Ethernet

היסטוריה

טכנולוגיה זו פותחה בתחילת שנות ה-70 של המאה ה-20 על ידי רוברט מטקלף ודייוויד בוגס במעבדות זירוקס פארק. מטקלף כינה אותה "אתרנט" על שם האֶתֶר שעד לתחילת המאה ה-20 נחשב כחומר שממלא את החלל. 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

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

תוכן

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

סוגר

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

גובל

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

שכבת ה-Media Access Control (‏MAC)

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

גישה לתווך

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. אם התחנה 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 היא כל שכבה שמשתתפת בתהליך התקשורת, מהשכבה השלישית ועד השכבה השביעית (במודל OSI).

מיעון פיסי

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 לעיתים 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.

Autonegotiation

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

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.