המאה ה-20 - זוהי טכנולוגיית Gigabit Ethernet.

מבנה חבילת Ethernet[עריכת קוד מקור | עריכה]

חבילה בפרוטוקול Ethernet מורכבת מחמישה חלקים: מבוא, פתיח, תוכן, סוגר וגובל. אורכה של חבילה נע בין 84 ל- 1542 בתים בהתאם לגודל שדה התוכן.

מבוא[עריכת קוד מקור | עריכה]

המבוא (Preamble) מורכב מסדרה של 7 בתים המכילים את הרצף 10101010 ואחריהם בית המכיל את הרצף 10101011 המסמן את סוף המבוא. מטרת המבוא היא לסנכרן את תחילת השידור באופן פיזי.

בית 1 2 3 4 5 6 7 8
תוכן מבוא סיום מבוא

פתיח[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפתיח הבסיסי מורכב מ- 14 בתים לפי הפירוט הבא:

בית 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
תוכן כתובת יעד כתובת מקור EtherType
  • כתובת יעד (שישה בתים) - כתובת ה- MAC של רכיב היעד.
  • כתובת מקור (שישה בתים) - כתובת ה- MAC של רכיב המקור.
  • EtherType (שני בתים) - שדה המציין את סוג הפרוטוקול של הנתונים אותו ההודעה מעבירה כתוכן (לדוגמה, עבור תוכן בפרוטוקול IPv4 יהיה ערך 0x0800 בעוד לתוכן בפרוטוקול ARP יהיה ערך 0x0806).

הערה: במידה והרשת עושה שימוש בפרוטוקול רשת מקומית וירטואלית (802.1Q), המתג אליו מחובר המחשב מוסיף לפתיח שדה "תווית VLAN" בן ארבעה בתים. שדה זה נושא את מזהה הרשת הווירטואלית לה שייך המחשב.

תוכן[עריכת קוד מקור | עריכה]

שדה התוכן בחבילת Ethernet מכיל בין 46 ל- 1500 בתים.

סוגר[עריכת קוד מקור | עריכה]

הסוגר של חבילת Ethernet מכיל שדה בן ארבעה בתים המורכב מסיכום ביקורת (checksum), מספר האימות של הפתיח והתוכן.

גובל[עריכת קוד מקור | עריכה]

הגובל ( Interframe gap) הנו סדרה של 12 בתים המשודרים בסוף החבילה ומשמשים להפרדה לקראת תחילת השידור הבא.

שכבת הקו[עריכת קוד מקור | עריכה]

שכבת הקו בטכנולוגית Ethernet מתחלקת לשתי תת-שכבות:

  1. שכבת ה-Logical Link Control (‏LLC)
  2. שכבת ה-Media Access Control (‏MAC).

שכבת ה-Logical Link Control (‏LLC)[עריכת קוד מקור | עריכה]

לתת-שכבה זו שני תפקידים מרכזיים:

  1. מהווה קישור בין שכבת הערוץ לשכבת הרשת. בזכות שכבה זו אנו יכולים לציין במסגרת (Frame) את הפרוטוקול ששימש חבילת מידע זו בשכבת הרשת (IP,IPX וכיוצא בזה).
  2. לעטוף את חבילות המידע המגיעות משכבת הרשת ב-Frame. יש לשים לב כי תת-שכבה זו אינה אחראית על ה-Frame עצמו, אלא על ההכנסה של הנתונים לתוך ה-Frame.

שכבת ה-Media Access Control (‏MAC)[עריכת קוד מקור | עריכה]

גם לתת-שכבה זו מספר תפקידים. העיקריים ביניהם הם:

גישה לתווך[עריכת קוד מקור | עריכה]

ניתן לדמות את המצב ברשת ה-Ethernet לדיון רב-משתתפים ללא מנחה. על מנת שהדיון יהיה פורה, יש לקבוע מראש כללי-דיון שימנעו ככל הניתן מצב שבו שני משתתפים ידברו בו זמנית. באופן אנלוגי, מכיוון שרשת ה-Ethernet היא רשת מבוזרת שבה מדיית התקשורת (השכבה הפיזית) משותפת לכל הרכיבים ברשת, יש צורך למנוע שידור בו זמני של שתי תחנות לאותו מתחם התנגשות.

תת-שכבת ה-MAC מסדירה את תיזמון הגישה למדיית התקשורת של רשת ה-Ethernet כך שבכל רגע נתון רק תחנה אחת תשדר על מדיית התקשורת. האופן שבו היא עושה זאת מבוסס על אלגוריתם CSMA/CD שבו תחנה משדרת מסגרת (frame) ברגע שהיא חשה שמדיום התקשורת פנוי. במהלך שידור המסגרת, התחנה מאזינה לקווי התקשורת על מנת לוודא שהאות שהתקבל הוא אכן האות שנשלח. במידה והתחנה מזהה הפרעה היא תפסיק את שליחת המסגרת ותשלח אות התנגשות (jam signal) אשר יגרום לכל התחנות ברשת להפסיק מיד את השידור. לאחר פרק זמן אקראי, חוזרת התחנה לשדר את המסגרת. אם נוצרת התנגשות נוספת, נשלח שוב אות התנגשות וכל אחת מהתחנות מכפילה את זמן ההמתנה שהגרילה על מנת להקטין את הסיכוי להתנגשות נוספת.

Ethernet הוא פרוטוקול המבטיח רק מאמץ מיטבי. אם חלו 16 התנגשויות או תקלות בהעברת חבילה מסוימת, ה-Ethernet יסיים את ניסיונות השליחה של החבילה הזאת. כמו כן, ה-Ethernet ידווח לשכבת התקשורת שמעליו על כישלון בשליחת החבילה. מרגע זה, השכבה הגבוהה יותר אחראית על הטיפול בבעיה. השכבה שיכולה ומבקשת שידור חוזר במקרה של שגיאות הינה כל שכבה שמשתתפת בתהליך התקשורת, מהשכבה השלישית ועד השכבה השביעית (במודל OSI).

מיעון פיסי[עריכת קוד מקור | עריכה]

תת השכבה אחראית על המיעון הפיסי של כל מסגרת (שדות ה-DA ו-SA שניתן לראות לעיל). הכתובת הפיזית שבה משתמשים בטכנולוגיית Ethernet היא כתובת MAC. כתובת זו, המשמשת להתקשרות בתוך הערוץ, צרובה על כרטיס הרשת וחייבת להיות יחידה ברשת, ולכן כתובות MAC על רכיבים שנמכרים לציבור הרחב אינן חוזרות על עצמן לעולם. על אף שכרטיס הרשת מכיל כתובת MAC שנצרבת על ידי היצרן, ניתן לעתים לשנות אותה. ביצוע פעולה זו מחייב מעקב אחרי כרטיסי הרשת ואופן השימוש בהם, כדי למנוע מצב שבו שני כרטיסים שניתנה להם כתובת זהה יחוברו לאותה רשת Ethernet.

השכבה הפיזית[עריכת קוד מקור | עריכה]

Autonegotiation[עריכת קוד מקור | עריכה]

Autonegotiation הוא מנגנון ב-Ethernet לניהול משא ומתן בין התקנים שונים ברשת מקומית (נתב למחשב, למשל), כך שהם יבחרו במאפייני שידור מידע, כמו קצב השידור ביניהם וכיווניות השידור (Half-duplex או Full-duplex), שקיימים אצל שניהם. השאיפה במנגנון היא להשיג את קצב העבודה המרבי, בהתאם ליכולת שני הצדדים.

משחזרים ורכזות[עריכת קוד מקור | עריכה]

תופעות של דעיכת אותות ובעיות תזמון מגבילות את אורכם המקסימלי של מקטעי Ethernet, כתלות במדיית התקשורת. לדוגמה, לכבלים הקואקסיאליים 10BASE5 יש הגבלת אורך מקסימלי של 500 מטר. על מנת להגדיל את טווח הרשת נעשה שימוש במשחזר (Repeater), המגביר ומנקה את האות, מוסיף Preamble ומעביר אותו הלאה. ניתן להשתמש במשחזרים על מנת לחבר עד חמישה מקטעי אתרנט, כאשר לשלושה מתוכם מחוברים התקנים. הוספה של יותר מחמישה משחזרים תגרום לבעיה כיוון שכל משחזר בנוסף לפעולת ההגברה מוסיף עוד ביטים של PREAMBLE ולכן תיגרם חריגה ממסגרת ה ETHERNET.

עם המעבר לשימוש בזוגות שזורים היה צורך בהתקן שיאפשר תקשורת של מספר התקנים על מדיה משותפת, לשם כך נוצרו משחזרים רב ערוציים הידועים בשמם רכזות (hubs). כיום נפוץ יתר השימוש במתגים המשמשים כרכזות חכמות.

סוגי כבלים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ישנם מספר תקנים של כבלים עבור Ethernet, שם התקן הוא מהצורה NBase-X כאשר:

  • X - מייצג את סוג הכבל (הסוג הנפוץ הוא T שמייצג Twisted pair - זוג שזור. סוג נפוץ נוסף הוא F המייצג סיב אופטי).
  • N - מייצג את המהירות המקסימלית בכבל (10 מייצג 10 מגה סיביות בשנייה, 100 מייצג 100 מגה סיביות בשנייה וכו').

לדוגמה: 10BASE-T הוא כבל העשוי זוגות שזורים (T), המאפשר קצב נתונים מרבי של 10 מגה סיביות לשנייה.

זוג שזור[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – זוג שזור

הכבל כולל בתוכו ארבעה זוגות חוטי נחושת השזורים בזוגות בלתי-מסוככים. הכבל קיים בשני סוגים: UTP - Unshielded Twisted Pair ו-Shielded Twisted Pairs-STP, שההבדל ביניהם הוא שכבת סיכוך נוספת המגנה על הכבל מהפרעות אלקטרומגנטיות.

כבל מסוג CAT5 מוגבל באורכו לשימוש זה - קיים לו אורך המקסימלי של 100 מטר. הסיבה להגבלה זו היא דעיכת המתח החשמלי בין שתי נקודות עם התארכות המרחק ביניהן, עד שבמרחק של כ-100 מטר, לא ניתן יהיה לפענח את האותות המתקבלים. בנוסף בגלל השתהות המידע על הכבל עלול להיווצר DELAY גדול בין המשדר למקלט ובכך תיגרם בעיית תזמון.

בשני הקצוות של הכבל קיים מחבר הנקרא 8P8C, RJ45 (דומה למחבר טלפון מסוג RJ11, אך מעט גדול יותר). מחבר זה מתחבר ל Transciever (מקלט-משדר) ברכיב הרשת.

כבל קואקסיאלי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – כבל קואקסיאלי

סיב אופטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – סיב אופטי

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]