القائمة الرئيسية

الصفحات

دورة CCNA 200-301 - الدرس السابع عشر (بروتوكول الايثرنت)

دورة CCNA 200-301 - الدرس السابع عشر (بروتوكول الايثرنت)

دورة CCNA 200-301 - الدرس السابع عشر (بروتوكول الايثرنت)
لا يعد بروتوكول الايثرنت بروتوكولًا واحدًا بل مجموعة كاملة من المعايير المختلفة. تأتي هذه المعايير من معهد IEEE وتبدأ جميعها بـ 802.3. بروتوكول الإيثرنت قديم جدًا ، وقد كتب (بوب ميتكالف) أول مذكرة حول إيثرنت في عام 1973.

على الرغم من عمره، فإن ايثرنيت هي الخيار السائد لشبكات LAN. هناك العديد من المعايير المختلفة بسرعات تصل إلى 10 ميجابت في الثانية حتى 100 جيجابت في الثانية. إليك نظرة عامة عن بعض معايير إيثرنت الشائعة:

BandwidthCommon NameInformal nameIEEE nameCable Type
10 MbpsEthernet10BASE-T802.3UTP 100m
100 MbpsFast Ethernet100BASE-T802.3uUTP 100m
1000 MbpsGigabit Ethernet1000BASE-LX802.3zFiber 5000m
1000 MbpsGigabit Ethernet1000BASE-T802.3abUTP 100m
10 Gbps10 Gigabit Ethernet10GBASE-T802.3anUTP 100m
على الطبقة المادية ، هناك خيارات كابل مختلفة وسرعات مختلفة. ومع ذلك ، فإن إحدى مزايا ايثرنت هي أنها تستخدم نفس معيار طبقة ارتباط البيانات. يمكنك مزج معايير إيثرنت مختلفة في شبكتك. إليك مثال:

معايير طوبولوجيا إيثرنت مختلطة



أعلاه نرى ثلاثة مضيفين متصلين بجهازي سويش باستخدام معايير إيثرنت مختلفة. الاتصال بين السويشات هو اتصال فايبر 10 جيجابت في الثانية. ستتمكن هذه الشبكة من إعادة توجيه فريمات ايثرنت على الرغم من أننا نخلط بين معايير مختلفة.

الطبقة المادية لارتباط البيانات


تصف إيثرنت طبقة الارتباط المادية وطبقة البيانات. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كليهما ...

الطبقة المادية
هناك كبلان يمكننا استخدامهما لشبكة ايثرنت:

  • كابل UTP (زوج مجدول غير محمي)
  • كابل الألياف الزجاجية


كابلات UTP
تستخدم كبلات UTP النحاس لإرسال إشارة كهربائية. ميزة UTP هي أنه رخيص وسهل العمل معه. من عيوبه أنه يمكنك استخدامه حتى 100 متر فقط.

كبلات UTP أزرق أخضر أحمر أصفر


لاستخدام إشارة كهربائية لنقل البيانات ، نحتاج إلى شيئين:

  • دائرة كهربائية.
  • شيء لتوصيل الاشارات من 1 أو 0 إلى الجانب الآخر.


لإنشاء الدائرة الكهربائية ، نستخدم سلكين داخل كبل UTP لإنشاء حلقة ، والتي تسمح بتدفق الكهرباء:

الدائرة الكهربائية utp


لإرسال البيانات بين جهازين ، نحتاج إلى نظام ترميز. على سبيل المثال ، عندما نريد إرسال 1 ، نرسل جهدًا عاليًا. عندما نريد إرسال 0 ، نرسل جهدًا منخفضًا. عندما يستخدم كلا الجهازين نظام الترميز نفسه ، يمكننا تبادل البيانات.

إحدى مشاكل الكهرباء عند إرسالها عبر سلك هي أننا نحصل على EMI (التداخل الكهرومغناطيسي). يساعد لف الكابلات على إلغاء معظم مشاكل EMI بين أزواج الأسلاك. يُعرف أيضًا باسم الحديث المتبادل .

زوج من كبل شبكة Ethernet LAN الملتوية


كما ترى أعلاه ، يحتوي كابل UTP على 4 أزواج من الأسلاك مع سلكين لكل منهما. لكل زوج من الأسلاك لونين متطابقين. على سبيل المثال ، الأزرق والازرق-ابيض. في نهاية كبل UTP ، نستخدم موصل RJ45:

سلك rj-45 على خلفية بيضاء ، معزولة. تقديم 3D.


يحتوي موصل RJ45 على 8 نقاط حيث يمكن إدخال الأسلاك ، تسمى "دبابيس". نحسب أرقام الدبوس من اليسار إلى اليمين ، بالنظر إلى الجزء السفلي من موصل RJ45:


أرقام دبوس موصل utp rj45


يتم بعد ذلك توصيل الكبل المزود بموصلات بـ NIC (بطاقة شبكة) أو بمنفذ السويش:


فنيو توصيل كبل الشبكة


ترتيب الأسلاك في موصل RJ45 مهم. هناك خياران.

Straight Through Cable
يستخدم كل من 10BASE-T و 100BASE-T زوجين من الأسلاك فقط في كابل UTP ، أحدهما للإرسال والآخر للاستقبال. فيما يلي مثال على جهاز كمبيوتر متصل بسويش:

utp أربعة أسلاك في استخدام تبديل المضيف


على الجانب الأيسر ، نستخدم الأسلاك البرتقالية و البرتقالية-البيضاء لنقل البيانات (دبوس 1 و 2) ، وتستخدم الأسلاك الخضراء و الخضراء-البيضاء (دبوس 3 و 6) لتلقي البيانات. على الجانب الآخر ، نتلقى بيانات على الأسلاك البرتقالية و البرتقالية -البيضاء (دبوس 1 و 2) ونرسل على الأسلاك الخضراء و الخضراء-البيضاء (دبوس 3 و 6).

نسمي هذا كابل straight through ، يتم توصيل الأسلاك على كلا الطرفين واحد لواحد.

Crossover Cable
ماذا لو أردنا توصيل سويشان ببعضهما؟ إذا كان كلاهما يرسلان على الدبوس 3 و 6 ، نحصل على تصادم على السلك.

للتأكد من أننا نرسل و نتلقى على الدبابيس الصحيحة ، نستخدم نوعًا مختلفًا من الكبلات يسمى الكبل المتقاطع crossover . لا يزال كابل UTP كما هو ، ولكن في أحد طرفيه ، لدينا الأسلاك بترتيب مختلف في موصل RJ45 مثل هذا:

RJ45 568b


في ما يلي مثال لسويشين مربوطين بكابل متقاطع:

تبديل كابل كروس


دبابيس موصل RJ45 متقاطعة الآن على النحو التالي:

Left SwitchRight Switch
pin 1pin 3
pin 2pin 6
pin 3pin 1
pin 6pin 2


لا تهتم السويشات الحديثة إذا كنت تستخدم كبلًا مستقيمًا أو كابلًا متقاطعًا ، فهي تستخدم شيئًا يسمى auto-mdix لمعرفة الكبل الذي استخدمته وتستخدم الأسلاك الصحيحة تلقائيًا.
.

اختيار الكبل
متى نستخدم كابلًا مستقيمًا أو متقاطعاً؟ هناك شيء يجب وضعه في الاعتبار هو أن أجهزة الكمبيوتر والطابعات وأجهزة التوجيه ونقاط الوصول ، تستخدم دبابيس 1 و 2 لنقل بياناتها. بينما تستخدم السيوشات الدبابيس 3 و 6 لإرسال البيانات.

إليك نظرة عامة على الأجهزة المختلفة ونوع الكبل الذي يجب استخدامه:


كبل إيثرنت أنواع الأجهزة المختلفة



1000BASE-T (كابلات جيجابت)
في الأمثلة أعلاه ، كان لدينا زوجان من الأسلاك ، أحدهما للإرسال والآخر للاستقبال. ومع ذلك ، تستخدم Gigabit Ethernet جميع أزواج الأسلاك الأربعة. فبدلاً من استخدام أزواج سلكية مختلفة للإرسال / الاستقبال ، فإنه قادر على الإرسال والاستقبال في نفس الوقت على كل زوج من الأسلاك.

تخطيط الدبوس في موصل RJ45 هو نفسه ولكننا نستخدم أسلاك إضافية:


utp rj45 موصل جيجابت


ترتيب كابل التقاطع هو نفسه:


  • Pin 4 to 7
  • Pin 5 to 8
  • Pin 7 to 4
  • Pin 8 to 5

من غير المحتمل أن تحتاج إلى كبل Gigabit Crossover بسبب ميزة auto-mdix.

كابلات الألياف الضوئية Fiber Optic
بديل عن UTP هو كابلات الألياف.


كابل اتصال من الألياف


بدلاً من الإشارة الكهربائية ، ننقل الضوء من طرف إلى آخر من خلال الزجاج أو البلاستيك. تتمثل إحدى المزايا في أن فقدان الإشارة أقل عبر المسافات الطويلة. باستخدام كبل UTP ، تبلغ المسافة القصوى 100 متر. تتيح لك الكابلات الضوئية مسافات تصل إلى عدة كيلومترات أو حتى أميال. ولا تحتوي على اي مشاكل تداخل كهرومغناطيسي EMI.

تحتوي معظم السويشات على الكثير من المنافذ العادية لكابلات UTP وعدد قليل من الفتحات القابلة للتبديل (الساخنة). في هذه الفتحات ، يمكنك إدراج قطعة SFP حتى تتمكن من تحديد ما إذا كنت تريد منافذ UTP آخرى أو منافذ ضوئية.


توصيل كابلات الألياف الضوئية بمفتاح الشبكة


مفهوم الدوبلكس Duplex
لفهم هذا المصطلح. يجب أن نلقي درسًا في التاريخ. في عام 1990 ، لم يكن لدينا سويشات ولكن فقط شيء يسمى الهب Hub. من الخارج ، يبدو الهب كانه جهاز سويش. يحتوي على زوجين من منافذ RJ45 التي يمكننا استخدامها لتوصيل أجهزة الكمبيوتر.


نت جير Ds104 المحور


ولكن الهب هو جهاز غبي. عندما يستقبل إشارة كهربائية على منفذ واحد ، فإنه يكرر هذه الإشارة على جميع المنافذ الأخرى ... حتى عندما يتلقى إشارات متعددة في نفس الوقت. قد يتسبب هذا في حدوث تصادمات على الشبكة ، فيما يلي مثال لتوضيح ذلك:


المحور ثلاثة اصطدام المضيفين


أعلاه نرى أن H1 و H2 يرسلان فريم ايثرنت. يكرر الهب هذه الفريمات على المنفذ الذي يتصل بـ H3. عندما يحدث هذا في نفس الوقت ، نحصل على تصادم ونفقد  الفريمات.

للتغلب على هذا ، علينا استخدام تقنية half duplex.

half duplex يعني أنه لا يمكننا الإرسال والاستقبال في نفس الوقت. عندما يقوم جهاز كمبيوتر واحد بالإرسال ، يجب على الجميع الانتظار. عندما لا يقوم أحد بالإرسال ، يمكننا إرسال الفريم.

لكن هذا لا يعني أننا تخلصنا تمامًا من التصادمات. عندما يقرر جهازي كمبيوتر أن الخط متوفر ويبدأن الإرسال ، ما زال لدينا تصادم. لحل هذه المشكلة ، لدينا بروتوكول يسمى CSMA / CD:


  • CS = Carrier Sense
  • MA = Multi Access
  • CD = Collision Detection


Carrier Sense يعني أنه يمكننا "الاستماع" والتحسس على الكابل لسماع ما إذا كان هناك أي شيء يحدث ، وبعبارة أخرى ، إذا كان كمبيوتر آخر يرسل البيانات في هذه اللحظة. Multi-access يعني أنه يمكن للجميع الوصول إلى وسيطنا المادي ولكن يجب أن يتم اخلاه اولاً .. ولا يجب أن يقوم جهاز آخر بالإرسال في هذه اللحظة.

في حالة إرسال جهازي كمبيوتر في نفس الوقت ، يكون لدينا تصادم ، بما اننا يمكننا اكتشاف هذا سيقوم بروتوكول CSMA / CD بحل هذا على النحو التالي:


  • سيبدأ جهازي الكمبيوتر اللذين تعرضا للتصادم في تشويش الوسط المادي ؛ سيضمن ذلك عدم قدرة أي شخص آخر على الإرسال في تلك اللحظة.
  • يبدأ كل من جهازي الكمبيوتر مؤقت عشوائي.
  • عندما ينقضي وقت المؤقت ، يستطيع الجهاز ارسال البيانات.


سيكون لكل من جهازي الكمبيوتر مؤقتًا مختلفًا ، ويرسل أحدهما بياناته قبل الآخر. من خلال تشويش الوسط المادي ، سنكون على يقين من أنه لن يتمكن أي كمبيوتر آخر من إرسال البيانات قبله.

في الوقت الحاضر ، من الصعب العثور على جهاز هب، تم استبدالهم جميعًا باجهزة السويش. عندما تم الإعلان عن السويشات الأولى ، كانت أغلى بكثير من اجهزة الهب.

السويشات أجهزة ذكية. يمكنها قراءة فريمات الايثرنت وإعادة توجيهها فقط إلى الجهاز المقصود. عندما يستلم السويش اكثر من فريم على المنفذ ، يمكنه وضع الفريم الثاني في قائمة الانتظار ، مما يمنع التصادمات.

تعمل السويشات في وضع الازدواج الكامل full duplex مما يعني أنه يمكن للجميع الإرسال والإرسال في نفس الوقت. نظرًا لعدم وجود أي تصادمات ، لا نحتاج إلى بروتوكول CSMA / CD بعد الآن ويتم تعطيله افتراضيًا في السويش.


ستظل تواجه مشكلات half duplex في الشبكات اللاسلكية. فنقطة الوصول اللاسلكية تشبه الهب، حيث يقوم الجميع بالإرسال والاستقبال على نفس التردد حتى تحدث الاصطدامات. تستخدم الشبكات اللاسلكية شيئًا يسمى CSMA / CA (تجنب الاصطدام) لأنه من الصعب اكتشاف ما إذا كان هناك موجتان راديويتان تصادمتا في الهواء.

طبقة وصل البيانات Data Link Layer
أحد الأشياء الرائعة حول الايثرنت هو أنه على الرغم من وجود معايير مختلفة لدينا ، إلا أنها جميعها تستخدم فريم الايثرنت. هذه الفريم لم تتغير كثيرًا منذ اطلاق معايير ايثرنت الأصلية في السبعينيات. إليك ما يبدو عليه فريم الايثرنت:


تنسيق رأس إطار إيثرنت


دعني أشرح الحقول المختلفة:

  • Preamble: هذا هو نمط من 7 بايت من الآحاد والأصفار ويستخدم للمزامنة.
  • SFD: يمثل "محدد فريم البدء" نهاية Preamble ويخبر جهاز الاستقبال أن الحقول التالية ستكون فريم ايثرنت الفعلي ، بدءًا من حقل الوجهة.
  • الوجهة Destination: هذا هو عنوان ماك الوجهة الخاص بجهاز الاستقبال.
  • المصدر Source: عنوان MAC المصدر للجهاز الذي أرسل الفريم.
  • النوع Type: هذا يخبرنا بما تحمله فريم الايثرنت. حزمة IPv4 أو حزمة IPv6 أو أي شيء آخر.
  • البيانات Data: هذا يحمل البيانات الفعلية التي نحاول إرسالها ، على سبيل المثال حزمة IPv4.
  • FCS: يساعد فحص الفريم التسلسلي المتلقي على معرفة ما إذا كان الفريم صحيحًا أو تالفًا.

الحقول المميزة باللون الأخضر هي ما نسميه هيدر الإيثرنت.

عناوين MAC
تسمى عناوين ايثرنت بعناوين الماك (التحكم في الوصول إلى الوسائط). لكل جهاز شبكة عنوان ماك فريد. عندما نرسل فريم ايثرنت ، فإننا نضيف عنوان الماك الخاص بنا كمصدر وعنوان ماك جهاز الاستقبال كوجهة.

إليك ما يبدو عليه عنوان MAC:


عنوان mac bc بائع oui المحلي


دعني أسير معك في الحقول المختلفة. عنوان MAC هو من 48 بت أو 6 بايت في المجموع. نكتبها بالنظام السادس عشري. فمثلا:


  • 0000.0c12.3456


أعلاه لدينا أربعة أحرف سداسية عشرية ، مفصولة بنقطة. هناك خياران آخران للتنسيق:


  • 00:00:0c:12:34:56
  • 00-00-0c-12-34-56


تشير الثلاثة إلى نفس عنوان MAC. غالبًا ما تستخدم أجهزة سيسكو خيار التنسيق الأول ، وتستخدم أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظام التشغيل ويندوز التنسيق الثاني.

عادة ، يشير عنوان ماك إلى جهاز واحد على الشبكة. نسمي هذا عنوان ماك أحادي الإرسال. يوجد أيضًا عنوان ماك البث broadcast (مما يعني أن كل شخص على الشبكة سيتلقى الفريم) أو ماك الإرسال المتعدد multicast (مجموعة من أجهزة الاستقبال تستقبل الفريم).

يجب أن تكون عناوين الماك فريدة ، وإلا فمن المحتمل أن تصل فريم الايثرنت الى جهازين. لجعل عناوين ماك فريدة ، يجب على كل بائع شبكات يرغب في إنشاء بطاقات شبكة الاتصال أن يطلب من معهد IEEE رمزًا فريدًا مكون من 24 بتًا يسمى OUI.

على سبيل المثال ، جميع عناوين ماك التي تبدأ بـ 0000.0c مملوكة لشركة سيسكو.

يتم بعد ذلك تعيين الـ 24 بت المتبقية من عنوان الماك بواسطة البائع. سيكون لكل بطاقة شبكة يقومون بإنشائها عنوان ماك فريد. يُطلق على العنوان الذي عيّنه البائع أيضًا اسم BIA.

عند إرسال رسالة بث برودكاست، سيكون عنوان MAC الوجهة هو FFFF.FFFF.FFFF.

حقل النوع Type
يخبرنا حقل النوع في فريم الايثرنت بنوع البيانات التي يحملها الفريم. الخياران الأكثر شيوعًا هما حزم IPv4 أو IPv6. عندما يريد المرسل ارسال حزمة IPv4 ، سيقوم بإدراج الحزمة في حقل البيانات ثم يقوم بتغيير حقل النوع الى IPv4.

هذه المعلومات بالنظام الست عشري ولدى معهد IEEE قائمة كاملة بالخيارات. إليك بعض الأنواع الشائعة:


  • 0800: IPv4
  • 86DD: IPv6
  • 0806: ARP (Address Resolution Protocol)

اكتشاف الخطأ
يُستخدم حقل FCS (تسلسل فحص الفريم) للتحقق مما إذا كان الفريم جيدًا أو تالفًا. يمكن أن تتلف الفريمات بسبب عيوب بطاقات NIC أو التداخل الكهربائي. لدى المرسل صيغة يستخدمها لإنشاء قيمة معينة. تتم إضافة هذه القيمة في حقل FCS.

سيستخدم جهاز الاستقبال بعد ذلك نفس الصيغة لحساب القيمة. إذا كانت القيمة هي نفسها ، فنحن نعرف أن الفريم على ما يرام. عندما يكون الأمر مختلفًا ، فإننا نعلم أن شيئًا ما قد تغير أثناء الإرسال وأن الفريم تالف.

سيتم تجاهل الفريمات التالفة ولكن لا يوجد أي عملية استرداد للخطأ! هذا شيء نقوم به على الطبقات العليا ، على سبيل المثال ، بروتوكول الـ TCP في طبقة النقل.

استنتاج
لقد تعلمت في هذا الدرس بعض أساسيات الايثرنت:
  • لدينا معايير إيثرنت متعددة بسرعات وأنواع مختلفة من الكابلات.
  • إيثرنت هي مجموعة من المعايير التي حددتها IEEE وتصف طبقة ارتباط البيانات والطبقة المادية.
  • نستخدم كابلات UTP المستقيمة أو المتقاطعة.
  • كابلات الألياف هي بديل لـ UTP ، مما يسمح بمسافات أطول وسرعة اعلى.
  • الفرق بين الهب والسويشات والفرق بين تقنية half duplex و full duplex.
  • كيف يبدو فريم الإيثرنت وما تعنيه الحقول المختلفة.
  • ما هو عنوان الماك وحقوله المختلفة.


reaction:

تعليقات