3.3. Ethernetin vaiheita

Tietoliikenneverkot ovat kehittyneet kymmenenä viime vuotena yhdessä tietokonelaitteistojen kanssa kasvavalla nopeudella. Varsinkin viimeisinä vuosina internet-teknologian ja multimediapalvelujen käyttöönotto on asettanut vaatimuksia tietoliikenneverkkojen suorituskyvylle. Viimeisinä aikoina kalleimpien käytössä olevien verkkojen nopeus on liki kymmenkertaistunut vuosittain edellisvuotisiin huippuarvoihin verrattuna. MAN/WAN -verkoissa ATM:n ja Frame Relayn kaltaiset nopeat verkkotekniikat ovat saavuttaneet nopeasti tärkeän aseman, mutta lähiverkoissa esimerkiksi ATM ei ole osoittautunut teknisesti ja kaupallisestikaan kovin menestyneeksi. 

Toisaalta kytkentäisillä Etnernet-verkoilla saadaan 10 ja 100 Mb/s:n Etnernet-tekniikasta uutta potkua. Tarve nopeampiin ja toisaalta helposti Ethernet-verkkoihin liitettäviin runko- ja palvelin-yhteyksiin on olemassa. Eniten ATM ja Gigabit Ethernet tuottavat kuitenkin käyttäjälleen hyötyä, kun niitä käytetään verkkoratkaisuissa toisiaan täydentämään: Gigabit Ethernet toimii parhaiten lähiverkkojen selkärankana ja ATM pitkien etäisyyksien WAN-verkkojen moottorina. 

Vuosien saatossa Ethernetistä on muodostunut suosituin verkkoarkkitehtuuri. Sitä käytetään sekä suurissa että pienissä verkkoympäristöissä. Ethernet on myös käytännön standardi verkkoteollisuudessa ja sillä on erittäin laaja laitetoimittajien tuki. LAN-verkoista yli 95 % on toteutettu Ethernet-teknologialla. Ethernet voi käyttää myös useampaa eri tietoliikenneprotokollaa, TCP/IP mukaan lukien.

960-luvulla Havaijin yliopisto kehitti laajaverkon, joka tunnettiin nimellä ALOHA. (vrt. WAN luku 1.). Laajaverkko laajentaa lähiverkon teknologiaa suuremmille maantieteellisille alueille; esim. Oulun alueverkko). Yliopisto oli laajalle levinnyt ja se halusi yhdistää campus-alueen tietokoneet. Eräs verkon avainpiirteistä oli se, että se oli suunniteltu käyttämään verkkoon pääsemiseksi CSMA/CD-metodia!

Tämä varhainen verkko oli tämän päivän Ethernetin perusta. Ensimmäinen Ethernet-tuote esiteltiin vuonna 1975. Alkuperäinen Ethernet oli suunniteltu 2,94 Mbps:n nopeudella toimivaksi järjestelmäksi, mikä yhdisti yli 100 tietokonetta kilometrin pituisella kaapeliin. Hanke oli niin menestyksellinen, että Xerox, Intel Corporation (= maailman johtava prosessorien valmistaja) ja Digital Equipment Corpiration (DIC) sopivat 10 Mbps:n Ethernet-standardista. Se on tänään spesifikaatio (määritys, täsmennys), joka kuvaa tietokoneiden ja tietojärjestelmien kytkemismenetelmän ja kaapelien jakamisen.

Ethernet oli suuri parannus verrattuna alkuperäiseen ALOHA-verkkoon.  Sen törmäyksentunnistus (carries sense) ominaisuus tarkoittaa sitä, että enne kuin asema lähettää dataa verkkoon, asema kuuntelee, onko siirtotie vapaana. 

Vuoteen 1976 mennessä koe-Ethernet-verkko oli oli kasvanut sataan solmuun. Solmut oli kytketty kilometrin mittaiseen paksuun koaksiaalikaapeliin. Xerox, jolla oli kiire tuotteistaa Ethernet, vaihtoi nimen Xerox-kaapeliksi (Xerox wire tai X-wire; vuonna 1979 kun Intel, DEC ja Xerox standardoivat sen, nimi muutettiin takaisin Ethernetiksi).

Ethernetin standardointi

1970-luvun lopulla syntyi lukuisia muitakin lähiverkkoteknologioita el Ethernet oli vain yksi niistä. Mutta mikä sitten teki Ethernetistä ylivoimaisen? Syy ei ollut tekninen ylivoimaisuus tai nopeus, vaan ratkaisevaa oli se, että Ethernetistä päätettiin tehdä teollisuusstandardi, jota ei ole sidottu mihinkään valmistajakohtaiseen standardiin. 

Vuonna 1981 IEEE:n projekti 802 perusti 802.3 alikomitean, jonka tavoitteena oli tuottaa kansainvälisesti hyväksytty Ethernet-standardi. Puolitoista vuotta myöhemmin 19 yritystä tuki uutta IEEE 802.3  -standardiluonnosta. Ja vihdoin vuonna 1983  luonnoksesta tuli IEEE 10Base5 -standardi. (Lyhenne 10Base5 tulee käsitteistä: nopeus 10 Mbps, kantataajuinen siirto (baseband) ja segmentin pituus 500 m.) 

Nykyisin käsitteet Ethernet ja 802.3 tarkoittavat samaa. Standardisointiprosessin aikana Xerox siirsi neljä Ethernetiä koskevaa patenttia IEEE:lle ja nykyisin jokainen voi lisensioida Ethernetin IEEE:ltä 1000 dollarin kiinteää maksua vastaan. Ethernetin kansainvälinen ISO-standardi julkaistiin 1989, kun ISO (International Organization for Standardization) hyväksyi sen standardikseen numero 88023.

Varsinaisen Ethernetin tuotteistamisen aloitti 3Com, joka julkaisi elokuussa 1980 ensimmäisen tuotteensa, mikä oi kaupallinen versio TCP/IP-protokollasta UNIX-ympäristöön. Maaliskuussa 1981, puolitoista vuotta ennen IEEE 802.3:n julkistamista, 3Com oli valmis toimittamaan ensimmäisen verkkolaitteen, Ethernet 3C100 -transceiverin. 3Comin  alkuperäinen liiketoimintasuunnitelma oli kehittää ja tuottaa Ethernet-sovittimia juuri syntyneille ja räjähdysmäisesti kasvaville mikrotietokonemarkkinoille. 

Kehitystyön tuloksena syntyi lopulta ohut-Ethernet, joka korvasi hankalasti käytettävän paksu-Ethernetin. Ennen Ethernet-sovittimen tuloa kaikki sovittimet olivat ulkoisia transceivereitä (MAU), jotka kytkettiin paksu-Ethernet-kaapeliin. Käyttämällä  uutta tekniikkaa voitiin sovitin toteuttaa niin, että transceiver oli samalla kortilla. (ks. kuva 57.).

Kuva 57. Yllä paksu-Ethernet-liitäntä ja alla ohut-Ethernet-liitäntä. Mielemmat ovat tänä päivänä jo vanhentunutta verkkoteknologiaa.

Ohut-Ethernetistä tuli nopeasti de-facto -standardi. Enää ei tarvinnut käyttää hanakalia ulkoisia transceivereitä ja transceiver-kaapleita ja verkon rakentaminen oli ohuella kaapelilla helpompaa ja edullisempaa.

Vähän myöhemmin 3Com, ICL ja Hewlell-Packard valmistelivat ohut-Ethernetin viemistä IEEE:hen, jossa se hyväksyttiin standardiksi 1984. Vaikka ohueen Ethernetin segmenttipituus oli vain 185 m, se nimettiin standardissa nimellä 10Base2, vaikka viimeinen numero ilmoittaakin pituuden virheellisesti 200 metriksi. 

Suosiostaan huolimatta myös ohuella Ethernetillä oli muutamia haittapuolia. Jos käyttäjä esimerkiksi vahingossa tai muusta syystä irrotti kaapelin liittimestä, koko verkko lakkasi toimimasta. Tämä olikin valitettava tavallista. Tämän lisäksi kaapeli oli terminoitava molemmista päistä. Lisäksi verkon uudelleenjärjestelyt olivat erityisen ongelmallisia. Jos käyttäjä vaihtoi fyysistä paikkaa, oli kaapeliin tehtävä linkki uutta pistettä varten. Tämä taas saattoi johtaa mitoitusongelmiin ja verkko katkesi muutosten ajaksi.

Vuoden 1983 lopussa aloitettiin työskentely Ethernetin toteuttamiseksi suojaamattomalla kierretyllä parikaapelilla (unshielded twisted pair, UTP). Ratkaisuksi ehdotettiin väylämuotoista verkkoa, mutta myös tähtimäinen verkko, joka muistutti puhelinverkon topologiaa, sai kannattajia. Lopulta tähtimäisen ratkaisun edut todettiin kiistattomiksi. Tähtimäisen verkon rakentaminen ja asentaminen on helpompaa kuin väyläverkon. Lisäksi tähtimäisen verkon vianhallinta  ja käyttövirheet oli helpommin hallittavissa. Tähtimäinen ratkaisu oli sikälikin merkittävä, että se mahdollisti rakenteellisen kaapelointijärjestelmän käytön, jossa yksittäisiltä työasemilta tulevat kaapelit keskitetään erityiseen toistimeen (ks. kuva 58.)

Kuva 58. Väyläverkon ja tähtiverkon topologiset erot.

Vuoden 1984 alussa AT&T ja 14 muuta yritystä aloittivat parikaapeliin perustuva Ethernetin kehittelyn. Aluksi keskityttiin siihen, miten suurta nopeutta UTP-kaapelissa voidaan käyttää. Sitä oli jo kokeiltu 1 ja Mbps nopeudella. Määrittely lähti siitä, että pitäisi voida käyttää kategoria 3:n (CAT 3) mukaista kaapelia (vertaa tänään CAT 6) ja noudattaa EMI-normeja (electoromagnetic interface) sekä ylikuulumiseen liittyviä rajoituksia. Eräät valmistajat vastustivat voimakkaasti nopeuden laskemista ja luopuivat hankkeesta (mm. 3com). Lopulta päädyttiin siihen, että nopeudeksi tuli 1 Mbps. Lopulta 10 yritystä suunnitteli ja vei esityksen 8 Mbps Ethernetistä IEEE:lle. Vuoden 1986 puolivälissä IEEE julkaisi uuden standardin nimellä 1Base5 (StarLAN), josta tuli uusi IEEE 802.3 -standardi.

Vaikka StarLANia toimitettiinkin runsain mitoin, niin tuli aika, jolloin sekin todettiin liian hitaaksi. Loppujen lopuksi StarLAN ei koskaan kyennyt vakuuttamaan teollisuutta ja markkinoita riittävästi, jotta markkinat olisivat kunnolla auenneet. STarLANin loppu tuli vuonna 1987, kun SynOptics julkaisi LATTISNETin, joka toimi parikaapeliverkossa 10 Mbps nopeudella Ethernetiin periaatteen mukaan. Pian tämän jälkeen IEEE standardoi LATTISNETin Ethernet-standardiksi, joka sai nimen 10Base-T. Samalla StarLANin päivät olivat luetut.

Vuonna 1985 verkkorintamalla tapahtui muutakin mielenkiintoista. Novel aloitti NetWare-verkkokäyttöjärjestelmänsä toimitukset. Netware oli erityisesti IBM PC -pohjaisille mikroille tarkoitettu verkkokäyttöjärjestelmä. Toinen merkittävä asia oli Ethernetissä 10 Mbps nopeudella käytettävä kierretty parikaapeli 10Base-T. 

Vuonna 1985 rakennettiin myös kuitu-Ethernet-ympäristö, jossa toisena osana toimi suojattua parikaapelia (shielded twisted pair, STP) käyttävä Ethernet. Koska STP oli UTP:tä huomattavasti kalliimpi, kehitettiin vastaava toimiva ratkaisu myös UTP-kaapelille.

Alunperin Ethernet toteutettiin paksulle koaksiaalikaapelille. Muutamaa vuotta myöhemmin kokeiltiin, kuin CSMA-tyyppinen liikenne toimisi valokuituyhteyden yli ja saadut kokemukset olivat rohkaisevia. Ennen pitkää todettiin, että kuitu sopi Ethernetiin, kunhan topologia oli tähtimäinen eikä väylämäinen.

Samoihin aikoihin korttirintamalla tapahtui suuria muutoksia. Korttien hinnat laskivat ja Ethernetin suosio lisääntyi. siinä missä Ethernet-kortin sain 2000 dollarilla, Token Ring -kortista joutui maksamaan samaan aikaan 1000 dollaria. Vuonna 1992 tilanne oli se, että moni teollisuus- ja markkinatutkija ennusti, että jonain päivänä Token Ring ohittaa Ethernetin. Tällä hetkellä Token Ring on jo käytännössä kuopattu. Ethernet oli puolestaan tullut de facto -standardi.

3.3.1 Kytkentä ja kaksisuuntaisuus

Verkoille oli tulossa 1980-luvun lopussa suurempia vaatimuksia kuin käytössä oleva tekniikka mahdollisti. Tähän oli monia syitä:

• Kaikki yksittäiset mikrot ja palvelimet oli liitettävä olemassa olevaa verkkoon. Tämä vaati verkolta suurta siirtokykyä.
• Verkkoon liitetään yhä enemmän mikroja.
• Mikrot tulivat tehokkaammiksi ja niiden graafiseen käyttöliittymään perustuvat ohjelmat tarvitsivat enemmän verkkokapasiteettia.
• Erillisiä Ethernet-lähiverkkoja pyrittiin liittämään suuremmiksi verkkokokonaisuuksiksi. Jaettuun mediaa perustuva Ethernet ei kyennyt enää palvelemaan riittävän hyvin kasvavia verkon käyttäjämääriä. Jaetun median toimintaperiaatehan on se, että yksi lähettää ja muut kuuntelevat. Kun useita verkkoja liitetään yhteen, kilpailu rajallisesta kapasiteetista tulee EthernetSwitche kasvamaan.

Kaksiporttinen silta (laite, joka yhdistää kaksi Ethernet-verkkoa toisiinsa) on lähes yhtä vanha kuin Ethernet itse. Sitä käytettiin etupäässä verkon liikenteen hallintaan. Vuonna 1990 Kalpana niminen yritys (jonka Cisco 1990-luvun lopussa osti) julkaisi radikaalisti uudenlaisen sillan, josta se käytti nimeä EthernetSwitch. 

ErhernetSwitchin erilaisuus näkyi mm. seuraavissa ominaisuuksissa:

• kytkimen rakenne mahdollisti useita samanaikaisia toisistaan riippumattomia siirtoyhteyksiä, aivan kuin puhelinvaihteessa. Käytännössä tämä tarkoitti sitä, että käyttäjien ei tarvinnut jakaa käytössä olevaa siirtotietä keskenään.
• EthernetSwitch käytti uutta siltaustekniikkaa nimeltään kytke ja välitä (cut-through), mikä on huomattavasti tehokkaampi kuin silloissa perinteisesti käytetty varastoi ja välitä (store-and-forward) tekniikka. Se pienensi sillan aiheuttamaa siirtoviivettä merkittävästi.
• Uutta oli myös se, että EthernetSwitchiä myytiin ennen kaikkea parantamaan verkon kapasiteettia, ei verkko yhdistävänä tekijänä, kuten oli markkinoitu. vaikka eri ei ollut todellisuudessa merkittävä, EthernetSwitchistä tuli verkkomarkkinoille uusi käsite: kytkin (switch).
• kytkimet erosivat silloista verkossa muutenkin kuin sijaintinsa suhteen. Kytkin oli sisäisesti erilainen, vaikka se perustoiminnaltaan voidaan nähdä myös moniporttisiltana. SE käyttää tehokkaita suorittimia, joilla datakehysten sisältö analysoidaan. Kytkimien myötä Ethernet-verkon komponenteista alkoi tulla teknisempiä ja niihin sisällytettiin älykkäitä kiinteään logiikkaan perustuvia Ethernet-piirejä, joilla kytkentä tehtiin.

Vuonna 1993 tehtiin toinen suuri läpimurto: kaksisuuntainen (full-duplex) Ethernet. jaetussa mediassa liikennöinti oli aina vuorosuuntaista (half-duplex).  Työasema jo lähettä vai vastaanottaa, mutta ei molempia yhtä aikaa. Tämä johtuu siitä, että jaetussa mediassa dataa voi lähettää vain yksi kerrallaan. Lähettäminen ja vastaanottaminen samanaikaisesti on teknisesti mahdotonta. Sen sijaan asemien välillä olevat kytkentäinen yhteys - käytettäessä 10Base-T Ethernet-tekniikkaa - mahdollistaa samanaikaisen lähettämisen ja vastaanottamisen, mikä parantaa yhteyden tehokkuutta.  Teoreettisesti ajateltuna samanaikainen lähetys ja vastaanotto kaksinkertaistaa liikennöintinopeuden. Vuonna 1995 IEEE aloitti kaksisuuntaisuutta ja vuonohjausta (flow control) koskevan standardointityön ja vuonna 1997 siitä julkaistiin standardi, joka tunnetaan nimellä 802.3x.

3.3.2 Fast Ethernet

Kytkimet ovat verkossa hyödyllisiä, koska niillä voitiin vähentää liikenneruuhkaa, mutta tässä vaiheessa niiden rajoituksen oli vielä nopeus., ainoastaan 10 Mbps porttia kohti. tuolloin oli ainoastaan yksi verkkotekniikka, joka mahdollisti 10 Mbps:a suuremman nopeuden. Kyseessä oli kallis, valokuituun perustuva FDDi (Fiber Distributed Data Interface). Niinpä verkon ylläpitäjät alkoivat käyttää sitä nopeiden runkoverkkojen (backbone) rakentamiseksi. Vuonna 1990 sellaiset monet merkittävät yritykset kuten DEC, AMD, National Semiconductors ja IBM sijoittivat miljoonia FDDI-piiriteknologian kehittämiseen. Valitettavasti FDDI oli aivan liian kallis ja monimutkainen, vaikkakin luotettava.

Fast-Ethernet julkistettiinkin syyskuussa 1992. IEEE:n projektiryhmällä oli kokous koskien nopeita verkoja. Siellä esiteltiin kaksi teknisesi erilaista vaihtoehtoa. Toinen oli Grand Junction Networksin ja siinä ehdotettiin pitäytymistä olemassa olevaan Ethernet-menettelyyn. Tämän ehdotuksen taakse tulivat myös 3Com, Sun Microsystems ja SynOptics. Toinen ehdotus tuli HP:ltä, jossa ehdotettiin uutta MAC (Media Access Control) -menettelyä 100 Mbps:n siirtotekniikalla. Tämä käynnisti "sodan" nopeasta Ethernetistä.

Loppujen lopuksi HP ja AT&T kieltäytyivät seuraamasta alkuperäistä CSMA/DC Ethernet-menettelyä. heidän ajamansa menettely ei ollut taaksepäin yhteensopiva ja he katsoivat ehdottamansa uuden menettelyn olevan sen arvoinen. Fast Ethernet -ryhmä ei kuitenkaan ollut samaan mieltä ja tilanteen ratkaisemiseksi IEEE perusti toisen ryhmän uutta MAC-käytäntöä kannattaville. Se sai nimekseen 802.12 eli 100VG-AnyLan, mutta sen suosio on jäänyt merkityksettömäksi. 

Seuraavassa lyhyesti standardointikehityksen päävaihteet:

• Lokakuussa 1993 Fast-Ethernet Alliance julkaisi 100Base-X toiminnallisen määrittelyn, joka tunnetaan tänä päivänä nimellä  100Base-TX. Samana vuonna Grand Junction toimitti maailman ensimmäisen Fast-Ethernet hubin ja verkkokortin (FastSqitch 10/100 ja FastNIX100).
• Toukokuussa 1994 Intel ja SynOptics julkistivat ja esittelivät Fast-Ethernet-laitteita.
• Vuonna 1994 eniten kiireitä IEEE 802.3 -työryhmälle aiheuttivat 100 Mbps Ethernet-standardit kuten 100Base100-T4, MII (media Independet Interface), toistin ja kaksisuuntaisuus.
• Vuoden 1994 aikana Fast Ethernet Alliancen koko kasvoi yli jäseneen. Joukko uuden 802.12-ryhmän jäsenistä jätti ryhmän joko kokonaan tai osittain.
• Vuoden 1994 lopulla Intel, Sun Kicrosystems ja Networth aloittivat 100Base-TX tuotteiden toimitukset. Seuraavana vuonna mukaan liittyivät Cogent, 3Com, SMC, Accton ja SynOptics/Bay Networks.
• Samana vuonna IEEE anti 100 Mbps Ethernetille standardin nimellä IEEE 802.3u (100Base-TX ja 100Base-FX).

Hieman myöhemmin Fast Ethernet Alliancen  toiminta lopetettiin. Standardi oli valmis ja oli aika palata liiketoiminnan pariin. Kokonaisuudessaan Fast Etherner osoittautui menestykseksi!

3.3.3 Virtuaali-LAN

Fast Ethernet oli Ethernetille merkittävä edistysaskel, joka varmisti Ethernetin olevan merkittävin lähiverkkovaihtoehto. Vuodesta 1995 lähtien on teollisuudessa ja markkinoilla ollut pieni vähemmistö, joka uskoo, että ATM-tekniikka tulee korvaamaan Ethernetin ennemmin tai myöhemmin. ATM:llä onkin vakiintunut kannatus operaatioverkoissa ja joissakin yhtymäverkoissa sekä joskus organisaatioiden lähiverkkojen runkona. ATM on lähiverkkototeutuksena selvästi Ethernetiä monimutkaisempi ja kalliimpi.

IEEE on tehnyt monia aloitteita Ethernetin tekniikan viemiseksi eteenpäin. IEEE 802.3u on eräs niistä, kuten myös määrittelyt Gigabit Ethernet IEEE 802.3z ja 802.3ab, kaksisuuntaisuus ja vuonohjaus IEEE 802.1Q. 

Vuonan 1994 Bay Networks (fuusioitu 199 Nortel-konserniin) julkisti FAst-Ethernet-kytkimen nimellä 29115. Siinä oli 10 1000 Nbps nopeudet ja Ethernet-taustaväylä. Tuote sisälsi toisenkin merkittävän uutuuden VLAN-ominaisuuden (virtual LAN). Tuote oli kuitenkin liian monimutkainen ja lisäksi vuoden myöhässä, vaikka kytkin tulikin lopulta toimitukseen.

3.3.4  Gigabit-Ethernet

Kun Fast Ethernet oli valmis vuonna 1995, aloitettiin kymmenen kertaa nopeamman Gigabit Ethernetin kehittelytyö. Kehityksen koordinointia varten perustettiin suurempien lähiverkkovalmistajien yhteenliittymä nimeltään Gigabit Ethernet Alliance (GEA), joka pyrkii edistämään tekniikan tunnettuutta ja osittain myös koordinoimaan sen ympärillä tapahtuvaa tutkimustyötä. GEA perustettiin 13.5.1996, osittain ATM:n standardointityön seurauksena. ATM:ltä opittiin, että pitkälle kehitetyt tuotteet täytyy saada nopeasti markkinoille. GEA:n voisi mieltää toimivan jonkinlaisena suotimena tai kuorena, joka välittää tietoa IEEE 802.3z:n (standardointiprojekti) sisälle ja sieltä ulos.

Suuren ongelman suunnittelulle asetti se, että uuden nopeusluokan tulisi toimia jo rakennetussa kaapelointijärjestelmässä. Tämä oli sinänsä tärkeää, koska samana vuonna CENELEC Euroopassa (EN 50173) ja hieman aikaisemmin ANSI/EIA/TIA (ANSI/EIA/TIA 568) Yhdysvalloissa olivat saaneet valmiiksi yleiskaapelointistandardin.

Kuituratkaisussa standardointi eteni koodilla IEEE 802.3z ja parikaapeliratkaisussa koodiksi tuli IEEE 802.3ab. Ensimmäiset ehdotukset tulivat julkisuuteen 1997. Uusi nopeusluokka toi yksimuotokuidun keskeiseen asemaan erityisesti laajemmissa lähiverkoissa, joissa useimmat käytännön ratkaisut oli aikaisemmin toteutettu monimuotokuidulla.

Koska gigabitin Ethernet perustuu vanhoihin Ethernet-tekniikoihin, se on lähes kaikilta osin yhtenevä nykyisten 10/100 Mbit/s -nopeuksisten tekniikoiden kanssa. Gigabitin Ethernetin, eli IEEE:n standardin 802.3z tulee toteuttaa seuraavat kohdat: 

• Puoli- sekä kaksisuuntainen liikenne 1000Mbps nopeudella
• Käyttää 802.3 Ethernet kehysformaattia 
• Käyttää CSMA/CD yhteyskäytäntöä 
• On yhteensopiva 10BASE-T ja 100BASE-T teknologian kanssa 

Käytännössä merkittävin muutos on ns. maantieteellisen laajuuden pienentäminen, jotta CSMA/CD toimisi myös gigabitin nopeudella. 

Ensimmäiset standardit (1000Base-LX ja 1000Base-SX) valmistuivat  22.6.1998, mutta standardin mukaisen tuotteiden saanti oli alussa vaikeaa. Valokuituliitäntäiset Gigabit Ethernet-kytkimet tulivat markkinoille vuoden 1999 alussa. Parikaapelipuolella ongelma oli suurempi, koska uusi nopeusluokka tarkoitti käytännössä sitä, että olemassa olevien standardien mukaisilla mittausmenetelmillä ei voida määritellä uuden nopeusluokan siirtotien laatuvaatimuksia. Lopulta saatiin uusi standardi symmetriselle parikaapelille (1000Base-T) 26.6.1999.

Kilpavaraus (vuonvarausmenettely)

CSMA/CD:ssa lähettävä asema kuulostelee ensin väylää, ja aloittaa lähetyksen vasta, kun väylä on hiljainen. Mikäli kaksi tai useampi asema aloittaa lähetyksen samaan aikaan, syntyy sanomien törmäys, jonka asemat havaitsevat väylää kuulostelemalla. Jos törmäys tapahtuu, lähetykset keskeytyvät, ja asemat jäävät odottamaan ajan, jonka kukin asema itselleen arpoo. Tämän arvotun ajan jälkeen asema yrittää lähettää sanomansa uudestaan. CSMA/CD:stä puhuttaessa voidaan käyttää termiä "kilpailuvaraus" (first-come, first-served)

Kaapelointi on kaikissa verkkotekniikoissa ratkaisevassa asemassa. Nykyisellään määritetyt kaapeloinnit rajoittavat gigabitin Ethernetin leviämistä vanhoihin verkkoihin. Useimmat lähiverkot on toteutettu kokonaan tai lähes kokonaan joko koaksiaali- tai parikaapelilla. 

1000Base-T-määrityksen tiellä on kaksi suurempaa estettä. Ensimmäinen ja suurin on nopea tiedonsiirto huokealla kaapelilla suurten välimatkojen yli. Ratkaistavana on erilaisia siirtotien viiveisiin ja parien väliseen ylikuulumiseen liittyviä ongelmia. Toinen pulma on halu säilyttää Ethernetin alkuperäinen vuonvarausmenettely (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection).

Kaapelityypit ja etäisyydet

Gigabit Ethernet toteutuksia on saatavilla sekä Half-duplex -moodissa ja Full-duplex -moodissa. Half-duplex -moodia käytetään, kun työasemat liitetään jaettuun mediaan ja lähetysvuoro määräytyy kilpavarauksella ja törmäykset tunnistetaan (CSMA/CD -menetelmä). Full-duplex -moodia käytetään, kun työasemat liitetään kytkimellä muodostettuun dedikoituun mediaan. Tällöin törmäyksentunnistuksella varustettu kilpavarausmenettely on tarpeeton, koska kytkin osaa hoitaa vuon hallinnan.

Gigabitin Ethernet tukee kaksisuuntaista liikennöintiä yhteyksissä kytkimestä kytkimeen ja kytkimestä työasemaan. Tässä full-duplex tilassa kahden pisteen välinen etäisyys voi olla maksimissaan 5 km. Tämä etäisyys saavutetaan hyvätasoisilla yksimuotokuiduilla. Monimuotokuidulla maksimietäisyys on full-duplex tilassa 550 m. Maksimipituudet ovat vain neljäsosa 100Base-T verkon maksimietäisyyksistä koska, sillä koska nopeus on gigabitin verkossa kymmenkertainen Fast Ethernetiin verrattuna, pakettien törmäykset kasvavat samassa suhteessa. Törmäyksien havaitsemiseksi maksimipituuksia joudutaan lyhentämään. 

Gigabitin Ethernetin kuparikaapeliverkossa kaapelipituudet ollaan toistaiseksi jouduttu rajoittamaan 25 metriin, mutta tämä ei sinällään aiheuta ongelmia koska Gigabitin Ethernet otetaan ensimmäisessä vaiheessa käyttöön lähinnä runkoverkoissa, jotka ovat nykyisin käytännössä optista kuitua.   

• 1000Base-SX 850nm laser
• 1000Base-LX 1300nm laser
• 1000Base-CX STP (Shielded Twisted Pair), eli suojattu parikaapeli. Kyseessä on siis kuparikaapeli. 

IEEE 802.3ab eli 1000Base-T standardi perustuu jo olemassa oleviin ja paljon käytettyihin suojaamattomiin parikaapeleihin (UTP, Unshielded Twisted Pair), kunhan kaapeli on kategorian 5 mukainen. 1000Base-T-määritys on avannut ovet vanhoihin verkkoihin. Gigabitin Ethernet vaatii viitoskategorian kaapeloinnin, josta on tosin jouduttu laatimaan täsmennetty määritys, joka varmistaa toimivuuden. Suurin osa alle viisi vuotta vanhoista viitoskategorian asennuksista on käyttökelpoisia, joskin toimivuus on syytä varmistaa mittauksin ennen varsinaisia asennuksia. Ongelmatapauksissakin itse kaapelivetoja tuskin joudutaan vaihtamaan, vaan uusimista kaipaavat lähinnä liitännät ja välikaapelit.

Ensimmäinen sovelluskohde gigabitin Ethernetille ovat olleet kytkinten väliset runkoyhteydet ja palvelinliitännät. Työasemissa tarve ei vielä ole kovin akuutti, tarvitaanhan gigabitin linkin saturoimiseen 64 bitin PCI-väylä. Tekniikan merkitys ei kuitenkaan rajoitu konehuoneen lähiverkon tehostamiseen.

Gigabitin Ethernet sopii nimittäin varsin hyvin rakennusten yhdistämiseen ja tehokkaan kampusverkon rakentamiseen. Standardin kattamien kaapelointityyppien maksimipituudet ulottuvat monimuotokuiduilla 220:stä 550:een metriin, yksimuotokuidulla viiteen kilometriin.

Gigabitin Ethernetin ensimmäisiä uhreja ovatkin olleet organisaatioiden runkoverkkojen ATM-kytkimet. Moni suomalainenkin yritys lähti käyttämään ATM-tekniikkaa LAN-emuloinnin turvin pelkästään sen tarjoaman nopeusedun takia. 622 megabittiä sekunnissa olikin viime vuosikymmenen puolivälin jälkeen kova sana. Tänään nuo kytkimet toimivat monesti gigabitin Ethernetin vararatkaisuna.

Gigabit Ethernet toimii perinteisen Ethernetin periaatteiden mukaisesti, eli esimerkiksi kuten 10BASE-T ja 100BASE-T, niinpä Gigabitin Ethernetin laitetyypit ovat samanlaisia, kuin aiemmissa versioissa: uplink ja downlink moduuleja (hubeja), kytkimiä, NIC:itä ja reititinrajapintoja. Vaikka yksityiskohtia on muutettu ja toimintoja lisätty, ulospäin näkyvät perusominaisuudet ovat lähes entisellään. Ethernet-verkon ylläpitotehtävät ovatkin huomattavasti yksinkertaisempia kuin ATM-verkossa vastaan tulevat liikennöinti-, priorisointi- ym. tehtävät.

Koska Gigabit Ethernet Alliancen takana ovat olleet lähes kaikki merkittävät verkkolaitteiden toimittajat, Gigabit Ethernetin yhteensopivuus verkkolaitteiden kanssa on ollut alusta lähtien hyvä. Gigabit Ethernet Alliancen testilaboratoriossa, ovat verkkolaitteiden valmistajat voineet kokeilla omien laitteidensa toimivuutta ja yhteensopivuutta muiden laitevalmistajien kanssa.

Aluksi Gigabitin Ethernet korvasi kytkimeltä kytkimelle ja kytkimeltä palvelimelle menevissä yhteyksissä 100BASE-T Ethernetin. Kytkimiä päivitettiin Fast Ethernet- kytkimistä Gigabitin Ethernet-kytkimiksi ja samalla päivitettiin palvelin tukemaan Gigabitin nopeutta. Lisäksi verkon reitittimiin, kytkimiin tai toistimiin asennettiin Gigabitin Ethernet-rajapinnat. Kytketty lähiverkko voidaan päivittää gigabitin nopeuksiseksi päivittämällä runkoyhteydet tukemaan gigabitin nopeutta (vaihtamalla FDDI keskitin, tai vastaava, Gigabitin Ethernet-kytkimeksi). 

Käytännössä Gigabitin Ethernet vaati viitoskategorian kaapeloinnin - täsmennetyillä määrityksillä - joka varmisti toimivuuden. Suurin osa alle viisi vuotta vanhoista viitoskategorian asennuksista on käyttökelpoisia, joskin toimivuus on syytä varmistaa mittauksin ennen varsinaisia asennuksia. Ongelmatapauksissakin itse kaapelivetoja tuskin joudutaan vaihtamaan, vaan uusimista kaipaavat lähinnä liitännät ja välikaapelit. Mikäli lisäkaapelointia tarvitaan, Gigabitin Ethernetin tähti- topologia on kaapelointikustannuksiltaan huomattavasti edullisempi toteuttaa, kuin esimerkiksi FDDI:n rengastopologia.

Jos työasemat vaativat todella tehokkaan tietoliikenneyhteyden voidaan ne kytkeä suoraan Gigabit Ethernet-kytkimiin. Tämä tosin edellyttää koneilta riittävän prosessoria ja väylää.

Nopeudeltaan Gigabitin Ethernet on ylivoimainen vanhempiin verkkoihin verrattuna. Jopa  622Mb/siirtävään ATM-tekniikkaan verrattuna Gigabitin Ethernet on noin 60% nopeampi. Varsinkin kun Fast Ethernet tuodaan jo usein työasemille asti, ja verkkoa käytetään äänen ja videokuvan siirtoon, 100Mb/s tekniikalla toteutetut runkolinjat ruuhkautuvat helposti

3.3.5 Tulevaisuuden Ethernet

Tänä päivänä Gigabit Ethernet on ollut laajasti markkinoilla, mutta suunnitteilla on yhä nopeampia Ethernet-ratkaisuja. Helmikuussa 2000 IEEE perusti työryhmän 802.ae. Työn tuloksena syntyikin uusiin Ethernet-standardi je hyväksyttiin vuonna 2002. Tämä 10 gigabitin Ethernetistä toimii vain kuitupohjalta. Standardointijärjestö IEEE on määrittänyt pelkästään kuituverkossa toimivan nopean Ethernetin standardiksi asti. Versio 802.3ae mahdollistaa 10 gigabittiä sekunnissa välittävät laitteet. Tekniikka soveltuu parhaiten käytettäväksi laajaverkoissa.

Laitevalmistajista mukana ovat ainakin Agilent, Enterasys, Extreme Networks, Foundry, Intel ja Nortel. Teollisuus on perustanut nopean kuitu-Ethernetin sisäänajamista varten 10GEA-liittouman.

3.3.6 Ethernet-spesifikaatiot

Käymme tässä luvussa läpi yksityiskohtaisemmin Ethernetin toimintaa. 

Vuonna 1978 kansainvälinen standardisointiorganisaation ISO (International Organization for Standardization) julkaisi joukon määrityksiä erityyppisten laitteiden liittämiseksi yhteen. Tämä standardisointimalli tunnetaan OSI-viitemallina (vrt. myöhemmin luku 6.). Ethernet-spesifikaatio suorittaa saman toiminnot kuin OSI-mallin fyysinen- ja siirtoyhteyskerros. 1980-luvulla IEEE julkisti projektin nimeltä 802. Tämä projekti  tuotti suunnittelua ja yhteensopivuutta  koskevia standardeja laitekomponenteille, joiden oli määrä toimia OSI-mallin fyysisessä ja siirtoyhteyskerroksessa. Ethernetiä koskeva standardi on 802.3.-määritys. 

Kuvassa 59. näkyy yksinkertainen Ethernet-väyläverkko. Kaapeli on terminoitu verkon molemmista päistä. Tämä kantataajuus-arkkitehtuuri  tukeutuu CSMA/CD-metodiin ja säätelee liikennettä pääkaapelisegmentissä. Ethernetin media (kuten fyysinen kaapeli) on passiivinen, mikä tarkoittaa sitä, että se saa sähkövirran tietokoneelta eikä siten kaadu ellei media fyysisesti katkea tai ole kelvottomasti päätetty (terminoitu).

Kuva 59. Yksinkertainen väyläverkko, joka on terminoitu molemmista päistä.

Perinteisesti Ethernet-lähiverkko on toiminut 10 Mbps:n väylätyyppisessä (bus) verkossa. Päätelaitteet ovat fyysisesti kytkettyinä väylään toistimen (repeater) kautta, muodostaen näin törmäysalueen (collision domain). Törmäysalue on verkon alue, jonka sisällä törmäys tunnistetaan. törmäyksen seurauksena alueelle jää jäänteet (runt packets) törmänneestä signaalista (vrt. kuva 60.)

Kuva 60. Riippumatta verkon topologiasta törmäykset tunnistetaan sillä alueella, jossa kaikki työasemat kuulevat viestin.

Levitysviestialue (broadcast domain) on siis alue, jonka sisällä levitysviestit tavoittavat kaikki päätelaitteet. Tähtimäisessä toistimiin (hub) perustuvissa verkoissa periaate on sama. Levitysviestit ylittävät sillatun verkon ja näin ollen esimerkiksi levitysviesti leviää kytkimen kaikkiin portteihin (vrt. kuva 61.)

Kuva 61. Levitysviestialue tähtimäisessä ja väyläverkossa. Levitysviesti on siis viesti, joka on tarkoitettu kaikille alueen päätelaitteelle.

Ethernet-verkossa tiedon lähetys perustuu varsin yksinkertaiseen CSMA/CD-menettelyyn (carrier sense multiple access/collision detection). Enne lähetystä päätelaite kuuntelee verkkoa, onko verkossa hiljaista (carrier sense). Jos verkossa ei havaita liikettä eli verkossa on hiljaista, lähetetään sanoma (multiple access) verkkoon. Siis vain yksi asema kerrallaan saa lähettää (vrt. kuva 62.).

Kuva 62.  Työaseman lähettäessä muut asemat odottavat.

Kuitenkin voi käydä niinkin, että kaksi asemaa lähettää sanoman yhtä aikaa. Tätä sanotaan törmäykseksi (collision). Silloin törmäyksen havainnut (collision detection) asema vahvistaa törmäyksen ja osapuolet arpovat itselleen uuden myöhemmän lähetysajan eli verkkoon ei lähetetä uutta dataa ennen kuin edellinen lähetys on mennyt vastaanottajalle. Muut asemat odottavat, koska siirtotie on jaettu kaikkien käyttäjien kesken siten, että vai yksi kerrallaan voi käyttää sitä.

Lähetystarpeiden kasvaessa syntyy ruuhkaa (conqestion), jonka vähentämisen on kaksi tapaa: eristää (isolating) samaa siirtotietä käyttävät asemat pienempiin ryhmiin (collision domain) tai nostaa siirtonopeutta, jolloin dataa siirtyy enemmän tietyssä aikayksikössä.

Pienempiin ryhmiin jakaminen edellyttää, että ryhmien välillä on yhteys, joka avautuu tarvittaessa. Tämä edellyttää yhteyden välille menettelyä, mitä sanotaan siltaukseksi. Jos ryhmäjakoa jatketaan niin pitkälle, että kussakin ryhmässä on vain yksi asema, voi asema lähettää dataa milloin tahansa. Tätä sanotaan mikrosegmentoinniksi.

Nopeuden nostamiseen on useita mahdollisuuksia. Ethernetiin on määritelty kolme nopeutta: 10, 100 ja 1000 Mbps. Nopeusvaihtoehtojen lisäksi nopeuden nostaminen on mahdollista valmistajakohtaisesti sekä siirtymällä vuorosuuntaisesta (half duplex) liikenteestä kaksisuuntaiseen (full duplex) liikenteeseen. Käyttämällä verkkolaitteita tehokkaammin verkon sisäistä välityskykyä saadaan nostettua. Tällainen laite on lähiverkkokytkin (LAN switch).

Lähiverkkokytkin on itse asiassa tehokas tietokehysten välittämiseen erikoistunut tietokone. Kytkin sisältää käyttöjärjestelmän ja käyttöliittymän (graafisen tai merkkipohjaisen) asetuksien tekemiseksi, sekä kytkimen tyypistä riippuen joukon liittimiä joukon liittimiä muita verkkolaitteita tai päätelaitteita varten (vrt. kuva 63.).

 Kuva 63. Törmäysalueiden jakaminen Ethernet-verkossa.

Datan lähetys ja vastaanotto

Kun tarkastelemme perinteistä Ethernet-kehyksen lähetystä ja vastaanottoa vuorosuuntaisessa (half duplex) liikenteessä, niin menettely auttaa ymmärtämään miten Ethernet-kehys siirtyy siirtotielle ja miten kehys vastaanotetaan verkkolaitteella. Kuvissa 64. ja 65. on selitetty Ethernet-kehyksen lähetysprosessia molempiin suuntiin. Tsiikaa ja mieti!

Kuva 64. Ethernet-kehyksen lähetysprosessi vuorosuuntaisessa liikenteessä.

Kuva 65. Ethernet-kehyksen vastaanotto vuorosuuntaisessa liikenteessä.

3.3.7 Ethernet-standardeja

Tutustumme seuraavassa hieman tarkemmin muutamiin Ethernetin standardeihin.

10 Mbps:n IEEE-standardi

Tähän sisältyy neljä erilaista 10Mbps:n Ethernet-topologiasta:

• 10BaseT
• 10Base2
• 10Base5
• 10BaseFL

10BaseT-standardi

Vuonna 1990 IEEE-komitea julkaisi 802.3-spesifikaation Ethernetin käyttämiseksi parikaapelissa. 10BaseT (10 Mbps, kantataajuus, parikaapeli) on Ethernet-verkko, joka käyttää tyypillisesti suojaamattomia parikaapeleita (UTP) koneiden kytkemiseen. 10BaseT käyttää tavallisesti UTP:ta, mutta myös suojattu parikaapeli (STP) käy ilman 10BaseT-parametrien muuntamista.

Useimmat  tämän tyyppiset verkon on konfiguroitu eli määritelty tähtimalliin, mutta sisäisesti ne käyttävät signalisointijärjestelmänä väylää niin kuin muutkin Ethernet-konfiguraatiot. Kuvassa 66. on moniporttinen keskitin, jollaista voidaan käyttää Ethernet-lähiverkon laajentamiseen.

Kuva 66. Moniporttitoistimella (keskitin) voidaan laajentaa Ethernet-lähiverkkoa.

Tyypillisesti 10baseT-verkon keskitin sijaitsee rakennuksen johdinkaapissa. Tietokoneet on sijoitettu keskittimeen kytkettyjen kaapeleiden päihin. Jokaisella tietokoneella on kaksi paria johtimia: toista paria käytetään tiedon vastaanottoon ja toista tiedon lähettämiseen. 

10baseT-segmentin maksimipituus on 100 m. Toistimia voidaan käyttää tämän matkan ylittämiseen. Minimi kaapelin pituus kahden tietokoneen välillä on 2,5 m. 10baseT-lähiverkko voi palvella 1024 tietokonetta.

10baseT-ratkaisu tarjoaa väylätopologian edut (vrt. kuva 67.). UTP-kaapeli kykenee 10 Mbps:n siirtonopeuteen. Komponentteja voi helposti siirtää ja muuttaa modulaaristen asennusratkaisujen ansiosta. Ristikytkentäpaneelin siirtäminen ei vaikuta muiden verkon laitteiden toimintaan, toisin kuin perinteisessä Ethernet-väyläverkossa 

Kuva 67.  Ristikytkentäpaneelit tekevät tietokoneiden siirtämisen helpoksi.

Yhteenveto 10baseT-määrityksestä näkyy alla olevassa taulukossa.

10base2-standardi

Tämän topologian nimi on IEEE 802.3-määritysten mukaan 10Base2, koska se kykenee laajakaistalähetykseen 10 Mbps:n siirtonopeudella lähes 2 kertaa 100 M:n (tarkalleen 185 m:n) matkalla. Tämä verkkotyyppi käyttää ohutta koaksiaalikaapelia. Lyhin kaapelipituus on suunnilleen 0,5 m. 185 m:n segmentissä voi olla korkeintaan 30 työasemaa.

Ohueen Ethernet-kaapeliin (thinnet) kuuluvat

• BNC-liittimet
• BNC-T-liittimet
• BNC-päätevastukset

Thinnet-verkot käyttävät perinteisesti paikallista väylätopologiaa. IEEE-standardi tälle kaapeloinnille ei salli käyttää lähetin-vastaanotinkaapeleita väylän T-liittimestä tietokoneelle. Sen sijaan T-liitin sopii suoraan verkkokortin liittimeen.

BNC-jatkoliitintä voi käyttää liittämään ohuet kaapelisegmentit yhteen, jolloin kaapelia voidaan pidentää. Jos tarvitse esimerkiksi 12 metrin kaapelin, mutta sinulla on vain 10-metrinen ja 2-metrine ohut Etrhernet-kaapeli, ne voidaan liittää toisiinsa BNC-liittimellä. Näiden BNC-jatkoliittimien määrä tulisi pitää mahdollisimman pienenä, koska jokainen kaapelissa oleva liitin vähentää signaalin laatua ja lisää kaapelien liitosten irtoamisen riskiä.

Ohut Ethernet-verkko on erinomainen tapa tukea pieniä yrityksiä tai työryhmiä. Tällaiseen verkkoon käytettävät kaapelit ovat

• Suhteellisen edullisia
• Helppoja asentaa
• Helppoja konfiguroida

IEEE:n 802.3:n mukaan yksittäinen Thinnet-verkko tukee enimmillään 30 noodia (tietokonetta tai toistinta) yhtä kaapelisegmenttiä kohden.

5-4-3-sääntö

Thinnet-verkko voi yhdistää viisi kaapelisegmenttiä, jotka on kytketty neljällä toistimella, mutta vain kolmessa näissä toistimista voi olla työasemia. Siten kaksi segmenttiä jää ilman työasemia ja niitä sanotaan toistimien välisiksi linkeiksi. tämä tunnetaan 5-4-3-sääntönä (vrt. kuva 68.).

Kuva 68. 5-4-3-sääntö: 5 segmenttiä, 4 toistinta ja 3 käyttösegmenttiä.

Jos kuvaa selittää tarkemmin, niin runkosegmentteihin 1,2, ja 5 on liitetty tietokoneita. Runkosegmentit 3 ja 4 vain lisäävät verkon kokonaispituutta ja sallivat siten etäällä olevien tietokoneiden (segmentissä 1 ja 5) kytkemisen samaan verkkoon.

Koska normaalin Ethernetin rajoitukset olisivat liian ahtaita suurelle yritykselle, toistimia käytetään usein liittämään yhteen Ethernet-segmenttejä ja laajentamaan verkkoa kaiken kaikkiaan 925 metrin pituuteen. 

Seuraavassa yhteenveto 10Base2-standardista:

10Base5-standardi

IEEE-spesifikaatio tälle topologialle on 10Mbps, laajakaista ja 500 metrin segmentit. Tätä spesifikaatio kutsutaan myös standardiksi Ethernetiksi.

Topologia käyttää paksua koaksiaalikaapelia (thicknet, ks. kuva 69.)

Kuva 69. Thicknet-kaapelin rakenne.

Thicknet-kaapeloinnin komponentteihin kuuluu

• Lähetin-vastaanottimet, jotka tarjoavat yhteyden tietokoneiden ja verkon pääkaapelin välille, johon ne on liitetty erityisillä liitosyksiköillä.
• Lähetin-vastaanotinkaapelit liittävät lähetin-vastaanottimet verkkokorttiin.
• DIX- tai AUI-liitin ovat lähetin-vastaanottimen kaapelissa olevia liittimiä.
• N-sarjan liittimet, mukaan lukien N-sarjan tynnyriliittimet ja N-sarjan päätevastukset. Thicknet-komponentit toimivat samalla tavoin kuin Thinnet-komponentitkin.

Kuvassa 70. näkyy paksu kaapeli ja siihen liitetty lähetin-vastaanotin ja sen kaapeli. Kuvassa näkyy myös DIX- tai AUI-liitin lähetin-vastaanottinkaapelin päässä.

Kuva 70.  Thicknet-runkokaapeli, lähetin-vastaanotin ja kaapeli.

5-4-3-sääntö paksussa Ethernet-verkossa

Yhdellä Thicknet-verkolla voi olla enimmillään viisi runkosegmenttiä, jotka liitetään toisiinsa toistimilla (IEEE 803.3.spesifikaation mukaan) Kolmeen näistä voidaan liittää tietokoneita. Kuvassa 71. näkyy miten 5-4-3-sääntöä sovelletaan paksuun Ethernetiin. Lähetin-vastaanottimen kaapelin pituutta ei huomioon laskettassa Thicknet-kaapelin tukemaa etäisyyttä. Lukuun otetaan vain paksun koaksiaalikaapelin päästä-päähän-pituus.

Kuva 71. Thicknetin 5-4-3-sääntö: 5 runkoa, 4 toistinta ja 3 segmenttiä.

Liitosten välillä pienin kaapelisegmentin pituus on 2,5 metriä. Tämä mitta ei sisällä lähetin-vastaanotinkaapelia. Thicknet suunniteltiin aikanaan tukemaan suurten toimistojen ja kokonaisten rakennusten verkon verkon runkoa. 

Seuraavassa yhteenveto 10Base5-standardista:

100 Mbps IEEE-standardit

Nämä Ethrnet-satandardit laajentavat Ethernetin rajoja 10 Mbps:n siirtonopeuden yli. Niiden avulla on mahdollisuus hoitaa monia laaja-kaistaisia sovelluksia kuten CAD-ohjelmia, videoita tai asiakirjojen ja kuvien varastointia. Näihin haasteisiin kehitettiin standardit:

• 100BaseVG-AnyLAN Ethernet 
• 100BaseX Ethernet (nopea Ethrnet)

Molemmat manitit standardit ovat noin kymmenen kertaa nopeampi kuin standardi Ethernet. Ne ovat myös yhteensopivia 10Base-T-verkkojen kanssa.

100VG-AnyLAN

100VG (Voice Grade) AnyLAN yhdistää Ethernetin ja Token Ring -verkon. IEEE:n vahvistama 802.12 on standardi tapa siirtää 802.3-Ethernet-kehyksiä ja 802.5 Token Ring -paketteja.

Tänä päivänä jo vanhentunut teknologia tunnettiin jollakin seuraavista nimistä:

• 100VG-AnyLAN
• 100BaseVG
• Vg
• AnyLAN

100VG-AnyLAN sisältää seuraavia spesifikaatioita:

• vähintään 100 Mbps:n siirtonopeus
• Tuki hierarkkiselle tähtitopologialle, kategorian 3,4 ja m5 mukaisille parikaapeleille ja valokuidulle.
• tuki kysynnän priorisointiin perustuvalle varausmetodille, jossa on kaksi tasoa: korkea ja matala prioriteetti.
• tuki yksilöllisesti osoitettujen kehysten valinnalle keskittimessä; tämä mahdollistaa paremman yksityisyyden
• tuki Ethernet -kehyksille ja Token Ring -paketeille.

100VG-AnyLAN on rakennettu tähtitopologiaksi, jossa kaikki tietokoneet on liitetty keskittimiin. Kuvassa 72. on pääkeskitin ja viisi alikeskitintä. Verkkoa voidaan laajentaa lisäämällä pääkeskittimeen  uusia alikeskittimiä. Alikeskittimet toimivat kuin tietokoneet pääkeskittimeen nähden. Pääkeskitin kontrolloi alikeskittimiin liitettyjen tietokoneiden lähetystä.

Kuva 72. Pääkeskitin ja viisi alikeskitintä.

On huomioitava, että topologia vaatii oman tyyppisensä keskittimen ja kortit. Lisäksi 100BaseVG:n kaapelietäisyydet ovat rajoitettuja verrattuna 10BaseVG:hen tai muihin Ethernet-sovellutuksiin. Kaksi pisintä kaapelia 100Base-T-keskittimestä eivät voi ylittää 250 metriä, vaan tämän rajoituksen ylittäminen verkon laajentamiseksi edellyttää erityisiä laitteita. Käytännössä kaapelin pituusrajoitukset merkitsevät sitä, että 100BaseVG vaatii useampia johdinkaapeleita kuin 10BaseVG.

100BaseX-Ethernet

Tämä standardi, jota joskus kutsutaan nopeaksi Ethernetiksi (Fast Ethernet), on olemassa olevan Ethernet-standardin laajennus. Se käyttää UTP-kategorian mukaisia dataluokan kaapeleita ja CSMS/CD-varausmetodia tähtiverkossa manaa tapaan kuin 10BaseT, jolloin kaikki kaapelit on liitetty keskittimeen.

100BaseX sisältää kolme mediaspesifikaatiota:

• 100BaseT4 (neliparinen kategorian 3, 4 tai 5 UTP)
• 100BaseTX (kaksiparinen kategorian 5 UTP tai STP
• 100BaseFX (kaksijohtiminen valokuitukaapeli)

Kyseiset mediat on kuvattu tarkemmin seuraavassa taulukossa:

Segmentointi

Ethernetin suorituskykyä voi parantaa jakamalla ruuhkaiset segmentit kahdeksi vähemmän kuormitetuksi  osaksi ja kytkemällä ne joko sillalla tai reitittimellä. Kuvassa 73. näkyy miten iltaa käytetään verkon laajentamiseen. Tämän vähentää liikennettä kullakin segmentillä. Hakuajan paranevat, koska segmentillä on vähemmän lähettäviä koneita.

Kuva 73. Silta verkon segmentoinnissa ja liikenteen vähentämisessä.

Segmenttien jakamista voi tehdä mm. silloin, kun verkkoon tulee paljon uusia käyttäjiä verkkoon lisätään suurta kaistanleveyttä vaativia sovelluksia (kuten tietokannat, videot).

Tehtävä 10.  20 pistettä

Etsi netistä viimeisimmät uutiset Ethernet-teknologiasta. Tee seuraavat temput:

• Anna vähintään kaksi URLia, joissa käsitellään Ethernet-teknologiaa. 
• Kerro parilla esimerkillä, mistä ajankohtaisista Ethernet-asioita ko. sivuilla puhutaan?
• Onko 10 Gigan Ethernet jo markkinoilla? Todista asia.
• Paljonko Ethernet-verkkokortti maksaa? Etsi hintatiedot 10/100 MBps:n ja Fast Ethernet-korteille. Ilmoita URL, mistä löysit hinnat.

Tehtävä 11.  20 pistettä

Vastaa seuraaviin täyttökysymyksiin:

1. Jos CSMA/CD-metodissa on dataa kaapelissa, mikään muu tietokone ei voi ____________, ennen kuin data on saavuttanut määränpäänsä ja kaapeli on vapaa.

2. CSMA/CD tunnetaan __________________ -metodina, koska verkot tietokoneet joutuvat kilpailemaan mahdollisuudesta lähettää tietoa.

3. Kun CSMA/CD-verkossa on enemmän liikennettä, ____________ mahdollisuus kasvaa, mikä hidastaa liikennettä.

4. Paketin komponenti ryhmitellään kolmeen osaa: _____________, dataa ja loppuliitteeseen.

5. Tyypillisesti Ethernet on kantataajuinen arkkitehtuuri, joka käyttää ________ -topologiaa.

6. 10BaseT-segmentin suurin pituus on _______ metriä

7. 10Base-T on Ethernet-verkko, joka käyttää ____________________ -kaapelia työasemien kytkemiseen toisiinsa.

8. 10Base5-topologiaa sanotaan myös ______________ tai ________________ Ethernetiksi.

9. Fast Ethernet on toinen nimi _______________ -topologialle.

10. Ethernet voi käyttää useita tietoliikenne-______________, TCP/IP mukaan lukien.