Ethernet Teknolojileri

Ethernet yerel ağlar (LAN) için kullanılan Veri Çerçevesi (Data Frame) tabanlı bir bilgisayar ağı teknolojileri ailesidir. Kelimenin kökeni ether den gelmektedir. OSI ağ modelinin Fiziksel katmanı için Veri bağlantısı katmanı / Ortam erişim kontrolü (Media Access Control, MAC) üzerinden ağ erişimi yoluyla bir dizi kablolama ve sinyalleşme standardı ve ortak bir adresleme formatı tanımlar. Ethernet IEEE 802.3 olarak standartlaştırılmıştır. Uç sistemleri ağa bağlamakta kullanılan Bükülü tel çifti ve site iskeletlerinde kullanılan Fiberoptik kablolama yöntemlerinin birleşimi kullanılan en yaygın Kablolu Yerel Ağ Teknolojisidir. Token Ring, FDDI ve ARCNET gibi diğer muadil ağ teknolojilerinin yerini büyük ölçüde alarak 1980'li yıllardan günümüze kadar kullanılagelmiştir. Eş merkezli kablolamanın yerini düşük kurulum masrafı, yüksek güvenilirlik, noktadan-noktaya ağ yönetimi ve arıza bulma kolaylıkları gibi avantajlar sebebiyle Ethernet Switch'ler ile birleştirilmiş noktadan-noktaya bağlantılar sağlar duruma gelmiştir. StarLAN Ethernet'in eş merkezli kablolama yapısından hub ile yönlendirilen bükülü tel çifti ağ yapısına evrimleşmesindeki ilk adımdır. Bükülü tel çifti kablolamanın gelişi kurulum masraflarını eski Ethernet teknolojileri de dahil olmak üzere benzer teknolojilere kıyasla dramatik olarak düşürmüştür. Ethernet istasyonları birbirlerine donanım katmanı üzerinden veri bloklarından oluşan ve ayrı ayrı gönderilip alınan veri paketleri göndererek haberleşir. Diğer IEEE 802 LAN'larda olduğu gibi her Ethernet istasyonunun paket gönderme ve alma adreslerini belirleyen 48 bitlik kendine özgü MAC adresleri vardır. 10 Mbit/s hızındaki eş merkezli kablodan 1 Gbit/s hızındaki noktadan-noktaya bağlantıya kadar tüm Ethernet türevleri aynı veri çerçevesi formatını (dolayısıyla üst katmanlarda aynı arayüzü) kullandıklarından kolaylıkla birbirlerine bağlanabilirler. Ethernetin çok yaygın olması, donanım maliyetinin giderek düşmesi ve bükülü tel çifti Ethernet arayüzünün fazla yer kaplamaması nedeniyle pek çok üretici PC ana kartlarına Ethernet arayüzü koymakta, böylelikle ayrı bir ağ bağdaştırıcı kartına gerek kalmamaktadır.

CSMA/CD Paylaşımlı Ortam Ethernet

Ethernet başlarda paylaşım ortamı olarak eş eksenli kablo kullanmıştır. Bağlı bilgisayarların iletişim kanalını kullanma kuralları "Çakışma Saptamalı Çoklu Taşıyıcı Erişimi" Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD) olarak adlandırılan yöntemle belirlenmiştir. Bu yöntem rakip Token Ring ya da Token Bus teknolojilerine göre daha basitti. Herhangi bir bilgisayar veri göndermek istediğinde aşağıdaki algoritmayı kullanmaktaydı;

Temel Prosedür

  • Veri çerçevesi gönderilmeye hazır.
  • İletim ortamı boşta mı? Değilse boşaldıktan sonra iki çerçeve arası bekleme süresince bekle (10 Mbit/s Ethernet için 9.6 µs)
  • Göndermeye başla.
  • Çakışma var mı? Eğer varsa çakışma saptama prosedürü'ne git.
  • Yeniden gönderme sayaçlarını sıfırla ve iletimi sonlandır.

Çakışma Saptama Prosedürü

  • Tüm alıcıların çakışmayı saptaması için maximum paket zamanı boyunca iletimi sürdür (karıştırma sinyali).
  • Yeniden gönderme sayacını arttır.
  • Maksimum gönderme denemesi sayısına ulaşıldı mı? Eğer ulaşıldıysa göndermeyi yarıda kes.
  • Çakışma sayısı ile orantılı geri çekilme süresini hesapla ve bekle.
  • Temel prosedürün 1 no'lu adımına geri dön.

Bu yöntem bir yemek masasındaki tüm konukların müşterek bir ortamı kullanarak birbirleriyle konuşmasına benzetilebilir. Konuşmaya başlamadan önce her konuk kibarca o anda konuşmakta olan konuğun sözünün bitmesini bekler. Eğer iki kişi aynı anda konuşmaya başlarlarsa her ikisi de durur ve rastgele bir süre beklerler (Ethernet'te bu süre mikrosaniye mertebesindedir). Her ikisinin de rastgele bir süre beklemelerinden amaçlanan aynı anda tekrar konuşmaya başlamayıp tekrar çakışmamalarıdır. Birden fazla başarısız gönderme girişimi olması durumunda "Kırpılmış ikilik üstel geri çekilme" algoritması ile hesaplanan ve katlanarak artan geri çekilme süreleri kullanılır. "Bağlantı Ünitesi Arayüzü " Attachment Unit Interface alıcı-vericisi bilgisayarların sırayla kabloya erişimini sağlamaktaydı daha sonraları thin Ethernet 'in çıkmasıyla alıcı-vericiler ağ bağdaştırıcının içine entegre edildi. Pasif kablolama küçük Ethernet ağları için yüksek seviyede güvenilir olmakla birlikte tek bir noktadaki kablo hasarı ya da arızalı bir konnektör bütün bir Ethernet alanını kullanılamaz hale getirebileceği için büyük ve genişletilmiş ağlarda pek de güvenilir değildi. Çok noktalı ağlarda ise bazı nodların düzgün çalışmasına rağmen diğerlerinin elektriksel bir hata yüzünden düzgün çalışmamasından kaynaklanan çözülmesi oldukça zor arıza karakteristikleri olabilmekteydi. Bütün iletişim tek bir kablo üzerinden gerçekleştiği için bir bilgisayar tarafından gönderilen bilgi belirli bir noktaya hedeflenmiş olsa dahi ağa bağlı tüm bilgisayarlarca alınmaktadır. Ağ bağdaştırıcı kartı yalnızca kendisine gönderilen paketleri yakaladığında bağlı olduğu CPU 'ya kesme gönderir, gelen her pakette CPU 'ya kesme göndermek için özel bir moda geçirilmediği sürece kendisine gönderilmeyen paketleri dikkate almaz. "Biri konuşur, herkes dinler" şeklindeki bu özellik paylaşımlı ortam kullanan Ethernet için bir güvenlik zaafı oluşturur. Zira Ethernet ağındaki herhangi bir nod isterse tüm ağ trafiğine kulak misafiri olabilmektedir. Ayrıca tek bir ortak kablo kullanımı da bant genişliğinin paylaşıldığı anlamına geldiğinden, örneğin enerji kesilip geri gelmesi gibi durumlarda tüm Ethernet nod’ları yeniden başlayacağından ağ trafiğinin son derece yavaşlamasına neden olabilmektedir.

Ethernet Türleri

10Mbit/s Ethernet

  • 10BASE2 (ThinNet ya da Cheapernet olarak da bilinir): 50 Ω eş merkezli kablo ile aygıtlar birbirine T-adaptör kullanılarak bağlanır. Her iki uçta sonlandırma kullanılması gereklidir. Uzun yıllar boyunca en yaygın 10 Mbit/s standardı olarak kalmıştır.
  • 10BASE-T Kategori 3 ya da Kategori 5 kablo üzerinde iki bükülü tel çifti olacak şekilde dört kablo kullanılır. Ortada her bir istasyon için bir porta sahip olan bir hub ya da Ağ anahtarı bulunur. Bu konfigürasyon aynı zamanda 100BASE-T ve gigabit Ethernet için de kullanılmaktadır. Veri iletim hızı 10 Mbit/s'dir.
  • FOIRL Fiberoptik ara tekrarlayıcılı bağlantı. Fiber üzeri Ethernet'in ilk standardıdır.
  • 10BASE-F Yeni 10 Mbit/s Ethernet standartları ailesi (10BASE-FL, 10BASE-FB ve 10BASE-FP) için kullanılan genel terim. Bunlar arasında sadece 10BASE-FL yaygın kullanıma sahiptir.
    • 10BASE-FL FOIRL standardının güncellenmiş bir versiyonu.
    • 10BASE-FB Çok sayıda hub ve ağ anahtarının birbirine bağlandığı omurga yapıları için amaçlanmıştır. Günümüzde kullanım dışıdır.
    • 10BASE-FP Tekrarlayıcı gerektirmeyen pasif bir yıldız ağ standardı. Hiç kullanılmamıştır.

Yüksek Hızlı Ethernet

  • 100BASE-T Bükülü tel çifti kullanan tüm 100 Mbit/s Ethernet türleri için kullanılan genel terim. 100BASE-TX, 100BASE-T4 ve 100BASE-T2'yi kapsar. 2009 itibarıyla 100BASE-TX pazara tamamen hakim durumdadır ve informal olarak 100BASE-T ile aynı anlama gelmektedir.
  • 100BASE-TX Kategori 5 kablo üzerindeki 100 Mbit/s Ethernet (dört tel çiftinden ikisi kulanılır). 10BASE-T ile aynı yıldız biçimli konfigürasyon’dadır.
  • 100BASE-T4 Kategori 3 kablo üzerindeki 100 Mbit/s Ethernet (10BASE-T kurulumlarında kullanıldığı şekliyle). Dört tel çiftinin hepsi kullanılır ve yarı çift yönlü 'dür. Kategori 5 kablo standart hale geldiğinden günümüzde kullanım dışıdır.
  • 100BASE-T2 Kategori 3 kablo üzerindeki 100 Mbit/s Ethernet. Dört tel çiftinin hepsi kullanılır ve tam çift yönlü iletişimi destekler. Bu standardı destekleyen herhangi bir donanım üretilmemiştir.
  • 100BASE-FX Fiber üzeri 100 Mbit/s Ethernet.

Gigabit Ethernet

  • 1000BASE-T Ekransız bükülü tel çifti bakır kablo üzeri 1 Gbit/s Ethernet. (Kategori 5 kablo kullanılabilmekle birlikte Kategori 5e kablo tavsiye edilir)
  • 1000BASE-SX Kısa erimli çoklu mod fiber üzeri 1 Gbit/s Ethernet.
  • 1000BASE-LX Uzun erimli tekli mod fiber üzeri 1 Gbit/s Ethernet.

10-Gigabit Ethernet

10 gigabit Ethernet standartları ailesi tekli mod fiber (uzun erimli), çoklu mod fiber, (300 m'ye kadar) bakır arka yüzey (1 m'ye kadar) ve bakır bükülü tel çifti (100 m'ye kadar) için ortam tiplerini ihtiva eder. İlk olarak IEEE Std 802.3ae-2002 olarak yayımlanmıştır, ancak halihazırda IEEE Std 802.3-2008 içinde bir bölümdür.

  • 10GBASE-SR Yaygın çoklu mod fiber üzerinden kısa mesafeleri desteklemek için tasarlanmıştır. Kablo tipine göre 26m ile 82m arasında bir erime sahiptir. Aynı zamanda yeni bir 2000 MHz·km çoklu mod fiber üzerinden 300m'ye kadar çalışmayı destekler.
  • 10GBASE-LX4 Yaygın çoklu mod fiber kablolama üzerinden 240m ile 300m arasındaki mesafeleri desteklemek için, Dalgaboyu Bölümü Çoğullaması (wavelength division multiplexing) tekniğini kullanır. Ayrıca tekli mod fiber üzerinden 10 km'yi destekler.
  • 10GBASE-LR ve 10GBASE-ER Bu standartlar tekli mod fiber üzerinden sırasıyla 10 km ve 40 km 'ye kadar olan mesafeleri destekler.
  • 10GBASE-SW, 10GBASE-LW ve 10GBASE-EW Bu türler OC-192/STM-64SONET ve SDH ekipmanları ile birlikte çalışmak için tasarlanmış WAN PHY kullanırlar. Fiziksel katmanda sırasıyla 10GBASE-SR, 10GBASE-LR ve 10GBASE-ER'ye karşılık gelirler, dolayısıyla aynı fiber tiplerini kullanıp benzer mesafeleri desteklerler. (10GBASE-LX4'e karşılık gelen bir WAN PHY standardı yoktur.)
  • 10GBASE-T Bakır bükülü tel çifti kablolama için geliştirilmiştir. IEEE Std. 802.3an-2006 ile tanımlanmış ve IEEE Std. 802.3-2008 ile birleştirilmiştir.