Ethernet là gì? Cách thức hoạt động của cáp Ethernet là gì?

Ngày nay khi mà các kết nối mạng không dây (Wifi, 3g, 4g, 5g) đang chiếm lĩnh thị trường Internet thì không ít các bạn trẻ đã quên mất mạng có dây Ethernet từng được sử dụng rộng rãi như thế nào, thậm chí còn chưa bao giờ nghe tới khái niệm này.

test php

Bài viết này được đăng tại freetuts.net, không được copy dưới mọi hình thức.

Vì thế ở bài viết này mình sẽ tóm tắt sơ lược về cách hoạt động của Ethernet, lý do nên sử dụng nó và những loại cáp Ethernet thường dùng nhất. Chắc chắn kiến thức này sẽ có ích trong trường hợp bạn cần có một kết nối "ổn định" thay vì "tiện lợi" như Wifi.

1. Ethernet là gì?

Ethernet la gi 2 jpg

Ethernet là công nghệ truyền thống để kết nối các thiết bị trong mạng cục bộ có dây (LAN) hoặc mạng diện rộng (WAN), cho phép chúng giao tiếp / truyền giữ liệu cho nhau thông qua giao thức Protocol - một bộ quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng chung.

Ethernet là cách đơn giản nhất để các thiết bị mạng có thể định dạng và truyền dữ liệu, giúp các thiết bị khác nhau trong cùng một mạng cục bộ hoặc khu vực có thể nhận ra nhau, gửi - nhận và xử lý thông tin. Cáp Ethernet là hệ thống dây vật lý được bọc bảo vệ bên ngoài để truyền dữ liệu.

Bài viết này được đăng tại [free tuts .net]

Các thiết bị được kết nối vào mạng cục bộ bằng dây cáp Ethernet nghĩa là "bằng kết nối có dây" chứ không phải "không dây" (Wifi). Từ doanh nghiệp cho đến game thủ hay ngay cả những người dùng thông thường cũng nên sử dụng Ethernet, bởi lợi ích mà loại kết nói này đem lại bao gồm tốc độ cao - tính ổn định và bảo mật tốt.

2. Cách thức hoạt động của Ethernet

Ethernet la gi 1 jpg

Hội kỹ sư điện và điện tử IEEE chỉ định một tiêu chuẩn của họ gọi là IEEE 802.3, đây là giao thức Ethernet sử dụng đồng thời hai layer (tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu) trên mô hình giao thức mạng Open Systems Interconnection (OSI).

Ethernet truyền tín hiệu mạng với hai đơn vị bao gồm: gói (packet Ethernet) và khung (frame Ethernet).

Frame Ethernet không chỉ bao gồm trọng tải dữ liệu được truyền mà còn bao gồm những thứ sau:

Địa chỉ vật lý (MAC) của cả người gửi và người nhận;
Gắn thẻ mạng LAN ảo (VLAN) và thông tin chất lượng dịch vụ (QoS);
Thông tin sửa lỗi để phát hiện sự cố đường truyền.

Mỗi Frame được bao bọc trong một gói dữ liệu chứa nhiều byte thông tin để thiết lập kết nối và đánh dấu nơi bắt đầu của Frame.

Các kỹ sư tại Xerox lần đầu tiên phát triển Ethernet vào những năm 1970 và ban đầu chạy trên cáp đồng trục. Ngày nay thì một hệ thống mạng LAN Ethernet điển hình thường sử dụng các loại cáp xoắn đôi hoặc cáp quang đặc biệt.

Ethernet sơ khai có thể kết nối nhiều thiết bị thành các phân đoạn thông qua thiết bị mạng Hub - Thiết bị tầng 1 chịu trách nhiệm vận chuyển dữ liệu mạng và sử dụng cấu trúc liên kết mạng kiểu chuỗi hoặc cấu trúc hình sao.

Tuy nhiên nếu hai thiết bị dùng chung một Hub cố gắng truyền dữ liệu cùng lúc, các gói dữ liệu có thể xung đột và tạo ra sự cố kết nối. Để giảm bớt tình trạng “tắc đường kỹ thuật số” này, IEEE đã phát triển giao thức CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) cho phép các thiết bị kiểm tra xem “một đường truyền nhất định” có đang được sử dụng hay không trước khi bắt đầu truyền đi tín hiệu mới.

Hiện nay thì Ethernet Hubs phần lớn đã nhường chỗ cho Ethernet Switch. Bởi vì một Hub không thể phân biệt giữa các điểm trên một phân đoạn mạng, nó không thể gửi dữ liệu trực tiếp từ điểm A đến điểm B. Thay vào đó bất cứ khi nào thiết bị mạng gửi một gói thông tin qua một cổng đầu vào, Hub sẽ sao chép dữ liệu và phân phối nó cho tất cả các cổng đầu ra.

Ngược lại một bộ Switch sẽ gửi “một cách thông minh” gói tín hiệu tới một cổng nhất định dành cho thiết bị của nó chứ không phải bản sao của bất kỳ và tất cả các đường truyền trên phân đoạn mạng, do đó cải thiện tính bảo mật và hiệu quả.

Giống như các loại mạng khác thì máy tính phải có một card mạng (NIC) để kết nối với Ethernet.

Mô hình hoạt động của mạng Ethernet khi kết nối với bộ định tuyến Router

Bạn có thể hình dung rõ hơn về cách hoạt động của Ethernet qua hình minh họa phía trên:

Nhiều máy tính, máy in cùng kết nối vào Hub, Switch hoặc bộ định tuyến như Modem, Router, v.v thông qua dây cáp Ethernet
Router, Modem đảm nhiệm việc kết nối tới Sever -> Internet toàn cầu.

3. Các loại cáp Ethernet

cac loai cap ethernet 1 jpg

Trước khi bắt đầu, bạn có thể tìm hiểu thông tin về cáp xoắn đôi để biết cấu tạo của các loại cáp Ethernet hiện nay.

Các loại cáp mạng Ethernet được đặt tên theo những danh mục khác nhau, ví dụ như cáp Cat 5, cáp Cat-6, v.v, và thường được TIA (Telecommunications Industry Association) - “Hiệp hội công nghiệp viễn thông” công nhận theo các tiêu chuẩn dưới đây:

Cat-1: Không được TIA / EIA công nhận. Nhưng đây là hình thức đi dây được sử dụng cho hệ thống dây điện thoại tiêu chuẩn POTS hoặc ISDN.
Cat-2: Cũng không được TIA / EIA công nhận. Đây là dạng dây được sử dụng cho các mạng vòng mã có tốc độ 4Mbit / s.
Cat-3: Cáp này được sản xuất theo tiêu chuẩn TIA / EIA-568-B. Nó được ứng dụng trong các mạng dữ liệu sử dụng tần số lên đến 16 MHz. Phổ biến để sử dụng với mạng Ethernet 10 Mbps (100Base-T) nhưng hiện đã được thay thế bằng cáp Cat-5.
Cat-4: Cáp này không được TIA / EIA công nhận. Tuy nhiên nó có thể được sử dụng trong các mạng có tần số lên đến 20 MHz. Ứng dụng trên các mạng vòng mã thông báo tốc độ 16Mbps.
Cat-5: Cáp này cũng không được tổ chức TIA / EIA công nhận. Đây là cáp mạng Ethernet được sử dụng rộng rãi trên mạng 100Base-T và 1000Base-T vì nó cung cấp hiệu suất cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ 100 Mbps và hơn một chút (125 MHz cho 1000Base-T). Cáp Cat 5 đã thay thế phiên bản Cat 3 và trong một vài năm thì nó đã trở thành tiêu chuẩn cho hệ thống cáp Ethernet. Nhưng bây giờ (2020) thì cáp Cat 5 đã lỗi thời và không còn được dùng trên các thiết đặt mạng mới.

Cáp Cat 5 sử dụng các cặp xoắn để ngăn hiện tượng nhiễu xuyên âm bên trong, XT và cả nhiễu xuyên âm với dây bên ngoài AXT.
Mặc dù không được tiêu chuẩn hóa nhưng cáp Cat 5 thường sử dụng 1,5 - 2 vòng xoắn trên mỗi cm.

Cat-5e: Loại cáp này được TIA / EIA công nhận theo tiêu chuẩn TIA / EIA-568 được sửa đổi lần cuối vào năm 2001. Nó có thông số tần số cao hơn một chút so với cáp Cat-5 vì hiệu suất đem lại tốc độ tối đa lên đến 125 Mb / giây.

Cat-5e có thể được áp dụng cho mạng 100Base-T và 1000Base-t (Gigabit Ethernet). Tiêu chuẩn Cat 5e của Cat 5 được nâng cao và được sản xuất theo các thông số kỹ thuật cao hơn, mặc dù về mặt vật lý giống như Cat 5. Nó được sản xuất theo quy trình nghiêm ngặt hơn để đảm bảo hoạt động truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao hơn. Các cặp xoắn bên trong cáp mạng có xu hướng cùng mức độ xoắn với cáp Cat 5 (1,5 - 2 vòng xoắn/1cm).

Cat-6: Cáp này được sản xuất theo tiêu chuẩn TIA / EIA-568-B mang lại sự cải thiện đáng kể về hiệu suất so với Cat5 và Cat5e. Trong quá trình sản xuất, cáp Cat 6 được quấn chặt hơn so với Cat 5 hoặc Cat 5e và chúng thường có lớp bọc bên ngoài hoặc tấm chắn bện. Tấm chắn bảo vệ các cặp dây xoắn bên trong cáp Ethernet, giúp chống nhiễu xuyên âm và noise.

Về mặt kỹ thuật, cáp Cat-6 có thể đạt tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 10 Gbps nhưng chỉ có thể đạt tốc độ này trong tối đa 55 mét. Cáp Ethernet Cat 6 thường có hơn 2 vòng xoắn trên mỗi cm và một số có thể được bọc nylon để giảm nhiễu xuyên âm, mặc dù tiêu chuẩn này không thực sự yêu cầu điều đó.

Cat-6a: Chữ “a” trong là viết tắt của “Augmented” (tăng cường) và tiêu chuẩn này được sửa đổi vào năm 2008. Cáp Cat 6a có thể hỗ trợ băng thông tối đa gấp đôi và có khả năng duy trì tốc độ truyền cao hơn trên chiều dài cáp mạng dài hơn. Cáp Cat 6a được bảo vệ đủ để loại bỏ nhiễu xuyên âm, tuy nhiên điều này làm cho chúng kém linh hoạt hơn so với cáp Cat 6.
Cat-7: Đây là số không chính thức của hệ thống cáp tiêu chuẩn ISO / IEC 11801 Class F. Nó bao gồm bốn cặp được bảo vệ riêng lẻ bên trong một lớp bọc tổng thể. Nó nhắm đến các nhu cầu cần tới đường truyền có tần số lên đến 600 Mbps.
Cat-8: Cáp Cat 8 hiện đã được phát hành và cung cấp một bước tiến lớn về tốc độ / băng thông dữ liệu. Do đó loại cáp Ethernet này có giá thành cao hơn so với các phiên bản cũ như Cat 6 hoặc Cat 7.

* Lưu ý: Cáp Cat-5 và Cat-5e mặc dù lỗi thời nhưng vẫn được đưa vào bảng dưới đây, vì hiện tại chúng vẫn được sử dụng rộng rãi trong mạng Ethernet ở nhiều quốc gia do giá thành rẻ, đặc biệt là Việt Nam.

Tóm tắt hiệu suất / tốc độ của Ethanet
Loại	Lớp bọc	Tốc độ truyền tối đa trong 100m	Bandwidth tối đa
Cat 3	Không có	10 Mb / giây	16 MHz
Cat 5	Không có	10/100 Mb / giây	100 MHz
Cat 5e	Không có	1000 Mbps / 1 Gbps	100 MHz
Cat 6	Đôi khi có	1000 Mbps / 1 Gbps	> 250 MHz
Cat 6a	Có	10000 Mbps / 10 Gbps	500 MHz
Cat 7	Có	10000 Mbps / 10 Gbps	600 MHz
Cat 8	Có	25 Gbps hoặc 40Gbps *	2000 MHz

Ghi chú: Cat 8.1 có tốc độ 25 Gbps còn Cat 8.2 lên tới 40 Gbps.

Xem thêm:

4. Tại sao nên sử dụng Ethernet?

Ethernet la gi 4 jpg

Ethernet được sử dụng để kết nối các thiết bị tới mạng Internet vẫn là hình thức phổ biến. Đối với mạng cục bộ thì nó được sử dụng bởi các tổ chức như văn phòng công ty, khuôn viên trường học và bệnh viện - Ethernet được sử dụng vì tốc độ cao, bảo mật và độ tin cậy lớn.

Ethernet ban đầu trở nên phổ biến do giá thành rẻ khi so sánh với công nghệ cạnh tranh vào thời điểm đó, chẳng hạn như Token Ring của IBM. Khi công nghệ mạng tiên tiến thì Ethernet cũng phát triển và cung cấp mức hiệu suất cao hơn đồng thời duy trì khả năng tương thích ngược, đảm bảo sự phổ biến bền vững của nó.

Băng thông ban đầu của Ethernet chỉ có tốc độ 10 megabit / giây đã tăng gấp 10 lần lên 100 Mbps vào giữa những năm 1990. Hội kỹ sư điện và điện tử (IEEE) tiếp tục nâng cấp hiệu suất cao hơn với các bản cập nhật liên tiếp, cho tới giờ thì các phiên bản hiện đại của Ethernet có thể hỗ trợ tốc độ tối đa lên tới 400 gigabit / giây (Gbps).

5. Ưu điểm và nhược điểm của mạng dây Ethernet

ethernet la gi 7 jpg

Ethernet phổ biến bởi nó mang lại nhiều lợi ích cho người dùng, tuy nhiên mạng dây Ethernet cũng có một số nhược điểm nhất định.

Ưu điểm

Chi phí tương đối thấp;
Khả năng tương thích ngược;
Chống nhiễu;
Chất lượng truyền dữ liệu tốt;
Tốc độ và tính bảo mật cao;

Nhược điểm

Chỉ dành cho các mạng nội bộ nhỏ, khoảng cách ngắn.
Khả năng di chuyển bị hạn chế.
Sử dụng cáp quá dài có thể tạo ra nhiễu xuyên âm.
Nó không hoạt động tốt với các ứng dụng tương tác hoặc thời gian thực.
Lưu lượng truy cập nhiều làm cho tốc độ Ethernet giảm xuống.
Khi khắc phục sự cố, việc xác định cáp hoặc cổng kết nối nào đang gặp sự cố rất khó khăn.

So với công nghệ mạng LAN không dây (WLAN) thì Ethernet thường ít bị gián đoạn hơn. Nó cũng đem lại mức độ kiểm soát và an ninh mạng cao hơn công nghệ không dây vì các thiết bị phải kết nối bằng hệ thống cáp vật lý. Điều này khiến người ngoài khó truy cập dữ liệu mạng hoặc chiếm đoạt băng thông.

6. Ethernet so với Wi-Fi

Ethernet la gi 6 jpg

Wi-Fi hiện đang là loại kết nối mạng phổ biến nhất. Không giống như các loại kết nối có dây như Ethernet, nó không yêu cầu cáp vật lý để kết nối và dữ liệu được truyền qua tín hiệu không dây.

Sự khác biệt giữa kết nối Ethernet và Wi-Fi

Kết nối Ethernet

Truyền dữ liệu qua cáp;
Tính di động hạn chế - cần có cáp vật lý;
Tốc độ, độ tin cậy và bảo mật cao hơn Wi-Fi;
Không cần mã hóa dữ liệu;
Ping ổn định và thấp hơn;
Quá trình cài đặt / thiết lập phức tạp hơn;
Bắt buộc phải có cổng Ethernet mới có thể sử dụng được (có trên PC / Laptop, trên điện thoại 99% là không có).

Kết nối wifi

Truyền dữ liệu qua tín hiệu không dây thay vì cáp;
Tính di động tốt, linh hoạt hơn vì không cần dây cáp;
Không nhanh, đáng tin cậy hoặc an toàn như Ethernet;
Thuận tiện hơn - người dùng có thể kết nối internet từ mọi nơi trong phạm vi phát sóng;
Tốc độ không nhất quán; Wi-Fi dễ bị nhiễu tín hiệu;
Yêu cầu mã hóa dữ liệu;
Độ trễ Ping cao hơn Ethernet;
Quá trình cài đặt đơn giản hơn.

Bài viết liên quan: Nên sử dụng mạng có dây (Ethernet) hay mạng không dây (WiFi)?

Bài giới thiệu tổng quan về Ethernet tới đây là kết thúc. Mình tin rằng sau khi đọc xong bài viết này thì bạn đã nắm được khái niệm mạng dây Ethernet cũng như một số ưu điểm của nó.

Bạn nên sử dụng Ethernet cho PC / Laptop của mình khi cần một kết nối ổn định và bảo mật, đặc biệt việc sử dụng mạng có dây sẽ giúp giảm ping lol cực kỳ hiệu quả! Trước khi rời đi, nếu bạn thấy bài viết này hữu ích thì đừng ngần ngại chia sẻ nó nhé!

Tham khảo: searchnetworking.techtarget | electronics-notes