|
مفهوم شبکه
شبکه در پایه ای ترین سطح خود شامل دو کامپیوتر می باشد که بوسیله کابل به یکدیگر متصل شده اند به گونه ای که بتوانند از داده ها به طور مشترک استفاده نمایند. منشاء تمام شبکه ها صرفه نظر از چگونگی پیچیدگی آنها ، از آن سیستم پایه می باشد. منشاء ایجاد شبکه ، نیاز به استفاده مشترک از داده ها با روش بهنگام (یعنی روشی که آخرین اطلاعات و داده ها در هر لحظه در دسترس باشد) بوده است.کامپیوترهایی که قسمتی از شبکه می باشند می توانند در مواردی از قبیل داده ها، پیامها، چاپگرها، دستگاههای فاکس، مودمها، سایر منابع سخت افزاری بصورت مشترک استفاده نمایند.
مزایای شبکه
•III. هزینـه : در یک شبکه میتوان از یک یا چندین کامپیوتر به عنوان Server با سرعت و قدرت ذخیره سازی بالا برای انجام برنامه های کاربردی (application) و یا نگهداری بانکهای اطلاعاتی استفاده کرد و کامپیوترهایی با قدرت کمتر به عنوان کامپیوترهای Client انتخاب شوند که به نتایج application ها و بانکهای اطلاعاتی دسترسی داشته باشند. این روش مبتنی بر مدل سرویس دهنده/ سرویس گیرنده می باشد که در نهایت به دلیل کم شدن تعداد کامپیوترهایی با قدرت بالا، هزینه کاهش می یابد. •IV. ارتباطات : کاربران می توانند از طریق پست الکترونیکی یا دیگر سیستمهای اطلاع رسانی پیامها، فایلها و سایر اطلاعات مورد نیاز خود را مبادله کنند.
مدل های شبکه :کامپیوترها در شبکه می توانند به صورت سرویس دهنده و سرویس گیرنده عمل نمایند. کامپیوتر سرویس دهنده شامل فایلهای اشتراکی و سیستم عاملی که مدیریت عملیات شبکه را به عهده دارد، است و بقیه کامپیوترهای موجود در شبکه (Client) اطلاعات مورد نیاز خود را از آن کامپیوتر دریافت می کنند. باتوجه به موارد گفته شده رابطه بین سرویس دهنده و سرویس گیرنده به سه مدل تقسیم می شود که در ذیل به آنها اشاره شده است.
الف -شبکه نظیر به نظیر (Peer-To-Peer) : در این مدل هر ایستگاه می تواند هم به عنوان Client و هم به عنوان Server باشد ، هر کاربر خود مسئولیت مدیریت و ارتقاء نرم افزارهای ایستگاه خود را برعهده دارد و یک ایستگاه مرکزی برای مدیریت شبکه وجود ندارد. این مدل برای شبکه هائی با کمتر از 10 ایستگاه مناسب می باشد. ب -شبکه مبتنی بر سرویس دهنده (Server-Based Model) : در این حالت ، یک کامپیوتر به عنوانServer کلیه فایلها و نرم افزارهای اشتراکی نظیر بانکهای اطلاعاتی، کامپایلرها، سیستم عامل شبکه (NOS) و ... را در خود نگهداری می کند و کاربران به آن دسترسی پیدا کرده , فایلهای اشتراکی را از روی آن به ایستگاه خود منتقل میکنند و نیز هرکاربر میتواند به منابع Server یا منابع سایر کاربران دسترسی پیدا کند.برخی از متداول ترین Server ها عبارتند از :
- Web Server : جهت ارائه سرویس صفحات Web - l ServeriMa: جهت ارائه سرویس پست الکترونیکی بطور رایگان برای کاربران - Print Server : برای چاپ فایلها - Communication Server : جهت ارتباط کاربران با سایر قسمتهای شبکه با استفاده ازمودم و یا وسایل ارتباطی دیگر . - DNS Server (Domain Name Server): جهت ایجاد سرویس انتقال اطلاعات . ج -سرویس گیرنده/سرویس دهنده (client /server model):در این مدل یک ایستگاه درخواست خود را به Server میدهد و Server پس از انجام پردازش های لازم نتایج حاصله را به ایستگاه درخواست کننده عودت می نماید.در این مدل حجم اطلاعات مبادله شده در مقایسه با مدل server based کمتر است و بنابراین دارای کارایی بالاتری میباشد. توپولوژی شبکه: توپولوژی شبکه به طرح فیزیکی آرایش کامپیوترها , کابلها و سایر اجزا شبکه اطلاق می گردد.توپولوژی شبکه بر روی توانایی های آن اثر دارد. برتری یک توپولوژی بر دیگری می تواند شامل موارد زیر باشد: - نوع تجهیزات مورد نیز شبکه
توپولوژی BUS : در این توپولوژی تمام deviceها به یک کابل مرکزی متصل هستند که درحقیقت این کابل به عنوان Backbone می باشد و در این توپولوژی در دو انتهای کابل اصلی از Terminator برای جلوگیری از انعکاس سیگنال استفاده می شود که معمولاً از نوع مقاومت می باشد.
شکل 1
این شبکه ها بسیارارزان بوده و در صورت داشتن تعداد کمی کامپیوتر مناسب می باشند ولی با اضافه تعداد کامپیوترهاپهنای باند این کابل بین کامپیوترها تقسیم شده و سرعت آن پائین می آید و در صورت قطع شدن این کابل کل شبکه از کار می افتد (این توپولوژی تقریباً منسوخ شده است).
توپولوژی Ring : در این توپولوژی هر device به دو device مجاور خود متصل بوده و به فرم یک حلقه بسته می باشد . این توپولوژی تقریباً گران است و نصب آن سخت است و چنانچه یک کامپیوتر (device) خراب شود کل شبکه از کار می افتد ولی در عوض پهنای باند آن در مقایسه با توپولوژی Bus بیشتر بوده و فواصل زیادتری را در برمیگیرد. این توپولوژی بیشتر در مورد تجهیزات IBM کاربرد دارد .
شکل 2 توپولوژی Star : در حالت کلی در این توپولوژی کلیه کامپیوترها به یک کنترل کننده مرکزی(switch یا hub) وصل میشوند و هرگاه کامپیوتری بخواهد با کامپیوتر دیگری تبادل اطلاعات کند باید ابتدا اطلاعات را به hub ارسال می کند و سپس ازطریق آن, اطلاعات به کامپیوتر مقصد منتقل میشود. این توپولوژی بسیار کاربرد دارد و پروتکل معروف Ethernet در شبکه بر پایه این توپولوژی بنا نهاده شده است.
شکل 3
مزایا: - سهولت درنصب و راه اندازی - سهولت توسعه شبکه ( به راحتی می توان تعداد نودهای شبکه را تغییر داد.) - امکان استفاده از (Structured Cabling System) SCS. - سهولت مدیریت و نگهداری شبکه (بطور مثال اگر یکی از کابلهای متصل به هاب قطع شود فقط یک کامپیوتر از شبکه خارج شده و پیدا کردن ان کابل ساده است. در ضمن برروی کار مل شبکه تاثیر نمی گذارد) - پشتیبانی از سرعت های بالاتر و پروتکل های متداول تر معایب: - وابستگی کلیه عملیات شبکه به هاب / Switch ( اگر هاب از کار بیفتد کل شبکه از کار می افتد.) - نیاز بیشتر به کابل نسبت به سایر توپولوژیها(به طور مثال (Ring , Bus
Structured Cabling System
به دلیل نیاز به استانداردهای ساخت یافته کابل کشی( Structured Cabling System) برای شبکه های محلی, در سال 1991 استاندارد EIA/TIA 568 تدوین شد. SCS در حقیقت برای تجهیزات passive (غیر فعال ) تنظیم شده و شامل موارد زیر می باشد:
•- نصب صحیح و مناسب جهت اتصال به وسایل active (مانند کامپیوترها,پرینترها و ...)
- کابلها,پریزهای دیواری, connectors,patch panels
ویژگی های SCS : - سازگاری با محصولات مختلف/فروشندگان مختلف (multi product/multi vendor (
- استقلال از تجهیزات ارتباطی نصب شده
•- قا بلیت پیاده سازی در ساختمانهای مختلف
•- قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری
•- سهولت پیاده سازی تغییرات در شبکه
•- امکان تغییر معماری شبکه در صورت نیاز
•- سهولت مدیریت کابل استفاده شده
مزایای SCS : - قابلیت داشتن استاندارد - تطبیق با محصولات مختلف - امنیت - بخش بندی شبکه و سهولت مدیریت - مصرف حداقل فضا - مطابق با منافع اقتصادی - قابلیت گسترش و تطبیق با نیازهای آینده ( حداکثر 10 سال)
شکل-5-1
اجزای شبکه تجهیزات مورد استفاده در شبکه به 2 گروه passive , active تقسیم می شوند که در ذیل هر کدام به تفصیل توضیح داده خواهند شد.
Passive تجهیزات passive منبع تغذیه جداگانه ای ندارند و در صورت نیاز از دستگاههای اکتیو جریان برق , نور و یا الکترومغناطیس را دریا فت می کنند. می توان به انواع کابلها ,patch panel,connector, و.... به عنوان نمونه هایی از تجهیزات passive اشاره نمود.
انواع کابلها در شبکه: - کابلهای UTP ً Unshielded Twisted Pair ً - کابلهای STP ً Shielded Twisted pair ً - کابلهای F.O. ً Fiber optics ً
Twisted pair کابل Twisted pair در ساده ترین شکل خود دو سیم بهم تابیده که باعث مقاومت آن در مقابل نویز بوده و حداکثر طول آن برای شبکه های با پروتکل Ethernet 100 متر می باشد. UTP: ارزانترین نوع کابل است که در شبکه های LAN بکار میرود و در مقابل نویز مقاومت ناچیزی دارد.یک روش برای مقاوم ساختن این نوع کابل پوشاندن آن توسط لایه های توری و فلزی است.
شکل 4 کابلهای UTP به گروههای CAT-1 تا CAT-5 توسط سازمانEIA گروه بندی شده اند ، این گروهها در تعداد مارپیچ ها در هر فوت و قطر سیم متفاوتند و هر چه تعداد مارپیچ ها بیشتر باشد مقاومت کابل در برابر نویز بیشتر است. از کابلCAT-2 برای سیمهای تلفن و از کابل های CAT-3 و (enhancement) CAT-5e برای شبکه استفاده میشود. کابلهای گروه CAT-5 و CAT-6 نسبت به بقیه گروهها کارآیی بالاتری دارند. CAT-7 تحت بررسی و ساخت میباشد.
UTP Connectors RJ-11 که دارای 4 pin بوده و برای تلفن استفاده می شود.. RJ-45 که دارای 8 pin بوده و برای شبکه مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل5
بر اساس استانداردهای EIA/TIA 568,ISO/IEC 11801 یاEN 50173 برای SCS هر دو انتهای کابل باید به شماره Pinهای یکسانی متصل گردند و بر اساس این Pin ها زوجهای بهم تابیده و رنگهای آنها استاندارد شده اند.به عنوان مثال اگرPin شماره 8 قهوه ای باشد در انتهای دیگر نیز pin شماره 8 باید قهوه ای باشد. در این مورد 2 version A 568 EIA/TIA ، B 568 EIA/TIA وجود دارد که تفاوت آنها در این است که درB 568 جای زوجهای 1 با 3 و 2 با 6 عوض شده است. در Ethernet در اتصال Switch to Switch یک طرف سیم باید طبق 568B و طرف دیگر باید طبق 568A باشد. .
EIA/TIA 568 A
568TIA/EIA
STP : این کابل کارایی بالاتری نسبت به UTP دارد اما استفاده از آن مشکلتر است .این کابل دارای روکشی آلومینیومی برای حفاظت آن در مقابل نویز و تاثیرات محیطی دیگر است.
شکل7
Fiber Optic کابلهای فیبر نوری از یک هسته شیشه ای یا پلاستیکی نازک ساخته شده است که قطر آن در انواع مختلف کابلهای فیبر نوری متفاوت است . این هسته ممکن است با لایه دیگری از شیشه یا پلاستیک پوشیده شده باشد که خواص آن با هسته متفاوت است و به آن cladding میگویند و قطر آن معمولاً 125 میکرون است . این فیبر( هسته و لایه پوشاننده آن ) توسط یک لایه بنام Buffer که قطر آن 200-250 میکرون است و در نهایت توسط لایه خارجی دیگری بنام Jacket با قطر 900 میکرون برای حفاظت پوشانده میشود . بین Buffer و Jacket لایه محافظ دیگری بنام Aramid میباشد که پس از کابل کشی , از کابل در زیر خاک یا در برابر عوامل محیطی مخرب محافظت میکند.
شکل8 هر فیبر سیگنالها را فقط در یک جهت عبور میدهد یعنی به صورت half duplex عمل میکند .
انواع کابلهای فیبر نوری : MMF: Multi Mode Fiber SMF : Single Mode Fiber
وقتی در مورد فیبرهای 50/125 میکرون و 62.5/125 میکرون یا 125/8 میکرون صحبت میشود منظور رابطه بین قطر هسته و قطر cladding میباشد که هر دو از جنس شیشه یا پلاستیک بوده ولی خواص آنها متفاوت است. مزایای فیبر نوری:
معایب فیبر نوری:
شکل9 انواع فیبرها:
Single Mode Step-index Fiber : در این نوع ، قطر core نسبت به cladding بسیار باریک است و نور در آن نمی شکند به همین دلیل سرعت آن بسیار بالاست ( سرعت انتشار نور در جائیکه نور تحت زاویه کوچکتری میشکند بیشتر است .)
: Multi Mode Step-index Fiberزاویه شکست نور در سراسر آن یکسان است و پهنای باند آن معمولاً 20-30Mhz درمسافت 1km است.
:Multi Mode graded indexزاویه شکست نور به تدریج تغییر میکند که مقدار آن در مرکز کابل بیشترین و در لبه های آن کمترین مقدار را دارد. پهنای باند متداول آن 100MHZ/1KM و 1GHZ/1KM میباشد.
شکل10
شکل11
- CS : Subscriber Channel ConnectorکانکتورSC شامل 2 نوع Duplex و Sinplex میباشد.
شکل12
- MT-RJ :کانکتور جدیدی است اندازه آن برابر Rj-45 بوده و در گروه کانکتورهای sff (small form factor) میباشد.
شکل13 - LC ؟ انواع کانکتورها و فیبر نوری درscs : تمام کانکتورهای فیبر نوری برای گیگابیت اترنت 1000BaseSX مناسبند. محدودیتهای طول کابل :برای دسترسی به سرعت 1000Mbps, چنانچه قطر فیبر 50/125 میکرون باشد حداکثر طول کابل به 550m محدود میشود ودر صورتی که قطر فیبر 62.5/125 میکرون باشد حداکثر طول کابل به 220m محدود میشود.
انواع سیستمهای کابل کشی:
سیستمهای کابل کشی به دو گروه تقسیم می شوند:
•- اختصاصی : مانند سیستم کابل کشی IBM ,Digital DEC Connect ,Apple talk
•- ساخت یافته منطبق بااستاندارد های بین المللی مانندTIA/EIA 568,EN 50173,ISO/IEC 1801
این کابل کشی سلسه مراتبی و به شکل درخت است .در پائین ترین سطح (horizontal or floor area) ارتباط بین نودها در یک طبقه برقرار می شود و در این مرحله معمولاً از کابلهای TP(Twisted Pair) با توجه به اقتصادی بودن آنها, استفاده می شود (شکل14). در سطح دوم (building area) ارتباط بین طبقات مختلف یک ساختمان صورت می پذیرد که در آن کلیه Switch/Hub های طبقات مختلف به یکدیگر متصل می شوند. در این مرحله معمولاً از کابلهای FO استفاده میشود . در بالاترین سطح (campus area)چندین ساختمان با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند و معمولاً ازکابل فیبر نوری برای ارتباط استفاده می شود.
شکل14 Patch Panel : یک جزء passive میباشد و به منبع تغذیه احتیاجی ندارد. Patch Panel بین نود و Switch قرار میگیرد و از تمام نودها( فعال و غیرفعال ) به Patch Panel وصل است. هر نودی که فعال است متناظر با آن از Patch Panel با Patch Cord به switch وصل میشود ، حال اگر جای نود فعال عوض شود تنها کافی است Patch Cord از Switch به جایی متناظر با آن روی Patch Panel متصل شود. مزایای استفاده از PATCH PANEL :
Duct
Duct 2.5inch یا 3.5inch می باشد که کابلهای شبکه در آن جاسازی شده و به مکانهای مختلف عبور داده می شوند.
Activeتجهیزات active دارای منبع تغذیه می باشند. از وسایل active شبکه می توان Hub,Switch,Bridge NIC(Network Interface Card) را نام برد.
Hub چنانچه data به یک پورت hub ارسال شود, آن را به بقیه پورت ها میفرستد و هیچ عمل learning , filtering و forwarding انجام نمیدهد. این اعمال در switch و bridge انجام میگیرند. در عمل learning ، سوییچ MAC Address. موجود در فیلد آدرس مبدا فریم دریافت شده را در صورت عدم وجود در یک table قرار داده و در عمل forwarding بر حسب Mac add. مقصد فریم, آنرا به پورت مناسب هدایت میکند و درصورتی که مبداء و مقصد هردو در یک subnet باشند , در عمل Filtering از عبور فریم از هر یک از پورتها جلوگیری میکند. (MAC Address ها آدرس های مربوط به کارتهای شبکه هستند و بر خلاف IP Add. ها ثابت می باشند)
BRIDGE Bridge در لایه2 از مدل OSI میباشد و Data را بر حسب .Mac Add کارت شبکه مقصد که برای هر کارت شبکه در دنیا منحصر بفرد میباشد ، به پورت مناسب هدایت میکند. bridge میتواند چندین شبکه مجزا را به یکدیگر ارتباط دهد. فریمی که میتواند از bridge عبور کند حاوی فیلد مقصدی با آدرس معتبر(Valid) که در Bridge table موجود است میباشد . Bridge هاTable حاوی .Mac Add کامپیوترهای شبکه را هر بار که فریم از آن عبور میکند بروز (up to date)میکند و چنانچه. MAC Add مشخصی پس از زمان معینی استفاده نشد آن را از Table پاک میکند. بوسیله bridge میتوان شبکه هائی با media مختلف را بهم وصل کرد و اطمینان حاصل نمود data هائی که مربوط به یک شبکه نیست وارد آن نمی شود.
Transparent Bridging به این دلیل به آنها Transparent می گویند که نودهای شبکه از وجود آنها بی اطلاع هستند. برای عبور Bridge frame 3 عمل کلیدی را انجام می دهد. 1 ) بوسیله چک کردن .MAC Add موجود در فیلد مبدا فریم هائی که دریافت می کند .MAC Add نودهای شبکه هائی که به پورتهای آن وصل است را بدست می آورد. 2 ) بر اساس آدرس .MAC Add موجود در فیلد مقصد تصمیم می گیرد که چه نودهائی را عبور داده و کدام ها را فیلتر کند. 3 ) بوسیله spanning tree protocol یک محیط بدون حلقه با bridge های دیگر درست می کند.
SWITCH Switch جزء Active شبکه میباشد و در لایه 2 یا 3 از مدل OSI کار میکند و تفاوت آن با Hub در این است که switch دارای چندین back plane بوده و collision ها را تا حد زیادی از هم تفکیک میکند. Switch مثل Bridge بوده با این تفاوت که پورتهای Switch بیشتر است. Switch ها در شبکه هائی که بار ترافیکی زیادی دارند بکار می روند و جریانهای داده را از هم مجزا کرده و به علت داشتن چندین Backplane مجزا و بافر باعث بالا رفتن کارایی شبکه می شوند. وجود بافر باعث کاهش تداخل در مقصد می شود. در Switch جریان دادهایی که بین دو کامپیوتر که بار ترافیکی کمی دارند از جریان داده به سروری که بار روی آن زیاد است مجزا می باشد . در auto sensing switch که دارای اتصالات 10 و 100 Mb/s است جریان انتقال 10Mb/s باعث کاهش سرعت انتقال 100Mb/s نمی شود. اکنون هزینه Switch کاهش یافته و برای بهبود کارایی شبکه معمولاً به جای hub از Switch استفاده می شود. در برخی موارد که فاصله بین نود و switch بیشتر میشود میتوان از یک hub بین آنها بعنوان repeater استفاده نمود.
Cisco Switch
شکل15
روشهای Switching :
در این روش ابتداswitch تمام بیتهای فریم را دریافت کرده و در خود ذخیره می کند. این روش به switch اجازه می دهد تا FCS را چک کند, چنانچه فریم دارای خطا باشد آن را حذف می کند و در غیر اینصورت آنها را عبور دهد. این روش باعث کاهش بروز collision می شود.
• II. Cut - throughدر این روش switch به محض دریافت آدرس کامل مقصد , قبل از دریافت کل فریم آن را عبور می دهد . در این روش سوییچ فریم را از نظر خطایابی مورد بررسی قرار نمی دهد ولی سرعت انتقال بالاتر است.• III. Fragment freeاین روش تقریبآ شبیه cut - trough است ولی switch قبل از عبور فریم 64 بایت اولیه آن را دریافت می دهد. بر اساس مشخصات اترنت وقوع collision در 64 بایت اول فریم قابل تشخیص است و چنانچه فریم در اثر وقوع collision خراب شده باشد دور ریخته می شود . در این روش هنوز هم FCS چک نمی شود . switch های cisco بر این اساس کار می کنند.•- Frame check sequenceFCS یا(Cyclical Redundancy Check ) CRCبرای خطا یابی بکار برده می شود تا تعیین کند فریم های ارسالی تخریب شده اند یا خیر.فیلد CRC در فریم حاوی مقدار عددی می باشد که نتیجه قرار دادن داده در یک فورمول ریاضی می باشد. برابری مقدار عدد محاسبه شده در ارسال کننده با مقدار محاسبه شده در گیرنده نشاندهنده عدم وجود خطا در فریم ارسال شده می باشد.
تفاوتهای Bridge و Switch :
1 ) Switch برا ساس سخت افزار است در نتیجه بازدهی به مراتب بیشتری دارد. 2 ) چندین عمل protocol spanning tree در هر switch می تواند انجام شود.. 3 ) تعداد پورتهای switch بیشتر است . 4 ) عمل سوییچینگ در switch با هر سه روش ذکر شده انجام می گیرد.
Open system interconnection
مدل OSIتوسط سازمان استاندارد بین المللی for Standardization) ISO Organization (Internationalبا هدف برقراری تعامل و سازگاری بین وسایل مورد استفاده در شبکه ها توسعه یافته است . مدل OSI مجموعه ای است از قوانینی که اجازه می دهد تا دو کامپیوتر بدون توجه به طراحی آنها و یا شرکت سازنده آنها با یکدیگر مبادله اطلاعات کنند. مدل OSI ارتباطات شبکه ای را به 7 لایه تقسیم بندی می کند که هر لایه وظیفه خاص خود را بر عهده دارد .
لایه 1 : لایه فیزیکی (Physical Layer ( وظایف این لایه عبارتند از :
لایه 2 : لایه پیوند داده (Data link Layer ) لایه پیوند داده مبین نوع فرمت فریم هاست. از وظایف این لایه تشخیص شروع و پایان و اندازه یک فریم ، کنترل جریان مبادله اطلاعات (Flow Control) ، تمایز فریم داده از فریم کنترل و ایجاد هماهنگی بین وسایل ارسال کننده و دریافت کننده می باشد. در طرف ارسال کننده داده ها ، این لایه اطلاعات را از لایه بالاتر پذیرفته و آنها را به فریم هائی تقسیم بندی می کند و پس از افزودن آدرس مقصد و آدرس مبدآ, فیلدی بعنوان شماره ردیف هر فریم ( FCS ) و فیلد حاوی طول داده فریم , آن را به لایه فیزیکی جهت ارسال منتقل می کند. در طرف دریافت کننده داده ها ، لایه Data link اطلاعات را از لایه فیزیکی بصورت مجموعه ای از بیتها دریافت کرده و آنها را به شکل فریم در می آورد و پس از انجام عمل خطایابی و بررسی صحت اطلاعات در صورت عدم وجود خطا آن را به لایه شبکه منتقل می کند. این لایه خود به دو زیرلایه MAC(Medium Access Control) و(Logical Link Control) LLC تقسیم می شود. زیر لایه LLC جریان داده ها(Flow Control) بین ابزارهای موجود در شبکه و عمل خطایابی(Eroore Detection) فریم ها را مورد بررسی و زیر لایه MAC نحوه ارسال فریم ها را مورد بررسی قرار می دهند.
یک زیر لایه همگرا (Convergence Sublayer)CS برای ایجاد ارتباط بین زیر لایه MAC با زیر لایه PMD(Physical Medium Dependent) وجود دارد. وظیفه CS کدگذاری و کد برداری از داده ها با استفاده از روش 4B/5B می باشد.به این صورت که کلمه های 4 بیتی را از لایه MAC دریافت کرده , اطلاعات را با 5 بیت کد می کند و به فرم سریال به لایه فیزیکی انتقال می دهد. CS عکس این اعمال را هنگام انتقال داده از Physical Layer به Mac Layer انجام می دهد. (MII) Media Independ Interfaceسخت افرازی است. واسطه ای بین CS با PMD است و Mac Layer را قادرمی سازد که مستقل از انواع Physical Layer عمل کند . چنانچه MII داخل کارت شبکه وجود نداشته باشد می توان آن را از طریق 40 pin connector پیاده سازی نمود.
GMII (Gigabit Media Independent Interface)
GMII واسطه بین physical Layer و MAC Sublayer میباشد و با وجود این واسطه, لایه فیزیکی به طور مستقل می تواند طراحی شود . GMII ادامه Fast Ethernet MII می باشد که از واسطه های مدیریت (management interface)یکسانی استفاده می کند و امکان مبادله داده با سرعت 10 و 100 و 1000 مگابیت در ثانیه را بوجود می آورد و به کمک یک Bus 8 بیتی برای دریافت و انتقال داده, GMII امکان ارتباط full duplex و half duplex را فراهم می آورد. GMII خود به سه زیر لایه PMD , PMA , PCS تقسیم می شود.
PCS( Physical coding sublayer)به عنوان یک لایه میانیGMII ,Media های مختلف را با MAC Level مرتبط می سازد. 8B/10B Encoding/Decoding در این لایه صورت می گیرد که بوسیلة آن 8 بیت به 10 بیت تبدیل شده و به داده اولیه نشانه های کنترل کننده مثل Carrier extension اضافه می شود. , Carrier Sense collision Detection نیز در این لایه انجام می گیرد. همچنین کنترل auto - negotiation و به عبارت دیگر تشخیص و Set کردن سرعت 10Mb/s 1000 , 100,در حالتهای full duplex و half duplex و فعال کردن flow control از طریق در GMII در این زیر لایه صورت می گیرد.
PMA (Physical Medium Attachment) عمل Serialization /deserialization در این لایه صورت می گیرد و واسطه ای بین PMD و PCS میباشد. Serializer/Deserializer این زیرلایه اطلاعات را به شکل موازی از لایه 8B/10B decoder/encoder پذیرفته و آنها را به فرم سریال تبدیل می کند و بعد این اطلاعات به لایه فیزیکی منتقل خواهد شد. عکس این عمل برای انتقال از لایه فیزیکی به زیرلایه 8B/10B decoder/encoder انجام می شود.
PMD (Physical Medium Deperdent) در این لایه مشخصات سیگنال ,که نشاندهنده carrier یا collision در انواع مختلف کابلها می باشد, و MDI(Meduim Dependent Interface) تعریف می شوند. در MDI نوع کابلها و کانکتورها تعریف می شوند.
لایه 3 : لایه شبکه ( Network Layer ) وظیفه اصلی این لایه مسیر یابی ( Routing ) می باشد که عبارتست از تعیین مسیر مناسب برای انتقال اطلاعات بین مسیر یابها (Router ). لایه شبکه دو نوع سرویس ارائه می کند :
لایه 4 : لایه حمل ( Transport Layer ) حصول اطمینان از دریافت داده ها در مقصد ، مدیریت کنترل خطا و .... از مهمترین وظایف این لایه است. لایه حمل پس از ارسال یک فریم به مقصد ، منتظر دریافت سیگنالی از مقصد مبنی بر دریافت آن فریم می ماند . در صورتیکه لایه حمل در مبدآ سیگنال مذکور را از مقصد دریافت نکند مجددأ اقدام به ارسال همان فریم به مقصد خواهد کرد.
لایه 5 : لایه اجلاس (Session Layer ) این لایه بین 2 برنامه کاربردی با تعیین نوع روش برقراری ارتباط ( مثلاً Half duplex , Full duplex ) بین آنها یک ارتباط منطقی برقرار می کند. مثلاً وقتیکه یک ایستگاه بخواهد به یک server متصل شود server فرایند برقراری ارتباط (login ) را بررسی می کند سپس از ایستگاه درخواست نام کاربر (user name ) و رمز عبور ( pass word ) را خواهد کرد. این فرایند نمونه ای از یک اجلاس ( session) می باشد.
لایه 6 : لایه نمایش ( Presentation Layer ) لایه نمایش اطلاعات را از لایه بالاتر دریافت کرده و آنها را به شکل قابل فهم برای کامپیوتر مقصد تبدیل می کند و برای انجام این فرایند اطلاعات را به کد های ASCII و Unicode و .... تبدیل می کند.
لایه 7: لایه کاربرد (Application Layer) لایه کاربرد امکان دسترسی کاربران به شبکه را با استفاده از نرم افزارهایی همچون FTP , Email , Telnet و... فراهم می آورد.
پروژه802
در اواخر دهه 1970,با توجه به نیاز به تعریف استانداردهایی برای شبکه های IEEE , LAN استانداردی بنام پروژه 802 بنا نهاده شد.پروژه 802 استانداردهایی برای اجزای فیزیکی شبکه در data link layer و physical layer از مدل OSI تعریف نمود و روشی که کارتهای شبکه در رسانه های فیزیکی به داده ها دسترسی پیدا می کنند و آنها را انتقال می دهند مشخص می کند. این روش شامل اتصال, نگهداری و قطع ارتباط دستگاههای شبکه می باشد. کمیته 802 استانداردهای LAN را به چهارده گروه تقسیم می کند که با عدد 802 قبل از آن بصورت زیر مشخص می شود: 802.1 Internetworking 802.2 Logical Link Control 802.3 Ethernet Ethernet 802.3u Fast 802.4 Token Bus LAN 802.5 Token Ring LAN 802.6 MAN 802.7Broadband Technical Advisory Group
Fiber- optics Technical Advisory Group 802.8 Integrated Services Data Networks (ISDN) 802.9 Network Security 802.10 Wireless Networks 802.11 100 VG-Any LAN 802.12 Cabel Modem 802.14
Ethernet(802.3)
اترنت یک) Network LAN ( Local Area می باشد که اطلاعات را بین کامپیوترها با سرعتs Mb/10 و Mb/s 100 ارسال می کند ودرحال حاضر نسخه (10Mb/s Twisted pair) 10 BaseT نسبت به بقیه نسخه ها بیشترین کاربرد را دارد. رسانه های مورد استفاده در اترنت Twisted pair و Coaxial و Fiber optic می باشد. سیستم اترنت از سه عنصر تشکیل شده است :
در اترنت وظیفه زیرلایه ( Logical Link Control) LLC برقراری یک ارتباط منطقی بین مبداء و مقصد و وظیفة Medium Access Control) ) MAC دسترسی به شبکه است که از پروتکل CSMA/CD (Carrier sense Multiple Access/Collision Detection) و مدانتقالی half duplex استفاده می کند. فریم اترنت از چندین فیلد به شرح زیر تشکیل شده است. دو فیلد اول فریم حاوی آدرس کارت شبکه مبداء و مقصد می باشد و طول آنها 48 بیت است و به آنها MAC Address می گویند. 24 بیت اول. MAC Add مربوط به کمپانی سازنده کارت شبکه اترنت می باشد که توسط سازمان IEEE به آن کمپانی تخصیص داده شده است و 24 بیت دوم را آن کمپانی به کارت شبکه تخصیص می دهد که برای هر کارت شبکه ساخته شده در آن کمپانی منحصر به فرد است. بطورکلی هر کارت شبکه یک MAC Add. منحصر به فرد دارد. فریم همچنین شامل فیلد حاوی طول داده است . طول داده می تواند بین 64 تا 1500 بایت باشد و نیز فیلدی برای تست احتمال بروز خطا در داده ها(CRC) دارد. پروتکلها قوانین و روالهایی برای ارتباطات می باشند. وقتی چندین کامپیوتر در یک شبکه قرار می گیرند, قوانین و روالهای تکنیکی حاکم بر آنها پروتکل نامیده می شود. پروتکل CSMA/CD به این صورت کار می کند که ابتدا فرستنده کابل را چک می کند و چنانچه آزاد بود و فریمی روی آن قرار نداشت به انتقال اطلاعات می پردازد و در غیر اینصورت تا آزاد شدن کابل صبر می کند. در هنگام ارسال نیز فرستنده به کابل گوش می دهد تا اطمینان حاصل کند فریمی که ارسال کرده با فریم دیگری تداخل پیدا نکرده است. چنانچه دو ایستگاه به طور همزمان اطلاعات را روی خط بفرستند Collision رخ می دهد و فرستنده بوسیله یک jam signal به سایر ایستگاهها خبر می دهد که Collision رخ داده است و سپس براساس یک الگورتیم خاص به اندازه مدت زمان تصادفی منتظر شده و پس از آن به ارسال اطلاعات می پردازند. معایب CSMA/CD:
در فریم 802.3 IEEE آدرس مقصد دارای انواع زیر است : (1 Unicast : دریافت کننده یک ایستگاه منحصر به فرد است و آدرس آن. MAC Add کارت شبکه می باشد. (2 Multicast : دریافت کنندگان گروهی از ایستگاهها هستند که آدرس آنها توسط مدیر شبکه تعیین می شود. (3 Broadcast : دریافت کنندگان کلیه ایستگاههای متصل به شبکه هستند که در این صورت آدرس مقصد معمولاً ffff.ffff.ffff می باشد. در اترنت دو توپولوژی Star و Bus قابل پیاده سازی است . در توپولوژی Bus تمام ایستگاهها فریم ارسالی را دریافت می کنند و آدرس موجود در فیلد آدرس مقصد را با MAC Add. خود مقایسه می کنند. تنها یک ایستگاه که MAC Add. آن با آدرس مقصد مطابقت دارد آن را دریافت کرده و بقیه ایستگاهها آن را دور می ریزند.در توپولوژی Star از hub و Switch یا Bridge استفاده می شود که در این حالت بار ترافیکی شبکه کمتر است.
استانداردهای اترنت
در توپولوژی Bus در دو سر Segment باید از Terminator استفاده کرد که در 10Base 2 از مقاومت 150 اهمی و در 10Base 5 ازمقاومت 50 اهمی به عنوان Terminator استفاده می شود . اترنت اجازه استفاده از چهارrepeater در شبکه را میدهد و حداکثر طول شبکه بدون استفاده از repeater 500 متر است. 10 Base 5 برای Backbone مناسب است . 10 Base 2ارزان بوده و به راحتی قابل نصب وپیکربندی می باشد. 10 Base Tارزان بوده و از 2 زوج کابل UTP استفاده می کند و از repeater برای گسترش طول شبکه استفاده می شود. در اترنت حداقل سایز فریم 64 بایت و حداکثر 1512 بایت است. از Manchester Ercoding استفاده می کند و دارای تأخیر انتشار 512 bit time می باشد. بطور خلاصه اترنت از توپولوژی Bus یا Star استفاده می کند پروتکل آن CSMA/CDاست. پهنای باند آن 10Mb/s است ودارای استاندار IEEE 802.3 می باشد. اترنت همچنین انواع کابلها را پشتیبانی می کند.
Fast Ethernet
سرعت این شبکه 100Mb/s است و دارای استاندارد 802.3U می باشد و از پروتکل CSMA/CD استفاده می کند.برخی بر این نظرند که چون داده در این شبکه با سرعت بیشتری در حرکت است احتمال بروز collision کمتر است. در هنگام استفاده از توپولوژی Point To Point و مد انتقالی full duplex پروتکل CSMA/CD غیرفعال می گردد و در این حالت Collision رخ نمی دهد. برای Fast Ethernet یک زیر لایه همگرا (Convergence Sublayer)CS برای ایجاد ارتباط بین زیر لایه MAC با زیر لایه PMD(Physical Medium Dependent) وجود دارد. وظیفه CS کدگذاری و کد برداری از داده ها با استفاده از روش 4B/5B می باشد.به این صورت که کلمه های 4 بیتی را از لایه MAC دریافت کرده , اطلاعات را با 5 بیت کد می کند و به فرم سریال به لایه فیزیکی انتقال می دهد. CS عکس این اعمال را هنگام انتقال داده از Physical Layer به Mac Layer انجام می دهد. (MII) Media Independ Interface واسطه ای بین CS با PMD است و Mac Layer را قادرمی سازد که مستقل از انواع Physical Layer عمل کند . چنانچه MII داخل کارت شبکه وجود نداشته باشد می توان آن را از طریق 40 pin connector پیاده سازی نمود. انواع physical layer در Fast Ethernet : 100 Base T4 : کابل مورد استفاده در نسخة CAT 3 , UTP 100 Base T4که شامل 4 زوج سیم است ، می باشد. شماره 3 و 4 برای انتقال داده ها و یک رشته سیم از زوج سیم شماره 1 و یک رشته از زوج سیم شماره 2 برای CSMA/CD مورد استفاده قرار می گیرند.
100 Base TX : این فن آوری از 2 زوج کابل UTP (CAT - 5) و (Type-1)STP پشتیبانی می کند. 100 Base TXدر حالت full duplex دارای سرعت انتقالMb/s 200 می باشد.
100 Base T2 : از 2 زوج کابلهای CAT 3 و CAT 4 یا UTP CAT 5 استفاده می شود.
100 Base fx : در اینجا از کابل فیبرنوری برای مبادله اطلاعات استفاده می شود. کابل استاندارد برای این شبکه یک زوج فیبرنوری Multi Mode می باشد که قطر هسته آن 62.5 میکرون و روکش آن 125 میکرون است و از کانکتور SC استفاده می کند و از توپولوژی Point To Point استفاده می کند.
Fast Ethernet Repeaters
شامل دو نوع کلاس I و II می باشد : به عنوان مثال با استفاده ازRepeater کلاس I می توان یک ایستگاه 100 Base TX را به یک ایستگاه 100 Base fx متصل کرد. تکرار کننده کلاس II برای اتصال ایستگاههایی با رسانه های انتقال همنوع و یکسان بکار می روند. در شبکه اترنت استفاده از یک تکرار کننده کلاس I و 2 تکرار کننده کلاس II مجاز می باشد.
Gigabit Ethernet
این تکنولوژی در سال 1998 استاندارد شد و برای بالا بردن میزان انتقال داده بین server , client و همچنین اتصال Switch های Fast Ethernet به یکدیگر مناسب است. سرعت آن 1Gb/s است و دارای استاندارد IEEE 802.3U می باشد و از عملکرد full duplex و half duplex پشتیبانی می کند. در حالت half duplex از پروتکل CSMA/CD استفاده می کند. Media آن فیبرنوری و سیم مسی می باشد . از (Quality Of Service) QOS پشتیبانی می کند که امکان مبادله صوت, تصویر و داده روی گیگا بیت اترنت را فراهم می آورد. اجزای شبکه گیگابیت اترنت عبارتند از:
لایة اتصال فیزیکی : برای انواع رسانه های انتقال به شرح زیر است :
پهنای باند مدال : تعیین کننده پهنای باند یک کابل فیبرنوری است و با MHZ*km نمایش داده می شود. هرچه سرعت داده ها افزایش می یابد طول کابل کاهش پیدا می کند. کابل فیبرنوری تک حالته : برای مخابره اطلاعات در مسافتهای طولانی با نور لیزری و طول موج 1300nm استفاده می شود. 1000 Base LX با استفاده از این کابل می تواند داده ها را حداکثر تا m5000 ارسال کنند. کابل فیبرنوری چند حالته : 1000 Base SX با استفاده از این کابل داده ها را حداکثر تا مسافت 220-250m و 1000 Base LX با استفاده از MMF داده ها را حداکثر تا مسافت 500m ارسال می کند. سیم مســی : 1000 BaseTاز چهار جفت سیم به هم تابیده (UTP) با حداکثر طول 100m استفاده می کند. 1000 Base CX از زوج سیم STP برای مسافت کمتر 25m استفاده می کند.به منظور برآوردن سرعت 1000 Mb/s فرکانس پالسها در کابل مسی 250MHz است.
زیر لایه MAC :
Half Duplex mode از پرتوکل CSMA/CD استفاده می کند که فاصله بین 2 station را محدود می کند. از ارسال اطلاعات به صورت full duplex و half-duplex پشتیبانی می کند. این زیرلایه در حالت Half-duplex از پروتکل CSMA/CD و در حالت full duplex از پروتکل IEEE 802.3X که پروتکل ارتباطی نقطه به نقطه می باشد استفاده می کند. حداقل اندازه فریم در گیگابیت اترنت512 بایت است . در گیگا بیت اترنت باید نسبت حداکثر طول کابل برای تشخیص Collision باید به 20m برسد که بجای آن Slot Size از 64 بایت به 512 بایت افزایش پیدا می کند و بــرای سازگاری با حداقل انــدازه فریم در اترنت بیتهای افــزوده شــده, به نام carrier extension ,در ناحیه داده قرار نمی گیرند. ولی اگر طول داده کمتر از این مقدار باشد بوسیله carrier extensionآن را به 512 بایت می رسانند و این نشانه ها قبل از اینکه FCS محاسبه شود از فریم پاک می شوند.روش carrier extension پهنای باند را هدر می دهد به این صورت که ممکن اسـت بیتهای اضافه زیــادی همراه Data Packet کوچک فرستاده شـود که در نتیجــه data throughput تنها کمی زیادتر از Fast Ethernet باشد.به همین علت از روش دیگری به نام Packet Bursting استفاده می شود. در این روش چنانچه یک station بخواهد فریم های زیادی با طول کمتر از 512 بایت ارسال کند اولین فریم براساس روش carrier extension پر می شود. فریم های بعدی می توانند بوسیله IPG(Inter Packet Gap) پر شوند و این روش به 8K Byte داده محدودمی شود. carrier extension و Packet Bursting تنها در حالت half duplex کاربرد دارند. Full Duplex از پرتوکل IEEE 802.3X استفاده می کند و عضو مهمی درگسترش اترنت به سرعتهای گیگابیتی است، در این حالت گسترش شبکه بوسیله CSMA/CD که در معرض Collision قرار دارد محدود نمی شود. ( با گسترش شبکه استفاده کننده از CSMA/CD , Collision افزایش پیدا می کند). در این روش دریافت و ارسال داده به طور همزمان است. کاربرد Full duplex در اتصال سوییچ به سوییچ ، سرور و روتر و اتصالاتی برای فواصل طولانی می باشد. در این روش بین 2 نود باید یک اتصال مجزا وجود داشته باشد و 2 کنترل کننده MAC نیز در دو طرف وجود دارد.، زمانی می توان از full-duplex استفاده کرد که شبکه به گونه ای باشد که در آن Collision وجود نداشته باشد.
Buffer distributor یک full-duplex hub چند پورتی است و وظیفه آن اتصال چند لینک گیگا بیت اترنت به یکدیگر است. به این ترتیب که ابتدا فریم گیگابیت اترنت را درخود ذخیره کرده و سپس آن را به همه پورتها غیر از پورت ورودی انتقال دهد. این وسیله قادر است بیش از یک frame در بافر خود ذخیزه کند. در این وسیله از پروتکل CSMA/CD استفاده می شود و چون در آن collision رخ نمی دهد این پروتکل هیچگونه محدودیتی در فاصله یا تعداد بیتهای فریم اعمال نمی کند. هزینه Buffer distributor از switch کمتر می باشد.
Flow Control with Full Duplex Ethernet
پورت full-duplex دارای بافر ذخیره سازی در مسیر ورودی و خروجی می باشد وهنگامیکه ایستگاه فرستنده داده ای بیشتر از آنچه ایستگاه گیرنده بتواند پردازش کند می فرستد، مورد استفاده قرار می گیرد. برای جلوگیری از دور ریخته شدن Packet های بعدی در اثر سرریز شدن بافر ، Flow Control برای Ethernet به عنوان جزئی از IEEE 802.3X تعریف شد. اثر Packet های گم شده به وسیله پرتوکلهای لایه های بالاتر تحت پوشش قرار میگیرد مانند TCP ، SPX ، NFS و.... که با (Positive Acknowledgment and Retransmission) PAR کار می کنند. در اینجا وقتی Data در یک جهت ارسال شد یک سیگنال ACK از طرف مقابل ( گیرنده) مبنی بر دریافت صحیح Packet دریافت می شود ولی اگر سیگنال ACK دریافت نشد پس از مدت زمان مشخصی فرستنده دوباره Packet را ارسال می کند. چنانچه گیرنده در وضعیتی نباشد که packet را پردازش کند یک سیگنال PAUSE Packets به طرف فرستنده ارسال می شود که باعث می شود فرستنده Packet دیگری نفرستند. این مکانیزم Stop-Start , بافر را از سرریز شدن باز می دارد. برای Flow Control 2 حالت Symmetrical و Asymmetrical وجود دارد. Symmetrical Flow Control بین switchها می باشد که باید یکدیگر را کنترل کنند. Asymmetrical Flow Control بین Station و پورت تکرار کننده Full-Duplex می باشد. هماهنگی در Flow Control بوسیله auto negotiation حاصل می شود.
Autonegotiationبطور خودکار ویژگیهای اتصال از قبیل سرعت اتصال ، مشخصاتFlow Control و ارسال به صورت امکان ایجاد full-duplex یا half -duplex به پورتهای switch بستگی دارد.
Management properties از استاندارد IETF استفاده می شود که در مورد ساختار اطلاعاتی مدیریت همانند MIBS SNMP اطلاعاتی در سطح Device های اترنت جمع آوری می کند و همچنین بوسیله MIBS مربوطه اطلاعات آماری مهمی راجع به تعداد Collision ها و تعداد Packet های دریافت و ارسال شده و میزان خطا و ... جمع آوری می کند. اطلاعات بیشتر می توانند توسط RMON جمع آوری شده و در Network Management Systems نمایش داده شوند.
در محیطهایی که مثل دانشگاهها و یا ساختمانهائی که نیاز به سرعت بالا برای مبادله داده ها دارند بکار می رود و کاربردهای آن عبارتند از : اتصال سوئیچ به سوئیچ و سوئیچ به سرور و تکرار کننده به سوئیچ و ارتقاء Backbone از 100Mb/s به 1000Mb/S .
Lan Switching
برای LAN Switching سه حالت وجود دارد : 1 ) چنانچه آدرس مقصد broad cast یاmulticast باشد, Switch آن را به همه پورتها به جز پورت دریافت کننده عبور می دهد. 2) اگر آدرس مقصد unicast بوده و در address tableموجود نباشد, Switch آن را به همه پورتها ارسال می کند که در اینحالت Flooding رخ داده است. 3 ) چنانچه آدرس مقصد unicast و در address table موجود باشد, Switch آن را به پورت مربوطه انتقال می دهد. این در حالتی است که port مربوطه همان پورت دریافت کننده frame نباشد. چنانچه پورت مربوط به مقصد با پورت مربوط به مبداء یکی باشند آنگاه دریافت کننده و ارسال کننده در یک segment بوده و frame مربوطه از switch عبور داده نمی شوند. Switch ها همچنین سگمنت های اترنت مجزا بوجود می آورند که باعث بوجود آمدن collision domain شده که collision های سگمنتهای مختلف را از هم جدا کرده و از collision کل شبکه می کاهد . Switch ها به علت داشتن collision domain های مختلف می تواند frame های متعدد را بطور همزمان عبور داده و از Full duplex پشتیبانی کنند.
شکل16
Address Resolution Protocol : ARP
چنانچه نودی در یک سگمنت بخواهد با نودی در سگمنت دیگری ارتباط برقرار کند در ابتدا MAC Add. مقصد را نمی داند ولی IP Add. (آدرس منطقی) وdomain name آن را می داند یک فریم ARP request حاوی آدرس منطقی مقصد broadcast می کند و Switch آن را از همه پورتها عبور می دهد و نود دارنده آن آدرس منطقی یکreply frame می فرستد که حاوی MAC Add. آن نود بوده و به این طریق نود درخواست کننده برقراری ارتباط, MAC Add. طرف مقابل را بدست می آورد.
شکل17
Virtual LANS VLAN از طریق ترکیب بندی switch انجام می گیرد که این ترکیب بندی می تواند در سروری بنامVMPS (VLAN Membership policy server ) باشد. به عنوان مثال چنانچه در طرحی نیاز به بوجود آوردن سه Broadcast Domain (Broadcast Domain ناحیه ایست که تنها در سطح آن ناحیه Broadcasting انجام می گیرد) باشد, برای اجرای آن در حالت کلی به 3 switch نیاز است که تمام پورتهای هر switch عضو یک Broadcast Domain می باشند و بین این 3 switch یک router استفاده میشود تا packet ها بتوانند بین Broadcast Domain ها حرکت کنند. در عوض می توان با استفاده از VLAN یک switch را طوری ترکیب بندی کرد که هر تعداد پورت را در یک Broadcast Domain قرار داد. در هر دو حالت Broadcast Domain ها در گروههای لایه سوم مختلفی هستند ( subnet IP آنها متفاوت است.) هر VLAN ، Add. table جداگانه ای دارد که عملیات learning و forwarding مربوط به frame هرVLAN تنها در جدول مربوط به همان VLAN می باشد. مثلآ وقتی دو switch با هم stack می شوند در حالت کلی دو VLAN وجود دارد . وقتی frame می خواهد از 1 switch به 2 switch برود معمولآ عملیات زیر را انجام می گیرد : قبل از اینکه 1 switch به 2 switch فریم را ارسال کند به آن یک header , که شماره VLAN مربوطه را مشخص می کند, اضافه می کند که 2 switch تنها در جدول مربوط به آن VLAN آدرس مقصد را جستجو می کند و به این عملTagging VLAN می گویند. استاندارد IEEE 802.1q در مورد پرتوکل VLAN است . این استاندارد فریم ISL که مربوط به Tagging VLANمی باشد و بین switch ها رد و بدل می شود را تعریف می کند. ISL شامل 26 بایت هدر و Ethernet frame Encapsulated و 4 بایت CRC برای خطا یابی می باشد.
مزایای VLAN :
6- تکنولوژیهای Ethernet :
1-6Ethernet : استاندارد IEEE 802 مربوط به شبکههای محلی CSMA/CD است. هدف آن را یکبار مرور میکنیم. وقتی ایستگاهی مایل به انتقال باشد، به کابل گوش میکند. اگر کابل اشغال باشد، ایستگاه منتظر میماند تا آزاد شود، وگر نه فوراً عمل انتقال را انجام میدهد. اگر دو یا چند کابل بیکار، همزمان شروع به انتقال کنند با هم برخورد خواهند کرد. تمام ایستگاههای برخورد کننده، به انتقال خاتمه میدهند، مدتی منتظر میمانند، و کل فرآیند را مجدداً تکرار میکنند. استاندارد IEEE 802/3 داستان جالبی دارد. شروع واقعی آن با سیستم الوها بود که برای ارتباط رادیویی بین ماشینهایی که در جزیرة هاوایی متفرق بودند ساخته شد. بعداً امکان تشخیص وضعیت حامل اضافه شد و زیراکس PIRC سیستم CSMA/CD، Mbps 94/2 را ساخت تا بالغ بر 100 ایستگاه کاری شخصی را روی کابل 1 کیلومتری بههم متصل کند. این سیستم به خاطر اتر درخشان که تصور میشد تابش الکترومغناطیس از طریق آن انتشار مییابد، اترنت نامیده شد. تفاوت استاندارد 802/3 و مشخصة اترنت آن است که کل خانوادة سیستمهای CSMA/CD را که با سرعتی از 1 تا Mbps 10 روی رسانههای مختلف کار میکنند، توصیف میکند. فیلد سرآیند در آنها نیز با هم متفاوت است. استاندارد اولیه، پارامترهای دیگری سیستم باند پایة 10 Mbps را که از کابل هممحور 50 اهمی استفاده میکند، مشخص مینماید. پارامترهای دیگری نیز برای رسانهها و سرعتهای دیگر در نظر گرفته شده است. بسیاری از مردم از نام اترنت برای همة قراردادهای CSMA/CD استفاده میکنند. ولی منظور از اترنت محصول خاصی است که 802.3 را پیاده سازی میکند، مگر اینکه محصول اترنت مدنظر باشد.
کابل کشی 3/802 چون نام اترنت به کابل اشاره دارد (اتر)، بحث خود را از آنجا شروع میکنیم. پنج نوع کابل کشی بهطور متداول مورد استفاده قرار میگیرد(شکل 1-6). از نظر تاریخی ابتدا کابل کشی 10Base5 که اترنت ضخیم نامیده میشود مورد استفاده قرار گرفت. اترنت ضخیم دارای علامتی است که مشخص میکند انشعابها در کجا قرار دارد. اتصالهای آن به کمک انشعاب ومپایر (Vampire tap) انجام میشود، که در آن سوزنی به دقت و با فشار زیاد، تا نیمه، در هسته کابل فرو میرود. معنای 10Base5 این است که در 10 Mbps عمل میکند، از سیگنالدهی باند پایه استفاده میکند، و بخشهایی تا 500 متر را پشتیبانی میکند. از نظر تاریخی کابل نوع دوم، 10Base2 یا اترنت باریک بود، که بر خلاف اترنت ضخیم، انعطاف پذیر است. اتصالهای آن، به جای انشعاب ومپایر، با استفاده از رابطهای BNC صنعتی انجام میشود. استفاده از آنها سادهتر بوده و قابلیت اعتماد آنها بیشتر است. اترنت نازک ارزانتر بوده و نصب آن سهلتر است، اما فقط برای فاصلة 200 متری مناسب بوده و در هر قسمت از کابل فقط 30 ماشین را میتواند کنترل کند.
شکل 1-6 متداولترین انواع باند پایه شبکههای LAN
تشخیص قطع شدگی کابل، اتصالهای بد یا اتصال دهندههای ضعیف، در همة انواع رسانهها مشکل عمدهای به شمار میآید. به همین دلیل، تکنیکهایی برای تشخیص آنها توسعه یافتند. پالسی با شکل معین به درون کابل تزریق میگردد. اگر پالس به مانع برخورد کند یا به انتهای کابل برسد، پژواکی ایجاد شده و برگشت داده میشود. با زمانبندی دقیق فاصلة زمانی بین ارسال پالس و دریافت پژواک، تعیین منشأ پژواک میسر میگردد. این تفکیک امکان سنجی دامنة زمانی نامیده میشود. مشکلات مربوط به یافتن نقطة قطع کابل، سیستمها را به سمت الگوی سیمکشی دیگری سوق میدهد که در آن، تمام ایستگاهها با کابلی به هاب مرکزی وصل شوند. معمولاً این سیمها، جفت تایده شرکت تلفن هستند و اغلب ساختمانهای اداری به این روش سیمکشی شدهاند. و معمولاً کابلهای یدکی زیادی وجود دارد. این الگو، 10BASE-T نام دارد. این سه الگوی سیـمکشی در شکــل 2-6 نشـان داده شده است. بـرای 10BASE5 یک فرستنده-گیرنده (transceiver) بر روی کابل بسته شده است، بهطوریکه سر وسط آن با هسته داخلی تماس دارد. فرستنده-گیرنده، حاوی مدارهایی است که تشخیص وضعیت حامل و برخورد را به عهده دارد. وقتی برخوردی تشخیص داده میشود، فرستنده-گیرندههای دیگر نیز از رخ دادن برخورد با خبر شدهاند. در 10Base5، کابل فرستنده-گیرنده را به برد رابط در کامپیوتر وصل میکند. طول کابل فرستنده-گیرنده میتواند تا 50 متر باشد و حاوی پنج کابل جفت تابیده است که تک تک دارای حفاظاند. دو تا از این جفتهای تابیده به ترتیب برای ورود و خروج دادهها هستند. دو جفت دیگر برای سیگنالهای کنترلی وروردی و خروجی اند. جفت پنجم که همیشه مورد استفاده قرار نمیگیرد، امکان راهاندازی مدارهای فرستنده-گیرنده را به کامپیوتر میدهد. به بعضی از فرستنده-گیرندهها میتوان تا هشت کامپیوتر نزدیک بههم را متصل کرد و تعداد فرستنده-گیرندههای مورد نیاز را کاهش داد. کابل فرستنده-گیرنده به برد رابط درون کامپیوتر، منتهی میشود. برد رابط حاوی تراشة کنترلی است که فریمها را به فرستنده-گیرنده، ارسال و دریافت میکند. این کنترلگر، مسئول منتاژ دادهها در قالب قابی مناسب و محاسبهجمعهای کنترلی در فریمهای خروجی و بازبینی آنها در قاب های ورودی است. بعضی از تراشههای کنترلگر، تعدادی از بافرها را برای فریمهای ورودی، صفی از بافرهایی که باید منتقل شوند، انتقالهای DMA با کامپیوترهای میزبان، و جنبههای دیگر مدیریت شبکه را، مدیریت میکنند.
با 10Base2، اتصال به کابل، همان رابط سهراهی BNC غیر فعال است. قطعات الکترونیک فرستنده-گیرنده بر روی برد کنترلگر قرار دارد و هر ایستگاه همیشه دارای فرستنده-گیرنده مخصوص به خود است. با 10BaseT، کابلی وجود ندارد، بلکه فقط هاب (جعبهای پر از قطعات الکتریکی) وجود دارد. حذف یا اضافة ایستگاه در این پیکر بندی سادهتر است، قطع شدگی کابل به راحتی قابل تشخیص است. عیب 10Base-T این است که حداکثر طول کابل متصل به هاب، فقط 100 متر است. چون نگهداری 10Base-T ساده است، بیشتر رشد میکند. کابل کشی نوع چهارم، 10Base-F است، که از فیبر نوری استفاده میکند. این نوع کابل به خاطر هزینة رابطها و خاتمه دهندهها (terminators) گران تمام میشود، اما امنیت آن در مقابل اختلال بالا است و در حالت ارتباط بین ساختمانها یا هابها بسیار گسترده، از آن استفاده میشود.
2-6 استاندارد IEEE 802/4: گذرگاه نشانه گرچه 3/802 بهطور گسترده در ادارات به کار گرفته میشود، طی توسعة استاندارد 3/802 افرادی از جنرال موتورز و شرکتهای دیگر که به خودکار سازی کارخانه علاقهمند بودند، در بارة آن، احتیاط میکردند. ایستگاه بد شانس باید برای ارسال قابی مدتها انتظار بکشد. دلیل دیگر آن است که، چون فریمهای 3/802 اولویتی ندارند، برای سیستمهای بلادرنگ مناسب نیست، زیرا در سیستمهای بلادرنگ، فریمهای مهم نباید بهخاطر فریمهای بیاهمیت، منتظر بمانند. سیستم سادهای که بدترین حالت آن مشخص شدهاست، حلقهای است که در آن، ایستگاهها برای ارسال فریمها، نوبت میگیرند. اگر n ایستگاه وجود داشته باشد و ارسال هر فریم T ثانیه طول بکشد، هیچ فریمی نباید بیش از nT ثانیه منتظر بماند. پرسنل خودکارسازی کارخانهها در کمیته 802 ایدة ذهنی حلقه را میپسندیدند ولی علاقهای به پیاده سازی فیزیکی نداشتند، زیرا قطع شدن کابل حلقه، کل شبکه را از کار میانداخت. علاوه بر این آنها توجه داشتند که حلقه با توپولوژی خطی اغلب خطوط مونتاژ، تناسبی نداشته است. در نتیجه، استاندارد جدیدی توسعه یافت که دارای توانایی کابل پخشی 3/802 بود و رفتار بدترین حالت آن، یک حلقه بود. این استاندارد، یعنی 4/802، شبکهای محلی به نام گذرگاه نشانه (token bus) را توصیف میکند. از نظر فیزیکی، گذرگاه نشانه، کابل خطی یا درختی است که ایستگاهها در آن قرار دارند. از نظر منطقی، ایستگاهها در یک حلقه سازماندهی شدهاند(شکل 3-6). به طوری که، هر ایستگاه آدرس ایستگاه 'چپ' و 'راست' خودش را میداند. وقتی حلقة منطقی ارزشدهی شد، ایستگاهی با شمارة بالاتر، اولین فریم را ارسال میکند و سپس با فرستادن فریم کنترلی خاصی به نام نشانه، به همسایة بلافصل خود اجازة ارسال میدهد. نشانه، در حول حلقة منطقی انتشار مییابد، بهطوریکه، دارندة نشانه میتواند فریم را ارسال کند. چون در هر زمان، فقط یک ایستگاه، نشانه را در اختیار دارد، برخوردی رخ نمیدهد.
نکتهای که باید درک شود، این است که ترتیب فیزیکی اتصال ایستگاهها به کابل، مهم نیست. چون کابل ذاتاً رسانهای پخشی است، هر فریمی را دریافت میکند و آن فریمی که به آدرس او نیست، نادیده میانگارد. وقتی ایستگاهی نشانه را عبور میدهد، فریم نشانهای را که بهطور اختصاصی برای همسایة منطقیاش در حلقه آدرسدهی کردهاست، میفرستد، محل فیزیکی ایستگاه درر کابل اهمیتی ندارد. همچنین توجه به این نکته مهم است که وقتی ایستگاهها به کار میافتند، در وحلة نخست در حلقه قرار نمیگیرند(مانند ایستگاههای 14و19 در شکل 3-6). برای لایه فیزیکی، گذرگاه نشانه، از کابل هم محور 175 اهمی که در تلوزیون کابلی بکار میرود استفاده میکند. هر دو سیم تک کابلی و دو کابلی مجاز است، با سرپوش و بدون سرپوش.
3-6 استاندارد IEEE 802/5: حلقه نشانه شبکههای حلقوی سالها مورد استفاده قرار گرفته، و مدتها در هر دو نوع شبکه LAN و WAN بهکار رفته است. از بین تمام ویژگیهای جذاب آنها، میتوان به این واقعیت اشاره کرد که حلقه در واقع یک رسانة پخشی نیست، بلکه مجموعهای از اتصالات نقطه به نقطه است که دایرهای را تشکیل میدهد. اتصالهای نقطه به نقطه شامل تکنولوژی مشخصی است که میتوان آن را روی کابل جفت بههم تابیده، کابل هممحور، یا فیبر نوری اجرا کرد. مهندسی حلقه نیز تقریباً به طور کامل دیجیتال است، حال آنکه بهعنوان مثال، 3/802 دارای بخش آنالوگ عمدهای برای تشخیص برخوردهاست. حلقه، مناسب بوده و حد بالای دستیابی به کانال مشخص و شناخته شده است. به همین دلیل، IBM از حلقه بهعنوان شبکه LAN استفاده کرد و IEEE استاندارد حلقه نشانه را ضمیمة 5/802 کرد. همانطور که ذکر شد، حلقه مجموعهای از رابطهای حلقه است که توسط خطوط نقطه به نقطه بههم متصل شده است. هر بیتی که به رابط میرسد، در بافر 1 بیتی کپی میشود و سپس دوباره روی حلقه میرود. در این بافر بیت بررسی میشود و قبل از نوشته شدن روی حلقه اصلاح میگردد. این مرحلة کپی برداری باعث تأخیر 1 بیتی در هر رابط میشود. حلقه و رابطهای آن در شکل 4-6 آمده است.
در حلقة نشانه، الگوی بیتی خاصی به نام نشانه وجود دارد که هروقت ایستگاهها بیکار باشند در حلقه گردش میکند. وقتی ایستگاهی مایل به انتقال فریم باشد، لازم است این نشانه را تصاحب کرده و قبل از انتقال فریم آن را از حلقه خارج کند. این عمل با معکوس کردن بیت منفردی در نشانة 3 بایتی انجام میشود، که فوراً آن را به 3 بایت اول فریم دادهای نرمال تبدیل میکند. از آنجا که فقط یک نشانه وجود دارد، در هر لحظه فقط یک ایستگاه میتواند فریمی را انتقال دهد، بنابراین، مشکل دستیابی به کانال، همانند روش گذرگاه نشانه است. یکی از مفاهیم طراحی حلقه نشانه این است که خود حلقه باید دارای تأخیر کافی باشد، تا وقتی که تمام ایستگاهها بیکارند، نشانه بتواند گردش کاملی در حلقه انجام دهد. تأخیر دارای دو بخش است: تأخیر 1 بیتی که از هر ایستگاهی ناشی میشود، و تأخیر انتشار سیگنال. تقریباً در همة حلقهها، طراحان باید فرض کنند که ایستگاهها ممکن است در زمانهای مختلفی (به ویژه شبها) خاموش شوند. اگر رابطها از طرف حلقة روشن شوند، از کار افتادن ایستگاه اثری بر رابط ندارد، و اگر روشن شدن رابطها از طرف حلقه نباشد، باید طوری طراحی شود که در صورت قطع برق، ورودی را به خروجی متصل کند و در نتیجه، تأخیر یک بیتی را از بین ببرد. نکته این است که امکان دارد، روی حلقه کوتاه، تأخیری مصنوعی به حلقه وارد شود تا تضمین گردد که میتوان نشانه را درون حلقه فرستاد. رابطهای حلقهای دو حالت عملاتی دارند، شنیداری و انتقالی. در حالت شنیداری، بیتهای ورودی به سادگی روی خروجی خروجی نسخهبرداری میشود و تأخیر 1 بیتی ایجاد میگردد(شکل (b) 4-6). در حالت انتقال، که فقط پس از تصاحب نشانه قابل حصول است، رابط رقابت بین ورودی و خروجی را از بین میبرد و دادههای خود را وارد حلقه میکند. رابط برای آنکه قادر باشد در 1 بیت زمانی از حالت شنیداری به حالت انتقال برود، معمولاً باید یک یا چند فریم را خودش ذخیره کند، نه اینکه آنها را در چنین اعلان کوتاهی، از ایستگاه واکشی (fetch) نماید. بیتهایی که حول حلقه انتشار یافتهاست، به محض بازگشت، فرستنده آنها را از حلقه حذف میکند. ایستگاه فرستنده میتواند آنها را ذخیره کند تا با دادههای اولیه مقایسه نماید و میزان قابلیت اعتماد حلقه را به دست آورد، یا آنکه آنها را از بین ببرد. این معماری حلقه، محدودیتی در اندازة حلقه ایجاد نمیکند. زیرا کل فریم هرگز در یک لحظه روی حلقه ظاهر نمیشود. ایستگاه، پس از انتقال آخرین بیت از آخرین فریم، باید نشانه را تولید کند. وقتی آخرین بیت فریم حول حلقه چرخید و بازگشت، باید حذف شود و رابط به حالت شنیداری برود و از حذف نشانه جلوگیری کند. اعلام وصول قابها کار پیچیدهای نیست. قالب فریم باید فیلد 1 بیتی برای اعلام وصول داشته باشد، که در ابتدا صفر است. وقتی ایستگاه مقصد فریمی را دریافت کرد، این بیت را معکوس میکند. البته، اگر اعلام وصول بدان معنا باشد که جمع کنترلی، رسیدگی و تأیید شده است، این بیت باید جمع کنترلی را دنبال کند و رابط حلقهای باید بتواند به محض ورود آخرین بیت، جمع کنترلی را رسیدگی کند. وقتی فریمی به چند ایستگاه پخش میشود، باید از مکانیزم اعلام وصول پیچیدهتری استفاده کرد. هنگامی که ترافیک سبک باشد، نشانه، بیشتر وقت خود را به بطالت دور حلقه میگذراند. گاهی ایستگاهی آن را در اختیار میگیرد، فریمی را انتقال میدهد و سپس نشانه جدید را در خروجی قرار میدهد. اگر ترافیک سنگین باشد، به طوریکه در هر ایستگاه صفی وجود داشته باشد، به محض آنکه ایستگاهی انتقال خود را به پایان برساند و نشانه را دوباره تولید کند، ایستگاه بعدی این نشانه را میبیند و تصاحب میکند. در این روش اجازه انتقال، به طریق نوبتی، حول حلقه میچرخد. تحت شرایط بار سنگین، کارآیی به صد در صد نزدیک میشود. یکی از انتقاداتی که به شبکههای حلقهای وارد است این است که اگر کابل در جایی قطع شود، حلقه از بین میرود. این مشکل را میتوان با استفاده از جعبه تقسیم (شکل 5-6) حل کرد. با اینکه حلقه از نظر فیزیکی، هر ایستگاه با کابلی که حاوی (حداقل) دو کابل جفت تابیده است ( یکی برای رساندن دادهها به ایستگاه و دیگری برای ارسال دادهها از ایستگاه)، به جعبه تقسیم متصل میشود.
در داخل جعبه تقسیم رلههای میانبر وجود دارد که با جریان ایستگاه تغذیه میشوند. اگر حلقه قطع شود یا ایستگاه از کار افتد، از دست رفتن جریان محرکه رله را آزاد میکند و ایستگاه را کنار میزند. رلهها با نرمافزار نیز میتوان کنترل کرد تا برنامههای عیبیاب قادر باشند هر بار ایستگاهی را حذف کنند و بتوانند ایستگاه معیوب و قسمتهای معیوب حلقه را بیابند. حلقه میتواند با حذف بخش معیوب، به کار خود ادامه دهد. گرچه استاندارد 5/802 رسماً به این نوع حلقه، که حلقةستارهای نام دارد، نیازی ندارد، انتظار میرود اغلب شبکههای محلی 5/802 برای بالا بردن قابلیت اعتماد و قابلیت نگهداری خود، از جعبه تقسیماستفاده کنند. اگر شبکهای مستقل از مجموعهای از ایستگاههای دور از هم باشد، میتوان از توپولوژی چند جعبه تقسیم استفاده کرد. تصور کنید کابلی که در شکل 5-6 به یکی از ایستگاهها میرود با کابلی که به یک جعبه تقسیم راه دور میرود تعویض شود. گرچه از نظر منطقی همة ایستگاهها روی یک حلقه قرار دارند، نیازی به سیمکشی، تا حد زیادی کاهش مییابد. توپولوژی حلقة 5/802 که از جعبه تقسیم استفاده میکند، مشابه 10Base-T شبکه مبتنی بر HUB 3/802 است، اما فریمها متفاوت است.
4-6 Fast Ethernet تصور میشد که FDDI نسل بعدی شبکههای محلی باشد، اما نتوانست بازار اصلی را در اختیار بگیرد. مدیریت ایستگاه نیز بسیار پیچیده بود و منجر به تراشة پیچیده و گران شد. هزینة اصلی تراشههای FDDI موجب شد تا کارخانههای ایستگاه کاری تمایل به استاندارد سازی FDDI نداشته باشند و FDDI هرگز بازار را در دست نگرفت. اما شکست FDDI جایی برای شبکههای محلی با سرعت بیش از 10Mbps ایجاد کرد. بسیارس از این دستگاهها به پهنای باند بیشتر و در نتیجه به تعداد زیادی از شبکههای محلی نیاز داشتند که توسط تکرارگرها، پلها، مسیریابها، ودروازههای متعددی بههم وصل شده بودند. در چنین محیطی بود که در سال 1992، IEEE، کمیته 3/802 را وادار به جلسهای کرد که دستور کار آن ایجاد شبکه محلی سریعتری بود. یک پیشنهاد، نگهداری 3/802 و افزایش سرعت آن بود. پیشنهاد دیگر، تغییر کلی آن بود تا امکانات دیگری مانند ترافیک بلادرنگ و صوت دیجیتالی به آن اضافه شود ولی اسم آن تغییر نکند( به دلیل تجاری). پس از بحثهای زیاد، کمیتهتصمیم گرفت که 3/802 را به همان شکل نگهدارد و فقط سرعت آن را زیاد نماید. کمیته 3/802 به سه دلیل تصمیم گرفت که 3/802 را ترمیم کند:
این کار سریعاً انجام شد(با ضوابط کمیته استانداردها)، و حاصل کار، u3/802 بود که IEEE آن را در 1995 تأیید کرد. از نظر تکنیکی، u 3/802 استاندارد جدیدی نبود، بلکه ضمیمة استاندارد 3/802 بود. چون اغلب آن را به نام اترنت سریع میشناسند، ما هم از آن تبعیت میکنیم. ایدة اصلی اترنت سریع، ساده بود: حفظ تمام قالبهای بستههای قدیمی، رابطها، و قواعد دستوری، اما کاهش زمان بیتی از 100 نانو ثانیه به 10 نانو ثانیه. از نظر تکنیکی، با کاهش طول کابل با ضریب 10 میتوان 10Base-T یا 10Base-2 را کپی کرد و حتی برخوردها را به موقع تشخیص داد. به هر حال، امتیازات سیمکشی 10Base-T زیاد است و اترنت سریع کاملاً بر مبنای آن طراحی شدهاست. لذا تمام سیستمهای اترنت سریع از هابها استفاده میکنند، از کابلهای چند انشعابی با انشعاب ومپایر یا رابطهای BNC نمیتوان استفاده کرد. با این وجود، انتخابهای دیگری نیز میبایست صورت میگرفت. مهمترین آنها، انواع سیمس بودند که باید پشتیبانی میشدند. یک رقیب، جفت تابیده رده 3 بود. بحث راجع به آن، این بود که هر اداره در دنیای غرب حداقل دارای چهار ردة 3 یا بهتر بگویم، جفتها تابیدهای بود که فاصلة آن تا به محل سیمکشی تلفن در محدودة 100 متری بود. گاهی دو تا از این کابلها وجود دارد. بنابراین با استفاده از جفت تابیدة ردة 3 میتوان کامپیوترهای رومیزی را به کمک اترنت سریع اتصال داد بدون سیمکشی مجدد ساختمان، این کار امتیاز بزرگی برای بسیاری از سازمانها محسوب میشود. عیب عمدة جفت تابیده رده 3 این است که توانایی حمل سیگنالهای 200 مگا بادی(100Mbps با رمزگذاری منچستر) را در فواصل 100 متری ندارد ( این فاصله بیشترین فاصله کامپیوتر به هاب است که برای 10Base-T معین شدهاست). بالعکس، سیمکشی جفت تابیده ردة 5 در فواصل 100 متری به آسانی عمل میکند، و فیبر در فواصل بیشتری قابل استفاده است. توافقی که حاصل شد این بود که هر سه حالت امکانپذیر باشد (شکل 6-6)، اما لازم است راه حل ردة 3 تقویت شود تا ظرفیت حمل آن بیشتر گردد.
الگوی UTP ردة 3، 100Base-T4 نام دارد، از سیگنالدهی با سرعت 25 مگاهرتز استفاده میکند، یعنی 25 درصد سریعتر از استاندارد 20 مگا هرتز 3/802. این الگو برای هر 10 میلیون بیت در هر ثانیه به دو دورة ساعت نیاز دارد. برای تهیة پهنای باند لازم، 100Base-T4 به چهار کابل جفت تابیده نیاز دارد. چون سیم کشی تلفن از آن استفاده میکنند. البته معنایش ول کردن دفاتر تلفن است، اما یقیناً باید برای پست الکترونیکی سریعتر بهای کوچکتری پرداخت گردد. از چهار جفت تابیده، یکی از آنها همواره به هاب وصل است، یکی از آنها از هاب خارج میشود، و دو تای دیگر در جهت انتقال فعلی قابل جابجاییاند. در مجموع، سیگنالهای سهگانه ارسال میشود، به طوریکه در اثنای یک دورة ساعت، سیستم میتواند حاوی 0، 1 یا 2 باشد. با سه کابل جفت تابیدة مستقیم و سیگنالدهی سهگانه، هر یک از 27 نماد ممکن را میتوان انتقال داد، که موجب انتقال 4بیت با اندکی redundancy میشود. برای انتقال 4 بیت در هر یک از 25 میلیون سیکل ساعت در هر ثانیه، سرعت باید 100 Mbps باشد. به علاوه، همواره کانال معکوس Mbps3/33 وجود دارد که از جفت تابیده باقیمانده استفاده میکند. این الگو که 8B6T (نقش 8 بیت بر 6 دور) نام دارد، تمام اهداف را برآورده نمیسازد، اما با سیمکشی موجود کار میکند. برای سیمکشی ردة 5، طراحی 100Base-TX، سادهتر است زیرا کابلها میتوانند تا 125 مگا هرتز از سرعت ساعت (یا بیش از آن را) تحمل کنند. در هر ایستگاه فقط از دو جفت تابیده استفاده میشود، یکی به هاب وارد میشود و یکی از آن خارج میگردد. به جای اینکه فقط از رمز گذاری دودویی مستقیم استفاده شود، از الگوی 4B5B با 125 مگا هرتز استفاده میگردد. هر گروهی از پنج دورة ساعت، برای ارسال 4بیت مورد استفاده قرار میگیرد تا موجب redundancy شود، گذرهای کافی را برای همزمانسازی ساعت فراهم کند، برای تفکیک فریمها از الگوی منحصر بهفردی استفاده گردد و با FDDI در لایه فیزیکی همساز باشد. در نتیجه 100Base-FX، یک سیستم دو طرفه کامل است، ایستگاهها میتوانند با 100Mbps عمل انتقال را انجام دهند و در همان زمان، 100 Mbps عمل دریافت را انجام دهد. آخرین انتخاب، 100Base-FX، از دو استاندارد فیبر چند حالتی استفاده میکند (در هر جهت یک استاندارد)، لذا دو طرفه کامل است و سرعت هر دو طرف، 100 Mbps است. فاصلة بین ایستگاه تا هاب میتواند تا 2 کیلومتر باشد. دو نوع هاب در 100Base-T4 و 100Base-TX که روی هم، بهعنوان 100Base-T شناخته میشوند، قابل استفاده است. در هاب مشترک، تمام خطوط ورودی (یا حداقل تمام خطوطی که به کارت قابل اتصال وارد میشوند) به طور منطقی به هم متصلاند و دامنة برخورد منحصربهفردی را به وجود میآورند. تمام قواعد استاندارد به کار گرفته میشوند، لذا سیستم مانند 3/802 قدیمی کار میکند. در حالت خاص در هر زمان فقط یک ایستگاه میتواند انتقال را انجام دهد. در هاب راهگزینی، هر قاب ورودی در کارت خطی قابل اتصال، ذخیره میشود. گرچه این مکانیزم، هاب و کارتها را گرانتر میکند، معنایش این است که تمام ایستگاهها بهطور همزمان میتوانند عمل انتقال (و دریافت) را انجام دهند، با این کار موجب بهبود کل پهنای باند سیستم میشوند (گاهی چند برابر میشود). فریمهای ذخیره شده، از طریق صفحة نگهدارندة سریع، از کارت منبع به کارت مقصد منتقل میشوند. صفحة نگهدارنده، استاندارد نشده است، و نیازی به استاندارد شدن نیست، زیرا کاملاً در داخل سوئیچ مخفی است. اگر تجربیات گذشته بهعنوان راهنما مورد استفاده قرار گیرد، فروشندگان سوئیچ برای تولید صفحه نگهدارندههای سریعتر، با هم رقابت میکنند تا توان عملیاتی سیـستم را افـزایش دهند. چون کابل 100Base-FX برای الگوریتم برخورد اترنت معمولی بسیار طولانی است، باید به سوئیچهای حافظهدار متصل باشد، لذا هرکدام دارای دامنة برخوردی به خودش است.
Fiber Distributed Data Interface
FDDIتوسط استاندادهای ANSI و OSI تعریف شده و یک شبکه محلی با توپولوژی Ring با سرعت 100Mb/s در 200km می باشد و امکان اتصال 500 ایستگاه یا شبکه محلی به آن وجود دارد. FDDI از دو حلقه فیبر نوری تشکیل شده و به همین علت حفاظت و امنیت آن بالا است و نویز در آن تاثیری ندارد. مبادله داده ها در حلقه ها در دو جهت مخالف است. هرگاه حلقه اولیه Primary Ring از کار بیفتد حلقه ثانویه به عنوان Back Up برای آن حلقه بکار می رود.البته در FDDI می توان از کابلهای CAT-5 UTP و STP نیز استفاده نمود که درصورت استفاده از آنها فاصله بین اتصالات باید کمتر از100متر باشد.
شکل18
: (Physical Medium Dependent) PMD
این زیر لایه کابل فیبر نوری و مسی و اجزا و کانکتورهایش را تعریف می کند.کابلهای فیبر نوری مورد استفاده در FDDI معمولا MultiMode(62.5/125 micron graded multimode fiber) و یا SingleMode(8-10 micron) می باشد. (Physical Sublayer Protocol) PHY : این لایه مدیریت Encodingو Decoding برای داده ها، تشکیل Frame و سنکرون کردن ساعت ایستگاههای LAN را بر عهده دارد. هر ایستگاه Clock مجزا دارد برخلاف توپولوژی Ring که یک ایستگاه یک Master Clock برای کلیه ایستگاهها تولید می کند. SMT: FDDI یک لایه مدیریت ایستگاه (SMT) Station Management به مدل OSI اضافه کرده است. که با زیر لایه های PMD و PHY و MAC در ارتباط است. وظیفه آن کنترل حلقه ، راه اندازی حلقه,حذف و اضافه کردن ایستگاه به حلقه و جمع آوری یک مجموعه نتایج آماری و بطور خلاصه مدیریت حلقه می باشد. ) PCM (Physical Connection Management : قسمتی از SMT می باشد که مسئولیت کنترل پورتها را بر عهده دارد. به تعداد پورتهای هر نود یک PCM در آن وجود دارد که تنها یک پورت را کنترل می کند. برای ایجاد ارتباط بین دو نود در شبکه باید PCM های پورتهای آن نودها باهم ارتباط برقرار کنند. (Media Access Control) MAC مسئولیت تعیین روش دسترسی به رسانه ، فرمت آدرس دهی فریم, تولید و مدیریت Tokenو محاسبات FCS را بر عهده دارد. حداکثر اندازه یک Frame 4500 بایت است. FDDI از Token passing که از پرتوکلهای لایه دوم می باشد, برای کنترل دسترسی به شبکه استفاده می کند., به این صورت که هرگاه ایستگاهی بخواهد اطلاعاتی ارسال کند در آن مدت Token که یک فریم سه بایتی است را نگه می دارد. زمان نگه داشتن Token SAT نامیده می شود که برای هر ایستگاه یا شبکه متغیر بوده و توسط مدیر شبکه تعیین می شود. پس از اتمام ارسال فریم,ایستگاه فرستنده Token را دوباره تولید کرده و در شبکه قرار می دهد.
شکل 19
FDDI همچنین با پروتکل های لایه های بالاتر مثل SNA,TCP/IP و Appletalk ارتباط برقرار می کند. اجزای FDDI عبارتند از کابل فیبر نوری concentrator , حلقه (Ring) ایستگاهها یا Bridge های متصل به متمرکز کننده. Concentrator : یک نود FDDI می باشد که علاوه بر پورتهای لازم برای اتصال به FDDI شامل حداقل یک پورت اضافی نوع M برای اتصال به شبکه FDDI دیگری در یک توپولوژی درختی می باشد.
انواع ایستگاه در FDDI دو نوع ایستگاه در FDDI مورد استفاده قرار می کیرند: Dual Attachment Station) DAS ( یاA Class : ایستگاه DAS به هر دو حلقه اولیه و ثانویه متصل شده و دارای دو پورت A و B که هر کدام به هر دو حلقه وصل می شوند می باشد. Single Attachment Station ) SAS ) یا Class B و ایستگاه SAS به حلقه اولیه متصل می شود.
پورتهای FDDI : پورت نوع A که برای ایستگاه DAS بکار می رود و حلقه اولیه به آن وارد و حلقه ثانویه از آن خارج می شود پورت نوع B که برای ایستگاه DAS بکار می رود و حلقه اولیه از آن خارج و حلقه ثانویه به آن وارد می شود. پورت نوع M متمرکز کننده را به ایستگاه SAS وصل می کند. پورت نوع S که ایستگاه SAS را به متمرکز کننده وصل می کند
شکل20 از دو حلقه استفاده می کند که جهت مبادله داده ها در آنها مخالف یکدیگرند. چنانچه یک حلقه از کار بیفتد حلقه دیگر مدیریت ترافیک را به عهده می گیرد و اگر دو حلقه به طور همزمان از کار بیفتد آنگاه دو حلقه می تواند به یکدیگر وصل شده و تشکیل یک حلقه واحد داده و شبکه به کار خود ادامه دهد. این عمل Wrapping نامیده می شود. اگر یک ایستگاه در سیستم حلقوی دوگانه از کار بیفتد عمل Wrapping انجام می شود و اگر دو ایستگاه از کار بیفتد Relay Optical برای جلوگیری از قطعه قطعه شدن حلقه بکار می رود و ایستگاهها را از حلقه خارج می کند. ایستگاههای DAS توسط Optical Bypass Switch به حلقه های اولیه و ثانویه متصل شده اند و از طریق آن می توان ایستگاهها را حذف یا اضافه کرد. Bypass توانایی یک نود در خارج شدن از FDDI می باشد, در حالیکه پیوستگی کابل را حفظ می کند . به دلایل بالا FDDI یک شبکه Fault Tolerant می باشد.
شکل21
شکل22 ارسال بیت در FDDI
در FDDI از پالسهای نوری برای ارسال اطلاعات استفاده می شود.FDDI تغییر بیت را توسط وضعیت نور در طرف گیرنده تعیین می کند.اگر وضعیت نور نسبت به آخرین نمونه تغییر کرده باشد ارزش یک خواهد داشت. برای مشخص شدن تغییر , گیرنده هر8 نانو ثانیه یکبار از نور نمونه برداری می کند. کاربرد FDDI شبکه های مختلف توسط switch ,برای تبدیل سرعتهای مختلف به 100Mb/s, به FDDIوصل می شوند و FDDI به عنوان Back bone LAN در محیطهای دانشگاهی و شرکتهای بزرگ که دارای چندین ساختمان بوده ودر یک مرکز متمرکزند, استفاده می شود. اغلب طراحان شبکه از Fast Ethernet به عنوان Back bone استفاده می کنند چون کارت شبکه آن ارزانتر از کارت شبکه FDDI است و از کابل UTP به عنوان رسانه انتقال استفاده می کند که از فیبر نوری ارزانتر است.
شبکه هایمحلی بدون سیم
در این شبکه ها هیچ یک از Media ها کاربردی ندارند و برای انتقال اطلاعات از امواج الکترو مغناطیسی مانند مایکرو ویو ، امواج رادیوئی ، امواج مادون قرمز و لیزری استفاده میشود.WLAN( Wireless Local Area Network) می توانند جایگزین شبکه های کابلی شوند و انعطاف و قابلیت جابجائی بیشتری به شبکه می افزایند.
مزایای WLAN
توپولوژی WLAN ساده ترین پیکر بندیPeer - to- Peer WLAN یاad- hoc می باشد. در این حالت هرPC دارای کارت شبکه بدون سیم ( Wireless NIC) می باشد و می تواند با هر PC دیگری به شرطی که در محدوده یکدیگر قرار گرفته باشند ارتباط برقرار نماید و احتیاجی به AP ندارد.
شکل23 در نوع دیگری که شامل استفاده از وسیله ای بنام AP (Access point ) است کابرهای WLAN قادرند به شبکه دسترسی پیدا کنند. AP از طریق یک پورت که روی آن قرار دارد بهswitch وصل میشود و اطلاعات را ازclient ها از طریق هوا دریافت کرده و از طریق آن پورت بهswitch ارسال می کند. AP در حقیقت به عنوان یک پل ارتباطی بین LAN و WLAN می باشد.به این مدل Infrastructure Mode می گویند.
شکل24 ناحیه ای که AP تحت پوشش قرار می دهدcell نامیده میشود. با افزایشclient ها درcell باید تعدادAP را در آنcell افزایش داد. AP در حقیقت مانندhub در یک Wired network است . یک AP بطور معمول می تواند ناحیه ای باشعاع1000 متر در خارج ساختمان و 200 متر در داخل ساختمان را تحت پوشش قرار دهد. Access point
شکل25 WLAN دارای استاندارد IEEE 802.11 می باشد که شامل استانداردهای لایه فیزیکی و زیر لایه MACمی باشد و سرعتهای 1,2Mb/s را پشتیبانی می کند. استانداردهای جدید WLAN , IEEE 802.11b با سرعتهای 5.5,11Mb/s و IEEE 802.11a با حداکثر سرعت 54Mb/s می باشند. وظیفه لایه فیزیکی دریافت و ارسال اطلاعات و مدولاسیون و کددهی ، پشتیبانی از سرعتهای مختلف برای مبادله داده ها و تشخیص حامل برای اطلاع از اشغال بودن یا نبودن کانالها می باشد. WLAN از امواج مادون قرمز یا فرکانسهای رادیویی برای انتقال اطلاعات استفاده می کند که فرکانسهای رادیویی پهنای باند بیشتری داشته,فضای وسیعتری را تحت پوشش قرار می دهد و قابل استفاده در فواصل طولانیتر می باشد. امواج مادون قرمز (IR) : رنج فرکانسی آنها بزرگتر از 300GHz است و بعلت فرکانس زیاد قابل عبور از دیوار ، سقف و سایر موانع نیستند. انواع شبکه های مادون قرمز :
در این حالت داده ها از دیوارها و سقف ها عبور کرده و بالاخره به گیرنده برخورد می کند و سرعتی بسیار آهسته دارد.
امواج رادیوئی : ( RF ) امواج رادیویی از باند فرکانسیGHz 2.4 استفاده می کند. این امواج می توانند از لابلای دیوارها و موانع عبور کرده منتشر شوند.
انواع سیگنالهای RF:
Direct Sequence در این تکنیک هر بیت داده به الگوئی از بیتها بنام چیپها تقسیم می شوند که در یک باند فرکانسی گسترده شده است. هر بیت از اطلاعات با pseudo Random code بوسیله مدارXOR یا مدار پیچیده تر ترکیب می شوند و خروجی آن chip نامیده می شوند. این chip ها ابتدا مدوله شده و سپس ارسال می شوند که این روش منجر به مدولاسیونی با سرعت بالا خواهد شد. استاندارد 802.11 توصیه میکند که هر چیپ شامل 11 بیت باشد. در حال حاضر DSSS از مدولاسیون DBPSK با سرعت 11Mb/s استفاده می کند.
Frequency hopping در این روش باند فرکانسی 2.4GHz تا 2.48GHz به 79 کانال تقسیم شده که هر یک برابر 1MHz است. فرستنده هر بخش اطلاعات خود در روی کانالهای متفاوتی ارسال می کنند که ترتیب این کانالها بر اساس الگوی مشخصی است که هنگام نصب شبکه انتخاب می شود. این روش بعلت استفاده از کانالهای مختلف برای ارسال اطلاعات نسبت به نویز از مصونیت بالائی برخوردار است ولی سرعت آن پایینتر از روش direct sequence می باشد. مزایای Spread spectrum :
بطور خلاصه اجزای شبکه WLAN عبارتند از : کارت شبکه WLAN , AP, آنتن , سیستم های عامل شبکه NOS, Bridge , کابلهائی که آنتن و Bridge را به هم وصل کنند. آنتنهای WLAN که برای دریافت و ارسال امواج الکترومغناطیسی بکار می روند,دارای چهار ویژگی زیر می باشند:
توان سیگنال ارسال شده عبارتست از: Radiated signal[dBm]=Transmitter power[dBm]-Cable loss[db]+Antenna gain[dBi]
آنتنهای رادیویی شرکت Cisco شامل انواع زیر می باشند:
شکل26
شکل27
شکل28
شکل29
ارتباط آنتنها با یکدیگر به صورت Line of Sight (دید مستقیم) می باشد و طول دکل مورد نیاز جهت نصب آنتنها و دید مستقیم بین آنها , به موقعیت جغرافیایی نقاط و موانع موجود بستگی دارد که این اطلاعات از طریق عملیات Site Survey و بوسیله تجهیزات موقعیت یاب (GPS) بدست می آید. از رادیو Bridge جهت ارتباط شبکه داخلی با آنتن مربوطه استفاده می شود. کابلهای مورد استفاده در این شبکه ها دارای تلف توان کم low loss می باشد و از یکطرف Bridge و از طرف دیگر آنتن را به یکدیگر وصل می کند. کابلهای شرکت Cisco در سه اندازه 15 , 23 و 30 متری موجود است. استاندارد IEEE 802.11 برای دریافت و ارسال اطلاعات از تکنیک Spread spectrum استفاده می کند. وظیفه زیر لایه MAC پشتیبانی از روشهای کنترل دسترسی , سرعتهای مختلف تا 54Mb/s و استانداردهای آینده مثل Security(802.11icur) Roaming(802.11f),Qos(802.11e), و پشتیبانی از چند نوع لایه فیزیکی و تقسیم packet به تکه های کوچکتر می باشد و در هر قسمت CRC محاسبه می گردد. تقسیم packet به تکه های کوچکتر 2 مزیت دارد: اول اینکه با زیاد شدن طول packet احتمال خرابی در آن بیشتر می شود که با این کار احتمال اینکه packet احتیاج به انتقال مجدد داشته باشد از بین می رود. دوم اینکه در صورت بروز خطا بجای کل packet تنها قسمت کوچکی که درآن خطا رخ داده است مجددآ ارسال می شودکه نتیجه آن ارسال سریعتر اطلاعات می باشد.. زیر لایه MAC از پروتکل CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) استفاده می کند که به آنDistributed Coordination Function) DCF( نیز می گویند. این پروتکل به این صورت است که هر ایستگاه قبل از ارسال کانل را چک می کند که در صورت آزاد بودن به ارسال اطلاعات می پردازد در غیر اینصورت تا زمانیکه دریافت کننده سیگنال ACK را ارسال نکرده, از ارسال اطلاعات خودداری می کند. در اینحالت ایستگاهها مدت زمان نا معینی که مقدار آن تصادفی است به منظور جلوگیری از collision روی کابل صبر کرده و پس از آن به ارسال اطلاعات می پردازند. در توپولوژی که شامل AP می باشد, هر ایستگاه قبل از ارسال آزاد بودن AP را مورد بررسی قرار می دهد که در صورت آزاد بودن به ارسال اطلاعات می پردازدو در غیر این صورت مدت زمان نامعینی به صورت تصادفی صبر می کند.چنانچه دو ایستگاه به طور همزمان اطلاعات خود را به AP بفرستند collision رخ خواهد داد. در شبکه بدون سیم فرض بر اینست که تمام ایستگاهها یکدیگر را می بینند و در این زمینه مشکلی بنام hidden node problem وجود دارد و به این صورت است که طبق شکل A,B,C هر سه می توانند AP را ببینند .A و B و همچنین B و C می توانند یکدیگر را ببینند ولی C و A نمی توانند یکدیگر را دیده و سیگنالهای ارسالی از یکدیگر را تشخیص دهند که احتمال ارسال همزمان در اینحالت وجود داشته که بوقوع collision می انجامد. برای رفع این مشکل, هر ایستگاه قبل از ارسال یک سیگنال (request to send) RTS می فرستد. در صورت آزاد بودن کانال AP یک سیگنال (cleare to send)CTS از طرف AP به آن فرستاده می شود. چون تمام ایستگاههای دیگر با APدر ارتباطند سیگنال CTS باعث تاخیر آنها در هر گونه ارسالی می شود که به فرستنده اجازه می دهد اطلاعات خود را ارسال کرده از گیرنده سیگنال Acknowledgement مبنی بر دریافت صحیح فریم, دریافت کند .
شکل30
WLAN security
محصولات WLAN معمولآ از تکنیک DSSS استفاده می کنند که در برابر Interference و دسترسی بدون اجازه مقاوم است. و همچنین آنها از SSID code استفاده می کنند و هیچ wireless client نمی تواند بدون داشتن این کد امنیتی به شبکه دسترسی پیدا کنند. این محصولات ازWEP پشتیبانی می کند. Wired equivalent privacy که برای encrypt ( پنهان کردن ) data packet می باشد به منظور جلوگیری از استراق سمع در شبکه و نیز دسترسی بدون اجازه به دستگاههای موجود در شبکه می باشد. Wep : در این روش داده ها قبل از ارسال معمولآ با 40 بیت یا 128 بیت کد می شوند و در گیرنده تنها بسته هائی که به درستی encrypt شده اندdecrypt می شوند. پیاده سازی WEP در سخت افزار است که حد اقل اثر منفی در کار آئی را دارد.البته برای حفاظت WLAN پیاده سازی WEP به تنهایی کافی نیست و راهکارهای دیگری نیز برای حفاظت از شبکه لازم می باشد.
|
|
|
| صفحات وبلاگ |
| امکانات جانبی |
  |
