پروتکل اترنت چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟ راهنمای کامل

اترنت به عنوان یک فناوری بسیار محبوب و گسترده در شبکه‌های محلی (LAN) و حتی شبکه‌های گسترده‌تر استفاده می‌شود. این پروتکل به دلیل سادگی، قابلیت اطمینان، انعطاف‌پذیری و هزینه پایین، به استاندارد غالب در شبکه‌های کامپیوتری تبدیل شده است. از ویژگی‌های مهم اترنت می‌توان به سرعت بالای انتقال داده، قابلیت گسترش آسان، پشتیبانی از انواع مختلف کابل‌ها و تطبیق‌پذیری با انواع دستگاه‌ها اشاره کرد.

پروتکل اترنت در لایه‌های فیزیکی و پیوند داده مدل OSI عمل می‌کند. لایه فیزیکی به نحوه انتقال سیگنال‌های الکتریکی در کابل‌ها و لایه پیوند داده به ساختار فریم‌های داده و آدرس‌دهی دستگاه‌ها مربوط می‌شود. با استفاده از اترنت، دستگاه‌ها می‌توانند به راحتی به یکدیگر متصل شوند و داده‌ها را با سرعت بالا و به صورت ایمن مبادله کنند. به طور خلاصه، اترنت یک فناوری اساسی و پرکاربرد در شبکه‌های کامپیوتری است که به عنوان زبان مشترک دستگاه‌های شبکه عمل می‌کند و امکان برقراری ارتباط موثر و کارآمد بین آن‌ها را فراهم می‌کند.

اترنت چه ویژگی‌هایی دارد؟

اترنت به عنوان یکی از پرکاربردترین فناوری‌های شبکه، مجموعه‌ای از ویژگی‌ها را دارد که آن را به انتخابی ایده‌آل برای اتصال دستگاه‌ها تبدیل کرده است. اولین مورد سادگی و استاندارد بودن است. پروتکل اترنت به دلیل سادگی و استاندارد بودن، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این امر باعث شده است که دستگاه‌های مختلف تولیدکنندگان گوناگون به راحتی به یکدیگر متصل شوند و با هم ارتباط برقرار کنند. با پیشرفت فناوری، سرعت انتقال داده‌ها در شبکه‌های اترنت به طور چشمگیری افزایش یافته است. امروزه، اترنت قادر است داده‌ها را با سرعت چند صد گیگابیت بر ثانیه انتقال دهد که برای کاربردهای پهن‌باند و نیازهای بالای داده بسیار مناسب است. اترنت به دلیل مکانیزم‌های تشخیص و تصحیح خطا، قابلیت اطمینان بسیار بالایی دارد. این پروتکل می‌تواند خطاهای انتقال داده را شناسایی کرده و آن‌ها را تصحیح کند تا اطمینان حاصل شود که داده‌ها به صورت صحیح به مقصد می‌رسند. همچنین، از انواع مختلف کابل‌ها، از جمله کابل‌های مسی و فیبر نوری پشتیبانی می‌کند. این امر باعث می‌شود که بتوان از اترنت در محیط‌های مختلف و برای کاربردهای متنوع استفاده کرد. این در حالی است که شبکه‌های اترنت به راحتی قابل گسترش هستند. با اضافه کردن تجهیزات جدید مانند سوئیچ‌ها و روترها، می‌توان شبکه را بزرگ‌تر کرده و تعداد دستگاه‌های متصل را افزایش داد. همچنین، تجهیزات شبکه اترنت به طور کلی هزینه مناسبی دارند و برای کسب‌وکارهای کوچک و بزرگ قابل دسترسی هستند. در نهایت اترنت از طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها، از جمله کامپیوترها، سرورها، پرینترها، دوربین‌های مداربسته و دستگاه‌های IoT پشتیبانی می‌کند. همین مسئله باعث شده به انتخابی ایده‌آل برای اتصال دستگاه‌ها و ایجاد شبکه‌های محلی و گسترده تبدیل شده است.

کابل‌های مورد استفاده در اترنت

کابل‌ها به عنوان رگ‌های حیاتی شبکه، نقش بسیار مهمی در انتقال داده‌ها در محیط‌های اترنت ایفا می‌کنند. انتخاب نوع مناسب کابل، به عوامل مختلفی از جمله سرعت مورد نیاز، فاصله، محیط و بودجه بستگی دارد. برخی از انواع اصلی کابل‌های مورد استفاده در شبکه‌های اترنت به شرح زیر هستند:

کابل‌های مسی (Twisted Pair)

کابل‌های UTP سرنام (Unshielded Twisted Pair)

کابل‌های UTP یا زوج به هم تابیده بدون شیلد، پرکاربردترین نوع کابل در شبکه‌های کامپیوتری هستند. این کابل‌ها از چندین جفت سیم مسی تشکیل شده‌اند که به دور هم پیچیده شده‌اند. هدف از این پیچش، کاهش تداخلات الکترومغناطیسی است که می‌تواند بر انتقال داده‌ها تأثیر بگذارد. کابل‌های UTP به دلیل ساختار ساده، قیمت مناسب و سهولت نصب، در اکثر شبکه‌های خانگی و اداری کوچک استفاده می‌شوند. این کابل‌ها معمولا در دسته‌های مختلفی مانند Cat5e، Cat6 و Cat6a تولید می‌شوند که هر کدام سرعت و پهنای باند متفاوتی را ارائه می‌دهند. استانداردهای بالاتر مانند Cat6 و Cat6a، برای انتقال داده با سرعت بالاتر و در مسافت‌های طولانی‌تر مناسب هستند. کابل‌های UTP یکسری مزایای کلیدی دارند. اولین مورد قیمت مناسب است. این کابل‌ها نسبت به سایر انواع کابل‌های شبکه، کابل‌های UTP ارزان‌تر هستند. نصب کابل‌های UTP ساده بوده و نیاز به تجهیزات خاصی ندارد. این کابل‌ها بسیار منعطف هستند و به راحتی می‌توان آن‌ها را در محیط‌های مختلف نصب کرد و از استانداردهای مختلف اترنت پشتیبانی می‌کنند. با این‌حال، معایبی نیز دارند. در محیط‌هایی با نویز بالا، احتمال تداخل در سیگنال‌های کابل‌های UTP وجود دارد و برای انتقال داده‌ها در مسافت‌های بسیار طولانی، کابل‌های UTP مناسب نیستند. این کابل‌ها عمدتا برای اتصال کامپیوترها، پرینترها و سایر دستگاه‌ها به یکدیگر در شبکه‌های خانگی و اداری، برای اتصال مودم به روتر و کامپیوتر و برای انتقال تصاویر دوربین‌های مداربسته مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کابل‌های STP سرنام (Shielded Twisted Pair)

کابل‌های STP یا زوج به هم تابیده شیلددار، نوع دیگری از کابل‌های شبکه هستند که در مقایسه با کابل‌های UTP، از یک لایه محافظ فلزی اضافی برخوردارند. این لایه محافظ، تمام یا بخشی از زوج سیم‌های مسی را در بر می‌گیرد و از آن‌ها در برابر تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و رادیویی (RFI) محافظت می‌کند. در حالی که کابل‌های UTP نیز برای کاهش تداخل، از پیچش سیم‌ها استفاده می‌کنند، اما لایه محافظ فلزی در کابل‌های STP، سطح محافظت را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این امر باعث می‌شود که کابل‌های STP برای استفاده در محیط‌هایی با نویز بالا مانند کارخانه‌ها، بیمارستان‌ها و ساختمان‌های مرتفع بسیار مناسب باشند. همچنین، در مواردی که به امنیت داده‌ها اهمیت زیادی داده می‌شود، از کابل‌های STP استفاده می‌شود. از مزایای کابل‌های STP باید به مقاومت بالا در برابر تداخل اشاره کرد. لایه محافظ فلزی، کابل را در برابر نویزهای خارجی محافظت می‌کند و باعث بهبود کیفیت سیگنال می‌شود. به دلیل محافظت بیشتر، کابل‌های STP در محیط‌های سخت و شرایط نامساعد بهتر عمل می‌کنند. همچنین، لایه محافظ فلزی، از داده‌های منتقل شده در برابر شنود محافظت می‌کند. از معایب کابل‌های STP نیز باید قیمت بالاتر آن اشاره کرد. به دلیل وجود لایه محافظ فلزی، کابل‌های STP گران‌تر از کابل‌های UTP هستند. همچنین، نصب کابل‌های STP به دلیل وجود لایه محافظ فلزی، کمی پیچیده‌تر است و لایه محافظ فلزی، انعطاف‌پذیری کابل را کاهش می‌دهد. این کابل‌ها عمدتا در شبکه‌های صنعتی  (در محیط‌هایی با نویز بالا و تداخلات الکترومغناطیسی زیاد)،  مراکز داده (برای اتصال تجهیزات شبکه به یکدیگر با حداقل تداخل)، سیستم‌های امنیتی (برای انتقال داده‌های حساس و محرمانه) و ساختمان‌های مرتفع (برای کاهش تأثیر تداخلات ناشی از تجهیزات الکترونیکی دیگر) مورد استفاده قرار می‌گیرند. در کل، کابل‌های STP برای محیط‌هایی که به امنیت داده‌ها، پایداری و مقاومت در برابر تداخل اهمیت زیادی داده می‌شود، انتخاب مناسبی هستند. با این حال، به دلیل قیمت بالاتر و پیچیدگی نصب، استفاده از آن‌ها در همه موارد توجیه اقتصادی ندارد.

کابل‌های فیبر نوری

کابل‌های تک‌مود فیبر نوری: شاهراه‌های اطلاعات در دنیای دیجیتال

کابل‌های تک‌مود فیبر نوری، یکی از پیشرفته‌ترین و پربازده‌ترین روش‌ها برای انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی هستند. این کابل‌ها از یک رشته شیشه‌ای بسیار نازک تشکیل شده‌اند که تنها به یک طول موج خاص از نور اجازه عبور می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود که سیگنال‌های نوری در طول مسیر کمتر تضعیف شوند و بتوانند مسافت‌های بسیار طولانی را بدون افت قابل توجهی طی کنند. در مقایسه با کابل‌های چندمود، کابل‌های تک‌مود به دلیل قطر هسته کوچکتر، پهنای باند بسیار بالاتری دارند و می‌توانند داده‌ها را با سرعت بسیار بیشتری انتقال دهند. این کابل‌ها معمولا در شبکه‌های بزرگ، مراکز داده، زیرساخت‌های ارتباطی و برای اتصال به اینترنت پرسرعت استفاده می‌شوند. از مزایای دیگر کابل‌های تک‌مود می‌توان به مقاومت بالا در برابر تداخلات الکترومغناطیسی، ایمنی در برابر آتش‌سوزی و عمر طولانی اشاره کرد.

با این حال، کابل‌های تک‌مود نسبت به کابل‌های چندمود پیچیده‌تر و گران‌تر هستند. همچنین، نصب و اتصال این کابل‌ها نیاز به تجهیزات تخصصی و نیروی کار ماهر دارد. با وجود این محدودیت‌ها، کابل‌های تک‌مود به عنوان استاندارد طلایی در انتقال داده‌های با سرعت بالا و در مسافت‌های طولانی شناخته می‌شوند و نقش بسیار مهمی در زیرساخت‌های ارتباطی مدرن ایفا می‌کنند.

کابل‌های چندمود فیبر نوری: انتخابی مناسب برای شبکه‌های محلی

کابل‌های چندمود فیبر نوری، نوع دیگری از کابل‌های فیبر نوری هستند که در مقایسه با کابل‌های تک‌مود، از هسته بزرگتری برخوردارند. این قطر بزرگتر به نور اجازه می‌دهد تا با زاویه‌های مختلفی در هسته حرکت کند و به همین دلیل به آن چندمود می‌گویند. در مقابل، در کابل‌های تک‌مود، نور تنها با یک زاویه مشخص در هسته حرکت می‌کند. کابل‌های چندمود به دلیل ساختار ساده‌تر و هزینه کمتر، نسبت به کابل‌های تک‌مود محبوبیت بیشتری دارند. این کابل‌ها معمولا در شبکه‌های محلی (LAN)، ساختمان‌ها و فواصل کوتاه استفاده می‌شوند. از مزایای دیگر کابل‌های چندمود می‌توان به سهولت نصب و اتصال آن‌ها اشاره کرد. با این حال، پهنای باند کابل‌های چندمود نسبت به کابل‌های تک‌مود کمتر است و در مسافت‌های طولانی، افت سیگنال بیشتری دارند. همچنین، سرعت انتقال داده در کابل‌های چندمود به اندازه کابل‌های تک‌مود نیست. به طور خلاصه، کابل‌های چندمود فیبر نوری، انتخابی مناسب برای شبکه‌های محلی و فواصل کوتاه هستند. این کابل‌ها به دلیل قیمت مناسب و سهولت نصب، در بسیاری از کاربردهای شبکه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، برای انتقال داده‌ها در مسافت‌های طولانی و با سرعت بسیار بالا، کابل‌های تک‌مود گزینه بهتری هستند.

فریم اترنت: واحد بنیادی انتقال داده در شبکه‌های اترنت

فریم اترنت، کوچک‌ترین واحد داده‌ای است که در شبکه‌های اترنت برای انتقال اطلاعات بین دستگاه‌ها استفاده می‌شود. تصور کنید فریم اترنت مانند یک پاکت نامه است که حاوی اطلاعاتی برای ارسال به مقصد مشخصی است. این پاکت نامه شامل آدرس فرستنده و گیرنده، نوع داده و خود داده‌های مورد نظر است. هر فریم اترنت دارای ساختار مشخصی است که شامل بخش‌های مختلفی مانند مقدمه، آدرس مقصد، آدرس منبع، نوع فریم، داده و CRC (چک‌سام برای تشخیص خطا) می‌شود. مقدمه، فریم را آغاز می‌کند و به دستگاه گیرنده کمک می‌کند تا شروع فریم را تشخیص دهد. آدرس‌های مقصد و منبع به ترتیب نشان‌دهنده آدرس فیزیکی (MAC) دستگاه گیرنده و فرستنده هستند. نوع فریم مشخص می‌کند که چه نوع داده‌ای در داخل فریم قرار دارد (مثلاً IP، ARP و غیره). بخش داده، حاوی خود اطلاعاتی است که قرار است منتقل شود و در نهایت، CRC برای تشخیص خطاهای احتمالی در طول انتقال استفاده می‌شود.

هنگامی که یک دستگاه می‌خواهد داده‌ای را به دستگاه دیگری ارسال کند، آن را به صورت فریم‌های اترنت بسته‌بندی می‌کند و از طریق کابل شبکه به سمت مقصد ارسال می‌کند. دستگاه گیرنده با بررسی آدرس مقصد، مشخص می‌کند که آیا فریم برای او ارسال شده است یا خیر. در صورتی که آدرس مقصد با آدرس MAC دستگاه گیرنده مطابقت داشته باشد، فریم دریافت شده و داده‌های موجود در آن استخراج می‌شود. در غیر این صورت، فریم دور ریخته می‌شود. فریم‌های اترنت نقش بسیار مهمی در عملکرد صحیح شبکه‌های اترنت ایفا می‌کنند. با استفاده از فریم‌ها، داده‌ها به صورت بسته‌های کوچک و منظم منتقل می‌شوند که باعث افزایش کارایی و قابلیت اطمینان شبکه می‌شود. همچنین، ساختار استاندارد فریم اترنت باعث شده است که دستگاه‌های مختلف از تولیدکنندگان گوناگون بتوانند به راحتی با هم ارتباط برقرار کنند.

فرمت فریم (Frame format)

فرمت فریم در شبکه‌های کامپیوتری، به ساختار و قالب داده‌هایی که در یک بسته‌ی اطلاعاتی (فریم) قرار می‌گیرند گفته می‌شود. این فرمت مشخص می‌کند که هر بخش از داده‌ها به چه منظوری استفاده می‌شود و چگونه اطلاعات درون فریم قرار می‌گیرند. به عبارت ساده‌تر، فرمت فریم مانند یک قالب مشخصی است که داده‌ها بر اساس آن سازماندهی می‌شوند تا بتوانند به درستی در شبکه منتقل شوند و توسط دستگاه‌های گیرنده تفسیر شوند. فرمت فریم در شبکه‌های مختلف ممکن است تفاوت‌هایی داشته باشد، اما به طور کلی شامل بخش‌هایی مانند آدرس مقصد، آدرس منبع، نوع داده و خود داده‌ها است. این ساختار مشخص باعث می‌شود که دستگاه‌های مختلف بتوانند به راحتی داده‌ها را شناسایی و پردازش کنند.

آدرس فیزیکی (MAC Address)

آدرس فیزیکی یا MAC Address یک شناسه منحصر به فرد است که به هر کارت شبکه یا دستگاهی که به شبکه متصل می‌شود، اختصاص داده می‌شود. این آدرس توسط سازنده دستگاه در زمان تولید به صورت سخت‌افزاری روی کارت شبکه حک می‌شود و تغییر آن امکان‌پذیر نیست. مک آدرس شبیه به شماره شناسنامه یک دستگاه است و برای شناسایی منحصر به فرد آن در شبکه استفاده می‌شود. این آدرس در لایه داده (Data Link Layer) مدل OSI عمل می‌کند و برای ارسال فریم‌های داده از یک دستگاه به دستگاه دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.