إيثرنت (يقرأ إيثرنت، من اللات. الأثير - الأثير) - تقنية الحزم لنقل البيانات المحلية بشكل رئيسي
.

تحدد معايير Ethernet الاتصالات السلكية والإشارات الكهربائية في تنسيق الطبقة المادية
الإطارات وبروتوكولات التحكم في الوصول إلى الوسائط - على مستوى ارتباط البيانات لنموذج OSI. إيثرنت في الغالب
الموصوفة بواسطة معايير مجموعة IEEE 802.3. أصبحت شبكة Ethernet هي تقنية LAN الأكثر شيوعًا في المنتصف
التسعينيات من القرن الماضي، مما أدى إلى إزاحة التقنيات القديمة مثل Arcnet وFDDI وToken Ring.

تاريخ الخلق

تم تطوير تقنية Ethernet جنبًا إلى جنب مع العديد من مشاريع Xerox PARC المبكرة.
من المقبول عمومًا أنه تم اختراع شبكة إيثرنت في 22 مايو 1973، عندما قام روبرت ميتكالف
كتب مذكرة لرئيس PARC حول إمكانات تكنولوجيا إيثرنت. لكن الحق القانوني في ذلك
تلقى ميتكالف التكنولوجيا بعد بضع سنوات. في عام 1976 هو ومساعده ديفيد بوجز
نشر كتيبًا بعنوان "إيثرنت: تبديل الحزم الموزعة لشبكات الكمبيوتر المحلية."

ترك ميتكالف شركة زيروكس في عام 1979 وأسس شركة 3Com لتسويق أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المحلية
شبكات الكمبيوتر (LAN). تمكن من إقناع DEC وIntel وXerox بالعمل معًا والتطوير
معيار إيثرنت (DIX). تم نشر هذا المعيار لأول مرة في 30 سبتمبر 1980. هو بدأ
تتنافس مع اثنتين من التقنيات الخاصة الرئيسية: Token Ring و ARCNET - والتي سرعان ما دُفنت تحت الموجات المتدحرجة لمنتجات Ethernet. وفي هذه العملية، أصبحت 3Com الشركة المهيمنة في هذه الصناعة.

تكنولوجيا

يشير معيار الإصدارات الأولى (Ethernet v1.0 وEthernet v2.0) إلى أنه وسيلة نقل
تم استخدام الكابل المحوري، وأصبح من الممكن لاحقًا استخدام الزوج الملتوي والبصري
كابل.

وكانت أسباب التحول إلى:

• إمكانية العمل في وضع الطباعة على الوجهين.
• انخفاض تكلفة كابل الزوج الملتوي.
• موثوقية أعلى للشبكات في حالة فشل الكابلات؛
• مناعة أكبر للضوضاء عند استخدام الإشارة التفاضلية؛
• القدرة على تشغيل العقد منخفضة الطاقة عبر الكابل، على سبيل المثال هواتف IP (الطاقة عبر الإيثرنت، معيار POE)؛
• عدم وجود اتصال كلفاني (تدفق التيار) بين عقد الشبكة. عند استخدام كبل متحد المحور في الظروف الروسية، حيث، كقاعدة عامة، لا يوجد تأريض لأجهزة الكمبيوتر، غالبًا ما كان استخدام الكبل متحد المحور مصحوبًا بانهيار بطاقات الشبكة، وأحيانًا "الإرهاق" الكامل لوحدة النظام .

كان سبب التحول إلى الكبل البصري هو الحاجة إلى زيادة طول المقطع بدون أجهزة إعادة الإرسال.

طريقة التحكم في الوصول (لشبكة قيد التشغيل) - الوصول المتعدد مع استشعار الناقل و
اكتشاف الاصطدام (CSMA/CD، الوصول المتعدد لحساس الناقل مع اكتشاف الاصطدام)، معدل النقل
البيانات 10 ميجابت/ثانية، حجم الحزمة من 72 إلى 1526 بايت، ويتم وصف طرق تشفير البيانات. وضع التشغيل
أحادي الاتجاه، أي أن العقدة لا يمكنها إرسال واستقبال المعلومات في وقت واحد. عدد العقد في
يقتصر مقطع شبكة مشترك واحد على 1024 محطة عمل (المواصفات
يمكن للطبقة المادية فرض قيود أكثر صرامة، على سبيل المثال، على شريحة محورية رقيقة
لا يمكن توصيل أكثر من 30 محطة عمل، ولا يمكن توصيل أكثر من 100 بمقطع محوري سميك). لكن
تصبح الشبكة المبنية على شريحة مشتركة واحدة غير فعالة قبل وقت طويل من الوصول إليها
الحد الأقصى لعدد العقد، ويرجع ذلك أساسًا إلى وضع التشغيل أحادي الاتجاه.

في عام 1995، تم اعتماد معيار IEEE 802.3u Fast Ethernet بسرعة 100 ميجابت/ثانية وأصبح من الممكن
العمل في وضع الازدواج الكامل. في عام 1997، تم اعتماد معيار IEEE 802.3z Gigabit Ethernet بسرعة
1000 ميجابت/ثانية للإرسال عبر الألياف الضوئية وبعد عامين آخرين للإرسال عبر الزوج الملتوي.

أنواع الإيثرنت

اعتمادًا على معدل نقل البيانات ووسائط النقل، هناك العديد من خيارات التكنولوجيا.
بغض النظر عن طريقة النقل، تعمل حزمة بروتوكولات الشبكة والبرامج بنفس الطريقة في جميع الأجهزة تقريبًا
جميع الخيارات المذكورة أدناه.

تدعم معظم بطاقات Ethernet والأجهزة الأخرى معدلات بيانات متعددة،
استخدام التفاوض التلقائي للسرعة والازدواج لتحقيق الأفضل
اتصالات بين جهازين. إذا لم يعمل الكشف التلقائي، يتم ضبط السرعة لتناسب
الشريك، ويتم تنشيط وضع الإرسال أحادي الاتجاه. على سبيل المثال وجود منفذ Ethernet في الجهاز
10/100 يعني أنه يمكنك العمل من خلاله باستخدام تقنيات 10BASE-T و100BASE-TX، والمنفذ
Ethernet 10/100/1000 - يدعم معايير 10BASE-T و100BASE-TX و1000BASE-T.
تعديلات إيثرنت المبكرة

• Xerox Ethernet - التقنية الأصلية، السرعة 3 ميجابت/ثانية، موجودة في نسختين، الإصدار 1 والإصدار 2، ولا يزال تنسيق الإطار الخاص بالإصدار الأحدث مستخدمًا على نطاق واسع.
• 10BROAD36 - غير مستخدم على نطاق واسع. أحد المعايير الأولى التي تسمح بالعمل لمسافات طويلة. تستخدم تكنولوجيا تعديل النطاق العريض مماثلة لتلك المستخدمة
  في مودم الكابل. تم استخدام الكابل المحوري كوسيلة لنقل البيانات.
• 1BASE5 - المعروف أيضًا باسم StarLAN، كان أول تعديل لتقنية Ethernet لاستخدام كبلات زوجية ملتوية. كان يعمل بسرعة 1 ميجابت/ثانية، لكنه لم يجد استخدامًا تجاريًا.

إيثرنت بسرعة 10 ميجابت/ثانية

• 10BASE5، IEEE 802.3 (وتسمى أيضًا "Thick Ethernet") - التطوير الأولي للتكنولوجيا بمعدل نقل بيانات يبلغ 10 ميجابت في الثانية. وفقًا لمعايير IEEE المبكرة، فإنه يستخدم كبلًا متحد المحور بمقاومة 50 أوم (RG-8)، ويبلغ الحد الأقصى لطول القطعة 500 متر.
• 10BASE2، IEEE 802.3a (يسمى "Thin Ethernet") - يستخدم كابل RG-58، بطول مقطع أقصى يبلغ 185 مترًا، وتتصل أجهزة الكمبيوتر ببعضها البعض لتوصيل الكابل بالشبكة
  تحتاج البطاقة إلى موصل T، ويجب أن يحتوي الكابل على موصل BNC. يتطلب الإنهاء على كل منهما
  نهاية. لسنوات عديدة كان هذا المعيار هو المعيار الرئيسي لتقنية Ethernet.
• StarLAN 10 - أول تطوير يستخدم كبلات زوجية ملتوية لنقل البيانات بسرعة 10 ميجابت/ثانية.

تطورت لاحقًا إلى معيار 10BASE-T.

على الرغم من أنه من الممكن نظريًا توصيل أكثر من زوج ملتوي (مقطع)
جهازين يعملان في الوضع البسيط، لا يتم استخدام مثل هذا المخطط مطلقًا لشبكة Ethernet، في
الفرق من العمل مع . لذلك، تستخدم جميع الشبكات الزوجية الملتوية طوبولوجيا النجمة،
في حين أن شبكات الكابلات المحورية مبنية على طوبولوجيا "الحافلة". الإنهاء للعمل على
يتم دمج الكابلات المزدوجة الملتوية في كل جهاز، وليس هناك حاجة لاستخدام أجهزة إنهاء خارجية إضافية في الخط.

• 10BASE-T، IEEE 802.3i - يتم استخدام 4 أسلاك من كبل زوج ملتوي (زوجين ملتويين) من الفئة 3 أو الفئة 5 لنقل البيانات. الحد الأقصى لطول القطعة هو 100 متر.
• FIORL - (اختصار لرابط مكرر الألياف الضوئية). المعيار الأساسي لتقنية الإيثرنت، هو استخدام الكابلات الضوئية لنقل البيانات. الحد الأقصى لمسافة نقل البيانات بدون مكرر هو 1 كم.
• 10BASE-F، IEEE 802.3j - المصطلح الرئيسي لعائلة من معايير إيثرنت 10 ميجابت/ثانية تستخدم الكابلات الضوئية لمسافات تصل إلى 2 كيلومتر: 10BASE-FL، و10BASE-FB، و10BASE-FP. من بين ما سبق، تم توزيع 10BASE-FL فقط.
• 10BASE-FL (رابط الألياف) - نسخة محسنة من معيار FIORL. يتعلق التحسين بزيادة طول المقطع إلى 2 كم.
• 10BASE-FB (العمود الفقري للألياف) - معيار غير مستخدم حاليًا، مخصص لدمج أجهزة إعادة الإرسال في العمود الفقري.
• 10BASE-FP (الألياف السلبية) - لم يتم استخدام طوبولوجيا "النجم السلبي" التي لا حاجة فيها إلى أجهزة إعادة الإرسال.

إيثرنت سريع (إيثرنت سريع، 100 ميجابت/ثانية)

• 100BASE-T هو مصطلح عام للمعايير التي تستخدم . طول القطعة يصل إلى 100 متر. تتضمن معايير 100BASE-TX، و100BASE-T4، و100BASE-T2.
• 100BASE-TX، IEEE 802.3u - تطوير معيار 10BASE-T للاستخدام في شبكات الطوبولوجيا النجمية. يتم استخدام كابل الزوج الملتوي من الفئة 5، في الواقع يتم استخدام زوجين فقط من الموصلات غير المحمية، ويدعم نقل البيانات على الوجهين، لمسافة تصل إلى 100 متر.
• 100BASE-T4 هو معيار يستخدم كبل زوج ملتوي من الفئة 3. يتم استخدام جميع الأزواج الأربعة من الموصلات، ويتم نقل البيانات في نصف اتجاه. عمليا لا تستخدم.
• 100BASE-T2 هو معيار يستخدم كبلات زوجية ملتوية من الفئة 3. ويتم استخدام زوجين فقط من الموصلات. يتم دعم الازدواج الكامل، حيث تنتقل الإشارات في اتجاهين متعاكسين على كل زوج. سرعة الإرسال في اتجاه واحد هي 50 ميجابت/ثانية. عمليا لا تستخدم.
• 100BASE-SX هو معيار يستخدم الألياف متعددة الأوضاع. الحد الأقصى لطول المقطع هو 400 متر في وضع نصف مزدوج (لضمان اكتشاف الاصطدام) أو 2 كيلومتر في وضع مزدوج كامل.
• 100BASE-FX هو معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. الحد الأقصى للطول محدود فقط
  مقدار التوهين في الكابل الضوئي وقوة أجهزة الإرسال للمواد المختلفة من 2x إلى 10
  كيلومترات
• يعد 100BASE-FX WDM معيارًا يستخدم الألياف أحادية الوضع. الحد الأقصى للطول محدود فقط
  مقدار التوهين في كابل الألياف الضوئية وقوة أجهزة الإرسال. هناك نوعان من الواجهات
  تختلف الأنواع في الطول الموجي للمرسل ويتم تمييزها إما بأرقام (الطول الموجي) أو برقم لاتيني واحد
  الحرف أ (1310) أو ب (1550). يمكن للواجهات المقترنة فقط أن تعمل في أزواج: على جانب واحد جهاز الإرسال
  عند 1310 نانومتر، ومن ناحية أخرى - عند 1550 نانومتر.

جيجابت إيثرنت (جيجابت إيثرنت، 1 جيجابت/ثانية)

• 1000BASE-T، IEEE 802.3ab - معيار يستخدم كبل زوج مجدول من الفئة 5e. 4 أزواج تشارك في نقل البيانات. سرعة نقل البيانات - 250 ميجابت/ثانية على زوج واحد. يتم استخدام طريقة التشفير PAM5، والتردد الأساسي هو 62.5 ميجا هرتز. مسافة تصل إلى 100 متر
• تم إنشاء 1000BASE-TX من قبل رابطة صناعة الاتصالات
  جمعية الصناعة (TIA) وتم نشرها في مارس 2001 باسم "مواصفات الطبقة المادية
  أنظمة كابلات Ethernet مزدوجة كاملة 1000 ميجا بايت / ثانية (1000BASE-TX) متناظرة من الفئة 6
  (ANSI/TIA/EIA-854-2001) "مواصفات إيثرنت مزدوجة الاتجاه بسرعة 1000 ميجابايت/ثانية (1000BASE-TX)
  تعمل عبر الفئة 6 من الكابلات المزدوجة الملتوية المتوازنة (ANSI/TIA/EIA-854-2001). القياسية، الاستخدامات
  استقبال وإرسال منفصلين (زوج واحد في كل اتجاه)، مما يبسط التصميم بشكل كبير
  أجهزة الإرسال والاستقبال. هناك اختلاف مهم آخر بين 1000BASE-TX وهو عدم وجود دائرة
  التعويض الرقمي للتداخل والضوضاء المرتدة، مما يؤدي إلى التعقيد واستهلاك الطاقة
  ويصبح سعر المعالجات أقل من معالجات 1000BASE-T القياسية. ولكن، نتيجة لذلك، ل
  يتطلب التشغيل المستقر لهذه التقنية نظام كابل عالي الجودة، لذلك 1000BASE-TX
  يمكن استخدام كابل الفئة 6 فقط. لم يتم إنشاء أي منتجات تقريبًا بناءً على هذا المعيار.
  المنتجات، على الرغم من أن 1000BASE-TX يستخدم بروتوكولًا أبسط من معيار 1000BASE-T، وبالتالي يمكنه
  استخدم إلكترونيات أبسط.
• 1000BASE-X هو مصطلح عام للمعايير المزودة بأجهزة إرسال واستقبال GBIC أو SFP قابلة للتوصيل.
• 1000BASE-SX، IEEE 802.3z هو معيار يستخدم الألياف متعددة الأوضاع. مسافة السفر
  إشارة بدون مكرر تصل إلى 550 متر.
• 1000BASE-LX، IEEE 802.3z - معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. مسافة السفر
  إشارة بدون مكرر يصل إلى 5 كيلومترات.
• 
  
  مستخدم.
• 1000BASE-CX - قياسي للمسافات القصيرة (حتى 25 مترًا)، باستخدام كابل ثنائي المحور
  بممانعة مميزة تبلغ 75 أوم (كل من موجهي الموجات). تم استبداله بمعيار 1000BASE-T ولم يعد كذلك
  مستخدم.
• 1000BASE-LH (Long Haul) هو معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. مسافة السفر
  إشارة بدون مكرر تصل إلى 100 كيلومتر.

10 جيجابت إيثرنت

يتضمن معيار 10 جيجابت إيثرنت الجديد سبعة معايير الوسائط المادية لشبكات LAN وMAN و
شبكه عالميه. وهو مغطى حاليًا بتعديل IEEE 802.3ae ويجب تضمينه في المراجعة التالية
معيار آي إي إي إي 802.3.

• 10GBASE-CX4 - تقنية 10 Gigabit Ethernet للمسافات القصيرة (حتى 15 مترًا)، باستخدام الكابل النحاسي CX4 وموصلات InfiniBand.
• 10GBASE-SR - تقنية 10 جيجابت إيثرنت للمسافات القصيرة (حتى 26 أو 82 مترًا، في
  اعتمادًا على نوع الكابل)، يتم استخدام الألياف متعددة الأوضاع. كما أنه يدعم مسافات تصل إلى 300
  متر باستخدام ألياف جديدة متعددة الأوضاع (2000 ميجاهرتز/كم).
• 10GBASE-LX4 - يستخدم تعدد إرسال الطول الموجي لدعم مسافات تتراوح من 240 إلى 300 متر عبر الألياف متعددة الأوضاع. كما يدعم مسافات تصل إلى 10 كيلومترات عند استخدام الوضع الفردي
  ألياف.
• 10GBASE-LR و10GBASE-ER - تدعم هذه المعايير مسافات تصل إلى 10 و40 كيلومترًا
  على التوالى.
• 10GBASE-SW، و10GBASE-LW، و10GBASE-EW - تستخدم هذه المعايير واجهة فعلية متوافقة
  في السرعة وتنسيق البيانات مع واجهة OC-192 / STM-64 SONET/SDH. وهي تشبه معايير 10GBASE-SR،
  10GBASE-LR و10GBASE-ER على التوالي، حيث يستخدمان نفس أنواع الكابلات ومسافات الإرسال.
• 10GBASE-T، IEEE 802.3an-2006 - تم اعتماده في يونيو 2006 بعد 4 سنوات من التطوير. الاستخدامات
  زوج الملتوية محمية. المسافات - ما يصل إلى 100 متر.

جيجابت إيثرنت

الآن هناك الكثير من الحديث عن حقيقة أن الوقت قد حان للتبديل بشكل كبير إلى سرعات الجيجابت عند توصيل المستخدمين النهائيين للشبكات المحلية، ويُطرح السؤال مرة أخرى حول مبرر وتقدم حلول "الألياف إلى مكان العمل"، " الألياف إلى المنزل "، وما إلى ذلك. في هذا الصدد، ستكون هذه المقالة، التي تصف المعايير ليس فقط للنحاس، ولكن بشكل أساسي لواجهات GigE المصنوعة من الألياف الضوئية، مناسبة تمامًا وفي الوقت المناسب.

بنية جيجابت إيثرنت

يوضح الشكل 1 بنية طبقة جيجابت إيثرنت. كما هو الحال في معيار Fast Ethernet، لا يوجد في Gigabit Ethernet نظام تشفير إشارة عالمي يكون مثاليًا لجميع الواجهات المادية - لذلك، من ناحية، يتم استخدام تشفير 8B/10B لمعايير 1000Base-LX/SX/CX، ومن ناحية أخرى، يستخدم معيار 1000Base-T رمز خط ممتد خاصًا TX/T2. يتم تنفيذ وظيفة التشفير بواسطة الطبقة الفرعية لتشفير PCS الموجودة أسفل واجهة GMII المستقلة عن المتوسطة.

أرز. 1. هيكل الطبقة لمعيار Gigabit Ethernet وواجهة GII وجهاز الإرسال والاستقبال Gigabit Ethernet

واجهة جي إم آي آي. توفر GMII (واجهة Gigabit Media المستقلة) التفاعل بين طبقة MAC والطبقة المادية. تعد واجهة GMII امتدادًا لواجهة MII ويمكنها دعم سرعات 10 و100 و1000 ميجابت في الثانية. يحتوي على جهاز استقبال وجهاز إرسال منفصلين 8 بت، ويمكنه دعم وضعي الإرسال أحادي الاتجاه والكامل. بالإضافة إلى ذلك، تحمل واجهة GMII إشارة واحدة توفر التزامن (إشارة الساعة)، وإشارتين لحالة الخط - الأولى (في حالة التشغيل) تشير إلى وجود الناقل، والثانية (في حالة التشغيل) تشير إلى عدم وجود الاصطدامات - والعديد من قنوات الإشارة والتغذية الأخرى. يمكن لوحدة الإرسال والاستقبال التي تمتد على الطبقة المادية وتوفر إحدى الواجهات المعتمدة على الوسائط المادية الاتصال، على سبيل المثال، بمحول Gigabit Ethernet عبر واجهة GMII.

PCS الطبقة الفرعية الترميز المادي. عند توصيل واجهات مجموعة 1000Base-X، تستخدم الطبقة الفرعية PCS تشفير تكرار الكتلة 8B10B، المستعار من معيار القناة الليفية ANSI X3T11. على غرار معيار FDDI الذي تمت مناقشته، استنادًا فقط إلى جدول تعليمات برمجية أكثر تعقيدًا، يتم تحويل كل 8 بتات إدخال مخصصة للإرسال إلى عقدة بعيدة إلى رموز 10 بت (مجموعات تعليمات برمجية). بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الدفق التسلسلي للإخراج على أحرف تحكم خاصة بطول 10 بت. مثال على أحرف التحكم هي تلك المستخدمة لتمديد الوسائط (حشو إطار Gigabit Ethernet إلى الحد الأدنى لحجمه وهو 512 بايت). عند توصيل واجهة 1000Base-T، تنفذ الطبقة الفرعية PCS تشفيرًا خاصًا مقاومًا للضوضاء لضمان النقل عبر كابل زوج مجدول UTP Cat.5 على مسافة تصل إلى 100 متر - رمز خط TX/T2 تم تطويره بواسطة Level One Communications.

يتم إنشاء إشارتين لحالة الخط، إشارة وجود الموجة الحاملة وإشارة غياب الاصطدام، بواسطة هذه الطبقة الفرعية.

المستويات الفرعية PMA و PMD. تستخدم الطبقة المادية لشبكة Gigabit Ethernet العديد من الواجهات، بما في ذلك كابل الزوج الملتوي التقليدي من الفئة 5 بالإضافة إلى الألياف متعددة الأوضاع وأحادية الوضع. تقوم الطبقة الفرعية PMA بتحويل دفق الأحرف المتوازية من PCS إلى دفق تسلسلي، وتقوم أيضًا بإجراء التحويل العكسي (التوازي) للدفق التسلسلي الوارد من PMD. تحدد الطبقة الفرعية PMD الخصائص البصرية/الكهربائية للإشارات المادية للوسائط المختلفة. في المجمل، تم تحديد 4 أنواع مختلفة من الواجهات المادية للبيئة، والتي تنعكس في مواصفات معيار 802.3z (1000Base-X) و802.3ab (1000Base-T) (الشكل 2).

أرز. 2. واجهات جيجابت إيثرنت المادية

واجهة 1000Base-X

تعتمد واجهة 1000Base-X على معيار الطبقة المادية للقناة الليفية. القناة الليفية هي تقنية لربط محطات العمل وأجهزة الكمبيوتر العملاقة وأجهزة التخزين والعقد الطرفية. تحتوي القناة الليفية على بنية مكونة من 4 طبقات. تم نقل الطبقتين السفليتين FC-0 (الواجهات والوسائط) وFC-1 (التشفير/فك التشفير) إلى Gigabit Ethernet. نظرًا لأن القناة الليفية هي تقنية معتمدة، فقد أدى هذا النقل إلى تقليل وقت تطوير معيار Gigabit Ethernet الأصلي بشكل كبير.

يشبه رمز الكتلة 8B/10B رمز 4B/5B المعتمد في معيار FDDI. ومع ذلك، تم رفض الكود 4B/5B في القناة الليفية لأن الكود لا يوفر توازن التيار المباشر. يمكن أن يؤدي عدم التوازن إلى تسخين ثنائيات الليزر المعتمدة على البيانات، نظرًا لأن جهاز الإرسال قد ينقل بتات "1" (انبعاث) أكثر من البتات "0" (بدون انبعاث)، مما قد يسبب أخطاء إضافية بمعدلات إرسال عالية.

ينقسم 1000Base-X إلى ثلاث واجهات مادية، وفيما يلي خصائصها الرئيسية:

تحدد واجهة 1000Base-SX الليزر بطول إشعاع مقبول ضمن نطاق 770-860 نانومتر، وتتراوح طاقة إشعاع المرسل من -10 إلى 0 ديسيبل ميلي واط، مع نسبة تشغيل/إيقاف (إشارة / عدم وجود إشارة) لا تقل عن 9 ديسيبل. حساسية جهاز الاستقبال -17 ديسيبل وات، تشبع جهاز الاستقبال 0 ديسيبل وات؛

تحدد واجهة 1000Base-LX الليزر بطول إشعاع مقبول ضمن نطاق 1270-1355 نانومتر، وتتراوح طاقة إشعاع المرسل من -13.5 إلى -3 ديسيبل ميلي واط، مع نسبة تشغيل/إيقاف (توجد إشارة / لا توجد إشارة) تبلغ عند الحد الأدنى 9 ديسيبل. حساسية جهاز الاستقبال -19 ديسيبل وات، تشبع جهاز الاستقبال -3 ديسيبل وات؛

كابل زوج ملتوي محمي 1000Base-CX (STP "twinax") لمسافات قصيرة.

كمرجع، يوضح الجدول 1 الخصائص الرئيسية لوحدات الإرسال والاستقبال الضوئية التي تنتجها شركة Hewlett Packard للواجهات القياسية 1000Base-SX (نموذج HFBR-5305، = 850 نانومتر) و1000Base-LX (نموذج HFCT-5305، = 1300 نانومتر).

الجدول 1. الخصائص التقنية لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية لشبكة جيجابت إيثرنت

يتم عرض المسافات المدعومة لمعايير 1000Base-X في الجدول 2.

الجدول 2. الخصائص التقنية لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية لشبكة جيجابت إيثرنت

مع تشفير 8B/10B، يبلغ معدل البت في الخط البصري 1250 بت في الثانية. وهذا يعني أن عرض النطاق الترددي للطول المسموح به للكابل يجب أن يتجاوز 625 ميجا هرتز. من الطاولة ويبين الشكل 2 استيفاء هذا المعيار للسطور 2-6. نظرًا لسرعة النقل العالية لشبكة Gigabit Ethernet، يجب عليك توخي الحذر عند إنشاء مقاطع طويلة. وبطبيعة الحال، تعطى الأفضلية للألياف أحادية الوضع. في هذه الحالة، يمكن أن تكون خصائص أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية أعلى بكثير. على سبيل المثال، تنتج NBase محولات بمنافذ Gigabit Ethernet التي توفر مسافات تصل إلى 40 كم عبر ألياف أحادية الوضع بدون مرحلات (باستخدام ليزر DFB ضيق الطيف يعمل بطول موجة يبلغ 1550 نانومتر).

ميزات استخدام الألياف متعددة الأوضاع

هناك عدد كبير من شبكات الشركات في العالم تعتمد على كابلات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع، مع ألياف 62.5/125 و50/125. لذلك، فمن الطبيعي أنه حتى في مرحلة تشكيل معيار جيجابت إيثرنت، نشأت مهمة تكييف هذه التكنولوجيا للاستخدام في أنظمة الكابلات متعددة الأوضاع الحالية. أثناء البحث لتطوير مواصفات 1000Base-SX و1000Base-LX، تم تحديد حالة شاذة مثيرة للاهتمام للغاية مرتبطة باستخدام أجهزة إرسال الليزر بالتزامن مع الألياف متعددة الأوضاع.

تم تصميم الألياف متعددة الأوضاع للاستخدام مع الثنائيات الباعثة للضوء (طيف الانبعاث 30-50 نانو ثانية). يدخل الإشعاع غير المتماسك الصادر عن مصابيح LED هذه إلى الألياف عبر كامل مساحة النواة الحاملة للضوء. ونتيجة لذلك، يتم إثارة عدد كبير من مجموعات الأوضاع في الألياف. تصلح إشارة الانتشار جيدًا للوصف من حيث التشتت البيني. إن كفاءة استخدام مصابيح LED كأجهزة إرسال في معيار Gigabit Ethernet منخفضة، نظرًا لتردد التعديل العالي جدًا - يبلغ معدل البت في الخط البصري 1250 ميجابايت، ومدة النبضة الواحدة 0.8 نانوثانية. السرعة القصوى، عندما لا تزال مصابيح LED تستخدم لنقل إشارة عبر الألياف متعددة الأوضاع، هي 622.08 ميجابت/ثانية (STM-4، مع الأخذ في الاعتبار تكرار كود 8B/10B، فإن معدل البت في الخط البصري هو 777.6 ميجابايت) . لذلك، أصبح Gigabit Ethernet هو المعيار الأول الذي ينظم استخدام أجهزة إرسال الليزر الضوئية بالتزامن مع الألياف متعددة الأوضاع. مساحة دخول الإشعاع إلى الألياف من الليزر أصغر بكثير من حجم قلب الألياف متعددة الأوضاع. هذه الحقيقة في حد ذاتها لا تؤدي إلى مشكلة. في الوقت نفسه، في العملية التكنولوجية لإنتاج الألياف التجارية القياسية متعددة الأوضاع، يُسمح بوجود بعض العيوب (الانحرافات ضمن الحدود المقبولة) التي ليست حرجة في الاستخدام التقليدي للألياف، والتي تتركز بشكل أكبر بالقرب من محور قلب الألياف . على الرغم من أن مثل هذه الألياف متعددة الأوضاع تلبي تمامًا متطلبات المعيار، إلا أن الضوء المتماسك الصادر عن الليزر الذي يتم إدخاله إلى مركز مثل هذه الألياف، ويمر عبر مناطق عدم تجانس معامل الانكسار، قادر على الانقسام إلى عدد صغير من الأوضاع، والتي تنتشر بعد ذلك على طول الألياف على طول مسارات بصرية مختلفة وبسرعات مختلفة. تُعرف هذه الظاهرة باسم تأخير الوضع التفاضلي DMD. ونتيجة لذلك، يظهر تحول الطور بين الأوضاع، مما يؤدي إلى تداخل غير مرغوب فيه على الجانب المستقبل وإلى زيادة كبيرة في عدد الأخطاء (الشكل 3 أ). لاحظ أن التأثير يظهر فقط في ظل مجموعة متزامنة من عدد من الظروف: ألياف أقل نجاحًا، وجهاز إرسال ليزر أقل نجاحًا (بالطبع، يفي بالمعيار) ومدخل إشعاع أقل نجاحًا في الألياف. على الجانب المادي، يرجع تأثير DMD إلى حقيقة أن الطاقة من مصدر متماسك يتم توزيعها ضمن عدد صغير من الأوضاع، في حين أن المصدر غير المتماسك يثير بشكل موحد عددًا كبيرًا من الأوضاع. تظهر الأبحاث أن التأثير يكون أقوى عند استخدام أشعة الليزر ذات الطول الموجي الطويل (نافذة الشفافية 1300 نانومتر).

تين. 3. انتشار الإشعاع المتماسك في ألياف متعددة الأوضاع: أ) إظهار تأثير تأخير الوضع التفاضلي (DMD) مع المدخلات المحورية للإشعاع؛ ب) مدخلات الإشعاع المتماسك خارج المحور إلى ألياف متعددة الأوضاع.

في أسوأ الحالات، يمكن أن يؤدي هذا الوضع الشاذ إلى انخفاض الحد الأقصى لطول المقطع استنادًا إلى FOC متعدد الأوضاع. وبما أن المعيار يجب أن يوفر ضمان أداء بنسبة 100%، فيجب تنظيم الحد الأقصى لطول المقطع مع الأخذ في الاعتبار احتمال حدوث تأثير DMD.

واجهة 1000Base-LX. من أجل الحفاظ على مسافة أكبر وتجنب عدم القدرة على التنبؤ بسلوك وصلة Gigabit Ethernet بسبب الشذوذ، يُقترح حقن الإشعاع في جزء غير مركزي من قلب الألياف متعدد الأوضاع. بسبب انحراف الفتحة، يتمكن الإشعاع من التوزيع بالتساوي في جميع أنحاء قلب الألياف بأكمله، مما يضعف التأثير بشكل كبير، على الرغم من أن الحد الأقصى لطول الجزء يظل محدودًا بعد ذلك (الجدول 2). تم تطوير الحبال الضوئية أحادية الوضع المتكيفة MCP (حبال تصحيح تكييف الوضع) خصيصًا، حيث يكون لأحد الموصلات (أي الموصل المخطط لربطه بألياف متعددة الأوضاع) إزاحة طفيفة عن محور قلب الألياف . يمكن تسمية السلك البصري الذي يكون فيه أحد الموصلات عبارة عن دوبلكس SC مع قلب إزاحة والآخر عبارة عن دوبلكس SC عادي على النحو التالي: MCP دوبلكس SC - دوبلكس SC. بالطبع، مثل هذا السلك غير مناسب للاستخدام في الشبكات التقليدية، على سبيل المثال Fast Ethernet، بسبب خسائر الإدخال العالية في الواجهة مع MCP duplex SC. يمكن أن يكون MCP الانتقالي عبارة عن مزيج من الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع ويحتوي على عنصر انحياز من الألياف إلى الألياف بداخله. ثم يتم توصيل نهاية الوضع الواحد بجهاز إرسال الليزر. أما بالنسبة لجهاز الاستقبال، فيمكن توصيل سلك تصحيح قياسي متعدد الأوضاع به. يسمح استخدام أسلاك محول MCP بإدخال الإشعاع إلى ألياف متعددة الأوضاع من خلال منطقة مُزاحة بمقدار 10-15 ميكرومتر من المحور (الشكل 3 ب). وبالتالي، يظل من الممكن استخدام منافذ الواجهة 1000Base-LX مع الألياف الضوئية أحادية الوضع، حيث سيتم تنفيذ إدخال الإشعاع هناك بشكل صارم في وسط قلب الألياف.

واجهة 1000Base-SX. نظرًا لأن واجهة 1000Base-SX موحدة للاستخدام مع الألياف متعددة الأوضاع فقط، يمكن تنفيذ إزاحة منطقة إدخال الإشعاع من المحور المركزي للألياف داخل الجهاز نفسه، وبالتالي التخلص من الحاجة إلى سلك بصري مطابق.

واجهة 1000Base-T

1000Base-T عبارة عن واجهة Gigabit Ethernet قياسية للنقل عبر الفئة 5 والكابلات المزدوجة الملتوية غير المحمية على مسافات تصل إلى 100 متر. يتم استخدام جميع أزواج الكابلات النحاسية الأربعة للإرسال، وتبلغ سرعة الإرسال عبر زوج واحد 250 ميجابت/ثانية. من المفترض أن المعيار سيوفر الإرسال المزدوج، وسيتم إرسال البيانات الموجودة على كل زوج في وقت واحد في اتجاهين في وقت واحد - مزدوج مزدوج. 1000Base-T. من الناحية الفنية، تبين أن تنفيذ الإرسال المزدوج بسرعة 1 جيجابت/ثانية عبر كابل UTP cat.5 الزوجي الملتوي أمر صعب للغاية، وأكثر صعوبة بكثير مما هو عليه في معيار 100Base-TX. إن تأثير التداخل العابر القريب والبعيد من ثلاثة أزواج ملتوية متجاورة على زوج معين في كبل مكون من أربعة أزواج يتطلب تطوير ناقل حركة خاص مقاوم للضوضاء ووحدة ذكية للتعرف على الإشارة واستعادتها عند الاستقبال. تم اعتبار العديد من طرق التشفير في البداية مرشحة للموافقة عليها في معيار 1000Base-T، بما في ذلك: تشفير سعة النبض ذو 5 مستويات PAM-5؛ تعديل السعة التربيعية QAM-25، وما إلى ذلك. وفيما يلي بإيجاز أفكار PAM-5، والتي تمت الموافقة عليها أخيرًا كمعيار.

لماذا الترميز ذو 5 مستويات. يعالج التشفير المشترك ذو المستويات الأربعة البتات الواردة في أزواج. في المجموع، هناك 4 مجموعات مختلفة - 00، 01، 10، 11. يمكن للمرسل ضبط كل زوج من البتات على مستوى جهد الإشارة المرسلة، مما يقلل من تردد التعديل لإشارة ذات أربعة مستويات بمقدار مرتين، 125 ميجاهرتز بدلاً من 250 ميجاهرتز (الشكل 4)، وبالتالي تردد الإشعاع. تمت إضافة المستوى الخامس لإنشاء تكرار التعليمات البرمجية. ونتيجة لذلك، يصبح من الممكن تصحيح الأخطاء أثناء الاستقبال. وهذا يعطي مساحة إضافية قدرها 6 ديسيبل في نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

الشكل 4. نظام ترميز PAM-4 ذو 4 مستويات

مستوى ماك

تستخدم طبقة Gigabit Ethernet MAC نفس بروتوكول النقل CSMA/CD مثل أسلافها Ethernet و Fast Ethernet. يتم تحديد القيود الرئيسية على الحد الأقصى لطول المقطع (أو مجال التصادم) بواسطة هذا البروتوكول.

يعتمد معيار IEEE 802.3 Ethernet الحد الأدنى لحجم الإطار وهو 64 بايت. إن قيمة الحد الأدنى لحجم الإطار هي التي تحدد الحد الأقصى للمسافة المسموح بها بين المحطات (قطر مجال التصادم). الوقت الذي ترسل فيه المحطة مثل هذا الإطار - وقت القناة - يساوي 512 BT أو 51.2 μs. يتم تحديد الحد الأقصى لطول شبكة Ethernet من حالة حل التصادم، أي الوقت الذي تصل فيه الإشارة إلى العقدة البعيدة وترجع RDT يجب ألا يتجاوز 512 BT (باستثناء التمهيد).

عند الانتقال من إيثرنت إلى إيثرنت سريع، تزداد سرعة الإرسال، ويتم تقليل وقت إرسال إطار 64 بايت بشكل مماثل - وهو يساوي 512 بت أو 5.12 ميكروثانية (في إيثرنت سريع 1 بت = 0.01 ميكروثانية). لكي نتمكن من اكتشاف جميع التصادمات حتى نهاية إرسال الإطار كما في السابق، يجب استيفاء أحد الشروط:

احتفظت Fast Ethernet بنفس الحد الأدنى لحجم الإطار مثل Ethernet. أدى هذا إلى الحفاظ على التوافق ولكنه أدى إلى انخفاض كبير في قطر مجال التصادم.

مرة أخرى، نظرًا للاستمرارية، يجب أن يدعم معيار Gigabit Ethernet نفس الحد الأدنى والحد الأقصى لأحجام الإطارات المعتمدة في Ethernet وFast Ethernet. ولكن مع زيادة سرعة الإرسال، يتناقص وقت إرسال الحزمة بنفس الطول وفقًا لذلك. وإذا تم الحفاظ على نفس الحد الأدنى لطول الإطار، فإن ذلك سيؤدي إلى تقليل قطر الشبكة، الذي لن يتجاوز 20 مترًا، وهو ما قد يكون قليل الفائدة. لذلك، عند تطوير معيار جيجابت إيثرنت، تقرر زيادة وقت القناة. في Gigabit Ethernet تبلغ 4096 BT وهي أسرع 8 مرات من Ethernet وFast Ethernet. ولكن للحفاظ على التوافق مع معايير Ethernet وFast Ethernet، لم تتم زيادة الحد الأدنى لحجم الإطار، ولكن تمت إضافة حقل إضافي إلى الإطار يسمى "امتداد الوسائط".

تمديد الناقل

عادةً لا تحمل الأحرف الموجودة في الحقل الإضافي أي معلومات عن الخدمة، ولكنها تملأ القناة وتزيد من "نافذة التصادم". ونتيجة لذلك، سيتم تسجيل الاصطدام من قبل جميع المحطات ذات القطر الأكبر من مجال الاصطدام.

إذا كانت المحطة ترغب في إرسال إطار قصير (أقل من 512 بايت)، تتم إضافة هذا الحقل قبل الإرسال - وهو امتداد الوسائط الذي يكمل الإطار إلى 512 بايت. يتم حساب حقل المجموع الاختباري للإطار الأصلي فقط ولا يتم نشره في حقل الامتداد. عند استلام إطار، يتم تجاهل حقل الامتداد. لذلك، فإن طبقة LLC لا تعرف حتى بوجود مجال الامتداد. إذا كان حجم الإطار يساوي أو أكبر من 512 بايت، فلا يوجد حقل امتداد للوسائط. يوضح الشكل 5 تنسيق إطار Gigabit Ethernet عند استخدام ملحق الوسائط.

الشكل 5. إطار جيجابت إيثرنت مع مجال تمديد الوسائط.

انفجار الحزمة

يعد توسيع الوسائط هو الحل الأكثر طبيعية، مما يجعل من الممكن الحفاظ على التوافق مع معيار Fast Ethernet ونفس قطر مجال التصادم. لكنه أدى إلى إهدار غير ضروري لعرض النطاق الترددي. يمكن إهدار ما يصل إلى 448 بايت (512-64) عند إرسال إطار قصير. في مرحلة تطوير معيار جيجابت إيثرنت، قدمت شركة NBase Communications اقتراحًا لتحديث المعيار. تسمح هذه الترقية، التي تسمى ازدحام الحزمة، باستخدام أكثر كفاءة لحقل التوسع. إذا كانت المحطة/المحول تحتوي على عدة إطارات صغيرة لإرسالها، فسيتم تعبئة الإطار الأول بحقل امتداد الوسائط إلى 512 بايت ويتم إرساله. يتم إرسال الإطارات المتبقية بعد الحد الأدنى من الفاصل الزمني بين الإطارات 96 بتة، مع استثناء واحد مهم - يتم ملء الفاصل الزمني بين الإطارات برموز التمديد (الشكل 6 أ). وبالتالي، لا يصبح الوسيط صامتًا بين إرسال الإطارات الأصلية القصيرة، ولا يمكن لأي جهاز آخر على الشبكة أن يتداخل مع الإرسال. يمكن أن يحدث هذا الترتيب للإطارات حتى يتجاوز العدد الإجمالي للبايتات المرسلة 1518. يقلل ازدحام الحزمة من احتمالية الاصطدامات، نظرًا لأن الإطار المحمل بشكل زائد يمكن أن يتعرض للتصادم فقط في مرحلة إرسال إطاره الأصلي الأول، بما في ذلك توسيع الوسائط، وهو ما يعد بالتأكيد يزيد من أداء الشبكة، وخاصة في ظل الأحمال الثقيلة (الشكل 6-ب).

الشكل 6. ازدحام الرزم: أ) إرسال الإطار؛ ب) سلوك عرض النطاق الترددي.

بناءً على مواد من شركة Telecom Transport

إيثرنت ([ˈiːθərˌnɛt] من الأثير الإنجليزي [ˈiːθər] "ether") هي تقنية نقل حزم البيانات في المقام الأول لشبكات الكمبيوتر المحلية.

تحدد معايير Ethernet الاتصالات السلكية والإشارات الكهربائية في الطبقة المادية وتنسيقات الإطارات وبروتوكولات التحكم في الوصول إلى الوسائط في طبقة ارتباط البيانات لنموذج OSI. يتم وصف شبكة إيثرنت بشكل أساسي من خلال معايير مجموعة IEEE 802.3. أصبحت إيثرنت تقنية LAN الأكثر شيوعًا في منتصف التسعينيات، مما أدى إلى إزاحة التقنيات القديمة مثل Arcnet وFDDI وToken Ring.

تنسيق إطار Ethernet II الأكثر شيوعًا

إيثرنت بسرعة 10 ميجابت/ثانية

§ 10BASE5، IEEE 802.3 (وتسمى أيضًا "Thick Ethernet") - التطوير الأولي للتكنولوجيا بمعدلات نقل بيانات تبلغ 10 ميجابت في الثانية. وفقًا لمعايير IEEE المبكرة، فإنه يستخدم كبلًا متحد المحور بمقاومة 50 أوم (RG-8)، ويبلغ الحد الأقصى لطول القطعة 500 متر.

§ 10BASE2، IEEE 802.3a (يُسمى "Thin Ethernet") - يستخدم كابل RG-58، بطول مقطع أقصى يبلغ 185 مترًا، وتم توصيل أجهزة الكمبيوتر ببعضها البعض، ويلزم وجود موصل T لتوصيل الكابل ببطاقة الشبكة ويجب أن يكون هناك BNC على موصل الكابل. يتطلب الإنهاء في كل نهاية. لسنوات عديدة كان هذا المعيار هو المعيار الرئيسي لتقنية Ethernet.

§ StarLAN 10 - أول تطوير يستخدم كابل مزدوج مجدول لنقل البيانات بسرعة 10 ميجابت/ثانية. تطورت لاحقًا إلى معيار 10BASE-T.

على الرغم من أنه من الممكن نظريًا توصيل أكثر من جهازين يعملان في الوضع البسيط بكبل زوج ملتوي واحد (مقطع)، إلا أنه لا يتم استخدام مثل هذا المخطط مطلقًا لشبكة Ethernet، على عكس العمل باستخدام الكبل المحوري. لذلك، تستخدم جميع الشبكات الزوجية الملتوية طوبولوجيا النجمة، بينما تستخدم شبكات الكابلات المحورية طوبولوجيا الناقل. يتم تضمين أجهزة الإنهاء للعمل عبر الكابلات الزوجية الملتوية في كل جهاز، وليست هناك حاجة لاستخدام أجهزة إنهاء خارجية إضافية في الخط.

§ 10BASE-T، IEEE 802.3i - يتم استخدام 4 أسلاك من كبل زوج ملتوي (زوجين ملتويين) من الفئة 3 أو الفئة 5 لنقل البيانات. الحد الأقصى لطول القطعة هو 100 متر.

§ FIORL - (اختصار لرابط مكرر الألياف الضوئية). المعيار الأساسي لتقنية الإيثرنت، هو استخدام الكابلات الضوئية لنقل البيانات. الحد الأقصى لمسافة نقل البيانات بدون مكرر هو 1 كم.

§ 10BASE-F، IEEE 802.3j - المصطلح الأساسي لعائلة من معايير إيثرنت بسرعة 10 ميجابت/ثانية تستخدم كابلات ضوئية لمسافات تصل إلى 2 كيلومتر: 10BASE-FL، و10BASE-FB، و10BASE-FP. من بين ما سبق، تم توزيع 10BASE-FL فقط.

§ 10BASE-FL (رابط الألياف) - نسخة محسنة من معيار FIORL. يتعلق التحسين بزيادة طول المقطع إلى 2 كم.

§ 10BASE-FB (العمود الفقري للألياف) - معيار غير مستخدم حاليًا، مخصص لدمج أجهزة إعادة الإرسال في العمود الفقري.

§ 10BASE-FP (الألياف السلبية) - طوبولوجيا النجمة السلبية التي لا تكون هناك حاجة إلى أجهزة إعادة إرسال - لا تُستخدم أبدًا.

إيثرنت سريع (إيثرنت سريع، 100 ميجابت/ثانية)

§ 100BASE-T هو مصطلح عام للمعايير التي تستخدم كبلات زوجية ملتوية كوسيلة لنقل البيانات. طول القطعة يصل إلى 100 متر. تتضمن معايير 100BASE-TX، و100BASE-T4، و100BASE-T2.

§ 100BASE-TX، IEEE 802.3u - تطوير معيار 10BASE-T للاستخدام في شبكات الطوبولوجيا النجمية. يتم استخدام كابل الزوج الملتوي من الفئة 5، في الواقع يتم استخدام زوجين فقط من الموصلات غير المحمية، ويدعم نقل البيانات على الوجهين، لمسافة تصل إلى 100 متر.

§ 100BASE-T4 - معيار يستخدم كبل زوج ملتوي من الفئة 3. يتم استخدام جميع الأزواج الأربعة من الموصلات، ويتم نقل البيانات في نصف اتجاه مزدوج. عمليا لا تستخدم.

§ 100BASE-T2 هو معيار يستخدم كبلات زوجية ملتوية من الفئة 3. ويتم استخدام زوجين فقط من الموصلات. يتم دعم الازدواج الكامل، حيث تنتقل الإشارات في اتجاهين متعاكسين على كل زوج. سرعة الإرسال في اتجاه واحد هي 50 ميجابت/ثانية. عمليا لا تستخدم.

§ 100BASE-SX هو معيار يستخدم الألياف متعددة الأوضاع. الحد الأقصى لطول المقطع هو 400 متر في وضع نصف مزدوج (لضمان اكتشاف الاصطدام) أو 2 كيلومتر في وضع مزدوج كامل.

§ 100BASE-FX - معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. يقتصر الحد الأقصى للطول فقط على مقدار التوهين في الكابل البصري وقوة أجهزة الإرسال، وفقًا لمواد مختلفة من 2 إلى 10 كيلومترات.

§ 100BASE-FX WDM هو معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. يقتصر الحد الأقصى للطول فقط على مقدار التوهين في كابل الألياف الضوئية وقوة أجهزة الإرسال. تأتي الواجهات في نوعين، تختلف في الطول الموجي لجهاز الإرسال ويتم تمييزها إما بالأرقام (الطول الموجي) أو بحرف لاتيني واحد A (1310) أو B (1550). يمكن للواجهات المقترنة فقط أن تعمل في أزواج: يوجد على جانب واحد جهاز إرسال عند 1310 نانومتر، وعلى الجانب الآخر عند 1550 نانومتر.

جيجابت إيثرنت (جيجابت إيثرنت، 1 جيجابت/ثانية)

§ 1000BASE-T، IEEE 802.3ab - معيار يستخدم كبل زوج مجدول من الفئة 5e. 4 أزواج تشارك في نقل البيانات. سرعة نقل البيانات - 250 ميجابت/ثانية على زوج واحد. يتم استخدام طريقة التشفير PAM5، والتردد الأساسي هو 62.5 ميجا هرتز. مسافة تصل إلى 100 متر

§ تم إنشاء 1000BASE-TX بواسطة رابطة صناعة الاتصالات (TIA) وتم نشرها في مارس 2001 باسم "مواصفات الطبقة المادية لأنظمة الكابلات المتوازنة بسرعة 1000 ميجا بايت/ثانية (1000BASE-TX) من الفئة 6 (ANSI/TIA/ EIA-854) -2001)" (م. "مواصفات إيثرنت مزدوجة الاتجاه بسرعة 1000 ميجابت/ثانية (1000BASE-TX) تعمل عبر كابلات مزدوجة ملتوية متوازنة من الفئة 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)"). يستخدم المعيار جهاز إرسال واستقبال منفصل (زوج واحد في كل اتجاه)، مما يبسط بشكل كبير تصميم أجهزة الإرسال والاستقبال. هناك اختلاف مهم آخر بين 1000BASE-TX وهو عدم وجود دائرة تعويض التداخل الرقمي وتعويض الضوضاء، ونتيجة لذلك يصبح التعقيد واستهلاك الطاقة وسعر المعالجات أقل من المعالجات القياسية 1000BASE-T. ولكن، نتيجة لذلك، يتطلب التشغيل المستقر لهذه التقنية نظام كابلات عالي الجودة، لذلك يمكن لـ 1000BASE-TX استخدام كابل الفئة 6 فقط. لم يتم إنشاء أي منتجات تقريبًا بناءً على هذا المعيار، على الرغم من أن 1000BASE-TX يستخدم بروتوكولًا أبسط من معيار 1000BASE-T وبالتالي يمكنه استخدام إلكترونيات أبسط.

§ 1000BASE-X هو مصطلح عام للمعايير ذات أجهزة إرسال واستقبال GBIC أو SFP القابلة للتوصيل.

§ 1000BASE-SX، IEEE 802.3z - معيار يستخدم الألياف متعددة الأوضاع. يصل نطاق إرسال الإشارة بدون مكرر إلى 550 مترًا.

§ 1000BASE-LX، IEEE 802.3z - معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. يعتمد نطاق الإشارة بدون مكرر فقط على نوع أجهزة الإرسال والاستقبال المستخدمة، وعادة ما يتراوح من 5 إلى 50 كيلومترًا.

§ 1000BASE-CX - معيار للمسافات القصيرة (حتى 25 مترًا)، باستخدام كبل ثنائي المحور بمقاومة مميزة تبلغ 75 أوم (كل من موجهي الموجات). تم استبداله بمعيار 1000BASE-T ولم يعد مستخدمًا.

§ 1000BASE-LH (Long Haul) - معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. يصل نطاق الإشارة بدون مكرر إلى 100 كيلومتر.

حلقة رمزية.

Token Ring عبارة عن تقنية حلقات لشبكة محلية (LAN) مع "وصول إلى الرمز المميز" - وهو بروتوكول شبكة محلية موجود في طبقة ارتباط البيانات (DLL) لنموذج OSI. يستخدم إطارًا خاصًا ثلاثي البايت يسمى علامة يتحرك حول الحلقة. إن حيازة العلامة تمنح المالك الحق في نقل المعلومات على الوسيط. تتحرك إطارات حلقة الوصول إلى الرمز المميز في حلقة.

يتم تنظيم المحطات الموجودة على شبكة المنطقة المحلية (LAN) بشكل منطقي في طوبولوجيا الحلقة مع نقل البيانات بشكل تسلسلي من محطة حلقة إلى أخرى مع رمز تحكم يتم تداوله حول حلقة الوصول للتحكم. تتم مشاركة آلية تمرير الرمز المميز هذه بواسطة ARCNET وناقل الرمز المميز وFDDI، ولها مزايا نظرية مقارنة بشبكة CSMA/CD Ethernet العشوائية.

يعد Token Ring وIEEE 802.5 من الأمثلة الرئيسية لشبكات تمرير الرمز المميز. تقوم شبكات تمرير الرمز المميز بنقل كتلة صغيرة من البيانات تسمى الرمز المميز على طول الشبكة. حيازة هذا الرمز يضمن الحق في النقل. إذا لم يكن لدى العقدة التي تستقبل الرمز المميز معلومات لإرسالها، فإنها تقوم ببساطة بإعادة توجيه الرمز المميز إلى نقطة النهاية التالية. يمكن لكل محطة أن تحمل علامة لفترة زمنية قصوى معينة (الافتراضي - 10 مللي ثانية).

تقدم هذه التقنية حلاً لمشكلة الاصطدامات التي تنشأ عند تشغيل الشبكة المحلية. في تقنية Ethernet، تحدث مثل هذه التصادمات عندما يتم إرسال المعلومات في وقت واحد عبر عدة محطات عمل تقع داخل نفس المقطع، أي باستخدام قناة بيانات فعلية مشتركة.

إذا كانت المحطة التي تمتلك الرمز المميز لديها معلومات لنقلها، فإنها تلتقط الرمز المميز، وتغير بتًا واحدًا منه (مما يؤدي إلى أن يصبح الرمز المميز تسلسل "بداية كتلة البيانات")، ويكمله بالمعلومات التي تريد إرسالها، ويرسل تلك المعلومات إلى الشبكة الحلقية للمحطة التالية. عندما يتم تداول كتلة من المعلومات حول الحلقة، لا يوجد رمز مميز على الشبكة (ما لم توفر الحلقة إصدارًا مبكرًا للرمز المميز)، لذلك تضطر المحطات الأخرى التي ترغب في نقل المعلومات إلى الانتظار. لذلك، لا يمكن أن يكون هناك أي تصادمات في شبكات Token Ring. إذا تم ضمان الإصدار المبكر للرمز المميز، فيمكن إصدار رمز مميز جديد بعد اكتمال إرسال كتلة البيانات.

تدور كتلة المعلومات حول الحلقة حتى تصل إلى محطة الوجهة المقصودة، والتي تقوم بنسخ المعلومات لمزيد من المعالجة. تستمر كتلة المعلومات في الدوران حول الحلقة؛ يتم حذفه نهائيًا بعد الوصول إلى المحطة التي أرسلت الكتلة. يمكن للمحطة المرسلة التحقق من الكتلة المرتجعة للتأكد من مشاهدتها ثم نسخها بواسطة المحطة الوجهة.

تعد FDDI (واجهة البيانات الموزعة بالألياف) معيارًا لنقل البيانات في شبكة محلية ممتدة على مسافة تصل إلى 200 كيلومتر. يعتمد المعيار على بروتوكول Token Ring. بالإضافة إلى مساحتها الكبيرة، فإن شبكة FDDI قادرة على دعم عدة آلاف من المستخدمين.

يوصى باستخدام كابل الألياف الضوئية كوسيلة لنقل البيانات لـ FDDI، ولكن يمكن أيضًا استخدام الكابل النحاسي، وفي هذه الحالة يتم استخدام الاختصار CDDI (واجهة البيانات الموزعة النحاسية). الهيكل عبارة عن مخطط حلقة مزدوجة، حيث يتم تداول البيانات في الحلقات في اتجاهات مختلفة. تعتبر حلقة واحدة هي الحلقة الرئيسية، ويتم نقل المعلومات من خلالها في الحالة الطبيعية؛ والثاني مساعد، ويتم من خلاله نقل البيانات في حالة حدوث انقطاع في الحلقة الأولى. للتحكم في حالة الحلقة، يتم استخدام رمز الشبكة، كما هو الحال في تقنية Token Ring.

وبما أن هذا التكرار يزيد من موثوقية النظام، فقد تم استخدام هذا المعيار بنجاح في قنوات الاتصال الرئيسية.

32. آليات CSMA/CD

CSMA/CD (الوصول المتعدد لاستشعار الناقل مع اكتشاف الاصطدام - الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واكتشاف الاصطدام) - تقنية (802.3) للوصول المتعدد إلى وسيط إرسال مشترك في شبكة كمبيوتر محلية مع التحكم في الاصطدام. يشير CSMA/CD إلى الطرق العشوائية اللامركزية (بشكل أكثر دقة، شبه عشوائية). يتم استخدامه في كل من الشبكات العادية من نوع Ethernet وفي الشبكات عالية السرعة (Fast Ethernet وGigabit Ethernet).

إذا اكتشفت محطة العمل، أثناء إرسال إطار، إشارة أخرى تشغل وسط الإرسال، فإنها توقف الإرسال، وترسل إشارة انحشار، وتنتظر مقدارًا عشوائيًا من الوقت (المعروف باسم "تأخير التراجع" ويتم العثور عليه باستخدام الأسي الثنائي المقطوع خوارزمية التراجع) قبل إرسال الإطار مرة أخرى.

يتم استخدام اكتشاف التصادم لتحسين أداء CSMA عن طريق إيقاف الإرسال مباشرة بعد اكتشاف التصادم وتقليل احتمالية حدوث تصادم ثانٍ أثناء إعادة الإرسال.

تعتمد طرق الكشف عن التصادمات على المعدات المستخدمة، ولكن في الحافلات الكهربائية مثل إيثرنت، يمكن اكتشاف التصادمات من خلال مقارنة المعلومات المرسلة والمستقبلة. إذا اختلف، فإن إرسالًا آخر يتداخل مع الإرسال الحالي (حدث تصادم) ويتم مقاطعة الإرسال على الفور. يتم إرسال إشارة انحشار، مما يتسبب في تأخير جميع أجهزة الإرسال للإرسال لفترة عشوائية من الوقت، مما يقلل من احتمالية حدوث تصادم أثناء إعادة المحاولة.

تعد Ethernet مثالًا كلاسيكيًا لبروتوكول CSMA/CD.

معلومات ذات صله.

نقاط القوة في شبكات Ethernet واضحة - التفصيل التفصيلي والتكنولوجيا التي تم التحقق منها، والخبرة الواسعة في التشغيل العملي للشبكات القائمة عليها في جميع أنحاء العالم، والتكلفة المنخفضة للمعدات. يتم مشاركة الوصول المشترك إلى وسائط النقل المعروفة والضعيفة، مما يحد بشكل كبير من قابلية التوسع.

يتبادر إلى الذهن هذا "الخلل غير القابل للتصحيح" بمجرد إجراء محاولة أخرى لزيادة إنتاجية شبكات Ethernet بشكل جذري. في عام 1993، عندما ظهر معيار Fast Ethernet، بدا أنه قد تم الوصول إلى الحد الأقصى لسرعة الإرسال. ولذلك فإن الحديث الذي سرعان ما تلا ذلك عن نسخة جيجابت من نفس التقنية لم يثير سوى الشكوك. ومع ذلك، مرت أربع سنوات، وظهرت أجهزة Gigabit Ethernet الأولى في السوق، وبعد ذلك بقليل، في عام 1998، اعتمد IEEE المعيار المقابل (802.3z).

بالطبع، سيكون من السذاجة الاعتقاد بأن المبادئ التي وضعها مبدعو إيثرنت في عام 1972 لم تخضع لأي تغييرات بحلول النصف الثاني من التسعينيات. كان بروتوكول الوصول المتعدد لكشف التصادم (CSMA/CD) قادرًا على تسريع سرعات جيجابت بفضل العديد من التطورات التقنية، وأبرزها تمديد الناقل ونقل الحزم. ألغت طريقة تمديد الموجة الحاملة اعتماد الحد الأدنى لطول الإطارات المرسلة على حجم الشريحة الزمنية. لقد أتاح ظهور وضع نقل الحزم في شبكات Gigabit Ethernet تنظيم نقل خطوط الأنابيب لمجموعات الإطارات في عقدة الشبكة، مع الحفاظ على واجهة الخدمة القديمة على مستوى MAC. علاوة على ذلك، أدى إرسال الحزم إلى زيادة كفاءة معالجة الإطارات المتعددة بواسطة عقدة شبكة واحدة، وبالتالي تقليل الدور السلبي لتأثير التقاط البيئة المادية.

قدمت مواصفات Gigabit Ethernet في الأصل ثلاث وسائط نقل: ألياف ليزر أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع ذات طول موجي طويل 1000BaseLX للمسافات الطويلة للمباني والحرم الجامعي، و1000BaseSX ألياف قصيرة الموجة تعتمد على الليزر متعددة الأوضاع للمسافات القصيرة منخفضة التكلفة، و1000BaseCX محمية متناظرة قصيرة الطول كابل نحاس 150 أوم لربط الأجهزة في غرف الأجهزة والسيرفرات.

ومع ذلك، فإن أسلاك الفئة 5 ذات المقاومة 100 أوم المكونة من أربعة أزواج هي الآن نظام الكابلات الأكثر شيوعًا في جميع أنحاء العالم.

إحدى المشكلات الرئيسية لـ Gigabit Ethernet هي الحد الأقصى لحجم الشبكة. عند الانتقال من Ethernet إلى Fast Ethernet، أدى الحفاظ على الحد الأدنى لحجم الإطار إلى انخفاض قطر الشبكة من 2 كم لـ 10BaseT إلى 200 متر لـ 100BaseT. ومع ذلك، فإن النقل دون تغيير جميع المكونات المميزة للإيثرنت - الحد الأدنى لحجم الإطار ووقت اكتشاف التصادم وCSMA / CD - إلى Gigabit Ethernet سيؤدي إلى تقليل قطر الشبكة إلى 20 مترًا، ومن الواضح في هذه الحالة أن المحطات الموجودة في ستكون الشبكة المشتركة قيد التشغيل حرفيًا "لذلك، اقترحت لجنة عمل 802.3z زيادة وقت اكتشاف التصادم من أجل الحفاظ على قطر الشبكة السابق البالغ 200 متر. تعد إعادة تعريف الطبقة الفرعية MAC ضرورية لشبكة Gigabit Ethernet، وإلا فإن المحطات الواقعة على بعد 200 متر لن يتمكن M Apart من اكتشاف الاصطدام عندما يرسل كلاهما في نفس الوقت إطارًا بحجم 64 بايت.

الحل المقترح كان يسمى تمديد الناقل. جوهرها هو على النحو التالي. إذا قام محول الشبكة أو منفذ Gigabit Ethernet بإرسال إطار يقل طوله عن 512 بايت، فسوف يتبعه بتات تمديد الناقل، مما يعني أن وقت اكتشاف التصادم سيزيد. إذا اكتشف المرسل حدوث تصادم أثناء إرسال الإطار وتوسيع الموجة الحاملة، فإنه يتفاعل بالطريقة التقليدية: يصدر إشارة انحشار ويطبق خوارزمية التراجع.

ولكن من الواضح أنه إذا قامت جميع المحطات (العقد) بإرسال إطارات ذات طول أدنى (64 بايت)، فإن التحسن الفعلي في الأداء سيكون 12.5% ​​فقط (125 ميجابت/ثانية بدلاً من 100 ميجابت/ثانية). هذا هو الخيار الأسوأ، ولكن حتى مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن متوسط ​​طول الإطار عمليًا هو 200-500 بايت، فإن معدل النقل سيزيد فقط إلى 300-400 ميجابت/ثانية.

من أجل زيادة كفاءة جيجابت إيثرنت، اقترحت اللجنة طريقة لنقل حزم الإطارات (لسوء الحظ، فإن مصطلح "الإرسال المتتابع"، حيث يتم ترجمة المفهوم الإنجليزي "الانفجار" عادةً إلى اللغة الروسية، يمكن أن يؤدي إلى الارتباك، نظرًا لأنه فهي تتضمن حزمة كإرسال سلسلة من الإطارات في وقت واحد، بدلاً من حزمة ككتلة من البيانات. وبموجب هذه الطريقة، يتم تجميع الإطارات القصيرة وإرسالها معًا. وتملأ محطة الإرسال الفاصل الزمني بين الإطارات بتات تمديد الموجة الحاملة، لذلك ستمتنع المحطات الأخرى عن الإرسال حتى يفسح الخط.

تتيح لنا كل هذه التدابير تحقيق إنتاجية تبلغ 720 ميجابت/ثانية عند التحميل الكامل للشبكة. ومع ذلك، تشير هذه الحيل (نشر الموجة الحاملة وإرسال إطار الحزمة) إلى أن طريقة الوصول إلى وسيط CSMA/CD أصبحت قديمة عمليًا.

وبطبيعة الحال، فإن مثل هذه الابتكارات ضرورية فقط لوضع الإرسال أحادي الاتجاه، نظرًا لعدم الحاجة إلى CSMA/CD للإرسال ثنائي الاتجاه. في الواقع، في وضع الازدواج الكامل، يتم إرسال البيانات واستقبالها عبر مسارات مختلفة، لذلك ليست هناك حاجة لانتظار اكتمال الاستقبال قبل أن يبدأ الإرسال. وبالتالي، في طوبولوجيا الإرسال المزدوج الكامل والخالية من التصادم، يمكن أن تتجاوز الإنتاجية الفعلية حاجز 72 بالمائة المحدد وتقترب من الحد الأقصى النظري وهو 2 جيجابت في الثانية.

إحدى الطرق للتغلب على القيود المرتبطة بتوسيع الناقل هي استخدام ما يسمى بمخصصات المخزن المؤقت. هذه الفئة الجديدة من الأجهزة (تسمى أحيانًا مكررات الإرسال المزدوج الكامل) عبارة عن تقاطع بين المكرر والمحول.

تعمل جميع منافذ تخصيص المخزن المؤقت لجيجابت في وضع مزدوج كامل وتستخدم آليات التحكم في التدفق المحددة بواسطة معيار IEEE 802.3x. مثل مكرر Ethernet العادي، يقوم بإعادة توجيه الإطار الوارد إلى جميع منافذه؛ مثل محول Ethernet، فهو قادر على استقبال الإطارات على عدة منافذ في وقت واحد، ويتم وضع الإطارات الواردة في مخازن مؤقتة. عندما تصبح المخازن المؤقتة ممتلئة، يستخدم المُخصص آليات التحكم في التدفق لإبلاغ عقدة الإرسال بتعليق الإرسال. يتيح لك هذا الأسلوب تحقيق ما يقرب من الإنتاجية الاسمية في قطاع جيجابت إيثرنت المشترك.

إذا كانت محطة الاستقبال (العقدة) في أحد طرفي الاتصال المباشر محملة بشكل زائد، فإنها ترسل ما يسمى بـ "إطار الإيقاف المؤقت" إلى محطة الإرسال مع طلب رفض إرسال الإطارات لفترة زمنية معينة. ونتيجة لذلك، تتوقف محطة الإرسال عن إرسال البيانات لفترة زمنية محددة. ومع ذلك، قد ترسل محطة الاستقبال إطارًا بدون زمن انتقال يشير إلى أن المرسل قد استأنف الإرسال.

كل هذه الامتدادات لشبكة إيثرنت القديمة، التي تم تطويرها في الثمانينات، بدلاً من تطوير تقنية جديدة من الصفر، خالية من القيود القديمة، تم إنشاؤها لأسباب التوافق. يمكن دمج Gigabit Ethernet بحرية في الشبكات الحالية دون استبدالها أو تعطيلها.

يتيح لك توصيل محولات Fast Ethernet عبر Gigabit Ethernet زيادة إنتاجية العمود الفقري للشبكة المحلية بشكل كبير، ونتيجة لذلك، دعم عدد أكبر من قطاعات Fast Ethernet المحولة والمشتركة. يتيح تثبيت بطاقة شبكة Gigabit Ethernet على الخادم إمكانية توسيع القناة مع الخادم وبالتالي زيادة أداء محطات العمل. تستمر الأجزاء المتبقية من الشبكة في العمل على المعدات الموجودة دون أي إعادة تشكيل.

عند ترقية الخوادم ومحطات العمل إلى سرعات جيجابت، سيحتاج المستخدمون إلى تحديد محول الشبكة الخاص بهم بعناية. عند سرعة 1 جيجابت في الثانية، لن تتمكن وحدة المعالجة المركزية (CPU) من دعم إنتاجية الشبكة ما لم تتمتع بطاقة واجهة الشبكة (NIC) بالذكاء اللازم للتواصل مع الجهاز المضيف. ينطبق هذا أيضًا على واجهات GE لأجهزة التوجيه والمفاتيح ذات الطاقة المنخفضة.

تقليديًا، يعتمد أداء محطة العمل على بنية الناقل والذاكرة، بالإضافة إلى تردد تشغيل وحدة المعالجة المركزية. يمكن لأجهزة الكمبيوتر المزودة بناقل PCI 32 بت نقل حركة مرور الحزمة بسرعة 1 جيجابت في الثانية، بينما يوفر ناقل PCI 64 بت ضعف الإنتاجية (2 جيجابت في الثانية).

وبالتالي، تعد زيادة سرعة الناقل عاملاً رئيسياً في الاستعداد للانتقال إلى سرعات الجيجابت. ومع ذلك، بهذه السرعة، يمكن لوحدة المعالجة المركزية للنظام أن تنفق بسهولة 100% من مواردها لتنظيم نقل البيانات بين التطبيقات والشبكة، ولن تكون هناك قوة حاسوبية متبقية لأداء التطبيقات نفسها أو المهام الأخرى لنظام التشغيل.

في هذه الحالات، يتم استخدام محولات الشبكة الذكية (على غرار وحدات التحكم الصلبة الذكية)، والتي تحتوي على معالج خاص بها لمعالجة حزم الشبكة. يمكن أن تتسبب محولات الشبكة هذه في مقاطعة وحدة المعالجة المركزية (CPU) واحدة للعديد من حزم البيانات، مما يؤدي إلى كتابة البيانات مباشرة إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يؤدي هذا إلى تغيير جذري في نسبة الحزمة إلى المقاطعة ويحل مشاكل قابلية التوسع الكامنة في التصميمات القديمة. وهذا لا يؤدي إلى تحسين الإنتاجية فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين كفاءة التطبيق من خلال تحرير موارد وحدة المعالجة المركزية. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لمثل هذه المحولات، يمكن للمستخدم تحديد نسبة عدد الحزم إلى عدد المقاطعات أو تعيينها تلقائيًا. يتيح لك ذلك تنفيذ المقاطعات "التكيفية"، والتي يمكن أن يختلف تكرارها اعتمادًا على حمل الشبكة.

يمكن أن يكون الفرق بين محولات Gigabit Ethernet كبيرًا جدًا. سيتعين على المستخدمين اختيار ما إذا كانوا يريدون تجهيز كل عقدة على الشبكة بقدرات ذكية لمعالجة حركة المرور ومعالج عالي الأداء، أو تصميم الشبكة لحل معظم المشكلات عن طريق زيادة عرض النطاق الترددي وحده.

تتمتع شبكة Gigabit Ethernet بميزات جودة خدمة بدائية نسبيًا، خاصة عند مقارنتها بميزات أجهزة الصراف الآلي المماثلة.

اقترحت مجموعة عمل Gigabit Ethernet 802.3z إجراء تغييرات على مواصفات Gigabit Ethernet للتخفيف من مشكلة زمن الاستجابة التفاضلي. سيسمح لك هذا الإصدار بتنظيم اتصالات Gigabit Ethernet بطول يصل إلى 260 أو 440 أو 550 مترًا، اعتمادًا على قطر الألياف الضوئية ونوع الليزر المستخدم. على الرغم من المخاوف بشأن القيود المفروضة على طول الألياف متعددة الأوضاع، فإن ترقية العمود الفقري البصري إلى سرعات جيجابت لا تشكل أي تحديات خاصة. يعد حجم الإطار مسألة مثيرة للجدل نظرًا لتأثيرها المحتمل على أداء الشبكة. تستخدم Gigabit Ethernet نفس التنسيق وحجم الإطار (من 64 إلى 1500 بايت) مثل Ethernet القياسي وFast Ethernet، ولكن يمكنها أيضًا استخدام إطارات خاصة تصل إلى 9000 بايت (إطارات ضخمة). تتيح لك هذه الإطارات تقليل عدد الإطارات التي تتم معالجتها بواسطة بطاقة الشبكة وتقليل حركة مرور الخدمة.

قام هو ومساعده ديفيد بوجز بنشر كتيب بعنوان "إيثرنت: تبديل الحزم الموزعة لشبكات الكمبيوتر المحلية".

مزايا استخدام الكابل المزدوج الملتوي عبر الكابل المحوري:

كان سبب التحول إلى الكبل البصري هو الحاجة إلى زيادة طول المقطع بدون أجهزة إعادة الإرسال.

طريقة التحكم في الوصول (لشبكة على كبل متحد المحور) - الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واكتشاف الاصطدام (CSMA/CD، الوصول المتعدد بتحسس الناقل مع اكتشاف التصادم)، معدل نقل البيانات 10 ميجابت/ثانية، حجم الحزمة من 72 إلى 1526 بايت وصف طرق ترميز البيانات. وضع التشغيل أحادي الاتجاه، أي أن العقدة لا يمكنها إرسال المعلومات واستقبالها في وقت واحد. يقتصر عدد العقد في مقطع شبكة مشترك واحد على 1024 محطة عمل (قد تضع مواصفات الطبقة المادية قيودًا أكثر صرامة، على سبيل المثال، لا يمكن توصيل أكثر من 30 محطة عمل بمقطع محوري رفيع، ولا يمكن توصيل أكثر من 100 إلى قطعة محورية سميكة). ومع ذلك، تصبح الشبكة المبنية على قطعة مشتركة واحدة غير فعالة قبل فترة طويلة من الوصول إلى الحد الأقصى لعدد العقد، ويرجع ذلك أساسًا إلى وضع التشغيل أحادي الاتجاه.

عناوين ماك

عند تصميم معيار Ethernet، تم النص على أن كل بطاقة شبكة (بالإضافة إلى واجهة الشبكة المضمنة) يجب أن تحتوي على رقم فريد مكون من ستة بايت (عنوان MAC) مثبتًا فيها أثناء التصنيع. يُستخدم هذا الرقم لتحديد مرسل ومستلم الإطار، ومن المفترض أنه عند ظهور جهاز كمبيوتر جديد (أو أي جهاز آخر قادر على العمل على الشبكة) على الشبكة، لن يضطر مسؤول الشبكة إلى تكوين عنوان MAC .

يتم تحقيق تفرد عناوين MAC من خلال حقيقة أن كل مصنع يتلقى نطاقًا من ستة عشر مليون عنوان (2^24) من لجنة التنسيق التابعة لهيئة تسجيل IEEE، ومع استنفاد العناوين المخصصة، يمكنهم طلب نطاق جديد. لذلك، يمكن تحديد الشركة المصنعة من خلال البايتات الثلاثة الأكثر أهمية لعنوان MAC. هناك جداول تسمح لك بتحديد الشركة المصنعة عن طريق عنوان MAC؛ على وجه الخصوص، يتم تضمينها في برامج مثل arpalert.

تتم قراءة عنوان MAC مرة واحدة من ذاكرة القراءة فقط (ROM) عند تهيئة بطاقة الشبكة، وبعد ذلك يتم إنشاء كافة الحزم بواسطة نظام التشغيل. جميع أنظمة التشغيل الحديثة تسمح لك بتغييره. بالنسبة لنظام التشغيل Windows، بدءًا من نظام التشغيل Windows 98 على الأقل، فقد تغير في السجل. جعلت بعض برامج تشغيل بطاقة الشبكة من الممكن تغييرها في الإعدادات، ولكن التغيير يعمل على الإطلاق لأي بطاقة.

منذ بعض الوقت، عندما لم تسمح لك برامج تشغيل بطاقة الشبكة بتغيير عنوان MAC الخاص بك، ولم تكن الخيارات البديلة معروفة جيدًا، استخدمها بعض موفري الإنترنت للتعرف على جهاز على الشبكة عند حساب حركة المرور. سجلت برامج Microsoft Office، بدءًا من Office 97، عنوان MAC الخاص ببطاقة الشبكة في المستند الذي تم تحريره كجزء من معرف GUID الفريد. . تم إرسال عنوان MAC الخاص بالموجه بواسطة وكيل Mail.Ru إلى الخادم الخاص به بنص واضح أثناء تسجيل الدخول.

أنواع الإيثرنت

اعتمادًا على معدل نقل البيانات ووسيط النقل، هناك العديد من خيارات التكنولوجيا. بغض النظر عن طريقة النقل، تعمل حزمة بروتوكولات الشبكة والبرامج بنفس الطريقة في جميع الخيارات التالية تقريبًا.

يقدم هذا القسم وصفًا موجزًا ​​لجميع الأصناف الموجودة رسميًا. لسبب ما، بالإضافة إلى المعيار الرئيسي، يوصي العديد من الشركات المصنعة باستخدام وسائط أخرى خاصة - على سبيل المثال، يتم استخدام كابل الألياف الضوئية لزيادة المسافة بين نقاط الشبكة.

تدعم معظم بطاقات Ethernet والأجهزة الأخرى معدلات بيانات متعددة، وذلك باستخدام التفاوض التلقائي للسرعة والازدواج لتحقيق أفضل اتصال بين جهازين. إذا لم يعمل الاكتشاف التلقائي، فسيتم ضبط السرعة حسب الشريك، ويتم تنشيط وضع الإرسال أحادي الاتجاه. على سبيل المثال، وجود منفذ إيثرنت 10/100 في الجهاز يعني أنه يمكنه العمل باستخدام تقنيات 10BASE-T و100BASE-TX، ويدعم منفذ إيثرنت 10/100/1000 10BASE-T و100BASE-TX و1000BASE- معايير تكساس.

تعديلات إيثرنت المبكرة

• زيروكس إيثرنت- التقنية الأصلية، السرعة 3 ميجابت/ثانية، موجودة في نسختين، الإصدار 1 والإصدار 2، ولا يزال تنسيق الإطار الخاص بالإصدار الأخير مستخدمًا على نطاق واسع.
• 1عريض36- لم يحظ بتوزيع واسع. أحد المعايير الأولى التي تسمح بالعمل لمسافات طويلة. تستخدم تقنية تعديل النطاق العريض المشابهة لتلك المستخدمة في أجهزة المودم الكبلية. تم استخدام الكابل المحوري كوسيلة لنقل البيانات.
• 1BASE5- المعروف أيضًا باسم StarLAN، كان أول تعديل لتقنية Ethernet باستخدام كبلات زوجية ملتوية. كان يعمل بسرعة 1 ميجابت/ثانية، لكنه لم يجد استخدامًا تجاريًا.

إيثرنت بسرعة 10 ميجابت/ثانية

• 10BASE5يعد IEEE 802.3 (المعروف أيضًا باسم "Fat Ethernet") هو التطوير الأصلي للتكنولوجيا بمعدل نقل بيانات يبلغ 10 ميجابت في الثانية. وفقًا لمعايير IEEE المبكرة، فإنه يستخدم كبلًا متحد المحور بمقاومة 50 أوم (RG-8)، ويبلغ الحد الأقصى لطول القطعة 500 متر.
• 10BASE2، IEEE 802.3a (يسمى "Thin Ethernet") - يستخدم كابل RG-58، بطول مقطع أقصى يبلغ 185 مترًا، ويتم توصيل أجهزة الكمبيوتر ببعضها البعض، ويلزم وجود موصل T لتوصيل الكابل ببطاقة الشبكة، و يجب أن يحتوي الكابل على موصل BNC. يتطلب الإنهاء في كل نهاية. لسنوات عديدة كان هذا المعيار هو المعيار الرئيسي لتقنية Ethernet.
• ستارلان 10- أول تطوير باستخدام كابل مزدوج مجدول لنقل البيانات بسرعة 10 ميجابت/ثانية. تطورت لاحقًا إلى معيار 10BASE-T.

على الرغم من أنه من الممكن نظريًا توصيل أكثر من جهازين يعملان في الوضع البسيط بكبل زوج ملتوي واحد (مقطع)، إلا أنه لا يتم استخدام مثل هذا المخطط مطلقًا لشبكة Ethernet، على عكس العمل باستخدام الكبل المحوري. لذلك، تستخدم جميع الشبكات الزوجية الملتوية طوبولوجيا النجمة، بينما تستخدم شبكات الكابلات المحورية طوبولوجيا الناقل. يتم تضمين أجهزة الإنهاء للعمل عبر الكابلات الزوجية الملتوية في كل جهاز، وليست هناك حاجة لاستخدام أجهزة إنهاء خارجية إضافية في الخط.

• 10BASE-T، IEEE 802.3i - يتم استخدام 4 أسلاك من كبل مزدوج مجدول (زوجين مجدولين) من الفئة 3 أو الفئة 5 لنقل البيانات. الحد الأقصى لطول القطعة هو 100 متر.
• فويلر- (اختصار من الإنجليزية. وصلة مكرر بينية من الألياف الضوئية ). المعيار الأساسي لتقنية الإيثرنت، هو استخدام الكابلات الضوئية لنقل البيانات. الحد الأقصى لمسافة نقل البيانات بدون مكرر هو 1 كم.
• 10BASE-F، IEEE 802.3j - المصطلح الأساسي لعائلة مكونة من معايير إيثرنت بسرعة 10 ميجابت في الثانية تستخدم الكابلات الضوئية لمسافات تصل إلى 2 كيلومتر: 10BASE-FL، و10BASE-FB، و10BASE-FP. من بين ما سبق، تم توزيع 10BASE-FL فقط.
• 10BASE-FL(Fiber Link) - نسخة محسنة من معيار FOIRL. يتعلق التحسين بزيادة طول المقطع إلى 2 كم.
• 10BASE-FB(العمود الفقري للألياف) - معيار غير مستخدم حاليًا، وكان الهدف منه دمج أجهزة إعادة الإرسال في العمود الفقري.
• 10BASE-FP(الألياف السلبية) - لم يتم استخدام طوبولوجيا النجمة السلبية، التي لا حاجة فيها إلى أجهزة إعادة الإرسال.

إيثرنت سريع (إيثرنت سريع، 100 ميجابت/ثانية)

• 100BASE-T- مصطلح عام للمعايير التي تستخدم الكابلات المزدوجة الملتوية كوسيلة لنقل البيانات. طول القطعة يصل إلى 100 متر. تتضمن معايير 100BASE-TX، و100BASE-T4، و100BASE-T2.
• 100BASE-TX IEEE 802.3u - تطوير معيار 10BASE-T للاستخدام في الشبكات النجمية. يتم استخدام كابل الزوج الملتوي من الفئة 5، في الواقع يتم استخدام زوجين فقط من الموصلات غير المحمية، ويدعم نقل البيانات على الوجهين، لمسافة تصل إلى 100 متر.
• 100BASE-T4- معيار يستخدم كبل زوج ملتوي من الفئة 3. يتم استخدام جميع الأزواج الأربعة من الموصلات، ويتم نقل البيانات في نصف اتجاه. عمليا لا تستخدم.
• 100BASE-T2- معيار يستخدم كبل زوج ملتوي من الفئة 3. يتم استخدام زوجين فقط من الموصلات. يتم دعم الازدواج الكامل، حيث تنتقل الإشارات في اتجاهين متعاكسين على كل زوج. سرعة الإرسال في اتجاه واحد هي 50 ميجابت/ثانية. عمليا لا تستخدم.
• 100BASE-FX- معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. الحد الأقصى لطول المقطع هو 400 متر في وضع نصف مزدوج (لضمان اكتشاف الاصطدام) أو 2 كيلومتر في وضع مزدوج كامل.
• 100BASE-SX- معيار يستخدم الألياف المتعددة الأوضاع. يقتصر الحد الأقصى للطول فقط على مقدار التوهين في الكابل البصري وقوة أجهزة الإرسال، وفقًا لمواد مختلفة من 2 إلى 10 كيلومترات.
• 100BASE-FX WDM- معيار يستخدم الألياف أحادية الوضع. يقتصر الحد الأقصى للطول فقط على مقدار التوهين في كابل الألياف الضوئية وقوة أجهزة الإرسال. تأتي الواجهات في نوعين، تختلف في الطول الموجي لجهاز الإرسال ويتم تمييزها إما بالأرقام (الطول الموجي) أو بحرف لاتيني واحد A (1310) أو B (1550). يمكن للواجهات المقترنة فقط أن تعمل في أزواج: يوجد على جانب واحد جهاز إرسال عند 1310 نانومتر، وعلى الجانب الآخر عند 1550 نانومتر.

جيجابت إيثرنت (جيجابت إيثرنت، 1 جيجابت/ثانية)

10 جيجابت إيثرنت (إيثرنت 10 جيجا، 10 جيجابت في الثانية)

يتضمن معيار 10 Gigabit Ethernet الجديد سبعة معايير للوسائط المادية لشبكات LAN وMAN وWAN. وهو مغطى حاليًا بتعديل IEEE 802.3ae ويجب تضمينه في المراجعة التالية لمعيار IEEE 802.3.

• 10GBASE-CX4- تقنية 10 Gigabit Ethernet للمسافات القصيرة (حتى 15 مترًا)، باستخدام الكابل النحاسي CX4 وموصلات InfiniBand.
• 10GBASE-SR- تقنية 10 جيجابت إيثرنت للمسافات القصيرة (تصل إلى 26 أو 82 مترًا، حسب نوع الكابل)، باستخدام الألياف متعددة الأوضاع. كما أنه يدعم مسافات تصل إلى 300 متر باستخدام ألياف جديدة متعددة الأوضاع (2000 ميجاهرتز/كم).
• 10GBASE-LX4- يستخدم مضاعفة الطول الموجي لدعم مسافات تتراوح من 240 إلى 300 متر عبر الألياف متعددة الأوضاع. كما يدعم مسافات تصل إلى 10 كيلومترات عند استخدام الألياف أحادية الوضع.
• 10GBASE-LRو 10GBASE-ER- تدعم هذه المعايير مسافات تصل إلى 10 و40 كيلومترًا على التوالي.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LWو 10GBASE-EW- تستخدم هذه المعايير واجهة فعلية متوافقة من حيث السرعة وتنسيق البيانات مع واجهة OC-192 / STM-64 SONET / SDH. وهي تشبه معايير 10GBASE-SR، و10GBASE-LR، و10GBASE-ER، على التوالي، لأنها تستخدم نفس أنواع الكابلات ومسافات الإرسال.
• 10GBASE-T,IEEE 802.3an-2006 - تم اعتماده في يونيو 2006 بعد 4 سنوات من التطوير. يستخدم كبل زوج ملتوي محمي. المسافات - ما يصل إلى 100 متر.
• 10GBASE-KR

أعلن هارتنج عن إنشاء أول موصل RJ-45 بسرعة 10 جيجابت في العالم لا يتطلب أدوات للتثبيت - HARTING RJ Industrial 10G.

40 جيجابت و 100 جيجابت إيثرنت

لاحظت مجموعة 802.3ba أن متطلبات عرض النطاق الترددي للحوسبة الأساسية والتطبيقات تنمو بمعدلات مختلفة، مما يستلزم وجود معيارين متطابقين للأجيال القادمة من إيثرنت - 40 جيجابت إيثرنت (أو 40 جيجابت إيثرنت) و100 جيجابت إيثرنت (أو 100 جيجابت إيثرنت). حاليًا، تستخدم الخوادم ومجموعات الحوسبة عالية الأداء والأنظمة النصلية وشبكات SAN وNAS تقنيات 1GbE و10GbE، بينما في عامي 2007 و2008. وكانت هناك زيادة كبيرة في هذا الأخير.

الآفاق

أصبحت Terabit Ethernet (كما تسمى ببساطة تقنية Ethernet ذات معدل نقل يبلغ 1 تيرابايت/ثانية) معروفة في عام 2008 من خلال بيان أدلى به منشئ Ethernet Bob Metcalf في مؤتمر OFC، الذي اقترح تطوير التكنولوجيا بحلول عام 2015، على الرغم من عدم التعبير عن ذلك. أي أو ثقة، لأن ذلك سيتطلب حل العديد من المشاكل. ومع ذلك، في رأيه، فإن التكنولوجيا الرئيسية التي يمكن أن تخدم المزيد من نمو حركة المرور ستكون تلك التي تم تطويرها في العقد الماضي - DWDM.

"لتحقيق شبكة إيثرنت بسرعة 1 تيرابايت/ثانية، يجب التغلب على العديد من القيود، بما في ذلك ليزر 1550 نانومتر وتعديل 15 جيجا هرتز. وقال ميتكالف إن الشبكة المستقبلية تتطلب مخططات تعديل جديدة، بالإضافة إلى ألياف بصرية جديدة، وأشعة ليزر جديدة، وكل شيء جديد بشكل أساسي. - ومن غير الواضح أيضًا ما هي بنية الشبكة المطلوبة لدعمها. ربما تحتاج الشبكات الضوئية المستقبلية إلى استخدام الألياف الفراغية أو ألياف الكربون بدلاً من ألياف السيليكا. سيحتاج المشغلون إلى استخدام المزيد من الأجهزة البصرية بالكامل وبصريات المساحة الحرة (بدون ألياف). بوب ميتكالف".

أنظر أيضا

ملحوظات

روابط

• معيار IEEE 802.3 2008 (الإنجليزية)
• معيار IEEE 802.3 2002 (الإنجليزية)

إيثرنت- عائلة تقنيات الشبكات المحلية
سرعات	10 ميجابت/ثانية: (10BASE-5، 10BASE-2، 10BASE-T) · إيثرنت سريع · جيجابت إيثرنت · 10 جيجابت إيثرنت · 100 جيجابت إيثرنت · تيرابت إيثرنت
عام	إيي 802.3 · الطبقة المادية إيثرنت · التفاوض الذاتي · إيثرنت الصناعية · الطاقة عبر الإيثرنت · نوع الأثير · تحالف إيثرنت · إيثرنت في الميل الأول
تاريخي	CSMA/مؤتمر نزع السلاح · ستارلان · 10عريض36 · 10BASE-FB · 10BASE-FL · 100 قاعدةVG · لاتيس نت · إيثرنت طويل المدى
معدات	واجهة متوسطة تابعة · MII · GMII · واجهة مستقلة للوسائط 10 جيجابت · XAUI ·