الفصل الثالث

تعتبرEthernet إحدى معماريات الشبكات المحلية LAN Architecture التى طورتها أساساً شركةXerox في منتصف السبعينيات. وهي تمثل القاعدة لمعيار التشبيك Ieee Networking Standard 802.3. كما تعتبر هذه المعمارية الأكثر شهرة هذه الأيام.

تستخدم Ethernet طريقة خاصة لتسمح لأجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة بإرسال بياناتها على الشبكة وذلك لتنظم حركة المرور على الشبكة، هذه الطريقة تسمى تحسس الناقل متعدد الوصول مع اكتشاف التصادم

Csma/Cd Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection باستخدام هذه الطريقة يراقب الكمبيوتر الشبكة ويقوم بالإرسال عندما يحس أن السلك غير مشغول بأي إشارة لأنه لا يستطيع سوى كمبيوتر واحد إرسال البيانات في نفس الوقت.

إذا حدث تصادم ناتج عن أن كمبيوتر آخر قام بإرسال البيانات في نفس الوقت، فإن كلا الجهازين سيتوقفان عن الإرسال وسينتظر كل منهما وقتاً عشوائياً ليعيد إرسال بياناته مما يقلل من احتمال حدوث تصادم آخر.

تنقل شبكاتEthernet البيانات بمعدل 10 ميجابت في الثانية، ولكن الأنواع الأحدث تدعم سرعة نقل بيانات تصل إلي 100 ميجابت في الثانية. وحالياً تتوفر أنواع تدعم سرعة 1 جيجا بت في الثانية. مع أنEthernet تقليدياً كانت تستخدم مع تصميم الشبكة من النوع Bus إلا أنها تدعم أيضاً التصميم Star Bus. وتستخدمEthernet نظام إرسال الإشارة المسمى Baseband Signaling أو نطاق الإرسال الأساسي، ولكنها من الممكن أن تدعم نطاق الإرسال الواسع Broadband Signaling .

ويحتاج أي جهاز متصل بشبكةEthernet إلي ما يسمى بمتحكم بشبكة Ethernet أو Network Controller Ethernet وهو عبارة عن أداة تحدد فيما إذا كان السلك خالياً من الإشارات أم لا، لكي يتم إرسال الإشارات عليه دون حصول تصادم. ويتواجد هذا المتحكم Controller على بطاقة الشبكة في جهاز الكمبيوتر كما بالشكل (11).

وهناك أربعة أنواع أساسية لخيارات التشبيك المتوافقة مع شبكات Ethernet :

الشكل

النوع

الشكل

النوع

شكل رقم (14)

Thick Coaxial Base5

كما بالشكل (14)

شكل رقم (12)

Twisted-Pair BaseT

كما بالشكل (12)

شكل رقم (15)

Fiber Optic BaseT

كما بالشكل (15)

شكل رقم (13)

Thin Coaxial Base2

كما بالشكل (13)

ويصل العدد القياسي للارتباطات - التي من الممكن أن تتصل بشبكة Ethernet - إلي 1024 بافتراض عدم استخدام أي جسورBridges أو موجهات Routers. وهذا ينطبق على جميع أنواع Ethernet.

ولنلق نظرة على التعريف المستخدم في تسمية الأنواع الأربعة السابقة من أنواع شبكات Ethernet. ينقسم التعريف إلي ثلاث أقسام :

· الأول يشير إلي معدل نقل البيانات مقاسا بالميجابت في الثانية.

· الثاني يشير إلي طريقة الإرسال المستخدمة : هل هي من النطاق الأساسيBaseband أو النطاق الواسع Broadband ؟

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

وبالتالي، فإن شبكةEthernet من النوع Base2 تشير إلي شبكة سرعة نقل البيانات عليها 10 ميجابت في الثانية وتستخدم إرسال الإشارة من النوع Baseband وطول أي قسم من السلك فيها لا يتجاوز 200 متر.

أما في الأنواع10BaseT و 10BaseT فإن طول السلك غير محدد. ففي النوع 10BaseT يشير T إلي Twisted Pair ، بينما يشيرF في 10BaseT إليFiber Optic . كما يستخدمEthernet شكل محدد لإطار حزمة البياناتFrame التي ترسل على الشبكة، فكل إطار يتراوح طوله بين 64 إلي 1518 بايت يخصم منهم 18 بايت كمعلومات تحكم فيبقى من البيانات ما بين 46 إلي 1500 بايت كما ترى بالشكل (16).

ينقسم كل إطار من حزم البيانات إلي عدة أقسام :

· المقدمة Preamble Section وهي التي تحدد بداية الإطار أو حزمة البيانات.

· قسم المصدر والوجهة Source And Destination Section ويحتوي على عنواني الكمبيوتر المرسل والكمبيوتر المستقبل.

· قسم النوع Type Section والذي يحدد بروتوكول الشبكة المستخدم مثل IP أو IPX.

· القسم الأخير وهو قسم الاختبار الدوري للزيادة أو Cyclical Redundancy Check Section (CRC) وهذا القسم يحتوي على فحص لوجود أي أخطاء في الإطار المرسل من البيانات.

وتستطيع شبكة Ethernet استخدام أنواع مختلفة من البروتوكولات بما فيها بروتوكول Tcp/Ip. ومن الممكن تحسين أداء شبكاتEthernet بتقسيم القسم المزدحم على الشبكة إلي قسمين ثم ربطهما معاً باستخدام جسر Bridge أو موجه Router مما يقلل الازدحام على كل قسمSegment ، لأن عدد أقل من المستخدمين سيبثون بياناتهم على الشبكة وبالتالي سيتحسن الأداء العام للشبكة. أنظر الشكل (17).

· انضمام عدد كبير من المستخدمين الجدد إلي الشبكة.

· استخدام البرامج التي تحتاج إلي سعة نطاق مرتفع High - Bandwidth Applications مثل قواعد البيانات أو برامج تراسل الفيديو.

ومن الجدير بالذكر أنEthernet تستطيع العمل مع أغلب أنظمة تشغيل الشبكات بما فيها:

شبكات10BaseT هي شبكةEthernet تعمل بسرعة 10 ميجابت في الثانية وتستخدم الإرسال من النوع Baseband ، والأسلاك التي تستخدمها هي من النوع Twisted Pair أو الزوج الملتوي.

تستخدم هذه الشبكات النوع غير المغطى من الزوج الملتوي من الأسلاك Unshielded Twisted Pair (UTP) الفئات 3 و 4 و 5 من هذا النوع من الأسلاك، ولكنها تستطيع العمل أيضاً مع النوع المغطى من هذه الأسلاك (Shielded Twisted Pair (STP وذلك دون تغيير أي من بارامترات الشبكة. وتصميم شبكات 10BaseT عبارة عن تصميم النجمة Star ولكن منطقياً هو تصميم الناقل Bus.

أغلب شبكات 10BaseT موصلة بنفس أسلوب شبكات النجمة، بمعنى أن هناك أجهزة كمبيوتر متصلة بنقطة مركزية هي المجمع أو Hub، ولكن النظام المستخدم في إرسال الإشارات على الشبكة هو نفس النظام المستخدم في شبكات الناقل Bus وهو الذي شرحناه سابقاً وسميناه أسلوب تحسس الناقل متعدد الوصول مع اكتشاف التصادم Csma/Cd والذي شرحناه سابقاً أيضاً. بالإضافة إلي الأسلاك هناك مكونات أخرى لشبكات 10BaseT هي:

· 10BaseT Transceiver وهو اختصار لـTransmitter - Receiver ) ) أي مرسل مستقبل.

نموذجياً توصل أسلاك الشبكة إلي مجمع والذي يعمل كمكرر إشارة متعدد المنافذ Multiport Repeater ، والذي بدوره يستخدم لزيادة طول السلك. في أسلاكTwisted Pair يوصل في أطرافها مشابك من النوع Rj-45 Connecters والتي تعمل على إيقاف ارتداد الإشارات على السلك كما هو موضح بالشكل (18).

مع ملاحظة أن هذا النوع من الأسلاك لا يمكن إطالته بتوصيل سلك آخر إليه. ثم يقوم Transceiver أو المرسل- المستقبل والذي يسمى أحيانا Attachment Unit Interface (AUT) بإرسال البيانات المخزنة على المتحكم Controller ويحولها إلي إشارات كهربية ليتم بثها على الشبكة. في شبكات10BaseT ، ويكونTransceiver عادة مركباً على بطاقة الشبكة في الكمبيوتر الموصل إلي هذه الشبكة. ويصل الطول الأقصى للسلك أوSegment في شبكات 10BaseT إلي 100 متر، أما الطول الأدنى بين جهازين على هذه الشبكة فلا يقل عن 2.5 متر.

وتستفيد شبكات10BaseT من تصميم النجمة، بتسهيل نقل الأجهزة من مكان إلي آخر وإصلاح المعطوب منها دون أن يؤثر ذلك على عمل الشبكة. ومن الممكن تحويل السلك من النوع Thick Coaxial إلي النوع Twisted Pair ليتم وصله إلي شبكة10BaseT بعمل الآتي:

1- نوصل السلك Thick Coaxial إلي 10BaseT Transceiver منفصل والذي بدوره نوصله ببطاقة الشبكة باستخدام سلك Twisted Pair كما بالشكل (19).

وتعتبر شبكات 10BaseT الأكثر شيوعا بين الأنواع المختلفة من شبكات Ethernet، ومن أحد الأسباب هو إمكانية استخدام أسلاك الهاتف العادية Twisted Pair) ) لتوصيل الأجهزة بالشبكة.

تم وضع أساسيات شبكة 10Base2 عام 1985، وهي شبكة Ethernetتعمل بسرعة 10 ميجابت في الثانية وتستخدم نظام إرسال الإشارة Baseband وتعمل من خلال تصميم الشبكة من النوع الناقل Bus، والسلك المستخدم في هذا النوع من الشبكات هو السلك المحوري الرقيق Thin Coaxial . أما الطول الأقصى للسلك المستخدم في شبكات Base2 وهو نظرياً 200 متر ولكن عملياً 185 متراً وتم تقريبه إلي 200 متر من أجل تسهيل التعريف ولكن طوله فى الحقيقة لا يتجاوز طوله 185 متراً، بينما الطول الأدنى أو أقصر مسافة تصل بين جهازين هي نصف متر. ويصل طول كل قسم من السلك إلي 185 متراً يدعم حتى 30 جهاز كمبيوتر.

· 10Base2 Transceiver وتكون مركبة على لوحة الشبكة في الكمبيوتر.

وسنبدأ الآن بتشكيل شبكة كاملة من النوع10Base2 مع افتراض أن شبكتنا مكونة من أكثر قسم أو Segment :-

أولاً: سنضع في نهاية كل قسم من السلك - نريد أن نربطه بقسم آخر - ما نسميه بوصلة ماسورة Bnc Barrel Connectors والتي تستخدم لإطالة السلك.

ثانياً: نشبك وصلة الماسورة في كل طرف من السلك إلي وصلة أخرى على شكل حرفT تسمى T Connectors

ثالثا ً: نشبك وصلة T إلي متحكم Ethernetوهو ما يسمى Ethernet Controller والموجود على بطاقة الشبكة في جهاز الكمبيوتر كما هو مبين بالشكل (20).

رابعاً: يجب أن نلاحظ أن كل طرف قسمSegment غير متصل بقسم آخر يجب أن نضع في نهايته موقف ارتداد الإشارة أوBnc Terminator والذي بدوره يكون متصلا بوصلةT والتي تكون موصلة إلي لوحة الشبكة. بهذا نكون قد شكلنا شبكة 10 Base2 متكاملة.

وتعتبر شبكات10 Base2 أكثر مرونة وأقل تكلفة من شبكاتBase5 . نظراً لأن طبيعة السلك المحوري الرقيق أكثر مرونة من السلك المحوري الثخين المستخدم في شبكات Base5. كما أنه من الممكن استخدام مكررات الإشارة لتوسيع الشبكات المحلية لتدعم حتى 1024 جهازاً ولزيادة الطول الأقصى للشبكة لتصل نظرياً إلي 1000 متر وعملياً إلى 925 متراً.

وتستطيع شبكات 10 Base2 أن تجمع خمسة أقسام من السلك Segments معاً بوصلها إلي أربع مكررات إشارة Repeaters، ولكن ثلاثة فقط من هذه الأقسام تكون موصلة إلي أجهزة كمبيوتر بينما القسمان الآخران يستخدمان فقط لتطويل الشبكة أو بمعنى آخر لإيصال الإشارة إلي أطول مسافة ممكنة كما بالشكل (21).

هذه الطريقة بالتشبيك يطلق عليها قاعدة 5-4-3 أو5-4-3 Rule . وتصل سرعة شبكات10Base5 إلي 10 ميجابت في الثانية وتستخدم تقنية Baseband في الإرسال وتدعم تصميم الشبكة من النوع الناقل Bus ، وتستخدم الأسلاك من النوع المحوري الثخين أو Thick Coaxial، وهذا النوع من الأسلاك يعتبر النوع القياسي لشبكاتEthernet لأنه النوع الأصلي الذي كان مستخدما عند إنشاء شبكاتEthernet . وفي هذا النوع من الشبكات يصل العدد الأقصى لأجهزة الكمبيوتر التي من الممكن أن تتصل بقسمSegment من الشبكة إلى 100 جهاز. كما يصل الحد الأدنى لطول السلك بين جهازين على الشبكة إلي 2.5 متر، والسبب في تحديد حد أدنى لطول السلك بين أي جهازين على الشبكة هو أن الاقتراب كثيرا بين الأجهزة يؤدي إلي تشويه الإشارات التي يرسلها كل جهاز بسبب الانعكاس الذي قد يحدث للإشارة Reflection، أما الطول الأقصى للسلك فيصل إلي 500 متر. ويلون السلك المحوري الثخين عادة باللون الأصفر وتوضع علامة سوداء كل 2.5 متر لتبين المكان الذي من الممكن شبك أجهزة فيه كما بالشكل (22).

· مرسل - مستقبلTransceiver ويكون منفصلاً عن بطاقة الشبكة.

· وصلات أو مشابك لوصل المكون الثاني بالمكون الأول.

ونظرا لقساوة الأسلاك المحورية الثخينة، فلا يتم شبكها مباشرة مع الأجهزة، ولكن يستخدم سلك إضافي يصل بين الأجهزة والسلك الثخين، ويعرف هذا السلك الإضافي بسلك المرسل- المستقبل أو Transceiver Cable، وهو ليس سلكاً محورياً بل هو شريط مكون من 9 أسلاك Pin Ribbon متصل في نهايته بمشبك يسمى Db-15 Connector ، والأسلاك التسعة تستخدم لإرسال واستقبال البيانات كما أنها تبعث بأي أخطاء إلي متحكم الشبكةController كما بالشكل (23).

في شبكات10Base5 يكون المرسل- المستقبل أوTransceiver منفصلاً عن بطاقة الشبكة ويصل بين السلك الثخين وسلك Transceiver Cable كما بالشكل (24).

ويصلTransceiver Cable بينTransceiver من جهة وبين بطاقة الشبكة في الكمبيوتر من جهة أخرى. كما يحتاج السلك الثخين إلي إعداد قبل أن يتم وصله بـ Transceiver، ويتم ذلك بثقبه بأداة الثقب Coring Tool ويسمح هذا الثقب بالوصول إلي محور السلك المعدني الذي يتم وصله بـTransceiver كما هو موضح بالشكل (25).

وهناك طريقة أخرى تستخدم بدلاً من الثقب ولكنها تستلزم قطع السلك إلي قطعتين ثم وصلهما معاً باستخدامIn-Line Connector والذي يتصل بدوره بـTransceiver كما بالشكل (26).

وتستخدم شبكات10Base5 أيضاً قاعدة 5-4-3، وبالتالي مع وصل 5 مكررات إشارة Repeaters ، يصل الطول الأقصى للشبكة إلي 2500 متر.

· مقاومتها الكبيرة للتداخل الناتج عن المجال الكهرومغناطيسي Electromagnetic Interference (EMI، مما يجعلها مناسبة للعمل في البيئات التي تعاني من هذا الأمر كما في المصانع مثلاً.

· تستطيع العمل على مسافات أكبر من شبكات 10BaseT و .10Base2

· ولكن هذه الشبكات بدأ انتشارها ينحسر ويحل محلها شبكات10Base2 الأقل تكلفة، أما الشبكات الكبيرة فتدمج كلا النوعين معاً.

· تستخدم شبكات10BaseT الألياف الضوئيةFiber Optic للوصل بين الأجهزة، والطول الأقصى للسلك يصل إلي 2 كيلومتر ويعتبر هذا تطوراً كبيراً بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من شبكات Ethernet ، ولهذا تستخدم هذه الشبكات للوصل بين البنايات والمراكز مترامية الأطراف التي لا يمكن الوصل بينها باستخدام الأسلاك المعدنية. كما توفر شبكات10BaseT مقاومة شديدة للتداخل الناتج عن المجال الكهرومغناطيسي Electromagnetic Interference (EMI)

· مشابك صغيرة لتجميع أسلاك الألياف البصرية وتسمى Sub Miniature Assembly Connectors (SMA) وتسمى أيضاًStraight Tip (ST)

· وحيد النمطSingle Mode، ويستخدم للاتصالات البعيدة بين مسافات شاسعة.

· متعدد الأنماط Multimode. ويستخدم في بيئة الشبكات المحلية LAN.

وبالنسبة للشبكات المحلية التي يستخدم فيها أكثر من نوع واحد من الأسلاك أحدها أسلاك ملتوية Twisted Pair والآخر ألياف بصرية، في هذه الحالة يستخدم (Fiber Optic Transceiver (FOT والذي يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية من الأسلاك الملتوية إلي إشارات بصرية تجري في الألياف البصرية وبالعكس كما بالشكل (27)

FONT : من الممكن أن يكون جهازاً منفصلاً ومن الممكن أن يكون مدمجاً في مكرر الإشارة Repeaters أو الجسرBridge أو الموجة Router ويتصل بـ FOT مشبكين Sub Miniature Assembly Connectors (SMA) واللذين يتصل بهما سلكان من الألياف البصرية، واحد للإرسال والآخر للاستقبال كما ترى بالشكل (28).

ويندرج تحت المعيار 10BaseT ثلاثة معايير أساسية هي:

يسمح النوع الأول10BaseTl باستخدام خمس مكررات إشارة Repeaters لتمديد الشبكة مع الأخذ بعين الاعتبار أن طول كلSegment من أسلاك الألياف البصرية يصل إلي 2 كيلومتر . كما تسمح 10BaseTl بأن يكونFOT مدمجاً في مكررات الإشارةRepeaters أو المجمعاتHubs أو بطاقة الشبكة. وتستخدم 10BaseTl للوصل بين الأجهزة ومكررات الإشارة أو بين المكررات فقط.

النوع الثانيBaseTb يتضح من اسمه أنه يستخدم لتشكيل العمود الفقري للشبكة ولهذا يكون مخصصاً للوصل بين مكررات الإشارة Repeaters فقط. وفي هذه الحالة يجب أن يكون Transceiver مدمجاً في Repeaters . ويسمح10BaseTb بوصل ثلاثين مكرر إشارة Repeaters معاً لتكوين شبكة كبيرة طول كل Segment فيها يصل إلي 2 كيلومتر.

أما النوع الثالث10BaseTp فهو مخصص للشبكات المحلية صغيرة الحجم، وهي تستخدم مجمعات أسلاك خاملةPassive Hub تستخدم للوصل بين Transceivers والتي تكون مدمجة في المكرراتRepeaters أو بطاقات الشبكةNetwork Adapter Cards ، وأطول مسافة مسموح بها لتفصل بين المجمع وTransceiver هي 500 متر. وهذا النوع يستخدم عادة في الأماكن التي تكون فيها المجمعاتHubs موجودة في بيئة تعاني من تشويش كهربائي.

لقد تم تطوير مقياسين لـ Ethernet يدعمان سرعة 100 ميجابت في الثانية وهما:

وكلا النوعين السابقين متوافقان مع نظام تشبيك 10BaseT، مما يسمح بتحديث شبكات10BaseT بسهولة. وينتمي هذان النوعان من الشبكات إلى المعيار 12IEEE 802، والذي يدعم شبكات Ethernet وشبكاتToken Ring التي تعمل بسرعات كبيرة.

وتندمج شبكات100BaseVG (Voice Grade) - AnyLAN عناصر كل من شبكات Ethernet وشبكات Token Ring، وقد تم تطويرها من قبل شركة Hewlett-Packard ويطلق عليها أياً من الأسماء التالية:

تدعم شبكات100BaseVG - AnyLAN Ethernet تصميم الشبكة من النوع النجمة Star وتستخدم الفئات 3 و 4 و 5 من أسلاكTwisted Pair أو تستخدم أسلاك الألياف البصرية فئات لأسلاكTP . وهذه الشبكات تحتاج إلى مجمعات وبطاقات شبكة خاصة بها و متوافقة مع سرعتها. أما شبكاتBaseX Ethernet (Fast Ethernet) فتدعم أسلاك الفئة 5 منUTP و تدعم أيضاًSTP و أسلاك الألياف البصرية. وتستخدم نظام الوصولCSMA/CD في شبكات من تصميمStar Bus . يندرج تحت شبكاتBaseX Ethernet (Fast Ethernet) ثلاثة أنواع أساسية:

1. 10BaseT4 وتستخدم 4 أزواج من الأسلاك من فئات 3 و 4 و 5 من UTP.

2. 100BaseTX وتستخدم زوجين من الأسلاك من فئة 5 منUTP أو STP.

3. 3-100BaseEX وتستخدم سلكين من الألياف البصرية.

ويدعم معيار Ethernet القياسي3IEEE 802 تقنيتا البث Baseband ( البث الرقمي) و Broadband، وتعتبر تقنيتىBroadband قديمة نسبياً وهي تستخدم موجات الراديو ولا تعمل إلا باستخدام الأسلاك المحورية Coaxial ومثال على الشبكات التي تدعم تقنية Broadbandهي 10Broad36، حيث تصل السرعة في هذه الشبكة إلى 10 ميجابت في الثانية ويصل مدى البث إلى 3600 متر. ومكونات الشبكة10Broad36 تختلف عن مكونات الشبكات التي تدعم تقنية البثBaseband في أن شبكاتBaseband تستخدم بطاقة شبكة توضع داخل أجهزة كمبيوتر الشبكة بينما تستخدم شبكاتBroadband مودم ترددات الراديوRadio-Frequency Modem كما بالشكل (29).

وتستطع أنظمة Broadband أن تمتلك عدة قنوات للبث باستخدام سلك واحد أو سلكين، ولكن الإشارات المرسلة تنتقل في اتجاه واحد في أي من هذه القنوات. وفي شبكات10Broad36 تصل سعة النطاقBandwidth لكل اتجاه بث (إرسال أو استقبال) إلى 18 ميجاهرتز، وإذا عرفنا أن سعة النطاق لموجات التلفزيون هي 6 ميجاهرتز فإن شبكات10Broad36 تحتاج إلى 3 قنوات بث في كل اتجاه. ويكون مدى التردد الذي تبث من خلاله هذه الشبكات بين 300-400 ميجاهرتز وذلك باستخدام Community Antenna Television (CATV) Coaxial Cable والذي يسمح لنفس السلك بنقل الصورة والصوت إلى جانب البيانات. وتعتبر تقنيةBroadband مناسبة في الحالات الآتية:

· للمؤسسات الكبيرة التي تحتوي على شبكاتCATV وتريد الاستفادة منها في شبكات LAN.

· للمؤسسات التي تريد الحصول على مجموعة من الخدمات بالإضافة إلى LAN وباستخدام نفس وسط الإرسال.