پروتکل Ethernet یکی از پروتکل‌های مهم در لایه فیزیکی و لایه دیتا مدل OSI است که برای ارتباط و ارسال داده‌ها در شبکه‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل ابتدا توسط شرکت Xerox در دهه 1970 میلادی توسعه یافت و سپس به طور گسترده‌ای توسط شرکت Ethernet Corporation و استانداردهای IEEE شناخته شد. پروتکل Ethernet در انواع مختلف، از جمله 10BASE-T، 100BASE-TX، 1000BASE-T و 10GBASE-T، با سرعت‌ها و ویژگی‌های مختلفی وجود دارد.
اترنت یک پروتکل استاندارد و تکنولوژی از خانواده‌های شبکه‌های کامپیوتری است که به طور عمده در شبکه‌های LAN (شبکه‌های محلی) و MAN (شبکه‌های منطقه‌ای شهری) مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه‌هایی که از طریق اترنت با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، داده‌ها را به قالب‌های کوچکتری به نام “فریم” تبدیل می‌کنند. هر استاندارد ممکن است یک ساختار خاص برای فریم‌ها تعریف کند. هر فریم شامل چندین بخش (فیلد) است و دارای آدرس فرستنده و گیرنده و اطلاعات بررسی خطا (error-checking) می‌باشد. هر فیلد نیز از مجموعه‌ای از بایت‌ها تشکیل شده است. در بخش‌های آتی، به بررسی ساختار فریم‌ها خواهیم پرداخت.
ویژگی های اترنت:
- رایج ترین شبکه در دفاتر و ساختمان های تجاری
- قابلیت توسعه آسان
- قابلیت نظارت و کنترل تجهیزات متصل شده به شبکه از طریق اینترنت
- تاخیر پایین، عملکرد (real-time)
کابل‌های استفاده شده در اترنت:
در حالت کلی، در شبکه‌های اترنت از دو نوع کابل زوج به هم تابیده و کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌شود. اغلب در سرعت‌های کمتر مانند 10Mbit/s و 100Mbit/s از کابل‌های زوج به هم تابیده و در سرعت‌ها و فواصل بزرگتر از فیبر نوری استفاده می‌شود.
در زیر به برخی دیگر از ویژگی‌ها و اصول کار پروتکل Ethernet می‌پردازم:
توپولوژی شبکه
شبکه‌های Ethernet معمولاً به صورت توپولوژی‌هایی مانند توپولوژی ستاره یا توپولوژی درختی طراحی می‌شوند.
فریم‌های داده
داده‌ها در Ethernet به صورت فریم‌های داده انتقال می‌یابند. هر فریم دارای قسمت‌هایی مانند آدرس منبع، آدرس مقصد، نوع داده و داده‌های اصلی است.
آدرس‌دهی MAC
هر دستگاه در شبکه Ethernet دارای یک آدرس فیزیکی یکتا به نام آدرس MAC (Media Access Control) است که برای شناسایی دستگاه‌ها در شبکه استفاده می‌شود.
مدل کارکرد CSMA/CD
پروتکل Ethernet از مدل CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) برای کنترل دسترس به خطوط ارتباطی استفاده می‌کند. این مدل به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا پس از شنیدن فرستنده‌های دیگر، داده‌های خود را ارسال کنند. در صورت شناسایی تداخل (collision)، اقدام به تعیین زمان تاخیر و سپس تلاش مجدد می‌کنند.
سرعت انتقال داده
پروتکل Ethernet با سرعت‌های مختلف عمل می‌کند. مثلاً Ethernet با سرعت 10 مگابیت بر ثانیه (10 Mbps) به عنوان 10BASE-T و نیز سرعت‌های بالاتر مانند 100 مگابیت بر ثانیه (100 Mbps)، گیگابیت بر ثانیه (1 Gbps) و حتی 10 گیگابیت بر ثانیه (10 Gbps) نیز وجود دارد.
فرآیند انتقال داده
داده‌ها در لایه Data-Link به کمک انکدینگ (مانند Manchester Encoding) بر روی مدیا انتقال می‌یابند. در لایه فیزیکی، داده‌ها به شکل سیگنال‌های الکتریکی، نوری یا رادیویی ارسال می‌شوند.
سوئیچ‌ها و هاب‌ها
در شبکه‌های Ethernet، سوئیچ‌ها به عنوان دستگاه‌های هوشمند ترافیک را از یک پورت به پورت دیگر مسیریابی می‌کنند و بهبود عملکرد و امنیت را افزایش می‌دهند. هاب‌ها به عنوان تقویت‌کننده‌های سیگنال عمل می‌کنند و ترافیک را به تمامی پورت‌ها ارسال می‌کنند.
استانداردهای IEEE
استانداردهای IEEE برای پروتکل Ethernet ایجاد شده‌اند تا تطابق و توافق در بین انواع و سرعت‌های مختلف Ethernet را فراهم کنند. به عنوان مثال، استاندارد IEEE 802.3 اطلاعات مربوط به Ethernet را شامل می‌شود.
کابل های محافظ دار
کابل‌های محافظ دار به عنوان اجزای اساسی در شبکه‌های ارتباطی و اطلاعاتی عمل می‌کنند. این کابل‌ها با توجه به ویژگی‌های خود، برای نقل و انتقال داده‌ها با کیفیت و کارایی مناسب به کار می‌روند. در زیر توضیحاتی بیشتر درباره انواع مختلف کابل‌های محافظ دار آمده است:
کابل UTP (Unshielded Twisted Pair)
ساده‌ترین و رایج‌ترین نوع کابل است. در این کابل، دو زوج سیم به هم تابیده شده‌اند. این کابل تا حدی آسانی انعطاف‌پذیری دارد. از آنجا که روکش محافظی ندارد، امکان تداخل نویز با دیگر دستگاه‌ها وجود دارد.
کابل S/UTP (Screened Unshielded Twisted Pair)
این نوع کابل مجموعه‌ای از زوج‌های به هم تابیده است که یک روکش فلزی مشترک دارند. این روکش می‌تواند به کاهش تداخل‌ها و نویزهای خارجی کمک کند.
کابل STP (Shielded Twisted Pair)
در این نوع کابل، زوج‌های به هم تابیده روکش‌های مجزا و جداگانه‌ای دارند. این روکش‌ها به منظور کاهش نویزهای الکترومغناطیسی اطراف استفاده می‌شوند.
کابل Braided
این کابل‌ها انعطاف‌پذیر هستند و برای مسافت‌های کوتاه مناسب هستند. طراحی آنها بافتی (بریده) است که از تداخل نویز جلوگیری می‌کند.
کابل S/STP (Screened Shielded Twisted Pair)
در این نوع کابل، زوج‌های به هم تابیده روکش‌های جداگانه‌ای دارند و کابل به طور کلی نیز دارای یک روکش فلزی مشترک است. این روکش‌ها به کاهش تداخل‌های الکترومغناطیسی کمک می‌کنند.
این انواع کابل‌های محافظ دار در شبکه‌های مختلف، از جمله شبکه‌های کامپیوتری، اینترنت، تلفنی و دیگر سیستم‌های ارتباطی به کار می‌روند و بر اساس نیاز شبکه و محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کابل های Patch
کابل های CAT به دو صورت در بازار وجود دارند:
شکل های زیر استفاده از کابل های Patch را برای اتصال به Switch های شبکه نشان می دهد.
کابل فیبر نوری
از فیبر نوری در سرعت های 100Mbit/s و بالاتر استفاده می شود. مهم ترین دلایل استفاده از فیبر نوری عبارت است از امکان استفاده در مسافت های طولانی، ضریب تضعیف کمتر و ایزولاسیون الکتریکی بهتر که باعث جلوگیری از انتشار نویز در محیط و تاثیرپذیری سیگنال های کابل از نویزهای محیطی می باشد. استفاده از فیبر نوری از کابل های شبکه در برابر نویزهای تولید شده توسط آسانسورها در ساختمان ها جلوگیری می کند.
همچنین، از دلایل مهم استفاده از فیبر نوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مسافت طولانی: فیبر نوری قادر به انتقال سیگنال‌ها در مسافت‌های طولانی است، بدون کاهش قابل توجه در کیفیت و سرعت.
- ضریب تضعیف کمتر: فیبر نوری دارای ضریب تضعیف کمتری نسبت به کابل‌های مسی است، که این امر باعث افزایش دامنه تغطیه شبکه می‌شود.
- ایزولاسیون الکتریکی: به دلیل اینکه فیبر نوری ماده‌ای غیرهادی است، از تداخل‌های الکتریکی و الکترومغناطیسی در محیط جلوگیری می‌کند.
- جلوگیری از نویز محیطی: فیبر نوری به دلیل نداشتن سیم‌های مسی و الکتریکی، در معرض نویزهای محیطی نمی‌باشد و از انتشار آنها جلوگیری می‌کند.
- مقاومت به تداخل امواج الکترومغناطیسی: فیبر نوری به خوبی مقاومت کرده و تداخل از امواج الکترومغناطیسی در مسیر انتقال را کاهش می‌دهد.
شکل زیر کانکتور مربوط به استاندارد 100Base-FX را که باید به فیبر نوری متصل گردد را نشان می دهد.
پیاده‌سازی اترنت در مختلف زمینه‌ها و صنایع به منظور انتقال داده‌ها و ارتباط شبکه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زیر تعدادی از کاربردهای اصلی اترنت را می‌توانید مشاهده کنید:
- شبکه‌های کامپیوتری: اترنت برای ارتباط کامپیوترها و دستگاه‌های شبکه‌ای در محیط‌های داخل سازمانی و خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- شبکه‌های اینترنتی: شبکه‌های اینترنتی جهانی نیز از پروتکل‌های اترنت برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند.
- شبکه‌های تلفنی: VoIP (Voice over Internet Protocol) که ارتباط صوتی را از طریق اینترنت انجام می‌دهد، نیز بر پایه اترنت عمل می‌کند.
- اتوماسیون صنعتی: اترنت در محیط‌های صنعتی برای ارتباط بین دستگاه‌ها و کنترل‌کننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- شبکه‌های تلویزیونی و رسانه: شبکه‌های تلویزیونی، فیلم، ویدئو و صوتی نیز از اترنت برای انتقال محتوا بهره می‌برند.
- شبکه‌های دیتاسنتری و ابری: اترنت در دیتاسنترها و سرویس‌های ابری برای اتصال سرورها و زیرساخت‌های مختلف استفاده می‌شود.
- تجهیزات خانگی: دستگاه‌های خانگی مانند تلویزیون‌های هوشمند، دستگاه‌های پخش محتوا، دستگاه‌های بازی و … از اترنت برای ارتباط با اینترنت و یکدیگر استفاده می‌کنند.
- محیط‌های حمل و نقل: در صنایع حمل و نقل، اترنت به عنوان ابزاری برای انتقال داده‌ها و ارتباط دستگاه‌های مختلف (مانند خودروهای هوشمند) به کار می‌رود.
- اتصال به اینترنت در مکان‌های عمومی: در مکان‌های عمومی مانند فرودگاه‌ها، هتل‌ها،خوابگاه ها، کافی‌شاپ‌ها و مراکز خرید، اترنت برای ارائه اینترنت به مشتریان به کار می‌رود.
- خدمات مالی و تجاری: اترنت در بانک‌ها، فرآیندهای مالی، خدمات تجاری و تجارت الکترونیکی برای انتقال اطلاعات از جمله داده‌های مالی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- اتصال دستگاه‌های پزشکی: در محیط پزشکی، اترنت به عنوان ابزاری برای اتصال تجهیزات پزشکی به شبکه برای انتقال داده‌های بیماران و اطلاعات پزشکی استفاده می‌شود.
این تنها یک بخش کوچک از کاربردهای اترنت است و این تکنولوژی در بسیاری از زمینه‌ها به عنوان ابزار اصلی ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برنامه نویس موبایل و سخت افزار، لیسانس مهندسی کامپیوتر در رشته نرم افزار از دانشگاه صنعتی قوچان
