آشنایی با Ethernet

[mehdi_ok1]

دستيابي به اطلاعات با روش هاي مطمئن و با سرعت بالا يكي از رموز موفقيت هر سازمان و موسسه است . طي ساليان اخير هزاران پرونده و كاغذ كه حاوي اطلاعات با ارزش براي يك سازمان بوده ، در كامپيوتر ذخيره شده اند. با تغذيه دريائي از اطلاعات به كامپيوتر ، امكانمديريت الكترونيكي اطلاعات فراهم شده است . كاربران متفاوت در اقصي نقاط جهان قادر به اشتراك اطلاعات بوده و تصويري زيبا از همياري و همكاري اطلاعاتي را به نمايش مي گذارند.

شبكه هاي كامپيوتري در اين راستا و جهت نيل به اهداف فوق نقش بسيار مهمي را ايفاء مي نمايند.اينترنت كه عالي ترين تبلور يك شبكه كامپيوتري در سطح جهان است، امروزه در مقياس بسيار گسترده اي استفاده شده و ارائه دهندگان اطلاعات ، اطلاعات و يا فرآورده هاي اطلاعاتي خود را در قالب محصولات توليدي و يا خدمات در اختيار استفاده كنندگان قرار مي دهند. وب كه عالي ترين سرويس خدماتي اينترنت مي باشد كاربران را قادر مي سازد كه در اقصي نقاط دنيا اقدام به خريد، آموزش ، مطالعه و ... نمايند.

با استفاده از شبكه، يك كامپيوتر قادر به ارسال و دريافت اطلاعات از كامپيوتر ديگر است . اينترنت نمونه اي عيني از يك شبكه كامپيوتري است . در اين شبكه ميليون ها كامپيوتر در اقصي نقاط جهان به يكديگر متصل شده اند.اينترنت شبكه اي است مشتمل بر زنجيره اي از شبكه هاي كوچكتراست . نقش شبكه هاي كوچك براي ايجاد تصويري با نام اينترنت بسيار حائز اهميت است . تصويري كه هر كاربر با نگاه كردن به آن گمشده خود را در آن پيدا خواهد كرد. در اين بخش به بررسي شبكه هاي كامپيوتري و جايگاه مهم آنان در زمينه تكنولوژي اطلاعات و مديريت الكترونيكي اطلاعات خواهيم داشت .

[mehdi_ok1]

شبكه هاي محلي و شبكه هاي گسترده

تاكنون شبكه هاي كامپيوتري بر اساس مولفه هاي متفاوتي تقسيم بندي شده اند. يكي از اين مولفه ها " حوزه جغرافيائي " يك شبكه است . بر همين اساس شبكه ها به دو گروه عمدهLAN)Local area network) وWAN)Wide area network) تقسيم مي گردند. در شبكه هايLAN مجموعه اي از دستگاه هاي موجود در يك حوزه جغرافيائي محدود، نظير يك ساختمان به يكديگر متصل مي گردند . در شبكه هايWAN تعدادي دستگاه كه از يكديگر كيلومترها فاصله دارند به يكديگر متصل خواهند شد. مثلا" اگر دو كتابخانه كه هر يك در يك ناحيه از شهر بزرگي مستقر مي باشند، قصد اشتراك اطلاعات را داشته باشند، مي بايست شبكه ايWAN ايجاد و كتابخانه ها را به يكديگر متصل نمود. براي اتصال دو كتابخانه فوق مي توان از امكانات مخابراتي متفاوتي نظير خطوط اختصاصي(Leased) استفاده نمود. شبكه هايLAN نسبت به شبكه هايWAN داراي سرعت بيشتري مي باشند. با رشد و توسعه دستگاههاي متفاوت مخابراتي ميزان سرعت شبكه هايWAN ، تغيير و بهبود پيدا كرده است . امروزه با بكارگيري و استفاده از فيبر نوري در شبكه هايLAN امكان ارتباط دستگاههاي متعدد كه در مسافت هاي طولاني نسبت بيكديگر قرار دارند، فراهم شده است .

[mehdi_ok1]

در سال 1973 پژوهشگري با نام "Metcalfe" در مركز تحقيقات شركت زيراكس، اولين شبكه اترنت را بوجود آورد.هدف وي ارتباط كامپيوتر به يك چاپگر بود. وي روشي فيزيكي بمنظور كابل كشي بين دستگاههاي متصل بهم در اترنت ارائه نمود. اترنت در مدت زمان كوتاهي بعنوان يكي از تكنولوژي هاي رايج براي برپاسازي شبكه در سطح دنيا مطرح گرديد. همزمان با پيشرفت هاي مهم در زمينه شبكه هاي كامپيوتري ، تجهيزات و دستگاه هاي مربوطه، شبكه هاي اترنت نيز همگام با تحولات فوق شده و قابليت هاي متفاوتي را در بطن خود ايجاد نمود. با توجه به تغييرات و اصلاحات انجام شده در شبكه هاي اترنت ،عملكرد و نحوه كار آنان نسبت به شبكه هاي اوليه تفاوت چنداني نكرده است . در اترنت اوليه، ارتباط تمام دستگاه هاي موجود در شبكه از طريق يك كابل انجام مي گرفت كه توسط تمام دستگاهها به اشتراك گذاشته مي گرديد. پس از اتصال يك دستگاه به كابل مشترك ، مي بايست پتانسيل هاي لازم بمنظور ايجاد ارتباط با ساير دستگاههاي مربوطه نيز در بطن دستگاه وجود داشته باشد (كارت شبكه ) . بدين ترتيب امكان گسترش شبكه بمنظور استفاده از دستگاههاي چديد براحتي انجام و نيازي به اعمال تغييرات بر روي دستگاههاي موجود در شبكه نخواهد بود.
اترنت يك تكنولوژي محلي(LAN) است. اكثر شبكه هاي اوليه در حد و اندازه يك ساختمان بوده و دستگاهها نزديك به هم بودند. دستگاههاي موجود بر روي يك شبكه اترنت صرفا" قادر به استفاده از چند صد متر كابل بيشترنبودند.اخيرا" با توجه به توسعه امكانات مخابراتي و محيط انتقال، زمينه استقرار دستگاههاي موجود در يك شبكه اترنت با مسافت هاي چند كيلومترنيز فراهم شده است .

[mehdi_ok1]

پروتكل در شبكه هاي كامپيوتري به مجموعه قوانيني اطلاق مي گردد كه نحوه ارتباطات را قانونمند مي نمايد. نقش پروتكل در كامپيوتر نظير نقش زبان براي انسان است . براي مطالعه يك كتاب نوشته شده به فارسي مي بايست خواننده شناخت مناسبي از زبان فارسي را داشته باشد. بمنظور ارتباط موفقيت آميز دو دستگاه در شبكه مي بايست هر دو دستگاه از يك پروتكل مشابه استفاده نمايند.

[mehdi_ok1]

شبكه هاي اترنت از مجموعه قوانين محدودي بمنظور قانونمند كردن عمليات اساسي خود استفاده مي نمايند. بمنظور شناخت مناسب قوانين موجود لازم است كه با برخي از اصطلاحات مربوطه در اين زمينه بيشتر آشنا شويم :

Medium (محيط انتقال ) . دستگاههاي اترنت از طريق يك محيط انتقال به يكديگر متصل مي گردند.

Segment (سگمنت ) . به يك محيط انتقال به اشتراك گذاشته شده منفرد، " سگمنت " مي گويند.

Node ( گره ) . دستگاههاي متصل شده به يكSegment را گره و يا " ايستگاه " مي گويند.

Frame (فريم) . به يك بلاك اطلاعات كه گره ها از طريق ارسال آنها با يكديگر مرتبط مي گردند، اطلاق مي گردد

فريم ها مشابه جملات در زبانهاي طبيعي ( فارسي، انگليسي ... ) مي باشند. در هر زبان طبيعي براي ايجاد جملات، مجموعه قوانيني وجود دارد مثلا" يك جمله مي بايست داراي موضوع و مفهوم باشد. پروتكل هاي اترنت مجموعه قوانين لازم براي ايجاد فريم ها را مشخص خواهند كرد .اندازه يك فريم محدود بوده ( داراي يك حداقل و يك حداكثر ) و مجموعه اي از اطلاعات ضروري و مورد نيار مي بايست در فريم وجود داشته باشد. مثلا" يك فريم مي بايست داراي آدرس هاي مبداء و مقصد باشد. آدرس هاي فوق هويت فرستنده و دريافت كننده پيام را مشخص خواهد كرد. آدرس بصورت كاملا" اختصاصي يك گره را مشخص مي نمايد.( نظير نام يك شخص كه بيانگر يك شخص خاص است ) . دو دستگاه متفاوت اترنت نمي توانند داراي آدرس هاي يكساني باشند.

يك سيگنال اترنت بر روي محيط انتقال به هر يك از گره هاي متصل شده در محيط انتقال خواهد رسيد. بنابراين مشخص شدن آدرس مقصد، بمنظوردريافت پيام نقشي حياتي دارد. مثلا" در صورتيكه كامپيوترB ( شكل بالا)اطلاعاتي را براي چاپگرC ارسال مي دارد كامپيوترهايA وD نيز فريم را دريافت و آن را بررسي خواهند كرد. هر ايستگاه زمانيكه فريم را دريافت مي دارد، آدرس آن را بررسي تا مطمئن گردد كه پيام براي وي ارسال شده است يا خير؟ در صورتيكه پيام براي ايستگاه مورد نظر ارسال نشده باشد، ايستگاه فريم را بدون بررسي محتويات آن كنار خواهد گذاشت ( عدم استفاده ).

يكي از نكات قابل توجه در رابطه با آدرس دهي اترنت، پياده سازي يك آدرسBroadcast است . زمانيكه آدرس مقصد يك فريم از نوعBroadcast باشد، تمام گره هاي موجود در شبكه آن را دريافت و پردازش خواهند كرد.

[mehdi_ok1]

تكنولوژيCSMA/CD)carrier-sense multiple access with collision detection ) مسئوليت تشريح و تنظيم نحوه ارتباط گره ها با يكديگررا برعهده دارد. با اينكه واژه فوق پيچيده بنظر مي آيد ولي با تقسيم نمودن واژه فوق به بخش هاي كوچكتر، مي توان با نقش هر يك از آنها سريعتر آشنا گرديد.بمنظور شناخت تكنولوژي فوق مثال زير را در نظر بگيريد :

فرض كنيد سگمنت اترنت، مشابه يك ميز ناهارخوري باشد. چندين نفر ( نظير گره ) دور تا دور ميز نشسته و به گفتگو مشغول مي باشند. واژهmultiple access ( دستيابي چندگانه) بدين مفهوم است كه : زمانيكه يك ايستگاه اترنت اطلاعاتي را ارسال مي دارد تمام ايستگاههاي ديگر موجود ( متصل ) در محيط انتقال ، نيز از انتقال اطلاعات آگاه خواهند شد.(.نظير صحبت كردن يك نفر در ميز ناهار خوري و گوش دادن سايرين ). فرض كنيد كه شما نيز بر روي يكي از صندلي هاي ميز ناهار خوري نشسته و قصد حرف زدن را داشته باشيد، در همان زمان فرد ديگري در حال سخن گفتن است در اين حالت مي بايست شما در انتظار اتمام سخنان گوينده باشيد. در پروتكل اترنت وضعيت فوقcarrier sense ناميده مي شود.قبل از اينكه ايستگاهي قادر به ارسال اطلاعات باشد مي بايست گوش خود را بر روي محيط انتقال گذاشته و بررسي نمايد كه آيا محيط انتقال آزاد است ؟ در صورتيكه صدائي از محيط انتقال به گوش ايستگاه متقاضي ارسال اطلاعات نرسد، ايستگاه مورد نظر قادر به استفاده از محيط انتقال و ارسال اطلاعات خواهد بود.

Carrier-sense multiple access شروع يك گفتگو را قانونمند و تنظيم مي نمايد ولي در اين رابطه يك نكته ديگر وجود دارد كه مي بايست براي آن نيز راهكاري اتخاذ شود.فرض كنيد در مثال ميز ناهار خوري در يك لحظه سكوتي حاكم شود و دو نفر نيز قصد حرف زدن را داشته باشند.در چنين حالتي در يك لحظه سكوت موجود توسط دو نفر تشخيص و بلافاصله هر دو تقريبا" در يك زمان يكسان شروع به حرف زدن مي نمايند.چه اتفاقي خواهد افتاد ؟ در اترنت پديده فوق را تصادم(Collision) مي گويند و زماني اتفاق خواهد افتاد كه دو ايستگاه قصد استفاده از محيط انتقال و ارسال اطلاعات را بصورت همزمان داشته باشند. در گفتگوي انسان ها ، مشكل فوق را مي توان بصورت كاملا" دوستانه حل نمود. ما سكوت خواهيم كرد تا اين شانس به سايرين براي حرف زدن داده شود.همانگونه كه در زمان حرف زدن من، ديگران اين فرصت را براي من ايجاد كرده بودند! ايستگاههاي اترنت زمانيكه قصد ارسال اطلاعات را داشته باشند، به محيط انتقال گوش فرا داده تا به اين اطمينان برسند كه تنها ايستگاه موجود براي ارسال اطلاعات مي باشند. در صورتيكه ايستگاههاي ارسال كننده اطلاعات متوجه نقص در ارسال اطلاعات خود گردند ،از بروز يك تصادم در محيط انتقال آگاه خواهند گرديد. در زمان بروز تصادم ، هر يك از ايستگاههاي مربوطه به مدت زماني كاملا" تصادفي در حالت انتظار قرار گرفته و پس از اتمام زمان انتظار مي بايست براي ارسال اطلاعات شرط آزاد بودن محيط انتقال را بررسي نمايند! توقف تصادفي و تلاش مجدد يكي از مهمترين بخش هاي پروتكل است .

[mehdi_ok1]

يك شبكه اترنت داراي محدوديت هاي متفاوت از ابعاد گوناگون (بكارگيري تجهيزات ) است .طول كابلي كه تمام ايستگاهها بصورت اشتراكي از آن بعنوان محيط انتقال استفاده مي نمايند يكي از شاخص ترين موارد در اين زمنيه است . سيگنال هاي الكتريكي در طول كابل بسرعت منتشر مي گردند. همزمان با طي مسافتي، سيگنال ها ضعيف مي گردند. وچود ميدان هاي الكتريكي كه توسط دستگاههاي مجاور كابل نظيرلامپ هاي فلورسنت ايجاد مي گردد ، باعث تلف شدن سيگنال مي گردد. طول كابل شبكه مي بايست كوتاه بوده تا امكان دريافت سيگنال توسط دستگاه هاي موجود در دو نقطه ابتدائي و انتهائي كابل بصورت شفاف و با حداقل تاخير زماني فراهم گردد. همين امر باعث بروز محدوديت در طول كابل استفاده شده، مي گردد

پروتكلcsma/cd امكان ارسال اطلاعات براي صرفا" يك دستگاه را در هر لحظه فراهم مي نمايد، بنابراين محدوديت هائي از لحاظ تعداد دستگاههائي كه مي توانند بر روي يك شبكه مجزا وجود داشته باشند، نيز بوجود خواهد آمد. با اتصال دستگاه هاي متعدد (فراوان ) بر روي يك سگمنت مشترك، شانس استفاده از محيط انتقال براي هر يك از دستگاه هاي موجود بر روي سگمنت كاهش پيدا خواهد كرد. در اين حالت هر دستگاه بمنظور ارسال اطلاعات مي بايست مدت زمان زيادي را در انتظار سپري نمايد .

توليد كنندگان تجهيزات شبكه دستگاه هاي متفاوتي را بمنظور غلبه بر مشكلات و محدوديت گفته شده ، طراحي و عرضه نموده اند. اغلب دستگاههاي فوق مختص شبكه هاي اترنت نبوده ولي در ساير تكنولوژي هاي مرتبط با شبكه نقش مهمي را ايفاء مي نمايند.

[mehdi_ok1]

اولين محيط انتقال استفاده شده در شبكه هاي اترنت كابل هاي مسي كواكسيال بود كهThicknet ( ضخيم) ناميده مي شوند. حداكثر طول يك كابل ضخيم 500 متر است . در يك ساختمان بزرگ ، كابل 500 متري جوابگوي تمامي دستگاه هاي شبكه نخواهد بود. تكرار كننده ها با هدف حل مشكل فوق، ارائه شده اند. . تكراركننده ها ، سگمنت هاي متفاوت يك شبكه اترنت را به يكديگر متصل مي كنند. در اين حالت تكراركننده سيگنال ورودي خود را از يك سگمنت اخذ و با تقويت سيگنال آن را براي سگمنت بعدي ارسال خواهد كرد. بدين تزتيب با استفاده از چندين تكرار كننده و اتصال كابل هاي مربوطه توسط آنان ، مي توان قطر يك شبكه را افزايش داد. ( قطر شبكه به حداكثر مسافت موجود بين دو دستگاه متمايز در شبكه اطلاق مي گردد )

[mehdi_ok1]

سگمنت شبكه هاي اترنت همزمان با رشد (بزرگ شدن) دچار مشكل تراكم مي گردند. در صورتيكه تعداد زيادي ايستگاه به يك سگمنت متصل گردند، هر يك داراي ترافيك خاص خود خواهند بود . در شرايط فوق ، ايستگاههاي متعددي قصد ارسال اطلا عات را دارند ولي با توجه به ماهيت اين نوع از شبكه ها در هر لحظه يك ايستگاه شانس و فرصت استفاده از محيط انتقال را پيدا خواهد كرد. در چنين وضعيتي تعداد تصادم در شبكه افزايش يافته و عملا" كارآئي شبكه افت خواهد كرد. يكي از راه حل هاي موجود بمنظور برطرف نمودن مشكل تراكم در شبكه تقسيم يك سگمنت به چندين سگمنت است . با اين كار براي تصادم هائي كه در شبكه بروز خواهد كرد، دامنه وسيعتري ايجاد مي گردد.راه حل فوق باعث بروز يك مشكل ديگر مي گردد: سگمنت ها قادر به اشتراك اطلاعات با يكديگر نخواهند بود.

بمنظور حل مشكل فوق،Bridges در شبكه اترنت پياده سازي شده است .Bridge دو و يا چندين سگمنت را به يكديگر متصل خواهد كرد. بدين ترتيب دستگاه فوق باعث افزايش قطر شبكه خواهد شد. عملكردBridge از بعد افزايش قطر شبكه نظير تكراركننده است ، با اين نفاوت كهBridge قادر به ايجاد نظم در ترافيك شبكه نيز خواهد بود .Bridge نظير ساير دستگاههاي موجود در شبكه قادر به ارسال و دريافت اطلاعات بوده ولي عملكرد آنها دقيقا" مشابه يك ايستگاه نمي باشد.Bridge قادر به ايجاد ترافيكي كه خود سرچشمه آن خواهد بود، نيست ( نظير تكراركننده ) .Bridge صرفا" چيزي را كه از ساير ايستگاهها مي شنود ، منعكس مي نمايد. (Bridge قادر به ايجا د يك نوع فريم خاص اترنت بمنظور ايجاد ارنباط با سايرBridge ها مي باشند )

همانگونه كه قبلا" اشاره گرديد هر ايستگاه موجود در شبكه تمام فريم هاي ارسال شده بر روي محيط انتقال را دريافت مي نمايد.(صرفنظر ازاينكه مقصد فريم همان ايستگاه باشد و يا نباشد.)Bridge با تاكيد بر ويژگي فوق سعي بر تنظيم ترافيك بين سگمنت ها دارد.

همانگونه كه در شكل فوق مشاهده مي گرددBridge دو سگمنت را به يكديگر متصل نموده است . در صورتيكه ايستگاهA و ياB قصد ارسال اطلاعات را داشته باشندBridge نيز فريم هاي اطلاعاتي را دريافت خواهد كرد. نحوه برخوردBridge با فريم هاي اطلاعاتي دريافت شده به چه صورت است؟ آيا قادر به ارسال اتوماتيك فريم ها براي سگمنت دوم مي باشد؟ يكي ازاهداف استفاده ازBridge كاهش ترافيك هاي غيرضروري در هر سگمنت است . در اين راستا، آدرس مقصد فريم ، قبل از هر گونه عمليات بر روي آن، بررسي خواهد شد. در صورتيكه آدرس مقصد، ايستگاههايA و ياB باشد نيازي به ارسال فريم براي سگمنت شماره دو وجود نخواهد داشت . در اين حالتBridge عمليات خاصي را انجام نخواهد داد. نحوه برخوردBridge با فريم فوق مشابه ----- نمودن است . درصورتيكه آدرس مقصد فريم يكي از ايستگاههايC و ياD باشد و يا فريم مورد نظر داراي يك آدرس از نوعBroadcast باشد ،Bridge فريم فوق را براي سگمنت شماره دو ارسال خواهد كرد. با ارسال و هدايت فريم اطلاعاتي توسطBridge امكان ارتباط چهار دستگاه موجود در شبكه فراهم مي گردد. با توجه به مكانيزم ----- نمودن فريم ها توسطBridge ، اين امكان بوجود خواهد آمد كه ايستگاهA اطلاعاتي را براي ايستگاهB ارسال و در همان لحظه نيز ايستگاهC اطلاعاتي را براي ايستگاهD ارسال نمايد.بدين ترتيب امكان برقراري دو ارتباط بصورت همزمان بوجود آمده است .

[mehdi_ok1]

با استفاده ازBridge امكان ارتباط همزمان بين ايستگاههاي موجود در چندين سگمنت فراهم مي گردد.Bridge در رابطه با ترافيك موجود در يك سگمنت عمليات خاصي را انجام نمي دهد. يكي از ويژگي هاي مهمBridge ارسالي فريم هاي اطلاعاتي از نوعBroadcast براي تمام سگمنت هاي متصل شده به يكديگر است. همزمان با رشد شبكه و گسترش سگمنت ها، ويژگي فوق مي تواند سبب بروز مسائلي در شبكه گردد. زمانيكه تعداد زيادي از ايستگاه هاي موجود در شبكه هاي مبتني برBridge ، فريم هايBroadcast را ارسال مي نمايند، تراكم اطلاعاتي بوجود آمده بمراتب بيشتر از زماني خواهد بود كه تمامي دستگاهها در يك سگمنت قرار گرفته باشند.

روتر يكي از دستگاههاي پيشرفته در شبكه بوده كه قادر به تقسيم يك شبكه به چندين شبكه منطقي مجزا است . روتر ها يك محدوده منطقي براي هر شبكه ايجاد مي نمايند. روترها بر اساس پروتكل هائي كه مستقل از تكنولوژي خاص در يك شبكه است، فعاليت مي نمايند. ويژگي فوق اين امكان را براي روتر فراهم خواهد كرد كه چندين شبكه با تكنولوژي هاي متفاوت را به يكديگر مرتبط نمايد. استفاده از روتر در شبكه هاي محلي و گسترده امكان پذيراست .