اخبار

شبکه اترنت

اترنت (به انگلیسی: Ethernet) یکی از فناوری‌های مبتنی بر Frame در شبکه‌های رایانه برای شبکه‌های محلی (LAN) می‌باشد. این نام از مفهوم فیزیکی ether گرفته شده‌است. این فناوری وضعیت سیم‌کشی و استانداردهای سیگنالینگ در لایۀ فیزیکی و همچنین قالب‌های آدرسی همچون آدرس مک در لایۀ Data link را معین می‌کند.

شبکه اترنت

Ehternet به‌عنوان استاندارد IEEE۸۰۲٫۳ شناخته می‌شود با ترکیب کابل‌های زوج به هم تابیده برای اتصال نقاط انتهایی شبکه و فیبر نوری برای اتصال‌های اصلی (Back bone) سایت یک سطح گسترده‌ای از فناوری LAN متصل از طریق سیم را پوشش می‌دهد. این فناوری از دهۀ ۱۹۹۰ میلادی تاکنون بکارگرفته شده‌است و جایگزین استانداردهائی همچون Token ring, FDDI و ARCNET می‌باشد.

تاریخچه

اترنت در شرکت PARC Xerox در سال‌های ۱۹۷۵–۱۹۷۳ پایه‌ریزی شد. Robert Metcalfe و Dacid Boggs خلاصه‌ای از Ethernet را تا قبل از مارس ۱۹۷۴ نوشتند و ارائه کردند. در مارس ۱۹۷۴ شخصی بنام R.Z.Bachrach یادداشتی به Metcalfe و Boggs و مدیرشان نوشت، مبنی بر اینکهً از لحاظ تکنیکی یا مفهومی چیز جدیدی در پیشنهاد شما نمی‌باشد و تجزیه و تحلیل نشان خواهد داد که سیستم شما دچار خطا می‌شود.

تعیین استاندارد اترنت

Metcalfe در سال ۱۹۷۹ از شرکت زیراکس جدا شد تا بتواند استفاده از کامپیوترهای شخصی و شبکه‌های محلی را گسترش دهد از اینرو شرکت ۳Com را تأسیس کرد. او شرکت‌های DEC, INTel و Xerox متقاعد کرد تا به منظور توسعه Ehternet به‌عنوان یک استاندارد با همدیگر همکاری کنند. از اینرو استاندارد DIX برگرفته از (Digital / INTel / Xerox) نام گرفت که استانداردی برای Ethernet با سرعتی برابر ۱۰ مگابیت بر ثانیه با آدرس‌های مبدأ و مقصد ۴۸ بیتی و یک فیلد ۱۶ بیتی جهت نوع بسته اطلاعاتی Ethernet.

اولین استاندارد در ۳۰ سپتامبر ۱۹۸۰ منتشر شد که رقیبی برای دو سیستم بزرگ ARCNET , Token ring می‌بود. اما بزودی آن دو سیستم بزرگ زیر موج‌های عظیم تجهیزات Ethernet مدفون شدند. در واقع شرکت ۳Com تبدیل به یک شرکت اصلی و پیشرو گردید.

سیم زوج بهم تابیده

سیستم‌های Ethernet با سیم‌های زوج به هم تابیده از اواسط دهه ۱۹۸۰ توسعه یافتند. همراه با شروع StarLAN، که LOBASE –T شناخته شده‌است. این سیستم‌ها جایگزین کابل کواکسیال که شبکه‌های Ethernet اولیه مبتنی بر آن بود شده. شبکه‌های اولیه به‌وسیله Hub به کابل‌های UTP متصل بودند که با استفاده از CSMA/CD سوئیچها جایگزین آن‌ها شدند.

توصیف عمومی

Ethernet به‌طور کلی بر این نظریه بنا شد: ارتباط کامپیوترها بر روی کابل کواکسیال که به‌عنوان یک وسیله انتقال عمل می‌کند و به صورت اشعاب تزریقی به کامپیوتر وصل می‌شود. سوزنی به هسته کابل تزریق می‌شود و به مرکز کابل می‌رسد و این کابل به نام ۱۰Base5 هم مشهور است که عدد ۱۰سرعت انتقال بحسب مگا بیت بر ثانیه عدد ۵ طول حداکثر هر قطعه کابل بدون نیاز به تکرارکننده را بر حسب۱۰۰متر مشخص می‌کرد روش بکار گرفته شده شباهت زیادی به سیستم‌های رادیوئی داشت.

مفاهیم اولیه

با توجه به این مفاهیم اولیه، Ethernet تکامل یافت به تکنولوژی شبکه‌ای پیچیده‌ای که امروزه در اغلب شبکه‌های LAN بکار گرفته شده‌است کابل‌های کواکسیال با ارتباطات نقطه به نقطه که به‌وسیله Ethernet به Hub یا سوئیچ متصل می‌شوند جایگزین شدند؛ که موجب کاهش هزینه نصب، افزایش اطمینان و قابلیت مدیریت نقطه به نقطه و خطایابی می‌شود. StarLAN اولین قدم تکامل Ethernet از یک گذرگاه عمومی با کابل کواکسیال به یک شبکه با کابل‌های جفت به هم تابیده و Hub های قابل مدیریت بود.

شاهراه ها

پایانه‌های Ethernet با ارسال بسته‌های اطلاعاتی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند هر پایانه دارای یک آدرس ۴۸ بیتی (MAC) می‌باشد که به صورت سخت‌افزاری در کارت شبکه (NIC) قرار دارد و کارت شبکه بسته‌های اطلاعاتی که آدرس پایانه‌های دیگر را دارند قبول نمی‌کند.

علی‌رغم تغییرات مهم در Ethernet از یک کابل ضخیم کوکسیال که با سرعت Gbit/s۱ کار می‌کنند از آنجا که همگی از یک قالب اطلاعاتی استفاده می‌کنند قابلیت اتصال به یکدیگر را دارند. امروزه با توجه به فراگیری Ethernet و کاهش هزینه سخت‌افزاری (دیتاسنتر) آن اغلب تولیدکنندگان بردهای اصلی (Mother Board) که دارای کارت Ethernet باشد تولید می‌کنند که باعث عدم نیاز به یک کارت شبکه جدا و صرفه جوئی در فضای بکار رفته می‌شود.

توپولوژی

توپولوژی پیش فرض برای اترنت، توپولوژی فیزیکی خطی تعریف شده‌است. توپولوژی شبکه مثل توپولوژی خطی که از توپولوژی منطقی خطی استفاده می‌کنندازاترنت بهره می‌برند. نوع کابلی که درهر توپولوژی استفاده می‌شودنیزدرقوانین همان توپولوژی مشخص شده‌است.

تکرارکننده‌ها و هاب

بعلت تضعیف سیگنال و مسائل زمانی شبکه اترنت با کابل کواکسیال از لحاظ اندازه محدودیت دارند. برای مثال کابل‌های کواکسیال ۱۰ BASE۵ حداکثر ۵۰۰ متر طول می‌توانند داشته باشند. یا شبکه‌های سرعت بالای Bus انتهای کابل‌ها به یک مقاومت بایستی بسته شوند.

کابل کواکسیال

برای Ehternet با کابل‌های کواکسیال به انتهای هر کابلی یک مقاومت ۵۰ اهمی متصل می‌شود. معمولاً این مقاومت به صورت یک اتصال به آخرین دستگاه متصل در Bus وصل می‌شود. اگر اتصال انتهائی انجام نشود یا اگر در طول کابل قطعی وجود داشته باشد سیگنال ارسالی در کابل وقتی به انتهای آن می‌رسد منعکس می‌شود. این انعکاس را نمی‌توان از تصادم تشخیص داد و در نتیجه بر روی ارتباط تأثیر می‌گذارد.

تکرارکننده / Repeater

برای بیشتر کردن طول ارتباط از یک تکرارکننده (Repeater) Ehternet استفاده می‌کنند. تکرارکننده سیگنال را از یک کابل Ehternet می‌گیرد و آن را در کابل دیگر تکرار می‌کند. اگر یک تصادم تشخیص داده شود، تکرارکننده یک سیگنال تمامی در گاه‌ها ارسال می‌کند تا از تشخیص تصادم مطمئن شود. به‌وسیله تکرارکننده‌ها می‌توان پنج قطعه بین دو کامپیوتر را متصل کرد بطوری‌که سه مورد از آن‌ها می‌توانند دستگاه‌های متصل شده باشند. تکرارکننده‌ها قادر به تشخیص ختم غیرمعمول در یک ارتباط شوند و نتیجتاً انتقال اطلاعات را به ان ارتباط متوقف می‌کنند.

هزینه های جانبی

کاربران هزینه‌های کابل کشی به صورت ستاره‌ای را متوجه شدند و سازندگان تجهیزات شروع به ساخت تکرارکننده‌های با چندین درگاه شدند تکرارکننده‌های با چندین درگاه بنام Hub Ehternet شناخته شدند. شرکت هایی مثل DEC و Syn optic Hub که چندین قسمت کواکسیال ۱۰BASE۲ و GPON را متصل می‌کنند تولید کردند که می‌توانستند به یکدیگر یا شاهد راه اصلی کواکسیال متصل شوند. بهترین مثال محصول DELNI مربوط به شرکت DEC است.

شبکه LAN ستاره ای

شبکه‌های Ehternet با کابل‌های زوج به هم تابیده با شبکه StarLAN شروع شد و به‌وسیله ۱۰BASE-T ادامه یافت این شبکه‌ها به صورت نقطه به نقطه طراحی شده بودند بطوری‌که ختم ارتباط درون دستگاه صورت می‌گرفت. این موضوع نقش Hubها را از یک دستگاه خاص بکار گرفته شده در مرکز شبکه‌های بزرگ به یک دستگاه که برای ارتباط بین بیش از دو دستگاه نیاز باشد تبدیل کرد. ساختار درختی منتج از این شبکه‌های Ehternet قابلیت اعتماد بیشتری داشتند بطوری‌که اگر در یک ارتباط دچار خطا می‌شد تأثیری بر روی دیگر تجهیزات شبکه نمی‌گذاشت اگرچه خطا در یک Hub یا ارتباط بین Hub هنوز می‌توانست بر روی کاربران اثر بگذارد.

شبکه هاب اترنت

با وجود طراحی ستاره‌ای شبکه، شبکه های Hub Ehternet هنوز به صورت یک طرفه و CSMA/CD کار می‌کردند. هر بسته اطلاعاتی به هر درگاهی در Hub ارسال می‌شد که این مسئله مشکل پهنای باند و امنیت را حل نمی‌کرد. راندمان کلی یک Hub به یک ارتباط محدود می‌شد و همه ارتباطات بایستی در همان سرعت کار می‌کردند. در بدترین حالت وقتی تعداد زیادی کامپیوتر در یک کابل طولانی حجم زیادی از اطلاعات را ارسال می‌کنند، افزایش تصادم باعث کاهش شدید راندمان و کارائی می‌شود.

Bridging و Switching

با وجود اینکه تکرارکننده‌ها مسائلی همچون قطعی کابل را می‌توانستند از شبکه‌های Ehternet منفک کنند ولی همچنان تمامی ترافیک را به همه تجهیزات ارسال می‌کنند. این موضوع محدودیتی که چه تعداد کامپیوتر در یک شبکه Ehternet می‌توانند کار کنند ایجاد می‌کند برای مرتفع کردن این مشکل دستگاه‌های Bridge برای برقراری در لایه Data link ساخته شدند. به‌وسیلهBridging تنها بسته‌های خوش ساخت از قسمتی به قسمت دیگر شبکه منتقل می‌شدند و ازتصادم و بسته‌های خراب اجتناب می‌شود.

ترافیک توزیعی

قبل از اینکه دستگاه‌های متصل را تشخیص دهد، همچون Hub عمل می‌کند و تمامی ترافیک را عبور می‌دهد؛ ولی اگر سوئیچ آدرس‌های دستگاه‌های متصل به هر درگاه را تشخیص دهد ترافیک را فقط به قسمت‌های ضروری شبکه ارسال می‌کند که این مطلب باعث افزایش کارائی شبکه می‌شود. ترافیک توزیعی (Broadcast) همچنان برای تمامی درگاه‌ها ارسال می‌شود. Bridge ها بر محدودیت ارتباطی بین دو کامپیوتر غلبه می‌کنند و امکان داشتن سرعتهای مختلف و بالاتر را مهیا می‌کنند.

ارسال ترافیک

Bridge های اولیه هر بسته‌ای را با نرم‌افزاری که داشتند بررسی می‌کردند که باعث کندی بیش از Hub ها در ارسال ترافیک می‌شد. مخصوصاً در بکارگیری چندین درگاه در یک لحظه در سال ۱۹۸۹ شرکت Kal Pana اولین سوئیچ Ehternet را معرفی کرد. یک سوئیچ Ehternet عمل Bridging را به‌طور سخت‌افزاری انجام می‌دهد و امکان ارسال اطلاعات را در حداکثر سرعت میسر می‌کند لازم به یادآوری است که واژه سوئیچ (Switch) به‌وسیله سازندگان دستگاه بکار برده شد و در استاندارد ۸۰۲٫۳ دیده نمی‌شود.

بسته های اطلاعاتی

بسته‌های اطلاعاتی در شبکه‌های سوئیچ فقط به دستگاه‌های مربوطه که به درگاه‌ها متصلند فرستاده می‌شود. شبکه‌های سوئیچ همچنان می‌توانند به‌وسیله ARP Spoofing یا Mac flooding از لحاظ امنیتی مخاطره آمیز باشند. از دیگر مزایای ان پهنای باند است که اجازه بکارگیری تجهیزات با سرعتهای مختلف را می‌دهد.

تبادل اطلاعات

وقتی که یک ارتباط زوج به هم تابیده یا فیبرنوری که به Hub متصل نشده‌است در شبکه وجود دارد امکان برقراری ارتباط به صورت دو طرفه بر روی آن شبکه میسر است. در حالت دو طرفه هر دو دستگاه می‌توانند هم‌زمان با یکدیگر تبادل اطلاعات کنند بدون آنکه تصادفی رخ دهد این مطلب سرعت پهنای باند را دوبرابر می‌کند و به‌عنوان سرعت دو برابر شناخته می‌شود (مثلاً ۲۰۰ Mbit/s) ترافیک در صورتی با سرعت دو برابر منتقل می‌شود که الگوی آن به صورت متقارن باشد.

هاب های دو سرعته

در اولین روزهای شبکه‌های Fast Ethernet تجهیزات Ethernet گران‌قیمت بودند. مشکلی که شبکه‌های Hub داشتند این بود که هر دستگاه ۱۰ BASE-T که متصل می‌شد باعث می‌شد که کل سیستم با سرعت ۵۱۲ Mbit/s کار کند. با توجه به قیاس بین سوئیچ و Hub باعث پدید آمدن Hubها با سرعت دوگانه شد. این دستگاه‌ها شامل یک سوئیچ دو پورت داخلی بودند یکی با سرعت ۱۰ Mbit/s و دیگری ۱۰۰BASE –T (۱۰۰Mbit).

ساختار فریم اترنت

ساختار فریم در لایه Data Link، تقریباً برای تمامی سرعت‌های اترنت (از ده تا ده هزار مگابیت در ثانیه) یکسان می‌باشد. این وضعیت در لایه فیزیکی وجود نداشته و هر یک از نسخه‌های اترنت دارای یک مجموعه قوانین جداگانه و مختص به خود می‌باشند.

پیاده سازی توسط DIX

در نسخه اترنت که توسط DIX پیاده‌سازی شده بود (قبل از ارائه نسخه IEEE ۸۰۲٫۳)، مقدمه و شروع فریم در یک فیلد ترکیب می‌شدند. فیلد “طول / نوع ” در نسخه‌های اولیه IEEE به عنوان “طول” و صرفاً” در نسخه DIX به عنوان “نوع” در نظر گرفته شده بود.

اترنت نسل دوم

در اترنت II، فیلد “نوع”، در تعریف فریم ۳. ۸۰۲ مورد توجه قرار گرفت. گره دریافت‌کننده با بررسی مقدار فیلد ” طول / نوع “، می‌بایست نوع پروتکل استفاده شده در لایه بالاتر موجود در فریم را تعیین نماید (مثلاً ۰x۰۸۰۰، پروتکل IPV۴ و ۰X۸۰۶ پروتکل ARP).

در صورتی که مقدار موجود در این فیلد معادل ۰X۶۰۰ (مبنای شانزده) یا بزرگ‌تر از آن باشد، فریم بر اساس سیستم کدینگ اترنت دو تفسیر می‌گردد.

TCP / IP

آدرس مقصد، شامل آدرس MAC مقصد است. آدرس مقصد می‌تواند به صورت تکی (Unicast)، گروهی (Multicast) یا برای تمامی گره‌ها (broadcast) باشد. آدرس مبدأ، شامل آدرس MAC مبدأ است. آدرس مبدأ همواره به صورت تکی (Unicast) بوده و آدرس گره ارسال‌کننده اطلاعات را مشخص می‌نماید.

طول / نوع

طول / نوع برای دو هدف متفاوت استفاده می‌گردد. در صورتی که مقدار این فیلد کمتر از ۱۵۳۶ (مبنای ده) یا ۰x۶۰۰ (مبنای شانزده) باشد، طول را مشخص می‌نماید. از فیلد فوق به عنوان «طول» زمانی استفاده می‌گردد که مسئولیت مشخص کردن پروتکل استفاده شده بر عهده لایه LLC باشد. مقدار موجود در این فیلد به عنوان «طول»، تعداد بایت‌های داده را مشخص می‌نماید.

پردازش اترنت

در صورتی که مقدار این فیلد به عنوان «نوع» در نظر گرفته شود، پروتکل لایه بالاتر که پس از تکمیل پردازش اترنت داده را دریافت می‌نماید، مشخص می‌گردد. داده و Pad، هر طولی را می‌تواند داشته باشد مشروط به این که از حداکثر اندازه فریم تجاوز ننماید. حداکثر اطلاعاتی را که می‌توان در هر مرتبه ارسال نمود، یکهزار و پانصد Byteمی‌باشد. در صورتی که داده موجود در فیلد “داده ” به حداقل مقدار لازم (چهل و شش Byte) نرسیده باشد، می‌بایست از Pad استفاده گردد.

محاسبه CRC

FCS از چهار octet تشکیل و شامل مقدار CRC است که توسط دستگاه فرستنده محاسبه و توسط دریافت‌کننده به منظور تشخیص بروز خطاء در زمان ارسال اطلاعات، مجدداً” محاسبه می‌گردد. با توجه به این که خرابی صرفاً” یک بیت از ابتدای فیلد “آدرس مقصد ” تا انتهای فیلد “FCS” باعث محاسبه Checksum متفاوتی خواهد شد، تشخیص این موضوع که اشکال مربوط به فیلد FCS یا سایر فیلدهای شرکت‌کننده در محاسبه CRC است را غیرممکن می‌نماید.

شبکه گیگا

تحلیلگران صنعتی پیش‌بینی می‌کنند بازار شبکه‌های گیگا، پنج تا ده سال دیگر همچنان فعال خواهد بود. در اترنت گیگابیت نیز دیدیم که نبودِ استاندارد IEEE، مانع پذیرش انواع جدید کابل در بازار شد. از این رو معرفی استاندارد IEEE 802.3an 10GBase-T اطمینانی را برای شرکت‌ها به وجود آورد تا با خاطری آسوده کابل‌های رده ۵ و۶e را با کابل‌های سازگار با کلاس EA جایگزین کنند.

جمع بندی نهایی

کاربران نهایی می‌دانند که کابل‌ها استانداردهای مختلفی دارند و هر یک نیز از حدی از کارایی برخوردارند. مطمئناً فروشندگان خواهند گفت: “کابل ما استاندارد است” و مشتری باید به سرعت بپرسد: “کدام استاندارد؟” تا پاسخ خود را به صورت کامل دریافت کنند. پیشنهاد ساده و روشن من، مراجعه به مشخصه فعلی ISO/IEC کلاس EA است؛ زیرا استاندارد آن قوی‌تر از بقیه‌است و با مشخصه‌های بین‌المللی نیز هماهنگی دارد.