آموزش رایگان ccna؛ قسمت نهم: شبکه‌های امروزی چگونه اطلاعات را انتقال می‌دهند؟

در مقالات قبلی آموزش ccna، با مفاهیمی مانند توپولوژی‌های شبکه، کابل‌ها و انواع آن مثل کابل کواکسیال، جفت در هم تنیده شده و فیبر نوری آشنا شدیم و مزایا و معایب هر کدام را آموختیم. در این مقاله قصد داریم با روش‌های مختلف دسترسی به شبکه‌ها و انواع پیاده سازی فست اترنت آشنا می‌شویم. با فالنیک همراه باشید.

• انواع روش‌های دسترسی در شبکه
• روش دسترسی csma/cd چیست؟
• تصادم در شبکه به چه معناست؟
• روش دسترسی csma/ca چیست؟
• روش دسترسی token passing چیست؟
• انواع اترنت
• اترنت سریع
• پیاده سازی اترنت سریع
• اترنت گیگابیت
• اترنت 10 گیگابیتی
• فناوری سریال، فناوری نوری و دیگر معماری ها
• ارسال سریال
• ارسال اطلاعات با فناوری نوری
• PoE در ارسال اطلاعات
• GBICs
• مزیت gbic
• کاربردهای‌ gbic

انواع روش‌های دسترسی در شبکه

روش دسترسی تعیین می‌کند که میزبان چگونه داده‌ها را از طریق کابل‌ها انتقال دهد. آیا میزبان باید منتظر نوبت خود بماند یا می‌تواند هر زمان که خواست داده‌ها را انتقال دهد؟ برای انجام درست این‌کار سه روش دسترسی اصلی ابداع شده که شامل موارد زیر می‌شوند:

1. CSMA/CD
2. CSMA/CA
3. ارسال توکن (Token Passing)

نکته‌ی مهم این است که از مفهوم سیم (Wire) برای توصیف این روش‌ها استفاده می‌شود، اما ما برای درک بهتر مفاهیم و جملات از اصطلاح کابل به‌جای سیم استفاده می‌کنیم.

1. روش دسترسی CSMA/CD چیست؟

CSMA/CD (سرنام Carrier-sense multiple access with collision detection) و به معنی «دسترسی چندگانه با قابلیت شنود سیگنال حامل/تشخیص تصادم» یکی از محبوب‌ترین روش‌های دسترسی است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. با CSMA/CD، هر میزبان دسترسی یکسانی به کابل دارد و می‌تواند زمانی که کابل بدون ترافیک است داده‌ها را انتقال دهد. اگر یک میزبان بخواهد داده‌ها را روی کابل ارسال کند، تشخیص می‌دهد که آیا سیگنالی از قبل روی کابل وجود دارد یا خیر. اگر چنین باشد، میزبان منتظر می‌ماند و هنگامی که سیگنالی وجود نداشت داده‌ها را ارسال می‌کند. اگر کابل آزاد باشد، میزبان بلافاصله داده‌ها را ارسال می‌کند. با این‌حال، در روش مذکور مشکل بزرگی به نام تصادم (collision) وجود دارد.

· تصادم (collision) در شبکه به چه معناست؟

اگر دو سیستم همزمان تشخیص دهند که سیگنالی روی کابل وجود ندارد و آزاد است، هر دو به‌طور همزمان داده‌ها را  ارسال می‌کنند. هنگامی که دو قطعه داده به‌طور همزمان روی کابل ارسال شوند، با یکدیگر برخورد می‌کنند و داده‌ها از بین می‌روند. به این اتفاق تصادم (collision) می‌گویند. اگر داده‌ها در حین انتقال از بین بروند، باید فرآیند ارسال تکرار شود. در نتیجه، پس از برخورد، هر میزبان مدت زمان متغیری را قبل از ارسال مجدد داده‌ها منتظر می‌ماند تا مطمئن شود دوباره مشکل تصادم به‌وجود نخواهد آمد. هنگامی که یک سیستم تشخیص می‌دهد که داده‌ها با هم برخورد کرده‌اند و باید داده‌ها را دوباره ارسال کند، وضعیتی به‌وجود می‌آید که تشخیص برخورد (collision detection) نام دارد.

به‌طور خلاصه، در روش CSMA/CD، قبل از این‌که میزبان داده‌ها را روی شبکه بفرستد، وضعیت کابل یا به‌عبارت دقیق‌تر سیم را بررسی می‌کند تا مطمئن شود که بدون ترافیک است. در این‌جا ممکن است سامانه‌های مختلفی به کابل یا سیم (Wire) دسترسی یکسان داشته باشند، از این‌رو، در صورت برخورد، میزبان، آن برخورد (CD) را تشخیص داده و داده‌ها را دوباره ارسال می‌کند.

2. روش دسترسی CSMA/CA چیست؟

CSMA/CA (سرنام Sense Multiple Access/Collision Avoidance) به معنی «دسترسی چندگانه با قابلیت شنود سیگنال حامل/ پیشگیری از تصادم» به اندازه CSMA/CD محبوب نیست و دلیل خوبی هم وجود دارد. با CSMA/CA، قبل از این‌که میزبان داده‌ها را روی سیم بفرستد، وضعیت را بررسی می‌کند تا ببیند آیا سیگنالی وجود دارد یا خیر. در این روش، میزبان سعی می‌کند با ارسال یک سیگنال از برخورد پیشگیری کند تا سایر میزبان‌ها اقدام به ارسال داده‌ها نکنند. رویکرد فوق مانع بروز مشکل تصادم می‌شود، اما در مقابل باعث می‌شود تا داده‌های بیشتری روی کابل ارسال شوند که در شبکه‌های بزرگ «سرباره» زیادی را تولید می‌کند.

3. روش دسترسی Token Passing چیست؟

در هر دو روش CSMA/CD و CSMA/CA، احتمال برخورد همیشه وجود دارد و هر چه میزبان‌های بیشتری به شبکه وارد شده و به کابل‌ها متصل شوند، احتمال برخورد را بیشتر می‌کنند، زیرا سیستم‌های بیشتری در انتظار ارسال داده‌ها روی رسانه انتقال هستند و مجبور هستند صبر کنند تا کابل آزاد شود و سپس اطلاعات را ارسال کنند.

در مکانیزم ارسال توکن، از رویکرد کاملا متفاوتی برای تعیین چگونگی انتقال داده‌ها روی سیم استفاده می‌شود. در این روش یک بسته خالی روی کابل/سیم (wire) قرار می‌گیرد که توکن (token) نام دارد. برای ارسال داده‌ها روی کابل، یک سیستم باید صبر کند تا توکن را دریافت کند. هنگامی که سیستم توکنی بدون داده به‌دست آورد، قادر است فرآیند ارسال اطلاعات را آغاز کند. از آن‌جایی که همواره تنها یک توکن وجود دارد و یک میزبان برای ارسال اطلاعات به توکن نیاز دارد، احتمال این‌که به دلیل وجود توکن‌های مختلف، تصادم به‌وجود آید منتفی می‌شود.

• توضیح روش دسترسی با ارسال توکن با مثال

اگر ایستگاه کاری 1 بخواهد داده‌ها را روی سیم ارسال کند باید صبر کند تا توکن را به‌دست آورد. این توکن بدون آن‌که سرباره قابل توجهی به شبکه وارد کند، میلیون‌ها بار در ثانیه در شبکه می‌چرخد. هنگامی که توکن به ایستگاه کاری 1 رسید، به ترتیب کارهای زیر را انجام می‌دهد:

1. ایستگاه کاری توکن را از شبکه خارج می‌کند
2.  آن را با داده پر می‌کند
3. توکن را به‌عنوان «در حال استفاده» علامت‌گذاری می‌کند تا هیچ سیستم دیگری سعی در پر کردن توکن با داده نداشته باشد
4. توکن را روی رسانه ارسال می‌کند تا بسته به میزبان مقصد برسد

در این حالت، تمامی سیستم‌ها در شبکه متوجه این مسئله می‌شوند و بسته‌های اطلاعاتی را مشاهده می‌کنند، اما اقدامی در خصوص پردازش آن‌ها انجام نمی‌دهند، زیرا قابلیت انجام این‌کار را ندارند. در این روش، سیستمی که مقصد مورد نظر است، داده‌ها را خوانده و توکن دیگری را به عنوان تأییدیه برای فرستنده ارسال می‌کند. هنگامی که توکن به فرستنده اصلی رسید، توکن از وضعیت «در حال استفاده» به وضعیت «خالی» تغییر حالت می‌دهد.

معماری شبکه

اکنون که درک بهتری از کابل‌کشی، توپولوژی‌ها و روش‌های دسترسی به‌دست آوردیم، بهتر است به بررسی این موضوع بپردازیم که چگونه از این فناوری‌ها برای پیاده‌سازی معماری‌های مختلف شبکه مثل اترنت استفاده کنیم.

انواع اترنت

بسیاری از استانداردهای لایه فیزیکی ویژگی‌های فیزیکی پیاده سازی اترنت را تعریف می‌کنند. یکی از رایج‌ترین استانداردهای اترنت IEEE 802.3 10Mb است. جدول زیر برخی از استانداردهای 10 مگابیت در ثانیه را نشان می‌دهد. در معماری فوق رایج‌ترین کابل‌کشی مسی برای اترنت UTP است.

اترنت از یک توپولوژی خطی-فیزیکی یا منطقی پشتیبانی می‌کند. در توپولوژی خطی یا bus، هر دستگاه به یک سیم متصل است و همه دستگاه‌ها هر فریم را می‌بینند. به‌عنوان مثال، در استاندارد 10Base5 از یک کابل کواکسیال بلند و ضخیم استفاده می‌شود. کارت‌های شبکه (NIC) با استفاده از دستگاهی که vampire tap نام دارد و در مقالات قبلی به آن‌ اشاره کردیم، سیگنالی روی سیم ارسال می‌کنند.

در استاندارد 10Base2 دستگاه‌ها با استفاده از کانکتورهای BNC، که معمولاً T-taps نامیده می‌شوند، توسط سیم‌های زیادی به‌یکدیگر متصل می‌شوند. در این استاندارد یک سر T-tap به کارت شبکه متصل می‌شود و دو سر دیگر به دو کابل اترنت که بخشی از گذرگاه هستند متصل می‌شوند. هر دو نقطه انتهایی کابل باید یک درپوش خاتمه (Terminator tap) داشته باشند.

در استاندارد 10BaseT همه دستگاه‌ها به یک هاب متصل می‌شوند، جایی که هاب توپولوژی گذرگاه منطقی را استفاده می‌کند. همه این راه‌حل‌های اترنت 10 مگابیت در ثانیه تنها از حالت نیمه دوبلکس پشتیبانی می‌کنند، به این معنا که می‌توانند ارسال یا دریافت کنند، اما نمی‌توانند هر دو کار را به‌طور همزمان انجام دهند.

نکته امتحانی: برای آزمون ccna، باید با انواع اتصال آشنا باشید. اتصالات نیمه دوبلکس به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند در هر دو جهتِ ارسال یا دریافت کار کنند، اما در هر زمان فقط در یک جهت عمل می‌کنند. علاوه بر این، دستگاه‌هایی مانند هاب که دستگاه‌های نیمه دوبلکس هستند سطح بالایی از تصادم را تجربه می‌کنند. اتصالات Full-Duplex می‌توانند به طور همزمان بدون هیچ‌گونه برخوردی ارسال و دریافت را ارائه کنند. سوئیچ‌ها به‌عنوان دستگاه‌های فول دوبلکس در نظر گرفته می‌شوند و این یکی از دلایل اصلی جایگزینی هاب‌ها در شبکه است.

اترنت سریع

اترنت 10Base2 و 10Base5 سال‌هاست که به‌دلیل پیچیدگی در عیب‌یابی مشکلات شبکه و به ویژه مشکلات کابل‌کشی استفاده نمی‌شوند و تقریبا کنار گذاشته شده‌اند. در نتیجه شبکه‌های 10BaseT با راه‌حل‌های اترنت با سرعت بالاتر، مانند fast ethernet و اترنت گیگابیت، جایگزین شده‌اند. تمام استانداردهای اترنت از CSMA/CD به عنوان روش دسترسی با اترنت سریع با سرعت 100 مگابیت در ثانیه کار می‌کنند؛ در حالی که اترنت قدیمی‌تر از سرعت 10 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کرد. اترنت قدیمی در وضعیت نیمه دوطرفه (Half Duplex) کار می‌کند، یعنی شما می‌توانید داده‌ها را ارسال و دریافت کنید، اما در هر لحظه تنها قادر به ارسال یا دریافت هستید. Fast Ethernet کاملا دوطرفه است یعنی می‌توانید داده‌ها را همزمان ارسال و دریافت کنید.

پیاده سازی fast Ethernet

جدول زیر پیاده سازی‌های مختلف fast ethernet را نشان می‌دهد. fast ethernet از اتصالات نیمه و تمام دوبلکس پشتیبانی می‌کند. با اتصالات تمام دوبلکس، یک دستگاه می‌تواند به‌طور همزمان ارسال و دریافت کند، اما به اتصال نقطه به نقطه نیاز دارد، بنابراین امکان استفاده از هاب وجود ندارد.

نکته امتحانی: برای آزمون ccna باید در ارتباط با استانداردهای fast ethernet و gigabit ethernet اطلاعات کافی داشته باشید. البته دقت کنید که نیازی نیست در مورد استانداردهای قدیمی‌تر مانند 10Base2، 10Base5 و 10BaseT اطلاعات فنی دقیقی داشته باشید.

اترنت گیگابیت

اترنت گیگابیت (Gigabit Ethernet) در قالب استاندارد IEEE 802.3z تعریف شده است. برای دستیابی به سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه، سازمان IEEE استاندارد ANSI X3T11 Fiber Channel را برای پیاده‌سازی لایه فیزیکی ارائه کرد. لایه فیزیکی با اترنت و فست اترنت متفاوت است، زیرا هنگام انتقال اطلاعات از طریق سیم (Wire) از یک طرح کدگذاری 8B.10B برای کدگذاری اطلاعات لایه فیزیکی استفاده می‌کند. استاندارد مذکور قدمتی نزدیک به یک دهه دارد. ارتباطات اترنت گیگابیت معمولاً برای اتصالات uplink (سوئیچ به سوئیچ) و برنامه‌های کاربردی سرور استفاده می‌شوند. جدول زیر پیاده‌سازی‌های مختلف اترنت گیگابیتی را نشان می‌دهد.

اترنت 10 گیگابیتی

تاکنون استانداردهایی برای اترنت 10 گیگابیتی (10000 مگابیت در ثانیه) تدوین شده‌اند که از کابل فیبر نوری یا UTP استفاده می‌کنند. این استانداردها به‌شرح زیر هستند:

1. 1.      10GBaseSR: با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه اجرا می‌شود و از کابل MMF کوتاه برد استفاده می‌کند که بسته به نوع فیبرِ مورد استفاده، حداکثر 400 متر را پشتیبانی می‌کند.
2. 2.      10BaseLR: با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه اجرا می‌شود و از کابل SMF برد بلند (long-range) استفاده می‌کند که حداکثر فاصله آن 10 کیلومتر است.
3. 3.      10BaseER: با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه اجرا می‌شود و از کابل SMF بدون برد استفاده می‌کند که حداکثر 40 کیلومتر را پشتیبانی می‌کند.
4. 4.      10GBaseT با کابل‌کشی Cat 6a UTP برای دستیابی به 10 گیگابیت در ثانیه استفاده می‌شود و حداکثر فاصله‌ای که پشتیبانی می‌کند 100 متر است.

نکته: برای موفقیت در آزمون ccna باید در مورد معماری‌های Fast Ethernet، Gigabit Ethernet و 10-Gigabit Ethernet، سرعت‌ها، انواع کابل‌ها، کانکتورها و حداکثر برد پشتیبانی شده توسط هر معماری اطلاعات کافی داشته باشید.

فناوری سریال (Serial)، فناوری نوری (Optical) و دیگر معماری‌ها

علاوه بر معماری‌های بسیار رایج اترنت، باید با سایر فناوری‌های شبکه از جمله فناوری‌های سریال، فناوری‌های نوری و انتقال انرژی بر بستر کابل شبکه PoE (سرنامPower over Ethernet ) آشنا باشید. در ادامه این موارد را توضیح می‌دهیم.

ارسال سریال (Serial)

برخی از فناوری‌های پیاده‌سازی شده در شبکه، داده‌ها را به صورت سریالی ارسال می‌کنند، یعنی داده‌ها را در قالب جریانی از بیت‌ها، یکی پس از دیگری تحویل می‌دهند. این فناوری در نقطه مقابلِ فناوری ارسال موازی قرار دارد که چند بیت را در یک زمان تحویل می‌دهد. اتصالات سریال معمولاً همراه با اتصالات WAN استفاده می‌شوند و این امکان را به‌وجود می‌آورند تا یک شبکه‌ از طریق یک ارائه‌دهنده به شبکه‌های دیگر متصل شود.

ارسال اطلاعات با فناوری نوری (Optical)

نکته دیگری که باید در در مورد اترنت 10-Gigabit بدانید این است که نسخه‌هایی از آن برای WAN ارائه شده که از کابل فیبر نوری برای اتصال به شبکه SONET استفاده می‌کند. این نسخه‌ها به شرح زیر هستند:

10GBaseSW:  استاندارد اترنت 10 گیگابیتی برای کابل کوتاه برد MMF است که حداکثر فاصله آن 100 متر است.

10GBaseLW: استاندارد اترنت 10 گیگابیتی برای کابل برد بلند SMF است که حداکثر فاصله آن 10 کیلومتر است.

10GBaseEW: استاندارد اترنت 10 گیگابیتی برای کابل برد بلند SMF است که تا 40 کیلومتر فاصله را پشتیبانی می‌کند.

PoE در ارسال اطلاعات

PoE به عنوان استاندارد IEEE 802.af شناخته می‌شود و روشی برای انتقال انرژی به دستگاه‌ها با استفاده از پورت اترنت است. PoE در طول زمان تکامل پیدا کرد و نسخه‌هایی از آن مثل PoE+ تحت عنوان استاندارد 802.at به بازار آمد که نسخه تکامل یافته‌تر استاندارد اولیه PoE هستند. مزیت PoE این است که دستگاهی که از PoE پشتیبانی می‌کند به کابل برق جداگانه برای تغذیه دستگاه هدف نیاز ندارد. فناوری مذکور، می‌تواند برق را از طریق پورت اترنت از سوییچی که متصل به دستگاه کلاینت است ارسال کند. البته در این زمینه دقت کنید که دستگاه کلاینت نیز باید از فناوری فوق پشتیبانی کند. از نمونه‌های رایج دستگاه‌هایی که می‌توانند از PoE استفاده کنند باید به تلفن‌های IP، نقاط دسترسی بی‌سیم و دوربین‌های شبکه اشاره کرد.

برای این‌که PoE کار کند، سوئیچ باید دارای پورت‌های مجهز به PoE باشد تا بتواند انرژی مورد نیاز دستگاه‌ها را تامین کند. البته در مورد PoE نکات زیادی وجود دارد که در مقالات آینده به آن‌ها اشاره خواهیم کرد. همچنین می‌توانید با مطالعه مقاله سوئیچ شبکه poe چیست؟ اطلاعات کاملی از این تکنولوژی به دست بیاورید.

GBICs

مبدل رابط گیگابیتی یا GBIC (سرنام gigabit interface converter) یک دستگاه ورودی/خروجی (I/O) است که به یک رابط اترنت گیگابیت (و کانکتورهای 10 گیگابیت بر ثانیه) وصل می‌شود و دسترسی به انواع مختلفی از کانکتورهای قابل استفاده در شبکه‌های زیر را فراهم می‌کند:

• 1000BaseCX
• 1000BaseLX
• 1000BaseSX
• 1000BaseT
• 1000BaseZX

مزیت gbic

وقتی دستگاهی را خریداری می‌کنید که از GBIC پشتیبانی می‌کند، دستگاه شما دارای یک پورت اترنت گیگابیتی است بنابراین کانکتور رابط GBIC دست شما را برای کابل‌کشی و انتخاب متناسب با نیازها باز می‌گذارد. یعنی اگر زمانی به تغییر کابل‌ها نیاز داشتید، فقط باید GBIC فعلی خود را با کابلی که با نیازهای کابل‌کشی جدید مطابقت دارد، تعویض کنید. اکثر GBICها قابل تعویض هستند، اما همیشه باید دستورالعمل‌های سازنده دستگاه را قبل از قرار دادن یا برداشتن آن‌ها بررسی کنید.

‌نکته‌ای که باید در این زمینه به آن دقت کنید این است که شما می‌توانید ترکیبی از رسانه‌های انتقال را برای دستیابی به حداکثر سرعت ممکن و پایداری شبکه استفاده کنید. به‌طور مثال، مرسوم است که در 100BaseTX از موارد زیر استفاده شود:

• کابل‌کشی Cat5 یا Cat 5E برای برقراری اتصالات کلاینت
• 1000BaseTX از کابل‌کشی Cat 5E برای اتصالات سرور
• اتصالات فیبر 1 یا 10 گیگابیت بر ثانیه برای اتصالات سوئیچ به سوئیچ

کاربردهای‌ gbic

کانکتورهای GBIC در شبکه‌های شرکتی، به ویژه در مراکز داده و برای اتصالات uplink در شبکه‌های دانشگاهی (پردیس) رایج هستند. به‌طور مثال در سال 2004 میلادی استاندارد اصلی 802.3ak تعریف شد که دسترسی به سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه را روی کابل دو محوره که معمولاً InfiniBand نامیده می‌شود، امکان‌پذیر کرد.

اترنت 10 گیگابیتی به اتصالات دوطرفه کامل نیاز دارد. استانداردهای مختلفی برای 10 گیگابیت بر ثانیه وجود دارد که در اتصالات، کابل‌کشی و نحوه انتقال اطلاعات با هم تفاوت دارند. استانداردی که امروزه از آن استفاده می‌شود IEEE 802.3-2012 است که تمام استانداردهای اترنت 10 گیگابیت بر ثانیه، 1 گیگابیت در ثانیه و استانداردهای قبلی را در خود جای می‌دهد. به‌عنوان یک کارشناس شبکه به این نکته مهم دقت کنید که پورت‌ها و کانکتورهای GBIC با پورت‌های SFP (سرنام Small Form-factor Pluggable) جایگزین شده‌اند. در مقاله‌های آتی اطلاعات فنی کامل‌تری در این زمینه ارائه می‌کنیم.