اترنت ، متداولترين فنآوري استفاده شده در دنياي شبكه هاي محلي است كه خود از مجموعه اي تكنولوژي ديگر تشكيل شده است . يكي از بهترين روش هاي آشنائي اصولي با اترنت ، مطالعه آن با توجه به مدل مرجع OSI است . اترنت از رسانه هاي انتقال داده و پهناي باند متفاوتي حمايت مي نمايد ولي در تمامي نمونه هاي موجود از يك قالب فريم و مدل آدرس دهي مشابه استفاده مي گردد .
به منظور دستيابي هر يك از ايستگاه ها و يا گره هاي موجود در شبكه به محيط انتقال ، استراتژي هاي كنترل دستيابي مختلفي تاكنون ابداع شده است . آگاهي از نحوه دستيابي دستگاه هاي شبكه اي به محيط انتقال امري لازم و ضروري به منظور شناخت عملكرد شبكه و اشكال زدائي منطقي و اصولي آن مي باشد .
اترنت چيست ؟
• اكثر ترافيك موجود در اينترنت از اترنت شروع و به آن نيز خاتمه مي يابد . اترنت در سال 1970 ايجاد و از آن زمان تاكنون به منظور تامين خواسته هاي موجود براي شبكه هاي محلي با سرعت بالا رشد و ارتقاء يافته است . زماني كه يك رسانه انتقال داده جديد نظير فيبر نوري توليد مي گرديد ، اترنت نيز متاثر از اين تحول مي شد تا بتواند از مزاياي برجسته پهناي باند بالا و نرخ پائين خطاء در فيبر نوري استفاده نمايد . هم اينك پروتكل هائي كه در سال 1972 صرفا" قادر به حمل داده با نرخ سه مگابيت در ثانيه بودند ،مي توانند داده را با سرعت ده گيگابيت در ثانيه حمل نمايند .
• سادگي و نگهداري آسان ، قابليت تركيب و تعامل با تكنولوژي هاي جديد ، معتبر بودن و قيمت پائين نصب و ارتقاء از مهمترين دلايل موفقيت اترنت محسوب مي 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 مي باشد . استفاده چندين كاربر از يك محيط انتقال مشترك در ابتدا و در سال 1970 در دانشگاه هاوائي مورد توجه قرار گرفت . ماحصل مطالعه فوق ، ابداع روش دستيابي اترنت بود كه بعدا" CSMA/CD ناميده شد .
• اولين شبكه محلي در جهان ، نسخه اي اوليه از اترنت بود كه Robert Metcalfe و همكاران وي در زيراكس آن را در بيش از سي و چهار سال قبل طراحي نمودند. اولين استاندارد اترنت در سال 1980 توسط كنسرسيومي متشكل از اينتل ، Digital Equipment و زيراكس و با نام اختصاري DIX ايجاد گرديد . مهمترين هدف كنسرسيوم فوق ، ارائه يك استاندارد مشترك بود تا تمامي علاقه مندان بتوانند از مزاياي آن بدون محدوديت هاي مرسوم استفاده نمايند و به همين دليل بود كه آنان بر روي يك استاندارد باز متمركز شدند . اولين محصول پياده سازي شده با استفاده از استاندارد اترنت در اوائل سال 1980 به فروش رفت . اترنت اطلاعات را با سرعت ده مگابيت درثانيه بر روي كابل كواكسيال و حداكثر تا مسافت دو كيلومتر ارسال مي نمود . به اين نوع كابل كواكسيال ، thicknet نيز گفته مي شود .
• در سال 1995 ، موسسه IEEE كميته هائي را به منظور استاندارد سازي اترنت ايجاد نمود . استاندارد هاي فوق با 802 شروع مي شود و اين استاندارد براي اترنت 3 . 802 مي باشد . موسسه IEEE درصدد بود كه استانداردهاي ارائه شده با مدل مرجع OSI سازگار باشند . به همين دليل لازم بود به منظور تامين خواسته هاي لايه يك و بخش پائيني لايه دوم مدل مرجع OSI ، تغييراتي در استاندارد 3 . 802 داده شود . تغييرات اعمال شده در نسخه اوليه اترنت بسيار اندك بود بگونه اي كه هر كارت شبكه اترنت قادر به ارسال و يا دريافت فريم هاي اترنت و استاندارد 3 . 802 بود . در واقع ، اترنت و IEEE 802.3 ، استانداردهاي مشابه و يكساني مي باشند .
• پهناي باند ارائه شده توسط اترنت در ابتدا ده مگابيت در ثانيه بود و براي كامپيوترهاي شخصي دهه هشتاد كه داراي سرعت پائين بودند ، كافي بنظر مي آمد ولي در اوايل سال 1990 كه سرعت كامپيوترهاي شخصي و اندازه فايل ها افزايش يافت ، مشكل پائين بودن سرعت انتقال داده بهتر نمايان شد . اكثر مشكلات فوق به كم بودن پهناي باند موجود مربوط مي گرديد . در سال 1995 ، موسسه IEEE ،استانداردي را براي اترنت با سرعت يكصد مگابيت در ثانيه معرفي نمود . اين روال ادامه يافت و در سال هاي 1998 و 1999 استانداردهائي براي گيگابيت نيز ارائه گرديد .
• تمامي استاداردهاي ارائه شده با استاندارد اوليه اترنت سازگار مي باشند . يك فريم اترنت مي تواند از طريق يك كارت شبكه با كابل كواكسيال 10 مگابيت در ثانيه از يك كامپيوتر شخصي خارج و بر روي يك لينك فيبر نوري اترنت ده گيگابيت در ثانيه ارسال و در انتها به يك كارت شبكه با سرعت يكصد مگابيت در ثانيه برسد . تا زماني كه بسته اطلاعاتي بر روي شبكه هاي اترنت باقي است در آن تغييري داده نخواهد شد . موضوع فوق وجود استعداد لازم براي رشد و گسترش اترنت را به خوبي نشان مي دهد . بدين ترتيب امكان تغيير پهناي باند بدون ضرورت تغيير در تكنولوژي هاي اساسي اترنت همواره وجود خواهد داشت .
قوانين نامگذاري اترنت توسط موسسه IEEE
• اترنت صرفا" يك تكنولوژي نمي باشد و خانواده اي مشتمل بر مجموعه اي از تكنولوژي هاي ديگر نظير
Legacy, Fast Ethernet و Gigabit Ethernet را شامل مي شود . سرعت اترنت مي تواند ده ، يكصد ، يكهزار و يا ده هزار مگابيت در ثانيه باشد . قالب اساسي فريم و زير لايه هاي IEEE لايه هاي اول و دوم مدل مرجع OSI در تمامي نمونه هاي اترنت ثابت و يكسان مي باشد .
• زماني كه لازم است اترنت به منظور اضافه كردن يك رسانه انتقال داده جديد و يا قابليتي خاص توسعه يابد ، موسسه IEEE يك ضميمه جديد را براي استاندارد 3 . 802 ارائه مي نمايد . ضميمه فوق داراي يك و يا دو حرف تكميلي است . در چنين مواردي يك نام كوته شده نيز بر اساس مجموعه قوانين زير به ضميمه نسبت داده مي شود :
- عددي كه نشاندهنده تعداد مگابيت در ثانيه داده انتقالي است .
- حرفي كه نشاندهنده استفاده از سيگنالينگ Baseband مي باشد .
- يك و يا چندين حرف الفبائي كه نوع رسانه انتقال داده را مشخص مي نمايد ( مثلا" از حرف F براي فيبر نوري و يا T براي كابل هاي مسي بهم تابيده )
• اترتت در ارتباط با سيگنالينگ Baseband مي‌باشد كه از تمامي پهناي باند رسانه انتقال داده استفاده نموده و سيگنال داده مستقيما" بر روي رسانه انتقال داده ارسال مي گردد . در سيگنالينگ Broadband كه توسط اترنت استفاده نمي گردد ، سيگنال داده هرگز مستقيما" بر روي محيط انتقال داده قرار نمي گيرد . يك سيگنال آنالوگ ( Carrier Signal ) ، با سيگنال داده مدوله شده و سيگنال فوق ارسال مي گردد . شبكه هاي راديوئي و شبكه هاي كابلي تلويزيون از سيگنالينگ broadband استفاده مي نمايند .
• موسسه IEEE نمي تواند توليد كنندگان تجهيزات شبكه اي را مجبور نمايد كه بطور كامل هر نوع استاندارد ارائه شده را رعايت نمايند ولي اميدوار است به اهداف زير نائل گردد :
- ارائه اطلاعات منهدسي مورد نياز براي ايجاد دستگاه هائي كه متناسب با استانداردهاي 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 مي كند : لايه فيزيكي و بخش پائيني لايه Data Link ( زير لايه MAC ناميده مي شود ) .
• براي انتقال داده بين يك ايستگاه اترنت و ايستگاه ديگر ، عموما" داده از طريق يك Repeater ارسال مي گردد . در چنين مواردي ساير ايستگاه هاي موجود در يك Collistion domain مشابه ، ترافيك عيوري از طريق Repeater را مشاهده خواهند كرد .Collision domain يك منبع مشترك است كه مسائل ايجاد شده در بخشي از آن ساير عناصر موجود در collision domain را تحت تاثير قرار خواهد داد .
• Repeater ، مسئوليت فورواردينگ تمامي ترافيك بر روي ساير پورت ها را برعهده دارد . ترافيك دريافتي توسط يك Repeater بر روي پورت اوليه ارسال نخواهد شد . هر سيگنال تشخيص داده شده توسط يك Repeater فوروارد خواهد شد . در صورت افت سيگنال ( نويز و يا ميرائي ) ، Repeater مجددا" آن را احياء و توليد مي نمايد .
• با استفاده از استانداردهاي موجود حداكثر تعداد ايستگاه در هر سگمنت ، حداكثر طول هر سگمنت و حداكثر تعداد Repeater بين ايستگاه ها مشخص مي گردد . ايستگاه هائي كه توسط Repeater از يكديگر جدا مي شوند ، جملگي در يك Collision Domain مشابه قرار مي گيرند ( توجه داشته باشيد كه ايستگاه هائي كه توسط Bridge و روتر از يكديگر جدا مي گردند در Collision Domain متفاوتي قرار مي گيرند ) .
• در لايه اول ( فيزيكي ) و بخش پائيني لايه دوم ( Data link ) مدل مرجع OSI از تكنولوژي هاي متفاوت اترنت استفاده مي گردد . اترنت در لايه اول شامل ارتباط با رسانه انتقال داده ، سيگنال ها ، جريان پيوسته انتقال داده ، عناصري كه سيگنال ها را بر روي رسانه انتقال داده قرار مي دهند و تكنولوژي هاي متعدد ديگري است . اترنت لايه اول داراي يك نقش اساسي در مبادله اطلاعات بين دستگاه ها مي باشد. در اين رابطه محدوديت هاي خاصي نيز وجود دارد كه لايه دوم با هدف غلبه بر محدوديت هاي فوق ، امكانات خاصي را ارائه مي نمايد :
لايه اول ، نمي تواند با لايه هاي بالاتر ارتباط برقرار نمايد .
لايه دوم از طريق LLC ( برگرفته از Logical Link Control ) با لايه بالاتر ارتباط برقرار مي نمايد .
لايه اول ، قادر به شناسائي كامپيوترها نمي باشد .
لايه دوم از يك فرآيند آدرس دهي خاص استفاده مي نمايد .
لايه اول ، صرفا" قادر به تشريح جريان مستمر داده هاي صفر و يك است .
لايه دوم از فريم به منظور سازماندهي و گروه بندي بيت ها استفاده مي نمايد .
• زير لايه هاي Data Link به منظور سازگاري بين تكنولوژي ها و مبادله اطلاعات بين كامپيوترها مطرح مي گردند :
زير لايه MAC ، در ارتباط با عناصر فيزيكي است كه از آنان به منظور مبادله اطلاعات استفاده مي گردد .
زير لايه LLC ، مستقل از تجهيزات فيزيكي است و از آن به منظور فرآيند مبادله اطلاعات استفاده مي گردد .
نامگذاري
• براي عرضه محلي فريم ها در اترنت ، مي بايست از يك مدل آدرس دهي به منظور شناسائي كامپيوترها و اينترفيس ها استفاده گردد . اترنت از آدرس هاي MAC كه طول آنان چهل و هشت بيتي است و به صورت دوازده رقم مبناي شانزده نمايش داده مي شوند ،استفاده مي نمايد . اولين شش رقم مبناي شانزده كه توسط موسسه IEEE مديريت مي گردد ، مسئوليت شناسائي توليد كننده را برعهده دارد . اين بخش از آدرس MAC را OUI ( برگرفته از Organizational Unique Identifier ) مي گويند . شش رقم باقيمانده مبناي شانزده ، شماره سريال اينترفيس را مشخص مي نمايد .
• آدرس هاي MAC ، درون حافظه ROM نوشته شده و در زمان مقداردهي اوليه كارت شبكه در حافظه RAM مستقر مي گردند . به آدرس هاي فوق BIA ( برگرفته از burned-in addresses ) نيز گفته مي شود.
• در لايه Data Link ، اطلاعات موردنياز MAC ( هدر و دنباله ) به داده دريافتي از لايه بالاتر اضافه خواهد شد . اطلاعات فوق شامل اطلاعات كنترلي براي لايه Data در سيستم مقصد مي باشد .
• كارت شبكه از آدرس MAC به منظور تشخيص محل ارسال پيام در لايه هاي بالاتر مدل مرجع OSI استفاده مي نمايد . كارت شبكه براي تشخيص فوق از پردازنده كامپيوتر استفاده نخواهد كرد . بدين ترتيب زمان مبادله اطلاعات در شبكه هاي اترنت بهبود پيدا خواهد كرد .
• در يك شبكه اترنت ، زماني كه يك دستگاه اقدام به ارسال داده مي نمايد ، مي تواند يك مسير ارتباطي 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 مي نمايد و داده را بر روي شبكه ارسال مي نمايد . به موازات انتشار داده بر روي محيط انتقال شبكه ، كارت شبكه هر يك از دستگاه هاي موجود در شبكه ، آدرس MAC اطلاعات ارسالي را بررسي تا تشخيص دهد كه آيا اين بسته اطلاعاتي براي وي ارسال شده است و يا خير . در صورتي كه آدرس MAC موجود در فريم با آدرس MAC كامپيوتر دريافت كننده مطابقت ننمايد ، كامپيوتر و يا دستگاه مقصد آن را دور خواهد انداخت . زماني كه داده به مقصد مورد نظر خود مي رسد ، كارت شبكه يك نسخه از فريم را تكثير و آن را در اختيار لايه هاي OSI قرار مي دهد . در يك شبكه اترنت ، تمامي گره ها مي بايست هدر MAC را بررسي نمايند ( حتي در مواردي كه گره هاي درگير در مبادله اطلاعات در مجاورت فيزيكي يكديگر باشند ) .
• تمامي دستگاه هاي متصل شده به يك شبكه محلي اترنت داراي آدرس MAC مي باشند ( ايستگاه ها ، چاپگرها ، روترها و سوئيچ ها ) .
فريم در لايه دوم
• براي رمز كردن و ارسال جريان مستمر بيت ها ( داده ) بر روي رسانه انتقال داده فيزيكي ، عمليات گسترده اي مي بايست انجام شود ولي براي مبادله اطلاعات عمليات فوق به تنهائي كافي نمي باشد . با تعريف يك ساختمان داده خاص، امكان دريافت و ذخيره اطلاعات ضروري كه امكان بدست آوردن آنان توسط بيت هاي رمز شده وجود ندارد ، فراهم مي گردد . اطلاعات زير نمونه هائي در اين زمينه مي باشد :
- كدام كامپيوتر در حال مبادله اطلاعات با كامپيوتر ديگري است .
- چه زماني مبادله اطلاعات بين كامپيوترها شروع و چه زماني خاتمه مي يابد .
- ارائه روشي براي تشخيص خطاء كه در زمان مبادله اطلاعات ممكن است اتفاق بيافتد .
- كدام كامپيوتر امكان استفاده از محيط انتقال را براي برقراري يك مبادله اطلاعات بدست گرفته است .
• فريم ،واحد داده در لايه دوم بوده و با استفاده از فرآيند framing تمامي عمليات كپسوله مي گردد . هر استاندارد ممكن است ساختار خاصي را براي فريم تعريف كرده باشد . يك فريم از چندين بخش ( فيلد ) تشكيل مي گردد . هر فيلد نيز از مجموعه اي بايت تشكيل شده است :
A | B | C | E | F |
فيلد شروع فريم | فيلد آدرس | فيلد نوع / طول | فيلد داده | فيلد FCS |
• زماني كه كامپيوترها به يك رسانه انتقال داده متصل مي گردند ، مي بايست آنان از روشي به منظور استفاده از محيط انتقال براي ارسال پيام و آگاهي به ساير كامپيوترها استفاده نمايند . در اين رابطه از تكنولوژي هاي متعددي استفاده مي گردد كه هر يك داراي روش مختص به خود براي انجام اين فرآيند مي باشند . تمامي فريم ها ، صرفنظر از نوع تكنولوژي ، داراي يك سيگنال آغازين مشتمل بر دنباله اي از بايت ها مي باشند .
• تمامي فريم ها شامل اطلاعات نامگذاري نظير نام گره مبداء ( آدرس MAC ) و نام گره مقصد ( آدرس MAC ) مي باشند .
• اكثر فريم ها داراي تعدادي فيلد خاص نيز مي باشند . در برخي تكنولوژي ها ، يك فيلد طول مسئوليت مشخص نمودن طول واقعي يك فريم بر حسب بايت را برعهده دارد . برخي فريم ها داراي يك فيلد "نوع " مي باشند كه پروتكل لايه سوم كه درخواست را ارسال نموده است ، مشخص مي نمايد .
• علت ارسال فريم ها ، دريافت داده لايه هاي بالاتر از مبداء به مقصد مورد نظر است . بسته داده داراي دو بخش مجزاء مي باشد : داده User Application و بايت هاي كپسوله شده براي ارسال به كامپيوتر مقصد . در اين رابطه ممكن است بايت هاي ديگري نيز اضافه گردد . فريم ها داراي يك حداقل طول براي فرآيند تنظيم زمان مي باشند . در فريم هاي استاندارد IEEE ، بايت هاي LLC نيز در فيلد داده قرار مي گيرند . زير لايه LLC ، داده پروتكل شبكه ، يك بسته اطلاعاتي IP را دريافت و اطلاعات كنترلي را به آن اضافه نموده تا شرايط مناسب براي توزيع بسته هاي اطلاعاتي به مقصد مورد نظر فراهم گردد .
• تمامي فريم ها به همراه بيت ها ، بايت ها و فيلدهاي مربوطه مستعد خطاء از منابع متعددي مي باشند. فيلد FCS ( برگرفته از Frame Check Sequence ) شامل يك مقدار عددي است كه توسط گره مبداء و بر اساس داده موجود در فريم محاسبه مي گردد . پس از محاسبه FCS ، مقدار استخراج شده به انتهاي فريم ارسالي اضافه خواهد شد . زماني كه گره مقصد ، فريم را دريافت مي نمايد ،مجددا" مقدار FCS محاسبه و با مقدار موجود در فريم مقايسه مي گردد . در صورتي كه دو عدد با يكديگر متفاوت باشند ، نشاندهنده بروز خطاء در زمان ارسال اطلاعات مي باشد . در چنين مواردي ،فريم دورانداخته شده و از گره مبداء درخواست مي شود كه مجددا" اطلاعات را ارسال نمايد .
• براي محاسبه FCS از سه روش عمده استفاده مي گردد :
روش اول : ( Cyclic Redundancy Check (CRC ، محاسبات را بر روي داده انجام مي دهد .
روش دوم : Two-dimensional parity : در اين روش با اضافه كردن بيت هشتم ، زوج و يا فرد بودن تعداد يك هاي موجود در فريم مشخص مي گردد .
روش سوم : Internet checksum : در اين روش مقدار تمامي بيت هاي داده با يكديگر جمع مي گردد .