مقالات

seminar 85


دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
سمینار براي دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی برق-الکترونیک
عنوان:
بررسی سوئیچ هاي اترنت
استاد راهنما:
دکتر محمد علی پور مینا
نگارش:
میر مسعود موسوي اهرنجانی
شهریور 85

الف

فهرست مطالب
عنوان مطلبشماره صفحه

چکیده 1……………………………………………………………………….
مقدمه 2…………………………………………………………………………………………………………
فصل اول: شبکه 5………………………………
(1-1 شبکه هاي محلی و شبکه هاي گسترده 7…………….
فصل دوم : پروتکل اترنت 8………………………………………..
(1-2 اترنت 9……………………………………………………………………………………………………..
(2-2 بررسی نکات کلیدي روال 13..CSMA/CD
(3-2 استاندارد سازي اترنت 16….. 10Mbps
(4-2 جزئیات فنی استاندارد اترنت 17……………………………………………………………..
(5-2 لایه هاي اترنت 20……………………………………………………………………
(1-5-2 زیر لایه 21PLS
(2-5-2 زیر لایه 21AUI
(3-5-2 زیر لایه 22MAU
(4-5-2 زیر لایه 22MDI
(5-5-2 زیر لایه 23MAC
ج
فهرست مطالب
عنوان مطلبشماره صفحه

(6-2 قاب فریم 23DIX
(7-2 آدرسهاي اترنت 24………………………………………………
(8-2 استاندارد سازي اترنت توسط کمیته 26..IEEE
(9-2 قالب فریم پیشنهادي IEEE براي اترنت 28……………………………………..
(10-2 تعاریف و نکات کلیدي در اترنت 31………………………………..
فصل سوم : سوئیچهاي اترنت ، انواع و معماري درونی آنها 36……………………………
(1-3 تفاوت سوئیچ و هاب و نیاز به سوئیچ ها 37………………………..
(2-3 ویژگیهاي عمومی یک سوئیچ اترنت 42………………………
فصل چهارم : طراحی فیزیکی سوئیچ ها 47…………….
(1-4 روشهاي طراحی فیزیکی سویچ اترنت 48………………………….
(1-1-4 روش مبتنی بر حافظه اشتراکی 48…………………….
(2-1-4 روش مبتنی بر معماري ماتریسی 48………………
(3-1-4 معماري مبتنی بر معماري باس مشترك 49…………………….
50..Bridging Transparent (2-4
(3-4 فراوانی و آشفتگی انتشار 54……………
58tress Spanning (4-4
(4-5 سوئیچهاي مختلط 63(Hybrid)
د
فهرست مطالب
عنوان مطلبشماره صفحه

فصل پنجم : دیتا و جریان گردش آن داخل سوئیچ ئر یک سوئیچ 65cut-through
(1-5 فریم اترنت 66…………………………………………….
(1-1-5 مقدمه 66……………………………………..
(2-1-5 آغاز گر فریم 66………………………………
(3-1-5 آدرسهاي MAC براي مبداء و مقصد 67……………
(4-1-5 طول / نوع 67……………………………………………
(5-1-5 فیلد دیتا 67………………………………………………..
(6-1-5 دنباله چک فریم 68CRC
(7-1-5 فاصله بین فریمها 68…………………………………………..
(2-5 جریان دیتا داخل یک سوئیچ cut-through بهینه سازي شده 69……………………
منابع و ماخذ
منابع فارسی
منابع لاتین
چکیده انگلیسی
ه
فهرست شکلها
عنوانشماره صفحه

شکل (1-2 نماي کلی یک شبکه اترنت 10………………………..
شکل (2-2 دست نوشته باب متکالف (طراحی اترنت) 11………….
شکل (3-2 الگوریتم عقبگرد نمایی 13…………………………………………..
شکل (4-2 وضعیت هاي ارسال سیگنال 15…………………………………………..
شکل (5-2 مقایسه کدینگ باینري و منچستر 19………………………………………..
شکل (6-2 اجزاء تشکیل دهنده لایه هاي اول و دوم مدل 20OSI
شکل (7-2 قاب فریم 23DIX
شکل (8-2 فریم آدرس ها 25…………………………………………………………
شکل (9-2 مقایسه فریم هاي پیشنهادي DIX و28IEEE
شکل (4-2 وضعیت هاي ارسال سیگنال 30………………………………………..
شکل (1-3 مقایسه سوئیچ و هاب 37…………………………………….
شکل (2-3 مفهوم لایه اي سوئیچ 44…………………………………..
شکل (3-3 نمودار تاخیر زمانی انواع سوئیچ 46…………………………….
شکل (1-4 عملکرد سوئیچ مبتی بر روش ماتریسی 49……………………….
شکل 51(2-4
شکل (1-5 فریم اترنت 66……………………………………………………………………..
شکل (2-5 گردش دیتا داخل سوئیچ 69…………………………….
ز
فهرست جدولها
عنوانشماره صفحه

جدول (1-2 روال رشد در الگوریتم عقبگرد نمایی 16…………
جدول (1-4 مقادیر جدید 60STP Cost
و
چکیده
با توجه به گسترش روز افـزون اسـتفاده از شـبکه هـاي کـامپیوتري در کاربردهـاي
مختلف و با ابعاد گوناگون ، استفاده از هاب براي اتصال این شبکه ها و گسترش آنها
کابري مطلوبی نـدارد. لـذا در سیسـتم هـاي جدیـد بـراي افـزایش سـرعت انتقـال و
جلوگیري از تداخل و ترافیک شبکه از سویچ استفاده می گردد. سـوئیچ هـاي اترنـت
ابزاري هستند که در لایه دوم مدل OSI استفاده شده و موجب جلوگیري از تـداخل و
افزایش سرعت انتقال دیتا می گردد. در این سمینار ما پس از بررسی اجمالی اترنـت ،
عملکرد و جایگاه سوئیچ را در شبکه محلی بررسی خواهیم کرد.
١
مقدمه
دنیاي شبکه و انواع سوئیچ ها
سوئیچ در ادبیات شبکه هاي کامپیوتري عبارتست از فرآیند دریافت یک واحـد داده داراي هویـت
از یکی از کانالهاي ورودي و هدایت آن بر روي کانال خروجی مناسب ، بنحوي که به سوي مقصد
نهایی خود نزدیک و رهنمون شود.هر ابزاري که چنین رفتاري را از خود نشان دهد بطور عام یک
سوئیچ است ؛ با این دیدگاه تمام دستگاههاي زیر را می توان یک ابزار سوئیچ نامید :
تکرار کننده ( : (Repeater تکرار کننده ابزاري است مخابراتی که سـیگنال دیجیتـال ورودي را
دریافت کرده و پس از تشخیص صفر ها و یکهاي آن را از نو در خروجـی خـود ، بصـورت یـک
سیگنال دیجیتال عاري از نویز و بدون تضعیف باز تولید میکند . تکرار کننده ها هیچ درکی از فریم
، بسته و حتی بایت ندارند و صرفا با مفهوم بیت و سطوح ولتـاژ آشـنا هسـتند . بـا تعریفـی کـه از
تکرار کننده شد قطعا میتوان به این نتیجه رسید که تکرار کننده فقط لایه یکم از مدل OSI را پیاده
کرده است و بیشتر از گیرنده / فرستنده بیت چیزي نیست . با این توصیف می توان تکرار کننـده را
یک سوئیچ لایه یک ( L1 Switch ) تلقی کرد.
هاب ( : ( Hub یک هاب معمولی داراي تعدادي خط ورودي اسـت کـه ایـن خطـوط از لحـاظ
الکتریکی از درون به یکدیگر وصل شده اند . فریمی که از یک خط ورودي دریافت میشود بی قید
و شرط بر روي تمام خطوط دیگر ارسال و منتشر خواهد شد . هر گاه دو فـریم همزمـان بـر روي
هاب ارسال شوند ، تصادم رخ خواهد داد . همان اتفاقی که بر روي کابل کواکسیال می افتد . تمـام
خطوط ورودي هاب باید با سرعت یکسانی کار کنند . از این دیدگاه هاب تنهـا کـاري کـه میکنـد
انتقال سیگنال ورودي بر روي باس مشترك درونی هاب است و هـیچ پـردازش هوشـمندي انجـام
٢
نمیدهد ، هاب را با اختلاف نا چیزي شبیه تکرار کننده میدانیم . بطوري کـه هـاب بیتهـاي ورودي
پورتها را عینا بر روي باس مشترك تکرار و تزریق میکند .پس هاب نیز یک سوئیچ لایه یک اسـت
و از اطلاعات سرآیند فریم به هیچوجه استفاده نمیکند .
سوئیچ ( : ( Switch سوئیچ سخت افزاري است که فریم هاي اطلاعات تولید شده توسط کارت
شبکه را گرفته و پس از پردازش سرآیند فریم و براساس آدرسهاي MAC ، همـان آدرس سـخت
افزاري درج شده در درون کارت شبکه ، آنها را به سوي پرت خروجی مناسب هـدایت میکنـد . از
آنجایی که هیچ ارتباط الکتریکی مستقیم و بی واسطه بین پورتهاي یک سوئیچ وجود ندارد لذا ایـن
امکان وجود دارد که هر یک از پورتها با سرعت متفاوتی کار کنند .سوئیچ در درون داراي پردازنده
است و فریمهاي ورودي یا خروجی را بافر میکند بدین نحو میتواند در هدایت فریمهـا هوشـمندي
بخرج دهد و کنترل بیشتري را اعمال کند .
از آنجایی که سوئیچ ها با فریمها کار میکنند و به محتواي سر آیند آنها احتیاج دارد لذا بیتها پـس از
دریافت در لایه فیزیکی بایستی تحویل سخت افـزار لایـه بـالاتر یعنـی لایـه پیونـد داده شـوند تـا
پردازشهاي لازم بر روي سرآیند فریم انجام گیرد . از این دیدگاه سـوئیچ ابزاریسـت کـه در لایـه 2
کار میکند .
پل ( : ( Bridge پل ابزاري است که دو. یا چند شبکه LAN را به هم وصل میکند . شبکه ایی
که از طریق پل به هم وصل می شوند می توانند همگون ( مثل اترنت ) و یا غیر همگون ( اترنـت ،
بی سیم ، توکن رینگ یا نظایر آن ) باشند . پلها نیز شبیه سوئیچ ها بر اسـاس آدرسـهاي درج شـده
در سرآیند فریمها کار میکنند و ملاك هدایت فریمها آدرس MAC است . بنابراین پل نیز ابـزاري
است که در لایه 2 کار میکند و می توان آن را سوئیچ لایه 2 نامید .
شکل زیر در یک فضاي قیاسی عملکرد هاب ، سوئیچ و پل را تداعی می نماید.
٣

شکل (1 مقایسه عملکرد سوئیچ ، هاب و پل
٤
فصل اول
شبکه
٥
دستیابی به اطلاعات با روش هاي مطمئن و با سرعت بالا یکـی از رمـوز موفقیـت هـر سـازمان و
موسسه است . طی سالیان اخیر هزاران پرونده و کاغذ کـه حـاوي اطلاعـات بـا ارزش بـراي یـک
سازمان بوده ، در کامپیوتر ذخیره شده انـد. بـا تغذیـه دریـائی از اطلاعـات بـه کـامپیوتر ، امکـان
مدیریت الکترونیکی اطلاعات فراهم شده است . کاربران متفاوت در اقصی نقاط جهـان قـادر بـه
اشتراك اطلاعات بوده و تصویري زیبا از همیاري و همکاري اطلاعاتی را به نمایش می گذارند.
شبکه هاي کامپیوتري در این راستا و جهت نیل به اهداف فـوق نقـش بسـیار مهمـی را ایفـاء مـی
نمایند.اینترنت که عالی ترین تبلور یک شبکه کامپیوتري در سطح جهان اسـت، امـروزه در مقیـاس
بسیار گسترده اي استفاده شده و ارائه دهندگان اطلاعات ، اطلاعات و یا فرآورده هـاي اطلاعـاتی
خود را در قالب محصولات تولیدي و یا خدمات در اختیار استفاده کنندگان قـرار مـی دهنـد. وب
که عالی ترین سرویس خدماتی اینترنت می باشد کاربران را قادر می سازد که در اقصی نقـاط دنیـا
اقدام به خرید، آموزش ، مطالعه و … نمایند.
با استفاده از شبکه، یک کامپیوتر قادر بـه ارسـال و دریافـت اطلاعـات از کـامپیوتر دیگـر اسـت .
اینترنت نمونه اي عینی از یک شبکه کامپیوتري است . در این شبکه میلیون ها کـامپیوتر در اقصـی
نقاط جهان به یکدیگر متصل شده اند.اینترنت شبکه اي است مشتمل بر زنجیره اي از شـبکه هـاي
کوچکتراست . نقش شبکه هاي کوچک براي ایجاد تصویري با نـام اینترنـت بسـیار حـائز اهمیـت
است . تصویري که هر کاربر با نگاه کردن به آن گمشده خود را در آن پیـدا خواهـد کـرد. در ایـن
بخش به بررسی شبکه هاي کامپیوتري و جایگاه مهم آنان در زمینه تکنولوژي اطلاعات و مـدیریت
الکترونیکی اطلاعات خواهیم داشت .
٦
(1-1 شبکه هاي محلی و شبکه هاي گسترده
تاکنون شبکه هاي کامپیوتري بر اساس مولفه هاي متفاوتی تقسیم بندي شده اند. یکی از این مولفـه
ها ” حوزه جغرافیـائی ” یـک شـبکه اسـت . بـر همـین اسـاس شـبکه هـا بـه دو گـروه عمـده
(network Local area(LAN و (network Wide area(WAN تقسیم می گردند. در
شبکه هاي LAN مجموعه اي از دستگاه هاي موجود در یک حوزه جغرافیائی محدود، نظیـر یـک
ساختمان به یکدیگر متصل می گردند . در شـبکه هـاي WAN تعـدادي دسـتگاه کـه از یکـدیگر
کیلومترها فاصله دارند به یکدیگر متصل خواهند شد. مثلا” اگر دو کتابخانه کـه هـر یـک در یـک
ناحیه از شهر بزرگی مستقر می باشند، قصد اشتراك اطلاعات را داشته باشند، می بایست شبکه اي
WAN ایجاد و کتابخانه ها را به یکدیگر متصل نمود. براي اتصال دو کتابخانـه فـوق مـی تـوان از
امکانات مخابراتی متفاوتی نظیر خطوط اختصاصی (Leased) استفاده نمـود. شـبکه هـاي LAN
نسبت به شبکه هاي WAN داراي سرعت بیشتري می باشند. با رشد و توسعه دستگاههاي متفاوت
مخابراتی میزان سرعت شبکه هاي WAN ، تغییر و بهبود پیدا کرده است . امروزه با بکـارگیري و
استفاده از فیبر نوري در شبکه هاي LAN امکان ارتباط دسـتگاههاي متعـدد کـه در مسـافت هـاي
طولانی نسبت بیکدیگر قرار دارند، فراهم شده است .
٧
فصل دوم
پروتکل اترنت
٨
(1-2 اترنت
در سال 1973 پژوهشگري با نام ” “Metcalfe در مرکز تحقیقات شرکت زیراکس، اولـین شـبکه
اترنت را بوجود آورد.هدف وي ارتباط کامپیوتر به یک چـاپگر بـود. وي روشـی فیزیکـی بمنظـور
کابل کشی بین دستگاههاي متصل بهم در اترنت ارائه نمود. اترنت در مدت زمان کوتاهی بعنـوان
یکی از تکنولوژي هاي رایج براي برپاسازي شبکه در سطح دنیا مطرح گردید. همزمان با پیشـرفت
هاي مهم در زمینه شبکه هاي کامپیوتري ، تجهیزات و دستگاه هاي مربوطه، شبکه هاي اترنت نیـز
همگام با تحولات فوق شده و قابلیـت هـاي متفـاوتی را در بطـن خـود ایجـاد نمـود. بـا توجـه
به تغییرات و اصلاحات انجام شده در شبکه هـاي اترنـت ،عملکـرد و نحـوه کـار آنـان نسـبت
به شبکه هاي اولیه تفاوت چندانی نکرده است . در اترنت اولیه، ارتباط تمام دستگاه هاي موجـود
در شبکه از طریق یک کابل انجام می گرفت که توسط تمـام دسـتگاهها بـه اشـتراك گذاشـته مـی
گردید. پس از اتصال یک دستگاه به کابل مشترك ، می بایست پتانسیل هاي لازم بمنظـور ایجـاد
ارتباط با سایر دستگاههاي مربوطه نیز در بطن دستگاه وجود داشته باشد (کـارت شـبکه ) . بـدین
ترتیب امکان گسترش شبکه بمنظور استفاده از دستگاههاي چدید براحتی انجام و نیازي به اعمـال
تغییرات بر روي دستگاههاي موجود در شبکه نخواهد بود.
٩

شکل (1-2 نماي کلی یک شبکه اترنت
اترنت یک تکنولوژي محلی (LAN) است. اکثر شبکه هاي اولیه در حـد و انـدازه یـک سـاختمان
بوده و دستگاهها نزدیک به هم بودند. دستگاههاي موجود بر روي یک شبکه اترنت صـرفا” قـادر
به استفاده از چند صد متر کابل بیشترنبودند.اخیرا” با توجه به توسعه امکانات مخـابراتی و محـیط
انتقال، زمینه استقرار دستگاههاي موجـود در یـک شـبکه اترنـت بـا مسـافت هـاي چنـد کیلـومتر
نیز فراهم شده است .
باب متکالف که تازه در مقطع دکتراي دانشگاه هاروارد پذیرفته شـده بـود بـا کارهـاي پـدر شـبکه
ALOHA آشنا شد و تصمیم گرفت قبل از پایـان دکتـرا و شـروع بـه کـار در مرکـز تحقیقـات
زیراکس تابستانی را در هاوایی بگذراند در همان ایام پژوهشگران شرکت زیراکس بـر روي پـروژه
تولید کامپیوترهاي شخصی کار می کردند و قتب باب متکالف از هاوایی برگشت همه شرایط براي
١٠
تولد اترنت آماده بود : کامپیوترهایی طراحی شده بودند که هیچ ارتباطی با یکدیگر نداشتند و ایـده
استفاده از کانالی اشتراکی براي تبادل پیام در ذهن متکالف پرورده و اماده بـود . بـاب متکـالف بـه
کمک همکارش دست به قلم برد و اولین شبکه محلی دنیا را طراحی و پیـاده سـازي کـرد در ایـن
شبکه کانال مشترك یک رشته کابل مسی از نوع کواکسیال بود که متکالف تصمیم گرفت آن را اتـر
بنامد دست نوشته هاي اولیه متکالف اکنون در موزه تاریخ کامپیوتر نگهداري می شود .

شکل (2-2 دست نوشته باب متکالف (طراحی اترنت)
در اترنت کانال انتقال نه خلاء بلکه یک رشته سیم مسی بود و طبعا هر ایستگاه میتوانسـت قبـل از
اقدام به ارسال وضعیت کانال را ، از لحاظ مشغول بودن یا نبودن ، بررسی کند ، یعنی در اتـر نـت
یک ایستگاه زمانی اقدام به ارسال میکند که کانال را آزاد ببیند . بدین ترتیب اتر نت بـا اجتنـاب از
تصادم هاي بی مورد توانست به کارایی بالاتري دست یابد . کاري که در aloha ممکن نبود .چرا
که یک ترمینال نمی توانست امواج فرستنده هاي دیگر جزایر را بشنود .
در اترنت ارسال هر ایستگاه بر روي کانال مشترك طبق روال زیر انجام می شود :
١١
الف : هر ایستگاه قبل از ارسال برروي کانال مشترك ابتدا به کابل گوش می کنـد تـا مطمـئن شـود
ایستگاه دیگري در همان لحظه مشغول به ارسال داده نیست در صورتی که کانال آزاد باشـد اجـازه
ارسال دارد و در غیر اینصورت مراحل بعدي دنبال می شود .
ب : در صورت اشغال بودن کانال ایستگاه باید آنقدر منتظر بماند تا خط آزاد شـود در ایـن لحظـه
پس از یک تامل کوتاه معادل 9.6 میکروثانیه باید ارسال خود را آغاز و باز هم به سـیگنال بـر روي
خط گوش بدهد مبادا در همین ابتدا تصادم رخ بدهد چرا که ممکن هست چنـدین ایسـتگاه دیگـر
نیز منتظر لحظه آزاد شدن خط بوده و در همین لحظه تصـادم رخ بدهـد در صـورت عـدم تصـادم
ایستگاه می تواند با خیالی راحت تا انتهاي فریم خود را بفرستد ولیکن در صورت تشخیص تصادم
مراحل بعدي دنبال می شود .
ج: تمام ایستگاههایی که در لحظه آغازین ارسال فریم خود تشـخیص تصـادم مـی دهنـد موظفنـد
ضمن تولید یک سیگنال نویز گونه شدید که نقش اخطار را ایفا می کند و به نـام سـیگنال JAM
مشهور است از ارسال دست بکشند و سپس براي مدت کوتاه که مقدار آن را به صـورت تصـادفی
تعیین می کنند از ارسال صرفنظر کرده و از مرحله الف شروع نمایند اگر در دفعه بعد بازهم تصادم
پیش اید مدت زمان انتظار از بازه اي انتخاب می شود که دو برابر مرحله قبل است به عبارتی زمان
تصادفی انتظار در دفعات متوالی رشد خواهد کرد .
روال فوق که به CSMA/CD دسترسی چندگانه با قابلیت شنود سیگنال حامل و کشف تصادم
مشهور است در نمودار شکل زیر نشان داده شده است .
١٢

شکل (3-2 الگوریتم عقبگرد نمایی
(2-2 بررسی نکات کلیدي روال CSMA/CD
در روال CSMA/CD به محض آنکه ایستگاهها از وقوع تصادم آگاه شدند ارسال خـود را نیمـه
کاره رها می کند قطع سریع فرایند ارسال به محض تشخیص تصادم در زمان و پهنـاي بانـد صـرفه
جویی می کند .
روال CSMA/CD از مدل مفهومی نشان داده شده در شکل فوق تبعیت می کنـد در لحظـه اي
که با T مشخص شده ارسال فریم یک ایستگاه به پایان رسیده و خط آزاد شده است در این لحظه
ایستگاههاي که فریمی را براي ارسال آماده دارند ممکن است براي ارسال آن تلاش کنند اگر دو یـا
چند ایستگاه به طور همزمان اقدام به ارسال نمایند تصادم رخ خواهد داد و ارسـال تکـرار خواهـد
شد . مدل مفهومی شکل فوق براي CSMA/CD شامل دوره زمانی زیر است :
١٣
چندین مرحله متوالی رقابت بازه ارسال فریم و بازه بیکاري یکـی از بنیـادي تـرین پارامترهـاي
موثر در کارایی الگوریتم CSMA/CD مدت زمانی است که طـول مـی کشـد تـا ایسـتگاهی کـه
ارسال خود را آغاز کرده متوجه وقوع تصادم شود محاسبه این زمان براي تعیین طـول دوره رقابـت
و همچنین محاسبه تاخیر و ظرفیت مفید کانال حیاتی است . بدترین حالت ممکن وقتی است کـه
دورترین ایستگاههاي متصل به کانال یعنی ایستگاههاي متصل به دو سر انتهایی کانال با هم رقابـت
کنند. فرض کنید زمان تاخیر انتشار سیگنال الکتریکی در رسیدن از ابتدا به انتهاي کانال tثانیه باشد
در شکل زیر فرض شده در زمان t=0 ایستگاه A در یک طرف شبکه شروع به ارسال فریم خود بر
روي کابل می کند . دقیقا قبل از رسیدن اولین بیت فریم به انتهاي کابل ، آخرین ایستگاه متصل بـه
کابل ، یعنی ایستگاه B شروع به ارسال فریم خود نماید .حال وقتی B تشـخیص دهـد کـه تـوان
دریافتی از کانال از توان ارسالی بیشتر است متوجه بروز تصادم میشـود و بـا قطـع ارسـال خـود و
تولید یک نویز قوي بروز تصادم در لحظه τ+εبه اطلاع بقیه ایستگاهها می رساند.به عبارت دیگر با
ارسال یک نویز قوي این اطمینان حاصل می شود کـه هـیچ ایسـتگاهی از وقـوع تصـادم بـی خبـر
نخواهد ماند .در زمان حدود 2τ فرستنده A متوجه سیگنال نویز شده و از ارسال دسـت میکشـد .
سپس هر یک از ایستگاههاي A , B قبل از تلاش مجدد براي ارسال به اندازه یـک عـدد تصـادفی
صبر میکنند .بدین نحو در بدترین حالت زمانی حدود 2τ ثانیه طول میکشد تا ایسـتگاهها از بـروز
تصادم مطلع شده و دست از ارسال بکشند . زمان کشف تصادم که مستقیما به طـول کانـال وابسـته
است جزو زمانهاي تلفاتی محسوب می شود که به ازاي ارسال هر فریم ممکن است اتفاق بیفتد.
١٤

شکل (4-2 وضعیت هاي ارسال سیگنال
کشف تصادم به صورت آنالوگ انجام میگرد : این کار به سه روش بررسی تـوان مصـرفی ، انـدازه
گیري پهناي باند سیگنال دریافتی از کانال و مقایسه آن با پهناي واقعـی سـیگنال ارسـالی و انـدازه
سطوح ولتاژ هاي پالسها قابل انجام است.
حد اکثر طول کانال در اتر نت 2500 متر در نظر گرفته شده بود که پس از 500 متر براي جلوگیري
از تضعیف بیش از اندازه دامنه سیگنال ، یک تکرار کننده سیگنال را باز تولید می کرد.
در اتر نت مدت زمان انتظار به صورت تصادفی از بازه اي انتخاب می شود کـه ایـن بـازه بـه ازاي
تصادمهاي مکرر و متوالی در برابر مقدار قبلی می شود . پس از اولین تصـادم هـر ایسـتگاه قبـل از
تلاش مجدد تصادفا صفر یا یک واحد زمان منتظـر مـی مانـد واحـد زمـان در شـبکه اترنـت51/2
میکروثانیه در نظر گرفته شده است . در دومین تصادم متوالی از بین اعداد صـفر ، یـک دو یـا سـه
یکی انتخاب و به همان تعداد بر حسب واحد زمان صبر می کند . اگر سـومین تصـادم متـوالی رخ
بدهد که احتمال آن بیست و پنج درصد است تعداد برشهاي زمانی انتظار ، عدد تصادفی بین صـفر
تا هفت خواهد بود .
١٥
در شبکه اترنت پس از دهمین تصادم پیاپی کنترلر کارت شبکه از ادامه کار صرفنظر کـرده و دیگـر
تلاش نخواهد کرد در این حالت پیغام خطایی مبنی بر وجود اشکالی جدي در شبکه به نـرم افـزار
سیستم عامل گزارش خواهد کرد . ادامه کار بر عهده لایه هاي بالاتر خواهد بود . الگوریتم فوق که
اصطلاحا الگوریتم عقبگرد توانی نامیده می شود زمان انتظار ایستگاهها را به صـورت پویـا بـا هـر
تعداد ایستگاه که در تلاش براي ارسال هستند تطبیق می دهد . این الگوریتم کـه در آن بـازه هـاي
زمان انتظار به طور نمایی رشد می کند این اطمینان را می دهد که وقتی تعـداد ایسـتگاههاي آمـاده
ارسال کم است تاخیر کمی بوجود بیاید و وقتی تعداد ایستگاههاي آماده ارسال زیاد است در مدت
زمان معقولی مساله تصادم حل شود . جدول 1-2 روال رشد این الگوریتم را نشان می دهد .

جدول (1-2 روال رشد در الگوریتم عقبگرد نمایی
(3-2 استاندارد سازي اترنت 10Mbps
از سال 1978 دوران دوم اترنت آغاز می شود دو شرکت عظیم اینتـل و DEC بـه کمـک شـرکت
زیراکس آمدند تا بر اساس طرحهاي اولیه اترنت استانداردي براي آن وضـع کننـد و شـرایط بـراي
تولید گسترده این محصول فراهم شود . استاندارد تدوین شـده بـه اترنـت DIX شـهرت یافـت .
شرکت زیراکس صرفا به استاندارد سازي اترنت کمک کرد و علاقه چندانی به سـرمایه گـذاري بـر
١٦
روي آن از خود نشان نداد در این زمان بود که باب متکـالف تـرجیح داد کـه از شـرکت زیـراکس
خارج شود تا با تاسیس شرکت 3Com شخصا به تولید کارت شبکه اترنت کـه دسـت پـرورده
خودش بود اقدام کند . شرکت 3Com اکنون به عنوان یکی از تولیـد کننـدگان مطـرح تجهیـزات
شبکه در دنیا شناخته می شود .
در سال 1983 استاندارد تهیه شده توسط این سه شرکت با دو تغییر بسـیار جـزءي توسـط انجمـن
مهندسین برق و الکترونیک دنیا تاییـد و تحـت نـام IEEE 802.3 CSMA/CD بـه تصـویب
رسید .
(4-2 جزئیات فنی استاندارد اترنت
کلیات فنی استاندارد اترنت را می توان در موارد ذیل برشمرد :
توپولوژي شبکه بدون هیچ تغییري نسبت به طرح اولیه باس در نظر گرفته شد یعنـی تمـام ایستگاهها از طریق یک کابل چند اتصالی به کانال مشترك وصل می شدند .
در استاندارد اترنت دو نوع کابل بـه عنـوان رسـانه انتقـال مجـاز شـمرده شـد : اول کابـل کواکسیال ضخیم که همان پیشنهاد اولیه باب متکالف بود در این نوع کابل کشی کامپیوترها
از طریق یک سیم چند رشته اي به دستگاه کوچکی به نام ترانسـیور متصـل مـی شـدند و
ترانسیور نیز از طریق انشعاب تزریقی به کابل اصلی وصل می گردید . کابل 10BASE5
که به اترنت ضخیم مشهور شد به رنگ زرد و شبیه به شلنگ باغبانی بود و هر دو ونیم متر
علامتی بر روي کابل براي مشخص کردن محل مناسب براي انشعاب تزریقی گذاشته شده
بود . نوع دوم کابل 10BASE 2 نام داشت که به کابل اترنت نازك مشهور شد. این نوع
کابل به دلیل نازکی قابل انعطاف بود و به راحتـی مـی شـد بـه جـاي اسـتفاده از انشـعاب
تزریقی آن را از طریق کانکتور BNC مستقیما به کارت شبکه متصل کرد .
١٧
تفاوتی که کابل کشی با کابلهاي ضخیم یا نازك داشت این بود که در صـورت اسـتفاده از کابل ضخیم طول حداکثر یک قطعه کابل بدون نیـاز بـه تکـرار کننـده تـا 500 متـر قابـل گسترش بود و به هر قطعه 500 متري می شد تا 100 ایستگاه متصل کرد در حـالی کـه بـا کابل نازك حداکثر طول یک قطعه کابل به 182 متر و تعداد ایستگاههاي قابـل اتصـال بـه این قطعه به 30 دستگاه کاهش یافت .
کارت شبکه اترنت یا NIC داراي یک کنترلر خاص است کـه وظیفـه دارد داده هـا را در قالب یک فریم مناسـب سـازماندهی کنـد همچنـین محاسـبه کـدهاي کشـف خطـا بـراي فریمهاي خروجی وارزیابی صحت فریمهاي ورودي بر عهـده همـین کنترلـر اسـت . ایـن کنترلر داراي مقداري حافظه RAM است تا بتواند یک یا چند فریم داده را به صف و بافر نماید . در ضمن این کنترلر قادر اسـت داده هـا را بـه روش DMA بـه حافظـه اصـلی کامپیوتر منتقل نماید همچنین برخی از عملیات مدیریت شبکه را نیز بر عهده دارد .
هر کارت شبکه داراي یک آدرس سخت افزاري است که در قالب عددي شـش بـایتی بـر روي حافظه ROM ذخیره شده است . از این آدرس با اصطلاحات متنوعی مثـل آدرس سخت افزاري ، آدرس فیزیکی ، آدرس لایه دو ، آدرس اترنـت و آدرس MAC یـاد مـی شود . زمانی که یکی از ایستگاهها موفق می شود فریم خود را بر روي کانال بفرستد بقیـه ایستگاهها موظفند فریم او را دریافت کرده و آدرس مقصد فریم را با آدرس خـود مقایسـه کنند ایستگاهی که این آدرس با آدرس خودش مطابقت داشت آن فریم را پذیرفتـه و آن را به لایه بالاتر تحویل می دهد و مابقی ایستگاهها فریم را نادیده می گیرند .
سرعت انتقال در اولین نسخه اترنـت اسـتاندارد ده مگابیـت بـر ثانیـه و از روش کـدینگ منچستر استفاده شده است . در روش منچستر هر بیت از لحاظ زمانی به دو نیم تقسیم می شود : براي ارسال بیت یک در نیم بیت اول ولتاژ بالا و در نیم بیت دوم ولتاژ پـایین قـرار
١٨
داده می شود . براي بیت صفر بر عکس هم می شود : در نیمه اول ولتاژ پـایین و در نیمـه
دوم ولتاژ بالا . این روش اطمینان می دهد که در وسط هر بیت یک لبه وجود دارد و بدین
ترتیب وقتی دنباله طولانی از صفرها یا یکهاي متوالی ارسـال مـی شـوند سنکرونیزاسـیون
گیرنده و فرستنده از دست نخواهد رفت و محدوده بیتها به سهولت قابل تشخیص خواهد
بود در حالیکه اگر پالسها به روش کدینگ معمولی تولیـد و ارسـال مـی شـدند تشـخیص
محدوده بیتها و در مسیر دریافت صحیح فریم را با مشکل جدي مواجه می کرد . شکل -2
5 روش کدینگ معمولی و روش منچستر را براي ارسال یک دنباله فرضی از داده نشان می
دهد .

شکل (5-2 مقایسه کدینگ باینري و منچستر
در روش منچستر فارغ از انکه مقدار بیت چیست در وسط هر بیت یک لبه بـالا رونـده یـا پایین رونده وجود دارد که از ان می توان بـراي سـنکرون و پایـدار نگـه داشـتن سـیگنال ساعت محلی گیرنده و تشخیص دقیق و صحیح بیتها بهره گرفت . مطابق با استاندارد اولیه اترنت سطوح ولتاژ پالسها مثبت و منفی 0/85 ولت است . حسن دیگـر روش منچسـتر ان است که همیشه مولفه DC سیگنال حامل داده صفر است در حالی کـه در روش کـدینگ
١٩
معمولی سیگنال خروجی داراي مولفه DC است که به تلفات بیشتر انـرژي سـیگنال مـی
انجامد .
اشکال جدي روش منچستر ان است که در مقایسه با روش معمولی به پهناي باند دو برابـر
نیاز دارد چرا که طول هر پالس نصف یک بیت است به عبارت دیگر براي ارسال هر بیـت
دو پالس ارسال می شود . در اترنت براي ارسال داده با سرعت دو مگابیت بر ثانیه سیگنال
تولیدي باید با نرخ بیست ملیون بر ثانیه تغییر ولتاژ داشته باشد و طبعـا پهنـاي بانـد کانـال
باید اجازه چنین نرخ تغییري را بدهد .
(5-2 لایه هاي اترنت
شکل زیر لایه هاي تشخیص دهنده اتر نت ده مگا بیت بر ثانیه را در کنار لایه هاي متناظر بـا آن از
مدل هفت لایه OSI نشان می دهد.

شکل (6-2 اجزاء تشکیل دهنده لایه هاي اول و دوم مدل OSI
در حقیقت وقتی کسی کارت شبکه اتـر نـت را از بـازار خریـداري و کـامپیوتر خـود نصـب و راه
اندازي میکند ، دو لایه اول (لایه فیزیکی ) و لایه دوم (لایه پیوند داده ) از مدل OSI را در اختیار
٢٠
گرفته است . در مقایسه با مدل TCP/IP کارت شبکه اتر نت لایـه اول ( لایـه واسـط شـبکه ) را
پیاده سازي کرده است.
لایه فیزیکی از چهار زیر لایه تشکیل شده است:
PLS یا زیر لایه سیگنال دهی ( سیگنالینگ ) لایه فیزیکی
AUI یا مدار واسط واحد اتصال
MAU یا واحد اتصال به رسانه انتقال
MDI یا واسط وابسته به نوع رسانه انتقال
برخی از زیر لایه هاي فوق در پیاده سازي نسخه هاي بعدي اترنت هم وجـود دارنـد ولـی برخـی
دیگر صرفا به نوع رسانه انتقال وابسته اند و با تغییر در ماهیت و نوع رسانه انتقال کاربرد خود را از
دست میدهند . در ادامه به اختصار این زیر لایه ها را بررسی خواهیم کرد .
(1-5-2 زیر لایه PLS
زیر لایه PLS بیتهاي داده را براي انتقال روي کانال کد میکند و یا پس از دریافت سیگنال از زیـر
لایه پایین دیکد مینماید . قبلا اشاره کردیم کـه روش کـدینگ داده هـا در اولـین نسـخه اسـتاندارد
اترنت ، روش منچستر است و طبعا این زیر لایه پیاده سـازي مـدارات کـد کننـده و دیکـد کننـده
منچستر میباشد .
(2-5-2 زیر لایه AUI
ایده اصلی این زیر لایه آن بوده هر گاه قرار شد نوع رسانه انتقال تغییر کند نیازي به تغییر در پیـاده
سازي زیر لایه بالاتر یعنی PLSنباشد . به زبان دقیق تر زیر لایه AUI جزئیـات زیـر لایـه هـاي
تحتانی را که مبتنی بر نوع کانال انتقال تغییر خواهد کرد ، از دید زیر لایه PLS (که وظیفه کدینگ
٢١
و دیکد بیتهاي داده را بر عهده دارد ) مخفی نگاه میدارد و با تغییر در زیر لایه هاي تحتـانی نیـازي
به تغییر در زیر لایه PLS نخواهد بود .
(3-5-2 زیرلایه MAU
این زیر لایه که در حقیقت همان فرستنده / گیرنده مخابراتی ( ترانسـیور) در سـخت افـزار اترنـت
است بر اساس نوع و مشخصات فیزیکی رسانه انتقال طراحی میشود و بسته بـه نـوع کابـل شـبکه
پیاده سازي ان تفاوت دارد .ترانسیور شامل یک بخش گیرنده و یک بخـش فرسـتنده اسـت .مـدار
گیرنده سیگنال جاري بر روي رسانه انتقال را دریافت کرده و مدار فرستنده سیگنال حامـل داده رار
بر روي رسانه میفرستد .این بخش همچنـین وظیفـه دارد تصـادم را بصـورت آنـالوگ و بلادرنـگ
تشخیص داده و اعلام دارد. این زیر لایه وظیفه تطبیق امپدانس را نیز بر عهده دارد.
مدار ترانسیور میتواند خارجی یا داخلی باشد . در کابل کشی مبتنی بـر کابـل کواکسـیال ضـخیم (
(10BASE5 این مدار از کابل شبکه جداست و بر روي کابل نصب میشود در حالی کـه در کابـل
کشی مبتنی بر کابل کواکسیال نازك ( (10BASE2 ترانسیور مستقیما بـر روي کابـل شـبکه تعبیـه
شده و هر کارت شبکه ترانسیور خود را در درون خود دارد.
(4-5-2 زیر لایه MDI
این بخش همان ابزار سخت افزاري است که ترانسیور را به رسانه انتقـال وصـل میکنـد .هـر نـوع
رسانه MDIخاص خود را احتیاج دارد . به عنوان مثـال بـراي کابـل کواکسـیال ضـخیم ، MDI
مربوطه یک انشعاب تزریقی و براي کابل کواکسیال نازك MDIآن یک کانکتور از نـوع BNC و
به شکل T است.
٢٢
(5-5-2 زیر لایه MAC
زیر لایه ) MAC زیر لایه کنترل دسترسی به رسانه انتقال ) در حقیقت پیاده سـازي سـخت افـزار
الگوریتم CSMA/CD است.همچنین زیر لایه MAC موظف است داده هایی را که از زیـر لایـه
بالاتر تحویل میگیرد در قالب یک فریم سازماندهی کرده و سپس آن را بیت به بیت بـراي کـدینگ
تحویل زیر لایه PLS بدهد. در اولین گام قالب فریم DIX را که توسط سـه شـرکت زیـراکس ،
اینتل و DEC استاندارد سازي شده معرفی میکنیم .
(6-2 قالب فریم DIX
قالب اصلی DIX در شکل 2-7 نشان داده شده است .

شکل (7-2 قاب فریم DIX
هر فریم با هشت بایت ) Preamble دیباچه ) آغاز می شود که تمام بایتهـا داراي الگـوي ثابـت
10101010 هستند . با در نظر داشتن روش کدینگ منچستر بدیهی است که دنباله این هشت بایت
جمعا به مدت 6/4 میکروثانیه یک سیگنال ساعت مربعی ده مگا هرتز تولید میکند تا ضمن هشـدار
به گیرندگان حاضر بر روي کانال در خصوص در راه بـودن یـک فـریم داده ، مـدار درونـی تمـام
گیرندگان را با سیگنال ساعت فرستنده سنکرون کند.گیرندگان موظفنـد بـا بهـره گیـري از ویژگـی
کدینگ منچستر ، تا انتهاي فریم سنکرون باقی مانده و محدوده بیتها را به درستی تشخیص بدهند.
اولین فیلد حاوي اطلاعات ارزشمند و قابل پردازش در فریم DIX فیلد مقصد به طول شش بایـت
است.این فیلد بلافاصله پس از Preamble قرار گرفتـه تـا گیرنـدگان در اولـین فرصـت بتواننـد
٢٣
تشخیص بدهند که آیا فریم ظاهر شده بر روي خط متعلق به خودشان است یا خیـر؟. در صـورتی
که فریم با آدرس خودشان مطابقت نداشت می تواند از دریافت ما بقی آن صرفنظر کنند .
فیلد بعد ، فیلد آدرس مبدا و شش بایتی اس که هویت تولید کننده فریم را مشخص میکند.
در ادامه فیلد Type تعریف شده که به گیرنده فریم تفهیم میکند که با این فـریم چـه کـاري بایـد
بکند . هسته سیستم عامل پس از دریافت این فریم بر اساس مقدار این فیلد تصمیم میگیـرد کـه آن
را به دست چه پروسه اي بسپارد.به عبارت دیگر محتوي فیلد Typeپروسه اي را که در لایه بـالا
تر مسئول پردازش هاي بعدي محتواي فریم است ، مشخص میکند.این فیلد امکان آن را فراهم می
آورد تا بتوان در لایه بالاتر ( یعنی لایه شبکه ) از چندین پروتکل مختلف بهره گرفت .
فیلد بعدي ، فیلد DATA است که گنجایش حداکثر 1500 بایت را دارد . محدودیت 1500 بایتی
در زمان ارائه استاندارد DIXبه دلخواه انتخاب شده و انگیزه اصلی طراحان از این انتخـاب صـرفه
جویی در میزان حافظه لازم براي کارتهاي شبکه بوده است .
آخرین فیلد اتر نت ، فیلد Checksum یـا همـان کـد کشـف خطاسـت . کنترلـر کـارت شـبکه
بصورت بی درنگ براي مجموعه بیتها از ابتدا فیلد آدرس مقصد تا انتهاي فیلـد داده ، یـک کـد 32
بیتی CRC محاسبه و استخراج کرده و آن را در این فیلد چهار بایتی جایگذاري می نماید.گیرنـده
پس از دریافت فریم ، به کمک این فیلد قادر است هرگونه خطاي احتمالی در داده ها یا فیلد هـاي
فریم را کشف کند . فریم هاي خراب توسط کارت شبکه نادیده گرفته می شوند.
(7-2 آدرسهاي اترنت
هر کارت شبکه اترنت داراي یک آدرس سخت افزاري یکتاست که در درون ROM ذخیـره شـده
و هویت یک ایتگاه را مشخص مینماید . به این آدرس ، آدرس MAC یا ادرس فیزیکی نیـز گفتـه
میشود. هر گاه ایستگاهی اقدام به ارسال فریمی نماید در فیلد آدرس مبدا از فـریم ، آدرس سـخت
٢٤
افزاري ان درج میگردد بگونه اي که در شکل 8-2 مشاهده مینمایید آدرس فیزیکی 48 بیتی است و
از سه بخش تشکیل شده است.
بیتهاي A0 تا A23 شماره سریال کارت شبکه را نشان می دهد .تولیـد کننـده کـارت شـبکه ایـن
بخش از شماره را به دلخواه انتخاب و در درون کارت شبکه تنظیم میکند . هـیچ دو کـارت شـبکه
داراي شماره سریال یکسان نیستند . بیتهاي A24 تا A45 شماره شناسایی کارخانه تولید کننده

شکل (8-2 فریم آدرس ها
کارت شبکه را مشخص میکند . از آنجایی که این شماره یکتاست میتوان مطمئن بـود کـه هـیچ دو
کارت شبکه اي در دنیا آدرس مشابهی نخواهند داشت . هر تولید کننده اي کـه بخواهـد اقـدام بـه
تولید کارت شبکه اترنت کند میتواند با مرکزي در کالیفرنیا که اکنون تحت مـدیریت IEEE اسـت
مکاتبه کرده و براي خود یک شناسه منحصر بفرد دریافت کند
بیت ) A46 مجاور بیت پر ارزش ) سراسري یا محلی بودن آدرس را مشـخص میکنـد : اگـر ایـن
بیت صفر باشد بدین معناست که این آدرس توسط مدیر شبکه محلی تعیـین شـده و در خـارج از
شبکه هیچ ارزشی ندارد . اگر این بیت به یک تنظیم شده باشـد ، بیـانگر آن اسـت کـه ایـن آدرس
توسط IEEEبه ثبت رسیده و اعتبار جهانی دارد.
قبل از آنکه پر ارزشترین بیت آدرس یعنی A47 را توضیح بـدهیم اشـاره بـه نکـاتی در خصـوص
آدرس دهی در اترنت اهمیت حیاتی دارد .
در اترنت یک فریم را می توان به سه آدرس ارسال کرد:
٢٥
آدرس تک پخشی ( : ( unicast address بدین معنا که گیرنده فریم یک ایستگاه واحـد است ( فرستنده یکی/گیرنده یکی ) پر ارزشترین بیت در آدرسهاي تک پخشی الزاما صـفر است.
آدرسهاي چند پخشی ( : ( multicast addres بدین معنا که گیرنـده فـریم یـک گـروه خاص از ایستگاهها هستند .پر ارزش ترین بیت در آدرس چند پخشی یک اسـت و مـابقی بیتها شماره گروه را مشخص می کند . ارسال چند پخشی نیاز به مدیریت گروههـا دارد و هر ایستگاه باید بداند عضو چه گروهی است .
آدرس پخـش فراگیـر ( : ( broadcast address بـدین معنـا کـه گیرنـده فـریم تمـام ایستگاههاي متصل به کانال خواهد بود . اگر تمام بیتهاي فیلـد آدرس مقصـد بـه 1 تنظـیم شده باشند تمام ایستگاهها فریم را از روي کانال دریافت کـرده و آن را پـردازش خواهنـد کرد . در برخی از کاربردها استفاده از این بیت ارزش حیاتی دارد.
آدرس شش بایتی اترنت ، از چپ به راست و در مبناي شانزده نشـان داده مـی شـوند و اغلـب در
نمایش آنها تمایز مرز بایتها با یک خط تیره یا نقطه مشخص میشود.
(8-2 استاندارد سازي اترنت توسط کمیته IEEE
پس از استاندارد سازي اترنت توسط سه شرکت Xerox ، Intel و DEC محصولات زیـادي
بر اساس این استاندارد تولید و به بازار عرضه شد . سه عامل ارزان بودن ، نصب و راه اندازي ساده
و سرعت مناسب ، اترنت را در وضعیت مناسبی قرار داده بود و راه را بـه سـوي جهـانی شـدن ان
هموار کرده بود . در ابتداي دهه هشتاد کمیته IEEE دست به کار شـد . تـا اترنـت را اسـتانداراد
سازي و جهانی کند . کار این کمیته در سـال 1983 بـه نتیجـه رسـید و اسـتاندارد IEEE 802.3 CSMA/CD براي شبکه اترنت از تصویب نهایی گذشت .
٢٦
قبلا اشاره کردیم که استاندارد DIX و 802.3 IEEE به تصویب رسید تا سال 1995 یعنی آغـاز
دوران جدید اترنت سریع ( با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه ) کمیته IEEE با اترنت همـراه بـود و
در چهار مقطع زمان ، چهار نوع روش کابل کشی متفاوت را براي اترنت 10 Mbps معرفی کـرد
تا ضمن سازگاري با محصولات پیشین اشکالات آنها بر طرف شده واترنت بهینه سازي شود .
در سال 1991 ، IEEE که همگام با شکوفایی اترنت جلو میامد روش جدیدي براي کابـل کشـی
اترنت به نام 10Base T ارائه کرد تا بساط کابل کواکسیال را جمع کنـد ! تـا قبـل از ایـن تـاریخ
ساختار اتصال ایستگاهها به کابل مشترك شبیه به شکل بود . حال تجسم کنید که کابل مشترك
بسیار کوچک شود و ایستگاهها از طریق کابلی بلند به کانالی مشـترك متصـل گردنـد ؛ کماکـان از
لحاظ روش اتصال و ماهیت اشتراکی کانال ، تغییري بنیادي در اترنت رخ نـداده اسـت . پیشـنهاد
IEEE انبود که کانال مشترك در درون جعبـه اي بـه نـام هـاب ( ( Hub تعبیـه شـده و تمـام
ایستگاهها توسط یک کابل اختصاصی ( غیـر مشـترك ) بـه آن متصـل گردنـد . در اینجـا بـود کـه
اصطلاحا توپولوژي اترنت از حال باس ( (Bus به حالت سـتاره ( (star در شـکل تغییـر
کرد . سال 1991 را می توان نقطه عطفی در تاریخ اترنت در نظر گرفت . در توپولوژي جدید ، تمام ایستگاهها با سـیمهاي زوجـی ( (Twisted pair از نـوع Cat 5 بـه
هاب متصل می شدند . کانکتور مورد استفاده براي اتصال نیز Rj-45 در نظر گرفته شد . با توجـه
به محدودیت سیمهاي زوجی حداکثر فاصله ایستگاهها تا هاب نباید از 100 متر تجاوز مـی کـرد و
طبعا فاصله هیچ دو ایستگاهی بیش از 200 متر نیست . هر چند در مقایسه با دو نوع کابـل قبلـی ،
ساختار جدید با محدودیت جدي طول کانال مواجه بود ولیکن به دلیل سادگی نصب و پشـتیبانی ،
ارزانتر بودن کابل و عدم مشکلاتی که کابلهاي کواکسیال با آن روبه رو بودند ( مثل از کـار افتـادن
شبکه در اثر شل شدن کانکتور ها یا پارگی ) ، این ساختار با اسـتقبال بسـیار زیـادي مواجـه شـد .
٢٧
مشخصات کابل کشی 10Base T در جدول ارائه شده است . در شکل کـانکتور RJ-45
و کابلهاي UTP Cat 5 را مشاهده می کنید .
(9-2 قالب فریم پیشنهادي IEEE براي اترنت
در شکل زیرقالب فریم IEEE 802.3 نشان داده شده است .

شکل (9-2 مقایسه فریم هاي پیشنهادي DIX وIEEE
هر فریم با هفـت بایـت ) preamble دیباچـه ) آغـاز مـی شـود کـه تمـام بایتهـا داراي الگـوي
10101010 هستند . در فریم پیشنهادي DIX این بخش هشت بایت بـود . کـدینگ ایـن الگـوي
هفت بایتی به مدت 5/6 میکروثانیه یک سیگنال ساعت مربعی ده مگـاهرتز تولیـد مـی کنـد تـا بـه
کمک آن تمام ایستگاههاي گیرنده بتواننـد سـیگنال سـاعت خـود را بـا سـیگنال سـاعت فرسـتنده
سنکرون کنند . قبلا اشاره شد که گیرندگان موظفند تا انتهاي فریم سنکرون باقی بمانند .
در ادامه فیلد یک بایتی ( ( start of frame آمده است که داراي الگوي 10101011 است . این
الگوي هشت بیتی ، سخت افزار گیرندگان را تحریک می کند تا داده هایی که در ادامه مـی آینـد را
از روي خط به درون حافظه منتقل و پردازش کنند . این الگـو در فـریم پیشـنهادي DIX وجـود
ندارد و سخت افزار موظف است پس از گذشت هشت بایت Preamble ، به طور خودکار آغـاز
داده ها را تشخیص بدهد . دو فیلد بعدي آدرس مقصد و آدرس مبداء هستند که تفاوتی بـا همـین
فیلدها در فریم DIX ندارند .
٢٨
فیلد بعدي در فریم پیشنهادي IEEE فیلد Length است و طول داده هاي معتبر جاسازي شـده
در فیلد data را بر حسب بایت مشخص می کند . این فیلـد یـک تنـاقض جـدي بـین اسـتاندارد
DIX و IEEE به شمار می آید و همین تناقض منجر به ناسازگاري ایـن دو اسـتاندارد خواهـد
شد . در فریم DIX این فیلد مشخص می کند که محتـواي فـریم بـراي پردازشـهاي بعـدي بایـد
تحویل چه پروسه اي در لایه بالاتر شود ( یا به عبارت دیگر فریم حاوي چه نوع بسـته اي از لایـه
بالاتر است ) حال سووال اینجاست که در فریم IEEE گیرنده چگونه می تواند تشـخیص بدهـد
که فریم حاوي چه نوع بسته اي است و باید تحویل چه پروسه اي در لایه بالاتر شود . IEEE بـا
اضافه کردن یک سرایند اضافی ( به نام سرایند LLC با سه فیلد ) این مشکل را رفـع کـرد . ایـن
سرایند را در ادامه معرفی خواهیم کرد ولی باید اشاره کنـیم کـه در زمـان ارائـه اسـتاندارد IEEE
802.3 سخت افزار و نرم افزار زیادي بر اساس استاندارد DIX تولید و در حـال اسـتفاده بـود و
صنعت کامپیوتر و کاربران علاقمند به چنـین تغییـري نبودنـد و کماکـان اسـتاندارد DIX را مـی
پسندیدند . نهایتا IEEE کوتاه آمد و اعلام داشت که هر دو روش را قبـول دارد و تمـام سـخت
افزارهاي مبتنی بر استاندارد IEEE باید به نحوي طراحی شوند که :
اگر مقدار این فیلد دو بایتی کمتر یا مساوي 1500 بود ، این مقـدار را بـه عنـوان Length یعنـی
طول داده تعبیر نمایند .
اگر مقدار این فیلد دو بایتی بیشتر از 1500 بود به عنوان فیلـد Type تلقـی گـردد ( خوشـبختانه
تمام مقادیري که در فیلد Type درج می شد بیشتر از 1500 بود ).
بدین نحو فریم DIX و IEEE با هم سازگار شدند و سخت افزارهاي مبتنی بر این دو استاندارد
می توانستند با هم کار کنند.
در ادامه فریم ، فیلد دیتا تعریف شده که همانند فریم DIX باز هم گنجایش حداکثر 1500 بایـت
داده را دارد . سپس فیلد مورد اختلاف بعدي یعنی فیلد Pad قرار گرفتـه اسـت . IEEE اصـرار
٢٩
دارد که حداقل طول فریم نیز باید محدودیت داشته باشد و ارسـال فریمهـایی کـه از ابتـداي فیلـد
آدرس تا انتها از 64 بایت کمتر باشد مجاز نیست . دلیلی که IEEEمی آورد کاملا منطقی اسـت :
بار دیگر به شکل 4-2 دقت کنید .

شکل (4-2 وضعیت هاي ارسال سیگنال
در آنجا اشاره کردیم که در بدترین حالت از زمانی که یک ایستگاه در یک طرف کابـل شـروع بـه
ارسال می کند تا زمانی که متوجه تصادم شود و دست از ارسال بردارد ، زمانی معادل طـول مـی
کشد ؛ تاو زمان تاخیر انتشار کانال است . ( اشاره شد کـه در شـرایط طبیعـی کابلهـا بـه ازاي هـر
کیلومتر 5 میکروثانیه تاخیر انتشار دارد . ) اندازه هر فریم باید آنقدر باشد که قبل از ارسـال اخـرین
بیت فریم ، مساله بروز تصادم مشخص شده باشد زیرا اگر ارسال فریم از لحاظ زمـانی کمتـر از 2
تاو طول بکشد ممکن است تصادم رخ بدهد و چون ارسال فریم خاتمه یافتـه اسـت سـخت افـزار
بافر خود را تخلیه و براي ارسال مجدد آن تلاشی نخواهـد کـرد و بـدین نحـو فریمهـاي کوچـک
اصطلاحا گم می شوند یعنی : ( سخت افزار گمان می کند موفق به ارسال شده در حالی که اینگونه
نیست !) طبق استاندارد 802.3 IEEE در شبکه اترنت 10Mbps با کابلی به طول خداکثر 2500
متر و با احتساب تاخیر انتشار چهار تکرار کننـده ( ( repeater در بـدترین حالـت تقریبـت 50
٣٠
میکروثانیه تاخیر وجود خواهد داشت که قطعا قابل صرفنظر نیست . بدین ترتیب حداقل طول هـر
فریم باید به اندازه اي باشد که مجموع زمان ارسال آ ن ، حداقل 50 میکروثانیـه طـول بکشـد . در
سرعت 10Mbps هر بیت 100 نانو ثانیه طول می کشد لذا کوچکترین طـول فـریم کـه عملکـرد
صحیح شبکه را تضمین می کند 500 بیت خواهد بود . براي افزودن به حاشـیه امنیـت ایـن مقـدار
512 بیت معادل 64 بایت در نظر گرفته شده است . اگر فریمـی از 64 بایـت کمتـر شـود ( بـدون
احتساب فیلد Preamble و ( SOF ، باید در فیلد Padآنقدر داده هاي زایـد اضـافه شـود تـا
طول آن به 64 بایت برسد . از آنجایی که طول داده هاي مفید در فیلـد Length دقیقـا مشـخص
است لذا اضافه کردن داده هاي زاید مشکلی را ایجاد نخوهد کرد . متاسفانه بـا بـالا رفـتن سـرعت
شبکه یا باید طول کانال را کاهش داد یا آنکه به طول حداقل فریمها افزود و این مسـاله خـود یـک اشکال جدي ایجاد خواهد کرد . به عنوان مثال در سرعت ) 100Mbps اگر بخواهیم طول کانـال
کماکان 2500 متر باشد ) طول حداقل فریم 640 بایت و در سرعت 1Gbps معادل 6400 بایـت
خواهد بود ! به عبارت دیگر در یک شبکه 1Gbps با طول کانال 2500 متر یک ایستگاه تـا 6400
بایت از فریم خود را نفرستد تکلیف خود را در خصوص تصادم نخواهـد دانسـت . در ضـمن بـه
ازاي هر تصادم 6400 بایت از داده ها خراب خاوند شد کـه ایـن خـود جـزو تلفـات پهنـاي بانـد
محسوب می شود .
آخرین فیلد فریم پیشنهادي IEEE فیلد Checksum است که تفاوتی با فـریم DIX نـدارد و
براي کشف خطاهاي احتمالی در فریمهاي دریافتی به کار می آید .
(10-2 تعاریف و نکات کلیدي در اترنت
در این بخش می خواهیم قبل از پایان دادن به مباحث مربوط به اترنت 10Mbps ضمن یک جمع
بندي کلی بر روي برخی از مفاهیم کلیدي این شبکه تاکید نماییم :
٣١
روش دسترسی به کانال ( ( Channel access method
 در اترنت ایستگاهها براي دسترسی به کانال و ارسال فریم خود بـه روش CSMA/CD
با یکدیگر رقابت می کنند .
الگوریتم عقبگرد نمایی ( ( Expnential backoff
در اترنت تمام ایستگاههاي که تمایل به ارسال فریم دارند موظفند به خط گوش داده و تا آزاد شدن کانال صبر کنند . به مخض آزاد شدن کانال ، ایستگاهها مجاز به ارسال هستند و طبعا احتمال بروز تصادم وجود دارد . در صورت بروز تصـادم هـر کـدام از ایسـتگاههاي شرکت کننده در تصادم موظف هستند طبق الگوریتم عقبگـرد نمـایی یـک عـدد تصـادفی تولید کرده و به اندازه عدد تولید شده ( بر مبناي زمانهاي 51/2 میکروثانیه اي ) صبر کرده و مجددا کانال را بررسی نمایند . طبق الگوریتم عقبگرد نمایی ، در دفعه اول تصادم از بین اعداد ( 1و( 0 تصادفا یکی انتخاب می شود و در صـورت تصـادم متـوالی گسـتره اعـداد گسترش می یابد و عدد تصادفی از بازه ( 3و 2و1و( 0 انتخـاب خواهـد شـد . در تصـادم متوالی k ام عدد تصادفی انتخاب خواهد شد .
تاخیر انتشار ( ( Propagation delay
مدت زمانی که طول می کشد تا سیگنالی از یک نقطه از کابل بـه نقطـه اي دیگـر منتشـر شده و در آنجا قابل شنود باشد تاخیر انتشار گفته می شود . تاخیر انتشار به سـرعت سـیر امواج الکترومغناطیسی و طول مسیر بستگی دارد . ( : L طول کانال بـر حسـب متـر ؛ :c
سرعت سیر امواج الکترومغناطیسی در کانال بر حسب متر بر ثانیه که دعمومـا بایـد 10 8
2 متر در نظر بگیرید ؛ تاو : تاخیر انتشار )
آدرسهاي تک پخشی ، چند بخشی و آدرسهاي پخش فراگیر
٣٢
 آدرس تک پخشی یک ایستگاه یکتا را در شبکه مشخص می کند . در اترنت پر ارزشترین
بیت آدرس تک پخشی صفر است و هر کارت شبکه قطعا داراي یک آدرس تـک پخشـی
است که در کارخانه درون ان درج می شـود . آدرس چنـد پخشـی یـک گـروه متمـایز از
ایستگاهها را مشخص می کند . فریمی که به آدرس چند پخشی ارسـال مـی شـود توسـط
ایستگاههاي که عضو آن گروه خاص هستند دریافت خواهند شد . هر ایستگاه بایـد بدانـد
عضو چه گروهی است و عضـو چـه گروهـی نیسـت و از ایـن رو بـه مـدیریت گـروه و
تنظیمات قبلی مسئول شبکه نیاز دارد . پر ارزشترین بیت آدرسهاي چند پخشی یک است .
در اترنت هر گاه تمام بیتهاي آدرس مقصد یک باشد ، گیرنده فریم تمام ایستگاههاي فعال
و متصل به کابل شبکه هستند .
حوزه پخش فراگیر ( ( Broadcast domain
تمام ایستگاههاي که به یک کانال مشترك گوش می دهند اصـطلاحا بـر روي یـک حـوزه پخش فراگیر واقع هستند .
تکرا کننده ( ( Repeater
تکرار کننده ابزابري است آنالوگ که دو قطع کابل را به هم پیوند می زند . سیگنالی که بر روي یکی از این قطعات ظاهر گردد پس از دریافت و تشخیص بیت ، باز تولید و تقویـت
شده و بر روي قطعه دیگر قرار داده می شـود . در اترنـت ده مگابیـت بـر ثانیـه بـا کابـل
10Base5 ، پس از هر 500 متر باید یک تکرار کننده قـرار داده شـود . در الگـوي کابـل
کشی 10Base 2 ، در فواصل 185 متري نیاز به تکرار کننده خواهد بود .
قطعه ( ( Segment
حداکثر طول کابل بدون آنکه نیازي به تکرار کننده باشد ، یک قطعه نام دارد .
٣٣
قاعده 5-4-3
در شبکه اترنت حداکثر می توان 5 قطعه کابل را به کمک 4 تکـرار کننـده بهـم متصـل
کرد و از این 5 قطعه فقط می توان به سه قطعه کابل ایستگاه متصل کردو از دو قطعه کابل
دیگر فقط براي بر قراري ارتباط و گسترش طول کانال ( در صـورت نیـاز ) اسـتفاده مـی
شود . . شکل مفهوم قاعده 5-4-3 را به تصویر کشیده است . دلیل فنی این قاعـده در
محدودیت طول کانال ، کاهش بازده شبکه در اثر افزایش تـاخیر ناشـی از افـزایش تعـداد
تکرار کننـده هاسـت . در ضـمن حـداکثر تعـداد ایسـتگاههاي متصـل بـه کابـل مشـترك
محدودیت دارد چرا که با افزایش تعداد ایستگاهها دوره رقابت افزایش چشـمگیر خواهـد
داشت و بازده شبکه سقوط خواهد کرد .
 حوزه تصادم ( ( Collision domain
 به ایستگاههایی که به یک کانال مشترك متصلند و به روش CSMA/CD براي ارسـال
فریم خود با هم رقابت می کنند اصطلاحا به حوزه تصادم مشترکی متعلقنـد . وقتـی گفتـه
می شود حوزه تصادم مثلا 16 است یعنی 16 ایستگاه براي دسترسی به کانـال مشـترك بـا
هم رقابت می کنند .
کدینگ منچستر
در شبکه اترنت 10Mbps ، هر بیت از دو پالس مثبت و منفی با سـطوح ولتـاژ مثبـت و منفی 0.85 تشکیل و بر روي کابل ارسال می شود بنابراي براي ارسال ده مگابیت در یـک ثانیه ، نرخ تغییرات سیگنال 20 میلیون بار در ثانیه خواهد بود و پهناي باند کابل باید اجازه
چنین نرخ تغییري را بدهد .
 ســروریس غیــر قابــل اعتمــاد بــدون تصــدیق دریافــت(
( Unreliable/Unacknowledged
٣٤
در اترنت دریافت فریمها توسط گیرنده تایید نمی شود ؛ یعنی پس ارسال موفق یک فریم ، گیرنده دریافت آن را گزارش نمی کند . از آنجایی که جان به در بردن یک فریم از تصـادم
، تضمین کننده عدم خرابی بیتها در اثر نویز کانال نیست لذا تاییـد دریافـت فـریم سـالم و
برگرداندن پیغام تصدیق بر عهده لایه هاي بالاتر گذاشته شده است . در بعضی از شبکه ها
مثل شبکه بی سیم تایید دریافت فریم و بر گرداندن پیغام تصدیق توسط سخت افزار شبکه
( یعنی در لایه پیوند داده ) انجام می گیرد ، در حالیکه اترنت اینگونه نیست .
هاب ( (Hub
هاب ابزاري است که ایستگاهها توسط یک کابل زوجی به آن متصل و از طریق آن به یـک کانال مشترك وصل می شوند . تصادمها بر روي کانال مشترك در درون هـاب انجـام مـی گیرد ؛ در هابهاي فعـال وظیفـه کشـف تصـادم ، بـاز تولیـد و تقویـت سـیگنال ورودي و خروجی هم بر عهده هاب گذاشته شده است .
در اترنت با افزایش طول کابل یا افزایش نرخ ارسـال ، بـازده کانـال کـاهش خواهـد یافـت .
همچنین اگر ایستگاهها داده هاي خود را در فریمهاي کوچک ارسال کنند باز هـم بـازده کانـال
کاهش می یابد . به همین دلیـل در اسـتاندارد IEEE بـر روي طـول کابـل و انـدازه فریمهـا
محدودیت گذاشته شده است .
 در شبکه اترنت دسترسی به کانال قطعیت نـدارد یعنـی بـا توجـه بـه تصـادفی بـودن ماهیـت
دسترسی به کانال ، یک ایستگاه نمی تواند پیش بینی کند از زمانی که فریمـی را بـراي ارسـال
تحویل می گیرد چه مدت طول می کشد تا موفق به ارسال ان شود .
٣٥
فصل سوم
سوئیچهاي اترنت ، انواع و معماري درونی آنها
٣٦
سوئیچ ابزاري است هوشمند که فریمهاي دریافتی از پورتها را می گیرد و سپس بـر اسـاس آدرس
مقصد درج شده در فریم ، آن را مستقیما بر روي پورتی منتقل مـی کنـد کـه ماشـین مقصـد بـدان
پورت متصل است . شکل 1-3 شماي کلی یک سوئیچ را نشان می دهد .
(1-3 تفاوت سوئیچ و هاب و نیاز به سوئیچ ها
در اکثر شبکه هاي متداول ، بمنظور اتصال گره ها از هاب استفاده می شود. همزمان با رشد شـبکه
( تعداد کاربران ، تنوع نیازها ، کاربردهاي جدید شبکه و …) مشکلاتی در شبکه هاي فـوق بوجـود
می آید :

شکل (1-3 مقایسه سوئیچ و هاب
. Scalability – در یک شبکه مبتنی بر هاب ، پهناي باند بصـورت مشـترك توسـط کـاربران
استفاده می گردد. با توجه به محدود بودن پهناي باند ، همزمان بـا توسـعه، کـارآئی شـبکه بشـدت
تحت تاثیر قرار خواهد گرفت . برنامه هاي کامپیوتر که امروزه بمنظور اجراء بر روي محیط شبکه ،
٣٧
طراحی می گردنند به پهناي باند مناسبی نیاز خواهند داشت . عدم تامین پهناي باند مورد نیازبرنامه
ها ، تاثیر منفی در عملکرد آنها را بدنبال خواهد داشت .
. Latency- به مدت زمانی که طول خواهد کشید تا بسته اطلاعاتی به مقصد مورد نظـر خـود
برسد ، اطلاق می گردد. با توجه به اینکه هر گره در شبکه هاي مبتنی بر هـاب مـی بایسـت مـدت
زمانی را در انتظار سپري کرده ( ممانعت از تصادم اطلاعات ) ، بموازات افزایش تعداد گـره هـا در
شبکه ، مدت زمان فوق افزایش خواهد یافت . در این نوع شبکه ها در صورتیکه یکـی از کـاربران
فایل با ظرفیت بالائی را براي کاربر دیگر ارسال نماید ، تمام کاربران دیگـر مـی بایسـت در انتظـاز
آزاد شدن محیط انتقال بمنظور ارسال اطلاعات باشند. بهرحال افزایش مدت زمانی کـه یـک بسـته
اطلاعاتی به مقصد خود برسد ، هرگز مورد نظر کاربران یک شبکه نخواهد بود.
. Network Failure – در شبکه هاي مبتنی بر هاب ، یکی از دستگاههاي متصل شـده بـه
هاب قادر به ایجاد مسائل و مشکلاتی براي سایر دستگاههاي موجود در شبکه خواهد بـود. عامـل
بروز اشکال می تواند عدم تنظیم مناسب سرعت ( مثلا” تنظیم سـرعت یـک هـاب بـا قابلیـت 10
مگابیت در ثانیه به 100 مگابیت در ثانیه ) و یا ارسال بیش از حـد بسـته هـاي اطلاعـاتی از نـوع
Broadcast ، باشد.
. Collisions – در شــبکه هــاي مبتنــی بــر تکنولــوژي اترنــت از فرآینــده خاصــی بــا نــام
CSMA/CD بمنظور ارتباط در شبکه استفاده می گردد. فرآیند فوق نحوه استفاده از محیط انتقـال
بمنظور ارسال اطلاعات را قانونمند می نماید. در چنین شبکه هائی تا زمانیکه بر روي محیط انتقال
٣٨
ترافیک اطلاعاتی باشد ، گره اي دیگر قادر به ارسال اطلاعات نخواهد بود. در صورتیکه دو گره در
یک لحظه اقدام به ارسال اطلاعـات نماینـد ، یـک تصـادم اطلاعـاتی ایجـاد و عمـلا” بسـته هـاي
اطلاعاتی ارسالی توسط هر یک از گره ها نیز از بین خواهند رفت . هر یک از گره هـاي مربوطـه (
تصادم کننده ) می بایست بمدت زمان کاملا” تصادفی در انتظار باقی مانده و پـس از فـراهم شـدن
شرایط ارسال ، اقدام به ارسال اطلاعات مورد نظر خود نمایند.
هاب مسیر ارسال اطلاعات از یک گره به گره دیگر را به حداقل مقدار خود می رساند ولی عملا”
شبکه را به سگمنت هاي گسسته تقسیم نمی نماید. سوئیچ بمنظور تحقق خواسته فوق عرضه شـده
است . یکی از مهمترین تفاوت هاي موجود بین هاب و سوئیچ ، تفسیر هر یک از پهناي باند است
. تمام دستگاههاي متصل شده به هاب ، پهناي باند موجود را بین خود به اشـتراك مـی گذارنـد.در
صورتیکه یک دستگاه متصل شده به سوئیچ ، داراي تمام پهناي باند مختص خود اسـت. مـثلا” در
صورتیکه ده گره به هاب متصل شده باشند ، ( در یک شبکه ده مگابیت درثانیه) هر گـره موجـود
در شبکه بخشی از تمام پهناي باند موجـود ( ده مگابیـت در ثانیـه ) را اشـغال خواهـد کـرد. ( در
صورتیکه سایر گره ها نیز قصد ارتباط را داشته باشند) . در سوئیچ ، هر یـک از گـره هـا قـادر بـه
برقراري ارتباط با سایر گره ها با سرعت ده مگابیت در ثانیه خواهد بود.
در یک شبکه مبتنی بر سوئیچ ، براي هر گره یک سگمنت اختصاصی ایجاد خواهد شـد. سـگمنت
هاي فوق به یک سوئیچ متصل خواهند شـد. در حقیقـت سـوئیچ امکـان حمایـت از چنـدین ( در
برخی حالات صدها ) سگمنت اختصاصی را دارا است . با توجه به اینکه تنها دستگاه هاي موجـود
در هر سگمنت سوئیچ و گره می باشند ، سوئیچ قادر به انتخاب اطلاعات ، قبل از رسیدن به سایر
گره ها خواهد بود. در ادامه سوئیچ، فریم هاي اطلاعاتی را به سگمنت مورد نظر هـدایت خواهـد
٣٩
کرد. با توجه به اینکه هر سگمنت داراي صرفا” یک گره می باشد ، اطلاعات مورد نظر بـه مقصـد
مورد نظر ارسـال خواهنـد شـد. بـدین ترتیـب در شـبکه هـاي مبتنـی بـر سـوئیچ امکـان چنـدین
مبادله اطلاعاتی بصورت همزمان وجود خواهد داشت .
با استفاده از سوئیچ ، شبکه هاي اترنت بصورت full-duplex خواهند بود. قبل از مطـرح شـدن
سوئیچ ، اترنت بصورت half-duplex بود. در چنین حالتی داده ها در هر لحظه امکان ارسال در
یک جهت را دارا می باشند . در یک شبکه مبتنی بر سوئیچ ، هر گره صرفا” با سوئیچ ارتباط برقرار
می نماید ( گره ها مستقیما” با یکدیگر ارتباط برقرار نمی نماینـد) . در چنـین حـالتی اطلاعـات از
گره به سوئیچ و از سوئیچ به گره مقصد بصورت همزمان منتقل می گردند.
یکی از موارد اختلاف الگوریتم هاي سوئیچ و هاب ، نحوه برخورد آنان با Broadcast است .
مفهوم بسته هاي اطلاعاتی از نوع Broadcast در تمـام شـبکه هـا مشـابه مـی باشـد. در چنـین
مواردي ، دستگاهی نیاز به ارسال اطلاعات داشته ولی نمی داند که اطلاعات را براي چه کسی مـی
بایست ارسال نماید. بدلیل عدم آگاهی و دانش نسبت به هویت دریافت کننده اطلاعـات ، دسـتگاه
مورد نظر اقدام به ارسال اطلاعات بصورت broadcast می نماید. مثلا” هر زمـان کـه کـامپیوتر
جدید ویا یکدستگاه به شبکه وارد مـی شـود ، یـک بسـته اطلاعـاتی از نـوع Broadcast بـراي
معرفی و حضور خود در شبکه ارسال می دارد. سایر گره ها قادر به افزودن کامپیوتر مورد نظـر در
لیست خود و برقراري ارتباط با آن خواهند بود. بنابراین بسته هاي اطلاعاتی از نوع Broadcast
در مواردیکه یک دستگاه نیاز به معرفی خود به سایر بخش هـاي شـبکه را داشـته و یـا نسـبت بـه
هویت دریافت کننده اطلاعات شناخت لازم وجود نداشته باشند ، استفاده می گردند.
٤٠
هاب و یا سوئیچ ها قادر به ارسال بسته اي اطلاعاتی از نـوع Broadcast بـراي سـایر سـگمنت
هاي موجود در حوزه Broadcast می باشند. روتر عملیات فوق را انجام نمی دهد. در صورتیکه
آدرس یکدستگاه مشخص نگردد ، روتر قـادر بـه مسـیریابی بسـته اطلاعـاتی مـورد نظـر نخواهـد
بود. ویژگی فوق در مواردیکه قصد جداسازي شبکه ها از یکدیگر مد نظر باشـد ، بسـیار ایـده آل
خواهد بود. ولی زمانیکه هدف مبادله اطلاعاتی بین بخش هاي متفاوت یک شبکه باشـد ، مطلـوب
بنظر نمی آید. سوئیچ ها با هدف برخورد با مشکل فوق عرضه شده اند.
سوئیچ هاي LAN بر اساس تکنولوژي packet-switching فعالیت مـی نماینـد. سـوئیچ یـک
ارتباط بین دو سگمنت ایجاد می نماید. بسته هاي اطلاعاتی اولیـه در یـک محـل موقـت ( بـافر)
ذخیره می گردند ، آدرس فیزیکی (MAC) موجود در هدر خوانـده شـده و در ادامـه بـا لیسـتی از
آدرس هاي موجود در جدول ) Lookup جستجو) مقایسه می گردد. در شبکه هاي LAN مبتنـی
بر اترنت ، هر فریم اترنت شامل یک بسته اطلاعاتی خاص است . بسته اطلاعاتی فوق شـامل یـک

عنوان (هدر) خاص و شامل اطلاعات مربوط به آدرس فرستنده و گیرنده بسته اطلاعاتی است .
در شبکه هاي مبتنی بر سوئیچ امکان استفاده از کابل هاي بهم تابیده و یا فیبر نوري وجـود خواهـد
داشت . هر یک از کابل هاي فـوق داراي کانکتورهـاي مربـوط بـه خـود بـراي ارسـال و دریافـت
اطلاعات می باشند. با استفاده از سوئیچ ، شبکه اي عاري از تصادم اطلاعاتی بوجود خواهـد آمـد.
انتقال دو سویه اطلاعات در شبکه هاي مبتنـی بـر سـوئیچ ، سـرعت ارسـال و دریافـت اطلاعـات
افزایش می یابد.
٤١
اکثر شبکه هاي مبتنی بر سوئیچ بدلیل قیمت بالاي سوئیچ ، صرفا” از سوئیچ بـه تنهـائی اسـتفاده
نمی نمایند. در این نوع شبکه ها از ترکیب هاب و سوئیچ استفاده می گردد. مثلا” یک سازمان مـی
تواند از چندین هاب بمنظور اتصال کامپیوترهاي موجود در هر یک از دپارتمانهاي خود اسـتفاده و
در ادامه با استفاده از یک سوئیچ تمام هاب ها(مربوط به هر یک از دپارتمانهـا) بیکـدیگر متصـل
می گردد.
(2-3 ویژگیهاي عمومی یک سوئیچ اترنت
ویژگیهاي عمومی یک سوئیچ اترنت را می توان در موارد ذیل بر شمرد :
هر ایستگاه دو لینک مستقل و مجزا ( براي ارسال ودریافت ) با سوئیچ دارد . چـون هیچگونـه کانال اشتراکی و مسئله تصادم در میان نیست ارسـال همزمـان ایسـتگاهها ممکـن مـی باشـد ( ماهیت ارتباط دو طرفه همزمان – full duplex – است .)
در ورودي و خروجی هر پورت بافر وجود دارد .
پس از انتقال فریم به بـافر ورودي سـوئیچ ، آدرس مقصـد فـریم اسـتخراج و در درون یـک
جدول محلی جستجو می شود تا پورتی که ایستگاه مقصد بدان پورت متصل است پیدا شـود ؛
سپس از طریق یک Backplane فوق العاده سریع ، فریم به بافر خروجـی ان پـورت منتقـل
می شود .
قالب فریمها تفاوتی با فریمهاي عادي اترنت ندارند و به همین دلیل سوئیچها می توانند ضـمن حفظ سازگاري با قبل ، کارایی شبکه را افزایش چشمگیر ببخشند .
اگر به هر پورت تنها یک ایستگاه متصل باشد هـیچ رقـابتی بـراي دسترسـی بـه کانـال وجـود نخواهد داشت و حوزه تصادم ( (Collision domain سوئیچ یک است و هـیچ بخشـی از پهناي باند کانال تلف نخواهد شد .
٤٢
 به عمل انتقال فریم ورودي یک پورت به بافر پورت خروجی مقصد عمـل سـوئیچینگ گفتـه
می شود . عمـل سـوئیچینگ مکانیزمهـاي گونـاگونی دارد کـه در ادامـه آن را مفصـلا تشـریح
خواهیم کرد.
 سوئیچها می توانند در دو نـوع متقـارن ( ( Symetric و نامتقـارن ( ( Asymetric پیـاده
سازي شوند . سوئیچ متقارن تنها قادر است عمل سوئیچینگ را بین پورتهایی بـا نـرخ ارسـال
مساوي انجام بدهد ، در حالی که سوئیچهاي نامتقارن می توانند فریمهـا را بـر روي پورتهـایی
منتقل کنند که سرعت یکسانی ندارند . به عنوان مثال یک سوئیچ نا متقارن می تواند فریمـی را
با سرعت 100Mbps دریافت و بر روي پورتی بفرستد که سرعت ان مثلا 10Mbps اسـت
( و بالعکس ) کارتهاي شبکه اترنت سریع ، قادرند هم با سوئیچ کـار کننـد ( در حالـت full ( duplex و هم با هاب معمولی ( در حالت half duplex و مبتنی بر رقابت و تصادم )
از دیدگاه فنی یک سوئیچ اترنت در لایه دوم از مدل OSI کار می کند و به همین دلیل گـاهی بـه
چنین سوئیچهایی ، سوئیچ ( Layer 2 switch ) L2 گفته می شود . این نکته بدین معناست که
داده ها پس از دریافت از لایه فیزیکی تحویل لایه دوم ( پیوند داده ها ) شده و در آنجـا آدرسـهاي
فریم (یعنی آدرسهاي ( MAC مورد پردازش قرار می گیرد و بر اساس این ادرسـها بـه پـورت
خروجی مناسب داده می شود .
براي سرعت بخشیدن به فرایند پردازش و جستجوي آدرسها ، در سوئیچ از پردازنده هاي ASIC
( مدارهاي مجتمع ویژه یک کـاربرد ) یـا حـداقل از پردازنـده هـاي ) RISC پردازنـده هـایی بـا
مجموعه دستورالعملهاي مختصر ) استفاده می شود . پردازنده هاي ASIC صرفا جهـت عملیـات
ویژه و منطبق با نیاز طراحی ساخته می شـوند و تـک منظـوره ( ( Special purpose هسـتند .
کلیه عملیات سوئیچینگ در سوئیچهایی با پردازنده ASIC به صورت سخت افزاري ، بی درنـگ
و فوق العاده سریع انجام می شود .
٤٣
شکل2-3 مفهوم لایه اي سوئیچ را نشان می دهد .

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *