إيثرنت

إطارات قصيرة

• قراءة متعمقة
• انظر كذلك
• كبل عبور إيثرنت

من جانب آخر، الحزم الصغيرة هي حزم أو إطارات أصغر من الحد الأدنى المسموح به. يتم إسقاطها ولا يتم نشرها.

Ethernet : تبلغ سرعة النقل فيها 10Mbps

• Fast Ethernet : تبلغ سرعة النقل فيها 100Mbps
• Giga Ethernet : تبلغ سرعة النقل فيها 1Gbps
• 10 Giga Ethernet : تبلغ سرعة النقل فيها 10Gbps

الربط والتحويل

من جهة ثانية، عند استخدام وصلة زوجية مجدولة أو وصلة ألياف ضوئية، وعدم توصيل أي من طرفيها بمكرر إشارة، يصبح الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل (Full-Duplex Ethernet) ممكنًا عبر تلك الوصلة. في وضع الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل، يمكن للجهازين إرسال واستقبال البيانات من وإلى بعضهما البعض في الوقت نفسه، دون وجود نطاق تصادم. يؤدي هذا إلى مضاعفة عرض النطاق الترددي الإجمالي للوصلة، ويُعلن عنه أحيانًا على أنه ضعف سرعة الوصلة (مثلًا، لشبكة إيثرنت السريعة). كما أن إلغاء نطاق التصادم لهذه الاتصالات يعني كذلك إمكانية استخدام كامل عرض النطاق الترددي للوصلة من قِبل الجهازين على تلك الوصلة، وأن طول الوصلة غير محدود بقيود اكتشاف التصادم.

في هذا الإطار، للتخفيف من هذه المشاكل، تم ابتكار تقنية الربط الشبكي للتواصل على مستوى طبقة ربط البيانات مع عزل الطبقة الفيزيائية. في هذه التقنية، يتم توجيه حزم بيانات الإيثرنت السليمة فقط من قطاع إيثرنت إلى آخر، مما يعزل حالات التصادم وأخطاء الحزم. عند بدء التشغيل، تعمل جسور الإيثرنت بشكل مشابه لمكررات الإيثرنت، حيث تمرر جميع البيانات بين القطاعات. من خلال مراقبة عناوين المصدر للإطارات الواردة، يقوم الجسر بإنشاء جدول عناوين يربط العناوين بالقطاعات. بمجرد التعرف على عنوان، يقوم الجسر بتوجيه حركة مرور الشبكة المتجهة إلى هذا العنوان فقط إلى القطاع المرتبط به، مما يحسن الأداء العام. مع ذلك، لا تزال حركة مرور البث تُوجّه إلى جميع قطاعات الشبكة. كما تتغلب الجسور على قيود إجمالي عدد القطاعات بين مضيفين وتسمح بدمج السرعات، وكلاهما أمر بالغ الأهمية للنشر التدريجي لإصدارات الإيثرنت الأسرع.[ مطلوب مصدر ]

من جانب آخر، على الرغم من قدرة أجهزة إعادة الإرسال على عزل بعض جوانب قطاعات شبكة الإيثرنت ، مثل انقطاع الكابلات، إلا أنها لا تزال تُعيد توجيه جميع البيانات إلى جميع أجهزة الإيثرنت. تُعتبر الشبكة بأكملها منطقة تصادم واحدة، ويجب أن تكون جميع الأجهزة قادرة على اكتشاف التصادمات في أي مكان على الشبكة. هذا يُحد من عدد أجهزة إعادة الإرسال بين أبعد العُقد، ويفرض قيودًا عملية على عدد الأجهزة التي يُمكنها التواصل عبر شبكة الإيثرنت. يجب أن تعمل جميع القطاعات المتصلة بواسطة أجهزة إعادة الإرسال بنفس السرعة، مما يجعل التحديثات التدريجية مستحيلة. [ مطلوب مصدر ]

في هذا الإطار، في سنة 1989، طرحت موتورولا كودكس جهاز إيثرسبان 6310، وطرحت كالبانا جهاز إيثرسويتش؛ وكانا مثالين على أولى محولات الإيثرنت التجارية. استعملت المحولات المبكرة، مثل هذا الجهاز ، تقنية التبديل المباشر، حيث يتم فحص رأس الحزمة الواردة فقط قبل إسقاطها أو إعادة توجيهها إلى جزء آخر من الشبكة. يقلل هذا من زمن استجابة إعادة التوجيه. من عيوب هذه الطريقة أنها لا تسمح بسهولة بدمج سرعات ربط مختلفة. عيب آخر هو أن الحزم التالفة لا تزال تنتشر عبر الشبكة. كان الحل النهائي لهذه المشكلة هو العودة إلى أسلوب التخزين وإعادة التوجيه الأصلي للربط، حيث تُقرأ الحزمة بالكامل في مخزن مؤقت على المحول، ويتم التحقق من تسلسل فحص الإطار ، وفيما بعد فقط يتم إعادة توجيه الحزمة. في معدات الشبكات الحديثة، تتم هذه العملية عادةً باستخدام دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات، مما يسمح بإعادة توجيه الحزم بسرعة نقل البيانات .

كذلك، إن مزايا عرض النطاق الترددي، وتحسين عزل الأجهزة عن بعضها البعض، والقدرة على دمج سرعات مختلفة للأجهزة بسهولة، وإزالة قيود الربط المتسلسل المتأصلة في إيثرنت غير المبدل، جعلت من إيثرنت المبدل تقنية الشبكات المهيمنة.

ثرثرة

وفي هذا السياق، تحتوي الحزمة التي يكتشفها جهاز إعادة الإرسال في اتجاه المنبع على أنها ثرثرة ويتم قطعها لاحقًا على تسلسل فحص إطار غير صالح ويتم إسقاطها.

كذلك، تُعتبر العقدة التي تُرسل بيانات لفترة أطول من الحد الأقصى لفترة إرسال حزمة بيانات الإيثرنت عقدةً تُصدر بيانات غير ضرورية. وتختلف طرق اكتشاف هذه البيانات غير الضرورية ومعالجتها باختلاف بنية الشبكة الفيزيائية.

إضافةً إلى ذلك، قد يتم اكتشاف تكوين حجم الإطار غير الموحد في الشبكة باستخدام الإطارات الضخمة على أنه ثرثرة من قبل العقد الطرفية.[ مطلوب مصدر ] الإطارات الضخمة ليست جزءًا من معيار IEEE 802.3 الرسمي لشبكة الإيثرنت.

وعلى صعيد آخر، يلزم وجود وحدة مراقبة دقيقة (MAU) للكشف عن حالات انتقال العدوى الطويلة بشكل غير طبيعي من جهاز DTE وإيقافها (أطول من 20-150). (مللي ثانية) من أجل منع انقطاع الشبكة الدائم.

ومن ناحية أخرى، يستعمل مُكرِّر/مُوزِّع المُكرِّر مؤقتًا يُنهي إعادة الإرسال إلى المنافذ الأخرى عند انتهاء مدته. يعمل المؤقت لمدة تتراوح بين 25,000 و50,000 بت لسرعة ، وبين 40,000 و75,000 بت لسرعتي 10 و ، وبين 80,000 و150,000 بت لسرعة . تُفصل منافذ الإرسال عن الشبكة حتى لا يتم الكشف عن أي إشارة.

وفي هذا السياق، عادةً ما تكتشف العقد الطرفية التي تستعمل طبقة MAC إطار إيثرنت كبير الحجم وتتوقف عن استقباله. ولن يقوم الجسر/المبدل بإعادة توجيه الإطار.

وعلى صعيد آخر، في وسط مشترك كهربائياً (10BASE5، 10BASE2، 1BASE5)، لا يمكن اكتشاف التشويش إلا بواسطة كل عقدة طرفية، مما يوقف الاستقبال. ولا يوجد حل آخر ممكن.

طبقة مادية

الاستيقاظ عبر لان (WoL)

بروتوكول النقطة إلى النقطة عبر إيثرنت (PPPoE)

تاريخ

وفي السياق ذاته، و في عام 1979 نشأ تعاون بين زيروكس وإنتل وديجيتال إكوبمينت لإيجاد إصدار معياري للإيثرنت كمنتج، عرف باسم DIX Ethernet Standard تعمل بسرعة Mbps10 وتستعمل كابل محوري وتضمن هذا المعيار توصيف الطبقتين الفيزيائية وطبقة ربط البيانات وللشبكة المحلية بحد ذاتها.. ومع حلول عام 1982 ظهرت DIX V2.0 التي تميزت عن سابقتها بمزيد من التعديلات وتصحيح للعديد من الأخطاء..

وفي هذا الصدد، في مركز أبحاث زيروكس بمدينة بالو ألتو، كاليفورنيا، أراد فريق عمل يرأسه الدكتور روبرت ميتكالف توصيل أكثر من 100 حاسب باستخدام كابل يبلغ طوله 1 كيلومتر.. فأنتجت الجهود المبذولة شبكة تعمل بسرعة 2.94 Mbps وتستعمل نظام CSMA/CD لمعالجة التصادم وهي التي أطلق عليها بداية اسم «الإيثرنت» وهي ما يرتبط اسمها دوما باسم الدكتور روبرت ميتكالف.

حلقة التبديل

من جانب آخر، تحدث حلقة التبديل أو حلقة الجسر في شبكات الحاسوب عندما يكون هناك أكثر من مسار واحد في الطبقة الثانية ( نموذج OSI ) بين نقطتي نهاية (مثلًا، اتصالات متعددة بين محولين شبكيين أو منفذين على نفس المحول متصلين ببعضهما). تُنشئ هذه الحلقة عواصف بث، حيث تُعيد المحولات توجيه رسائل البث والبث المتعدد عبر كل منفذ، مما يؤدي إلى إعادة بث رسائل البث بشكل متكرر، وبالتالي إغراق الشبكة. ولأن رأس الطبقة الثانية لا يدعم قيمة وقت البقاء (TTL)، فإذا أُرسل إطار بيانات إلى بنية حلقية، فقد يبقى في حلقة لا نهائية.

في هذا الإطار، يُعدّ التصميم المادي الذي يحتوي على حلقات تبديل أو جسور جذابًا لأسباب تتعلق بالتكرار، ومع ذلك، يجب ألا تحتوي الشبكة المُبدّلة على حلقات. يكمن الحل في السماح بالحلقات المادية، ولكن إنشاء تصميم منطقي خالٍ من الحلقات باستخدام بروتوكول SPB أو بروتوكول STP الأقدم على مُبدّلات الشبكة.

التوصيف المعياري للإيثرنت

وفي هذا الصدد، الكابلات المجدولة Twisted Pair : ولها نوعان هما Shielded Twisted Pair (STP) و Unshielded Twisted Pair (UTP) يختلفان اختلافاً بسيطاً في البنية بحيث أن الأول يُعتبر أكثر مقاومة للتشويش ولكنه أعلى كلفة.

وفي هذا السياق، - حقل محدد بداية الإطار (Start Of Frame Delimiter SOF) : وهو عبارة عن 1Byte ينتهي دوماً بالبتّين 11 لإعطاء إشارة أن البتّات التالية تعبر عن العنوان MAC للمستقبل.

الوسط الفيزيائي (Medium)

وعلى صعيد آخر، و هناك سعات لكابلات الـ UTP تبلغ الـ 100Mbps يمكنها تخديم الـ 100Mbps إيثرنت وحتى الـ Gigabit إيثرنت وتوفير مسافات أعظمية أكبر للشبكة.

في هذا الإطار، في شباط عام 1980، جرى تشكيل لجنة من قبل الهيئة IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) من أجل إيجاد معايير قياسية للعديد من تقنيات الشبكات، أطلق على هذه اللجنة الاسم (802) نسبة إلى العام والشهر الذي أحدثت فيه، وجرى تقسيم هذه اللجنة إلى عدة لجان جزئية عنيت كل منها بتقييس تقنية معينة من تقنيات الشبكات فأعطيت هذه اللجان أرقاماً تنسبها إلى اللجنة الأصلية فيظهر اسم تلك اللجان الجزئية على الشكل 802.X، فكانت اللجنة 802.3 هي التي عنيت بإيجاد الخوارزمية العامة لإيجاد آلية عمل شبكات التي تستعمل الـ CSMA/CD والتي تندرج تحتها الـ DIX إيثرنت، وكانت كذلك اللجنة 802.2 التي اهتمت بتقسيم طبقة الـ Data link layer إلى طبقتين جزئيتين: الطبقة الجزئية العليا طبقة التحكم المنطقية (LLC)ـ LLC (Logical Link Control) ومهمتها تقديم أكثر من نقطة تزويد خدمة (Service Access Point SAP) لـ طبقة الشبكة الـ Network والتحكم بالدفق والتزامن وتفقد وجود الأخطاء، والطبقة الجزئية الدنياـ MAC (Media Access Control) التي تعنى بعمليات نقل المعطيات بين كرت الشبكة (Network Interface Card) والوسط الفيزيائي للنقل 0

ومن جهة أخرى، الألياف الضوئية (Optical Fiber) : أكثر كلفة من الـ UTP لاستخدامها تقنيات نقل أعلى وتستعمل غالباً في توصيل المبدلات (switches) والمركّزات hubs وليست شائعة الاستخدام في توصيا الحواسب والطرفيات إلى الشبكة نظراً لكلفتها المرتفعة.

ومن جهة أخرى، إن مجموعة الحقول (Destination Address DA و Source Address SA و Type) تؤلف ما يسمى بالترويسة Header.

ومن جهة أخرى، نميز للإطار بنيتين أساسيتين أولاهما تعبر عن الإطار المستعمل في إيثرنت II (أو Ethernet DIX V2.0) والأخرى تعبر عن البنية القياسية للإطار المحدد من قبل IEEE وتبدو هاتان البنيتان على الشكل:

وعلى صعيد آخر، - حقل المقدمة Preamble : وهو عبارة عن 7Bytes مهمتها تحديد بداية الإطار وتحقيق التزامن بين المرسل والمستقبل.

بنية الإطار Ethernet II :

في هذا الإطار، الكابل المحوري (Coaxial Cable) : في المراحل الأولى للإيثرنت جرى استخدام كابل عرف باسم ThickNet قطره 10 ملم يتميز بمعدل نقل 10Mbps ويستعمل الآلية BaseBand لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظمياً للشبكة (Network Span) يقارب الـ 2500 متر، وعدد من العقد في المقطع يبلغ أعظمياً الـ 100 عقدة وبحيث لا يتجاوز طول المقطع الـ 500 متر ويعرف كذلك باسم 10Base5 حيث ترجع العشرة إلى معدل النقل والـ Base إلى آلية كشف الخطأ والـ 5 إلى الطول الأعظمي للمقطع.

ومن ناحية أخرى، - الحقل Data: وهو متغير الطول ويعبر عن المعطيات الفعلية التي يجري إرسالها والتي تجري عليها عملية Framing والتي سيجري تمريرها إلى الطبقة التالية.

ومن جهة أخرى، - حقل عنوان المستقبل (Destination Address DA) وهو عبارة عن 6Bytes لتحديد الـ MAC Address للمستقبل وقد يكون المستقبل عقدة وحيدة (UniCast) أو عدة عقد (MultiCast) أو كافة عقد الشبكة (BroadCast).

وعلى صعيد آخر، تستعمل شبكلا الإيثرنت النوع UTP حيث يبلغ قطر الكابل 0.4-0.6 سم يتميز بمعدل نقل 10Mbps ويستعمل الآلية BaseBand لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظمياً للشبكة (Network Span) يقارب الـ 500 متر ولا يتجاوز طول المقطع الـ 100 متر ويعرف كذلك باسم 10BaseT.

كذلك، - الحقل (Type) : ويستعمل لترميز البروتوكول المستعمل في الطبقة الأعلى التي ستمرر المعطيات إليها ويستعمل الترميز السداسي عشر فمثلاً بفرض كانت قيمته السداسية عشر هي عبارة عن 0800 فهذا يعني أن بروتوكول الطبقة العليا المستعمل هو بروتوكول الإنترنت IP protocol، بينما تدل القيمة السداسية عشر 8137 على أن بروتوكول الطبقة الأعلى هوProtocol IPX.

ومن جهة أخرى، أما النوع الآخر من الكابلات المحورية فهو ما عرف باسم ThinNet قطره 5 ملم يتميز بمعدل نقل 10Mbps ويستعمل الآلية BaseBand لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظمياً للشبكة (Network Span) يقارب الـ 925 متر، وعدد من العقد في المقطع يبلغ أعظمياً الـ 30 عقدة وبحيث لا يتجاوز طول المقطع الـ 500 متر ويعرف كذلك باسم 10Base2 حيث ترجع العشرة إلى معدل النقل والـ Base إلى آلية كشف الخطأ والـ 2 إلى الطول الأعظمي للمقطع، ونلاحظ أن هذا النوع من الكابلات عموماً أصبح نادر الوجود في الوقت الحالي.

ومن جهة أخرى، و هناك نوع ثالث من الكابلات المحورية المستعملة في شبكات إيثرنت تعرف بـ 10Broad36 حيث يبلغ قطر الكابل 0.4-1.0 سم يتميز بمعدل نقل 10Mbps ويستعمل الآلية BroadBand لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظمياً للشبكة (Network Span) يقارب الـ 3600 متر ولا يتجاوز طول المقطع الـ 1800 متر.

في هذا الإطار، تستعمل شبكات الإيثرنت عدة أنواع من كابلات التوصيل وتختلف هذه الكابلات من حيث البنية والسعة العظمى للنقل (Data Rate) وهي:

وفي السياق ذاته، - حقل عنوان المرسل (Source Address SA) وهو عبارة عن 6Bytes لتحديد الـ MAC Address للمرسل.

الإطار (Frame)

وسيلة مشتركة

من جانب آخر، خلال النصف الأول من ثمانينيات القرن العشرين، استعمل تطبيق 10BASE5 لشبكة الإيثرنت كابلًا محوريًا يبلغ قطرها، وقد أُطلق عليها لاحقًا اسم إيثرنت سميك أو شبكة سميكة . أما خليفتها، 10BASE2 ، والتي تُسمى إيثرنت رقيق أو شبكة رقيقة، فقد استعملت كابل RG-58 المحوري. وكان التركيز على جعل تركيب الكابل أسهل وأقل تكلفة.

وعلى صعيد آخر، بما أن جميع الاتصالات تتم عبر نفس السلك، فإن أي معلومة يرسلها جهاز كمبيوتر واحد تصل إلى جميع الأجهزة، حتى لو كانت تلك المعلومة موجهة إلى وجهة واحدة فقط. لا تقاطع بطاقة واجهة الشبكة وحدة المعالجة المركزية إلا عند استلام الحزم المناسبة، وتتجاهل البطاقة المعلومات غير الموجهة إليها. كما أن استخدام كابل واحد يعني كذلك مشاركة عرض النطاق الترددي للبيانات، بحيث ينخفض عرض النطاق الترددي المتاح لكل جهاز إلى النصف، مثلًا، عندما يكون جهازان نشطين في الوقت نفسه.

وفي السياق ذاته، يحدث التصادم عندما تحاول محطتان الإرسال في الوقت نفسه. يؤدي ذلك إلى تلف البيانات المرسلة، مما يستدعي إعادة الإرسال. ويؤدي فقدان البيانات وإعادة الإرسال إلى انخفاض معدل نقل البيانات. في أسوأ الأحوال، عندما تحاول عدة أجهزة مضيفة نشطة متصلة بأقصى طول مسموح به للكابل إرسال الكثير من الإطارات القصيرة، يمكن أن تؤدي التصادمات المفرطة إلى انخفاض حاد في معدل نقل البيانات. مع ذلك، درس تقرير لشركة زيروكس نُشر عام 1980 في مجلة "اتصالات رابطة الحوسبة الآلية" (Communications of the ACM ) أداء شبكة إيثرنت قائمة تحت ظروف الحمل العادي والحمل الثقيل المُولّد اصطناعياً. وذكر التقرير أن معدل نقل البيانات على الشبكة المحلية (LAN) بلغ 98%. وهذا على النقيض من شبكات LAN التي تعتمد على تمرير الرمز المميز (Token Ring، Token Bus)، والتي تعاني جميعها من تدهور في معدل نقل البيانات مع انضمام كل عقدة جديدة إلى الشبكة، بسبب انتظار الرموز المميزة. أثار هذا التقرير جدلاً واسعاً، حيث أظهرت النماذج أن الشبكات القائمة على التصادم تصبح نظرياً غير مستقرة تحت أحمال منخفضة تصل إلى 37% من السعة الاسمية. وقد فشل الكثير من الباحثين الأوائل في فهم هذه النتائج. ويُلاحظ أن الأداء على الشبكات الحقيقية أفضل بكثير.

إضافةً إلى ذلك، استندت تقنية الإيثرنت في الأصل إلى فكرة تواصل أجهزة الكمبيوتر عبر كابل محوري مشترك يعمل كوسيط بث. وكانت الطريقة المستعملة مشابهة لتلك المستعملة في أنظمة الراديو، حيث يوفر الكابل المشترك قناة الاتصال التي شُبّهت بالأثير المضيء في فيزياء القرن التاسع عشر، ومن هذا التشبيه اشتُق اسم الإيثرنت.<ملا"Spurgeon 2000">

ومن ناحية أخرى، في شبكات الإيثرنت الحديثة، لا تتشارك جميع المحطات قناة واحدة عبر كابل مشترك أو موزع بسيط؛ بل تتواصل كل محطة مع محوّل، يقوم بدوره بتوجيه البيانات إلى المحطة المستهدفة. في هذا التصميم، لا تحدث التصادمات إلا إذا حاولت المحطة والمحوّل التواصل في الوقت نفسه، وتقتصر التصادمات على هذا الرابط. علاوة على ذلك، قدّم معيار 10BASE-T وضع التشغيل ثنائي الاتجاه الكامل ، الذي أصبح شائعًا في الإيثرنت السريع والمعيار الفعلي في الإيثرنت جيجابت. في وضع ثنائي الاتجاه الكامل، يمكن للمحوّل والمحطة الإرسال والاستقبال في آنٍ واحد، ولذلك فإن شبكات الإيثرنت الحديثة خالية تمامًا من التصادمات.

من جانب آخر، كان كابل الإيثرنت المحوري المشترك (الوسيط المشترك) في الأصل يمتد عبر مبنى أو حرم جامعي لتوصيل جميع الأجهزة المتصلة. وكان نظام الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واكتشاف التصادم (CSMA/CD) يُحكم طريقة مشاركة أجهزة الكمبيوتر للقناة. وكان هذا النظام أبسط من تقنيات Token Ring أو Token Bus المنافسة. تتصل أجهزة الكمبيوتر بجهاز إرسال واستقبال واجهة وحدة التوصيل (AUI)، والذي بدوره متصل بالكابل (في الإيثرنت الرقيق ، عادةً ما يكون جهاز الإرسال والاستقبال مدمجًا في محول الشبكة). في حين أن السلك السلبي البسيط يتمتع بموثوقية عالية للشبكات الصغيرة، إلا أنه غير موثوق به للشبكات الكبيرة الممتدة، حيث يمكن أن يؤدي تلف السلك في مكان واحد، أو وجود موصل تالف واحد، إلى جعل جزء الإيثرنت بأكمله غير قابل للاستخدام.

أجهزة إعادة الإرسال والمحاور

وفي السياق ذاته، بسبب تدهور الإشارة ومشاكل التوقيت، فإنّ حجم أجزاء إيثرنت المحورية محدود. ويمكن إنشاء شبكات أكبر نوعًا ما باستخدام مُكرِّر إيثرنت. كانت المُكرِّرات الأولى تحتوي على منفذين فقط، مما يسمح بمضاعفة حجم الشبكة كحد أقصى. وبمجرد توفر مُكرِّرات بأكثر من منفذين، أصبح من الممكن توصيل الشبكة بطوبولوجيا نجمية. وقد نُشرت التجارب الأولى على الطوبولوجيا النجمية (المعروفة باسم فايبرنت ) باستخدام الألياف الضوئية بحلول عام 1978.

في هذا الإطار، بدأ استخدام تقنية الإيثرنت على كابلات الأزواج الملتوية غير المحمية (UTP) مع شبكة ستارلان بسرعة في منتصف الثمانينيات.: 12-13 في عام 1987، قدمت شركة SynOptics أول شبكة إيثرنت مزدوجة مجدولة بسرعة في بنية كابلات نجمية مع موزع مركزي، والتي أطلق عليها لاحقًا اسم LattisNet تطورت هذه التقنية إلى معيار 10BASE-T، المصمم خصيصًا للوصلات من نقطة إلى نقطة، حيث دُمجت جميع عمليات الإنهاء في الجهاز نفسه. وقد حوّل هذا الأمر أجهزة إعادة الإرسال من جهاز متخصص يُستعمل في مركز الشبكات الكبيرة إلى جهاز لا غنى عنه في أي شبكة تعتمد على أزواج الأسلاك المجدولة وتضم أكثر من جهازين. وقد سهّلت بنية الشجرة الناتجة عن ذلك صيانة شبكات الإيثرنت، إذ منعت أغلب الأعطال التي قد تحدث في أحد الأجهزة أو الكابل المرتبط به من التأثير على الأجهزة الأخرى في الشبكة.[ مطلوب مصدر ]

علاوةً على ذلك، لطالما شكل تركيب كابلات الإيثرنت المشتركة في المكاتب تحديًا نظرًا لتعارض بنيتها الأساسية مع بنية الكابلات النجمية المصممة في المباني لأغراض الاتصالات الهاتفية. وقد أتاح تعديل الإيثرنت ليتوافق مع أسلاك الهاتف المجدولة المثبتة مسبقًا في المباني التجارية فرصة أخرى لخفض التكاليف، وتوسيع قاعدة التركيب، والاستفادة من تصميم المبنى، ولذا كان الإيثرنت المجدول هو التطور المنطقي التالي في منتصف ثمانينيات القرن الماضي.

علاوةً على ذلك، على الرغم من بنية الشبكة النجمية الفيزيائية ووجود قنوات إرسال واستقبال منفصلة في وسائط الأسلاك المجدولة والألياف الضوئية، لا تزال شبكات الإيثرنت القائمة على المُكرِّرات تستعمل بروتوكول نصف مزدوج وCSMA/CD، مع نشاط محدود للغاية من جانب المُكرِّر، يقتصر أساسًا على توليد إشارة التشويش للتعامل مع تصادمات الحزم. تُرسَل كل حزمة إلى كل منفذ آخر على المُكرِّر لذا لا تُعالَج مشكلات عرض النطاق الترددي والأمان. يقتصر إجمالي إنتاجية المُكرِّر على إنتاجية وصلة واحدة، ويجب أن تعمل جميع الوصلات بنفس السرعة.<ملا="Spurgeon 2000">Charles E. Spurgeon (2000). Ethernet: The Definitive Guide. O'Reilly. ISBN 978-1-56592-660-8.

الشبكات المتقدمة

وفي السياق ذاته، تستعمل ميزات الشبكات المتقدمة في المحولات بروتوكول أقصر مسار (SPB) أو بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) للحفاظ على شبكة متشابكة خالية من الحلقات، مما يسمح بوجود حلقات فعلية للتكرار (STP) أو موازنة الأحمال (SPB). يتضمن بروتوكول أقصر مسار استخدام بروتوكول توجيه حالة الارتباط IS-IS لتمكين الشبكات الأكبر حجمًا من استخدام أقصر المسارات بين الأجهزة.

في هذا الإطار، تضمن ميزات الشبكات المتقدمة كذلك أمان المنافذ، وتوفر ميزات حماية مثل إغلاق عناوين MAC وتصفية الإشعاع البثي، وتستعمل شبكات VLAN لفصل فئات المستعملين المختلفة أثناء استخدام نفس البنية التحتية المادية، وتستعمل تجميع الروابط لإضافة عرض نطاق ترددي للروابط المحملة بشكل زائد ولتوفير بعض التكرار.

ومن ناحية أخرى، في الكثير من الأنظمة الصناعية، تتعايش شبكة الإيثرنت وشبكة ناقل البيانات الميداني، حيث يؤدي كل منهما أدوارًا معينة، ويتم تبادل البيانات بينهما من خلال البوابات.

التطور

ومن ناحية أخرى، يستعمل نظام التشغيل في محطة الاستقبال حقل EtherType في كل إطار لاختيار وحدة البروتوكول المناسبة (مثل إصدار بروتوكول الإنترنت IPv4 ). تُوصف إطارات الإيثرنت بأنها ذاتية التعريف ، وذلك بفضل حقل EtherType. تُمكّن الإطارات ذاتية التعريف من دمج بروتوكولات متعددة على نفس الشبكة الفيزيائية، كما تسمح لجهاز كمبيوتر واحد باستخدام بروتوكولات متعددة معًا. على الرغم من تطور تقنية الإيثرنت، فإن جميع أجيال الإيثرنت (باستثناء الإصدارات التجريبية المبكرة) تستعمل نفس تنسيقات الإطارات. يمكن إنشاء شبكات ذات سرعات مختلطة باستخدام محولات ومكررات الإيثرنت التي تدعم متغيرات الإيثرنت المطلوبة.

من جهة ثانية، تطورت تقنية الإيثرنت لتشمل نطاقًا تردديًا أعلى، وطرقًا محسّنة للتحكم في الوصول إلى الوسائط، ووسائط مادية مختلفة. وقد استُبدل الكابل المحوري متعدد النقاط بوصلات مادية مباشرة متصلة بواسطة مُكرِّرات أو مُبدِّلات إيثرنت.

من جانب آخر، تتواصل محطات الإيثرنت عن طريق إرسال حزم بيانات فيما بينها: وهي عبارة عن كتل من البيانات تُرسل وتُسلم بشكل فردي. وكما هو الحال في شبكات IEEE 802 LAN الأخرى، يأتي كل محول مبرمجًا بعنوان MAC فريد عالميًا مكون من 48 بت، بحيث يكون لكل محطة إيثرنت عنوان فريد. تُستعمل عناوين MAC لتحديد كل من وجهة ومصدر كل حزمة بيانات. يُنشئ الإيثرنت اتصالات على مستوى الربط، والتي يمكن تعريفها باستخدام كل من عنواني الوجهة والمصدر. عند استقبال إرسال، يستعمل المُستقبِل عنوان الوجهة لتحديد ما إذا كان الإرسال ذا صلة بالمحطة أم يجب تجاهله. لا تقبل واجهة الشبكة عادةً الحزم الموجهة إلى محطات إيثرنت أخرى.

وعلى صعيد آخر، نظراً لانتشار تقنية الإيثرنت وانخفاض تكلفة الأجهزة اللازمة لدعمها باستمرار، بحلول عام 2004، قام أغلب المصنّعين بتضمين واجهات الإيثرنت مباشرة في اللوحات الأم لأجهزة الكمبيوتر، مما ألغى الحاجة إلى بطاقة شبكة منفصلة.

الأصناف

من جهة ثانية، تطورت الطبقة الفيزيائية لشبكة الإيثرنت على مدى فترة زمنية طويلة، وتشمل واجهات الوسائط الفيزيائية المحورية، والأسلاك المجدولة، والألياف الضوئية، بسرعات تتراوح من إلى . كان أول استخدام لتقنية CSMA/CD للأسلاك المجدولة هو StarLAN، الذي جرى توحيده تحت مسمى 802.3 1BASE5. على الرغم من أن 1BASE5 لم يحقق انتشارًا واسعًا في السوق، إلا أنه حدد المكونات الفيزيائية (الأسلاك، والمقابس، وتوزيع الدبابيس، ومخطط التوصيل) التي سيتم نقلها إلى 10BASE-T وصولًا إلى 10GBASE-T.

إضافةً إلى ذلك، تُعدّ أنواع الإيثرنت التي تعمل بالألياف الضوئية (والتي تستعمل عادةً وحدات SFP ) شائعةً جدًا في الشبكات الكبيرة، إذ توفر أداءً عاليًا وعزلًا كهربائيًا أفضل ومدى أطول (عشرات الكيلومترات في بعض الإصدارات). وبشكل عام، يعمل برنامج حزمة بروتوكولات الشبكة بطريقة مماثلة على جميع الأنواع.

شروط الخطأ

وفي هذا السياق، أكثر أنواع الاتصالات شيوعًا هي 10BASE-T و100BASE-TX و1000BASE-T. تستعمل هذه الأنواع الثلاثة كابلات مزدوجة مجدولة وموصلات معيارية 8P8C . وتعمل بسرعات و و على التوالي.

التصادم

ومن جهة أخرى، أما التقنية Full Duplex تعني أن المنفذ port وما يتصل به يستطيع أن يقوم بإرسال البيانات واستقبالها في وقت واحد مما يضاعف من عرض الحزمة.. فمثلاً إن كان معدل النقل يعادل 100Mbps وكانت التقنية المستعملة هي Full Duplex فهذا يعني أن سرعة النقل المجملة أصبحت تعادل 200Mbps.

تقطيع الشبكة إلى عدة مقاطع Segmentation :

وفي السياق ذاته، كشف التصادم: يحدث التصادم عندما تستشعر عقدتان أن الوسط فارغ وتبدأان بإرسال الطرود في الوقت نفسه.. وبما أن أي عقدة متصلة بالشبكة تصغي إلى الشبكة في نفس الوقت الذي ترسل فيه طروداً عبر الشبكة لتتأكد من أنها العقدة الوحيدة المرسلة على الشبكة، فما يحدث عند التصادم هو أن العقدة المرسلة ستعود إليها الإشارة المرسلة ولكن بشكل مشوه (grambled) وعندها ستستشعر وجود التصادم وستتوقف عن الإرسال وتنتظر فترة زمنية حتى يتم تفريغ الوسط هذه الفترة الزمنية تدعى غرامة/زمن التأخير (back off time/delay) طول هذه الفترة عشوائي أي أنه يختلف من عقدة إلى أخرى وذلك لتفادي حدوث التصادم من جديد في حال قيام العقد بإعادة الإرسال بعد انقضاء نفس الزمن.

علاوةً على ذلك، تتألف المبدّلة Switch من عدة بوابات Ports تتصل كل منها بعنصر شبكة وحيد (قد يكون DCE - مثل المركّز Hubأوالمبدّلة switch أخرى مثلاً- أو DTE - كأن يكون حاسباً أو طابعة أو..) أي أن المبدّلة Switch تصل بين عدة مقاطع كل مقطع مؤلف من عقدة Node وحيدة متصلة بالكابل مما يجعل الشبكات التي تستعمل المبدّلة Switch (Switched Networks) خالية تماماً من التصادم Collision Free.

آليات مختلفة لتقطيع الشبكة Segmentation :

علاوةً على ذلك، يقوم المركّز موزع ببساطة بتمرير الإطار Frame الوارد إلى دخله إلى كافة مخارجه أي أنه يمرر أي إطار متواجد على أي من المقاطع المتصلة به إلى كافة المقاطع الأخرى حيث يجري تعميمها على كافة العناصر المرتبطة بهذا المقطع Segment ولكن هذه الطريقة في تعميم الإطارات تسبب الكثير من الهدر في عمليات النقل وهذا ما يجعل استخدام محصوراً بالشبكات الصغيرة التي تتميز بمعدلات منخفضة من المعطيات التي يجري نقلها.

استخدام المبدّلة Switch بين مقاطع الشبكة:

استخدام الـ جسر بين مقاطع الشبكة:

كذلك، تقوم المبدّلة Switch باستقبال الطرد من المرسل وتحديد وجهة هذا الطرد.. وبما أن كل مقطع Segment متصل إلى أحد بوابات المبدّلة Switch مؤلف من عنصر وحيد فإن عنوان المستقبل سيجري تمريره إلى منفذ port وحيدة متصلة مباشرة بالمستقبل نفسه وبالتالي تمرير الإطار إلى الجهة المستقبلة وحدها دون شغل أي عنصر من عناصر الشبكة باستقبال إطار قد لا يخصه.

وفي هذا السياق، إن عملية التقطيع Segmentation قسمت الشبكة إلى عدة مقاطع غير متصلة مع بعضها.. فلا بد من إيجاد طريقة للوصل بحيث تستطيع عقد تنتمي إلى مقاطع مختلفة تبادل المعلومات فيما بينها، وهنا جرى استخدام نقاط (عناصر) وسيطة.. إذ لم تعد الشبكة في هذه الحالة مؤلفة من عقد متصلة بكابل فحسب وإنما أصبحت الشبكة مؤلفة من نوعين أساسيين من الأجهزة:

من جهة ثانية، يؤلف المقطع الوحيد Segment مجال تصادم Collision Domain تصبح معالجة مشكلة التصادم عليه أعقد وأصعب وتستغرق وقتاً أكثر كلما زاد عدد العقد المتصلة بمقطع وحيد ومن هنا تظهر أهمية عملية تقسيم الشبكة إلى مقاطع متعدد تشكل مجالات تصادم متعددة Multiple Collision Domain يسهل حل التصادم على كل منها وفي نفس الوقت جرى توسيع للشبكة وإضافة عدد جديد من العناصر المنتمية للشبكة.

ومن ناحية أخرى، و بناء على هذه البنية يحدث التصادم في حال أرادت عقدتان إرسال إطار في وقت واحد.

من جانب آخر، و في حال كان المرسل والمستقبل ينتميان إلى نفس المقطع فإن الـ جسر لا يقوم بتمرير إي إطار إلى أي مقطع خارجي آخر وهذا ما يجعله قادراً على القيام بعمليات نقل داخلية (ضمن مقطع واحد) متعددة في أكثر من مقطع في الوقت نفسه (على التوازي).

استخدام المركّز موزع أو بين مقاطع الشبكة:

ومن ناحية أخرى، تتصل العقد A و B و C و D جميعها إلى Medium وحيد فهي تؤلف مقطعاً Segment.. وبفرض أرادت العقدة A إرسال بيانيات للعقدة B عبر الشبكة، عندها سينتقل الطرد المرسل من A إلى كافة العقد المتصلة بالشبكة وستقوم كل منها بمقارنة عنوان الـ MAC الخاص بها مع عنوان المستقبل DA الوارد في الطرد لتتأكد إن كان الطرد يخصها وإلا فإنها تهمله (و هو ما تقوم به العقدتان C و D في هذه الحالة).

كذلك، و النوع الثاني يدعى عناصر الشبكة الوسيطة (Data communication equipment DCE) نقاط وسطى تستقبل الطرود من جهة وتمررها إلى جهات أخرى وفق آليات مختلفة وتتمثل في أجهزة مثل مكرر الإشارة repeater (نفس مبدأ عمل المركّز موزع على وجه التقريب) والـ Bridge والمبدّلة switch والـ routers وجميعها تمثل صلة الوصل بين أكثر من مقطع Segment وتتيح توسيع حجم الشبكة كما تعتبر بطاقات الشبكة Network Interface Cards NICs من أحد أنواع عناصر التواصل في الشبكة.

وفي السياق ذاته، تعمل المبدّلة Switch بإحدى التقنيتين: Full Duplex technology أو Half-Duplex Technology

من جهة ثانية، حيث تعني التقنية Half Duplex أن كل منفذ port من منافذ المبدّلة switch وما يتصل به من DCE أو DTE أو NIC يستطيع أن يقوم بالإرسال فقط أو الاستقبال فقط في وقت واحد.

من جانب آخر، الإصغاء: وتعني أن أي عقدة قبل أن تقوم بإرسال أي طرد إلى الوسط فإنها «تصغي» إلى الوسط أي تستشعر وجود إشارة حاملة Carrier يجري إرسالها على الكابل في الوقت الحالي.. وذلك بهدف معرفة إن كانت هناك عقدة أخرى في حالة إرسال أو كان الوسط فارغاً وجاهزاً لاستقبال طرد لإيصاله إلى باقي العقد.

وفي هذا السياق، - الحقل trailer: وهو عبارة عن 4Bytes يختتم به الإطار ويستعمل للكشف عن الأخطاء حيث تخزن فيه قيمة تدعى Frame Check Sequence FCS والتي يجري حسابها بحسب خوارزمية لكشف الأخطاء (Cyclic Redundancy Check CSC) والتي لها أنواع مختلفة ويجري تطبيقها على الحقول بدءاً من DA وحتى نهاية الإطار وأثناء الحساب تؤخذ قيمة FCS أصفاراً، وعند الاستقبال يقوم المستقبل بتطبيق نفس خوارزمية كشف الأخطاء وإيجاد الناتج ومقارنته مع الحقل FCS للتأكد من خلو الطرد من أخطاء أثناء عملية النقل.

في هذا الإطار، و في حال كان عنوان المستقبل هو العنوان العام (BroadCast) ستعتبر كل عقدة من هذه العقد أن الطرد المرسل يخصها وستقوم بمعالجته.

وفي هذا السياق، النفاذ المتعدد: ومعناه أن إي طرد يجري إرساله عبر الوسط يجري استقباله من كافة عقد الوسط (لأنها جميعاً في حالة إصغاء) ومن ثم اتخاذ القرار بإهماله أم معالجته.

ومن ناحية أخرى، نلاحظ أن الحقول جميعها مطابقة للحقول السابقة عدا أحد حقول الترويسة وهو الحقل Length وهو نفس الـ 2Bytes السابقتين ولكنها تلعب دورا في تحديد الحقل MAC-client data وهو حقل جزئي من حقل البيانات data.

كذلك، النوع الأول يدعى عناصر الشبكة الطرفية (Data Terminal Equipment DTE) وتتمثل بكل ما الأجهزة التي بإنمانها إرسال البيانات واستقبالها.

كذلك، يصل الـ جسر بين مقاطعن مختلفة من الشبكة ولكنه يختلف عن المركّز موزع بأنه يختبر عنوان المستقبل فلا يقوم بإرسال الإطار من المقطع الحاوي على العقدة المرسلة إلى كافة المقاطع المتصلة به وإنما يرسله فقط إلى المقطع الحاوي على العقدة ذات العنوان المستقبل.. أي أن الـ جسر يصل بين مقطعين فقط على عكس المركّز Hubالذي كان يصل بين مقطع من جهة وعدة مقاطع من جهة أخرى.

بنية الإطار Ethernet 802.3 :

ومن ناحية أخرى، آلية الإصغاء في النفاذ المتعدد وكشف التصادم (Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD) :