موضوع مقاله: اترنت | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # اترنت | مقدمه: اِتِرنِت یا اِثِرنِت (در انگلیسی به صورت ایترنت تلفظ می‌شود) یکی از فناوری‌های مبتنی بر Frame در شبکه‌های رایانه برای شبکه‌های محلی (LAN) می‌باشد. | ## بخش 1: اترنت | این فناوری وضعیت سیم‌کشی و استانداردهای سیگنالینگ در لایهٔ فیزیکی و همچنین قالب‌های آدرسی همچون آدرس مک در لایهٔ Data link را معین می‌کند. اترنت 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 ستون فقرات شبکه) سایت یک سطح گسترده‌ای از فناوری LAN متصل از طریق سیم را پوشش می‌دهد. در سال‌های اخیر وای-فای و شبکه‌های بی‌سیم براساس استاندارد IEEE۸۰۲٫۱۱ در خانه و ادارات کوچک گسترش یافته و باعث تقویت اترنت در نصب آن در مقیاس‌های بزرگتر گریده است. Metcalfe در سال ۱۹۷۹ از شرکت زیراکس جدا شد تا بتواند استفاده از رایانه‌های شخصی و شبکه‌های محلی را گسترش دهد از اینرو شرکت 3Com را تأسیس کرد. سوزنی به هسته کابل تزریق می‌شود و به مرکز کابل می‌رسد و این کابل به نام 10Base5هم مشهور است که عدد ۱۰ سرعت انتقال بر حسب مگا بیت بر ثانیه عدد ۵ طول حداکثر هر قطعه کابل بدون نیاز به تکرارکننده را بر حسب ۱۰۰متر مشخص می‌کرد روش بکار گرفته شده شباهت زیادی به سیستم‌های رادیوئی داشت اگرچه تفاوت‌های پایه‌ای با هم داشتند همچون این واقعیت که تشخیص تصادم در یک سیستم ارسال در کابل ساده‌تر از ارسال رادیو است. 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. 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/s ۱ کار می‌کنند از آنجا که همگی از یک قالب اطلاعاتی استفاده می‌کنند قابلیت اتصال به یکدیگر را دارند. توپولوژی (استاندارد) توپولوژی پیش فرض برای اترنت، توپولوژی فیزیکی خطی تعریف شده‌است. توپولوژی شبکه مثل توپولوژی خطی که از توپولوژی منطقی خطی استفاده می‌کنند از اترنت بهره می‌برند. نوع کابلی که درهر توپولوژی استفاده می‌شود نیز در قوانین همان توپولوژی مشخص شده‌است. تعامل با چندین کاربر CSMA/CD اترنت در اصل یک کابل کواکسیال مشترک که در اطراف ساختمان برای اعمال دستگاه‌ها قرار گرفته بود از آنجا که دستگاه‌ها مجبور به استفاده از یک مسیر مشترک بودند می‌بایستی از قاعده خاصی که بنام CSMA/CD بود پیروی می‌کردند. این قواعد به شرح ذیل می‌باشند: ۱۱۱۱ بسته آماده ارسال می‌باشد آیا خط ارتباطی آزاد می‌باشد؟ اگر آزاد نیست، تا زمانی که آماده شود صبر کنید شروع به انتقال آیا یک تصادم رخ داده‌است؟ (ارسال نیمه کاره رها می‌شود) رویه تشخیص تصادم انتقال اطلاعات تا حداقل زمان بسته یا همه دریافت‌کننده‌ها تصادم را تشخیص دهند. براساس تعداد تصادم‌ها به صورت تصادفی صبر جهت ارسال مجدد مجدداً وارد مرحله اول رویه اصلی شویم. به‌عنوان مثال چه اتفاقی می‌افتد وقتی تمام مهمان‌ها در یک مهمانی شام در طریق یک رسانه مشترک (هوا) با یکدیگر صحبت می‌کنند. قبل از حرف زدن، هر مهمان به‌طور محترمانه‌ای تا پایان صحبت شخصی که در حال صحبت است صبر می‌کند. اگر دو مهمان هم‌زمان شروع به صحبت کنند هر دو سکوت کرده و برای مدت زمانی صبر می‌کنند (در Ehternet این زمان در حد میلی ثانیه‌است). انتظار بر این است که با انتظار دو زمان متفاوت (تصادفی) دو مهمان دوباره در یک زمان شروع به صحبت نکنند، بنابراین از یک تصادم جلوگیری می‌شود وقتی تعداد تصادم‌ها بیش از یکی برای هر انتقال باشد زمان انتظار به صورت نمائی افزایش می‌یابد. کامپیوترها به‌وسیله یک AUI که بعدها در داخل کارت شبکه تعبیه شد به کابل متصل می‌شوند. یکی از معایب شبکه‌های ساده که به صورت Bus راه‌اندازی می‌شدند امکان قطع شدن و غیرقابل استفاده شدن کل یک قسمت شبکه به‌علت قطعی تنها یک اتصال یا بخشی از کابل می‌بود. از آنجا که تمام ارتباطات تنها از طریق یک سیم مشترک (Bus) صورت می‌گرفت تمامی اطلاعاتی که به‌وسیله یک کامپیوتر ارسال می‌شد به‌وسیله تمامی کامپیوترها دریافت می‌شد حتی اگر اطلاعهات تنها مربوط به یک کامپیوتر می‌بود. استفاده از یک کابل مشترک به معنای به اشتراک گذاشتن پهنای باند نیز می‌باشد که عامل کندی شبکه می‌شود. | ## بخش 2: اترنت | 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. 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. چنانچه در یکی از قسمت‌های متصل به درگاه تکرارکننده خطایی به‌علت قطع کابل اتفاق بیفتاد، تکرارکننده به انتقال اطلاعات در دیگر درگاه‌ها ادامه می‌دهد. البته به اینکه کدامیک از قسمت‌ها قطع شده و باعث عدم دسترسی به Serverها شده می‌تواند تأثیر در غیرقابل استفاده بودن شبکه داشته باشد. 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. 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. اگرچه هنوز شبکه‌های زوج بهم تابیده به صورت نقطه به نقطه‌است و درون سخت‌افزار خاتمه می‌یابند از اینرو فای مورد نیاز برای یک درگاه خیلی کاهش یافت و امکان طراحی Hubها با تعداد پورتهای بیشتری را میسر کرد و امکان اینکه درگاه‌های Ehternet را بر روی بردهای اصلی قرار دهند میسر کرد. 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 کارایی می‌شود با این وجود شرکت Xerox گزارشی در سال ۱۹۸۰ منتشر کرد که در آن ۲۰ دستگاه سریع بسته‌های اطلاعاتی در اندازه‌های مختلف را انتقال داده بودند، این نتیجه نشانگر این مطلب بود که حتی برای کوچک‌ترین بسته‌های اطلاعاتی (۶۴ بایتی) داشتن یک راندمان ۹۰٪ در شبکه LAN طبیعی است. این گزارش و نمونه‌های دیگر نشان می‌دهد که شبکه‌های مبتنی بر تصادم هنگام کاربری غیرقابل اطمینان هستند و کارایی آن‌ها تا ۴۰٪ حالت معمول کاهش می‌یابد. به‌وسیلهBridging تنها بسته‌های خوش ساخت از قسمتی به قسمت دیگر شبکه منتقل می‌شدند و از تصادم و بسته‌های خراب اجتناب می‌شود. Bridgeها با ملاحظه آدرس‌های MAC مخالفند که دستگاه‌ها کجا هستند و بسته‌های اطلاعاتی را به سمت قسمتی که آدرس مقصد در آنجاست ارسال نمی‌کنند. 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 کارایی شبکه می‌شود. Bridgeهای اولیه هر بسته‌ای را با نرم‌افزاری که داشتند بررسی می‌کردند که باعث کندی بیش از Hubها در ارسال ترافیک می‌شد. بسته‌های اطلاعاتی در شبکه‌های سوئیچ فقط به دستگاه‌های مربوط که به درگاه‌ها متصلند فرستاده می‌شود. از دیگر مزایای ان پهنای باند است که اجازه به‌کارگیری تجهیزات با سرعتهای مختلف را می‌دهد. 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. در یک دامنه تصادم همه پهنای باند ارتباطی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد و طول قسمت شبکه بخاطر تشخیص تصادم محدود نمی‌شود. | ## بخش 3: اترنت | این تجهیزات همچنین به Hubهای دو سرعته شناخته می‌شدند زیرا ترافیک بین تجهیزات متصل با یک سرعت دیگر سوئیچ نمی‌شدند. 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. 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. 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. آدرس مبدأ همواره به صورت تکی (Unicast) بوده و آدرس گره ارسال‌کننده اطلاعات را مشخص می‌نماید. 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. 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. 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. 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. اطمینان دارم که مدت زیادی طول نخواهد کشید که این سرعت نیز از نظر کاربران عادی می‌شود؛ زیرا نیاز به پهنای باند بیشتر هر روز افزایش می‌یابد و قیمت کارت‌های واسط آن کم و کمتر می‌شود. شاید زمان تحقق این پیش‌بینی فردا نباشد، اما مطمئناً در طول مدتی که شبکه شما کار می‌کند، این اتفاق خواهد افتاد. 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. | ## جمع‌بندی | پیشنهاد ساده و روشن من، مراجعه به مشخصه فعلی ISO/IEC کلاسEA است؛ زیرا استاندارد آن قوی‌تر از بقیه‌است و با مشخصه‌های بین‌المللی نیز هماهنگی دارد.