تحقیق مقاله شبکه اترنت

دستیابی به اطلاعات با روش های مطمئن و با سرعت بالا یکی از رموز موفقیت هر سازمان و موسسه است . طی سالیان اخیر هزاران پرونده و کاغذ که حاوی اطلاعات با ارزش برای یک سازمان بوده ، در کامپیوتر ذخیره شده اند. با تغذیه دریائی از اطلاعات به کامپیوتر ،  امکان مدیریت الکترونیکی اطلاعات فراهم  شده است . کاربران متفاوت در اقصی نقاط جهان قادر به 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 فوق نقش بسیار مهمی را ایفاء می نمایند.اینترنت که عالی ترین تبلور یک شبکه کامپیوتری در سطح جهان است، امروزه در مقیاس بسیار گسترده ای استفاده شده و ارائه دهندگان اطلاعات ،  اطلاعات و یا فرآورده های اطلاعاتی خود را در قالب محصولات تولیدی و یا خدمات در اختیار استفاده کنندگان  قرار می دهند. وب که عالی ترین سرویس خدماتی اینترنت می باشد کاربران را قادر می سازد که در اقصی نقاط دنیا اقدام به خرید، آموزش ، مطالعه و ... نمایند.

با استفاده از شبکه، یک کامپیوتر قادر به ارسال  و دریافت اطلاعات از کامپیوتر دیگر است . اینترنت نمونه ای عینی از یک شبکه کامپیوتری است . در این شبکه میلیون ها کامپیوتر در اقصی نقاط جهان به یکدیگر متصل شده اند.اینترنت شبکه ای است مشتمل بر زنجیره ای از شبکه های کوچکتراست . نقش شبکه های کوچک برای ایجاد تصویری با نام اینترنت بسیار حائز اهمیت است . تصویری که هر کاربر با نگاه کردن به آن گمشده خود را در آن پیدا خواهد کرد. در این بخش به بررسی شبکه های کامپیوتری و جایگاه مهم آنان در زمینه تکنولوژی اطلاعات و مدیریت الکترونیکی اطلاعات خواهیم داشت .

شبکه های محلی و شبکه های گسترده

تاکنون شبکه های کامپیوتری بر اساس مولفه های متفاوتی تقسیم بندی شده اند. یکی از این مولفه ها " حوزه جغرافیائی  " یک شبکه است . بر همین اساس شبکه ها  به دو گروه عمده LAN)Local area network) و WAN)Wide area network) تقسیم می گردند. در شبکه های LAN مجموعه ای از دستگاه های موجود در یک  حوزه جغرافیائی محدود، نظیر یک ساختمان به یکدیگر متصل می گردند . در شبکه های WAN تعدادی دستگاه که از یکدیگر کیلومترها فاصله دارند به یکدیگر متصل خواهند شد. مثلا" اگر دو کتابخانه که هر یک در یک 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 کتابخانه فوق می توان از امکانات مخابراتی متفاوتی نظیر خطوط اختصاصی (Leased) استفاده نمود. شبکه های 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 بکارگیری و استفاده از فیبر نوری در شبکه های LAN امکان ارتباط دستگاههای متعدد که در مسافت های طولانی  نسبت بیکدیگر قرار دارند،  فراهم شده است .

اترنت

در سال 1973 پژوهشگری با نام " Metcalfe" در مرکز تحقیقات شرکت زیراکس، اولین شبکه اترنت را بوجود آورد.هدف وی ارتباط کامپیوتر به یک چاپگر بود. وی روشی فیزیکی بمنظور کابل کشی بین دستگاههای متصل بهم در اترنت  ارائه نمود. اترنت  در مدت زمان کوتاهی بعنوان یکی از تکنولوژی های رایج برای برپاسازی شبکه در سطح دنیا مطرح گردید. همزمان با پیشرفت های مهم در زمینه شبکه های کامپیوتری ، تجهیزات و دستگاه های مربوطه، شبکه های اترنت نیز همگام با تحولات فوق شده و  قابلیت های متفاوتی را در بطن خود ایجاد نمود.  با توجه به  تغییرات و اصلاحات انجام شده  در شبکه های اترنت ،عملکرد و نحوه کار آنان  نسبت به  شبکه های اولیه تفاوت چندانی نکرده است . در اترنت اولیه، ارتباط تمام دستگاه های موجود در شبکه از طریق یک کابل انجام می گرفت که توسط تمام  دستگاهها به اشتراک گذاشته می گردید. پس از اتصال یک دستگاه به کابل مشترک ،   می بایست پتانسیل های لازم بمنظور ایجاد ارتباط با سایر دستگاههای مربوطه  نیز در بطن دستگاه وجود داشته باشد (کارت شبکه ) . بدین ترتیب امکان گسترش شبکه بمنظور استفاده از دستگاههای چدید براحتی انجام  و نیازی به اعمال تغییرات بر روی دستگاههای موجود در شبکه نخواهد بود. 

اترنت یک تکنولوژی محلی (LAN) است. اکثر شبکه های اولیه  در حد و اندازه یک ساختمان بوده و دستگاهها نزدیک به هم  بودند. دستگاههای موجود بر روی یک شبکه اترنت صرفا" قادر به استفاده از چند صد متر کابل  بیشترنبودند.اخیرا" با توجه به توسعه امکانات مخابراتی و محیط انتقال، زمینه استقرار دستگاههای موجود در یک شبکه اترنت با مسافت های چند کیلومترنیز  فراهم شده است .

پروتکل

پروتکل در شبکه های کامپیوتری به مجموعه قوانینی اطلاق می گردد که نحوه ارتباطات را قانونمند می نماید. نقش پروتکل در کامپیوتر نظیر نقش زبان برای انسان است . برای مطالعه یک کتاب نوشته شده به فارسی می بایست خواننده شناخت مناسبی از زبان فارسی را داشته باشد. بمنظور ارتباط موفقیت آمیز دو دستگاه در شبکه  می بایست هر دو دستگاه از یک پروتکل مشابه استفاده نمایند.

اصطلاحات اترنت

شبکه های اترنت از مجموعه قوانین محدودی بمنظور قانونمند کردن عملیات اساسی خود استفاده می نمایند. بمنظور شناخت مناسب قوانین موجود لازم است که با برخی از اصطلاحات مربوطه در این زمینه بیشتر آشنا شویم :

Medium (محیط انتقال ) . دستگاههای اترنت از طریق یک محیط انتقال به یکدیگر متصل می گردند.

Segment (سگمنت  ) . به یک محیط انتقال به اشتراک گذاشته شده منفرد،  " سگمنت " می گویند.

Node ( گره ) .  دستگاههای متصل شده به یک Segment  را گره و یا " ایستگاه " می گویند.

Frame (فریم) .  به یک بلاک اطلاعات که گره ها از طریق ارسال آنها با یکدیگر مرتبط می گردند، اطلاق می گردد

فریم ها مشابه جملات در زبانهای طبیعی ( فارسی، انگلیسی ... ) می باشند. در هر زبان طبیعی برای ایجاد جملات، مجموعه قوانینی وجود دارد مثلا" یک جمله می بایست دارای موضوع و مفهوم باشد. پروتکل های اترنت مجموعه قوانین لازم برای ایجاد فریم ها را مشخص خواهند کرد .اندازه یک فریم محدود بوده ( دارای یک حداقل و یک حداکثر ) و مجموعه ای  از اطلاعات ضروری و مورد نیار می بایست در فریم وجود داشته باشد. مثلا" یک فریم می بایست دارای آدرس های مبداء و مقصد باشد. آدرس های فوق هویت فرستنده و دریافت کننده پیام را مشخص خواهد کرد. آدرس بصورت کاملا" اختصاصی  یک گره را مشخص می نماید.( نظیر نام یک شخص که بیانگر یک شخص خاص است ) . دو دستگاه متفاوت اترنت نمی توانند دارای آدرس های یکسانی باشند.

 یک سیگنال اترنت بر روی محیط انتقال به هر یک از گره های متصل شده در محیط انتقال خواهد رسید. بنابراین مشخص شدن آدرس مقصد، بمنظوردریافت پیام نقشی حیاتی دارد. مثلا" در صورتیکه کامپیوتر B ( شکل بالا)  اطلاعاتی را برای چاپگر C ارسال می دارد  کامپیوترهای A و D نیز فریم را دریافت و آن را بررسی خواهند کرد. هر ایستگاه زمانیکه  فریم را دریافت می دارد، آدرس آن را بررسی  تا مطمئن گردد که پیام برای وی ارسال شده است یا خیر؟ در صورتیکه پیام برای ایستگاه مورد نظر ارسال نشده باشد،  ایستگاه فریم را بدون بررسی محتویات آن کنار خواهد گذاشت  ( عدم استفاده ).

یکی از نکات قابل توجه در رابطه با آدرس دهی اترنت، پیاده سازی یک آدرس Broadcast است . زمانیکه آدرس مقصد یک  فریم از نوع Broadcast باشد،  تمام گره های موجود در شبکه آن را دریافت و پردازش خواهند کرد.

CSMA/CD

تکنولوژی CSMA/CD )carrier-sense multiple access with collision detection ) مسئولیت تشریح و تنظیم  نحوه ارتباط گره ها  با یکدیگررا برعهده دارد. با اینکه واژه فوق پیچیده بنظر می آید ولی با تقسیم نمودن واژه فوق به بخش های کوچکتر، می توان با نقش هر یک از آنها سریعتر آشنا گردید.بمنظور شناخت تکنولوژی فوق مثال زیر را در نظر بگیرید :

فرض کنید سگمنت  اترنت، مشابه یک میز ناهارخوری باشد. چندین نفر ( نظیر گره ) دور تا دور میز نشسته و به گفتگو مشغول می باشند. واژه multiple access ( دستیابی چندگانه) بدین مفهوم است که : زمانیکه یک ایستگاه اترنت اطلاعاتی را ارسال می دارد تمام ایستگاههای دیگر موجود ( متصل ) در محیط انتقال ، نیز از انتقال اطلاعات آگاه خواهند شد.(.نظیر صحبت کردن یک نفر در میز ناهار خوری و گوش دادن سایرین ). فرض کنید که شما نیز بر روی یکی از صندلی های میز ناهار خوری نشسته و قصد حرف زدن  را داشته باشید، در همان زمان  فرد دیگری در حال سخن گفتن است در این حالت می بایست شما در انتظار اتمام سخنان گوینده  باشید. در پروتکل اترنت وضعیت فوق carrier sense نامیده می شود.قبل از اینکه ایستگاهی قادر به ارسال اطلاعات باشد می بایست گوش خود را بر روی محیط انتقال گذاشته و بررسی نماید که آیا محیط انتقال آزاد است ؟ در صورتیکه صدائی از محیط انتقال به گوش ایستگاه متقاضی ارسال اطلاعات نرسد، ایستگاه مورد نظر قادر به استفاده از محیط انتقال و ارسال اطلاعات خواهد بود.

Carrier-sense multiple access شروع یک گفتگو  را قانونمند و تنظیم می نماید ولی در این رابطه  یک نکته دیگر وجود دارد که  می بایست برای آن نیز راهکاری اتخاذ شود.فرض کنید در مثال میز ناهار خوری در یک لحظه سکوتی حاکم شود و دو نفر نیز قصد حرف زدن  را داشته باشند.در چنین حالتی در یک لحظه سکوت موجود توسط دو نفر  تشخیص و  بلافاصله هر دو   تقریبا" در یک زمان یکسان شروع به حرف زدن می نمایند.چه اتفاقی خواهد افتاد ؟ در اترنت پدیده فوق را تصادم (Collision) می گویند و زمانی اتفاق خواهد افتاد که دو ایستگاه قصد استفاده از محیط انتقال و ارسال اطلاعات را بصورت همزمان داشته باشند. در  گفتگوی انسان ها ، مشکل فوق را می توان بصورت کاملا" دوستانه حل نمود. ما سکوت خواهیم کرد تا این شانس به سایرین برای حرف زدن داده شود.همانگونه که در زمان حرف زدن من، دیگران این فرصت را برای من ایجاد کرده بودند! ایستگاههای اترنت زمانیکه  قصد ارسال اطلاعات را داشته باشند، به محیط انتقال گوش فرا داده تا به این اطمینان برسند که تنها ایستگاه موجود برای ارسال اطلاعات می باشند. در صورتیکه ایستگاههای ارسال کننده اطلاعات متوجه نقص در ارسال اطلاعات خود گردند ،از بروز یک تصادم در محیط انتقال آگاه خواهند گردید. در زمان بروز  تصادم ، هر یک از ایستگاههای مربوطه به مدت زمانی کاملا" تصادفی در حالت انتظار قرار گرفته و پس از اتمام زمان انتظار می بایست برای ارسال اطلاعات شرط آزاد بودن محیط انتقال را بررسی نمایند! توقف تصادفی و تلاش مجدد یکی از مهمترین بخش های پروتکل است .

محدودیت های اترنت

یک شبکه اترنت دارای محدودیت های متفاوت از ابعاد گوناگون (بکارگیری تجهیزات ) است .طول کابلی که تمام ایستگاهها بصورت اشتراکی از آن بعنوان محیط انتقال استفاده می نمایند یکی از شاخص ترین موارد در این زمنیه است  . سیگنال های الکتریکی در طول کابل بسرعت منتشر می گردند. همزمان با طی مسافتی، سیگنال ها ضعیف می گردند. وچود  میدان های الکتریکی که توسط دستگاههای مجاور کابل نظیرلامپ های  فلورسنت ایجاد می گردد ،   باعث تلف شدن  سیگنال می گردد. طول کابل شبکه می بایست کوتاه بوده تا امکان دریافت سیگنال توسط دستگاه های موجود در دو نقطه ابتدائی و انتهائی کابل بصورت شفاف و با حداقل تاخیر زمانی فراهم گردد. همین امر باعث بروز محدودیت در طول کابل استفاده شده، می گردد

 پروتکل CSMA/CD امکان ارسال اطلاعات برای صرفا" یک دستگاه را در هر لحظه فراهم می نماید، بنابراین  محدودیت هائی از لحاظ تعداد دستگاههائی که می توانند بر روی یک شبکه مجزا وجود داشته باشند، نیز بوجود خواهد آمد. با اتصال دستگاه های متعدد (فراوان )  بر روی یک سگمنت مشترک، شانس استفاده از محیط انتقال برای هر یک از دستگاه های موجود بر روی سگمنت کاهش پیدا خواهد کرد. در این حالت هر دستگاه بمنظور ارسال اطلاعات می بایست مدت زمان زیادی را در انتظار سپری نماید .

تولید کنندگان تجهیزات شبکه دستگاه های متفاوتی را بمنظور غلبه بر مشکلات و محدودیت گفته شده ، طراحی و عرضه نموده اند. اغلب دستگاههای فوق مختص شبکه های اترنت نبوده ولی در سایر تکنولوژی های مرتبط با شبکه نقش مهمی را ایفاء می نمایند.

تکرارکننده (Repeater) 

اولین محیط انتقال استفاده شده در شبکه های اترنت  کابل های مسی کواکسیال بود که Thicknet ( ضخیم) نامیده می شوند. حداکثر طول یک کابل ضخیم 500 متر است . در یک ساختمان بزرگ ،  کابل 500 متری جوابگوی تمامی دستگاه های شبکه نخواهد بود. تکرار کننده ها با هدف حل مشکل فوق، ارائه شده اند. . تکرارکننده ها ، سگمنت های متفاوت یک شبکه اترنت را به یکدیگر متصل می کنند. در این حالت تکرارکننده سیگنال ورودی خود را از یک سگمنت اخذ و با تقویت سیگنال آن را برای سگمنت بعدی ارسال خواهد کرد. بدین تزتیب با استفاده از چندین تکرار کننده  و اتصال کابل های مربوطه توسط  آنان ، می توان قطر یک شبکه را افزایش داد. ( قطر شبکه به حداکثر مسافت موجود  بین دو دستگاه متمایز در شبکه  اطلاق می گردد )

Bridges  و سگمنت

شبکه های اترنت همزمان با  رشد (بزرگ شدن)  دچار مشکل تراکم می گردند. در صورتیکه تعداد زیادی ایستگاه به یک سگمنت متصل گردند،  هر یک  دارای ترافیک خاص خود خواهند بود . در شرایط فوق ، ایستگاههای متعددی  قصد  ارسال اطلا عات را دارند ولی با توجه به ماهیت این نوع از شبکه ها در هر لحظه یک ایستگاه شانس و فرصت استفاده از محیط انتقال  را پیدا خواهد کرد. در چنین وضعیتی تعداد تصادم در شبکه افزایش یافته و عملا" کارآئی شبکه افت خواهد کرد. یکی از راه حل های موجود بمنظور برطرف نمودن مشکل تراکم در شبکه تقسیم یک سگمنت به چندین سگمنت است . با این کار برای تصادم هائی که در شبکه بروز خواهد کرد،  دامنه وسیعتری  ایجاد می گردد.راه حل فوق باعث بروز یک مشکل دیگر می گردد:  سگمنت ها قادر به اشتراک اطلاعات با یکدیگر نخواهند بود.