Ethernet — это технология канального уровня (Layer 2) модели OSI и канального уровня TCP-IP, обеспечивающая физическую передачу данных по локальной сети (LAN) и определяющая способ адресации, формат кадра и правила доступа к среде. Ethernet — основа большинства проводных сетей (домашних, корпоративных, дата-центровых).
Основные характеристики
- Тип сети: локальная (LAN)
- Топология: логически — шина, физически — звезда (через коммутаторы)
- Доступ к среде: метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
- Скорости: от 10 Мбит/с до 400 Гбит/с (и выше)
- Кадры фиксированного формата с полями адресации, типа и контрольной суммы
Уровни спецификации Ethernet
Ethernet описывает:
- Физический уровень (Physical Layer) — передача бит по среде (кабели, разъёмы, оптика).
- Канальный уровень (Data Link Layer) — структура кадра, MAC-адресация, контроль ошибок.
MAC-адреса
- MAC-адрес (Media Access Control): уникальный 48-битный идентификатор сетевого интерфейса.
Пример:00:1A:2B:3C:4D:5E - Делится на:
- OUI (Organizationally Unique Identifier) — первые 24 бита (производитель).
- NIC (Network Interface Controller) — последние 24 бита (устройство).
- Типы адресов:
- Unicast — кадр одному получателю.
- Multicast — кадр группе устройств.
- Broadcast — всем устройствам в сегменте (
FF:FF:FF:FF:FF:FF).
Структура кадра Ethernet II
| Поле | Размер (байт) | Назначение |
|---|---|---|
| Preamble | 7 | Синхронизация приёма |
| SFD (Start Frame Delimiter) | 1 | Признак начала кадра |
| Destination MAC | 6 | MAC-адрес получателя |
| Source MAC | 6 | MAC-адрес отправителя |
| EtherType | 2 | Тип протокола верхнего уровня (IPv4=0x0800, IPv6=0x86DD, ARP=0x0806) |
| Payload (Data) | 46–1500 | Полезные данные |
| FCS (Frame Check Sequence) | 4 | Контрольная сумма CRC-32 |
Минимальный размер кадра: 64 байта (с FCS)
Максимальный размер: 1518 байт (без VLAN); 1522 байта — с тегом VLAN (802.1Q)
Стандарты Ethernet (IEEE 802.3)
| Стандарт | Скорость | Среда | Пример обозначения |
|---|---|---|---|
| 10BASE-T | 10 Мбит/с | Витая пара (Cat3) | 10BASE-T |
| 100BASE-TX | 100 Мбит/с | Витая пара (Cat5) | Fast Ethernet |
| 1000BASE-T | 1 Гбит/с | Витая пара (Cat5e/6) | Gigabit Ethernet |
| 10GBASE-T | 10 Гбит/с | Витая пара (Cat6a/7) | 10-Gigabit Ethernet |
| 100GBASE-SR4 | 100 Гбит/с | Оптоволокно | 100-Gigabit Ethernet |
Метод доступа: CSMA/CD
(использовался в старых сетях с общим сегментом)
- Устройство слушает среду — если линия свободна, передаёт.
- Если два устройства передают одновременно → коллизия.
- После коллизии устройства ждут случайное время и пробуют снова.
В современных коммутируемых сетях (switch-based) CSMA/CD не используется, т.к. у каждого порта своя коллизия-домен.
Расширения Ethernet
- 802.1Q (VLAN) — виртуальные локальные сети.
- 802.1D / 802.1w (STP/RSTP) — предотвращение петель на уровне коммутаторов.
- 802.3ad (LACP) — агрегация каналов.
- 802.1p — приоритет трафика (QoS).
- PoE (Power over Ethernet, 802.3af/at/bt) — питание устройств по тому же кабелю.
Типичные команды диагностики
ip link show/ethtool eth0— состояние интерфейса.tcpdump -i eth0— анализ кадров.arp -n/ip neigh— таблица MAC-адресов.brctl show/bridge link— информация о бриджах и VLAN.