تاریخچه

Ethernet در شرکت PARC Xerox در سالهای ۱۹۷۵-۱۹۷۳ پایه ریزی شد.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 بطور کلی بر این نظریه بنا شد: ارتباط کامپیوترها برروی کابل کواکسیال که به‌عنوان یک وسیله انتقال عمل می‌کند و به صورت اشعاب تزریقی به کامپیوتر وصل می‌شود بدین معنا که به کمک یک ابزار محکم شونده بروی کابل.

Repeater and Hub ( تکرار کننده‌ها و هاب ):به علت 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.برای Ehternet با کابلهای کواکسیال به انتهای هر کابلی یک مقاومت ۵۰ اهمی متصل می‌شود. معمولاً این مقاومت بصورت 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 برروی ارتباط تأثیر می‌گذارد. برای بیشتر کردن طول ارتباط از یک تکرار کننده (Repeater) Ehternet استفاده می‌کنند. تکرار کننده سیگنال را از یک کابل Ehternet می‌گیرد و آنرا در کابل دیگر تکرار می‌کند.اگر یک تصادم تشخیص داده شود، تکرار کننده یک سیگنال تمامی در گاه‌ها ارسال می‌کند تا از تشخیص تصادم مطمئن شود. به‌وسیله تکرار کننده‌ها می‌توان پنج قطعه بین دو کامپیوتر را متصل کرد بطوری که سه مورد از انها می‌توانند دستگاه‌های متصل شده باشند. تکرار کننده‌ها قادر به تشخیص ختم غیرمعمول در یک ارتباط شوند و نتیجتا انتقال اطلاعات را به ان ارتباط متوقف می‌کنند. چنانچه در یکی از قسمت‌های متصل به درگاه تکرار کننده خطائی بعلت قطع کابل اتفاق بیفتاد ، تکرار کننده 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 غیر قابل استفاده بودن شبکه داشته باشد.

Bridging and Switching

 با وجود اینکه تکرار کننده‌ها 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. 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 ضرذوری شبکه ارسال می‌کند که این مطلب باعث افزایش کارائی شبکه می‌شود. ترافیک توزیعی ( Broadcast ) همچنان برای تمامی درگاه‌ها ارسال می‌شود. Bridgeها بر محدودیت ارتباطی بین دو کامپیوتر غلبه می‌کنند و امکان داشتن سرعتهای مختلف و بالاتر را مهیا می‌کنند که این موضوع در مقدمه Fast Ehternet مهم است. Bridgeهای اولیه هر بسته‌ای را با نرم‌افزاری که داشتند بررسی می‌کردند که باعث کندی بیش از Hubها در ارسال ترافیک می‌شد. مخصوصا 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 بطور 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. بسته‌های اطلاعاتی در شبکه‌های سوئیچ فقط به دستگاه‌های مربوطه که به درگاه‌ها متصلند فرستاده می‌شود. شبکه‌های سوئیچ همچنان می‌توانند به‌وسیله ARP Spoofing و 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. 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 برروی 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 بصورت متقارن باشد. در یک دامنه تصادم همه پهنای باند ارتباططی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد و طول قسمت شبکه بخاطر تشخیص تصادم محدود نمی‌شود.

Dual speed hubs

در اولین روزهای شبکه‌های Fast Ehternet تجهیزات Ehternet گران قیمت بودند. مشکلی که شبکه‌های Hub داشتند این بود که هر دستگاه ۱۰ BASE-T که متصل می‌شد باعث می‌شد که کل سیستم با سرعت ۱۰ Mbit/s کار کند. با توجه به قیاس بین سوئیچ و Hub باعث پدید آمدن Hubها با سرعت دو گانه شد. این دستگاه‌ها شامل یک سوئیچ دو پورت داخلی بودند یکی با سرعت ۱۰ Mbit/s و دیگری ۱۰۰BASE –T (۱۰۰Mbit) . هرگاه دستگاهی به درگاه آن متصل می‌شد با توجه اینکه چه نوعی است با سرعت ۱۰BASE –T و یا ۱۰۰BASE –T کار می‌کرد. که این امر مانع انتقال کل شبکه به شبکه ۱۰BASE –T و یا ۱۰۰BASE –T می‌شد. 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 ، تقریبا" 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 پیاده سازی 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 صرفا" در نسخه DIX به عنوان "نوع" در نظر گرفته شده بود . در اترنت II ، فیلد "نوع" ، در تعریف فریم ۳ . ۸۰۲ مورد توجه قرار گرفت . گره دریافت کننده با بررسی مقدار فیلد " طول / نوع " ، می‌بایست نوع پروتکل استفاده شده در لایه بالاتر موجود در فریم را تعیین نماید ( مثلا" ۰x۰۸۰۰ ، پروتکل IPV۴ و ۰X۸۰۶ پروتکل ARP ) . در صورتی که مقدار موجود در این فیلد معادل ۰X۶۰۰ ( مبنای شانزده ) و یا بزرگ‌تر از آن باشد ، فریم بر اساس سیستم کدینگ اترنت دو تفسیر می‌گردد .The most common Ethernet Frame آدرس مقصد ، شامل آدرس MAC مقصد است . آدرس مقصد می‌تواند به صورت تکی ( Unicast ) ، گروهی ( Multicast ) و یا برای تمامی گره‌ها ( broadcast ) باشد .آدرس مبداء ، شامل آدرس MAC مبداء است . آدرس مبداء همواره به صورت تکی (Unicast ) بوده و آدرس گره ارسال کننده اطلاعات را مشخص می‌نماید .طول / نوع برای دو هدف متفاوت استفاده می‌گردد . در صورتی که مقدار این فیلد کمتر از ۱۵۳۶ ( مبنای ده ) و 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 . 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 octet می‌باشد. در صورتی که داده موجود در فیلد "داده " به حداقل مقدار لازم ( چهل و شش octet ) نرسیده باشد ، می‌بایست از Pad استفاده گردد .

FCS از چهار octet تشکیل و شامل مقدار CRC است که توسط دستگاه فرستنده محاسبه و توسط دریافت کننده به منظور تشخیص بروز خطاء در زمان ارسال اطلاعات ، مجددا" محاسبه می‌گردد . با توجه به این که خرابی صرفا" 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 و یا سایر فیلدهای شرکت کننده در محاسبه CRC است را غیر ممکن 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. از این رو معرفی استاندارد IEEE ۸۰۲٫۳an 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.

رده /۶A کلاس EA با ارتقای مشخصه کابل، با توجه به پذیرش IEEE ۸۰۲٫۳an، راه را برای گسترش ارتباط ۱۰GbEبه میزان زیادی هموار کرد. به نظر می‌رسد اکنون زمان مناسبی برای ارتقای قابلیت‌های بلندمدت شبکه شما باشد. 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. 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.