Ethernet چیست؟ انواع اترنت کدام است و چه کاربردی دارد؟

اترنت یک فناوری سنتی برای اتصال دستگاه‌ها در یک شبکه محلی سیمی (LAN) یا شبکه گسترده (WAN) است، که دستگاه‌ها را قادر می‌سازد از طریق یک پروتکل که مجموعه‌ای از قوانین یا زبان مشترک شبکه است با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

اترنت تعیین می‌کند که چگونه دستگاه‌های شبکه داده‌ها را قالب‌بندی کرده و انتقال دهند تا دستگاه‌های دیگر در همان شبکه LAN یا محدوده مشخص شده بتوانند اطلاعات را شناسایی، دریافت و پردازش کنند. کابل اترنت سیم‌کشی فیزیکی و محصور شده‌ای است که داده‌ها روی آن حرکت می‌کنند.

دستگاه‌های متصل که از کابل برای دسترسی به یک شبکه محلی جغرافیایی استفاده می‌کنند (به جای اتصال بی‌سیم) معمولا از اترنت استفاده می‌کنند. از کسب‌وکارها گرفته تا گیمرها و نیز کاربران نهایی مختلف، از مزایای اتصال به اترنت، که شامل قابلیت اطمینان و امنیت است، بهره می‌برند.

در مقایسه با فناوری LAN بی‌سیم (WLAN)، اترنت معمولاً در برابر اختلالات آسیب پذیرتر است. همچنین می‌تواند نسبت به فناوری بی‌سیم، امنیت و امکان کنترل بیشتری روی شبکه فراهم کند، زیرا دستگاه‌ها باید با استفاده از کابل فیزیکی متصل شوند. این امر دسترسی افراد خارجی به داده‌های شبکه یا ربودن پهنای باند دستگاه‌های غیر مجاز را دشوار می‌کند.

چرا از اترنت استفاده می‌شود؟

اترنت برای اتصال دستگاه‌ها در یک شبکه استفاده می‌شود و هنوز هم یک ساختار محبوب اتصال شبکه است. برای شبکه‌های محلی که توسط سازمان‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند (مانند دفاتر شرکت، بیمارستان‌ها و … ) از اترنت به دلیل سرعت، امنیت و قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌شود.

اترنت در ابتدا به دلیل قیمت ارزان در مقایسه با فناوری رقیبش در آن زمان، مانند حلقه توکن IBM، محبوب شد. با پیشرفت فناوری شبکه، توانایی اترنت برای تکامل و ارائه سطوح عملکردی بالاتر، محبوبیت پایدار آن را تضمین کرد. در طول تکامل خود، اترنت سازگاری خود با تکنولوژی‌های قدیمی‌تر را نیز حفظ کرد.

توان اولیه اترنت 10 مگابیت در ثانیه در اواسط دهه 1990 ده برابر شد و به 100 مگابیت در ثانیه رسید. مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) با بروزرسانی‌های متوالی به ارئه عملکردهای بیشتر ادامه می‌دهد.

نسخه‌های فعلی اترنت می‌توانند عملیات تا سرعت 400 گیگابیت در ثانیه (Gbps) را پشتیبانی کنند.

مزایا و معایب اترنت

اترنت مزایای زیادی برای کاربران دارد، به همین دلیل محبوبیت زیادی پیدا کرد. با این حال، معایبی نیز دارد.

– مزایای اترنت:

• هزینه نسبتا کم
• سازگاری با تکنولوژی‌های قدیمی‌تر
• به طور کلی در برابر نویز مقاوم است.
• کیفیت انتقال داده خوب
• سرعت
• قابلیت اطمینان
• امنیت داده‌ها، زیرا می‌توان از فایروال‌های رایج استفاده کرد.

– معایب اترنت:

• برای شبکه‌های کوچک‌تر و مسافت کوتاه‌تر در نظر گرفته شده
• جابجایی‌پذیری محدود
• استفاده از کابل‌های بلندتر می‌تواند تداخل ایجاد کند.
• با برنامه‌های کاربردی بلادرنگ یا تعاملی به خوبی کار نمی‌کند.
• با افزایش ترافیک سرعت در آن کاهش می‌یابد.
• گیرندگان، دریافت بسته‌های داده را تایید نمی‌کنند.
• هنگام تلاش برای تعیین اینکه کدام کابل یا گره باعث ایجاد مشکل شده، عیب‌یابی دشوار است.

اترنت در مقابل وای فای

Wi-Fi محبوب‌ترین نوع اتصال شبکه است. برخلاف انواع اتصالات سیمی، مانند اترنت، برای اتصال بین گیرنده و فرستنده نیازی به کابل فیزیکی ندارد. در عوض، داده‌ها از طریق سیگنال‌های بی‌سیم منتقل می‌شوند.

تفاوت بین اتصالات اترنت و وای فای

اتصال اترنت: 

• داده‌ها را از طریق کابل انتقال می‌دهد.
• امکان جابجایی محدود، زیرا کابل فیزیکی مورد نیاز است.
• سرعت، قابلیت اطمینان و امنیت بیشتر از Wi-Fi
• سرعت ثابت
• نیازی به رمزگذاری داده‌ها نیست.
• تاخیر کمتر
• فرآیند نصب پیچیده‌تر

اتصال وای فای:

• داده‌ها را از طریق سیگنال‌های بی‌سیم به جای کابل انتقال می‌دهد.
• امکان جابجایی بیشتر، زیرا نیازی به کابل نیست.
• به اندازه اترنت سریع، قابل اعتماد یا امن نیست.
• استفاده از آن راحت‌تر است زیرا کاربران می‌توانند از هر جایی به اینترنت متصل شوند.
• سرعت غیر یکنواخت زیرا Wi-Fi مستعد تداخل سیگنال است.
• نیاز به رمزگذاری داده‌ها دارد.
• تأخیر بالاتر از اترنت
• فرآیند نصب ساده‌تر

اترنت چگونه کار می‌کند؟

IEEE در مجموعه استانداردهایی به نام IEEE 802.3 مشخص می‌کند که پروتکل اترنت هر دو لایه 1 (لایه فیزیکی) و لایه 2 (لایه پیوند داده) را در مدل OSI دربرمی‌گیرد.

اترنت دو واحد انتقال را تعریف می‌کند: بسته و فریم. فریم شامل محموله داده‌های در حال انتقال و نیز موارد زیر است:

• آدرس کنترل دسترسی به رسانه فیزیکی (MAC) فرستنده و گیرنده.
• برچسب گذاری LAN مجازی (VLAN) و اطلاعات کیفیت خدمات (QoS).
• اطلاعات تصحیح خطا برای تشخیص مشکلات انتقال

هر فریم در بسته‌ای پیچیده می‌شود که حاوی چندین بایت اطلاعات برای برقراری ارتباط است و مشخص می‌کند که فریم از کجا شروع می‌شود.

مهندسان Xerox برای اولین بار اترنت را در دهه 1970 توسعه دادند. اترنت در ابتدا از کابل‌های کواکسیال عبور می‌کرد.

اترنت اولیه چندین دستگاه را از طریق هاب به بخش‌های شبکه متصل می‌کرد – دستگاه‌های لایه 1 که وظیفه انتقال داده‌های شبکه را بر عهده دارند از یک توپولوژی ستاره‌ای استفاده می‌کردند.

در حال حاضر، یک شبکه اترنت معمولی از انواع خاصی از زوج سیم تابیده یا کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌کند.

اگر دو دستگاهی که به یک هاب مشترک وصلند بخواهند داده‌ها را همزمان ارسال کنند، ممکن است بسته‌ها با هم برخورد کرده و مشکلاتی ایجاد کنند. برای کاهش این ترافیک دیجیتال، IEEE پروتکل دسترسی چندگانه با قابلیت حامل برای تشخیص برخورد (CSMA/CD) را توسعه داد. این پروتکل به دستگاه‌ها امکان می‌دهد قبل از ارسال‌ بررسی کنند که آیا خط در حال استفاده است یا خیر.

بعدها هاب‌های اترنت تا حد زیادی جای خود را به سوییچ‌های شبکه دادند. از آنجا که یک هاب نمی‌تواند بین نقاط یک بخش شبکه تمایز قائل شود، نمی‌تواند داده‌ها را مستقیماً از نقطه A به نقطه B ارسال کند. در عوض، هر زمان که یک دستگاه شبکه داده‌ای را از طریق یک پورت ورودی ارسال کند، هاب آن داده را عینا به همه پورت‌های خروجی ارسال می‌کند.

در مقابل، سوئیچ به‌طور هوشمندانه به هر پورت معین فقط داده‌های در نظر گرفته شده برای آن را ارسال می‌کند، نه همه داده‌هایی که در کل شبکه ارسال‌ شده است، در نتیجه امنیت و کارایی را بهبود می‌بخشد.

مانند سایر انواع شبکه‌ها، کامپیوترهای مورد نظر برای اتصال به اترنت باید دارای کارت رابط شبکه (NIC) باشند.

انواع کابل اترنت

مجموعه IEEE 802.3 اولین استاندارد اترنت را در سال 1983 تایید کرد. از آن زمان، این فناوری به تکامل خود ادامه داده و رسانه‌های جدیدتر، سرعت انتقال بالاتر و تغییراتی در محتوای فریم را معرفی کرده است.

در زیر برخی از تغییرات آمده است:

• 3ac برای تطبیق با VLAN و تعیین اولویت معرفی شد.
• 3af ، PoEرا مشخص می‌کند، که برای اکثر استقرارهای Wi-Fi و تلفن های مبتنی بر پروتکل اینترنت (IP) ضروری است.
• 11a , 802.11b , 802.11g , 802.11n , 802.11ac و 802.11ax معادل اترنت را برای WLAN ها تعریف می‌کنند.
• 3u در 100BASE-T که به عنوان اترنت سریع نیز شناخته می‌شود با سرعت انتقال داده تا 100 مگابیت در ثانیه راه‌اندازی شد. عبارت BASE-T نشان دهنده استفاده از سیم‌کشی زوج سیم تابیده است.

اترنت گیگابیت دارای سرعت 1000 مگابیت در ثانیه (1 گیگابیت یا 1 میلیارد بیت در ثانیه) و 10GbE  (تا 10 گیگابیت بر ثانیه) و غیره است. با گذشت زمان، سرعت عادی هر اتصال افزایش می‌یابد.

مهندسان شبکه از 100BASE-T برای انجام کارهای زیر استفاده می‌کنند:

• اتصال رایانه‌های کاربر نهایی، چاپگرها و سایر دستگاه‌ها
• مدیریت سرورها و ذخیره‌سازی
• دستیابی به سرعت‌های بالاتر برای بخش‌های ارتباطات زیرساخت شبکه

کابل‌های اترنت، دستگاه‌های شبکه را به روترها یا مودم‌های مناسب متصل می‌کنند. کابل‌های مختلف با استانداردها و سرعت‌های متفاوت کار می‌کنند. به عنوان مثال، کابل‌های Cat5 از اترنت قدیمی و 100BASE-T پشتیبانی می‌کنند. کابل‌های Cat5e می‌توانند GbE را مدیریت کنند، درحالی‌که کابل‌های Cat6 می‌توانند از 10 گیگابیت پشتیبانی نمایند.

کابل‌های متقاطع اترنت که دو دستگاه هم نوع را به هم متصل می‌کنند نیز وجود دارند. این کابل‌ها امکان اتصال دو کامپیوتر را بدون استفاده از سوییچ یا روتر بینشان فراهم می‌کند.

انواع شبکه اترنت

•  fast ethernet

این نوع شبکه اترنت قادر است داده‌ها را با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه از طریق کابل twisted-pair یا کابل فیبرنوری (fiber-optic) منتقل کند. می‌توان داده‌ها را با سرعتی بین 10 مگابیت بر ثانیه تا 100 مگابیت بر ثانیه و بدون هیچ پروتکلی یا تغییری در برنامه و نرم افزار شبکه انتقال داد.

• Gigabit ethernet

این شبکه قادر است داده‌ها را با سرعتی معادل 1000 مگابیت بر ثانیه توسط کابل twisted-pair یا کابل فیبر نوری منتقل کند.

• Switch ethernet

می‌توان گفت switch ethernet، قسمتی از تجهیزات شبکه است که برای دستگاه‌های چندگانه شبکه در یک LAN مورد نیاز است. در استفاده از این نوع کابل، از یک کابل معمولی شبکه به جای کابل crossover استفاده می‌شود. این کابل اترنت، داده‌ها را از یک دستگاه به دستگاهی دیگر توسط همان شبکه منتقل می‌کند.

به طور معمول، این روش، ارسال داده‌ها با هر سرعتی را پوشش می‌دهد. اترنت با توجه به هزینه مناسبی که دارد، به طور گسترده به عنوان یک تکنولوژی شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نکته: کابل crossover نوعی کابل اترنت است که دو کامپیوتر را به هم کانکت می‌کند. برخلاف این کابل، اکثر کابل‌های اترنت، یک کامپیوتر را به یک سوییچ یا یک روتر کانکت می‌کند.