دانلود مقاله مبانی اترنت

بخشی از مقاله

مبانی اترنت

اترنت ،‌ متداولترين فنآوری استفاده شده در دنيای شبكه های محلی است كه خود از مجموعه ای‌ تكنولوژی ديگر تشكيل شده است . يكی از بهترين روش های آشنائی اصولی با اترنت ،‌ مطالعه آن با توجه به مدل مرجع OSI است . اترنت از رسانه های انتقال داده و پهنای باند متفاوتی حمايت می نمايد ولی در تمامی نمونه های موجود از يك قالب فريم و مدل آدرس دهی مشابه استفاده می گردد .
به منظور دستيابی هر يك از ايستگاه ها و يا گره های موجود در شبكه به محيط انتقال ، استراتژی های كنترل دستيابی مختلفی تاكنون ابداع شده است . آگاهی از نحوه دستيابی دستگاه های شبكه ای به محيط انتقال امری لازم و ضروری به منظور شناخت عملكرد شبكه و اشكال زدائی منطقی و اصولی آن می باشد .

اترنت چيست ؟
• اكثر ترافيك موجود در اينترنت از اترنت شروع و به آن نيز خاتمه می يابد . اترنت در سال 1970 ايجاد و از آن زمان تاكنون به منظور تامين خواسته های موجود برای شبكه های محلی با سرعت بالا رشد و ارتقاء يافته است . زمانی كه يك رسانه انتقال داده جديد نظير فيبر نوری توليد می گرديد ، اترنت نيز متاثر از اين تحول می شد تا بتواند از مزايای برجسته پهنای باند بالا و نرخ پائين خطاء در فيبر نوری استفاده نمايد . هم اينك پروتكل هائی كه در سال 1972 صرفا" قادر به حمل داده با نرخ سه مگابيت در ثانيه بودند ،‌می توانند داده را با سرعت ده گيگابيت در ثانيه حمل نمايند .
• سادگی و نگهداری‌ آسان ، قابليت تركيب و تعامل با تكنولوژی های جديد ، معتبر بودن و قيمت پائين نصب و ارتقاء از مهمترين دلايل موفقيت اترنت محسوب می گردد .
• امكان استفاده دو و يا بيش از دو ايستگاه از يك محيط انتقال بدون تداخل سيگنال ها با يكديگر ،‌ از مهمترين دلايل ايجاد اترنت می باشد . استفاده چندين كاربر از يك محيط انتقال مشترك در ابتدا و در سال 1970 در دانشگاه هاوائی مورد توجه قرار گرفت . ماحصل مطالعه فوق ،‌ ابداع روش دستيابی اترنت بود كه بعدا" CSMA/CD ناميده شد .

• اولين شبكه محلی در جهان ،‌ نسخه ای اوليه از اترنت بود كه Robert Metcalfe ‌و همكاران وی در زيراكس آن را در بيش از سی و چهار سال قبل طراحی نمودند. اولين استاندارد اترنت در سال 1980 توسط كنسرسيومی متشكل از اينتل ، Digital Equipment و زيراكس و با نام اختصاری DIX ايجاد گرديد . مهمترين هدف كنسرسيوم فوق ، ارائه يك استاندارد مشترك بود تا تمامی علاقه مندان بتوانند از مزايای آن بدون محدوديت های مرسوم استفاده نمايند و به همين دليل بود كه آنان بر روی يك استاندارد باز متمركز شدند . اولين محصول پياده سازی شده با استفاده از استاندارد اترنت در اوائل سال 1980 به فروش رفت . اترنت اطلاعات را با سرعت ده مگابيت درثانيه بر روی كابل كواكسيال و حداكثر تا مسافت دو كيلومتر ارسال می نمود . به اين نوع كابل كواكسيال ، thicknet نيز گفته می شود .

• در سال 1995 ، موسسه IEEE كميته هائی‌ را به منظور استاندارد سازی اترنت ايجاد نمود . استاندارد های فوق با 802 شروع می شود و اين استاندارد برای اترنت 3 . 802 می باشد . موسسه IEEE درصدد بود كه استانداردهای ارائه شده با مدل مرجع OSI سازگار باشند . به همين دليل لازم بود به منظور تامين خواسته های لايه يك و بخش پائينی لايه دوم مدل مرجع OSI ، تغييراتی در استاندارد 3 . 802 داده شود . تغييرات اعمال شده در نسخه اوليه اترنت بسيار اندك بود بگونه ای كه هر كارت شبكه اترنت قادر به ارسال و يا دريافت فريم های اترنت و استاندارد 3 . 802 بود . در واقع ، اترنت و IEEE 802.3 ، استانداردهای مشابه و يكسانی می باشند .

• پهنای باند ارائه شده توسط اترنت در ابتدا ده مگابيت در ثانيه بود و برای كامپيوترهای شخصی دهه هشتاد كه دارای سرعت پائين بودند ،‌ كافی بنظر می آمد ولی در اوايل سال 1990 كه سرعت كامپيوترهای شخصی و اندازه فايل ها افزايش يافت ،‌ مشكل پائين بودن سرعت انتقال داده بهتر نمايان شد . اكثر مشكلات فوق به كم بودن پهنای باند موجود مربوط می‌ گرديد . در سال 1995 ، موسسه IEEE ،‌استانداردی را برای اترنت با سرعت يكصد مگابيت در ثانيه معرفی نمود . اين روال ادامه يافت و در سال های 1998 و 1999 استانداردهائی برای گيگابيت نيز ارائه گرديد .
• تمامی استاداردهای ارائه شده با استاندارد اوليه اترنت سازگار می باشند . يك فريم اترنت می تواند از طريق يك كارت شبكه با كابل كواكسيال 10 مگابيت در ثانيه از يك كامپيوتر شخصی خارج و بر روی يك لينك فيبر نوری اترنت ده گيگابيت در ثانيه ارسال و در انتها به يك كارت شبكه با سرعت يكصد مگابيت در ثانيه برسد . تا زمانی كه بسته اطلاعاتی بر روی شبكه های اترنت باقی است در آن تغييری داده نخواهد شد . موضوع فوق وجود استعداد لازم برای رشد و گسترش اترنت را به خوبی نشان می دهد . بدين ترتيب امكان تغيير پهنای باند بدون ضرورت تغيير در تكنولوژی های اساسی اترنت همواره وجود خواهد داشت .
قوانين نامگذاری اترنت توسط موسسه IEEE

• اترنت صرفا" يك تكنولوژی نمی باشد و خانواده ای مشتمل بر مجموعه ای از تكنولوژی های ديگر نظير
Legacy, Fast Ethernet و Gigabit Ethernet را شامل می شود . سرعت اترنت می تواند ده ، يكصد ،‌ يكهزار و يا ده هزار مگابيت در ثانيه باشد . قالب اساسی فريم و زير لايه های IEEE لايه های اول و دوم مدل مرجع OSI در تمامی نمونه های اترنت ثابت و يكسان می باشد .

• زمانی كه لازم است اترنت به منظور اضافه كردن يك رسانه انتقال داده جديد و يا قابليتی خاص توسعه يابد ،‌ موسسه IEEE يك ضميمه جديد را برای‌ استاندارد 3 . 802 ارائه می نمايد . ضميمه فوق دارای يك و يا دو حرف تكميلی است . در چنين مواردی يك نام كوته شده نيز بر اساس مجموعه قوانين زير به ضميمه نسبت داده می شود :
- عددی كه نشاندهنده تعداد مگابيت در ثانيه داده انتقالی است .
- حرفی كه نشاندهنده استفاده از سيگنالينگ Baseband می باشد .

- يك و يا چندين حرف الفبائی كه نوع رسانه انتقال داده را مشخص می نمايد ( مثلا" از حرف F برای فيبر نوری و يا T برای كابل های مسی بهم تابيده )
• اترتت در ارتباط با سيگنالينگ Baseband می‌باشد كه از تمامی پهنای باند رسانه انتقال داده استفاده نموده و سيگنال داده مستقيما" بر روی رسانه انتقال داده ارسال می گردد . در سيگنالينگ Broadband كه توسط اترنت استفاده نمی گردد ، سيگنال داده هرگز مستقيما" بر روی محيط انتقال داده قرار نمی گيرد . يك سيگنال آنالوگ ( Carrier Signal ) ، با سيگنال داده ‌مدوله شده و سيگنال فوق ارسال می گردد . شبكه های راديوئی و شبكه های كابلی تلويزيون از سيگنالينگ broadband استفاده می نمايند .
• موسسه IEEE نمی تواند توليد كنندگان تجهيزات شبكه ای را مجبور نمايد كه بطور كامل هر نوع استاندارد ارائه شده را رعايت نمايند ولی اميدوار است به اهداف زير نائل گردد :
- ارائه اطلاعات منهدسی مورد نياز برای ايجاد دستگاه هائی كه متناسب با استانداردهای اترنت باشند .

- ترويج ابداعات جديد و استفاده از آنان توسط توليد كنندگان

اترنت و مدل مرجع OSI
• اترنت در دو ناحيه از مدل مرجع OSI كار می كند : لايه فيزيكی و بخش پائينی لايه Data Link ( زير لايه MAC ناميده می شود ) .
• برای انتقال داده بين يك ايستگاه اترنت و ايستگاه ديگر ، عموما" داده از طريق يك Repeater ارسال می گردد . در چنين مواردی سایر ايستگاه های موجود در يك Collistion domain مشابه ، ترافيك عيوری از طريق Repeater را مشاهده خواهند كرد .Collision domain يك منبع مشترك است كه مسائل ايجاد شده در بخشی از آن ساير عناصر موجود در collision domain را تحت تاثير قرار خواهد داد .
• Repeater ، مسئوليت فورواردينگ تمامی ترافيك بر روی ساير پورت ها را برعهده دارد . ترافيك دريافتی توسط يك Repeater بر روی پورت اوليه ارسال نخواهد شد . هر سيگنال تشخيص داده شده توسط يك Repeater فوروارد خواهد شد . در صورت افت سيگنال ( نويز و يا ميرائی ) ،‌ Repeater مجددا" آن را احياء و توليد می نمايد .

• با استفاده از استانداردهای موجود حداكثر تعداد ايستگاه در هر سگمنت ،‌ حداكثر طول هر سگمنت و حداكثر تعداد Repeater بين ايستگاه ها مشخص می گردد . ايستگاه هائی كه توسط Repeater از يكديگر جدا می شوند ، جملگی در يك Collision Domain مشابه قرار می گيرند ( توجه داشته باشيد كه ايستگاه هائی كه توسط Bridge و روتر از يكديگر جدا می گردند در Collision Domain متفاوتی قرار می گيرند ) .
• در لايه اول ( فيزيكی ) و بخش پائينی لايه دوم ( Data link ) مدل مرجع OSI از تكنولوژی های متفاوت اترنت استفاده می گردد . اترنت در لايه اول شامل ارتباط با رسانه انتقال داده ، سيگنال ها ، جريان پيوسته انتقال داده ، عناصری كه سيگنال ها را بر روی رسانه انتقال داده قرار می دهند و تكنولوژی های متعدد ديگری است . اترنت لايه اول دارای يك نقش اساسی در مبادله اطلاعات بين دستگاه ها می باشد. در اين رابطه محدوديت های خاصی نيز وجود دارد كه لايه دوم با هدف غلبه بر محدوديت های فوق ،‌ امكانات خاصی را ارائه می نمايد :
لايه اول ، نمی تواند با لايه های بالاتر ارتباط برقرار نمايد .

لايه دوم از طريق LLC ( برگرفته از Logical Link Control ) با لايه بالاتر ارتباط برقرار می نمايد .

لايه اول ،‌ قادر به شناسائی كامپيوترها نمی باشد .
لايه دوم از يك فرآيند آدرس دهی خاص استفاده می نمايد .

لايه اول ، صرفا" قادر به تشريح جريان مستمر داده های صفر و يك است .
لايه دوم از فريم به منظور سازماندهی و گروه بندی بيت ها استفاده می نمايد .

• زير لايه های Data Link به منظور سازگاری بين تكنولوژی ها و مبادله اطلاعات بين كامپيوترها مطرح می گردند :
زير لايه MAC ،‌ در ارتباط با عناصر فيزيكی است كه از آنان به منظور مبادله اطلاعات استفاده می گردد .
زير لايه LLC ، مستقل از تجهيزات فيزيكی است و از آن به منظور فرآيند مبادله اطلاعات استفاده می گردد .

نامگذاری
• برای عرضه محلی فريم ها در اترنت ،‌ می بايست از يك مدل آدرس دهی به منظور شناسائی كامپيوترها و اينترفيس ها استفاده گردد . اترنت از آدرس های MAC كه طول آنان چهل و هشت بيتی است و به صورت دوازده رقم مبنای شانزده نمايش داده می شوند ،‌استفاده می نمايد . اولين شش رقم مبنای شانزده كه توسط موسسه IEEE مديريت می گردد ، مسئوليت شناسائی توليد كننده را برعهده دارد . اين بخش از آدرس MAC را OUI ( برگرفته از Organizational Unique Identifier ) می گويند . شش رقم باقيمانده مبنای شانزده ، شماره سريال اينترفيس را مشخص می نمايد .
• آدرس های MAC ، درون حافظه ROM نوشته شده و در زمان مقداردهی اوليه كارت شبكه در حافظه RAM مستقر می گردند . به آدرس های فوق BIA ( برگرفته از burned-in addresses ) نيز گفته می شود.

• در لايه Data Link ،‌ اطلاعات موردنياز MAC ( هدر و دنباله ) به داده دريافتی از لايه بالاتر اضافه خواهد شد . اطلاعات فوق شامل اطلاعات كنترلی برای لايه Data در سيستم مقصد می باشد .
• كارت شبكه از آدرس MAC به منظور تشخيص محل ارسال پيام در لايه های بالاتر مدل مرجع OSI استفاده می نمايد . كارت شبكه برای تشخيص فوق از پردازنده كامپيوتر استفاده نخواهد كرد . بدين ترتيب زمان مبادله اطلاعات در شبكه های اترنت بهبود پيدا خواهد كرد .

• در يك شبكه اترنت ،‌ زمانی كه يك دستگاه اقدام به ارسال داده می نمايد ، می تواند يك مسير ارتباطی را با ساير دستگاه ها با استفاده از آدرس MAC مقصد فعال نمايد . دستگاه مبداء يك هدر را به آدرس MAC مقصد مورد نظر اضافه می نمايد و داده را بر روی شبكه ارسال می نمايد . به موازات انتشار داده بر روی محيط انتقال شبكه ، كارت شبكه هر يك از دستگاه های موجود در شبكه ، آدرس MAC اطلاعات ارسالی را بررسی تا تشخيص دهد كه آيا اين بسته اطلاعاتی برای وی ارسال شده است و يا خير . در صورتی كه آدرس MAC موجود در فريم با آدرس MAC كامپيوتر دريافت كننده مطابقت ننمايد ، كامپيوتر و يا دستگاه مقصد آن را دور خواهد انداخت . زمانی كه داده به مقصد مورد نظر خود می رسد ، كارت شبكه يك نسخه از فريم را تكثير و آن را در اختيار لايه های OSI قرار می دهد . در يك شبكه اترنت ، تمامی گره ها می بايست هدر MAC را بررسی نمايند ( حتی‌ در مواردی كه گره های درگير در مبادله اطلاعات در مجاورت فيزيكی يكديگر باشند ) .
• تمامی دستگاه های متصل شده به يك شبكه محلی اترنت دارای آدرس MAC می باشند ( ايستگاه ها ، چاپگرها ، روترها و سوئيچ ها ) .

فريم در لايه دوم
• برای رمز كردن و ارسال جريان مستمر بيت ها ( داده ) بر روی رسانه انتقال داده فيزيكی ، عمليات گسترده ای می بايست انجام شود ولی برای مبادله اطلاعات عمليات فوق به تنهائی كافی نمی باشد . با تعريف يك ساختمان داده خاص،‌ امكان دريافت و ذخيره اطلاعات ضروری كه امكان بدست آوردن آنان توسط بيت های رمز شده وجود ندارد ، فراهم می گردد . اطلاعات زير نمونه هائی در اين زمينه می باشد :
- كدام كامپيوتر در حال مبادله اطلاعات با كامپيوتر ديگری است .
- چه زمانی مبادله اطلاعات بين كامپيوترها شروع و چه زمانی خاتمه می يابد .
- ارائه روشی برای تشخيص خطاء كه در زمان مبادله اطلاعات ممكن است اتفاق بيافتد .
- كدام كامپيوتر امكان استفاده از محيط انتقال را برای برقراری يك مبادله اطلاعات بدست گرفته است .
• فريم ،‌واحد داده در لايه دوم بوده و با استفاده از فرآيند framing تمامی عمليات كپسوله می گردد . هر استاندارد ممكن است ساختار خاصی را برای فريم تعريف كرده باشد . يك فريم از چندين بخش ( فيلد ) تشكيل می گردد . هر فيلد نيز از مجموعه ای بايت تشكيل شده است :

A B C E F
فيلد شروع فريم فيلد آدرس فيلد نوع / طول فيلد داده فيلد FCS

• زمانی كه كامپيوترها به يك رسانه انتقال داده متصل می گردند ، می بايست آنان از روشی به منظور استفاده از محيط انتقال برای ارسال پيام و آگاهی به ساير كامپيوترها استفاده نمايند . در اين رابطه از تكنولوژی های متعددی استفاده می گردد كه هر يك دارای روش مختص به خود برای انجام اين فرآيند می باشند . تمامی فريم ها ، صرفنظر از نوع تكنولوژی ، دارای يك سيگنال آغازين مشتمل بر دنباله ای از بايت ها می باشند .
• تمامی فريم ها شامل اطلاعات نامگذاری نظير نام گره مبداء ( آدرس MAC ) و نام گره مقصد ( آدرس MAC ) می باشند .
• اكثر فريم ها دارای تعدادی فيلد خاص نيز می باشند . در برخی تكنولوژی ها ، يك فيلد طول مسئوليت مشخص نمودن طول واقعی يك فريم بر حسب بايت را برعهده دارد . برخی فريم ها دارای يك فيلد "نوع " می باشند كه پروتكل لايه سوم كه درخواست را ارسال نموده است ، مشخص می نمايد .

• علت ارسال فريم ها ،‌ دريافت داده لايه های بالاتر از مبداء به مقصد مورد نظر است . بسته داده دارای دو بخش مجزاء می باشد : داده User Application و بايت های كپسوله شده برای ارسال به كامپيوتر مقصد . در اين رابطه ممكن است بايت های ديگری نيز اضافه گردد . فريم ها دارای‌ يك حداقل طول برای فرآيند تنظيم زمان می باشند . در فريم های استاندارد IEEE ، بايت های LLC نيز در فيلد داده قرار می گيرند . زير لايه LLC ، داده پروتكل شبكه ، يك بسته اطلاعاتی IP را دريافت و اطلاعات كنترلی را به آن اضافه نموده تا شرايط مناسب برای توزيع بسته های اطلاعاتی به مقصد مورد نظر فراهم گردد .