Trong nhiều thập kỷ, Ethernet đã chứng minh mình là một công nghệ LAN (mạng cục bộ) tương đối rẻ, khá nhanh và rất phổ biến.
Lịch sử của Ethernet
Kỹ sư Bob Metcalfe và D.R. Boggs đã phát triển Ethernet từ năm 1972. Các tiêu chuẩn ngành dựa trên công trình của họ được thiết lập năm 1980 dưới bộ thông số IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) 802.3. Các thông số Ethernet định nghĩa các giao thức truyền dữ liệu cấp thấp và chi tiết kỹ thuật mà các nhà sản xuất cần biết để xây dựng các sản phẩm Ethernet như thẻ mạng và cáp.
Công nghệ Ethernet đã tiến hóa và trưởng thành qua nhiều năm. Ngày nay, người tiêu dùng có thể tin tưởng các sản phẩm Ethernet sẵn có hoạt động theo thiết kế và tương thích với nhau.
Công nghệ Ethernet
Ethernet truyền thống hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ 10 megabit mỗi giây (Mbps). Khi nhu cầu hiệu suất mạng tăng theo thời gian, ngành công nghiệp đã tạo ra các thông số Ethernet bổ sung cho Fast Ethernet và Gigabit Ethernet.
Fast Ethernet mở rộng hiệu suất Ethernet truyền thống lên 100 Mbps, và Gigabit Ethernet lên 1.000 Mbps. Mặc dù chưa phổ biến cho người tiêu dùng phổ thông, 10 Gigabit Ethernet (10.000 Mbps) hiện đang vận hành các mạng của một số doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu và các thực thể Internet2. Tuy nhiên, chi phí cao hạn chế việc áp dụng rộng rãi.
Các cáp Ethernet cũng được sản xuất theo một số thông số chuẩn. Cáp Ethernet phổ biến nhất là Category 5 (cáp CAT5) hỗ trợ cả Ethernet truyền thống và Fast Ethernet. Cáp Category 5e (CAT5e) và CAT6 hỗ trợ Gigabit Ethernet.
Để kết nối cáp Ethernet với máy tính (hoặc thiết bị mạng khác), cắm cáp vào cổng Ethernet của thiết bị. Một số thiết bị không hỗ trợ Ethernet có thể kết nối Ethernet bằng các dongle như bộ chuyển đổi USB sang Ethernet. Cáp Ethernet sử dụng bộ nối trông giống như bộ nối RJ-45 dùng cho điện thoại truyền thống.
Trong mô hình OSI (Mô hình kết nối hệ thống mở), công nghệ Ethernet hoạt động ở lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu — lần lượt là Lớp 1 và Lớp 2. Ethernet hỗ trợ tất cả các giao thức mạng phổ biến và giao thức cấp cao hơn, chủ yếu là TCP/IP.
Các loại Ethernet
Thường được gọi là Thicknet, 10Base5 là phiên bản đầu tiên của công nghệ Ethernet. Ngành công nghiệp sử dụng Thicknet trong những năm 1980 cho đến khi 10Base2 Thinnet xuất hiện. So với Thicknet, Thinnet có ưu điểm là cáp mỏng hơn (5 mm so với 10 mm) và linh hoạt hơn, giúp dây dây văn phòng cho Ethernet dễ dàng hơn.
Dạng phổ biến nhất của Ethernet truyền thống là 10Base-T. Nó cung cấp đặc tính điện tốt hơn Thicknet hoặc Thinnet vì cáp 10Base-T sử dụng dây xoắn không ap (UTP) thay vì cáp đồng trục. 10Base-T cũng hiệu quả về chi phí hơn so với các giải pháp thay thế như cáp quang.
Các tiêu chuẩn Ethernet ít biết khác tồn tại, bao gồm 10Base-FL, 10Base-FB và 10Base-FP cho mạng cáp quang và 10Broad36 cho cáp băng rộng (truyền hình cáp). Fast Ethernet và Gigabit Ethernet đã làm cho tất cả các dạng truyền thống trên, bao gồm 10Base-T, trở nên lỗi thời.
Thêm về Fast Ethernet
Vào giữa những năm 1990, công nghệ Fast Ethernet đã chín muồi và đạt được mục tiêu thiết kế là tăng hiệu suất Ethernet truyền thống trong khi tránh việc phải dây lại hoàn toàn các mạng Ethernet hiện có.
Fast Ethernet có hai loại chính:
- 100Base-T (sử dụng cáp xoắn không ap)
- 100Base-FX (sử dụng cáp quang)
Phổ biến nhất là 100Base-T, một tiêu chuẩn bao gồm 100Base-TX (UTP Category 5), 100Base-T2 (UTP Category 3 trở lên), và 100Base-T4 (cáp 100Base-T2 được sửa đổi để bao gồm hai cặp dây bổ sung).
Thêm về Gigabit Ethernet
Trong khi Fast Ethernet cải tiến Ethernet truyền thống từ 10 Megabit lên 100 Megabit, Gigabit Ethernet cải tiến Fast Ethernet bằng cách cung cấp tốc độ 1.000 Megabit (1 Gigabit). Gigabit Ethernet ban đầu được thiết kế để truyền qua cáp quang và đồng, nhưng tiêu chuẩn 1000Base-T cũng hỗ trợ nó. 1000Base-T sử dụng cáp Category 5 tương tự như Ethernet 100 Mbps, tuy nhiên đạt tốc độ gigabit yêu cầu sử dụng các cặp dây bổ sung.
Topologia và Giao thức Ethernet
Ethernet truyền thống sử dụng topologia bus, nghĩa là tất cả các thiết bị hoặc host trên mạng sử dụng cùng một đường truyền thông chung. Mỗi thiết bị có một địa chỉ Ethernet, còn gọi là địa chỉ MAC. Thiết bị gửi sử dụng địa chỉ Ethernet để chỉ định người nhận dự định của thông điệp.
Dữ liệu gửi qua Ethernet tồn tại dưới dạng khung (frame). Một khung Ethernet chứa tiêu đề, phần dữ liệu và phần chân với độ dài kết hợp không quá 1.518 byte. Tiêu đề Ethernet chứa địa chỉ của cả người nhận dự định và người gửi.
Dữ liệu gửi qua Ethernet tự động được phát sóng đến tất cả thiết bị trên mạng. Bằng cách so sánh địa chỉ Ethernet với địa chỉ trong tiêu đề khung, mỗi thiết bị Ethernet kiểm tra từng khung để xác định xem nó có dành cho mình không và đọc hoặc loại bỏ khung cho phù hợp. Bộ chuyển đổi mạng tích hợp chức năng này vào phần cứng.
Thiết bị muốn truyền trên mạng Ethernet trước tiên thực hiện kiểm tra sơ bộ để xác định xem môi trường truyền có sẵn sàng không hoặc có truyền đang diễn ra không. Nếu Ethernet khả dụng, thiết bị gửi truyền lên dây. Tuy nhiên, có thể hai thiết bị thực hiện kiểm tra này gần như cùng lúc và cả hai truyền cùng một lúc.
Theo thiết kế, như một sự đánh đổi hiệu suất, tiêu chuẩn Ethernet không ngăn chặn nhiều truyền đồng thời. Những va chạm (collisions) này, khi xảy ra, khiến cả hai truyền thất bại và yêu cầu cả hai thiết bị gửi truyền lại. Ethernet sử dụng thuật toán dựa trên thời gian trễ ngẫu nhiên để xác định thời gian chờ phù hợp giữa các lần truyền lại. Bộ chuyển đổi mạng cũng thực hiện thuật toán này.
Trong Ethernet truyền thống, giao thức này để phát sóng, lắng nghe và phát hiện va chạm được gọi là CSMA/CD (truy cập đa điểm cảm ứng carrier/phát hiện va chạm). Một số dạng Ethernet mới hơn không sử dụng CSMA/CD. Thay vào đó, chúng sử dụng giao thức Ethernet full-duplex (song công), hỗ trợ gửi và nhận đồng thời điểm-điểm (point-to-point) mà không cần lắng nghe.
Thêm về Thiết bị Ethernet
Cáp Ethernet bị giới hạn về khoảng cách, và các khoảng cách đó (ngắn đến 100 mét) không đủ để bao phủ các cài đặt mạng trung bình và lớn. Một bộ lặp (repeater) trong mạng Ethernet cho phép nối nhiều cáp và phủ sóng khoảng cách lớn hơn. Thiết bị cầu (bridge) có thể nối một Ethernet với mạng loại khác, như mạng không dây. Một loại thiết bị lặp phổ biến là hub Ethernet. Các thiết bị đôi khi bị nhầm lẫn với hub là switch và router.
Bộ chuyển đổi mạng Ethernet cũng tồn tại dưới nhiều dạng. Máy tính và máy chơi game có bộ chuyển đổi Ethernet tích hợp. Bộ chuyển đổi USB sang Ethernet và bộ chuyển đổi Ethernet không dây cũng có thể cấu hình để hoạt động với nhiều thiết bị.
Tóm tắt
Ethernet là một trong những công nghệ chủ chốt của internet. Dù đã lâu đời, Ethernet vẫn tiếp tục vận hành nhiều mạng cục bộ trên thế giới và không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu mạng hiệu suất cao trong tương lai.