Ethernet và cách thức hoạt động

1. Khái niệm – Ethernet là gì?

Ethernet là một họ trong các công nghệ máy tính thường được dùng trong các mạng LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Are Network), WAN (Wide Area Network). Nó được giới thiệu thương mại năm 1980 và lần đầu tiên được tiêu chuẩn hóa vào năm  1983 thành IEEE 802.3, kể từ đó nó được chỉnh sửa để hỗ trợ bit rate (bit rate: tốc độ bit truyền đi hoặc xử lý trên mỗi đơn vị thời gian) cao hơn và khoảng cách dài hơn.

Hình 1. Hình ảnh Ethernet

Ethernet có khái niệm như là một phương pháp truy cập mạng máy tính nội bộ (mạng LAN) được sử dụng đầu tiên và phổ biến nhất. Ethernet hình thành từ khái niệm chuẩn 802.3 của IEE, một tổ chức Quốc tế của nghành Điện và Điện tử có uy tín chuyên thiết lập các chuẩn cho máy tính và mạng truyền thông.

Ngày nay, mạng Lan đã hết sức phổ biến và được sử dụng rộng rãi trên toàn Thế giới và mỗi khi nhắc đến kết nối mạng là người ta nghĩ đến ngay mạng Ethernet. Đơn giản hơn, mạng ethernet là một mạng lan có môi trường truyền thông được chia sẻ qua lại. Tất cả các trạm trên mạng lan đều chia nhau tổng số băng thông của mạng. Con số băng thông này có thể là 10Mbs, 100Mbs và 1000Mbs (Megibit per second = megabit/giây).

2. Chuẩn mạng Ethernet thường gặp

• Tốc độ 10/100Mbs đây là tốc độ mạng đạt chuẩn Megabit truyền tải ở nhu cầu phổ thông đa số các kết nối internet mà ta đang sử dụng đều có tốc độ đạt chuẩn giga này.
• Tốc độ 10/100/1000Mbs là tốc độ mạng đạt chuẩn Gigabit truyền tải dành cho nhu cầu cao cấp hơn, thương bắt gặp ở các sever quán nét, hoặc các doanh nghiệp có tính chất công việc sử dụng kết nối internet nhiều.

3. Các loại cáp Ethernet

Cấu tạo cáp Ethernet sử dụng cáp đồng trục và đã tiến triển thành công đến bây giờ sử dụng dây đồng xoắn đôi và hệ thống dây cáp quang. Alexander Graham Bell đã phát minh ra dây xoắn đôi vào năm 1881. Năm 1983, Ethernet đã được tiêu chuẩn hóa vào tiêu chuẩn IEEE 802.3 của Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).

Tiêu chuẩn này xác định lớp vật lý và phần MAC (Media Access Control) của lớp liên kết dữ liệu của Ethernet có dây.

Hình 2. Hình ảnh của Ethernet Cable

Hai lớp này được xác định như hai lớp đầu tiên trong OSI (Open Systems Interconnection). Lớp “vật lý” bao gồm của các thành phần sau: Cáp và thiết bị.

Đầu tiên, chúng ta hãy xem tại cáp Ethernet; Như đã nêu trước đây, Ethernet cáp đi kèm như cáp đồng trục, không phổ biến lắm ngoại trừ trong các cài đặt cũ hơn, cặp xoắn, và sợi quang.

• Cáp Cat. 5: Đây là loại cáp cơ bản và phổ biến nhất, có thể là loại không bóc giáp và loại bọc giáp. Trong đó các dây dẫn đồng của cáp thường là lõi đặc (solid) hoặc lõi bện (stranded). Loại dây này thường dùng khi dữ liệu được truyền ở khoảng cách xa.
• Cáp Cat. 5e: Cũng giống như cáp Cat. 5 nhưng đáp ứng được các tiêu chuẩn cao hơn trong việc truyền dữ liệu và loại cáp này dần dần đang thay thế cap Cat. 5
• Cáp Cat. 6: Dây cáp này cung cấp hiệu suất tốt hơn hai loại cáp trên bởi cấu trúc dây có lõi chữ thập (cross filler) dọc theo chiều dài dây nhờ vậy 4 đôi dây được cô lập hoàn toàn; điều này làm giảm nhiễu chéo nên việc truyền tín hiệu luôn tốt hơn.
• Cáp Cat. 6A: Là loại dây cáp có thêm lớp vỏ bọc giáp hoặc lớp vỏ nhựa cáp được làm dày hơn để hạn chế nhiễu từ bên ngoài nên tốt hơn các loại dây cáp khác.

Hình 3. Các loại cáp phổ biến hiện nay.

4. Các thành phần cơ bản vật lý Ethernet

Lớp liên kết dữ liệu có thể chia thành hai phần: Logical Link Control (LLC) và  Media Access Control  (MAC).

Điều khiển liên kết logic thiết lập đường dẫn cho dữ liệu trên Ethernet để truyền giữa các thiết bị. Kiểm soát truy cập phương tiện sử dụng địa chỉ phần cứng được chỉ định cho Network Interface Cards (NIC) để xác định một máy tính hoặc thiết bị để hiển thị nguồn và đích truyền dữ liệu.

Ethernet truyền các gói dữ liệu trong lớp liên kết dữ liệu này bằng cách sử dụng một thuật toán được gọi là CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). CSMA / CD được sử dụng làm tiêu chuẩn cho Ethernet để giảm xung đột dữ liệu và tăng truyền dữ liệu thành công.

Thuật toán kiểm tra đầu tiên để xem nếu có lưu lượng truy cập trên mạng. Nếu nó không tìm thấy bất kỳ, nó sẽ gửi đi phần thông tin đầu tiên để xem có xảy ra va chạm hay không.

Hình 4. Gửi dữ liệu xảy ra va chạm của Ethernet.

Nếu bit đầu tiên này thành công, sau đó nó sẽ gửi các bit khác trong khi vẫn thử nghiệm các va chạm.

Nếu xảy ra va chạm, thuật toán tính toán thời gian chờ đợi và sau đó bắt đầu xử lý lại tất cả cho đến khi đầy đủ quá trình truyền hoàn tất. Khi bạn sử dụng càng nhanh Ethernet ở chế độ song công và kết hợp các công tắc, sau đó bạn đang sử dụng một cấu trúc liên kết sao giữa công tắc cổng và các thiết bị. Điều này cho phép trực tiếp hơn đường truyền và ít va chạm hơn so với cấu trúc liên kết xe bus trong đó tất cả các thiết bị đều có chung đường dẫn.

Hình 5. Gửi dữ liệu thành công Ethernet.

5. Cách hoạt động của Ethernet

Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm sẽ hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng và  không có một trạm điều khiển trung tâm. Thông qua một đường truyền tín hiệu gọi là đường trung gian thì các trạm đều kết nối với Ethernet. Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi, từng bit, qua đường trung gian tới tất cả các trạm khác nhau.

Hình 6. Cách thức hoạt động của Ethernet.

6. Ethernet trong thời đại hiện nay

Khả năng của Ethernet đang nhanh chóng thay đổi với các công nghệ mới xuất hiện mỗi ngày. Và trong khi chúng tôi hiện đang trên bờ vực chuyển thành công sang tốc độ cao hơn so với 1 Gbps hiện tại với 10 Gbps nổi lên trong vài năm qua, những Ethernet mới này công nghệ sẽ tốn kém. Ngoài ra, khả năng của bạn cho thế giới thông tin có thể dường như vô tận khi bạn kết nối mạng cục bộ Ethernet này vào internet để tạo ra một WAN lớn (Mạng diện rộng). Nhưng đó là truyện của ngày khác.

Nói chung, Ethernet là phổ biến bởi vì nó tấn công một điều tốt cân bằng giữa tốc độ, chi phí và dễ dàng cài đặt.

Những lợi ích này, kết hợp với sự chấp nhận trên thị trường máy tính và khả năng hỗ trợ hầu như tất cả các giao thức mạng phổ biến.

Các bạn có thể tìm hiểu kỹ video sau!!!