мини|десно|350п|Каблови за брзи етернет повезани на комутатор Етернет () је протокол и најкоришћенија вишемедијумска технологија локалних рачунарских мрежа, описана великим бројем -{IEEE}- 802.3 стандарда, који дефинишу технологије физичког и слоја везе референтног ОСИ модела. Првобитно је изведена у топологији магистрале на заједничком коаксијалном каблу са протоколом који динамички одређује како рачунари приступају мрежи (-{CSMA/CD}-). Етернет данас шири свој опсег применљивости на -{MAN}- и -{WAN}- мреже, има топологију звезде или стабла, док као медијум користи бакарне и оптичке каблове. Поред основне функције дељења заједничких ресурса у локалној мрежи, има и функције приступа (интернету), окоснице међу мрежама и дистрибуције података на веће удаљености. Етернет дефинише како се станице везују на рачунарску мрежу, технологију која се користи за пренос сигнала, потом начин како станице приступају датој мрежи, брзину преноса, начин сигнализације и кодирања информација, као и величину и формат пакета информације који се користи при комуникацији.
Историјат За претечу етернета можемо сматрати технологију коју су развили истраживачи Норман Абрамсон и његове колеге са Хавајског универзитета. Наиме, код њих је постојао проблем како повезати кориснике на удаљеним острвима са централним рачунаром (развлачење каблова испод Пацифика није разматрано). Решење су пронашли у комуникацији радијом кратког домета. Сваки кориснички терминал је опремљен примопредајником са по две фреквенције: једном за емитовање ка централном рачунару и другом за пријем података са централног рачунара.Ендру Таненбаум: Рачунарске мреже, превод четвртог издања, Микро књига 2005.
У исто време, Роберт Меткалф се на Масачусетском институту за технологију упознао са Абрамсоновим радом, с ким је након дипломирања и докторских студија на Харварду провео неко време у истраживањима. До прве верзије етернета долази у Зироксовом () истраживачком центру, у Зирокс Парку (), где су тамошњи истраживачи већ пројектовали и изградили прве персоналне рачунаре са корисничким графичким окружењем и мишем као показивачем (рачунар -{Xerox Alto}-), као и први ласерски штампач намењен раду са персоналним рачунарима. Овим изумима се придружује и етернет, као технологија локалних рачунарских мрежа која је уједињавала (повезивала) персоналне рачунаре и штампаче. мини|десно|300п|Меткалфов слајд са презентације на којој је представљен концепт оригиналног етернет система 1976. године Меткалф је заједно с колегом Дејвидом Богсом, користећи знање стечено у раду са Абрамсоном, развио нови систем на коаксијалном каблу као медијуму на који је било прикључено више станица (). Нови систем садржао је нова два механизма: ослушкивање пре слања, тј. пре емитовања поруке станице су ослушкивале саобраћај на каблу (), па у случају да неко већ емитује повлачиле би се док се емитовање не оконча и механизам који је детектовао сукобљавања у случају да је до њих дошло (). Овај систем је назван CSMA/CD () Вишеструки приступ са ослушкивањем носиоца уз откривање сукобљавањаCharles E. Spurgeon: Ethernet - Definitive Guide, O'Reilly (2000). Исто тако Меткалф је развио нови алгоритам насумичног бирања времена чекања, што је у комбинацији са CSMA/CD протоколом омогућило етернету да функционише са 95% искоришћености канала.
Примењујући овај систем, крајем 1972. године Меткалф, и његове колеге из Зирокс Парка реализују прву локалну рачунарску мрежу (експериментални етернет систем) која је повезивала -{Xerox Alto}- рачунаре међусобно, као и рачунаре са серверима и ласерским штампачима. Коаксијални кабл је имао дужину до 2,5-{km}- (користећи 4 репетитора) на који се могло повезати до 256 рачунара, при чему је радио са брзином преноса 2,94 -{Mb/s}-.
Стандардизација етернета Први стандард етернета је објављен 1980. године од стране -{DIX}- конзорцијума произвођача () за брзине преноса 10 -{Mb/s}-. Користећи иницијале ових компанија назван је -{DIX}- етернет стандард. Овај стандард дефинисао је етернет као технологију локалних рачунарских мрежа са спецификацијама за рад на систему заснованом на дебелом коаксијалном каблу. Као и код свих стандарда, -{DIX}- стандард је убрзо допуњен техничким изменама, поправкама и малим побољшањима, -{DIX}- -{V}-2.0 стандард. -{DIX}- конзорцијум је развио ове стандарде тако да их је сваки произвођач могао користити, технологија која је била доступна свима. Највећу цену платио је Зирокс који је морао да се одрекне права на патентирану технологију. 1982. године Зирокс је дао и право на коришћење имена етернет. У време кад је објављен -{DIX}- стандард, професионална организација, Институт инжењера електротехнике и електронике () бавио се прављењем отвореног стандарда локалних мрежа. Комитет за лан и ман мреже, чији стандарди почињу са редним бројем 802, оформљује радну групу 802.3 која је преузела систем описан у оригиналном -{DIX}- стандарду и користи га као основу за нови -{IEEE}- стандард. Овај стандард је објављен 1985. године са називом -{IEEE}- 802.3 „вишеструки приступ са ослушкивањем носиоца уз откривање сукобљавања“, -{CSMA/CD}- метод приступа и спецификације физичког нивоа. Видимо да се у називу не помиње “етернет”. -{IEEE}- је ову технологију називао CSMA/CD или још краће само 802.3. Како год, данас већина људи користи назив етернет кад се помиње мрежни систем описан 802.3 стандардом.
Даље -{IEEE}- је овај стандард представио америчком националном институту за стандарде ANSI () који га је проследио на виши ниво, где је прихваћен од стране Међународне организације за стандардизацију ИСО (), чиме је -{IEEE 802.3}- етернет стандард постао и међународни стандард што је омогућило произвођачима мрежне опреме широм света да праве компоненте засноване на овој технологији.
Веза етернета са ОСИ моделом
Стандарди -{IEEE}- организације су уређени према ОСИ референтном моделу или референтном моделу за отворено повезивање система (). Етернет као -{IEEE}- стандард представља протокол који ради на прва два слоја ОСИ модела, и то на физичком слоју и -{MAC}- подслоју слоја везе. центар|Оси модел и преглед организације -{IEEE}- радних група Етернет слој везе
Функције другог слоја укључују -{MAC}- и етернет преусмеравање фрејмова које се такође назива премошћавање. За разлику од традиционалних мрежа са комутирањем кола, етернет је технологија са комутирањем пакета. Сваки етернет фрејм је означен адресом извора (-{SA}-) и адресом дестинације (-{DA}-) које користе етернет мостови како би проследили фрејм на одговарајућу дестинацију. -{IEEE}- 802.3 стандард покрива само -{MAC}- део слоја везе, док је етернет премошћавање покривено -{IEEE}- 802.1 стандардом. Најважнија идеја за етернет премошћавање је дефинисана -{IEEE}- 802.3 -{D}- стандардом ()Optical Fiber Telecommunications - Volume VB, Systems and Networks, Academic Press 2008.}- -{section 9 - Cedric F. Lam and Winston I. Way: Optical Ethernet: Protocols, management, and 1–100G technologies.
-{CSMA/CD}- и перформансе етернета
Максимална величина оквира је 1536 -{B}- Ова величина је произвољно одређена граница, условљена примопредајником. У тренутку постављања -{DIX}--овог стандарда (1978) меморија је била прилично скупа, а захтевало се да примопредајници морају имати довољно радне меморије да прихвате читав оквир. Минимална величина оквира износи 64 -{B}- На ову величину утиче механизам откривања сукобљавања на каналу (), изведена је на моделу оригиналног етернета. Ако посматрамо оригинални етернет систем базиран на дебелом коаксијалном каблу 10Base5 са спецификацијама наведеним у табели, можемо да извршимо одређену анализу.
+Спецификације система -{10Base5}- -{10Base5}- '''''' Брзина емитовања -{B}- = 10 -{Mb/s}- Пренос се врши у основном опсегу учестаности Максимална дужина кабла -{lmax=500 m}- Битско време (време емитовања бита) -{tb}- = 1-{b/B}- = 100 -{ns}- Време емитовања оквира -{tf}- = -{n tb}- (-{n}- – величина оквира) Време пропагације сигнала -{tp}- = -{l / v}- (-{v}- – брзина простирања) Време процесуирања репетитора -{tr}- Укупно кашњење () -{τ = tp + a tr}- (-{a}- – број репетитора) Време обиласка мреже () 2τ У случају да се користе репетитори могуће је постићи дужину -{lmax}-=2500-{m}-, 4 репетитора Ако усвојимо да је брзина пропагације сигнала кроз кабл:
тада је време пропагације сигнала између двеју крајњих тачака
или изражено као умножак битског времена док је кашњење које уноси репетитор класе 1 за процесуирање (репетитор класе 2, ). Укупно време пропагације сигнала са једног на други крај мреже би било:
(време добијено у најнеповољнијем случају). Потребно је да станица открије да ли је дошло до сукобљавања пре него што заврши емитовање оквира. Односно, у најгорем случају, време емитовања оквира треба да буде двоструко веће од максималног укупног времена пропагације сигнала. Објашњење:најнеповољнији случај настаје када станица на најудаљенијој тачки од станице која емитује почне да емитује пакет тачно у тренутку пре него што оквир стигне до ње (тренутак τ – ε). Станица ће у овом случају сазнати о сукобљавању тек након времена 2τ. Како станица мора да емитује оквир током времена обиласка мреже 2τ, минимална величина оквира је 512 -{b}-, односно 64 -{B}-.
Са порастом брзине мреже минимална величина оквира мора да расте или да се смањи дужина кабла. Код брзог етернета -{B}-=100 -{Mb/s}-, па је битско време је 10 пута краће. Код гигабитног етернета оно износи само -{tb}- = 1-{ns}-, минимална дужина оквира била би 6400 -{B}-, а могао би се и направити компромис да минимална дужина оквира буде 640 -{B}-, али да максимално растојање између станица буде 250 -{m}-. Да би обезбедило компатибилност, етернет удружење није хтело да мења минималну величину оквира, па су за гигабитни етернет развили две технике: проширење носиоца () и бујица оквира (), да би одржали довољно растојање и очували ефикасност.
Искоришћеност система У претходном делу увели смо неке основне параметре за прорачун. Ако посматрамо етернет као повремени CSMA систем, интервал који се бира као јединица је управо 2τ. Ако станица утврди да на каналу постоји саобраћај, она неће даље ослушкивати канал, већ ће то учинити тек након 2kτ. Перформансе ћемо испитати у условима густог и константног саобраћаја, тј. када је -{Nа}- станица увек спремно да емитује. Станице приступају каналу у току временског интервала предвиђеног за конкурентско приступање (у току конкурентског блока). – укупан број станица – број активних станица (претпоставља се да је константан у сваком интервалу приступања) центар|Дијаграм Како имамо да је -{Na}- станица спремно да емитује, свака станица има подједнаку вероватноћу да ће успети да приступи каналу -{p}- = 1/-{Nа}-, док је вероватноћа да ће било која од станица заузети канал једнака:
Једна станица приступа каналу, осталих -{Nа}- – 1 активних станица не приступа. Као што смо горе навели, станице приступају каналу када на њему нема саобраћаја, односно у конкурентском блоку који може да садржи -{i}- интервала 2τ. Вероватноћа да конкурентски блок управо садржи -{i}- интервала је:
Као и у претходном случају, једнака је вероватноћи да у првих -{i}- – 1 интервала станице нису успеле да приступе каналу, већ тек у -{i}- – том покушају. Средњу вредност броја интервала у конкурентском блоку ћемо извести као математичко очекивање вредности -{i}-. -{E[i]}-
Када пустимо да број активних корисника тежи бесконачности, вероватноћа је -{P = 1/ e}-. Тада је очекивано да се конкурентски блок састоји у просеку од -{1/P}-, односно од -{e}- интервала. Пошто се ради о граничном случају можемо закључити да просечан број интервала конкуренције није никада већи од e што указује на искоришћеност система. Сходно томе ефикасност канала је дата следећим изразом:
где је време емитовања оквира -{tf}- = -{n tb}- (-{n}- – величина оквира, -{tb}- – битско време). Ако даље узмемо да је -{tf}- = -{n / B}-, и да време обиласка мреже 2τ зависи од дужине кабла, односно да је 2τ = 2 -{l / v}- имамо ефикасност изражену од дужине кабла, пропусне моћи и величине оквира.