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:

  1. Физический уровень (Physical Layer) — передача бит по среде (кабели, разъёмы, оптика).
  2. 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

ПолеРазмер (байт)Назначение
Preamble7Синхронизация приёма
SFD (Start Frame Delimiter)1Признак начала кадра
Destination MAC6MAC-адрес получателя
Source MAC6MAC-адрес отправителя
EtherType2Тип протокола верхнего уровня (IPv4=0x0800, IPv6=0x86DD, ARP=0x0806)
Payload (Data)46–1500Полезные данные
FCS (Frame Check Sequence)4Контрольная 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)

СтандартСкоростьСредаПример обозначения
10BASE-T10 Мбит/сВитая пара (Cat3)10BASE-T
100BASE-TX100 Мбит/сВитая пара (Cat5)Fast Ethernet
1000BASE-T1 Гбит/сВитая пара (Cat5e/6)Gigabit Ethernet
10GBASE-T10 Гбит/сВитая пара (Cat6a/7)10-Gigabit Ethernet
100GBASE-SR4100 Гбит/сОптоволокно100-Gigabit Ethernet

Метод доступа: CSMA/CD

(использовался в старых сетях с общим сегментом)

  1. Устройство слушает среду — если линия свободна, передаёт.
  2. Если два устройства передают одновременно → коллизия.
  3. 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.

Кратко о взаимодействии с другими уровнями

  • Верхний уровень: IP (сетевой уровень), ARP, VLAN.
  • Нижний уровень: физический (медь, оптика, радиоканал).
  • Ethernet кадры инкапсулируют IP-пакеты, ARP-запросы, STP и др.
  • Коммутаторы работают на 2-м уровне и используют MAC-таблицы для пересылки кадров.