آموزش صفر تا صد مفاهیم شبکه اترنت Ethernet

ما در این مقاله به بررسی پرسش‌هایی نظیر چرا شبکه اترنت Ethernet باید استفاده کنیم؟ تفاوت شبکه محلی با شبکه گسترده کمی صحبت می‌کنیم، همینطور به تاریخچه ایجاد شدن شبکه اترنت Ethernet، مبانی اترنت، اصطلاحات اتنرنت، محیط انتقال اترنت، محدودیت‌های اترنت، اترنت سوییچ شده، اترنت دو طرفه و تفاوت اترنت با 802.3 به صورت کامل می‌پردازیم. امید است مورد رضایت شما همراهان برقچی قرار گیرد.

فهرست:

• چرا شبکه اترنت؟
• تفاوت شبکه محلی در مقابل شبکه گسترده
• تاریخچه ایجاد و کارکرد شبکه اترنت
• مبانی اترنت
• اصطلاحات اترنت
• محیط انتقال اترنت چیست
• محدودیت‌های اترنت چیه
• اترنت سوییچ شده چیست
• اترنت دو طرفه چیست
• وظیفه گره‌های حلقه نشانه چیست

در دنیای کسب‌وکار امروز، دسترسی قابل‌اعتماد و کارآمد به اطلاعات به یک سرمایه مهم در تلاش برای دستیابی به یک مزیت رقابتی تبدیل شده‌است. قفسه‌ها و کوه‌هایی از کاغذ، به کامپیوترهایی راه پیدا کرده‌اند که اطلاعات را به صورت الکترونیکی ذخیره و مدیریت می‌کنند. همکاران با فاصله هزاران مایل از یکدیگر، می‌توانند بلافاصله اطلاعات را به اشتراک بگذارند، درست همانطور که صدها کارمند در یک مکان واحد می‌توانند به طور هم‌زمان داده‌های تحقیقاتی که به صورت آنلاین وجود دارند را بررسی کنند.

چرا شبکه اترنت Ethernet؟

شبکه‌سازی به شما اجازه می‌دهد که اطلاعات را برای دیگران ارسال کنید و یا از آن‌ها دریافت کنید. ممکن است ما نسبت به تعداد دفعاتی که بر روی شبکه‌های کامپیوتری به اطلاعات دسترسی پیدا می‌کنیم را ندانیم. مطمئنا اینترنت، مشهودترین مثال شبکه‌های کامپیوتری است که میلیون‌ها کامپیوتر را در سراسر جهان به یکدیگر متصل می‌کند، اما شبکه‌های کوچکتر برای دسترسی به اطلاعات به صورت روزانه، نقش دارند.

بسیاری از کتابخانه‌ها، کارت‌های فهرست خود را با پایانه‌های کامپیوتری جایگزین کرده‌اند، که امکان جستجوی سریع‌تر و آسان‌تر را برای کاربران فراهم کرده‌است. فرودگاه‌ها صفحات نمایش زیادی دارند که اطلاعات پروازهای ورودی و خروجی بر روی آن‌ها به نمایش گذاشته می‌شود. بسیاری از فروشگاه‌های کوچک نیز از کامپیوترهای خاصی استفاده می‌کنند که معاملات و اطلاعات صندوق را کنترل می‌کنند.

در هر یک از این موارد، دستگاههای متعددی در مکانهای مختلف می‌توانند به منابع داده‌ها دسترسی داشته باشند. پیش از آنکه به جزئیات شبکه‌های استانداردی به مانند شبکه اترنت (Ethernet) بپردازیم، لازم است که برخی اصطلاحات پایه‌ای و دسته‌بندی‌هایی را که تکنولوژی‌های شبکه را توصیف می‌کنند و تفاوتشان را آشکار می‌کنند، مرور کنیم.

تفاوت شبکه محلی در مقابل شبکه گسترده در چیست؟

ما می‌توانیم تکنولوژی‌های شبکه را در دو گروه اصلی طبقه‌بندی کنیم.

1.تکنولوژی‌های شبکه محلی (Local Area Network یا به اختصار ‏LAN)‏

بسیاری از دستگاه‌ها را که نسبتا به یکدیگر نزدیک هستند، معمولا در یک ساختمان به یکدیگر متصل می‌کند. پایانه‌های کتابخانه‌ای که اطلاعات کتاب را نمایش می‌دهند بر روی یک شبکه محلی متصل می‌شوند.

2.تکنولوژی‌های شبکه گسترده (‏Wide Area Network یا به اختصار WAN)

‏تعداد کمتری از دستگاه‌ها را به هم متصل می‌کنند که می‌توانند چندین کیلومتر از هم فاصله داشته باشند.
برای مثال، اگر دو کتابخانه در دو طرف مخالف یک شهر بخواهند اطلاعات فهرست‌های کتاب خود را به اشتراک بگذارند، به احتمال زیاد از تکنولوژی شبکه گسترده استفاده خواهند کرد، که می‌تواند یک خط اختصاصی اجاره‌شده از شرکت تلفن محلی باشد که تنها برای حمل داده‌های آن‌ها در نظر گرفته شده‌است.

در مقایسه با WAN، شبکه­‌های LAN سریع‌تر و قابل‌اعتمادتر هستند،
اما بهبود در تکنولوژی همچنان تعیین حدود بین این دو را سخت می‌کند.
کابل‌های فیبر نوری به تکنولوژی‌های LAN اجازه داده‌اند تا دستگاه­هایی به فاصله ده کیلومتر را به یکدیگر متصل کنند، در حالی که سرعت و قابلیت اطمینان شبکه­‌های WAN به شدت افزایش یافته‌ ­است.

این مقاله را نیز حتما بخوانید:

آموزش تصویری ساخت جیمیل

تاریخچه ایجاد و کارکرد شبکه اترنت Ethernet

در سال ۱۹۷۳، در مرکز تحقیقاتی Palo Alto شرکت Xerox (که بیشتر با عنوان PARC شناخته می-شود)
محققی به نام باب متکالف، اولین شبکه اترنت را طراحی و آزمایش کرد.
متکالف روش برقراری ارتباط با سیم را توسعه داد که اکنون دستگاه‌های متصل به اترنت و
همچنین استانداردهایی که ارتباطات را بر روی کابل کنترل می‌کنند از آن استفاده می‌کنند.
از آن زمان، اترنت محبوب‌ترین و گسترده‌ترین تکنولوژی شبکه در جهان شده‌است.

بسیاری از مسائل مربوط به اترنت با بسیاری از تکنولوژی‌های شبکه مشترک هستند و دانستن این که چگونه اترنت به این مسائل می‌پردازد، می‌تواند مبنایی فراهم کند که درک شما از شبکه‌سازی را به طور کلی بهبود بخشد. استاندارد اترنت برای در برگرفتن تکنولوژی‌های جدید به عنوان شبکه‌های کامپیوتری توسعه‌یافته است، اما هر مکانیزم عملیاتی که امروزه برای هر شبکه اترنت صورت می‌گیرد، از طراحی اصلی متکالف به دست آمده‌ است. اترنت اصلی ارتباط را بر روی یک کابل مشترک توسط تمام دستگاه‌های شبکه برقرار می‌‌کند.

مبانی شبکه اترنت Ethernet

اترنت یک تکنولوژی محلی است که به طور سنتی یک شبکه را در یک ساختمان واحد برقرار می‌کند و دستگاه‌هایی را که در نزدیکی یکدیگر قرار دارند، به یکدیگر متصل می‌کند.
در بیشتر موارد، دستگاه‌های اترنت می‌توانستند تنها چند صد متر کابل بین خود داشته باشند که اتصال در مکان‌های پراکنده جغرافیایی را غیرعملی می‌کرد. پیشرفت‌های جدید این فواصل را به طور قابل‌توجهی افزایش داده‌است و به شبکه‌های اترنت اجازه می‌دهد تا ده‌ها کیلومتر را پوشش دهند.

این مقاله را نیز بخوانید:

تست فلوک چیست؟

پروتکل‌های شبکه اترنت Ethernet

در شبکه، عبارت پروتکل به مجموعه‌ای از قوانین حاکم بر ارتباطات اشاره دارد. پروتکل‌ها برای کامپیوترها مانند زبان برای انسان‌ها هستند. از آنجا که این مقاله به زبان فارسی است، برای درک آن باید قادر به خواندن الفبای فارسی باشید. به طور مشابه، دو دستگاه در یک شبکه برای برقراری ارتباط موفق، باید هر دو، پروتکل‌های یکسان را درک کنند.

اصطلاحات شبکه اترنت Ethernet

اترنت از یک سری قوانین ساده تبعیت می‌کند که عملیات پایه آن را کنترل می‌کند.
برای درک بهتر این قوانین، درک اصطلاحات پایه اترنت مهم است.

• محیط انتقال(medium)

دستگاه‌های اترنت به یک محیط انتقال مشترک متصل می‌شوندکه مسیری را برای عبور سیگنال‌های الکترونیکی فراهم می‌کند. در گذشته، این محیط انتقال یک کابل مسی هم‌محور بوده‌است، اما امروزه بیشتر یک جفت سیم پیچیده یا کابل فیبر نوری است.

• سگمنت(segment)- ما به یک محیط انتقال مشترک به عنوان سگمنت اترنت اشاره می‌کنیم

• گره(node)  دستگاه‌های که به سگمنت متصل می‌شوند، ایستگاهها یا گره‌ها هستند.

• فریم(frame)- گره‌ها در پیام‌های کوتاهی به نام فریم ارتباط برقرار می‌کنند که تکه‌هاییبا اندازه‌های متغیر از اطلاعات هستند.

فریم‌ها مشابه جملات هستند

در زبان فارسی، ما قوانینی برای ساخت جملات خود داریم: می‌دانیم که هر جمله باید شامل یک نهاد و یک گزاره است.
پروتکل اترنت مجموعه‌ای از قوانین برای ساخت فریم‌ها را مشخص می‌کند. برای مثال هر فریم باید شامل آدرس مقصد و آدرس مبدا باشد که گیرنده و فرستنده پیام را شناسایی می‌کند. آدرس یک گره مشخص را معرفی می‌کند، درست همانطور که یک نام یک شخص خاص را معرفی می‌کند. هیچ دو دستگاه اترنت هرگز نباید آدرس یکسانی داشته باشند.

محیط انتقال شبکه اترنت Ethernet

از آنجا که یک سیگنال در محیط انتقال اترنت به هر گره‌ای که متصل است، می‌رسد، آدرس مقصد
برای شناسایی گیرنده مورد نظر فریم بسیار مهم است.
برای مثال، در شکل بالا، وقتی کامپیوتر B به چاپگر C اطلاعاتی انتقال می‌دهد،
کامپیوترهای A و D نیز فریم را دریافت و بررسی می‌کنند.
با این حال، وقتی یک گره در ابتدا یک فریم دریافت می‌کند، آدرس مقصد را چک می‌کند،
تا ببیند که آیا فریم برای خودش در نظر گرفته شده‌است یا نه.
اگر اینطور نباشد، گره بدون بررسی محتویات، فریم را دور می‌اندازد.

یک نکته جالب در مورد آدرس‌دهی در اترنت، پیاده‌سازی آدرس انتشار(broadcast address) است.
یک فریم با آدرس مقصد برابر با آدرس انتشار (‏به طور خلاصه پخش(broadcast) نامیده می‌شود)‏،
برای هر گره موجود در شبکه در نظر گرفته شده‌است و هر گره این فریم را دریافت و پردازش خواهد کرد.

CSMA/CD در شبکه به چه معناست

CSMA/CD مخفف Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection (به معنی دسترسی چندگانه حامل حس/ تشخیص برخورد) است و توضیح می‌دهد که چگونه پروتکل اترنت ارتباط بین گره‌ها را تنظیم می‌کند. درحالی که این اصطلاح ممکن است ترسناک به نظر برسد، اگر آن را به مفاهیم تشکیل‌دهنده‌اش تفکیک کنیم، خواهیم دید که قوانین را بسیار شبیه به قوانینی که مردم در یک گفتگوی رسمی استفاده می‌کنند، توصیف می‌کند.

برای کمک به نشان دادن عملکرد اترنت، ما از قیاس یک گفتگوی میز شام استفاده خواهیم کرد.
بیایید سگمنت اترنت خود را به عنوان یک میز شام در نظر بگیریم و کسانی که در یک مکالمه رسمی
بر سر میز حضور دارند، گره‌ها را نشان دهند.

دسترسی چندگانه(multiple access)

آنچه را که قبلا در بالا مورد بحث قرار دادیم پوشش می‌دهد:
زمانی که یک ایستگاه اترنت ارسالی انجام می‌دهد، تمام ایستگاه‌های روی رسانه به انتقال گوش می‌دهند، درست مانند زمانی که یک نفر از حاضرین میز صحبت می‌کند، همه افراد حاضر قادر به شنیدن صدای او هستند. حالا تصور کنید که شما پشت میز هستید و حرفی دارید که دلتات می‌خواهد بگویید، با این حال، در این لحظه، من درحال صحبت کردن هستم، از آنجایی که این یک مکالمه رسمی است، به جای آنکه بالافاصله شروع به صحبت کنید و حرف مرا قطع کنید، پیش از اظهار نظر خود، صبر می‌کنید.

تا من صحبت خود را تمام کنم. این همان مفهومی است که در پروتکل اترنت به عنوان حامل حس(carrier sense) توصیف شده‌است. قبل از اینکه ایستگاه ارسالی انجام دهد، به محیط انتقال گوش می­دهد تا ببیند که آیا ایستگاه دیگری ارسال می‌کند یا خیر. اگر در محیط انتقال سکوت برقرار باشد، ایستگاه تشخیص می‌دهد که زمان مناسبی برای انتقال است.

تشخیص برخورد(Collision Detection)

دسترسی چندگانه منجر به شروع خوب و تنظیم گفتگو می‌شود، اما یک حالت وجود دارد که ما هنوز باید به آن بپردازیم، بیایید به قیاس میز شام برگردیم و تصور کنیم که در این مکالمه وقفه‌ای گذرا وجود دارد. من و شما هر دو حرفی داریم که می‌خواهیم اضافه کنیم، بنابراین صحبت کردن را به صورت همزمان شروع می‌کنیم. در اصطلاح اترنت، زمانی که ما هر دو در یک زمان شروع به صحبت می‌کنیم، برخورد(collision) رخ می‌دهد. ما در گفتگوی خود می‌توانیم این وضعیت رابه خوبی مدیریت کنیم.
ما هر دو در همان حال که صحبت می‌کنیم، صدای دیگری را می‌شنویم و می‌توانیم به دیگری فرصت دهیم که ادامه دهد.

گره‌های اترنت نیز به محیط انتقال گوش می‌دهند تا از اینکه تنها ایستگاه فرستنده، در زمان خودشان هستند، اطمینان حاصل کنند. اگر ایستگاه‌ها صدای بازگشت انتقال خود را به شکل آشفته بشنوند، به این معنی است که ایستگاهی دیگر در همان زمان شروع به انتقال پیام خود کرده است، در این زمان آن‌ها می‌دانند که یک برخورد رخ داده‌است.

دامنه برخورد در شبکه

یک سگمنت اترنت منفرد گاهی اوقات دامنه برخورد(collision domain) نامیده می‌شود، زیرا هیچ دو ایستگاه در سگمنت نمی‌توانند به شکل همزمان بدون ایجاد یک برخورد، ارسال انجام دهند.
هنگامی که ایستگاه‌ها یک برخورد را تشخیص می‌دهند، ارسال را متوقف می‌کنند،
مقداریی تصادفی از زمان صبر می‌کنند و زمانی که دوباره سکوت را بر روی محیط انتقال شناسایی می‌کنند،
تلاش می‌کنند تا انتقال خود را انجام دهند. وقفه تصادفی و تلاش مجدد بخش مهمی از پروتکل است.

اگر دو ایستگاه هنگام ارسال یک‌بار با هم برخورد کنند، آنگاه هر دو ایستگاه دوباره باید ارسال انجام دهند.
در فرصت مناسب بعدی برای انتقال، هر دو ایستگاه درگیر در برخورد قبلی دارای داده‌هایی آماده برای انتقال خواهند بود.
اگر در اولین فرصت دوباره انتقال را انجام می‌دادند، به احتمال زیاد دوباره و تا ابد برخورد اتفاق می‌افتاد.
در عوض، تاخیر تصادفی این اتفاق را غیرمحتمل می‌سازد که هر دو ایستگاه پشت سر هم، بیش از چند بار برخورد کنند.

محدودیت‌های شبکه اترنت Ethernet

یک کابل مشترک می‌تواند به عنوان پایه‌ای برای یک  شبکه اترنت Ethernet عمل کند که در بالا به آن پرداختیم. با این حال، محدودیت‌های عملی برای اندازه شبکه اترنت در این مورد وجود دارد. مساله اصلی طول کابل مشترک است. سیگنال‌های الکتریکی به سرعت در طول یک کابل منتشر می‌شوند، اما در حین حرکت تضعیف می‌شوند و تداخل الکتریکی از دستگاه‌های مجاور(‏برای مثال لامپ‌های فلورسنت)‏ می‌توانند سیگنال را به هم بریزند. یک کابل شبکه باید به اندازه کافی کوتاه باشد که دستگاه‌ها در دو طرف مخالف بتوانند سیگنال‌های یکدیگر را به وضوح و با حداقل تاخیر دریافت کنند.

این امر باعث محدودیت فاصله در حداکثر جداسازی بین دو دستگاه(‏که به آن قطر شبکه میگویند) ‏در یک شبکه اترنت می‌شود.علاوه بر این، از آنجایی که در CSMA/CD تنها یک دستگاه می‌تواند در یک زمان مشخص ارسال انجام دهد، محدودیت‌های عملی برای تعداد وسایلی که می‌توانند در یک شبکه با هم قرار  داشته باشند، وجود دارد.

بسیاری از دستگاه‌ها را به یک سگمنت مشترک وصل کنید و رقابت در محیط انتقال افزایش خواهد یافت.
هر دستگاه ممکن است مجبور باشد که بیش از حد طولانی منتظر بماند تا فرصتی برای انتقال پیدا کند.
مهندسان تعدادی دستگاه شبکه ایجاد کرده‌اند که این مشکلات را رفع می‌کنند. بسیاری از این دستگاه‌ها تنها مختص اترنت نیستند بلکه در تکنولوژی‌های دیگر شبکه نیز نقش دارند.

تکرارگرها(repeater)

اولین محیط انتقال محبوب اترنت یک کابل هم‌محور مسی به نام کابل thicknet و حداکثر طول این کابل 500 متر بود. در ساختمان‌های بزرگ یا محوطه دانشگاه، یک کابل ۵۰۰ متری همیشه نمی‌تواند به هر دستگاه شبکه برسد. یک تکرارگر این مشکل را حل می‌کند.

تکرارگرها چندین سگمنت اترنت را متصل می‌کنند، به هر سگمنت گوش می‌دهند و سیگنال شنیده‌ شده بر روی یک سگمنت را بر روی هر سگمنت دیگر متصل به تکرارگر، تکرار می‌کنند. با قرار دادن چند کابل و ایجاد ارتباط بین آن‌ها با تکرارگر‌ها، می‌توانید به طور قابل‌توجهی قطر شبکه خود را افزایش دهید.

تقسیم یک شبکه بزرگ به شبکه‌های کوچک‌تر(Segmentation)

در قیاس میز شام، تنها چند نفر پشت یک میز نشسته بودیم و مکالمه را انجام می‌دادیم،
بنابراین مکالمه را محدود به یک سخنگو در هر زمان می‌کردیم که مانع مهمی برای ارتباط نبود.
اما اگر آدم‌های زیادی سر میز بودند و فقط یک نفر اجازه حرف زدن داشت، چه می‌شد؟
در عمل، ما می‌دانیم که قیاس در شرایطی مانند این شکست می‌خورد.

با گروه‌های بزرگ‌تر افراد، معمول است که مکالمات مختلفی به طور هم‎زمان صورت گیرد.
اگر تنها یک نفر در یک اتاق شلوغ و یا در یک مهمانی شام می‌توانست در هر زمانی صحبت کند،
افراد دیگر در انتظار به دست آوردن فرصتی برای صحبت خسته می‌شدند.

این مقاله را نیز حتما بخوانید:

آموزش تصویری تغییر رمز وای فای

برای انسان‌ها، مشکل به‌سازی است

صداها در محدوده کمی شنیده میشوند و گوش یک مکالمه ویژه از صداهای اطراف را جدا می‌کند. همین امر باعث می‌شود که ما گروه‌های کوچک زیادی را در یک جلسه گفتگو در یک اتاق داشته باشیم؛ اما کابل‌های شبکه سیگنال‌ها را به سرعت و به طور موثر در فواصل طولانی حمل می‌کنند، بنابراین این تفکیک طبیعی مکالمات رخ نمی‌دهد. شبکه‌های اترنت با افزایش اندازه با مشکل ازدحام مواجه شدند. اگر تعداد زیادی از ایستگاه‌ها متصل به یک سگمنت باشند و هر کدام مقدار قابل‌توجهی از ترافیک را تولید کنند، بسیاری از ایستگاه‌ها ممکن است در صورت وجود فرصت برای انتقال تلاش کنند.

تحت این شرایط، برخوردها بیشتر شده و پیام‌های ارسالی موفق را قطع می‌کردند. که می‌توانست زمان زیادی لازم داشته باشد تا تکمیل شوند. یک روش برای کاهش ازدحام می‌تواند تقسیم یک سگمنت به چندین سگمنت و در نتیجه ایجاد چندین دامنه برخورد باشد. این راه‌حل، خود مشکل دیگری ایجاد می‌کند، اکنون سگمنت‌های مختلف نمی‌توانند اطلاعات خود را با یکدیگر به اشتراک بگذارند.

پل‌ها(bridges)

برای رفع مشکلات تقسیم‌بندی، شبکه‌های اترنت پل‌ها را اجرا کردند. پل‌ها دو یا چند سگمنت شبکه را به هم متصل می‌کنند و قطر شبکه را مانند یک تکرارگر افزایش می‌دهند، اما پل‌ها همچنین به تنظیم ترافیک کمک می‌کنند. آن‌ها می‌توانند مانند هر گره دیگری،اطلاعات را ارسال و دریافت کنند، اما مانند یک گره معمولی عمل نمی‌کنند.

یک پل به خودی خود ترافیکی تولید نمی‌کند، درست مانند یک تکرارگر آنچه را از ایستگاه‌های دیگر دریافت می‌کند، انعکاس می‌دهد (‏این حرف آخر کاملا درست نیست: پل‌ها یک فریم اترنت خاص ایجاد می‌کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد با دیگر پل‌ها ارتباط برقرار کنند، اما این مسئله خارج از محدوده این مقاله است)‏.

نحوه عملکرد یک پل در شبکه اترنت Ethernet

به یاد دارید که چگونه دسترسی چندگانه و محیط انتقال اترنت به این معنا بود که هر ایستگاه روی سیم،
چه گیرنده مورد نظر بود و چه نبود، اطلاعات را دریافت می‌کرد؟
پل‌ها از این ویژگی برای بازپخش ترافیک بین سگمنت‌ها استفاده می‌کنند.
در شکل بالا، پل، سگمنت‌های ۱ و ۲ را به هم متصل می‌کند.
اگر ایستگاه A یا B انتقالی انجام دهد، پل نیز این انتقال را در سگمنت 1 دریافت می‌کند.

پل چگونه به این ترافیک پاسخ می‌دهد؟

پل می‌توانست به صورت خودکار مانند یک تکرارگر، فریم را به سگمنت 2 انتقال دهد. اما این باعث از بین رفتن ازدحام نمی‌شد، چون شبکه اترنت Ethernet مانند یک سگمنت بزرگ عمل می‌کرد. یکی از اهداف پل کاهش ترافیک غیرضروری در هر دو سگمنت می‌باشد. پل این کار را با بررسی آدرس مقصد فریم، قبل از تصمیم‌گیری در مورد نحوه برخورد با آن انجام می‌دهد. اگر آدرس مقصد مربوط به ایستگاه A یا B باشد، نیازی نیست که فریم در سگمنت ۲ ظاهر شود. در این حالت، می‌توان گفت که پل هیچ اقدامی صورت نمی‌دهد.

می‌توانیم بگوییم که پل، فریم را فیلتر یا حذف می‌کند. اگر آدرس مقصد، آدرس ایستگاه C یا D باشد،
یا اگر آدرس انتشار باشد، آنگاه پل ارسال را انجام می‌دهد، یا فریم را به بخش ۲ ارسال می‌کند.
با ارسال بسته‌ها(packets) پل به هر یک از چهار دستگاه موجود در شکل اجازه می‌دهد تا ارتباط برقرار کنند.
به علاوه، با فیلتر کردن بسته‌ها در زمان مناسب، پل این را برای ایستگاه A ممکن می‌سازد،
تا به ایستگاه B ارسال انجام دهد، در همان زمان که ایستگاه C به ایستگاه D ارسال می‌کند،
که این امکان را می‌دهد که دو مکالمه به طور هم‌زمان رخ دهد!
سوئیچ‌ها همتاهای مدرن پل‌ها هستند، که از نظر عملکردی معادل با یک سگمنت اختصاصی
برای هر گره در شبکه هستند.(‏در ادامه این مقاله به سوئیچ‌ها می‌پردازیم)‏

روترها: تقسیم‌بندی منطقی(Routers: Logical Segmentation)

پل‌ها می‌توانند ازدحام را با اجازه دادن به مکالمات متعدد در سگمنت‌های مختلف به طور همزمان کاهش دهند، اما در تقسیم‌بندی ترافیک محدودیت‌هایی دارند. یکی از ویژگی‌های مهم پل‌هااین است که آن‌ها شبکه اترنت را به همه سگمنت‌های متصل ارسال می‌کنند. این رفتار ضروری است، چرا که پخش‌های اترنت برای هر گره در شبکه مقدر شده‌اند، اما می‌تواند مشکلاتی را برای شبکه‌هایی که از پل استفاده می‌کنند و بیش از حد بزرگ شده‌اند ایجاد کند. زمانی که تعداد زیادی از ایستگاه‌ها در یک شبکه دارای پل، مخابره انجام دهند، ازدحام می‌تواند به بدی زمانی باشد که تمام دستگاه‌ها در یک سگمنت هستند.

روتر‌ها اجزای پیشرفته شبکه هستند که می‌توانند یک شبکه واحد را به دو شبکه کاملا مجزا تقسیم کنند. در حالی که اترنت در پل‌ها در جستجو برای یافتن هر گره در شبکه مخابره را انجام می‌دهد، از روترها عبور نمی‌کنند، زیرا روتر یک مرز منطقی را برای شبکه شکل می‌دهد.

روتر‌ها براساس پروتکل‌هایی عمل می‌کنند که مستقل از تکنولوژی شبکه‌سازی خاص مانند اترنت یا حلقه نشانه(Token Ring) هستند(‏ما بعدا در مورد حلقه نشانه بحث خواهیم کرد)‏.این موضوع به روتر‌ها اجازه می‌دهد تا به راحتی تکنولوژی‌های مختلف شبکه،هم در سطح محلی و هم در سطح گسترده، را به هم متصل کنند و منجر به گسترش استفاده از آن‌ها در دستگاه‌های اتصال در سراسر جهان به عنوان بخشی از اینترنت جهانی شده‌است.

اترنت سوئیچ‌شده(Switched Ethernet)

پیاده‌سازی اترنت مدرن اغلب شبیه همتایان قدیمی خود نیست. در جایی که کابل‌های هم‌محورطولانی، اتصالات را برای ایستگاه‌های متعدد در اترنت قدیمی فراهم می‌کرد، شبکه‌های اترنت مدرن از جفت سیم پیچ خورده یا فیبر نوری برای اتصال ایستگاه‌ها در یک الگوی شعاعی استفاده می‌کنند. درحالی که شبکه‌های اترنت قدیمی داده‌ها را در ۱۰ مگابیت بر ثانیه(‏Mbps) ‏انتقال می‌دادند، شبکه‌های مدرن می‌توانند در ۱۰۰ یا حتی ۱۰۰۰ مگابیت بر ثانیه عمل کنند!

شاید برجسته‌ترین پیشرفت در شبکه‌های اترنت معاصر استفاده از اترنت سوئیچ‌ شده باشد. شبکه‌های سوئیچ‌شده، محیط انتقال اترنت قدیمی را با یک سگمنت اختصاصی برای هر ایستگاه جایگزین می‌کنند. این سگمنت‌ها به یک سوئیچ متصل می‌شوند که بسیار شبیه پل اترنت عمل می‌کند، اما می‌تواند بسیاری از ایستگاه‌های سگمنت را به یکدیگر متصل کند. امروزه برخی سوئیچ‌ها می‌توانند از صدها سگمنت اختصاصی پشتیبانی کنند.

از آنجایی که تنها تجهیزات روی سگمنت‌ها، سوئیچ و ایستگاه پایانی هستند، سوئیچ شبکه هر پیام را قبل از رسیدن به گره دیگر برمی‌دارد. سپس سوئیچ، فریم را روی سگمنت مناسب ارسال می‌کند، درست مانند یک پل، اما از آنجا که هر سگمنت تنها شامل یک گره است، فریم تنها به گیرنده مورد نظر می‌رسد. این امر به بسیاری از مکالمات اجازه می‌دهد تا به طور همزمان در یک شبکه سوئیچ‌شده انجام شوند.

اترنت دوطرفه(Full-duplex Ethernet)

اترنت سوئیچ‌شده باعث پیشرفت دیگری به نام اترنت دوطرفه شد. انتقال دو طرفه یک اصطلاح ارتباطی داده است که به توانایی ارسال و دریافت داده‌ها به طور همزمان اشاره دارد. اترنت قدیمی، یک طرفه است، به این معنی که اطلاعات تنها می‌توانند در یک جهت در یک زمان حرکت کنند. در یک شبکه کاملا سوئیچ شده، گره‌ها تنها با سوئیچ ارتباط برقرار می‌کنند و هرگز به طور مستقیمبا یکدیگر ارتباط برقرار نمی‌کنند.

همچنین شبکه‌های سوئیچ‌شده از جفت سیم‌های تاب‌خورده یا کابل فیبر نوری استفاده می‌کنند که هر دو از محیط‌های انتقال جداگانه برای ارسال و دریافت داده‌ها استفاده می‌کنند. در این نوع محیط، ایستگاه‌های اترنت می‌توانند فرایند تشخیص برخورد را رها کرده و انتقال را در هر زمانی انجام دهند، زیرا آن‌ها تنها تجهیزات بالقوه‌ای هستند که می‌توانند به محیط انتقال دسترسی داشته باشند. این امر به ایستگاه‌های نهایی اجازه می‌دهد تا هم‌زمان با انتقال سوئیچ به آن‌ها، به سوئیچ در یک محیط بدون برخورد، انتقال انجام دهند.

شبکه اترنت Ethernet یا 802.3؟(Ethernet or 802.3)

ممکن است اصطلاح 802.3 را که به جای اترنت به کار می‌رود، شنیده باشید. شبکه اترنت Ethernet در ابتدا به پیاده‌سازی شبکه استاندارد شده توسط دیجیتال، اینتل و زیراکس اشاره داشت. (‏به همین دلیل، به عنوان استاندارد DIX نیز شناخته می‌شود). در فوریه ۱۹۸۰، انجمن مهندسان برق و الکترونیک یا Institute of Electrical and Electronics Engineers یا به اختصار IEEE، ‏کمیته‌ای برای استانداردسازی تکنولوژی‌های شبکه ایجاد کرد. IEEE این کمیته را ۸۰۲ نام‌گذاری کرد که بر اساس سال و ماه تشکیل آن نام‌گذاری شده‌است. کمیته‌های فرعی گروه ۸۰۲ بطور جداگانه  جنبه‌های مختلف شبکه‌سازی را مورد بررسی قرار دادند.

IEEE هر یک از آن‌ها را با عددگذاری 802.X درحالی که X نماینده یک کمیته فرعی مشخص است، متمایز کرد. گروه 802.3 عملکرد یک شبکه CSMA/CD را استانداردگذاری کرد که از نظر عملکردی معادل با شبکه اترنت DIX بود. اترنت و 802.3 از نظر واژگان و قالب داده برای فریم‌هایشان کمی متفاوت هستند، اما از بسیاری جهات مشابه هستند. امروزه اصطلاح اترنت به طور کلی به پیکربندی اترنت DIX و استاندارد 802.3 IEEE اشاره دارد.

فناوری‌های شبکه جایگزین: حلقه نشانه(Alternative Network Technologies: Token Ring)

متداول‌ترین جایگزین شبکه محلی برای اترنت یک تکنولوژی شبکه است که توسط IBM توسعه داده شده‌ است، حلقه نشانه نام دارد. درحالی که اترنت به شکاف‌های تصادفی بین انتقال‌ها برای تنظیم دسترسی به محیط انتقال وابسته است، حلقه نشانه یک روش دسترسی دقیق و منظم را پیاده‌سازی می‌کند. همانطور که در زیر نشان‌داده شده‌است، یک شبکه حلقه نشانه، گره‌ها را در یک حلقه منطقی مرتب می‌کند. گره‌ها، فریم‌ها را در جهت رو به جلو، در حلقه ارسال می‌کنند و زمانی که یک‌بار حلقه را دور زد، فریم را حذف می‌کنند.

1. حلقه با ایجاد یک نشانه شروع به کار می‌کند، که یک نوع خاص از فریم است که برای انتقال به ایستگاه اجازه می‌دهد.
2. نشانه، حلقه را مانند هر فریم دیگری دور می‌زند تا زمانی که با یک ایستگاه مواجه شود که می‌خواهد داده منتقل کند.
3. این ایستگاه سپس نشانه را می‌گیرد و فریم نشانه با یک فریم حامل داده جایگزین می‌کند که شبکه را طی خواهد کرد.
4. هنگامی که فریم داده به ایستگاه انتقال بر می‌گردد، آن ایستگاه فریم داده را حذف می‌کند، یک نشانه جدید تولید می‌کند و آن را به گره بعدی در حلقه ارسال می‌کند.

وظیفه گره‌های حلقه نشانه چیست

گره‌های حلقه نشانه به دنبال سیگنال حامل نیستند و یا برای شنیدن صدای برخورد به محیط انتقال گوش نمی‌دهند. وجود فریم نشانه، این اطمینان را فراهم می‌آورد که ایستگاه می‌تواند بدون ترس از قطع، توسط یک ایستگاه دیگر، یک فریم داده را ارسال کند. از آنجا که یک ایستگاه تنها یک فریم داده را قبل از ارسال نشانه به گره بعدی، در طول مسیر ارسال می‌کند، هر ایستگاه روی حلقه، نوبتی برای ارتباط به روشی منطقی و منصفانه خواهد داشت.

شبکه‌های حلقه نشانه معمولا داده‌ها را در ۴ یا ۱۶ مگابیت بر ثانیه ارسال می‌کنند. واسط داده توزیع‌کننده داده‌ها در شبکه فیبر نوری(Fiber-Distributed Data Interface یا به اختصار ‏FDDI) یک تکنولوژی عبور نشانه دیگر است که بر روی یک جفت حلقه فیبر نوری کار می‌کند که در آن، هر حلقه، یک نشانه را در جهت مخالف ارسال می‌کند. شبکه‌های FDDI سرعت‌های انتقال 100Mbps را ارائه دادند، که در ابتدا آن‌ها را به عنوان شبکه‌هایی پرسرعت کاملا محبوب کرد. با ظهور اترنت 100Mbps، که ارزان‌تر و اداره آن ساده‌تر است، FDDI محبوبیت خود را از دست داد.

فناوری‌های شبکه جایگزین: مد انتقال ناهم‌زمان(Alternative Network Technologies: Asynchronous Transfer Mode)

آخرین تکنولوژی شبکه که لازم است به آن اشاره کنیم، مد انتقال ناهم‌زمان یا ATM است. شبکه‌های ATM خط بین شبکه‌های منطقه‌ای گسترده و محلی را تار می‌کنند، قادر به اتصال ابزارهای مختلف با قابلیت اطمینان بالا و سرعت‌های بالا حتی در سراسر کشور هستند. شبکه‌های ATM نه تنها برای حمل داده‌ها بلکه برای انتقال ترافیک صوتی و تصویری نیز مناسب هستند که آن‌ها را چند منظوره و قابل ارتقا می‌سازد.

درحالی که ATM به همان سرعتی که در ابتدا پیش‌بینی شده ‌بود، مورد پذیرش قرار نگرفته است، با این حال یک تکنولوژی شبکه منسجم برای آینده است. محبوبیت اترنت همچنان در حال افزایش است. با تقریبا ۳۰ سال پذیرش در صنعت، این استاندارد به خوبی شناخته شده‌است و به خوبی درک شده‌است که پیکربندی و عیب‌یابی آن را آسان‌تر می‌سازد. با پیشرفت تکنولوژی‌های دیگر، اترنت برای باقی ماندن در رقابت، با افزایش سرعت و عملکرد تکامل‌یافته است.

منبع مقاله: How Ethernet Works