Podle svých vlastních vzpomínek přišel s prvním návrhem Ethernetu Bob Metcalfe 22. května 1973. Název odkazuje k éteru, substanci, o které se vědci domnívali, že prostupuje celým vesmírem a umožňuje šíření elektromagnetických vln. Pro počítačové sítě tehdejší doby byl takovým éterem právě koaxiální kabel, návrh sítě ale měl být univerzální a počítat i s šířením jinými médii. Na historickém náčrtku autor tak trochu předpověděl i existenci technologií jako DSL nebo Wi-Fi.
Co se dozvíte v článku
Původní návrh sítí používajících éter
Pro některé je tím správným okamžikem 11. listopadu 1973, kdy první prototyp ethernetové sítě skutečně začal fungovat. Úplně první verze pracovala s tehdy bez ironie závratnou rychlostí 2,94 megabitů za sekundu, ta byla už v roce 1980 zvýšena na ještě vyšší rychlost 10 megabitů za sekundu.
Všichni připojeni k jednomu kabelu
Základní myšlenka Ethernetu spočívá v připojení všech počítačů do jednoho sdíleného média, kterým byl v prvních verzích koaxiální kabel. U něj bylo důležité, aby se nijak nevětvil, ale procházel postupně jeden počítač po druhém. Na obou jeho koncích je zakončený rezistory, které brání odrazům a vytvoření stojatého vlnění, které by komunikaci rušilo.
Původní návrh Ethernetu ze sedmdesátých let 20. století.
Nejstarší ze standardů 10Base5, přezdívaný také tlustý Ethernet, používal externí transceiver, tedy kombinací vysílače a přijímače, který se propíchnutím napojil na probíhající koaxiální kabel. Tento transceiver byl pak připojen 15žilovým kabelem k rozhraní AUI síťové karty.
Vybavení pro Ethernet standardu 10Base5
O něco modernější standard 10Base2 používal tenčí koaxiální kabel, který se prostřednictvím odboček typu T připojoval přímo ke každému počítači. To s sebou neslo značnou míru nespolehlivosti, neboť k připojení další stanice bylo vždy potřeba kabel přestřihnout a osadit konektory. Každé selhání konektoru nebo rozpojení kabelu z jiného důvodu vedlo k nefunkčnosti celého segmentu: kvůli absenci řádného zakončení nebyly funkční ani jednotlivé rozpojené ostrovy.
Přechod na telefonní kabely a hvězdicovou topologii
Právě kvůli nízké spolehlivosti dlouhé sběrnice vinoucí se od jednoho počítače k druhému se na začátku devadesátých let začíná prosazovat úplně jiný Ethernet, takový který používá hvězdicovou topologii s aktivním prvkem uprostřed – koncentrátorem neboli hubem.
Mnohem větší spotřeba kabelů je v tomto případě kompenzována použitím výrazně levnějších původně telefonních kabelů s kroucenými páry. Počítalo se s využitím stávající telefonní infrastruktury, která také používá hvězdicovou topologii. Dodnes je to patrné ze způsobu, jakým jsou jednotlivé páry podle standardu TIA/EIA-568B zapojeny do modulárního konektoru i tím, že původní Ethernet používá pouze dva páry a je tak možné jej kombinovat s telefonním vedením (které tradičně používá prostřední dva kontakty) v jednom kabelu.
| Pin | Pair | Wire[d] | Color |
|---|---|---|---|
| 1 | 2 | tip |  white/orange |
| 2 | 2 | ring |  orange |
| 3 | 3 | tip |  white/green |
| 4 | 1 | ring |  blue |
| 5 | 1 | tip |  white/blue |
| 6 | 3 | ring |  green |
| 7 | 4 | tip |  white/brown |
| 8 | 4 | ring |  brown |
Koncentrátor byl původně jen celkem jednoduché elektronické zařízení, které přijatý signál zesílilo a odeslalo na všechny ostatní porty, čímž vlastně simulovalo sdílené médium. Na rozdíl od předchozích verzí Ethernetu selhání jedné linky ovlivnilo jen funkčnost zařízení připojeného k dané lince, na druhou stranu tato topologie dala vzniknout potenciálu vytvoření smyček, které dokáží dodnes potrápit.
Desetinásobné zrychlení
Už v roce 1995 byl představen standard Fast Ethernet, který na tehdejší dobu už tak vysokou rychlost 10 megabitů za sekundu zvýšil, a to rovnou na desetinásobek. Koncepčně přitom fungoval shodně se stávajícím Ethernetem, jen kladl větší nároky na kvalitu kabelů a aktivních prvků. Vyšší rychlost také zpřísnila omezení maximálního počtu koncentrátorů v cestě.
Zavádění Fast Ethernetu bylo původně složité rozhodnutí. Vyžadovalo totiž vyměnit jak koncentrátor, tak všechny síťové karty k němu připojené. Existovaly sice i dvourychlostní koncentrátory, které umožňovaly připojit do jednoho jak pomalé tak rychlé síťové karty, avšak různě rychlá zařízení spolu nemohla komunikovat. Jednoduchá elektronika koncentrátoru neobsahovala žádnou paměť, která by umožnila rychlé signály zpomalovat nebo naopak pomalé signály zrychlovat.
Příchod mostů a přepínačů
Zařízení, které zrychlování a zpomalování umožňuje se nazývá síťový most (angl. bridge). V nejjednodušší variantě uloží přijatý ethernetový rámec do paměti a následně odvysílá do druhého portu. Provádí přitom optimalizaci, že na druhou stranu neposílá rámce, jejichž cílová adresa tam prokazatelně neleží. To je velmi důležité například pro spojení síťových segmentů různých rychlostí, jinak by pomalejší strana byla neustále zahlcena nerelevantním provozem přeposílaným z rychlejší strany.
Skutečný nástup Fast Ethernetu tak přišel až s dostupností přepínačů, což jsou víceportové mosty, které postupně nahradily obyčejné koncentrátory. Díky vnitřní paměti u každého portu dokážou přepínače nejen efektivně propojit zařízení různých rychlostí, ale dokonce i filtrovat neužitečný provoz a paralelizovat vzájemně nezávislé komunikace nebo nabídnout plně duplexní spojení, tedy možnost přijímat data i v okamžiku, kdy jsou jiná data odesílána.
Tím se z Ethernetu postupně vytrácí onen éter; v přepínané síti jednoduše žádné společné prostředí umožňující šíření počítačových dat není. Do všech směrů přepínače šíří pouze rámce adresované všem, dosud neznámým adresám, nebo určité skupině – tento provoz se označuje jako BUM a je obvykle vnímán jako problematický právě proto, že je šířen v celé síti.
Gigabit používá všechny dráty
Zatímco na přelomu tisíciletí běžné počítače málokdy zvládly vytížit linku o rychlosti 100 megabitů za sekundu, Ethernet už se zase vydal dál a představil opět desetinásobné zrychlení. Gigabitový Ethernet podle standardu 1000Base-T takové zrychlení přitom dosáhl bez nutnosti zvýšení nároků na kvalitu kabelů. To bylo velice důležité, protože kabelů kategorie 5e bylo v té době všude instalováno velké množství. Je velice pravděpodobné, že nejbližší kabel, který kolem sebe najdete, bude právě kategorie 5e.
Zatímco Fast Ethernet používal jen jeden kroucený pár pro vysílání a jeden pro příjem, gigabitový Ethernet osadil všechny čtyři páry telekomunikačními vidlicemi a použil je tedy k obousměrnému přenosu. Jenom tím vzrostla rychlost na 400 megabitů za sekundu. Dalším krokem bylo odstranění kódování 4b5b, čímž se zvýšila rychlost o 25 procent, tedy na 500 megabitů za sekundu. Použití vícestavového linkového kódu kódujícího dva bity do jedné změny stavu pak způsobilo konečné zdvojnásobení na 1000 megabitů za sekundu.
Je zřejmé, že transceivery pro Gigabit Ethernet jsou mnohem složitější než ty pro Fast Ethernet (a ty jsou zase složitější než ty pro klasický Ethernet). Díky masivnímu rozvoji elektroniky se však už na konci nultých let stal Gigabitový Ethernet komoditou.
Rychleji a dále s optickými vlákny
Vedle metalických kabelů Ethernet také podporuje nejrůznější optická vlákna. Nejčastěji se používají v páteřních sítích, kde limit délky metalického kabelu nestačí. Využití najdou ale i na krátké spoje v datacentrech pro rychlosti vyšší nebo rovné 10 gigabitům. Podle typu použití existuje velmi mnoho různých řešení Ethernetu po optických vláknech lišící se například vlnovou délkou, počtem vláken a jejich druhem (jednovidová nebo vícevidová), maximální podporovanou vzdáleností či rozhraním optického modulu.
Zvláštní kategorií jsou pasivní optické přístupové sítě, kdy několik účastníků sdílí jedno vlákno, které se po cestě rozděluje pomocí optických rozbočovačů. I tady nabízí Ethernet své řešení pod názvem EPON, avšak velká část provozovatelů sítí raději staví pasivní sítě postavené na konkurenčním standardu GPON z dílny mezinárodní telekomunikační unie. I tam ale dochází k tunelování Ethernetových rámců.
Nový Ethernet může být i pomalejší
Už v roce 2002 byl standardizován první 10gigabitový Ethernet. Našel svoje uplatnění zejména v páteřních sítích a na dlouhých trasách, obměna veškerého síťového hardwaru se ale spíše nekonala. Částečně proto, že rychlost jednoho gigabitu je i pro dnešní dobu pro naprostou většinu činností víc než dostatečná, částečně také proto, že 10gigabitový Ethernet už na starých kabelech kategorie 5e obvykle nefunguje. Jeho metalická varianta 10GBase-T není oblíbená kvůli vyššímu zpoždění v porovnání s optickými spoji, ke kterému dochází vlivem pokročilejšího linkového kódování.
Gigabitový Ethernet ale v některých specifických případech naráží na své limity. Jde například o připojení přístupových bodů sítě Wi-Fi. Díky dramatickému rozvoji v oblasti bezdrátových sítí dnes běžně nastává situace, kdy teoretická datová kapacita rádiového rozhraní převyšuje 1000 megabitů za sekundu. Přejít na 10gigabitový Ethernet není možné bez výměny kabelů.
Přesně z těchto důvodů byly později představeny standardy pro 2,5gigabitový a 5gigabitový Ethernet. Využívají pokročilé linkové kódování vyvinuté pro 10gigabitový Ethernet, ale zpomalené tak, aby fungovalo i s obyčejnými kabely kategorie 5e, resp. 6. Zejména prvně jmenovaný standard zažívá v současné době velkou popularitu i v high-end domácích sítích, do kterých již první poskytovatelé nabízejí připojení rychlostí vyšší než jeden gigabit za sekundu.
Budoucnost patří terabitu
Ethernet se i po padesáti letech vyvíjí směrem ke stále vyšším rychlostem. Sto gigabitové spoje jsou dnes zcela běžné v rámci peeringových center, postupně se objevují i rychlosti 200 a 400 gigabitů, ve vývoji je standard pro 800 gigabitů za sekundu.
Je pravděpodobné, že v následujících deseti letech bude k dispozici i standard přenášející ethernetové rámce rychlostí jednoho terabitu za sekundu. Pro zajímavost, při velikosti ethernetových rámců v rozmezí 64–1518 bajtů taková rychlost znamená jeden rámec každých 0,5–1,5 nanosekund.
Odhlédneme-li od datacenter a páteřní internetové infrastruktury, je zde přece jen jistá stagnace. Pravděpodobně uvidíme nějaký rozvoj 2,5gigabitového Ethernetu v souvislosti s multigigabitovými nabídkami ze stran poskytovatelů přístupu k internetu, obecně ale ve spotřebitelském segmentu dominuje Wi-Fi a od drátové infrastruktury se spíše upouští.
Samotné připojení přístupových bodů Wi-Fi pak nejspíše ještě několik let vystačí s 2,5gigabitovým a 5gigabitovým Ethernetem ve firemním prostředí, domácnosti proti tomu budou nejspíše víc a víc používat zcela bezdrátové řešení typu Wi-Fi mesh, kdy se rádiové rozhraní používá i pro propojení přístupových bodů mezi sebou.
ČLÁNKY DO MAILU