اترنت و سوئیچینگ لایه پیوند
اترنت فناوری غالب لایه پیوند سیمی است که قالب فریم، آدرسدهی و خانوادهای از رسانههای فیزیکی را تعریف میکند و امروزه به عنوان یک شبکه سوئیچشده تمامدوطرفه (full-duplex) عمل میکند، نه رسانه مشترک و مستعد برخورد در زمان پیدایش خود.
Definition
اترنت خانوادهای از فناوریهای شبکهسازی لایه پیوند است که تحت استاندارد IEEE 802.3 قرار دارد و قالب فریم، آدرسدهی MAC و گزینههای لایه فیزیکی را مشخص میکند. این فناوری در ابتدا از CSMA/CD بر روی یک رسانه مشترک استفاده میکرد و اکنون عمدتاً به صورت پیوندهای سوئیچشده و تمامدوطرفه مستقر میشود.
Scope
این موضوع استاندارد اترنت و عملکرد سوئیچشده آن را پوشش میدهد: قالب فریم اترنت (پیشدرآمد، آدرسهای MAC مبدأ و مقصد، نوع، بار مفید و CRC)، تکامل از CSMA/CD بر روی کابل کواکسیال مشترک به زوج سیم به هم تابیده و فیبر سوئیچشده تمامدوطرفه، طیف سرعتها از اترنت مگابیتی اولیه تا انواع چند گیگابیتی، و نقش سوئیچهای اترنت در شبکههای محلی (LAN) و مراکز داده مدرن. این موضوع با تمرکز بر جزئیات اترنت، مکمل موضوع گستردهتر شبکههای محلی سوئیچشده است و مسیریابی لایههای بالاتر را شامل نمیشود.
Core questions
- چه فیلدهایی یک فریم اترنت را تشکیل میدهند و هر کدام چه کاری انجام میدهند؟
- اترنت چگونه از رسانههای مشترک CSMA/CD به پیوندهای سوئیچشده تمامدوطرفه تکامل یافت؟
- خانواده اترنت چه طیفی از سرعتها و رسانههای فیزیکی را پوشش میدهد؟
- سوئیچهای اترنت چگونه فریمها را ارسال میکنند و برخوردها را از بین میبرند؟
- چرا اترنت برای شبکههای محلی سیمی و مراکز داده غالب باقی مانده است؟
Key concepts
- قالب فریم اترنت
- آدرسهای MAC
- CSMA/CD (قدیمی)
- اترنت سوئیچشده تمامدوطرفه
- رسانههای فیزیکی (زوج سیم به هم تابیده، فیبر)
- سرعتهای اترنت (فست، گیگابیت، 10G+)
- تشخیص خطای CRC
- سوئیچهای اترنت
Key theories
- ساختار فریم اترنت
- یک فریم اترنت شامل یک پیشدرآمد (preamble) برای همگامسازی، آدرسهای MAC مقصد و مبدأ، یک فیلد نوع/طول، یک بار مفید با طول متغیر و یک CRC برای تشخیص خطا است؛ این قالب ساده و پایدار در طول دههها افزایش سرعت حفظ شده است.
- از CSMA/CD مشترک تا تمامدوطرفه سوئیچشده
- اترنت اولیه از یک باس کواکسیال مشترک استفاده میکرد و برای مدیریت برخوردها از CSMA/CD بهره میبرد؛ اترنت مدرن به هر میزبان یک پیوند سوئیچشده اختصاصی میدهد که به صورت تمامدوطرفه عمل میکند، برخوردها را حذف میکند و اجازه میدهد ظرفیت با سرعت پورتهای سوئیچ مقیاسپذیر باشد.
Clinical relevance
اترنت استاندارد شبکهسازی سیمی دفاتر، خانهها و مراکز داده است و قالب فریم آن بستری است که IP و بقیه پشته اینترنت بر روی پیوندهای محلی از آن استفاده میکنند. شکل سوئیچشده و تمامدوطرفه آن، توان عملیاتی بالا و قابل پیشبینی را فراهم میکند که مراکز داده و شبکههای سازمانی به آن وابسته هستند، و مقیاسپذیری مداوم آن در سرعت، آن را در زیرساختهای مدرن محوری نگه میدارد.
History
متکالف و باگز اترنت را در زیراکس پارک (Xerox PARC) در سالهای 1973-1976 با استفاده از CSMA/CD بر روی یک کابل کواکسیال مشترک اختراع کردند. این فناوری تحت استاندارد IEEE 802.3 قرار گرفت و از کابل کواکسیال مشترک 10 مگابیت بر ثانیه به سیمکشی زوج سیم به هم تابیده، سپس به عملیات سوئیچشده تمامدوطرفه که برخوردها را حذف کرد، و از طریق سرعتهای فست اترنت (Fast Ethernet)، گیگابیت اترنت (Gigabit Ethernet) و چند ده گیگابیت اترنت پیشرفت کرد و از فناوریهای LAN رقیب مانند توکن رینگ (Token Ring) پیشی گرفت.
Key figures
- Robert Metcalfe
- David Boggs
Related topics
Seminal works
- metcalfe1976
- kurose2021
- ieee8023-2018
Frequently asked questions
- آیا اترنت هنوز از CSMA/CD استفاده میکند؟
- اترنت سوئیچشده مدرن معمولاً از آن استفاده نمیکند. هر میزبان یک پیوند تمامدوطرفه اختصاصی به یک سوئیچ دارد، بنابراین برخوردی وجود ندارد و CSMA/CD غیرضروری است. این مکانیزم برای بخشهای مشترک نیمهدوطرفه قدیمی (legacy half-duplex shared segments) همچنان بخشی از استاندارد است، اما امروزه این موارد نادر هستند.
- چرا اترنت از سایر فناوریهای LAN پیشی گرفته است؟
- اترنت یک قالب فریم ساده و پایدار را با افزایش مداوم سرعت، هزینه کم و سوئیچینگ آسان ترکیب کرد. سازگاری رو به عقب (backward compatibility) و اکوسیستم آن اجازه داد تا بدون تغییر انتزاعات اساسی، از مگابیت به چندین گیگابیت مقیاسپذیر شود و به این ترتیب جایگزینهایی مانند توکن رینگ را کنار زده و بر شبکهسازی سیمی غالب شود.