اترنت Ethernet

[آبجی]

• • • شبکه های محلی و شبکه های گسترده

تاکنون شبکه های کامپيوتری بر اساس مولفه های متفاوتی تقسيم بندی شده اند. يکی از اين مولفه ها " حوزه جغرافيائی " يک شبکه است .
بر همين اساس شبکه ها به دو گروه عمده LAN) Local area network) و WAN) Wide area network) تقسيم می گردند.
همانطور که میدانید در شبکه های LAN مجموعه ای از دستگاه های موجود در يک حوزه جغرافيائی محدود، نظير يک ساختمان به يکديگر متصل می گردند .
در شبکه های WAN تعدادی دستگاه که از يکديگر کيلومترها فاصله دارند به يکديگر متصل خواهند شد.
مثلا" اگر دو کتابخانه که هر يک در يک ناحيه از شهر بزرگی مستقر می باشند، قصد اشتراک اطلاعات را داشته باشند، می بايست شبکه ای WAN ايجاد و کتابخانه ها را به يکديگر متصل نمود.
برای اتصال دو کتابخانه فوق می توان از امکانات مخابراتی متفاوتی نظير خطوط اختصاصی (Leased) استفاده نمود. شبکه های LAN نسبت به شبکه های WAN دارای سرعت بيشتری می باشند.
با رشد و توسعه دستگاههای متفاوت مخابراتی ميزان سرعت شبکه های WAN ، تغيير و بهبود پيدا کرده است . امروزه با بکارگيری و استفاده از فيبر نوری در شبکه های LAN امکان ارتباط دستگاههای متعدد که در مسافت های طولانی نسبت بيکديگر قرار دارند، فراهم شده است .



• • • اترنت


http://www.shabakeh-mag.com/Data/1001302_b.jpg
در سال 1973 پژوهشگری با نام " Metcalfe" در مرکز تحقيقات شرکت زيراکس، اولين شبکه اترنت را بوجود آورد.
هدف وی ارتباط کامپيوتر به يک چاپگر بود. وی روشی فيزيکی بمنظور کابل کشی بين دستگاههای متصل بهم در اترنت ارائه نمود.
اترنت در مدت زمان کوتاهی بعنوان يکی از تکنولوژی های رايج برای برپاسازی شبکه در سطح دنيا مطرح گرديد. همزمان با پيشرفت های مهم در زمينه شبکه های کامپيوتری ، تجهيزات و دستگاه های مربوطه، شبکه های اترنت نيز همگام با تحولات فوق شده و قابليت های متفاوتی را در بطن خود ايجاد نمود.
با توجه به تغييرات و اصلاحات انجام شده در شبکه های اترنت ،عملکرد و نحوه کار آنان نسبت به شبکه های اوليه تفاوت چندانی نکرده است . در اترنت اوليه، ارتباط تمام دستگاه های موجود در شبکه از طريق يک کابل انجام می گرفت که توسط تمام دستگاهها به اشتراک گذاشته می گرديد.
پس از اتصال يک دستگاه به کابل مشترک ، می بايست پتانسيل های لازم بمنظور ايجاد ارتباط با ساير دستگاههای مربوطه نيز در بطن دستگاه وجود داشته باشد (کارت شبکه ) . بدين ترتيب امکان گسترش شبکه بمنظور استفاده از دستگاههای چديد براحتی انجام و نيازی به اعمال تغييرات بر روی دستگاههای موجود در شبکه نخواهد بود.

اترنت يک تکنولوژی محلی (LAN) است. اکثر شبکه های اوليه در حد و اندازه يک ساختمان بوده و دستگاهها نزديک به هم بودند. دستگاههای موجود بر روی يک شبکه اترنت صرفا" قادر به استفاده از چند صد متر کابل بيشترنبودند.
اخيرا" با توجه به توسعه امکانات مخابراتی و محيط انتقال، زمينه استقرار دستگاههای موجود در يک شبکه اترنت با مسافت های چند کيلومترنيز فراهم شده است .





[hr:90ee4c17af]• • نگاهی به زندگی دكتر رابرت (باب) متكالف‌

http://www.shabakeh-mag.com/Data/Gallery/56_t.Metcalfe_s.jpg
Robert (Bob) Metcalfe در سال 1946 در نيويورک متولد شد و از دبيرستانی در لانگ آيلند فارغ‌التحصيل شد. وی سپس به دانشگاه MIT رفت و در سال 1969 در دو رشته‌ مهندسی برق و مديريت صنعتی فارغ‌التحصيل گرديد. وی سپس مدرک كارشناسی ارشد خود را در رياضيات در سال 1970 از دانشگاه هاروارد اخذ نمود و سه سال بعد با تز دكتری ارتباطات مبتنی بر Packet از همان دانشگاه فارغ‌التحصيل گرديد. متكالف سپس در همان سال، در مركز تحقيقات پالوآلتو زيراكس (PARC) ، پروتكل اترنت كه مبنای شبكه‌های LAN است را ابداع نمود.
وي در سال 1997 به عضويت آكادمی ملي مهندسی درآمد و در سال 2005 مدال ملي فناوری را دريافت كرد. متكالف همچنين روزنامه‌نگاری فعال نيز محسوب می‌شود و در دهه 90 ميلادی دارای ستون ثابتی در هفته‌نامه Infoworld بود.
دكتر متكالف تجربه كار و مديريت در شركت‌های بسياري را دارد. از آن جمله می‌توان به مديريت و حضور در شركت‌های Avistar ،IDG ،IDC ، دانشگاهMIT، مجموعه شركت‌های Polaris وNarad ، و رياست هيأت مديره شركت‌های Ember ، Paratek و Sicortex اشاره نمود.
وی در سال‌های 1979 تا 1990 كه در شركت 3com بود، توانست آن شركت را در اوج فعاليت‌های مربوط به طراحی و ساخت تجهيزات شبكه قرار دهد.
متكالف تاكنون نشان‌ها و جوايز فراوانی را دريافت كرده است. از جمله جايزه ACM در سال 1980، جايزه گراهام‌بل از IEEE در سال 1988، عضويت در آكادمی هنر و علوم آمريكا در سال 1995، مدال تقدير از انجمن IEEE در سال 1996، عضويت در كنسرسيوم بين‌المللی مهندسی و همچنين چهار مدرک دكتری افتخاری از دانشگاه‌های مختلف.[hr:90ee4c17af]




• • • اصطلاحات اترنت

شبکه های اترنت از مجموعه قوانين محدودی بمنظور قانونمند کردن عمليات اساسی خود استفاده می نمايند. بمنظور شناخت مناسب قوانين موجود لازم است که با برخی از اصطلاحات مربوطه در اين زمينه بيشتر آشنا شويم :

Medium (محيط انتقال ) . دستگاههای اترنت از طريق يک محيط انتقال به يکديگر متصل می گردند.

Segment (سگمنت ) . به يک محيط انتقال به اشتراک گذاشته شده منفرد، " سگمنت " می گويند.

Node ( گره ) . دستگاههای متصل شده به يک Segment را گره و يا " ايستگاه " می گويند.

Frame (فريم) . به يک بلاک اطلاعات که گره ها از طريق ارسال آنها با يکديگر مرتبط می گردند، اطلاق می گردد

فريم ها مشابه جملات در زبانهای طبيعی ( فارسی، انگليسی ... ) می باشند. در هر زبان طبيعی برای ايجاد جملات، مجموعه قوانينی وجود دارد مثلا" يک جمله می بايست دارای موضوع و مفهوم باشد. پروتکل های اترنت مجموعه قوانين لازم برای ايجاد فريم ها را مشخص خواهند کرد .اندازه يک فريم محدود بوده ( دارای يک حداقل و يک حداکثر ) و مجموعه ای از اطلاعات ضروری و مورد نيار می بايست در فريم وجود داشته باشد.
مثلا" يک فريم می بايست دارای آدرس های مبداء و مقصد باشد. آدرس های فوق هويت فرستنده و دريافت کننده پيام را مشخص خواهد کرد. آدرس بصورت کاملا" اختصاصی يک گره را مشخص می نمايد.( نظير نام يک شخص که بيانگر يک شخص خاص است ) . دو دستگاه متفاوت اترنت نمی توانند دارای آدرس های يکسانی باشند.



• • • CSMA/CD

تکنولوژی CSMA/CD )carrier-sense multiple access with collision detection ) مسئوليت تشريح و تنظيم نحوه ارتباط گره ها با يکديگررا برعهده دارد. با اينکه واژه فوق پيچيده بنظر می آيد ولی با تقسيم نمودن واژه فوق به بخش های کوچکتر، می توان با نقش هر يک از آنها سريعتر آشنا گرديد.بمنظور شناخت تکنولوژی فوق مثال زير را در نظر بگيريد :

فرض کنيد سگمنت اترنت، مشابه يک ميز ناهارخوری باشد. چندين نفر ( نظير گره ) دور تا دور ميز نشسته و به گفتگو مشغول می باشند. واژه multiple access ( دستيابی چندگانه) بدين مفهوم است که : زمانيکه يک ايستگاه اترنت اطلاعاتی را ارسال می دارد تمام ايستگاههای ديگر موجود ( متصل ) در محيط انتقال ، نيز از انتقال اطلاعات آگاه خواهند شد.(.نظير صحبت کردن يک نفر در ميز ناهار خوری و گوش دادن سايرين ). فرض کنيد که شما نيز بر روی يکی از صندلی های ميز ناهار خوری نشسته و قصد حرف زدن را داشته باشيد، در همان زمان فرد ديگری در حال سخن گفتن است در اين حالت می بايست شما در انتظار اتمام سخنان گوينده باشيد. در پروتکل اترنت وضعيت فوق carrier sense ناميده می شود.قبل از اينکه ايستگاهی قادر به ارسال اطلاعات باشد می بايست گوش خود را بر روی محيط انتقال گذاشته و بررسی نمايد که آيا محيط انتقال آزاد است ؟ در صورتيکه صدائی از محيط انتقال به گوش ايستگاه متقاضی ارسال اطلاعات نرسد، ايستگاه مورد نظر قادر به استفاده از محيط انتقال و ارسال اطلاعات خواهد بود.

Carrier-sense multiple access شروع يک گفتگو را قانونمند و تنظيم می نمايد ولی در اين رابطه يک نکته ديگر وجود دارد که می بايست برای آن نيز راهکاری اتخاذ شود.فرض کنيد در مثال ميز ناهار خوری در يک لحظه سکوتی حاکم شود و دو نفر نيز قصد حرف زدن را داشته باشند.در چنين حالتی در يک لحظه سکوت موجود توسط دو نفر تشخيص و بلافاصله هر دو تقريبا" در يک زمان يکسان شروع به حرف زدن می نمايند.چه اتفاقی خواهد افتاد ؟ در اترنت پديده فوق را تصادم (Collision) می گويند و زمانی اتفاق خواهد افتاد که دو ايستگاه قصد استفاده از محيط انتقال و ارسال اطلاعات را بصورت همزمان داشته باشند. در گفتگوی انسان ها ، مشکل فوق را می توان بصورت کاملا" دوستانه حل نمود. ما سکوت خواهيم کرد تا اين شانس به سايرين برای حرف زدن داده شود.همانگونه که در زمان حرف زدن من، ديگران اين فرصت را برای من ايجاد کرده بودند! ايستگاههای اترنت زمانيکه قصد ارسال اطلاعات را داشته باشند، به محيط انتقال گوش فرا داده تا به اين اطمينان برسند که تنها ايستگاه موجود برای ارسال اطلاعات می باشند. در صورتيکه ايستگاههای ارسال کننده اطلاعات متوجه نقص در ارسال اطلاعات خود گردند ،از بروز يک تصادم در محيط انتقال آگاه خواهند گرديد. در زمان بروز تصادم ، هر يک از ايستگاههای مربوطه به مدت زمانی کاملا" تصادفی در حالت انتظار قرار گرفته و پس از اتمام زمان انتظار می بايست برای ارسال اطلاعات شرط آزاد بودن محيط انتقال را بررسی نمايند! توقف تصادفی و تلاش مجدد يکی از مهمترين بخش های پروتکل است .



• • • محدوديت های اترنت

يک شبکه اترنت دارای محدوديت های متفاوت از ابعاد گوناگون (بکارگيری تجهيزات ) است .طول کابلی که تمام ايستگاهها بصورت اشتراکی از آن بعنوان محيط انتقال استفاده می نمايند يکی از شاخص ترين موارد در اين زمنيه است . سيگنال های الکتريکی در طول کابل بسرعت منتشر می گردند. همزمان با طی مسافتی، سيگنال ها ضعيف می گردند. وچود ميدان های الکتريکی که توسط دستگاههای مجاور کابل نظيرلامپ های فلورسنت ايجاد می گردد ، باعث تلف شدن سيگنال می گردد. طول کابل شبکه می بايست کوتاه بوده تا امکان دريافت سيگنال توسط دستگاه های موجود در دو نقطه ابتدائی و انتهائی کابل بصورت شفاف و با حداقل تاخير زمانی فراهم گردد. همين امر باعث بروز محدوديت در طول کابل استفاده شده، می گردد

پروتکل CSMA/CD امکان ارسال اطلاعات برای صرفا" يک دستگاه را در هر لحظه فراهم می نمايد، بنابراين محدوديت هائی از لحاظ تعداد دستگاههائی که می توانند بر روی يک شبکه مجزا وجود داشته باشند، نيز بوجود خواهد آمد. با اتصال دستگاه های متعدد (فراوان ) بر روی يک سگمنت مشترک، شانس استفاده از محيط انتقال برای هر يک از دستگاه های موجود بر روی سگمنت کاهش پيدا خواهد کرد. در اين حالت هر دستگاه بمنظور ارسال اطلاعات می بايست مدت زمان زيادی را در انتظار سپری نمايد .

توليد کنندگان تجهيزات شبکه دستگاه های متفاوتی را بمنظور غلبه بر مشکلات و محدوديت گفته شده ، طراحی و عرضه نموده اند. اغلب دستگاههای فوق مختص شبکه های اترنت نبوده ولی در ساير تکنولوژی های مرتبط با شبکه نقش مهمی را ايفاء می نمايند.



• • • تکرارکننده (Repeater)

اولين محيط انتقال استفاده شده در شبکه های اترنت کابل های مسی کواکسيال بود که Thicknet ( ضخيم) ناميده می شوند. حداکثر طول يک کابل ضخيم 500 متر است . در يک ساختمان بزرگ ، کابل 500 متری جوابگوی تمامی دستگاه های شبکه نخواهد بود. تکرار کننده ها با هدف حل مشکل فوق، ارائه شده اند. . تکرارکننده ها ، سگمنت های متفاوت يک شبکه اترنت را به يکديگر متصل می کنند. در اين حالت تکرارکننده سيگنال ورودی خود را از يک سگمنت اخذ و با تقويت سيگنال آن را برای سگمنت بعدی ارسال خواهد کرد. بدين تزتيب با استفاده از چندين تکرار کننده و اتصال کابل های مربوطه توسط آنان ، می توان قطر يک شبکه را افزايش داد. ( قطر شبکه به حداکثر مسافت موجود بين دو دستگاه متمايز در شبکه اطلاق می گردد )



• • • Bridges و سگمنت

شبکه های اترنت همزمان با رشد (بزرگ شدن) دچار مشکل تراکم می گردند. در صورتيکه تعداد زيادی ايستگاه به يک سگمنت متصل گردند، هر يک دارای ترافيک خاص خود خواهند بود . در شرايط فوق ، ايستگاههای متعددی قصد ارسال اطلا عات را دارند ولی با توجه به ماهيت اين نوع از شبکه ها در هر لحظه يک ايستگاه شانس و فرصت استفاده از محيط انتقال را پيدا خواهد کرد. در چنين وضعيتی تعداد تصادم در شبکه افزايش يافته و عملا" کارآئی شبکه افت خواهد کرد. يکی از راه حل های موجود بمنظور برطرف نمودن مشکل تراکم در شبکه تقسيم يک سگمنت به چندين سگمنت است . با اين کار برای تصادم هائی که در شبکه بروز خواهد کرد، دامنه وسيعتری ايجاد می گردد.راه حل فوق باعث بروز يک مشکل ديگر می گردد: سگمنت ها قادر به اشتراک اطلاعات با يکديگر نخواهند بود.

بمنظور حل مشکل فوق، Bridges در شبکه اترنت پياده سازی شده است . Bridge دو و يا چندين سگمنت را به يکديگر متصل خواهد کرد. بدين ترتيب دستگاه فوق باعث افزايش قطر شبکه خواهد شد. عملکرد Bridge از بعد افزايش قطر شبکه نظير تکرارکننده است ، با اين نفاوت که Bridge قادر به ايجاد نظم در ترافيک شبکه نيز خواهد بود . Bridge نظير ساير دستگاههای موجود در شبکه قادر به ارسال و دريافت اطلاعات بوده ولی عملکرد آنها دقيقا" مشابه يک ايستگاه نمی باشد. Bridge قادر به ايجاد ترافيکی که خود سرچشمه آن خواهد بود، نيست ( نظير تکرارکننده ) .Bridge صرفا" چيزی را که از ساير ايستگاهها می شنود ، منعکس می نمايد. ( Bridge قادر به ايجا د يک نوع فريم خاص اترنت بمنظور ايجاد ارنباط با ساير Bridge ها می باشند )

همانگونه که قبلا" اشاره گرديد هر ايستگاه موجود در شبکه تمام فريم های ارسال شده بر روی محيط انتقال را دريافت می نمايد.(صرفنظر ازاينکه مقصد فريم همان ايستگاه باشد و يا نباشد.) Bridge با تاکيد بر ويژگی فوق سعی بر تنظيم ترافيک بين سگمنت ها دارد.



• • • روترها : سگمنت های منطقی

با استفاده از Bridge امکان ارتباط همزمان بين ايستگاههای موجود در چندين سگمنت فراهم می گردد. Bridge در رابطه با ترافيک موجود در يک سگمنت عمليات خاصی را انجام نمی دهد.

روتر يکی از دستگاههای پيشرفته در شبکه بوده که قادر به تقسيم يک شبکه به چندين شبکه منطقی مجزا است . ر
وتر ها يک محدوده منطقی برای هر شبکه ايجاد می نمايند. روترها بر اساس پروتکل هائی که مستقل از تکنولوژی خاص در يک شبکه است، فعاليت می نمايند. ويژگی فوق اين امکان را برای روتر فراهم خواهد کرد که چندين شبکه با تکنولوژی های متفاوت را به يکديگر مرتبط نمايد. استفاده از روتر در شبکه های محلی و گسترده امکان پذيراست .



• • • اترنت و استاندارد 802.3

شايد تاکنون اصطلاح 802.3 را در ارتباط با شبکه های اترنت شنيده باشيد . اترنت بعنوان يک استاندارد شبکه توسط شرکت های : ديجيتال، اينتل و زيراکس (DIX) مطرح گرديد. در سال 1980موسسه IEEE کميته ای را مسئول استاندار سازی تکنولوژی های مرتبط با شبکه کرد.

موسسه IEEE نام گروه فوق را 802 قرار داد. ( عدد 802 نشاندهنده سال و ماه تشکيل کميته استاندارسازی است ) کميته فوق از چندين کميته جانبی ديگر تشکيل شده بود .
هر يک از کميته های فرعی نيز مسئول بررسی جنبه های خاصی از شبکه گرديدند. موسسه IEEE برای تمايز هر يک از کميته های جانبی از روش نامگذاری : x802.x استفاده کرد. X يک عدد منصر بفرد بوده که برای هر يک از کميته ها در نظر گرفته شده بود .
گروه 802.3 مسئوليت استاندارد سازی عمليات در شبکه های CSMA/CD را برعهده داشتند. (شبکه فوق در ابتدا DIX Ethernet ناميده می شد) اترنت و 802.3 از نظر فرمت داده ها در فريم های اطلاعاتی با يکديگر متفاوت می باشند.