الدرس الأول | الدرس الثاني | الدرس الثالث | الدرس الرابع | الدرس الخامس

أساسيات شبكات Ethernet

 تعتبر Ethernet إحدى معماريات الشبكات المحلية LAN Architecture التي طورتها أساسا شركة Xerox في منتصف السبعينيات من القرن الماضي .و هي تمثل القاعدة لمعيار التشبيك IEEE Networking Standard 802.3 (سأشرحه بالتفصيل من خلال الدورة إن شاء الله) . تعتبر هذه المعمارية الأكثر شهرة هذه الأيام.

تستخدم إثرنت طريقة خاصة لتسمح لأجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة بإرسال بياناتها على الشبكة و ذلك لتنظم حركة المرور على الشبكة ، هذه الطريقة تسمى تحسس الناقل متعدد الوصول مع اكتشاف التصادم أو Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) ، باستخدام هذه الطريقة يراقب الكمبيوتر الشبكة و يقوم بالإرسال عندما يحس أن السلك غير مشغول بأي إشارة لأنه لا يستطيع سوى كمبيوتر واحد إرسال البيانات في نفس الوقت.إذا حصل تصادم ناتج عن أن كمبيوتر آخر قام بإرسال البيانات في نفس الوقت ،فإن كلا الكمبيوتران سيتوقفان عن الإرسال و سينتظر كل منهما وقت عشوائي ليعيد إرسال بياناته مما يقلل من احتمال حدوث تصادم آخر.

نموذجيا فإن شبكات إثرنت تنقل البيانات بمعدل 10 ميجابت في الثانية ، و لكن الأنواع الأحدث تدعم سرعة نقل بيانات تصل الى 100 ميجابت في الثانية .و حاليا تتوفر أنواع تدعم سرعة 1 جيجا بت في الثانية.

مع أن إثرنت تقليديا كانت تستخدم مع تصميم الشبكة من النوع Bus إلا أنها تدعم أيضا التصميم Star Bus .

تستخدم إثرنت نظام إرسال الإشارة المسمى Baseband Signaling أو نطاق الإرسال الأساسي ، و لكنها من الممكن أن تدعم نطاق الإرسال الواسع Broadband Signaling و سنتكلم عن هذين النظامين لا حقا إن شاء الله.

أي جهاز متصل بشبكة إثرنت يحتاج الى ما يسمى متحكم بشبكة إثرنت أو Ethernet Network Controller وهو عبارة عن أداة تحدد فيما إذا كان السلك خاليا من الإشارات أم لا ، لكي يتم إرسال الإشارات عليه دون حصول تصادم . يتواجد هذا المتحكم Controller على بطاقة الشبكة في جهاز الكمبيوتر (أنظر الصورة).



هناك أربع أنواع أساسية لخيارات التشبيك المتوافقة مع شبكات إثرنت:

1-10BaseT (Twisted-Pair) .أنظر الصورة.



2-10Base2 (Thin Coaxial) أنظر الصورة.



3-10Base5 (Thick Coaxial) أنظر الصورة.



4-10BaseF (Fiber Optic) أنظر الصورة.



العدد القياسي للإرتباطات التي من الممكن أن تتصل بشبكة إثرنت تصل الى 1024 على افتراض عدم استخدام أي جسور Bridges أو موجهات Routers . وهذا ينطبق على جميع أنواع إثرنت.

لنلق نظرة على التعريف المستخدم في تسمية الأنواع الأربعة السابقة من أنواع شبكات إثرنت. ينقسم التعريف الى ثلاث أقسام كمثال 10-Base-2.

القسم الأول يشير الى معدل نقل البيانات مقاسا بالميجابت في الثانية .

القسم الثاني من التعريف يشير الى طريقة الإرسال المستخدمة هل هي من النظاق الأساسي Baseband أو النظاق الواسع Broadband .

القسم الثالث عبارة عن رقم إذا ضرب ب 100 فإنه يشير الى الطول الأقصى مقاسا بالمتر الذي من الممكن أن يصل إليه أي قسم منفصل من السلك أو ما يسمى Segment .

و بالتالي فإن شبكة إثرنت من النوع 10Base2 تشير الى شبكة سرعة نقل البيانات عليها 10 ميجابت في الثانية و تستخدم إرسال الإشارة من النوع Baseband وطول أي قسم من السلك فيها لا يتجاوز 200 متر.

في الأنواع 10BaseT و 10BaseF طول السلك غير محدد و بدلا من ذلك يحدد نوع السلك المستخدم.ففي النوع 10BaseT يشير T الى Twisted Pair ، بينما يشير F في 10BaseF الى Fiber Optic .

يستخدم إثرنت شكل محدد لإطار حزمة البيانات Frame التي ترسل على الشبكة ، فكل إطار يتراوح طوله بين 64 الى 1518 بايت يخصم منهم 18 بايت كمعلومات تحكم فيبقى من البيانات مابين 46 الى 1500 بايت .أنظر الصورة.



ينقسم كل إطار من حزم البيانات الى عدة أقسام :

1- المقدمة أو Preamble Section و هي التي تحدد بداية الإطار أو حزمة البيانات .

2- قسم المصدر و الوجهة أو Source and Destination Section و يحتوي على عنواني الكمبيوتر المرسل و الكمبيوتر المستقبل .

3- قسم النوع أو Type Section و الذي يحدد بروتوكول الشبكة المستخدم مثل IP أو IPX .

4- القسم الأخير و هو قسم الإختبار الدوري للزيادة أو Cyclical Redundancy Check (CRC) Section وهذا القسم يحتوي على فحص لوجود أي أخطاء في الإطار المرسل من البيانات .

تستطيع إثرنت استخدام أنواع مختلفة من البروتوكولات بما فيها TCP/IP .

من الممكن تحسين أداء شبكات إثرنت بتقسيم القسم المزدحم على الشبكة إلى قسمين ثم ربطهما معا باستخدام جسر Bridge أو موجه Router مما يقلل الإزدحام على كل قسم Segment لأن عدد أقل من المستخدمين سيبثون بياناتهم على الشبكة و بالتالي سيتحسن الأداء العام للشبكة. أنظر الصورة.



يعتبر هذا النوع من التقسيم مفيدا في حالة:

1- انضمام عدد كبير من المستخدمين الجدد الى الشبكة .

2- استخدام البرامج التي تحتاج الى سعة نطاق مرتفع High – Bandwidth Applications مثل قواعد البيانات أو برامج التراسل الفيديوي .

تستطيع إثرنت العمل مع أغلب أنظمة تشغيل الشبكات بما فيها:

1- ويندوز 95 ، ويندوز98 ، ويندوز ميلينيوم.

2- ويندوز NT Workstation ، ويندوز NT Server .

3- ويندوز 2000 ( Professional , Server , Advanced Server ).

4- Windows for Workgroup .

5- Microsoft LAN Manager .

6- Novell Netware .

7- IBM LAN Server .

8- AppleShare .

شبكات إثرنت من النوع 10BaseT .

شبكات 10BaseT هي شبكة إثرنت تعمل بسرعة 10 ميجابت في الثانية و تستخدم الإرسال من النوع Baseband ، و الأسلاك التي تستخدمها هي من النوع Twisted Pair أو الزوج الملتوي .

نموذجيا تستخدم هذه الشبكات النوع غير المغطى من الزوج الملتوي الأسلاك أو Unshielded Twisted Pair (UTP) (الفئات 3 و 4 و5 من هذا النوع من الأسلاك و التي سنشرحها لاحقا إن شاء الله) ، و لكنها تستطيع العمل أيضا مع النوع المغطى من هذه الأسلاك أو Shielded Twisted Pair (STP) و ذلك دون تغيير أي من بارامترات الشبكة.

تصميم شبكات 10BaseT هو ماديا أو حقيقيا عبارة عن تصميم النجمة Star و لكن منطقيا هو تصميم الناقل Bus .

سأشرح ذلك :

أغلب شبكات 10BaseT موصلة بنفس أسلوب شبكات النجمة بمعنى أن هناك أجهزة كمبيوتر متصلة بنقطة مركزية هي المجمع أو Hub ، و لكن النظام المستخدم في إرسال الإشارات على الشبكة هو نفس النظام المستخدم في شبكات الناقل Bus و هو الذي شرحناه سابقا وسميناه أسلوب تحسس الناقل متعدد الوصول مع اكتشاف التصادم CSMA/CD و الذي شرحناه في الحلقة السابقة .

بالإضافة الى الأسلاك هناك مكونات أخرى لشبكات 10BaseT هي:

1- 10BaseT Transceiver و هو اختصار ل (Transmitter – Receiver ) أي مرسل مستقبل.

2- Wiring Hub مجمع أسلاك.

3- repeaters مكررات إشارة.

4- موصلات أو مشابك RJ-45 Connectors .

نموذجيا توصل أسلاك الشبكة الى مجمع و الذي يعمل كمكرر إشارة متعدد المنافذ Multiport Repeater ، و الذي بدوره يستخدم لزيادة طول السلك .

في أسلاك Twisted Pair يوصل في أطرافها مشابك من النوع RJ-45 Connecters و التي تعمل على إيقاف ارتداد الإشارات على السلك.أنظر الصورة .



مع ملاحظة أن هذا النوع من الأسلاك لا يمكن أطالته بتوصيل سلك آخر إليه.

يقوم Transceiver أو المرسل- المستقبل و الذي يسمى أحيانا Attachment Unit Interface (AUT) ، بإرسال البيانات المخزنة على المتحكم Controller و يحولها الى إشارات كهربية ليتم بثها على الشبكة .

في شبكات 10BaseT يكون Transceiver عادة مركبا على بطاقة الشبكة في الكمبيوتر الموصل الى هذه الشبكة .

الطول الأقصى للسلك أو Segment في شبكات 10BaseT يصل الى 100 متر ، أما الطول الأدنى بين جهازين على هذه الشبكة فهو لا يجب أن يقل عن 2.5 متر .

تستفيد شبكات 10BaseT من تصميم النجمة ، بتسهيل نقل الأجهزة من مكان الى آخر و إصلاح المعطوب منها دون أن يؤثر ذلك على عمل الشبكة .

من الممكن تحويل السلك من النوع Thick Coaxial الى النوع Twisted Pair ليتم وصله الى شبكة 10BaseT بعمل الآتي:

نوصل السلك Thick Coaxial الى 10BaseT Transceiver منفصل و الذي بدوره نوصله ببطاقة الشبكة باستخدام سلك Twisted Pair .أنظر الصورة.



تعتبر شبكات 10BaseT الأكثر شيوعا بين الأنواع المختلفة من شبكات إثرنت ، و من أحد الأسباب هو إمكانية استخدام أسلاك الهاتف العادية (Twisted Pair) لشبك الأجهزة بالشبكة.