اترنت: تفاوت میان نسخه‌ها

'''اترنت'''{{انگلیسی|Ethernet}} یکی از [[فناوری]]‌های مبتنی بر Frame در [[شبکه]]‌های [[رایانه]] برای شبکه‌های محلی (LAN) می‌باشد. این نام از مفهوم [[فیزیکی]] ether گرفته شده‌است. این فناوری وضعیت [[سیم‌کشی]] و استانداردهای سیگنالینگ در لایه فیزیکی را معین می‌کند و همچنین قالب‌های آدرسی همچون MAC آدرس در لایه Data link .

Ehternet به‌عنوان استاندارد IEEE۸۰۲٫۳ شناخته می‌شود با ترکیب کابلهای زوج به هم تابیده برای اتصال نقاط انتهائی شبکه و فیبرنوری برای اتصالهای اصلی ( back bone ) سایت یک سطح گسترده‌ای از تکنولوژی LAN متصل از طریق سیم را پوشش می‌دهد. این تکنولوژی از دهه ۱۹۹۰ تاکنون بکارگرفته شده‌است و جایگزین استانداردهائی همچون Token ring ، FDDI و ARCNET شده‌است. در سالهای اخیر Wi-Fi و شبکه‌های [[بی‌سیم]] براساس [[استاندارد]] IEEE۸۰۲٫۱۱ در خانه و ادارات کوچک شایع شده‌است و باعث [[تقویت]] Ehternet در نصب آن در مقیاس‌های بزرگ‌تر شده‌است.

Ethernet در شرکت PARC Xerox در سالهای ۱۹۷۵-۱۹۷۳ پایه ریزی شد. Robert Metcalfe و Dacid Boggs خلاصه‌ای از Ethernet را تا قبل از مارچ ۱۹۷۴ نوشتند و ارائه کردند. در مارس ۱۹۷۴ شخصی بنام R.Z.Bachrach یادداشتی به Metcalfe و Boggs و مدیرشان نوشت، مبنی بر اینکه ً از لحاظ تکنیکی و یا مفهومی چیز جدیدی در پیشنهاد شما نمی‌باشد و تجزیه و تحلیل نشان خواهد داد که سیستم شما دچار خطا می‌شود. اشکال این آنالیز این بود که به اثر Channel capture توجه نشده بود که تا سال ۱۹۹۴ به آن پی نبرده شد. در سال ۱۹۷۵ شرکت Xerox این موضوع را به نام Metcalfe و Boggs به همراه Chuck thacker و Lampson Butler به‌عنوان مخترعین تحت کنام سیستم ارتباط داده‌ای چندین نقطه‌ای همراه با تشخیص تصادم ثبت کرد در سال ۱۹۷۶ بعد از اینکه سیستم در PARC توسعه یافت، Metcalfe و Boggs یک مقاله منتشر کردند.

Ethernet تجربی که در آن مقاله شرح داده شد با سرعت Mbit/s ۳ کار می‌کرد و فیلدهای آدرس مبداء و مقصد ۸ بیت بود و قالب آدرسهای Ethernet همچون قالبهای امروزی نبود.

Metcalfe در سال ۱۹۷۹ از شرکت Xerox جدا شد تا بتواند استفاده از کامپیوترهای شخصی و شبکه‌های محلی را گسترش دهد از اینرو شرکت ۳Com را تأسیس کرد. او شرکتهای DEC، INTel و Xerox متقاعد کرد تا به منظور توسعه Ehternet به‌عنوان یک استاندارد با همدیگر همکاری کنند. از اینرو استاندارد DIX برگرفته از ( Digital / INTel / Xerox ) نام گرفت که استانداردی برای Ethernet با سرعتی برابر ۱۰ مگابیت بر ثانیه با آدرسهای مبداء و مقصد ۴۸ بیتی و یک فیلد ۱۶ بیتی جهت نوع بسته اطلاعاتی Ethernet .

اولین استاندارد در ۳۰ سپتامبر ۱۹۸۰ منتشر شد که رقیبی برای دو سیستم بزرگ ARCNET , Token ring می‌بود. اما بزودی آن دو سیستم بزرگ زیر موجهای عظیم تجهیزات Ethernet مدفون شدند. در واقع شرکت ۳Com تبدیل به یک شرکت اصلی و پیشرو گردید.

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 .

Ethernet بطور کلی بر این نظریه بنا شد: ارتباط [[کامپیوتر]]ها 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.سوزنی به هسته کابل تزریق می‌شود وبه مرکز کابل می‌رسد واین کابل به نام 10Base5هم مشهور است که عدد 10سرعت انتقال بحسب مگا بیت بر ثانیه عدد 5 طول حداکثر هر قطعه کابل بدون نیاز به تکرار کننده را بر حسب100متر 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 ساده تر از ارسال رادیو است. کابل مشترک که کانال ارتباطی مشترک را ایجاد می‌کند به ether(اتر) مربوط شده است و از این مبناست که نام Ethernet اقتباس شده‌است.

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. StarLAN اولین قدم تکامل Ethernet از یک گذرگاه عمومی با کابل کواکسیال به یک شبکه با کابلهای جفت به هم تابیده و Hub‌های قابل مدیریت بود. ایجاد کابلهای زوج به هم تابیده بطور قابل ملاحظه‌ای هزینه نصب را کاهش داد.

پایانه‌های Ethernet با ارسال بسته‌های اطلاعاتی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند هر پایانه دارای یک آدرس ۴۸ بیتی (MAC) می‌باشد که بصورت سخت‌افزاری در کارت شبکه (NIC) قرار دارد و کارت شبکه بسته‌های اطلاعاتی که آدرس پایانه‌های دیگر را دارند قبول نمی‌کند.

علی رغم تغییرات مهم در Ethernet از یک کابل ضخیم کوکسیال که با سرعت Gbit/s۱ کار می‌کنند از آنجا که همگی از یک قالب اطلاعاتی استفاده می‌کنند قابلیت اتصال به یکدیگر را دارند . امروزه با توجه به فراگیری Ethernet و کاهش هزینه سخت‌افزاری آن اغلب تولیدکنندگان بردهای اصلی ( mother board) که دارای کارت Ethernet باشد تولید می‌کنند که باعث عدم نیاز به یک کارت شبکه جدا و صرفه جوئی در فضای بکار رفته می‌شود.

در اصل Ehternet یک کابل کواکسیال مشترک که در اطراف ساختمان برای اعمال دستگاه‌ها قرار گرفته بود از انجا 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 :

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 بطور 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 بصورت نمائی افزایش می‌یابد. کامپیوترها به‌وسیله یک AUI که بعدها در داخل کارت شبکه تعبیه شد به کابل متصل می‌شوند.

کارت شبکه وقتی بسته‌ای می‌رسید یک وقفه به [[سی‌پی‌یو]] می‌فرستد. کارت شبکه اطلاعات را در صورتی که مربوط به آدرس خودش نباشد رد می‌کند مگر اینکه در وضعیت Promiscuous قرار داشته باشد. این ویژگی که یکی صحبت کند و همه بشنوند ضعف امنیتی محیطهای اشتراکی(Ehternet Bus) است زیرا یک کامپیوتر اینگونه شبکه Ehternet می‌تواند تمامی ترافیکی برروی سیم است را استراق سمع کند. استفاده از یک کابل مشترک به معنای به اشتراک گذاشتن پهنای باند نیز می‌باشد که عامل کندی شبکه می‌شود.

=== Repeater and Hub ( تکرار کننده‌ها و هاب ) ===

بعلت 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 [[اهم|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.

تکاربران هزینه‌های کابل کشی بصورت ستاره‌ای را متوجه شدند و سازندگان تجهیزات شروع به ساخت تکرار کننده‌های با چندین درگاه شدند تکرار کننده‌های با چندین درگاه بنام Hub Ehternet شناخته شدند . شرکتهائی مثل DEC و Syn optic Hub هائی که چندین قسمت کواکسیال ۱۰BASE۲ را متصل می‌کنند تولید کردند که می‌توانستند به یکدیگر یا شاهد راه اصلی کواکسیال متصل شوند. بهترین مثال محصول DELNI مربوط به شرکت DEC است.

شبکه‌های Ehternet با کابلهای زوج به هم تابیده با شبکه StarLAN شروع شد و به‌وسیله ۱۰BASE-T ادامه یافت این شبکه‌ها بصورت نقطه به نقطه طراحی شده بودند بطوری که ختم ارتباط درون دستگاه صورت می‌گرفت. 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 بطوری که 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 برروی کاربران اثر بگذارد. اگرچه هنوز شبکه‌های زوج بهم تابیده بصورت 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 برروی بردهای اصلی قرار دهند میسر کرد. با وجود طراحی ستاره‌ای شبکه، شبکه هایHub Ehternet هنوز بصورت یک طرفه و CSMA/CD کار می‌کردند. هر بسته اطلاعاتی به هر درگاهی در Hub ارسال می‌شد که این مساله 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. طبیعتا تصادم راندمان را کاهش می‌دهد. 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 کارائی 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 موضوع عامل رقابت شبکه‌های مبتنی بر Token بود ( مثل Token bus , Token ring ) که همگی پس از افزودن یک کامپیوتر در شبکه با کاهش کارائی روبرو بودند.

'''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.

Bridge ها 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.

Bridge های 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.

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.

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 .

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.