Så fungerar ethernet – allt om världens äldsta och bästa nätverksprotokoll (2024)

Det är ethernetprotokollet som knyter samma lokala nätverk, långdistansnätverk, internet, molntjänster, sakernas internet, annan utrustning och wi-fi till ett enda skarvlöst och globalt kommunikationsnätverk.

Ethernet är en av de allra äldsta tekniska lösningarna för nätverk. Det uppfanns för nästan 50 år sedan. Och trots det så har kommunikationsprotokollets grundläggande enkelhet och dess förmåga att införliva nyare förbättringar, utan att bakåtkompabiliteten offras, gjort att ethernet fortfarande är defactostandarden för datornätverk.

I grunden är ethernet ett protokoll som gör att datorer, från servrar till bärbara, kan prata med varandra över trådburna nätverk med utrustning som routrar, switchar och hubbar. Och ethernet fungerar lika bra med trådlöst.

Det är förmågan att fungera i nästan vilken miljö som helst som har gjort att ethernet används i hela världen. En bidragande anledning är att företag och organisationer kan använda samma ethernetprotokoll i sina lokala nätverk (lan) och i sina långdistansnätverk (wan). Därför fungerar det bra i datacenter, i privata och interna företagsnätverk, med internetbaserade applikationer och nästan allt därutöver. Ethernet klarar till och med de mest invecklade slagen av nätverk, som virtuella privata nätverk (vpn) och mjukvarudefinierade nätverk.

Ethernet har inte heller några svårigheter med att hantera bandbreddskrävande applikationer som strömmande video och röst över ip (voip). Och å andra sidan gör ethernet enkelhet att det kan användas i enkla, osofistikerade anordningar som de som ingår i sakernas internet (internet of things, iot) utan särskilda inställningar.

Hur fungerar ethernet?

Ethernet förutsätter att informationen som skickas till eller från utrustning, som persondatorer, delas upp i små bitar av information i olika storlekar. De kallas för ramar (frames). I varje ram finns standardiserad information som källans och mottagarens adress, vilket hjälper ramen att hitta sin väg genom nätverket.

Och eftersom datorer i ett lokalt nätverk brukar dela på en enda förbindelse är ethernet byggt på csma/cd – vilket uttyds carrier-sense multiple access with collision detection. Grundidén är att protokollet försäkrar sig om att linjen inte är upptagen innan det skickar några ramar. Detta är inte längre lika viktigt som det var i ethernets första decennier, för nu brukar utrustningen ha egna privata anslu*tningar till nätverket genom en switch eller nod. Och eftersom ethernet numera har full duplex är kanalerna för sändning och mottagning helt åtskilda, så det kan inte uppstå några kollisioner på den sträckan.

Förutom att det hanterar risken för så kallad kollision har ethernet ingen felkorrigering. Därför måste det finnas andra, avancerade protokoll som ser till att allt överförs i oförändrat skick. Men det är fortfarande ethernet som är grunden för nästan all kommunikation på internet och annan digital kommunikation, och det kan lätt integreras med de flesta andra protokoll på högre nivåer, så detta blir sällan ett problem numera.

Färggranna kablar är viktiga i ethernetnätverk

Det går inte att prata om ethernet utan att också prata om kablar. Ethernet är gjort för trådburen kommunikation. Och att kablarna som protokollet använder förenklades bidrog till att göra standarden allmänt accepterad.

I första versionen använde ethernet koaxialkablar. Det är samma sorts kabel som används i kabel-tv. Koaxialkablar är robusta och klarar massor av bandbredd genom en tjock inkapslad kopparledning. Men det finns avigsidor. Koaxialkablar är tunga, svåra att jobba med, inte särskilt böjliga och de är dyra. Det är en anledning till att kabel-tv-installation i hemmen måste göras av särskilda tekniker, medan datornätverk i hemmen kan göras av (nästan) vem som helst.

Ethernet övergav koaxialkabeln och gick över till de partvinnade kablar som fortfarande är standard för trådburna datornätverk. Partvinnade kablar för ethernet är billiga och dessutom rätt böjliga. De kan läggar runt hörn, gå i väggar, fästas i tak eller nästan vad man vill för att koppla samman servrar, routrar, hubbar, annan utrustning och ändpunkter.

Och ett smart påhitt var när nästan alla företag som tillverkar ethernetkablar för länge sedan kom överens om att slu*ta med den grå standardfärgen. I stället tillverkas kablarna i en regnbåge av färger. Förutom att serverhallar och datacenter genast blev lite gladare som gjorde färgkodningen att it-teknikerna lätt kunde sortera nätverksanslu*tningarna i grupper visuellt och därmed snabba på felsökningarna.

Standardkontakten i båda ändarna på de partvinnade kablarna är mycket lika de som används i fasta telefoner. De gör det enkelt att koppla in kablarna på alla enheter som klarar ethernet. För det mesta räcker det med att koppla in en enhet med en ethernetkabel och anslu*ta den till ett nätverk för att det ska fungera. All den bakomliggande dirigeringen av paket och data hanteras sedan av ethernetprotokollet och mer avancerade protokoll som Spanning tree.

Sedan länge är standarden för ethernetkablar det som kallas för kategori 5, även känd som Cat 5. Cat 5 har varit standard sedan 2001. En normal ethernetkabel stöder överföringshastigheter upp till 100 megabit/sekund. Och även om kablarna först och främst är till för ethernet så brukar de också fungera med många applikationer för telefon och video.

Det finns en mer avancerad kabeltyp som kallas för kategori 5e. Den används för snabbare ethernetapplikationer. Kategori e-kablar kan, utöver 100 megabit/sekund, klara högre överföringshastigheter som gigabit ethernet, men använder samma kontakter.

Vem uppfann ethernet?

Ethernetstandarden utvecklades först 1973 på Xerox Parc av Bob Metcalfe och David Boggs. De var inspirerade av ett projekt på Hawaii-universitetet vid namn Alohanet. Det var rudimentärt jämfört med vad vi har i dag – det klarade bara 2,94 megabit/sekund – men det var ändå en av de första gångerna då datorer var sammankopplade i ett nätverk.

Utanför universitet och forskningsinstitut skulle allmänheten inte få se ethernet förrän 1980, då Xerox gjorde det allmänt tillgängligt. På den tiden fanns det konkurrerande standarder som token ring, arcnet och andra. Men Metcalfe, som vid det laget hade lämnat Xerox för att grunda företaget 3Com, lyckades övertala många av de ledande företagen inom it, som Digital, Intel och Xerox, att samarbeta med 3Com om att göra ethernet till en gemensam standard.

I en överenskommelse gick Xerox med på att släppa rätten till varumärket ethernet, så att alla företag kunde märka sina produkter med namnet ethernet. Bandbredden och genomflödet ökades då till 10 megabit/sekund. Det var mer än nog för de flesta nätverk på den tiden. På så sätt blev ethernet den ledande internationella standarden.

Ethernets ljusa (och snabba) framtid

Den grundläggande enkelheten och dess förmåga att klara allt högre överföringshastigheter, samtidigt som det är bakåtkompatibelt, har gjort att ethernet har kunnat växa tillsammans med tekniska nyheter. I dag kan nästan alla datorer och annan digital utrustning klara hastigheter upp till en gigabit per sekund. Det kallas för gigabit ethernet. Jämför råhastigheten på 1 gigabit/sekund (alltså 1 000 megabit/sekund) med den ursprungliga standarden 10 megabit/sekund så ser du hur mycket som har hänt.

Gigabit ethernet har troligen mer än nog bandbredd för hemmanätverk och för de flesta kontor. Med den överföringshastigheter går även bandbreddskrävande applikationer som strömmande video eller datorspel på nätet felfritt, till och med när det finns flera användare på samma nätverk. Men ethernet klarar mer än så.

IEEE Ethernet working group godkände specifikationer för 200 gigabit/sekund och 400 gigabit/sekund för flera år sedan. Det är mest datacenter, internetoperatörer och specialiserade organisationer som nätövervakningscentraler som har intresse av sådana överföringshastigheter. Några få molnoperatörer och andra uppger att de jobbar med hastigheter upp till 400 gigabit/sekund för en del ändamål, men för att standarden ska bli fullt användbar krävs vissa förbättringar. Till exempel ställs högre krav på kablar – dagens Cat 5 och Cat 5e är inte gjorda för de hastigheterna. Det blir också problem med bakåtkombatibilitet för en del enheter och strömförbrukningen i datacenter ökar.

Det finns redan en specifikation för ethernet med 800 gigabit/sekund, men ingen använder det utanför testmiljöer.

Det är intressant att tänka på att det i princip inte finns något som säger att ens 800 gigabit/sekund ligger nära det teoretiska maximum för ethernet.

Det pågår undersökningar för fastställande av en standard för 1,6 terabyte/sekund. Den kan bli klar 2023. Så höga överföringshastigheter lär troligen bara bli användbara för specialiserade användningsområden. Till exempel om ett storföretag eller en myndighet vill ta backup på sina data. Att överföra 500 terabyte med data skulle i princip kunna gå på 14 minuter.

Det kan tyckas att så höga hastigheter inte behövs, och det gör de troligen inte heller just nu. Men datamängderna växer, liksom antalet användare och enheter som är inkopplade på nätet. Det som i dag verkar vara onödigt snabbt kan snart bli vardagsmat, eller rent av ett krav. När den dagen kommer så kommer ethernet, även om det firar 50 eller 60 år, att vara redo för utmaningen.