Podstawowe zasady i specyfikacje prawidłowego funkcjonowania sieci
Ethernet nie są szczególnie złożone, choć niektóre z szybszych implementacji
warstwy fizycznej takimi się stają. Mimo podstawowej prostoty działania sieci
Ethernet, jeśli pojawi się w niej problem, wyizolowanie jego źródła często
nastręcza trudności. Z powodu powszechnie stosowanej w technologii Ethernet
architektury magistrali, opisywanej również jako rozproszony pojedynczy punkt
awarii, problem zasięgiem swym obejmuje zwykle wszystkie urządzenia wewnątrz
domeny kolizyjnej. W sytuacjach, gdy wykorzystywane są wtórniki, zasięg ten
może rozszerzać się na urządzenia umieszczone w odległości do czterech
segmentów.
Każda mająca nadać wiadomość stacja w sieci Ethernet najpierw
„nasłuchuje", aby upewnić się, że żadna inna stacja nie nadaje w tym
momencie. Jeśli w kablu jest cisza, stacja taka natychmiast zaczyna nadawać.
Przesyłanie sygnału elektrycznego po kablu zabiera pewien czas (zwany
opóźnieniem), a każdy kolejny wtórnik wprowadza dodatkowe, niewielkie
opóźnienie przy przekazywaniu ramki z jednego portu do kolejnego. W wyniku tych
opóźnień może się zdarzyć, że więcej niż jedna stacja zacznie nadawanie niemal
w tym samym czasie. Rezultatem tego jest kolizja.
Jeśli podłączona
stacja pracuje w trybie pełnego dupleksu, to może ona równocześnie wysyłać i
odbierać, a kolizje nie powinny się pojawiać. Praca w trybie pełnego dupleksu
zmienia również uwarunkowania dotyczące taktowania i eliminuje pojęcie
szczeliny czasowej. Praca w trybie pełnego dupleksu pozwala na budowę większych
sieci, ponieważ usunięto ograniczenia czasowe nałożone w celu wykrycia kolizji.
W trybie półdupleksu, przy założeniu, że nie występuje kolizja, stacja
nadawcza transmituje 64 bity informacji synchronizacyjnej znane jako preambuła.
Stacja nadawcza wysyła wtedy następujące informacje:
- informacje o adresowaniu MAC nadawcy i odbiorcy;
- pewne inne informacje nagłówka;
- właściwą, zasadniczą treść danych;
- sumę kontrolną (FCS) używaną do upewnienia się, czy wiadomość nie została
po drodze uszkodzona.
Stacje odbierające ramkę przeliczają sumę FCS, aby ustalić, czy
przychodząca wiadomość jest poprawna, a następnie przekazują poprawną wiadomość
do następnej, wyższej warstwy w stosie protokołów.
Wersje technologii
Ethernet pracujące z szybkością 10 Mb/s i wolniejsze są asynchroniczne.
Asynchroniczność oznacza, że każda stacja odbierająca wykorzystuje osiem
oktetów informacji taktowania do zsynchronizowania obwodu odbiorczego dla
nadchodzących danych, po czym odrzuca je. Implementacje technologii Ethernet
pracujące z szybkością 100 Mb/s i szybsze są synchroniczne. Synchroniczność
oznacza, że informacja taktowania nie jest wymagana, lecz dla utrzymania
zgodności pole preambuły i znacznik początku ramki (SFD) są obecne.
We
wszystkich odmianach technologii Ethernet o szybkości transmisji
nieprzekraczającej 1000 Mb/s standard wyznacza minimalny czas pojedynczej
transmisji nie krótszy niż szczelina czasowa. Szczelina czasowa dla technologii
Ethernet 10 i 100 Mb/s jest równa czasowi transmisji 512 bitów (czyli 64
oktetów). Szczelina czasowa dla technologii Ethernet 1000 Mb/s jest równa
czasowi transmisji 4096 bitów (czyli 512 oktetów). Szczelina czasowa jest
obliczana przy założeniu maksymalnych długości kabli w największej
dopuszczalnej architekturze sieciowej. Wszystkie czasy opóźnień propagacji
sprzętowej są na poziomie dopuszczalnego maksimum, a gdy zostanie wykryta
kolizja, używana jest 32-bitowa sekwencja zakłócająca.
Rzeczywista
obliczona szczelina czasowa jest nieco dłuższa niż teoretyczna ilość czasu
wymagana do przebycia drogi pomiędzy najdalszymi punktami domeny kolizyjnej,
zderzenia się z inną transmisją w ostatnim możliwym momencie, powrotu
fragmentów kolizyjnych do stacji wysyłającej i ich wykrycia. Aby system
działał, pierwsza stacja musi dowiedzieć się o kolizji zanim zakończy wysyłanie
ramki o najmniejszym dopuszczalnym rozmiarze. Aby umożliwić działanie sieci
Ethernet 1000 Mb/s w trybie półdupleksu, przy wysyłaniu krótkich ramek dodano
pole rozszerzenia służące jedynie do utrzymania urządzenia transmitującego w
stanie zajętości na tyle długo, by mogły wrócić fragmenty kolizyjne. Pole to
jest obecne tylko przy szybkości 1000 Mb/s w przypadku łączy pracujących w
trybie półdupleksu, po to, aby ramki o minimalnym rozmiarze były wystarczająco
długie, by móc sprostać wymaganiom szczeliny czasowej. Bity rozszerzenia są
odrzucane przez stację odbierającą.
W technologii Ethernet 10 Mb/s
transmisja jednego bitu w warstwie MAC trwa 100 nanosekund (ns). Przy szybkości
100 Mb/s transmisja tego samego bitu trwa 10 ns, a przy szybkości 1000 Mb/s
trwa ona tylko 1 ns. W przybliżonych szacunkach często wykorzystywana jest
wartość 20,3 cm (8 cali) na nanosekundę do obliczania opóźnienia propagacji w
kablu UTP. Oznacza to, że w 100 metrach kabla UTP przesłanie sygnału 10BASE-T
na całej długości przewodu trwa krócej niż czas transmisji pięciu bitów.

Dla funkcjonowania metody CSMA/CD stosowanej w sieciach Ethernet
konieczne jest, aby stacja wysyłająca wiedziała o wystąpieniu kolizji zanim
zostanie zakończona transmisja ramki o minimalnym rozmiarze. Przy szybkości
100 Mb/s taktowanie systemu jest ledwie w stanie obsłużyć sieci o długości
kabla równej 100 metrów. Przy szybkości 1000 Mb/s wymagane są specjalne
korekty, gdyż prawie cała ramka o minimalnym rozmiarze zostałaby wysłana, zanim
pierwszy bit pokonałby pierwsze 100 metrów kabla UTP. Z tego powodu tryb
półdupleksu nie jest dozwolony w technologii 10 Gigabit Ethernet.