seminar 85


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

الف

فهرست مطالب
عنوان مطلبشماره صفحه

چکیده 1……………………………………………………………………….
مقدمه 2…………………………………………………………………………………………………………
فصل اول: شبکه 5………………………………
(1-1 شبکه های محلی و شبکه های گسترده 7…………….
فصل دوم : پروتکل اترنت 8………………………………………..
(1-2 اترنت 9……………………………………………………………………………………………………..
(2-2 بررسی نکات کلیدی روال 13..CSMA/CD
(3-2 استاندارد سازی اترنت 16….. 10Mbps
(4-2 جزئیات فنی استاندارد اترنت 17……………………………………………………………..
(5-2 لایه های 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 آدرسهای اترنت 24………………………………………………
(8-2 استاندارد سازی اترنت توسط کمیته 26..IEEE
(9-2 قالب فریم پیشنهادی IEEE برای اترنت 28……………………………………..
(10-2 تعاریف و نکات کلیدی در اترنت 31………………………………..
فصل سوم : سوئیچهای اترنت ، انواع و معماری درونی آنها 36……………………………
(1-3 تفاوت سوئیچ و هاب و نیاز به سوئیچ ها 37………………………..
(2-3 ویژگیهای عمومی یک سوئیچ اترنت 42………………………
فصل چهارم : طراحی فیزیکی سوئیچ ها 47…………….
(1-4 روشهای طراحی فیزیکی سویچ اترنت 48………………………….
(1-1-4 روش مبتنی بر حافظه اشتراکی 48…………………….
(2-1-4 روش مبتنی بر معماری ماتریسی 48………………
(3-1-4 معماری مبتنی بر معماری باس مشترک 49…………………….
50..Bridging Transparent (2-4
(3-4 فراوانی و آشفتگی انتشار 54……………
58tress Spanning (4-4
(4-5 سوئیچهای 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 آدرسهای MAC برای 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 سازی شده 69……………………
منابع و ماخذ
منابع فارسی
منابع لاتین
چکیده انگلیسی
ه
فهرست شکلها
عنوانشماره صفحه

شکل (1-2 نمای 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 های ارسال سیگنال 15…………………………………………..
شکل (5-2 مقایسه کدینگ باینری و منچستر 19………………………………………..
شکل (6-2 اجزاء تشکیل دهنده لایه های اول و دوم مدل 20OSI
شکل (7-2 قاب فریم 23DIX
شکل (8-2 فریم آدرس ها 25…………………………………………………………
شکل (9-2 مقایسه فریم های پیشنهادی DIX و28IEEE
شکل (4-2 وضعیت های ارسال سیگنال 30………………………………………..
شکل (1-3 مقایسه سوئیچ و هاب 37…………………………………….
شکل (2-3 مفهوم لایه ای 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 هـای کـامپیوتری در کاربردهـای
مختلف و با ابعاد گوناگون ، استفاده از هاب برای اتصال این شبکه ها و گسترش آنها
کابری مطلوبی نـدارد. لـذا در سیسـتم هـای جدیـد بـرای افـزایش سـرعت انتقـال و
جلوگیری از تداخل و ترافیک شبکه از سویچ استفاده می گردد. سـوئیچ هـای اترنـت
ابزاری هستند که در لایه دوم مدل OSI استفاده شده و موجب جلوگیری 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
دنیای شبکه و انواع سوئیچ ها
سوئیچ در ادبیات شبکه های کامپیوتری عبارتست از فرآیند دریافت یک واحـد داده دارای هویـت
از یکی از کانالهای ورودی و هدایت آن بر روی کانال خروجی مناسب ، بنحوی که به سوی مقصد
نهایی خود نزدیک و رهنمون شود.هر ابزاری که چنین رفتاری را از خود نشان دهد بطور عام یک
سوئیچ است ؛ با این دیدگاه تمام دستگاههای زیر را می توان یک ابزار سوئیچ نامید :
تکرار کننده ( : (Repeater تکرار کننده ابزاری است مخابراتی که سـیگنال دیجیتـال ورودی را
دریافت کرده و پس از تشخیص صفر ها و یکهای آن را از نو در خروجـی خـود ، بصـورت یـک
سیگنال دیجیتال عاری 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 چیزی نیست . با این توصیف می توان تکرار کننـده را
یک سوئیچ لایه یک ( L1 Switch ) تلقی کرد.
هاب ( : ( Hub یک هاب معمولی دارای تعدادی خط ورودی اسـت کـه ایـن خطـوط از لحـاظ
الکتریکی از درون به یکدیگر وصل شده اند . فریمی که از یک خط ورودی دریافت میشود بی قید
و شرط بر روی تمام خطوط دیگر ارسال و منتشر خواهد شد . هر گاه دو فـریم همزمـان بـر روی
هاب ارسال شوند ، تصادم رخ خواهد داد . همان اتفاقی که بر روی کابل کواکسیال می افتد . تمـام
خطوط ورودی هاب باید با سرعت یکسانی کار کنند . از این دیدگاه هاب تنهـا کـاری کـه میکنـد
انتقال سیگنال ورودی بر روی باس مشترک درونی هاب است و هـیچ پـردازش هوشـمندی انجـام
٢
نمیدهد ، هاب را با اختلاف نا چیزی شبیه تکرار کننده میدانیم . بطوری کـه هـاب بیتهـای ورودی
پورتها را عینا بر روی باس مشترک 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 افزاری است که فریم های اطلاعات تولید شده توسط کارت
شبکه را گرفته و پس از پردازش سرآیند فریم و براساس آدرسهای MAC ، همـان آدرس سـخت
افزاری درج شده در درون کارت شبکه ، آنها را به سوی پرت خروجی مناسب هـدایت میکنـد . از
آنجایی که هیچ ارتباط الکتریکی مستقیم و بی واسطه بین پورتهای یک سوئیچ وجود ندارد لذا ایـن
امکان وجود دارد که هر یک از پورتها با سرعت متفاوتی کار کنند .سوئیچ در درون دارای پردازنده
است و فریمهای ورودی یا خروجی را بافر میکند بدین نحو میتواند در هدایت فریمهـا هوشـمندی
بخرج دهد و کنترل بیشتری را اعمال کند .
از آنجایی که سوئیچ ها با فریمها کار میکنند و به محتوای 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
پردازشهای لازم بر روی سرآیند فریم انجام گیرد . از این دیدگاه سـوئیچ ابزاریسـت کـه در لایـه 2
کار میکند .
پل ( : ( Bridge پل ابزاری 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 آدرسـهای درج شـده
در سرآیند فریمها کار میکنند و ملاک هدایت فریمها آدرس MAC است . بنابراین پل نیز ابـزاری
است که در لایه 2 کار میکند و می توان آن را سوئیچ لایه 2 نامید .
شکل زیر در یک فضای قیاسی عملکرد هاب ، سوئیچ و پل را تداعی می نماید.
٣

شکل (1 مقایسه عملکرد سوئیچ ، هاب و پل
۴
فصل اول
شبکه
۵
دستیابی به اطلاعات با روش های مطمئن و با سرعت بالا یکـی از رمـوز موفقیـت هـر سـازمان و
موسسه است . طی سالیان اخیر هزاران پرونده و کاغذ کـه حـاوی اطلاعـات بـا ارزش بـرای 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
اشتراک اطلاعات بوده و تصویری زیبا از همیاری و همکاری اطلاعاتی را به نمایش می گذارند.
شبکه های کامپیوتری در این راستا و جهت نیل به اهداف فـوق نقـش بسـیار مهمـی را ایفـاء مـی
نمایند.اینترنت که عالی ترین تبلور یک شبکه کامپیوتری در سطح جهان اسـت، امـروزه در مقیـاس
بسیار گسترده ای استفاده شده و ارائه دهندگان اطلاعات ، اطلاعات و یا فرآورده هـای اطلاعـاتی
خود را در قالب محصولات تولیدی 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 ای عینی از یک شبکه کامپیوتری است . در این شبکه میلیون ها کـامپیوتر در اقصـی
نقاط جهان به یکدیگر متصل شده اند.اینترنت شبکه ای است مشتمل بر زنجیره ای از شـبکه هـای
کوچکتراست . نقش شبکه های کوچک برای ایجاد تصویری با نـام اینترنـت بسـیار حـائز اهمیـت
است . تصویری که هر کاربر با نگاه کردن به آن گمشده خود را در آن پیـدا خواهـد کـرد. در ایـن
بخش به بررسی شبکه های کامپیوتری و جایگاه مهم آنان در زمینه تکنولوژی اطلاعات و مـدیریت
الکترونیکی اطلاعات خواهیم داشت .
۶
(1-1 شبکه های محلی و شبکه های گسترده
تاکنون شبکه های کامپیوتری بر اساس مولفه های متفاوتی تقسیم بندی 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 های LAN مجموعه ای از دستگاه های موجود در یک حوزه جغرافیائی محدود، نظیـر یـک
ساختمان به یکدیگر متصل می گردند . در شـبکه هـای WAN تعـدادی 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 اشتراک اطلاعات را داشته باشند، می بایست شبکه ای
WAN ایجاد و کتابخانه ها را به یکدیگر متصل نمود. برای اتصال دو کتابخانـه فـوق مـی تـوان از
امکانات مخابراتی متفاوتی نظیر خطوط اختصاصی (Leased) استفاده نمـود. شـبکه هـای LAN
نسبت به شبکه های WAN دارای سرعت بیشتری می باشند. با رشد و توسعه دستگاههای متفاوت
مخابراتی میزان سرعت شبکه های WAN ، تغییر و بهبود پیدا کرده است . امروزه با بکـارگیری و
استفاده از فیبر نوری در شبکه های LAN امکان ارتباط دسـتگاههای متعـدد کـه در مسـافت هـای
طولانی نسبت بیکدیگر قرار دارند، فراهم شده است .
٧
فصل دوم
پروتکل اترنت
٨
(1-2 اترنت
در سال 1973 پژوهشگری با نام ” “Metcalfe در مرکز تحقیقات شرکت زیراکس، اولـین شـبکه
اترنت را بوجود آورد.هدف وی ارتباط کامپیوتر به یک چـاپگر بـود. وی روشـی فیزیکـی بمنظـور
کابل کشی بین دستگاههای متصل بهم در اترنت ارائه نمود. اترنت در مدت زمان کوتاهی بعنـوان
یکی از تکنولوژی های رایج برای برپاسازی شبکه در سطح دنیا مطرح گردید. همزمان با پیشـرفت
های مهم در زمینه شبکه های کامپیوتری ، تجهیزات و دستگاه های مربوطه، شبکه های اترنت نیـز
همگام با تحولات فوق شده و قابلیـت هـای متفـاوتی را در بطـن خـود ایجـاد نمـود. بـا توجـه
به تغییرات و اصلاحات انجام شده در شبکه هـای اترنـت ،عملکـرد و نحـوه کـار آنـان نسـبت
به شبکه های اولیه تفاوت چندانی نکرده است . در اترنت اولیه، ارتباط تمام دستگاه های موجـود
در شبکه از طریق یک کابل انجام می گرفت که توسط تمـام دسـتگاهها بـه اشـتراک گذاشـته مـی
گردید. پس از اتصال یک دستگاه به کابل مشترک ، می بایست پتانسیل های لازم بمنظـور ایجـاد
ارتباط با سایر دستگاههای مربوطه نیز در بطن دستگاه وجود داشته باشد (کـارت شـبکه ) . بـدین
ترتیب امکان گسترش شبکه بمنظور استفاده از دستگاههای چدید براحتی انجام و نیازی به اعمـال
تغییرات بر روی دستگاههای موجود در شبکه نخواهد بود.
٩

شکل (1-2 نمای کلی یک شبکه اترنت
اترنت یک تکنولوژی محلی (LAN) است. اکثر شبکه های اولیه در حـد و انـدازه یـک سـاختمان
بوده و دستگاهها نزدیک به هم بودند. دستگاههای موجود بر روی 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 دستگاههای موجـود در یـک شـبکه اترنـت بـا مسـافت هـای چنـد کیلـومتر
نیز فراهم شده است .
باب متکالف که تازه در مقطع دکترای دانشگاه هاروارد پذیرفته شـده بـود بـا کارهـای 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 روی پـروژه
تولید کامپیوترهای شخصی کار می کردند و قتب باب متکالف از هاوایی برگشت همه شرایط برای
١٠
تولد اترنت آماده بود : کامپیوترهایی طراحی شده بودند که هیچ ارتباطی با یکدیگر نداشتند و ایـده
استفاده از کانالی اشتراکی برای 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 سـازی کـرد در ایـن
شبکه کانال مشترک یک رشته کابل مسی از نوع کواکسیال بود که متکالف تصمیم گرفت آن را اتـر
بنامد دست نوشته های اولیه متکالف اکنون در موزه تاریخ کامپیوتر نگهداری 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 های بی مورد توانست به کارایی بالاتری دست یابد . کاری که در aloha ممکن نبود .چرا
که یک ترمینال نمی توانست امواج فرستنده های دیگر جزایر را بشنود .
در اترنت ارسال هر ایستگاه بر روی کانال مشترک طبق روال زیر انجام می شود :
١١
الف : هر ایستگاه قبل از ارسال برروی کانال مشترک ابتدا به کابل گوش می کنـد تـا مطمـئن شـود
ایستگاه دیگری در همان لحظه مشغول به ارسال داده نیست در صورتی که کانال آزاد باشـد اجـازه
ارسال دارد و در غیر اینصورت مراحل بعدی 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 روی
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 انتهای فریم خود را بفرستد ولیکن در صورت تشخیص تصادم
مراحل بعدی 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 برای 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 ای 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 کلیدی 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 پهنـای بانـد صـرفه
جویی می کند .
روال CSMA/CD از مدل مفهومی نشان داده شده در شکل فوق تبعیت می کنـد در لحظـه ای
که با T مشخص شده ارسال فریم یک ایستگاه به پایان رسیده و خط آزاد شده است در این لحظه
ایستگاههای که فریمی را برای ارسال آماده دارند ممکن است برای 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 برای CSMA/CD شامل دوره زمانی زیر است :
١٣
چندین مرحله متوالی رقابت بازه ارسال فریم و بازه بیکاری یکـی از بنیـادی تـرین پارامترهـای
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 برای تعیین طـول دوره رقابـت
و همچنین محاسبه تاخیر و ظرفیت مفید کانال حیاتی است . بدترین حالت ممکن وقتی است کـه
دورترین ایستگاههای متصل به کانال یعنی ایستگاههای متصل به دو سر انتهایی کانال با هم رقابـت
کنند. فرض کنید زمان تاخیر انتشار سیگنال الکتریکی در رسیدن از ابتدا به انتهای کانال tثانیه باشد
در شکل زیر فرض شده در زمان t=0 ایستگاه A در یک طرف شبکه شروع به ارسال فریم خود بر
روی کابل می کند . دقیقا قبل از رسیدن اولین بیت فریم به انتهای 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 قوی بروز تصادم در لحظه τ+εبه اطلاع بقیه ایستگاهها می رساند.به عبارت دیگر با
ارسال یک نویز قوی 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 ایستگاههای A , B قبل از تلاش مجدد برای 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 زمانهای تلفاتی محسوب می شود که به ازای ارسال هر فریم ممکن است اتفاق بیفتد.
١۴

شکل (4-2 وضعیت های ارسال سیگنال
کشف تصادم به صورت آنالوگ انجام میگرد : این کار به سه روش بررسی تـوان مصـرفی ، انـدازه
گیری پهنای باند سیگنال دریافتی از کانال و مقایسه آن با پهنای واقعـی سـیگنال ارسـالی و انـدازه
سطوح ولتاژ های پالسها قابل انجام است.
حد اکثر طول کانال در اتر نت 2500 متر در نظر گرفته شده بود که پس از 500 متر برای جلوگیری
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 ای انتخاب می شود کـه ایـن بـازه بـه ازای
تصادمهای 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 برشهای زمانی انتظار ، عدد تصادفی بین صـفر
تا هفت خواهد بود .
١۵
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 جدی در شبکه به نـرم افـزار
سیستم عامل گزارش خواهد کرد . ادامه کار بر عهده لایه های 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 برای ارسال هستند تطبیق می دهد . این الگوریتم کـه در آن بـازه هـای
زمان انتظار به طور نمایی رشد می کند این اطمینان را می دهد که وقتی تعـداد ایسـتگاههای آمـاده
ارسال کم است تاخیر کمی بوجود بیاید و وقتی تعداد ایستگاههای 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 سازی 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 طرحهای اولیه اترنت استانداردی برای آن وضـع کننـد و شـرایط بـرای
تولید گسترده این محصول فراهم شود . استاندارد تدوین شـده بـه اترنـت DIX شـهرت یافـت .
شرکت زیراکس صرفا به استاندارد سازی اترنت کمک کرد و علاقه چندانی به سـرمایه گـذاری بـر
١۶
روی 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 جـزءی 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 :
توپولوژی شبکه بدون هیچ تغییری نسبت به طرح اولیه باس در نظر گرفته شد یعنـی تمـام ایستگاهها از طریق یک کابل چند اتصالی به کانال مشترک 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 ای 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 روی کابل برای مشخص کردن محل مناسب برای انشعاب تزریقی گذاشته شده
بود . نوع دوم کابل 10BASE 2 نام داشت که به کابل اترنت نازک مشهور شد. این نوع
کابل به دلیل نازکی قابل انعطاف بود و به راحتـی مـی شـد بـه جـای اسـتفاده از انشـعاب
تزریقی آن را از طریق کانکتور BNC مستقیما به کارت شبکه متصل کرد .
١٧
تفاوتی که کابل کشی با کابلهای ضخیم یا نازک 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 متری می شد تا 100 ایستگاه متصل کرد در حـالی کـه بـا کابل نازک حداکثر طول یک قطعه کابل به 182 متر و تعداد ایستگاههای قابـل اتصـال بـه این قطعه به 30 دستگاه کاهش یافت .
کارت شبکه اترنت یا NIC دارای یک کنترلر خاص است کـه وظیفـه دارد داده هـا را در قالب یک فریم مناسـب سـازماندهی کنـد همچنـین محاسـبه کـدهای کشـف خطـا بـرای فریمهای خروجی وارزیابی صحت فریمهای ورودی بر عهـده همـین کنترلـر اسـت . ایـن کنترلر دارای مقداری 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 دارای یک آدرس سخت افزاری است که در قالب عددی شـش بـایتی بـر روی حافظه ROM ذخیره شده است . از این آدرس با اصطلاحات متنوعی مثـل آدرس سخت افزاری ، 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 روی 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 : برای ارسال بیت یک در نیم بیت اول ولتاژ بالا و در نیم بیت دوم ولتاژ پـایین قـرار
١٨
داده می شود . برای 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 یکهای 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 جدی مواجه می کرد . شکل -2
5 روش کدینگ معمولی و روش منچستر را برای ارسال یک دنباله فرضی از داده نشان می
دهد .

شکل (5-2 مقایسه کدینگ باینری 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 بـرای 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 دارای مولفه DC است که به تلفات بیشتر انـرژی سـیگنال مـی
انجامد .
اشکال جدی روش منچستر ان است که در مقایسه با روش معمولی به پهنای باند دو برابـر
نیاز دارد چرا که طول هر پالس نصف یک بیت است به عبارت دیگر برای ارسال هر بیـت
دو پالس ارسال می شود . در اترنت برای ارسال داده با سرعت دو مگابیت بر ثانیه سیگنال
تولیدی باید با نرخ بیست ملیون بر ثانیه تغییر ولتاژ داشته باشد و طبعـا پهنـای بانـد کانـال
باید اجازه چنین نرخ تغییری را بدهد .
(5-2 لایه های اترنت
شکل زیر لایه های تشخیص دهنده اتر نت ده مگا بیت بر ثانیه را در کنار لایه های متناظر بـا آن از
مدل هفت لایه OSI نشان می دهد.

شکل (6-2 اجزاء تشکیل دهنده لایه های اول و دوم مدل OSI
در حقیقت وقتی کسی کارت شبکه اتـر نـت را از بـازار خریـداری و کـامپیوتر خـود نصـب و راه
اندازی 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 سازی 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 های فوق در پیاده سازی نسخه های بعدی 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 بیتهای داده را برای انتقال روی 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 سـازی 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 نیازی به تغییر در پیـاده
سازی زیر لایه بالاتر یعنی PLSنباشد . به زبان دقیق تر زیر لایه AUI جزئیـات زیـر لایـه هـای
تحتانی را که مبتنی بر نوع کانال انتقال تغییر خواهد کرد ، از دید زیر لایه PLS (که وظیفه کدینگ
٢١
و دیکد بیتهای داده را بر عهده دارد ) مخفی نگاه میدارد و با تغییر در زیر لایه های تحتـانی نیـازی
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 سازی ان تفاوت دارد .ترانسیور شامل یک بخش گیرنده و یک بخـش فرسـتنده اسـت .مـدار
گیرنده سیگنال جاری بر روی رسانه انتقال را دریافت کرده و مدار فرستنده سیگنال حامـل داده رار
بر روی 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 روی کابل نصب میشود در حالی کـه در کابـل
کشی مبتنی بر کابل کواکسیال نازک ( (10BASE2 ترانسیور مستقیما بـر روی 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 افزاری است که ترانسیور را به رسانه انتقـال وصـل میکنـد .هـر نـوع
رسانه MDIخاص خود را احتیاج دارد . به عنوان مثـال بـرای کابـل کواکسـیال ضـخیم ، MDI
مربوطه یک انشعاب تزریقی و برای کابل کواکسیال نازک 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 سـازی 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 بـرای کـدینگ
تحویل زیر لایه PLS بدهد. در اولین گام قالب فریم DIX را که توسط سـه شـرکت زیـراکس ،
اینتل و DEC استاندارد سازی 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 دارای الگـوی 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 روی کانال در خصوص در راه بـودن یـک فـریم داده ، مـدار درونـی تمـام
گیرندگان را با سیگنال ساعت فرستنده سنکرون کند.گیرندگان موظفنـد بـا بهـره گیـری از ویژگـی
کدینگ منچستر ، تا انتهای فریم سنکرون باقی مانده و محدوده بیتها را به درستی تشخیص بدهند.
اولین فیلد حاوی 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 روی 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 کـاری بایـد
بکند . هسته سیستم عامل پس از دریافت این فریم بر اساس مقدار این فیلد تصمیم میگیـرد کـه آن
را به دست چه پروسه ای بسپارد.به عبارت دیگر محتوی فیلد Typeپروسه ای را که در لایه بـالا
تر مسئول پردازش های بعدی محتوای 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 بعدی ، 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 برای کارتهای شبکه بوده است .
آخرین فیلد اتر نت ، فیلد Checksum یـا همـان کـد کشـف خطاسـت . کنترلـر کـارت شـبکه
بصورت بی درنگ برای مجموعه بیتها از ابتدا فیلد آدرس مقصد تا انتهای فیلـد داده ، یـک کـد 32
بیتی CRC محاسبه و استخراج کرده و آن را در این فیلد چهار بایتی جایگذاری می نماید.گیرنـده
پس از دریافت فریم ، به کمک این فیلد قادر است هرگونه خطای احتمالی در داده ها یا فیلد هـای
فریم را کشف کند . فریم های خراب توسط کارت شبکه نادیده گرفته می شوند.
(7-2 آدرسهای اترنت
هر کارت شبکه اترنت دارای یک آدرس سخت افزاری 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
٢۴
افزاری ان درج میگردد بگونه ای که در شکل 8-2 مشاهده مینمایید آدرس فیزیکی 48 بیتی است و
از سه بخش تشکیل شده است.
بیتهای 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
دارای شماره سریال یکسان نیستند . بیتهای 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 ای در دنیا آدرس مشابهی نخواهند داشت . هر تولید کننده ای کـه بخواهـد اقـدام بـه
تولید کارت شبکه اترنت کند میتواند با مرکزی در کالیفرنیا که اکنون تحت مـدیریت IEEE اسـت
مکاتبه کرده و برای خود یک شناسه منحصر بفرد دریافت کند
بیت ) A46 مجاور بیت پر ارزش ) سراسری 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:
٢۵
آدرس تک پخشی ( : ( unicast address بدین معنا که گیرنده فریم یک ایستگاه واحـد است ( فرستنده یکی/گیرنده یکی ) پر ارزشترین بیت در آدرسهای تک پخشی الزاما صـفر است.
آدرسهای 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 ایستگاههای متصل به کانال خواهد بود . اگر تمام بیتهای فیلـد آدرس مقصـد بـه 1 تنظـیم شده باشند تمام ایستگاهها فریم را از روی 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 مبنای شانزده نشـان داده مـی شـوند و اغلـب در
نمایش آنها تمایز مرز بایتها با یک خط تیره یا نقطه مشخص میشود.
(8-2 استاندارد سازی اترنت توسط کمیته IEEE
پس از استاندارد سازی اترنت توسط سه شرکت Xerox ، Intel و DEC محصولات زیـادی
بر اساس این استاندارد تولید و به بازار عرضه شد . سه عامل ارزان بودن ، نصب و راه اندازی ساده
و سرعت مناسب ، اترنت را در وضعیت مناسبی قرار داده بود و راه را بـه سـوی جهـانی شـدن ان
هموار کرده بود . در ابتدای دهه هشتاد کمیته IEEE دست به کار شـد . تـا اترنـت را اسـتانداراد
سازی و جهانی کند . کار این کمیته در سـال 1983 بـه نتیجـه رسـید و اسـتاندارد IEEE 802.3 CSMA/CD برای شبکه اترنت از تصویب نهایی گذشت .
٢۶
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 برای اترنت 10 Mbps معرفی کـرد
تا ضمن سازگاری با محصولات پیشین اشکالات آنها بر طرف شده واترنت بهینه سازی شود .
در سال 1991 ، IEEE که همگام با شکوفایی اترنت جلو میامد روش جدیدی برای 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 مشترک شبیه به شکل بود . حال تجسم کنید که کابل مشترک
بسیار کوچک شود و ایستگاهها از طریق کابلی بلند به کانالی مشـترک متصـل گردنـد ؛ کماکـان از
لحاظ روش اتصال و ماهیت اشتراکی کانال ، تغییری بنیادی در اترنت رخ نـداده اسـت . پیشـنهاد
IEEE انبود که کانال مشترک در درون جعبـه ای بـه نـام هـاب ( ( Hub تعبیـه شـده و تمـام
ایستگاهها توسط یک کابل اختصاصی ( غیـر مشـترک ) بـه آن متصـل گردنـد . در اینجـا بـود کـه
اصطلاحا توپولوژی 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 توپولوژی جدید ، تمام ایستگاهها با سـیمهای زوجـی ( (Twisted pair از نـوع Cat 5 بـه
هاب متصل می شدند . کانکتور مورد استفاده برای اتصال نیز Rj-45 در نظر گرفته شد . با توجـه
به محدودیت سیمهای 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 جدی طول کانال مواجه بود ولیکن به دلیل سادگی نصب و پشـتیبانی ،
ارزانتر بودن کابل و عدم مشکلاتی که کابلهای کواکسیال با آن روبه رو بودند ( مثل از کـار افتـادن
شبکه در اثر شل شدن کانکتور ها یا پارگی ) ، این ساختار با اسـتقبال بسـیار زیـادی مواجـه شـد .
٢٧
مشخصات کابل کشی 10Base T در جدول ارائه شده است . در شکل کـانکتور RJ-45
و کابلهای UTP Cat 5 را مشاهده می کنید .
(9-2 قالب فریم پیشنهادی IEEE برای اترنت
در شکل زیرقالب فریم IEEE 802.3 نشان داده شده است .

شکل (9-2 مقایسه فریم های پیشنهادی DIX وIEEE
هر فریم با هفـت بایـت ) preamble دیباچـه ) آغـاز مـی شـود کـه تمـام بایتهـا دارای الگـوی
10101010 هستند . در فریم پیشنهادی DIX این بخش هشت بایت بـود . کـدینگ ایـن الگـوی
هفت بایتی به مدت 5/6 میکروثانیه یک سیگنال ساعت مربعی ده مگـاهرتز تولیـد مـی کنـد تـا بـه
کمک آن تمام ایستگاههای گیرنده بتواننـد سـیگنال سـاعت خـود را بـا سـیگنال سـاعت فرسـتنده
سنکرون کنند . قبلا اشاره شد که گیرندگان موظفند تا انتهای فریم سنکرون باقی بمانند .
در ادامه فیلد یک بایتی ( ( start of frame آمده است که دارای الگوی 10101011 است . این
الگوی هشت بیتی ، سخت افزار گیرندگان را تحریک می کند تا داده هایی که در ادامه مـی آینـد را
از روی خط به درون حافظه منتقل و پردازش کنند . این الگـو در فـریم پیشـنهادی 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 بعدی آدرس مقصد و آدرس مبداء هستند که تفاوتی بـا همـین
فیلدها در فریم DIX ندارند .
٢٨
فیلد بعدی در فریم پیشنهادی IEEE فیلد Length است و طول داده های معتبر جاسازی شـده
در فیلد data را بر حسب بایت مشخص می کند . این فیلـد یـک تنـاقض جـدی بـین اسـتاندارد
DIX و IEEE به شمار می آید و همین تناقض منجر به ناسازگاری ایـن دو اسـتاندارد خواهـد
شد . در فریم DIX این فیلد مشخص می کند که محتـوای فـریم بـرای پردازشـهای بعـدی بایـد
تحویل چه پروسه ای در لایه بالاتر شود ( یا به عبارت دیگر فریم حاوی چه نوع بسـته ای از لایـه
بالاتر است ) حال سووال اینجاست که در فریم IEEE گیرنده چگونه می تواند تشـخیص بدهـد
که فریم حاوی چه نوع بسته ای است و باید تحویل چه پروسه ای 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 زیادی بر اساس استاندارد DIX تولید و در حـال اسـتفاده بـود و
صنعت کامپیوتر و کاربران علاقمند به چنـین تغییـری 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
افزارهای مبتنی بر استاندارد IEEE باید به نحوی طراحی شوند که :
اگر مقدار این فیلد دو بایتی کمتر یا مساوی 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 مقادیری که در فیلد Type درج می شد بیشتر از 1500 بود ).
بدین نحو فریم DIX و IEEE با هم سازگار شدند و سخت افزارهای 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 بعدی یعنی فیلد Pad قرار گرفتـه اسـت . IEEE اصـرار
٢٩
دارد که حداقل طول فریم نیز باید محدودیت داشته باشد و ارسـال فریمهـایی کـه از ابتـدای 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 های 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 ازای 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 برای ارسال مجدد آن تلاشی نخواهـد کـرد و بـدین نحـو فریمهـای 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 ای 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 . برای 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 های زایـد اضـافه شـود تـا
طول آن به 64 بایت برسد . از آنجایی که طول داده های مفید در فیلـد Length دقیقـا مشـخص
است لذا اضافه کردن داده های 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 جدی 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
ازای هر تصادم 6400 بایت از داده ها خراب خاوند شد کـه ایـن خـود جـزو تلفـات پهنـای بانـد
محسوب می شود .
آخرین فیلد فریم پیشنهادی IEEE فیلد Checksum است که تفاوتی با فـریم DIX نـدارد و
برای کشف خطاهای احتمالی در فریمهای دریافتی به کار می آید .
(10-2 تعاریف و نکات کلیدی در اترنت
در این بخش می خواهیم قبل از پایان دادن به مباحث مربوط به اترنت 10Mbps ضمن یک جمع
بندی کلی بر روی برخی از مفاهیم کلیدی این شبکه تاکید نماییم :
٣١
روش دسترسی به کانال ( ( Channel access method
 در اترنت ایستگاهها برای دسترسی به کانال و ارسال فریم خود بـه روش CSMA/CD
با یکدیگر رقابت می کنند .
الگوریتم عقبگرد نمایی ( ( Expnential backoff
در اترنت تمام ایستگاههای 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 ایسـتگاههای شرکت کننده در تصادم موظف هستند طبق الگوریتم عقبگـرد نمـایی یـک عـدد تصـادفی تولید کرده و به اندازه عدد تولید شده ( بر مبنای زمانهای 51/2 میکروثانیه ای ) 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 ای 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 )
آدرسهای تک پخشی ، چند بخشی و آدرسهای 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 دارای 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
ایستگاههای 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 آدرسهای چند پخشی یک است .
در اترنت هر گاه تمام بیتهای آدرس مقصد یک باشد ، گیرنده فریم تمام ایستگاههای فعال
و متصل به کابل شبکه هستند .
حوزه پخش فراگیر ( ( Broadcast domain
تمام ایستگاههای که به یک کانال مشترک گوش می دهند اصـطلاحا بـر روی یـک حـوزه پخش فراگیر واقع هستند .
تکرا کننده ( ( Repeater
تکرار کننده ابزابری است آنالوگ که دو قطع کابل را به هم پیوند می زند . سیگنالی که بر روی یکی از این قطعات ظاهر گردد پس از دریافت و تشخیص بیت ، باز تولید و تقویـت
شده و بر روی 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 الگـوی کابـل
کشی 10Base 2 ، در فواصل 185 متری نیاز به تکرار کننده خواهد بود .
قطعه ( ( Segment
حداکثر طول کابل بدون آنکه نیازی 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 برای بر قراری 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 ایسـتگاههای متصـل بـه کابـل مشـترک
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 مشترک متصلند و به روش CSMA/CD برای 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 برای دسترسی به کانـال مشـترک 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 روی کابل ارسال می شود بنابرای برای ارسال ده مگابیت در یـک ثانیه ، نرخ تغییرات سیگنال 20 میلیون بار در ثانیه خواهد بود و پهنای باند کابل باید اجازه
چنین نرخ تغییری را بدهد .
 ســروریس غیــر قابــل اعتمــاد بــدون تصــدیق دریافــت(
( Unreliable/Unacknowledged
٣۴
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 های 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 ابزاری است که ایستگاهها توسط یک کابل زوجی به آن متصل و از طریق آن به یـک کانال مشترک وصل می شوند . تصادمها بر روی کانال مشترک در درون هـاب انجـام مـی گیرد ؛ در هابهای فعـال وظیفـه کشـف تصـادم ، بـاز تولیـد و تقویـت سـیگنال ورودی 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 های خود را در فریمهای کوچک ارسال کنند باز هـم بـازده کانـال
کاهش می یابد . به همین دلیـل در اسـتاندارد IEEE بـر روی 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 بـرای ارسـال
تحویل می گیرد چه مدت طول می کشد تا موفق به ارسال ان شود .
٣۵
فصل سوم
سوئیچهای اترنت ، انواع و معماری درونی آنها
٣۶
سوئیچ ابزاری است هوشمند که فریمهای دریافتی از پورتها را می گیرد و سپس بـر اسـاس آدرس
مقصد درج شده در فریم ، آن را مستقیما بر روی پورتی منتقل مـی کنـد کـه ماشـین مقصـد بـدان
پورت متصل است . شکل 1-3 شمای کلی یک سوئیچ را نشان می دهد .
(1-3 تفاوت سوئیچ و هاب و نیاز به سوئیچ ها
در اکثر شبکه های متداول ، بمنظور اتصال گره ها از هاب استفاده می شود. همزمان با رشد شـبکه
( تعداد کاربران ، تنوع نیازها ، کاربردهای جدید شبکه و …) مشکلاتی در شبکه های فـوق بوجـود
می آید :

شکل (1-3 مقایسه سوئیچ و هاب
. Scalability – در یک شبکه مبتنی بر هاب ، پهنای باند بصـورت مشـترک توسـط کـاربران
استفاده می گردد. با توجه به محدود بودن پهنای باند ، همزمان بـا توسـعه، کـارآئی شـبکه بشـدت
تحت تاثیر قرار خواهد گرفت . برنامه های کامپیوتر که امروزه بمنظور اجراء بر روی محیط شبکه ،
٣٧
طراحی می گردنند به پهنای باند مناسبی نیاز خواهند داشت . عدم تامین پهنای 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 های مبتنی بر هـاب مـی بایسـت مـدت
زمانی را در انتظار سپری 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 برای 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 های مبتنی بر هاب ، یکی از دستگاههای متصل شـده بـه
هاب قادر به ایجاد مسائل و مشکلاتی برای سایر دستگاههای 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 هـای اطلاعـاتی از نـوع
Broadcast ، باشد.
. Collisions – در شــبکه هــای مبتنــی بــر تکنولــوژی 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 روی محیط انتقال
٣٨
ترافیک اطلاعاتی باشد ، گره ای 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 هـای
اطلاعاتی ارسالی توسط هر یک از گره ها نیز از بین خواهند رفت . هر یک از گره هـای 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 های گسسته تقسیم نمی نماید. سوئیچ بمنظور تحقق خواسته فوق عرضه شـده
است . یکی از مهمترین تفاوت های موجود بین هاب و سوئیچ ، تفسیر هر یک از پهنای باند است
. تمام دستگاههای متصل شده به هاب ، پهنای باند موجود را بین خود به اشـتراک مـی گذارنـد.در
صورتیکه یک دستگاه متصل شده به سوئیچ ، دارای تمام پهنای 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 پهنای 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
برقراری ارتباط با سایر گره ها با سرعت ده مگابیت در ثانیه خواهد بود.
در یک شبکه مبتنی بر سوئیچ ، برای هر گره یک سگمنت اختصاصی ایجاد خواهد شـد. سـگمنت
های 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 های 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 های اطلاعاتی را به سگمنت مورد نظر هـدایت خواهـد
٣٩
کرد. با توجه به اینکه هر سگمنت دارای صرفا” یک گره می باشد ، اطلاعات مورد نظر بـه مقصـد
مورد نظر ارسـال خواهنـد شـد. بـدین ترتیـب در شـبکه هـای مبتنـی بـر سـوئیچ امکـان چنـدین
مبادله اطلاعاتی بصورت همزمان وجود خواهد داشت .
با استفاده از سوئیچ ، شبکه های 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 های سوئیچ و هاب ، نحوه برخورد آنان با Broadcast است .
مفهوم بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast در تمـام شـبکه هـا مشـابه مـی باشـد. در چنـین
مواردی ، دستگاهی نیاز به ارسال اطلاعات داشته ولی نمی داند که اطلاعات را برای 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 بـرای
معرفی و حضور خود در شبکه ارسال می دارد. سایر گره ها قادر به افزودن کامپیوتر مورد نظـر در
لیست خود و برقراری ارتباط با آن خواهند بود. بنابراین بسته های اطلاعاتی از نوع Broadcast
در مواردیکه یک دستگاه نیاز به معرفی خود به سایر بخش هـای شـبکه را داشـته و یـا نسـبت بـه
هویت دریافت کننده اطلاعات شناخت لازم وجود نداشته باشند ، استفاده می گردند.
۴٠
هاب و یا سوئیچ ها قادر به ارسال بسته ای اطلاعاتی از نـوع Broadcast بـرای سـایر سـگمنت
های 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 جداسازی شبکه ها از یکدیگر مد نظر باشـد ، بسـیار ایـده آل
خواهد بود. ولی زمانیکه هدف مبادله اطلاعاتی بین بخش های متفاوت یک شبکه باشـد ، مطلـوب
بنظر نمی آید. سوئیچ ها با هدف برخورد با مشکل فوق عرضه شده اند.
سوئیچ های LAN بر اساس تکنولوژی packet-switching فعالیت مـی نماینـد. سـوئیچ یـک
ارتباط بین دو سگمنت ایجاد می نماید. بسته های 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 های موجود در جدول ) Lookup جستجو) مقایسه می گردد. در شبکه های 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 های مبتنی بر سوئیچ امکان استفاده از کابل های بهم تابیده و یا فیبر نوری وجـود خواهـد
داشت . هر یک از کابل های فـوق دارای کانکتورهـای مربـوط بـه خـود بـرای ارسـال و دریافـت
اطلاعات می باشند. با استفاده از سوئیچ ، شبکه ای عاری از تصادم اطلاعاتی بوجود خواهـد آمـد.
انتقال دو سویه اطلاعات در شبکه های مبتنـی بـر سـوئیچ ، سـرعت ارسـال و دریافـت اطلاعـات
افزایش می یابد.
۴١
اکثر شبکه های مبتنی بر سوئیچ بدلیل قیمت بالای 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 کامپیوترهای موجود در هر یک از دپارتمانهای 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 ویژگیهای عمومی یک سوئیچ اترنت
ویژگیهای عمومی یک سوئیچ اترنت را می توان در موارد ذیل بر شمرد :
هر ایستگاه دو لینک مستقل و مجزا ( برای 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 ورودی و خروجی هر پورت بافر وجود دارد .
پس از انتقال فریم به بـافر ورودی 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 فریمهای عادی اترنت ندارند و به همین دلیل سوئیچها می توانند ضـمن حفظ سازگاری با قبل ، کارایی شبکه را افزایش چشمگیر ببخشند .
اگر به هر پورت تنها یک ایستگاه متصل باشد هـیچ رقـابتی بـرای دسترسـی بـه کانـال وجـود نخواهد داشت و حوزه تصادم ( (Collision domain سوئیچ یک است و هـیچ بخشـی از پهنای باند کانال تلف نخواهد شد .
۴٢
 به عمل انتقال فریم ورودی یک پورت به بافر پورت خروجی مقصد عمـل سـوئیچینگ گفتـه
می شود . عمـل سـوئیچینگ مکانیزمهـای گونـاگونی دارد کـه در ادامـه آن را مفصـلا تشـریح
خواهیم کرد.
 سوئیچها می توانند در دو نـوع متقـارن ( ( Symetric و نامتقـارن ( ( Asymetric پیـاده
سازی شوند . سوئیچ متقارن تنها قادر است عمل سوئیچینگ را بین پورتهایی بـا نـرخ ارسـال
مساوی انجام بدهد ، در حالی که سوئیچهای نامتقارن می توانند فریمهـا را بـر روی پورتهـایی
منتقل کنند که سرعت یکسانی ندارند . به عنوان مثال یک سوئیچ نا متقارن می تواند فریمـی را
با سرعت 100Mbps دریافت و بر روی پورتی بفرستد که سرعت ان مثلا 10Mbps اسـت
( و بالعکس ) کارتهای 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 آدرسـهای
فریم (یعنی آدرسهای ( MAC مورد پردازش قرار می گیرد و بر اساس این ادرسـها بـه پـورت
خروجی مناسب داده می شود .
برای سرعت بخشیدن به فرایند پردازش و جستجوی آدرسها ، در سوئیچ از پردازنده های ASIC
( مدارهای مجتمع ویژه یک کـاربرد ) یـا حـداقل از پردازنـده هـای ) RISC پردازنـده هـایی بـا
مجموعه دستورالعملهای مختصر ) استفاده می شود . پردازنده های 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 افزاری ، بی درنـگ
و فوق العاده سریع انجام می شود .
۴٣
شکل2-3 مفهوم لایه ای سوئیچ را نشان می دهد .

این نوشته در مقالات ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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