آموزش رایگان دوره نتورک‌پلاس (+Network) مقدمه‌ای سیگنال‌ها و کابل‌های شبکه (بخش 31 )

برای مطالعه بخش سی ام آموزش رایگان و جامع نتورک پلاس (+Network) اینجا کلیک کنید

مبانی انتقال

تکنیک‌های انتقال اطلاعات روزبه‌روز در شبکه‌ها پیچیده‌تر و متنوع می‌شوند. از طریق ترفندهای جزیی و بازسازی‌های عمده، مدیران شبکه دائما به دنبال راه‌هایی برای به حداکثر رساندن بهره‌وری شبکه‌های خود هستند. اجازه دهید، ابتدا به سنجه‌های اندازه‌گیری کارایی شبکه نگاهی اجمالی داشته و سپس موانعی که باعث می‌شوند عملکرد شبکه کاهش پیدا کند را بررسی کنیم. در شماره‌های آتی نیز به سراغ مبحث بهینه‌سازی عملکرد شبکه خواهیم رفت.

کارایی و پهنای باند

یک متخصص حرفه‌ای شبکه اغلب نیاز به اندازه‌گیری دو ویژگی زیر دارد:

• پهنای باند - مقدار داده‌ای که می‌تواند به لحاظ نظری در طی یک دوره زمانی مشخص منتقل شود. به‌طور مثال، یک آزادراه را تصور کنید. آزادراهی که پهنای باند آن  سه لاین است در یک دقیقه به وسایل نقلیه بیشتری اجازه می‌دهد با حداکثر سرعت مجاز در یک دقیقه عبور کنند. با این حال، ما هیچ‌گاه نمی‌توانیم به حداکثر ظرفیت ممکن در پهنای باند و سرعت انتقال داده‌ها دست پیدا کنیم، اما می‌توانیم با اضافه کردن خطوط بیشتر به بزرگراه، پهنای باند بالقوه را افزایش دهیم. در عین حال در نظر داشته باشید که اضافه کردن خطوط بیش از حد برای مقدار ترافیک پیش‌بینی شده، به گونه‌ای که برخی از خطوط هیچ‌گاه استفاده نشوند؛ تنها اتلاف منابع است.

• توان عملیاتی (به نرخ بار مصرف یا نرخ داده موثر نیز شهرت دارد)- اندازه‌گیری میزان اطلاعاتی که در طی یک دوره زمانی مشخص منتقل می‌شوند. به‌کارگیری تمامی پهنای باند در دسترس در عمل تصادم و ترافیک بیشتر را به وجود می‌آورد، مگر اینکه پهنای باند کمی به شکل بهینه شده‌ای استفاده شود. با این حال، میزان اثرگذاری این تکنیک محدود است، زیرا ارائه پهنای باند بالقوه فراتر از توان عملیاتی واقعی، به معنای بهبود عملکرد نخواهند بود، زیرا در این حالت شما مجبور هستید به شکل منظم ترافیک را بررسی کنید تا شبکه در حالت مطلوب کار کند. رویکردی که به لحاظ زمانی و مالی هزینه‌بر خواهد بود.

در دنیای شبکه‌سازی، توانایی عملیاتی و پهنای باند معمولا در قالب بیت ارسال شده در هر ثانیه، به عنوان نرخ بیت، مانند 1000 بیت در ثانیه یا 1 کیلوبایت در ثانیه (1 کیلوبایت در ثانیه) بیان می‌شود. جدول زیر خلاصه‌ای از اصطلاحات و اختصاراتی مورد استفاده در زمان تعریف پهنای باند و توان عملیاتی را نشان می‌دهد.

به‌طور مثال، یک پهنای باند کم هزینه برای اتصال به اینترنت ممکن است با حداکثر پهنای باند 3 مگابیت بر ثانیه رتبه‌بندی شده و در اختیار شما قرار گیرد، اما در دنیای واقعی سرعت به مراتب کمتر از 3 مگابیت بر ثانیه خواهد بود. به همین دلیل است که ارائه‌دهندگان سرویس‌های اینترنتی اغلب از عبارت "حداکثر 3 مگابیت بر ثانیه" استفاده می‌کنند و هیچ‌گاه تعهد نمی‌دهند که شما به چنین سرعتی دست پیدا کنید. یک شبکه محلی که برای دستیابی به توان عملیاتی 1 گیگابیت در ثانیه پیکربندی می‌شود، ممکن است به نرخ انتقال 1.25 گیگابیت بر ثانیه نیاز داشته باشد، زیرا فریم‌های اترنت سرباره زیادی را به وجود می‌آورند. از جمله برنامه‌های کاربردی که به پهنا و توان عملیاتی بالا نیاز دارند به ویدئو کنفرانس و سیگنالینگ تلفن می‌توان اشاره کرد، در مقابل پیام‌های فوری و ایمیل نیز در گروه برنامه‌هایی با حداقل پهنا و توان عملیاتی نیاز دارند.

نکته: دقت کنید زمانی که درباره توان عملیاتی صحبت می‌کنید بیت و بایت اشتباه را با یکدیگر استفاده نکنید.

• زمانی که صحبت از کمیت در ارتباط با ذخیره‌سازی داده‌ها به میان می‌آیند از اصطلاح چند بایت استفاده می‌شود.

• زمانی که صحبت از کمیت در ارتباط با انتقال اطلاعات (به عبارت دیگر، توان عملیاتی) بیشتر از بیت در ثانیه استفاده می‌شود.

هنگام نمایش کمیت داده‌ها از کاراکتر b کوچک برای نشان دادن بیت‌ها استفاده می‌شود، در حالی که B بزرگ نماینده بایت است. به‌طور مثال، برای نمایش نرخ انتقال یک مودم از عبارت 56.6 کیلوبیت در ثانیه (Kpbs) استفاده می‌شود، در حالی که یک فایل داده‌ای ممکن است 56 کیلوبایت (KiloByte) باشد.

نقص در انتقال

در یک شبکه پر ازدحام، چرا توان عملیاتی واقعی کمتر از پهنای باند بالقوه شبکه است؟ سه عاملی که می‌توانند عملکرد شبکه را کاهش دهند، پارازیت، تاخیر و میرایش هستند.

پارازیت

نویز (پارازیت) به راحتی روی سیگنالی که درون یک شبکه ارسال می‌شود تاثیر منفی گذاشته و در بدترین حالت سیگنال را خراب می‌کند. نویز در یک شبکه با واحد دسی بل (دسی بل) اندازه‌گیری می شود. در حالت کلی دو منبع زیر اصلی‌ترین علت بروز پارازیت هستند.

• EMI (تداخل الکترومغناطیسی) توسط موتورها، خطوط برق، تلویزیون، دستگاه کپی، چراغ‌های فلورسنت، مایکروویو، ماشین‌آلات تولیدی و سایر منابع الکتریکی (از جمله رعد و برق شدید) بوجود می‌آیند. نوع خاصی از تداخل الکترومغناطیس نیز (RFI) تداخل فرکانس رادیویی نام دارد که علت بروز آن امواج رادیویی است. (در بیشتر منابع EMI به صورت EMI / RFI ذکر می‌شود.) سیگنال‌هایی که از برج‌های قدرتمند رادیویی و تلویزیونی ساطع می‌شود یکی دیگر از عوامل بروز تداخل فرکانس رادیویی هستند.

• هم‌شنوی (crosstalk) - زمانی رخ می‌دهد که یک سیگنال در حال ارسال روی یک سیم یا کابل است که سیم مجاور آن سیگنال را دریافت می‌کند. به عبارت دیگر، جفت‌شدگی ناخواسته سیگنال‌ها بر اثر خاصیت القایی یا خازنی رخ می‌دهد، در این حالت بخشی از توان سیگنال از کابل نشست پیدا کرده و در کابل دیگری دریافت می‌شود. شکل زیر هم‌شنوی میان سیم‌ها درون یک کابل را نشان می‌دهد.

نویز یا هم‌شنوی، بخش‌ جدایی ناپذیری از یک سیگنال است. زمانی که در حال صحبت کردن با تلفن ثابت هستید و در عین حال صدای پس‌زمینه‌ای را نیز می‌شنوید، به دلیل وجود مشکل هم‌شنوی یا نویز است. در شبکه‌های داده‌ای، هم‌شنوی می‌تواند به اندازه‌ای حاد شود که فرآیند انتقال داده‌ها را متوقف کند. مشکل هم‌شنوی به سه شکل زیر رایج هستند.

• هم‌شنوی خارجی- هم‌شنوی میان دو کابل

• NEXT (هم‌شنوی انتهای نزدیک) – این هم‌شنوی بین جفت سیم‌ها در نزدیکی منبع سیگنال رخ می‌دهد.

• FEXT (هم‌شنوی انتهای دور) – به میزان هم‌شنوی اندازه‌گیری شده در انتهای دور کابل از منبع ارسال سیگنال اشاره دارد. (به زبان ساده‌تر، به میزان نویز یک کابل زمانی که داده‌ها از مبدا تا منبع ارسال می‌شوند، اشاره دارد.) تا حد معینی این میزان هم‌شنوی اجتناب ناپذیر است. با این حال، مهندسان راه‌های متعددی برای کاهش نویزی که روی سیگنال‌ها می‌افتد ابداع کرده‌اند. یکی از راه‌های ساده این است که اطمینان حاصل شود که قدرت سیگنال بیش از قدرت نویز است. طراحی و نصب مناسب کابل‌ها نیز برای محافظت در برابر نویز راهکار مفید دیگری است.

میرایش (تضعیف شبکه در اثر تشعشع)

دور بودن از منبع سیگنال یکی دیگر از عواملی است که باعث قطعی یا از دست دادن قدرت سیگنال می‌شود. درست شبیه به حالتی که هرچه دور می‌شوید صدای شما هم ضعیف‌تر می‌شود، سیگنال‌ها نیز با دور شدن از منبع ضعیف می‌شوند. برای حل مشکل میرایش و تقویت سیگنال‌ها در یک مسیر،  ما می‌توانیم از تکنیک تکرار سیگنال استفاده کنیم. در این حالت یک سیگنال دیجیتال به شکل اصلی خود باز می‌گردد، بدون آن‌که پارازیت‌های ممتد باعث قطعی یا ضعیف شدن سیگنال شوند. شکل زیر یک سیگنال دیجیتالی را نشان می‌دهد که نویز باعث خراب شدن آن شده است و در ادامه با استفاده از یک تکرار کننده سیگنال بازسازی شده است.یک سوئیچ در یک شبکه اترنت به عنوان یک تکرار کننده چندپورتی کار می‌کند، به گونه‌ای که فرآیند انتقال بیت‌ها از طریق هر پورت سوییچ انجام می‌شود.

تاخیر

درست است که الکترو‌ن‌ها به سرعت در حال حرکت هستند، با این حال، سفر آن‌ها همراه با مکث‌های کوتاهی انجام می‌شود. تاخیرهای کوتاه‌ بین لحظه‌ای از زمانی که داده‌ها منبع را ترک می‌کنند تا زمانی که داده‌ها به مقصد خود می‌رسند. این وقفه‌ها به نام تاخیر (latency) شهرت دارند. طول کابل و همچنین دستگاه‌های متصل کننده مختلفی همچون روترها روی این تاخیرها اثر مستقیمی می‌گذارند. به‌طور مثال، مودم‌هایی که سیگنال‌های ورودی و خروجی را برای انتقال از طریق شبکه تبدیل یا مدولاسیون می‌کنند، بیشتر از سوییچ‌هایی که سیگنال را تکرار می‌کنند در این زمینه نقش دارند. رایج‌ترین روش اندازه‌گیری تاخیر در شبکه‌های داده‌ای محاسبه بسته RTT (زمان سفر دور) یا محاسبه مدت زمانی است که فرستنده بسته‌ای را ارسال کرده و گیرنده آن‌را دریافت کرده و سپس دریافت کننده، بسته را برای فرستنده ارسال می‌کند. RTT معمولا در واحد میلی‌ثانیه اندازه‌گیری می‌شود.

تاخیر زمانی، باعث می‌شود، گره دریافت‌کننده که در حال انتظار برای برقراری ارتباط و استریم کردن داده‌ها است با مشکلات عدیده‌ای روبرو شود. اگر بسته‌های مختلف تاخیر بیش از اندازه‌ای را تجربه کنند، از دسترس خارج می‌شوند. در اصطلاح رایج به این مشکل جیتر(jitter) یا به عبارت دقیق‌تر اختلاف تاخیر بسته (PDV) سرنام packet delay variation می‌گویند. این پدیده ممکن است فرآیند انتقال ویدیو یا صدا را به‌طور مکرر متوقف کرده، پرش‌های مختلف را به وجود آورده یا به‌طور کامل ارتباط را قطع کند. یکی دیگر از مشکلات مربوط به زمان تاخیر هنگامی رخ می‌دهد که یک گره موفق نشود در بازه زمان تعیین شده استریم‌های داده‌ای را دریافت کند. در این حالت گره فرض می‌کند که اطلاعات بیشتری در حال انتقال است. در این مورد، خطاهای انتقال برای فرستنده ارسال می‌شود. در حالی که نویز، میرایش و تأخیر عملکرد شبکه را کاهش می‌دهند، اما با اعمال برخی تغییرات می‌توانید کارایی شبکه را افزایش دهید. اجازه دهید ابتدا به سراغ تنظیمات کارت شبکه روی یک دستگاه برویم.

 Duplex, Half-Duplex و  Simplex

دستگاه‌های تحت شبکه زمانی بهترین ارتباط با شبکه را خواهند داشت که به درستی پیکربندی شده باشند. کارت‌های شبکه دو تنظیمات مهم دارند که اولین تنظیم شامل مسیری است که در آن سیگنال‌ها روی رسانه‌ها دریافت می‌شود و دومین تنظیم به تعداد سیگنال‌هایی که می‌توانند در یک زمان معین به سمت رسانه هدایت شوند اشاره دارد. ترکیب این دو پارامتر مهم در مجموع روش‌های مختلف برقراری ارتباط با یک شبکه را به شرح زیر به وجو می‌آورند.

• دوپلکس کامل/ دوپلکس دو طرفه همزمان full-duplex که به آن duplex-Signals نیز می‌گویند، به‌طور همزمان در هر دو جهت حرکت می‌کند. به‌طور مثال، یک گفت‌وگوی تلفنی نمونه‌ای بارز از یک انتقال کامل دو طرفه است، زیرا هر دو طرف مکالمه می‌توانند همزمان صحبت کنند. کارت‌های شبکه مدرن به‌طور پیش‌فرض از دوپلکس کامل استفاده می‌کنند.

• دوپلکس غیرهمزمان (half-duplex) سیگنال‌ها ممکن است در هر دو جهت حرت کنند، اما در یک لحظه تنها در یک مسیر حرکت می‌کنند. به‌طور مثال، یک سیستم مخابراتی داخلی یک آپارتمان ممکن است نیمه دوپلکس باشد اگر تنها یک نفر بتواند در یک زمان صحبت کند.

•  یک‌طرفه Simplex-Signals ممکن است تنها در یک جهت حرکت کند و گاهی اوقات یک راه یا ارتباط یک‌‌طرفه نامیده می‌شود. درب بازکن گاراژ نمونه‌ای از یک ارتباط یک‌طرفه هستند.

در ویندوز، شما می‌توانید از Device Manager برای پیکربندی کارت شبکه و از جمله تنظیمات سرعت و دوپلکس استفاده کنید. به‌طور مثال، در شکل زیر نشان داده شده است که شما می‌توانید دوپلکس کامل، دوپلکس غیرهمزمان یا مذاکره خودکار (Auto Negotiation) را انتخاب کنید، که به کارت شبکه اجازه می‌دهد بهترین سرعت لینک و دوپلکس را انتخاب کند. با این حال، اگر سرعت خاص و دوپلکسی را انتخاب کنید که رسانه هدف از آن پشتیبانی نکند، نتیجه این پیکربندی اشتباه یک عدم انطباق سرعت و دوپلکس است که باعث کندی ارتباط با عدم برقراری ارتباط می‌شود.

در شماره آینده آموزش نتورک‌پلاس این مبحث را ادامه خواهیم داد.

استان تهران (تهران): آموزشگاه عصر شبکه
برگزار كننده دوره‌ها بصورت حضوری و مجازی هم‌زمان 
تلفن: 02188735845           کانال: Asrehshabakeh@
---------------------------------------
استان گیلان (رشت): آموزشگاه  هیوا شبکه 
تلفن: 01333241269           کانال: HivaShabake@