Search
Close this search box.

خدمات

ساخت و تولید

طراحی و مهندسی

اترنت چیست؟ و انواع Ethernet کدام است

فهرست مطالب

اترنت (Ethernet) شبکه ای است که برای اتصال دستگاه‌هایی مانند کامپیوتر و چاپگر به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد، این فناوری از کابل برای انتقال داده بین دستگاه‌ها استفاده می‌کند، همچنین از اترنت بطور معمول در منازل و ادارات استفاده میشود. در این مقاله قصد داریم با اترنت، انواع اترنت و لایه‌های فیزیکی آن مانند کابل‌ها و کانکتورها آشنا شویم. با ما همراه شوید.

اترنت چیست؟

اترنت(Ethernet) یک استاندارد ارتباطی است که در اوایل دهه 80 میلادی برای اتصال کامپیوترها و سایر دستگاه‌ها در یک محیط محلی مانند خانه یا ساختمان توسعه یافت.این محیط محلی به عنوان یک شبکه محلی (LAN) تعریف می‌شود و چندین دستگاه را به هم متصل می‌کند تا بتوانند اطلاعات را با دیگران در همان مکان ایجاد، ذخیره و به اشتراک بگذارند.

اترنت یک سیستم کابلی است که با استفاده از کابل کواکسیال شروع شد و اکنون با موفقیت به استفاده از سیم مسی زوج‌ به هم تابیده (twisted pair) و کابل فیبر نوری پیشرفت کرده است. در سال 1983، اترنت توسط موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) به استاندارد IEEE 802.3 تبدیل شد. این استاندارد، لایه فیزیکی و بخش کنترل دسترسی رسانه (MAC) از لایه “پیوند داده” در اترنت کابلی را تعریف کرد. یکی از کاربردهای شبکه اترنت اتصال کامپیوتر و سایر دستگاه ها در اتاق کنترل مرکزی می‌باشد.

انواع شبکه اترنت

همان طور که در بالا توضیح دادیم Ethernet یک فناوری شبکه محبوب است که برای اتصال دستگاه ها در یک شبکه محلی (LAN) استفاده می شود. انواع مختلفی از اترنت وجود دارد که هر کدام سرعت، قابلیت ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در اینجا با برخی از رایج ترین انواع اترنت آشنامیشویم:

  • Ethernet 10Base-T: این نوع اترنت از کابل های UTP Cat 3 برای انتقال داده با سرعت 10 مگابیت بر ثانیه استفاده می کند. این نوع اترنت برای شبکه های خانگی و اداری کوچک مناسب است.
  • Ethernet 100Base-T: این نوع اترنت از کابل های UTP Cat 5 برای انتقال داده با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه استفاده می کند. این نوع اترنت محبوب ترین نوع اترنت برای شبکه های خانگی و اداری است.
  • Ethernet 1000Base-T (Gigabit Ethernet): این نوع اترنت از کابل های UTP Cat 5e یا Cat 6 برای انتقال داده با سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه استفاده می کند. این نوع اترنت برای شبکه های خانگی و اداری پرسرعت و همچنین برای ستون فقرات شبکه مناسب است.
  • Ethernet 10Gbps: این نوع اترنت از کابل های فیبر نوری یا کابل های مسی Cat 6a یا بالاتر برای انتقال داده با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه استفاده می کند. این نوع اترنت برای شبکه های پرسرعت و کاربردهای فشرده پهنای باند مانند مراکز داده مناسب است.
  • Ethernet 40Gbps: این نوع اترنت از کابل های فیبر نوری یا کابل های مسی Cat 8 برای انتقال داده با سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه استفاده می کند. این نوع اترنت برای شبکه های پرسرعت و کاربردهای فشرده پهنای باند مانند مراکز داده و شبکه های ارائه دهنده خدمات اینترنتی (ISP) مناسب است.
  • Ethernet 100Gbps: این نوع اترنت از کابل های فیبر نوری برای انتقال داده با سرعت 100 گیگابیت بر ثانیه استفاده می کند. این نوع اترنت برای شبکه های پرسرعت و کاربردهای فشرده پهنای باند مانند مراکز داده و شبکه های هسته ای ISP مناسب است.

علاوه بر این انواع، انواع دیگری از اترنت نیز وجود دارد که برای کاربردهای خاص مانند اتوماسیون صنعتی و سیستم های حمل و نقل استفاده می شود.

لایه فیزیکی اترنت (Ethernet Physical Layer)

لایه فیزیکی اترنت، بستر فیزیکی (foundation) شبکه اترنت است که امکان انتقال سیگنال‌های الکتریکی یا نوری بین دستگاه‌های موجود در شبکه اترنت را فراهم می‌کند. لایه فیزیکی از اجزای زیر تشکیل شده است:

  • کابل های اترنت
  • دستگاه‌های اترنت

انواع کابل‌ اترنت

کابل‌های شبکه اترنت (Ethernet Cables)، وظیفه برقراری اتصال فیزیکی بین دستگاه‌های موجود در شبکه را بر عهده دارند. در گذشته از انواع مختلفی از کابل‌ها برای اترنت استفاده می‌شد، اما امروزه سه نوع زیر بیشترین کاربرد را دارند:

  • کابل کواکسیال (Coaxial cable)
  • زوج سیم به هم تابیده  (Twisted pair)
  • فیبر نوری(Fiber optic)

در ادامه هر کدام از انواع کابل‌ها را به اختصار توضیح می‌دهیم.

کابل کواکسیال

کابل کواکسیال (Coaxial cable) نوعی کابل است که در گذشته بیشتر مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما امروزه به دلیل محدودیت‌هایی مانند سرعت پایین و پیچیدگی در نصب، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

زوج سیم به هم تابیده

کابل زوج سیم به هم تابیده(Twisted pair)  رایج‌ترین کابل مورد استفاده در شبکه‌های اترنت امروزی است، زوج سیم به هم تابیده از دو رشته سیم عایق‌دار تشکیل شده است که به هم تابیده شده‌اند. این تابیدن باعث کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) می‌شود و امکان انتقال داده‌ها با سرعت و کیفیت بالاتر را فراهم می‌کند. انواع مختلفی کابل‌های زوج سیم به هم تابیده به شرح زیر می‌باشد:

  • Category 6: این دسته از کابل‌های زوج سیم به هم تابیده از سرعت تا 1 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کنند.
  • CAT6a و CAT7: این دسته‌های جدیدتر با کیفیت بالاتر، امکان انتقال داده با سرعت تا 10 گیگابیت بر ثانیه را فراهم می‌آورند.
  • Category 5 و 5E: کابل‌های دسته 5 و 5e همچنان در بسیاری از کاربردهای موجود مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما سرعت پایین‌تری را بین 10 تا 100 مگابیت بر ثانیه مدیریت می‌کنند. همچنین این کابل‌ها بیشتر در معرض نویز هستند.
کابل دو سیم به هم تابیده در شبکه اترنت ethernet
شکل 1- انواع زوج سیم به هم تابیده

زوج سیم به هم تابیده اترنت از کانکتورهای هشت پین RJ-45 در هر انتهای کابل استفاده می‌کند که برای انتقال و دریافت داده در حالت نیمه‌دوطرفه (half-duplex) یا تمام‌دوطرفه (full-duplex) پین‌بندی شده است.

  • نیمه‌دوطرفه: (half-duplex) در حالت نیمه‌دوطرفه، داده‌ها تنها می‌توانند در یک جهت در یک زمان ارسال شوند.
  • تمام‌دوطرفه: (full-duplex) در حالت تمام‌دوطرفه، امکان ارسال و دریافت همزمان داده‌ها در هر دو جهت وجود دارد.

شبکه اترنت حالت تمام‌دوطرفه را با استفاده از دو جفت سیم مجزا برای ارسال و دریافت همزمان داده‌ها در هر دو جهت، به دست می‌آورد.

کانکتورهای هشت پین RJ-45 در شبکه اترنت
شکل 2- کانکتورهای هشت پین RJ-45

خدمات نیکسا: مشاوره، نصب و راه اندازی تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی نیکسا

فیبر نوری

کابل فیبر نوری (Fiber optic) از رشته‌های باریک شیشه یا پلاستیک ساخته شده است که نور را منتقل می‌کند. کابل فیبر نوری مزایای قابل توجهی نسبت به کابل‌های کواکسیال و زوج سیم به هم تابیده دارد، از جمله سرعت بسیار بالاتر، امکان ارسال اطلاعات برای مسافت بیشتر و ایمنی بالاتر در برابر تداخل الکترومغناطیسی ، با این حال، کابل فیبر نوری گران‌تر از کابل‌های مسی است و نصب آن نیز پیچیدگی‌های بیشتری دارد.

کاربرد کابل فیبر نوری در شبکه اترنت
شکل 3-کابل فیبر نوری (Fiber optic)

کابل های فیبر نوری از انواع مختلف کانکتور استفاده می کنند که بسته به نیاز پروژه شما متفاوت است.

برخی از انواع مختلف [کانکتورهای] این لایه SFP (اتصال کوچک قابل تعویض یا اتصال با ابعاد کوچک) و SC (کانکتور مشترک، همچنین به عنوان کانکتور مربعی یا کانکتور استاندارد شناخته می‌شود) هستند.

انواع مختلف کانکتور کابل های فیبر نوری در شبکه اترنت
شکل 4-انواع مختلف کانکتور کابل های فیبر نوری

برای استفاده از فیبر نوری در یک شبکه اترنت که از کابل‌کشی اترنت زوج به هم تابیده استفاده می‌کند، باید از یک «مبدل اترنت به فیبر نوری» استفاده کنید که به شبکه شما اجازه می‌دهد از سرعت بالاتر فیبر نوری استفاده کند و مسافتی را که شبکه اترنت می‌تواند به آن برسد را افزایش دهد.

مبدل اترنت به فیبر نوری
شکل 5- مبدل اترنت به فیبر نوری

دستگاه‌های اترنت

دستگاه‌های اترنت شامل رایانه‌ها، چاپگرها یا هر دستگاهی هستند که یا یک کارت رابط شبکه داخلی (NIC) یا یک کارت رابط شبکه خارجی مبتنی بر USB یا PCI دارند. درادامه با دو گروه از دستگاه های شبکه اترنت به شرح زیر آشنا می‌شویم:

  • سوئیچ‌ها (Switches) و روترها (Routers)
  • دروازه‌ها (Gateways) و پل‌ها (Bridges)

سوئیچ‌ها  و روترها

سوئیچ‌ها و روترها دستگاه‌هایی هستند که به عنوان مدیر شبکه عمل می‌کنند و چندین رایانه یا حتی شبکه‌ها را به هم متصل می‌کنند تا ارتباط بین تمام دستگاه‌های مختلف را امکان‌پذیر سازند.

سوئیچ‌ها (Switches) و روترها (Routers) در شبکه اترنت
شکل 6- سوئیچ‌ها (Switches) و روترها (Routers)

دروازه‌ها و پل‌ها

دروازه‌ها و پل‌ها برای اتصال چندین شبکه اترنت به یکدیگر و برقراری ارتباط بین آنها استفاده می‌شوند.

  • دروازه (Gateway): دو شبکه غیرمشابه (Dissimilar) را به هم متصل می‌کند. دروازه‌ها می‌توانند با ترجمه زبان‌های مختلف شبکه‌ها، ارتباط بین آن‌ها را برقرار کنند. برای مثال، یک دروازه می‌تواند شبکه‌ای با پروتکل TCP/IP را به شبکه‌ای با پروتکل AppleTalk متصل کند.
  • پل (Bridge): دو شبکه مشابه (similar) را به هم متصل می‌کند تا کل شبکه به صورت یک شبکه واحد دیده شود. پل‌ها با یادگیری آدرس‌های MAC دستگاه‌های موجود در هر شبکه، ترافیک را به طور مؤثر هدایت می‌کنند و از ارسال داده‌های غیرضروری به بخش‌های دیگر شبکه جلوگیری می‌نمایند.
دروازه‌ها (Gateways) و پل‌ها (Bridges) در شبکه اترنت
شکل 7- دروازه‌ها (Gateways) و پل‌ها (Bridges)

لایه پیوند داده (Data Link Layer) در اترنت

لایه پیوند داده در اترنت به دو بخش تقسیم می‌شود:

  • کنترل پیوند منطقی (Logical Link Control – LLC)
    • برقراری مسیر برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌ها در شبکه اترنت
    • مدیریت مسیریابی بسته‌های داده (Data Packets) در سطح سخت‌افزاری
  • کنترل دسترسی رسانه (Media Access Control – MAC)
    • شناسایی یک دستگاه خاص با استفاده از آدرس‌های سخت‌افزاری مختص به کارت‌های شبکه (NIC)
    • عمل کردن آدرس‌های سخت‌افزاری به عنوان مبدأ و مقصد انتقال داده‌ها
    • ضمانت ارسال صحیح داده‌ها به دستگاه‌های مقصد
لایه پیوند داده یا Data Link در شبکه اترنت
شکل 8- لایه پیوند داده یا Data Link در شبکه اترنت

اترنت برای انتقال بسته‌های داده در این لایه از الگوریتمی به نام CSMA/CD (دسترسی چندگانه با حس حامل و تشخیص برخورد) استفاده می‌کند.

  • CSMA/CD  (دسترسی چندگانه با حس حامل و تشخیص برخورد):
    • استانداردی برای کاهش برخورد داده‌ها (Collisions) و افزایش انتقال موفق اطلاعات در شبکه اترنت
    • بررسی وجود یا عدم وجود ترافیک‌های دیگر بر روی شبکه، قبل از ارسال داده‌ها
    • ارسال اولین بیت از اطلاعات در صورت عدم وجود ترافیک برای تست برخورد آن‌ها با سایر داده‌ها
    • ارسال بیت‌های دیگر در صورت عدم برخورد داده‌ها با هم و بررسی دائمی برخوردهای احتمالی در شبکه
    • از سرگیری مجدد کل فرآیند تا پایان انتقال کامل داده با محاسبه الگوریتم زمان انتظار در صورت برخورد داده‌ها با یکدیگر
الگوریتمی به نام CSMA/CD برای انتقال داده در شبکه اترنت
شکل 9- الگوریتم CSMA/CD برای انتقال داده در شبکه اترنت

هم چنین باید اشاره کرد که استفاده از سوئیچ‌هایی با سرعت بالا و حالت تمام‌دوطرفه (Full-Duplex) در شبکه اترنت، به کارگیری توپولوژی ستاره (Star Topology) بین پورت‌های سوئیچ و دستگاه‌های هدف را امکان‌پذیر می‌کند.

  • توپولوژی ستاره:
    • وجود مسیرهای اختصاصی به سمت سوئیچ مرکزی برای هر دستگاه
    • کاهش برخوردها و ایجاد مسیرهای انتقال بسیار مستقیم‌ نسبت به توپولوژی باس (Bus Topology: انتقال داده‌ها در مسیری مشترک برای تمامی دستگاه‌ها).
توپولوژی ستاره (Star Topology) و توپولوژی باس (Bus Topology)
شکل 9- توپولوژی ستاره (Star Topology) و توپولوژی باس (Bus Topology)

مزایا و معایب اترنت

با ظهور فناوری‌های نوین، قابلیت‌های اترنت با سرعتی روزافزون، پیشروی می‌کند. در حالی که هم اکنون با دستیابی به سرعت‌هایی بالاتر از 1 گیگابیت بر ثانیه و ظهور فناوری 10 گیگابیت بر ثانیه در سال‌های اخیر، در آستانه قدم گذاشتن به دنیای شگفت‌ انگیز سرعت‌های بالا و البته بسیار گران‌قیمت هستیم.

زمانی که یک شبکه محلی اترنت را به اینترنت جهانی متصل می‌کنید تا به شبکه گسترده (WAN) دست پیدا کنید، امکانات شما برای دسترسی به دنیای اطلاعات، بی‌پایان به نظر خواهد رسید که این خود موضوعی جداگانه برای بحثی جداگانه خواهد بود.

اتصال شبکه اترنت به اینترنت
شکل10- اتصال شبکه اترنت به اینترنت

در مجموع باید گفت اترنت یک شبکه ارتباطی بسیار مطلوب است. زیرا بین سرعت، هزینه و فرایند نصب، تعادل خوبی برقرار کرده و در کنار تقاضای بسیار بالا در بازار شبکه‌های ارتباطی رایانه‌ای، از قابلیت پشتیبانی تقریبی از تمام پروتکل‌های شبکه‌ای رایج نیز برخوردار است.

کاربرد اترنت در اتوماسیون صنعتی

توضیحات

سخن پایانی

اترنت یک استاندارد ارتباطی است که دستگاه‌هایی مانند رایانه‌ها و چاپگرها را در شبکه‌های محلی با استفاده از کابل‌ها برای انتقال داده به هم متصل می‌کند و از کابل‌های کواکسیال به جفت تابیده و فناوری‌های فیبر نوری تکامل می‌یابد. لایه فیزیکی اترنت، حاکم بر انتقال سیگنال، شامل اجزای ضروری مانند کابل‌ها و دستگاه‌های اترنت است که انتقال داده‌ها را با سرعت بالا برای زیرساخت‌های شبکه مدرن حیاتی می‌سازد. با وجود مزایای آن مانند مقرون به صرفه بودن و سازگاری با پروتکل‌های گوناگون، پیشرفت‌های فناوری هم‌چنان اترنت را به سمت سرعت‌های بالاتر و قابلیت‌های بیشتر سوق می‌دهد.

کاربرد اترنت در اتوماسیون صنعتی

اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *