شبکه‌های اترنت و محدودیت‌های آن

طول کابلی که تمام ایستگاهها بصورت اشتراکی از آن بعنوان محیط انتقال استفاده می نمایند یکی از شاخص ترین موارد در این زمینه است. سیگنال های الکتریکی در طول کابل بسرعت منتشر می گردند. همزمان با طی مسافتی، سیگنال ها ضعیف می گردند. وجود میدان های الکتریکی که توسط دستگاههای مجاور کابل نظیر لامپ های فلورسنت ایجاد می گردد، باعث تلف شدن سیگنال می گردد.
طول کابل شبکه می بایست کوتاه بوده تا امکان دریافت سیگنال توسط دستگاه های موجود در دو نقطه ابتدایی و انتهایی کابل بصورت شفاف و با حداقل تاخیر زمانی فراهم گردد. همین امر باعث بروز محدودیت در طول کابل استفاده شده، می گردد پروتکل CSMA/CD امکان ارسال اطلاعات برای صرفا یک دستگاه را در هر لحظه فراهم می نماید، بنابراین محدودیت هایی ازلحاظ تعداددستگاههایی که می توانند بر روی یک شبکه مجزا وجود داشته باشند، نیز بوجود خواهد آمد. با اتصال دستگاه های متعدد (فراوان) بر روی یک سگمنت مشترک، شانس استفاده از محیط انتقال برای هر یک از دستگاه های موجود بر روی سگمنت کاهش پیدا خواهد کرد.
در این حالت هر دستگاه به منظور ارسال اطلاعات می بایست مدت زمان زیادی را در انتظار سپری نماید. تولید کنندگان تجهیزات شبکه دستگاه های متفاوتی را به منظور غلبه بر مشکلات ومحدودیت گفته شده، طراحی و عرضه نموده اند.
اغلب دستگاههای فوق مختص شبکه های اترنت نبوده ولی در سایر تکنولوژی های مرتبط با شبکه نقش مهمی را ایفاء می نمایند. تکرارکننده (Repeater) اولین محیط انتقال استفاده شده در شبکه های اترنت کابل های مسی کواکسیال بود که Thicknet (ضخیم) نامیده می شوند. حداکثر طول یک کابل ضخیم ۵۰۰ متر است. در یک ساختمان بزرگ، کابل ۵۰۰ متری جوابگوی تمامی دستگاه های شبکه نخواهد بود. تکرار کننده ها با هدف حل مشکل فوق، ارایه شده اند. تکرارکننده ها، سگمنت های متفاوت یک شبکه اترنت را به یکدیگر متصل می کنند.
در این حالت تکرارکننده سیگنال ورودی خود را از یک سگمنت اخذ و با تقویت سیگنال آن را برای سگمنت بعدی ارسال خواهد کرد. بدین ترتیب با استفاده از چندین تکرار کننده و اتصال کابل های مربوطه توسط آنان، می توان قطر یک شبکه را افزایش داد. (قطر شبکه به حداکثر مسافت موجود بین دو دستگاه متمایز در شبکه اطلاق می گردد) Bridges و سگمنت شبکه های اترنت همزمان با رشد (بزرگ شدن) دچار مشکل تراکم می گردند.
در صورتیکه تعداد زیادی ایستگاه به یک سگمنت متصل گردند، هر یک دارای ترافیک خاص خود خواهند بود. در شرایط فوق، ایستگاههای متعددی قصد ارسال اطلا عات را دارند ولی با توجه به ماهیت این نوع از شبکه ها در هر لحظه یک ایستگاه شانس و فرصت استفاده از محیط انتقال را پیدا خواهد کرد. در چنین وضعیتی تعداد تصادف در شبکه افزایش یافته و عملا کارآیی شبکه افت خواهد کرد.یکی از راه حل های موجود به منظور برطرف نمودن مشکل تراکم در شبکه تقسیم یک سگمنت به چندین سگمنت است.
با این کار برای تصادف هایی که در شبکه بروز خواهد کرد، دامنه وسیعتری ایجاد می گردد.راه حل فوق باعث بروزیک مشکل دیگرمی گردد: سگمنت ها قادر به اشتراک اطلاعات با یکدیگر نخواهند بود. به منظور حل مشکل فوق، Bridges در شبکه اترنت پیاده سازی شده است. Bridge دو و یا چندین سگمنت را به یکدیگر متصل خواهد کرد. بدین ترتیب دستگاه فوق باعث افزایش قطر شبکه خواهد شد. عملکرد Bridge از بعد افزایش قطر شبکه نظیر تکرارکننده است، با این تفاوت که Bridge قادر به ایجاد نظم در ترافیک شبکه نیز خواهد بود.
Bridge نظیر سایردستگاههای موجود در شبکه قادر به ارسال و دریافت اطلاعات بوده ولی عملکرد آنها دقیقا مشابه یک ایستگاه نمی باشد. Bridge قادر به ایجاد ترافیکی که خود سرچشمه آن خواهد بود، نیست (نظیر تکرارکننده) .Bridge صرفا چیزی را که از سایر ایستگاهها می شنود، منعکس می نماید.
(Bridge قادر به ایجا د یک نوع فریم خاص اترنت بمنظور ایجاد ارتباط با سایر Bridge ها می باشند) همانگونه که قبلا اشاره گردید هر ایستگاه موجود در شبکه تمام فریم های ارسال شده بر روی محیط انتقال را دریافت می نماید. (صرفنظر ازاینکه مقصد فریم همان ایستگاه باشد و یا نباشد.) Bridge با تاکید بر ویژگی فوق سعی بر تنظیم ترافیک بین سگمنت ها دارد.روترها: سگمنت های منطقی با استفاده از Bridge امکان ارتباط همزمان بین ایستگاههای موجود در چندین سگمنت فراهم می گردد.
Bridge در رابطه با ترافیک موجود در یک سگمنت عملیات خاصی را انجام نمی دهد. یکی از ویژگی های مهم Bridge ارسالی فریم های اطلاعاتی از نوع Broadcast برای تمام سگمنت های متصل شده به یکدیگر است. همزمان با رشد شبکه و گسترش سگمنت ها، ویژگی فوق می تواند سبب بروز مسایلی در شبکه گردد.
زمانیکه تعداد زیادی از ایستگاه های موجود در شبکه های مبتنی بر Bridge، فریم های Broadcast را ارسال می نمایند، تراکم اطلاعاتی بوجود آمده بمراتب بیشتر از زمانی خواهد بود که تمامی دستگاهها در یک سگمنت قرار گرفته باشند. روتر یکی از دستگاههای پیشرفته در شبکه بوده که قادر به تقسیم یک شبکه به چندین شبکه منطقی مجزا است.روتر ها یک محدوده منطقی برای هر شبکه ایجاد می نمایند. روترها بر اساس پروتکل هایی که مستقل از تکنولوژی خاص در یک شبکه است، فعالیت می نمایند. ویژگی فوق این امکان را برای روتر فراهم خواهد کرد که چندین شبکه با تکنولوژی های متفاوت را به یکدیگر مرتبط نماید.
استفاده از روتر در شبکه های محلی و گسترده امکان پذیراست. وضعیت فعلی اترنت از زمان مطرح شدن شبکه های اترنت تاکنون تغییرات فراوانی از بعد تنوع دستگاه های مربوطه ایجاد شده است. در ابتدا از کابل کواکسیال در این نوع شبکه ها استفاده می گردید.امروزه شبکه های مدرن اترنت از کابل های بهم تابیده و یا فیبر نوری برای اتصال ایستگاه ها به یکدیگر استفاده می نمایند. در شبکه های اولیه اترنت سرعت انتقال اطلاعات ده مگابیت در ثانیه بود ولی امروزه این سرعت به مرز ۱۰۰و حتی ۱۰۰۰ مگابیت در ثانیه رسیده است.
مهمترین تحول ایجاد شده در شبکه های اترنت امکان استفاده از سوییچ های اترنت است. سگمنت ها توسط سوییچ به یکدیگر متصل می گردند. (نظیر Bridge با این تفاوت عمده که امکان اتصال چندین سگمنت توسط سوییچ فراهم می گردد) برخی از سوییچ ها امکان اتصال صدها سگمنت به یکدیگر را فراهم می نمایند. تمام دستگاههای موجود در شبکه، سوییچ و یا ایستگاه می باشند. قبل از ارسال فریم های اطلاعاتی برا ی هر ایستگاه، سوییچ فریم مورد نظر را دریافت و پس از بررسی، آن را برای ایستگاه مقصد مورد نظر ارسال خواهد کرد. عملیات فوق مشابه Bridge است، ولی در مدل فوق هر سگمنت دارای صرفا یک ایستگاه است و فریم صرفا به دریافت کننده واقعی ارسال خواهد شد. بدین ترتیب امکان برقراری ارتباط همزمان بین تعداد زیادی ایستگاه در شبکه های مبتنی بر سوییچ فراهم خواهد شد.
همزمان با مطرح شدن سوییچ های اترنت مسیله Full-duplex نیز مطرح گردید. Full-dulex یک اصطلاح ارتباطی است که نشاندهنده قابلیت ارسال و دریافت اطلاعات بصورت همزمان است. در شبکه های اترنت اولیه وضعیت ارسال و دریافت اطلاعات بصورت یکطرفه (half-duplex) بود.در شبکه های مبتنی بر سوییچ، ایستگاهها صرفا با سوییچ ارتباط برقرار کرده و قادر به ارتباط مستقیم با یکدیگر نمی باشند.
در این نوع شبکه ها از کابل های بهم تابیده و فیبر نوری استفاده و سوییچ مربوطه دارای کانکنورهای لازم در این خصوص می باشند.. شبکه های مبتنی بر سوییچ عاری از تصادم بوده و همزمان با ارسال اطلاعات توسط یک ایستگاه به سوییچ، امکان ارسال اطلاعات توسط سوییچ برای ایستگاه دیگر نیز فراهم خواهد شد. اترنت و استاندارد ۸۰۲‎/۳ شاید تاکنون اصطلاح ۸۰۲‎/۳ را در ارتباط با شبکه های اترنت شنیده باشید. اترنت بعنوان یک استاندارد شبکه توسط شرکت های: دیجیتال، اینتل و زیراکس (DIX) مطرح گردید. در سال ۱۹۸۰ موسسه IEEE کمیته ای را مسوول استاندارد سازی تکنولوژی های مرتبط با شبکه کرد.
موسسه IEEE نام گروه فوق را ۸۰۲ قرار داد. (عدد ۸۰۲ نشاندهنده سال و ماه تشکیل کمیته استاندارسازی است) کمیته فوق از چندین کمیته جانبی دیگر تشکیل شده بود. هر یک از کمیته های فرعی نیز مسوول بررسی جنبه های خاصی از شبکه گردیدند. موسسه IEEE برای تمایز هر یک از کمیته های جانبی از روش نامگذاری:x .۸۰۲x استفاده کرد. X یک عدد منصر بفرد بوده که برای هر یک از کمیته ها در نظر گرفته شده بود. گروه ۸۰۲‎/۳ مسوولیت استاندارد سازی عملیات در شبکه های CSMA/CD را برعهده داشتند.
(شبکه فوق در ابتدا DIX Ethernet نامیده می شد) اترنت و ۸۰۲‎/۳ از نظر فرمت داده ها در فریم های اطلاعاتی با یکدیگر متفاوت می باشند. تکنولوژی های متفاوت شبکه متداولترین مدل موجود در شبکه های کامپیوتری (رویکرد دیگری از اترنت) توسط شرکت IBM و با نام Token ring عرضه گردید. در شبکه های اترنت به منظور دستیابی از محیط انتقال از فواصل خالی (Gap) تصادفی در زمان انتقال فریم ها استفاده می گردد. شبکه های Token ring از یک روش پیوسته در این راستا استفاده می نمایند.
در شبکه های فوق، ایستگاه ها از طریق یک حلقه منطقی به یکدیگر متصل می گردند. فریم ها صرفا در یک جهت حرکت و پس از طی طول حلقه، فریم کنار گذاشته خواهد شد. روش دستیابی به محیط انتقال برای ارسال اطلاعات تابع CSMA/CD نخواهد بود و از روش Token passing استفاده می گردد.در روش فوق در ابتدا یک Token (نوع خاصی از یک فریم اطلاعاتی) ایجاد می گردد. Token فوق در طول حلقه می چرخد. زمانیکه یک ایستگاه قصد ارسال اطلاعات را داشته باشد، می بایست Token را در اختیار گرفته و فریم اطلاعاتی خود را بر روی محیط انتقال ارسال دارد.
زمانیکه فریم ارسال شده مجددا به ایستگاه ارسال کننده برگشت داده شد (طی نمودن مسیر حلقه) ، ایستگاه فریم خود را حذف و یک Token جدید را ایجاد وآن را بر روی حلقه قرار خواهد داد. در اختیار گرفتن Token شرط لازم برا ی ارسال اطلاعات است. سرعت ارسال اطلاعات در این نوع شبکه ها چهار تا شانزده مگابیت در ثانیه است.
اترنت با یک روند ثابت همچنان به رشد خود ادامه می دهد. پس از گذشت حدود سی سال ازعمر شبکه های فوق استانداردهای مربوطه ایجاد و برای عموم متخصصین شناخته شده هستند و همین امر نگهداری و پشتیبانی شبکه های اترنت را آسان نموده است. اترنت با صلابت بسمت افزایش سرعت و بهبود کارآیی و عملکرد گام بر می دارد.

منبع : دنیای کامپیوتر و اینترنت