اترنت، ویژگی‌های شبکه در لایه فیزیکی و لایه پیوند داده را چگونه تشریح می‌کند
اترنت نحوه عملکرد شبکه در لایه اول و دوم مدل مرجع OSI را توضیح می‌دهد. لایه اول، لایه فیزیکی (Physical layer) است که تبادل داده در رسانه‌های فیزیکی مختلف (کابل‌ها و فیبر نوری) را برعهده دارد. مواردی مانند نوع کابل‌ها و کانکتورها، نوع سیگنال‌های ارسالی (الکتریکی یا نوری) و نوع دستگاه‌های مبدا و مقصد در شبکه در این لایه تعیین می‌شود. لایه دوم، لایه پیوند داده (Data Link Layer) است که آماده‌سازی بسته‌های داده جهت ارسال و نیز هدایت جریان داده‌ها در رسانه فیزیکی (کابل یا فیبرنوری) را به‌عهده دارد. در ادامه بررسی خواهدشد که فناوری اترنت ویژگی‌های شبکه در لایه فیزیکی و لایه پیوند داده را چگونه تشریح می‌کند. این مقاله به مواردی همچون نوع کابل‌های شبکه اترنت اعم از UTP و فیبر نوری، ارتباط دوطرفه در شبکه اترنت، آدرس‌ مک و بخش‌های مختلف فریم اترنت می‌پردازد.

اترنت (Ethernet) نه یک پروتکل بلکه مجموعه‌ای از استانداردهای مختلف است که با عنوان مجموعه استانداردهای 802.3 شناخته می‌شوند. اترنت به‌رغم قدیمی بودنش هنوز هم پرکاربردترین فناوری برای ایجاد شبکه‌های محلی است. استانداردهای اترنت تاکنون نسخه‌های گوناگونی داشته‌اند و سرعت اترنت طی سال‌ها از 10 مگابیت‌برثانیه تا 100 گیگابیت‌برثانیه افزایش یافته است. شماری از رایج‌ترین نسخه‌های اترنت و سرعت‌ هر کدام‌شان در جدول 1 ذکر شده است.

جدول 1. نسخه‌های گوناگون اترنت و سرعت و کابل مورد استفاده آن‌ها
پهنای باند
نام رایج
نام غیررسمی
عنوان استاندارد
نوع کابل
10 مگابیت‌برثانیه
Ethernet
10BASE-T
802.3
UTP تا 100 متر
100 مگابیت‌برثانیه
Fast Ethernet
100BASE-T
802.3u
UTP تا 100 متر
1000 مگابیت‌برثانیه
Gigabit Ethernet
1000BASE-LX
802.3z
فیبر نوری تا 5000 متر
1000 مگابیت‌برثانیه
Gigabit Ethernet
1000BASE-T
802.3ab
UTP تا 100 متر
10 گیگابیت‌برثانیه
10 Gigabit Ethernet
10GBASE-T
802.3an
UTP تا 100 متر

 

در لایه فیزیکی (Physical layer) مدل مرجع OSI، برای انتخاب کابل و سرعت انتقال داده چند گزینه دارید. یکی از مزایای اترنت این است که در لایه پیوند داده نیز از استاندارد یکسانی بهره می‌برد. لذا می‌توانید استانداردهای مختلف اترنت را در ترکیب با هم در شبکه به کار بگیرید (مثال: تصویر 1).

تصویر 1. اتصال گره‌های شبکه با استانداردهای مختلف اترنت

 

در تصویر 1، شبکه سه رایانه دارد که با استفاده از استانداردهای متفاوت اترنت و کابل UTP به دو سوئیچ متصل شده‌اند. سوئیچ‌ها نیز با اتصال فیبر نوری 10 گیگابیت‌برثانیه به هم متصل هستند. این شبکه به‌رغم بهره‌گیری از استانداردهای متفاوت مشکلی ندارد و می‌تواند فریم‌های اترنت را از گره‌ای به گره دیگر ارسال کند.

 در ادامه ویژگی‌های شبکه در لایه فیزیکی و لایه پیوند داده از دید فناوری اترنت با جزییات بیشتری بررسی می‌شود.


1. لایه فیزیکی شبکه (Physical layer)

در اترنت دو نوع کابل می‌توان به‌کار برد:

  • کابل زوج به‌هم‌تابیده بدون روکش یا UTP (مخفف Unshielded Twisted Pair)
  • فیبر شیشه‌ای

 

1.1 کابل UTP یا زوج به‌هم تابیده بدون روکش

کابل‌های UTP برای انتقال داده از مس بهره می‌برند. کابل UTP ارزان و کار کردن با آن آسان است. اما از معایبش این است که حداکثر طول آن نباید بیش از 100 متر باشد.

تصویر 2. کابل‌های زوج به‌هم تابیده بدون روکش (UTP)


برای انتقال داده با سیگنال الکتریکی دو چیز لازم است:

  • مدار الکتریکی
  • شیوه‌ای که با آن بتوان صفر و یک‌های دیجیتال را از طریق کابل تبادل کرد

 

برای ایجاد مدار الکتریکی درون کابل UTP یک جفت سیم به کار می‌رود تا حلقه یا مسیر رفت و برگشت شکل بگیرد و برق بتواند جریان پیدا کند (تصویر 3). 

تصویر 3. جفت‌سیم‌های کابل UTP مسیر رفت و برگشت یا به‌عبارتی مدار الکتریکی ایجاد می‌کنند تا برق بتواند در آن‌ها جریان یابد.


ضمنا برای ارسال داده بین دو دستگاه نوعی رمزنگاری لازم است تا صفر و یک‌های دیجیتال بتوانند در کابل انتقال یابند. مثلا برای ارسال 1 از ولتاژ بالا و برای ارسال صفر از ولتاژ پایین استفاده می‌شود. وقتی همه دستگاه‌های شبکه بدین‌سان از شیوه رمزنگاری یکسانی بهره ببرند، می‌توانند داده تبادل کنند.

یکی از چالش‌های ارسال سیگنال الکتریکی در سیم‌ها تداخل الکترومغناطیسی یا اصطلاحا EMI (مخفف Electromagnetic interference) است که نهایتا به پدیده‌ای موسوم به هم‌شنوی یا کراس‌تاک (crosstalk) منجر می‌شود. در پدیده هم‌شنوی، وقتی سیگنال الکتریکی در یکی از جفت‌سیم‌ها حرکت می‌کند، میدانی مغناطیسی پدید می‌آورد که بخشی از آن بر جفت‌سیم‌های مجاور نیز تاثیر می‌نهد. برای رفع این مشکل، سیم‌های درون کابل‌ UTP را جفت‌جفت به‌هم پیچیده‌اند، زیرا با این راه‌کار بخش عمده تداخل الکترومغناطیسی بین هر جفت سیم رفع می‌شود.

تصویر 4. سیم‌های کابل UTP جفت‌جفت به‌هم پیچیده شده‌اند. جفت‌سیم‌ها هم‌رنگ هستند؛ یکی تک‌رنگ و دیگری با سفید ترکیب شده‌ است.


ممانطور که در تصویر 4 نشان داده شده است، کابل UTP چهار جفت سیم دارد. هر سیم با سیم هم‌رنگش که بخشی از آن نیز سفید است جفت شده است؛ مثلا سیم آبی با سیم آبی‌وسفید. به انتهای کابل UTP کانکتور RJ45 متصل می‌شود.

تصویر 5. کانکتور RJ45 و جفت‌سیم‌های کابل UTP


کانکتور RJ45 هشت شیار دارد که سوزن‌ها یا اصطلاحا پین‌های کابل UTP به آن‌ها متصل می‌شوند. پین‌ها از چپ به راست شماره می‌خورند (تصویر 6).

تصویر 6. پین‌های کانکتور RJ45 از چپ به راست شماره می‌خورند. کانکتورهایی با این چینش سیم را کانکتور 568A می‌گویند.


پس از آن‌که به دو سر کابل UTP کانکتور RJ45 وصل شد، می‌توان آن را به پورت کارت شبکه (NIC) یا سوئیچ متصل کرد (هر پورت سوئیچ نیز در اصل یک کارت شبکه دارد).

تصویر 7. کابل UTP با کانکتور RJ45 و پورت‌های اترنت در یکی از تجهیزات شبکه


1.1.1. کابل مستقیم یا استریت (Straight Through)

استاندارد 10BASE-T و 100BASE-T فقط دو جفت سیم از کابل UTP را یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت داده، به کار می‌گیرد (تصویر 8).

تصویر 8. در استانداردهای 10BASE-T و 100BASE-T از چهار جفت سیم کابل UTP فقط دو جفت سیم به‌کار می‌رود.


در تصویر 8، رایانه جفت‌سیم‌ نارنجی و نارنجی‌سفید (پین 1 و 2) را برای ارسال داده و جفت‌سیم سبز و سبزوسفید (پین 3 و 6) را برای دریافت داده به‌کار می‌برد. سوئیچ، جفت‌سیم نارنجی و نارنجی‌سفید (پین 1 و 2) را برای دریافت و جفت‌سیم سبز و سبزوسفید (پین 3 و 6) را برای ارسال داده‌ها به‌کار می‌گیرد. وقتی چینش ‌سیم‌های کابل UTP در هر دو سمت یکسان باشد، آن را اصطلاحا کابل مستقیم یا استریت (Straight through) می‌نامند که در آن، سیم‌های هم‌رنگ دو کانکتور، یک‌به‌یک به هم متصل می‌شوند. در هر دو کانکتور چینش سیم‌ها برپایه استاندارد 568A است (تصویر 6). برای متصل کردن دو دستگاه ناهم‌سان، مثلا رایانه به سوئیچ یا روتر به سوئیچ، از کابل‌ مستقیم یا straight استفاده می‌شود.

 

1.1.2. کابل متقاطع یا کراس‌اور (Crossover)

برای متصل کردن دو دستگاه اغلب هم‌سان به یکدیگر از کابل متقاطع یا کراس‌اور (crossover) استفاده می‌شود. مثلا وقتی باید دو سوئیچ یا دو روتر به هم متصل شوند، نحوه ارتباط سیم‌های کابل UTP در دو سمت فرق می‌کند و هر رنگ با رنگ دیگری مرتبط می‌شود. چرا؟ چون اگر برای مثال، هنگام متصل کردن دو سوئیچ به هم، هر دو سوئیچ پین‌های 3 و 6 را برای ارسال داده به‌کار بگیرند، سیگنال‌های الکتریکی در سیم با هم برخورد می‌کنند (collision).

لذا برای اطمینان از ارسال و دریافت داده‌ها با پین‌های صحیح، نوعی کابل UTP موسوم به کابل متقاطع یا کراس‌اور (Crossover) به‌کار می‌رود. در کابل‌ متقاطع، چینش سیم‌ها در دو کانکتور دو سر کابل متفاوت است. در یک سمت از کانکتور 568A و در سمت دیگر از کانکتور 568B استفاده می‌شود (تصویر 9).

تصویر 9. تفاوت چینش سیم‌ها در کانکتور 568A و کانکتور 568B 


یادآوری می‌شود که کابل متقاطع و کابل مستقیم هر دو در اصل همان کابل UTP هستند. تفاوتشان این است که در کابل مستقیم، هر دو کانکتور 568A است اما در کابل متقاطع یکی از کانکتورها 568A و دیگری 568B است. تصویر 10 نحوه ارسال و دریافت داده با کابل متقاطع در صورت اتصال به دو سوئیچ را نشان می‌دهد.

تصویر 10. نحوه ارسال و دریافت داده با کابل متقاطع در صورت اتصال به دو سوئیچ. کانکتورهای  دو سر کابل متفاوت هستند.


در تصویر 10 پین‌های دو کانکتور متصل به دو سوئیچ، مانند جدول 2 با هم مرتبط شده‌اند.

جدول 2. جدول پین‌های متقاطع دو سوئیچ در تصویر 10
سوئیچ سمت راست سوئیچ سمت چپ
پین 3 پین 1
پین 6 پین 2
پین 1 پین 3
پین 2 پین 6

نکته: در سوئیچ‌های امروزی استفاده از کابل مستقیم یا متقاطع، دیگر تفاوتی ندارد زیرا تجهیزات جدید با استفاده از فناوری ویژه‌ای موسوم به auto-midx نوع کابل را تشخیص می‌دهند و برپایه آن به‌طور خودکار سیم‌های درست برای ارسال و دریافت داده را انتخاب می‌کنند.

 

1.1.3. انتخاب کابل در اترنت

چه زمانی باید از کابل مستقیم و چه زمانی از کابل متقاطع بهره برد؟ قاعده کلی چنین است: رایانه‌ها، چاپگرها، روترها، اکسس‌پوینت‌ها و دستگاه‌هایی مانند آن‌ها برای ارسال داده از پین‌های 1 و 2 بهره می‌برند. سوئیچ‌ها برای ارسال داده از پین 3 و 6 استفاده می‌کنند. بر این پایه، نوع کابل مورد استفاده توسط تجهیزات مختلف شبکه در تصویر 11 بیان شده است:

تصویر 11. شماری از موارد استفاده کابل مستقیم (Straight through) و کابل متقاطع (Crossover) برای متصل کردن دو دستگاه


1.1.4. کابل‌کشی اترنت گیگابیتی 1000BASE-T

در تمام مثال‌های فوق تنها دو جفت سیم به‌کار می‌رفت؛ یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت داده‌ها. اما اترنت گیگابیتی چهار جفت سیم به کار می‌برد. در اترنت گیگابیتی به‌جای آن‌که از یک جفت سیم برای ارسال و از یک جفت سیم دیگر برای دریافت داده‌ها استفاده شود، هر چهار جفت می‌توانند هم‌زمان داده بفرستند و داده دریافت کنند.

در اترنت گیگابیتی، چینش پین‌ها در کانکتور RJ45 تغییر نکرده است؛ فقط به‌جای آن‌که از دو جفت سیم استفاده شود، از تمام چهار جفت سیم کابل UTP استفاده می‌شود.

تصویر 12. در اترنت گیگابیتی 1000BASE-T، تمام چهار جفت سیم کابل UTP به‌کار گرفته می‌شود و هر چهار جفت می‌توانند برای ارسال و دریافت هم‌زمان داده به کار روند.


کابل متقاطع (crossover) نیز در اترنت گیگابیتی 1000BASE-T نسبت به نسخه‌های کم‌سرعت‌تر تفاوتی ندارد و فقط شماره اتصال پین‌ها فرق می‌کند:

  • پین 4 به 7
  • پین 5 به 8
  • پین 7 به 4
  • پین 8 به 5

البته همانطور که اشاره شد، باتوجه به قابلیت auto-midx بسیار بعید است که به کابل متقاطع گیگابیتی نیاز داشته باشید.

 

1.2. فیبر نوری در اترنت

کابل فیبری یا فیبر نوری جایگزینی برای کابل‌ UTP است.

تصویر 13. تصویری از رشته‌ها یا اصطلاحا فیبرهای شیشه‌ای درون کابل فیبر نوری


در فناوری فیبر نوری، به‌جای سیگنال‌های الکتریکی، سیگنال‌های نوری درون رشته‌هایی از جنس شیشه یا پلاستیک شفاف از سویی به سوی دیگر می‌روند. یکی از مزایای فیبر نوری این است که نرخ سیگنال‌های از دست رفته‌اش (signal loss) در فواصل طولانی، کمتر است. طول کابل UTP باید حداکثر 100 متر باشد. اما طول کابل فیبر نوری می‌تواند چندین کیلومتر باشد و ضمنا با چالش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) نیز مواجه نیست.

اکثر سوئیچ‌ها پورت‌های عادی متعددی دارند که مخصوص کابل‌های UTP است. سوئیچ‌های اترنت گیگابیتی (Gigabit Ethernet switch) ‌‌چند پورت تبدیل‌پذیر (swappable) نیز دارند که می‌توان به آن‌ها ماجول SFP متصل کرد. ماجول SFP مبدلی است که می‌توان بسته به نیاز شبکه، یکی از دو نوع کابل UTP یا فیبر نوری را به آن متصل کرد.

تصویر 14. پورت‌های عادی اترنت در سمت چپ و چهار پورت تبدیل‌پذیر در سمت راست. مبدل SFP در اولین پورت از سمت راست دیده می‌شود.


‌1.3. ارتباط دوطرفه یا دوبلکس (Duplex) در اترنت

در سال 1990 سوئیچ هنوز ساخته نشده و فقط هاب ساخته شده بود. ظاهر هاب شبیه سوئیچ است. هاب معمولا دو یا چند پورت RJ45 دارد که رایانه‌ها با کابل به آن‌ها متصل می‌شوند.

اما هاب دستگاه هوشمندی نیست و نمی‌تواند آدرس مک فریم‌های ارسالی از گره‌ها را بخواند. لذا وقتی در یکی از پورت‌های خود فریمی دریافت می‌کند، آن را تکثیر و به تمام دیگر پورت‌ها ارسال می‌کند. حتی وقتی هم‌زمان چند فریم دریافت کند نیز به همین شیوه عمل می‌کند. این شیوه می‌تواند موجب بروز برخورد فریم‌ها در شبکه شود (تصویر 15) و ترافیک بیهوده‌ای ایجاد کند.

تصویر 15. گره H1 و H2 هم‌زمان داده‌ای فرستاده‌اند و داده‌های‌شان با هم برخورد کرده است.


در تصویر 15، گره H1 و H2 هر دو هم‌زمان فریمی ارسال می‌کنند. هاب هر دو فریم را تکثیر و به دیگر گره‌ها از جمله به گره H3 ارسال می‌کند. در این‌صورت هر دو فریم با هم برخورد می‌کنند و از دست می‌روند و برای مثال هیچ‌یک به گره H3 نمی‌رسند.

برای حل مشکل برخورد در شبکه، مسیرهای ارتباطی گره‌ها با هم باید نیمه‌دوطرفه (half-duplex) باشد تا گره‌ها نتوانند هم‌زمان فرستنده و گیرنده باشند. در این‌صورت، وقتی یکی از رایانه‌ها داده‌ای ارسال می‌کند، دیگر رایانه‌ها در شبکه باید منتظر بمانند. هرگاه شبکه اصطلاحا آزاد شد، آن‌گاه یکی از سایر رایانه‌ها می‌تواند فریم بفرستد.

اما حتی شبکه نیمه‌دوطرفه نیز کاملا از برخورد مصون نیست. وقتی دو رایانه مسیر را آزاد تشخیص دهند و داده‌ای بفرستند، باز برخورد پیش خواهدآمد. برای حل این مشکل، از پروتکل CSMA/CD استفاده می‌شود. اگر دو رایانه هم‌زمان داده‌ای بفرستند و برخوردی رخ دهد، پروتکل CSMA/CD آن را تشخیص می‌دهد و در چند مرحله آن را رفع می‌کند:

  • وقتی فریم‌های دو گره با هم برخورد کنند، مسیر ارتباطی قفل می‌شود تا هیچ گره دیگری نتواند داده‌ای بفرستد.
  • دو گره، زمان‌سنج ویژه‌ای را به کار می‌‌اندازند که برای مدتی تصادفی انتظار می‌کشد. 
  • وقتی زمان تعیین شده به سر رسید، هر گره مجددا فریمش را ارسال می‌کند.

 

مدت انتظار هر یک از زمان‌سنج‌ها، تصادفی انتخاب می‌شود تا دو رایانه مجددا هم‌زمان فریم نفرستند و یکی از آن‌ها پیش از دیگری ارسال مجدد فریم را شروع ‌کند. قفل شدن مسیر ارتباطی نیز اطمینان می‌دهد که هیچ رایانه دیگری نخواهدتوانست پیش از دو گره مفروض فریمی ارسال کند.

امروزه بسیار کم از هاب استفاده می‌شود زیرا سوئیچ‌ها جایگزین هاب شده‌اند. سوئیچ‌ دستگاه هوشمندی است و می‌تواند آدرس مک فریم‌ها را بخواند  و هر فریم را فقط به گره مقصد و نه به تمام دیگر گره‌ها بفرستد. وقتی دو فریم بخواهند هم‌زمان از یک پورت فوروارد شوند، سوئیچ آن‌ها را اولویت‌بندی می‌کند تا از برخورد آن‌ها جلوگیری کند.

سوئیچ‌ها‌ کاملا دوطرفه (full-duplex) کار می‌کنند یعنی هر گره می‌تواند هم‌زمان فرستنده و گیرنده باشد. ضمنا چون در شبکه‌های سوئیچ‌پایه در حالت عادی برخوردی رخ نمی‌دهد پروتکل CSMA/CD به‌طور پیش‌فرض در آن‌ها فعال نیست.

(اطلاعات بیشتر: دامنه برخورد (Collision Domain) در شبکه چیست و عملکرد هاب، بریج و سوئیچ در خصوص آن چگونه است؟)

نکته: شبکه‌های نیمه‌دوطرفه هنوز هم جاهایی دیده می‌شوند. مثلا در شبکه‌های بی‌سیم، اکسس‌پوینت مانند هاب عمل می‌کند. و چون همه گره‌های بی‌سیم متصل به اکسس‌پوینت با فرکانس یکسانی داده ارسال و دریافت می‌کنند برخورد داده‌های‌شان محتمل است. تشخیص برخورد دو موج رادیویی در هوا کار سختی است. شبکه‌های بی‌سیم برای تشخیص برخورد و رفع مشکلات ناشی از آن، از پروتکلی موسوم به CSMA/CA بهره می‌برند.


2. لایه پیوند داده (Data link layer)

یکی از ویژگی‌های خوب اترنت این است که هرچند استانداردهای مختلفی دارد، ساختار فریم اترنت در همه آ‌ن‌ها یکسان است. یعنی ساختار فریم از دهه 1970 تاکنون چندان تغییری نکرده است. فریم مانند ظرفی است که داده‌ها درون آن در شبکه جابه‌جا می‌شوند. ‌تصویر 16 ساختار فریم اترنت را نشان می‌دهد.

تصویر 16. بخش‌های مختلف فریم اترنت و تعداد بیت‌های هر بخش


توضیح بخش‌های مختلف فریم اترنت:

  • Preamble یا مقدمه فریم: الگویی هفت‌بایتی متشکل‌ از صفر و یک‌های دیجیتال است که برای هم‌گام‌سازی (synchronization) به کار می‌رود.
  • SFD یا حائل: حائل یا SFD (مخفف start frame delimiter)، پایان مقدمه را مشخص می‌کند و به گیرنده فریم می‌گوید که فیلد بعدی، خود فریم اترنت است که با فیلد مقصد شروع می‌شود.
  • Destination یا مقصد: آدرس مک گره مقصد (گیرنده فریم) را نشان می‌دهد.
  • Source یا مبدا: آدرس مک گره مبدا (فرستنده فریم) را نشان می‌دهد.
  • Type یا نوع: نوع محتوای فریم را نشان می‌دهد؛ این‌که مثلا بسته IPv4 یا IPv6 است یا چیزی دیگر.
  • Data یا داده: محتوای فریم که مثلا می‌تواند بسته‌ای با فرمت IPv4 باشد به این بخش از فریم الصاق می‌شود. طول داده می‌تواند 46 تا 1500 بایت باشد.
  • FCS یا ترتیب بررسی فریم: ترتیب بررسی فریم یا FCS (مخفف frame check sequence) به گره گیرنده کمک می‌کند تا دریابد آیا فریم صحیح است یا مخدوش شده است.

فیلدهایی که در تصویر با رنگ سبز مشخص شده‌اند، سربرگ یا اصطلاحا هدر (header) فریم محسوب می‌شوند.

 

2.1. آدرس‌های مک

به آدرس‌های اترنت، آدرس سخت‌افزاری یا آدرس مک (MAC: Media Access Control) می‌گویند. هر یک از گره‌های شبکه اترنت، آدرس مک منحصربه‌فردی دارند. وقتی یکی از گره‌ها فریمی ارسال می‌کند، آدرس مک خود را در بخش آدرس مبدا فریم و آدرس مک گیرنده را در بخش آدرس مقصد فریم درج می‌کند.

آدرس مک کلاً 48 بیت یا 6 بایت است و با فرمت هگزادسیمال نوشته می‌شود مثلا:

  • 0000.0c12.3456

در آدرس فرضی فوق چهار کاراکتر هگزادسیمال با نقطه از هم جدا شده‌اند. همان آدرس را به دو شکل زیر نیز می‌توان نوشت:

  • 00:00:0C:12:34:56
  • 00-00-0C-12-34-56

هر سه فرمت فوق آدرس مک یکسانی را نشان می‌دهند. تجهیزات شبکه سیسکو اغلب فرمت اول را به کار می‌برند. سیستم‌عامل ویندوز فرمت سوم را به کار می‌برد.

 

هر آدرس مک تنها به یک دستگاه در شبکه اشاره دارد و لذا به آن آدرس مک تک‌پخشی یا unicast نیز می‌گویند؛ زیرا اگر بخواهید داده‌ای را فقط برای یک گره خاص ارسال کنید، آن داده باید به آدرس مک همان گره که منحصربه‌فرد است ارسال شود. اگر یکی از گره‌های شبکه بخواهد داده‌ای را به تمام دیگر گره‌‌ها ارسال کند، یعنی داده‌ را در شبکه اصطلاحا منتشر یا برودکست (broadcast) آدرس مک مقصد را FFFF.FFFF.FFFF در نظر می‌گیرد. کلا برای ترافیک برودکست و ترافیک چندپخشی یا مولتی‌کست (multicast) آدرس‌ مک خاصی تعریف شده‌ است. 

آدرس‌های مک که گفته شد 48 بیتی هستند، باید منحصربه‌فرد باشند تا یک فریم برای دو گره ارسال نشود. برای این‌که آدرس‌های مک منحصربه‌فرد باشند، شرکت‌های تولیدکننده تجهیزات شبکه، کارت‌های شبکه به‌کاررفته در تجهیزات تولیدی‌شان را از سوی انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) با کد 24 بیتی منحصربه‌فردی موسوم به OUI (مخفف Organizationally Unique Identifier) آدرس‌دهی می‌کنند. مثلا همه آدرس‌های مک به کار رفته در تجهیزات سیسکو با پیش‌شماره 0000.0c آغاز می‌شوند.

بخش دوم آدرس مک نیز که 24 بیتی است به شرکت سازنده اختصاص می‌یابد تا هر کارت شبکه‌ای که تولید می‌کند، شماره 24 بیتی منحصربه‌فردی به آن اختصاص دهد. آدرسی را که شرکت سازنده کارت شبکه به هر یک از کارت‌های تولیدیش اختصاص می‌دهد BIA (مخفف Burned-in address) می‌گویند. 

این دو شناسه 24 بیتی نهایتا آدرس مک منحصربه‌فرد 48 بیتی را شکل می‌دهند.

تصویر 17. آدرس مک 48 بیتی و برای هر کارت شبکه ( چه مستقل و چه درون تجهیزات شبکه باشد) منحصربه‌فرد است. شناسه 24 بیتی نخست (اصطلاحا OUI) را انجمن مهندسان برق و الکترونیک و شناسه 24 بیتی دوم (اصطلاحا BIA) را شرکت سازنده به کارت شبکه تخصیص می‌دهد. 


2.2. فیلد Type Field (نوع محتوای فریم)

فیلد نوع (Type field) نشان می‌دهد که فریم حاوی چه نوع داده‌ای است. بسته IPv4 و بسته IPv6 دو نوع رایج محتوای فریم هستند. مثلا وقتی فرستنده می‌خواهد بسته IPv4 بفرستد، نوع بسته را در فریم اترنت درج می‌کند و سپس نوع فیلد را تغییر می‌دهد.

این اطلاعات با فرمت هگزادسیمال نوشته می‌شوند. برخی از گونه‌های رایج محتوای فریم و شناسه هگزادسیمال‌شان چنین است:

  • بسته 0800: IPv4
  • بسته 86DD: IPv6
  • پروتکل تفکیک آدرس یا ARP (مخفف Address Resolution Protocol): 0806

 

2.3. فیلد FCS (تشخیص خطا)

فیلد FCS (مخفف Frame Check Sequence) برای بررسی صحت فریم ارسالی به کار می‌رود. فریم‌ها ممکن است در اثر نقص کارت شبکه یا تداخل الکتریکی مخدوش شوند. فرستنده با فرمولی ویژه، ارزش عددی خاصی را محاسبه و آن را به فیلد FCS اضافه می‌کند.

گیرنده نیز پس از دریافت فریم، فرمول مشابهی را به کار می‌برد تا ارزش عددی مربوط به آن فریم را محاسبه کند. اگر عدد محاسبه شده با عدد مندرج در فیلد FCS یکسان باشد، یعنی فریم درست دریافت شده است. اما اگر دو عدد متفاوت باشند، یعنی فریم طی انتقال از مبدا تا مقصد مخدوش شده است.  

فریم‌های مخدوش لغو می‌شوند زیرا برای رفع خطا و بازیابی آن‌ها راهی نیست. رفع خطا و بازیابی فریم در لایه‌های بالاتر شبکه انجام می‌شود؛ مثل به‌کارگیری پروتکل TCP در لایه انتقال (Transportation layer).

 

3. نتیجه‌گیری مبحث اترنت و نحوه تشریح لایه فیزیکی و لابه پیوند داده شبکه

  • تاکنون استانداردهای مختلفی با سرعت‌های مختلف برای اترنت ارائه شده‌اند.
  • اترنت مجموعه‌ای از استانداردهاست و لایه فیزیکی و لایه پیوند داده را توضیح می‌دهد.
  • در اترنت می‌توان بسته به تجهیزات مورد استفاده در شبکه از کابل straight through یا از کابل crossover استفاده کرد. 
  • کابل‌های فیبر نوری جایگزینی برای کابل‌های مسی UTP هستند و حداکثر طول مجاز آن‌ها در شبکه بسیار بیشتر از کابل‌های UTP است.
  • در هاب ارتباط نیمه‌دوطرفه (half-duplex) و در سوئیچ کاملا دوطرفه (full-duplex) است.
  • همچنین درباره ساختار فریم اترنت و بخش‌های آن و مفهوم آدرس مک بحث شد.

 

(اطلاعات بیشتر درباره اترنت: اترنت چیست؛ انواع شبکه اترنت و عملکرد آن)

ماهنامه شبکه را از کجا تهیه کنیم؟
ماهنامه شبکه را می‌توانید از کتابخانه‌های عمومی سراسر کشور و نیز از دکه‌های روزنامه‌فروشی تهیه نمائید.

ثبت اشتراک نسخه کاغذی ماهنامه شبکه     
ثبت اشتراک نسخه آنلاین

 

کتاب الکترونیک +Network راهنمای شبکه‌ها

  • برای دانلود تنها کتاب کامل ترجمه فارسی +Network  اینجا  کلیک کنید.

کتاب الکترونیک دوره مقدماتی آموزش پایتون

  • اگر قصد یادگیری برنامه‌نویسی را دارید ولی هیچ پیش‌زمینه‌ای ندارید اینجا کلیک کنید.

1607870047_0.gif

ایسوس

نظر شما چیست؟