در ادامه این دوره آموزشی، بر روی لینک‌های فیزیکی مابین دو نود اترنت و به ویژه کابل مسی یا به اصطلاح UTP تمرکز می‌کنیم. قبل از این که شبکه اترنت بتواند فریم‌ها را مابین نودها ارسال کند، هر نود باید آمادگی ارسال و دریافت اطلاعات را داشته باشد.
در این درس بر روی سه استاندارد معروف اترنت یعنی ۱۰BASE-T (Ethernet)، ۱۰۰BASE-T (Fast Ethernet, FE)، و ۱۰۰۰BASE-T (Gigabit Ethernet, GE) تمرکز می‌کنیم. همچنین در این درس با نحوه ارسال اطلاعات بر روی کابلهای مسی در هر دو جهت آشنا می‌شویم.
انتقال اطلاعات با استفاده از زوج سیم یا Twisted Pair
زمانی که می‌گوییم اطلاعات بر روی بستر UTP ارسال می‌شود، به این معناست که اطلاعات با استفاده از الکتریسیته‌ای که در سیم‌های کابل UTP در جریان است، منتقل می‌شود. برای اینکه این موضوع را بهتر درک کنید، این مسئله را به دو قسمت تقسیم کنید. اول این که چگونه می‌توان میدان الکتریکی ایجاد کرد و دوم این که چگونه سیگنال‌های الکتریکی را به بیت‌های ۰ و ۱ تبدیل کرد.
در مرحله اول برای ایجاد میدان الکتریکی، اترنت از دو رشته سیم به هم تابیده شده استفاده می‌کند، همانطور که در شکل ۱-۱۰ نشان داده شده است. دقت داشته باشید که شکل زیر یک کابل UTP مابین دو نود شبکه را نشان نمی‌دهد، بلکه فقط دو رشته سیم (زوج سیم) درون کابل UTP را نشان می‌دهد. یک میدان الکتریکی به یک حلقه کامل نیاز دارد، پس هر نود اترنت با استفاده از مدار خود، رشته‌های یک جفت از زوج سیم‌ها را به هم ارتباط می‌دهد تا حلقه مورد نظر تشکیل شود، و امکان ایجاد جریان الکتریکی را ایجاد کند.
برای ارسال اطلاعات، هر دو نود اترنت از قوانین یکسانی به نام encoding scheme یا طرح رمزنگاری پیروی می‌کنند. درست مانند دو شخص که برای برقراری ارتباط با یکدیگر از یک زبان استفاده می‌کنند. شخص گوینده کلماتی را به یک زبان مشخص بیان می‌کند، و شخص شنونده با توجه به این که به زبان مورد نظر مسلط است، می‌تواند کلمات بیان شده را درک کند. به کمک طرح رمزنگاری یا encoding scheme، نود فرستنده در طول زمان سیگنال الکتریکی را تغییر می‌دهد، در حالی که نود دیگر یا گیرنده، با استفاده از همان قوانین، این تغییرات را برای خود ترجمه کرده و به بیت‌های صفر و یک تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، لینک ۱۰BASE-T در طرح رمزنگاری خود برای بیت صفر از ولتاژ بالا به ولتاژ پایین تغییر وضعیت می‌دهد و این کار را در بازه زمانی ۱۰۰۰۰۰۰۰/۱ (یک ده میلیونیوم) ثانیه انجام می‌دهد.
توجه داشته باشید که در یک کابل مسی UTP واقعی، رشته سیم‌ها دو‌به‌دو به یکدیگر تابیده شده‌اند، به جای این که به صورت موازی در کنار یکدیگر باشند، آنگونه که در شکل ۱-۱۰ نشان داده شده است. تابیدن رشته‌ها به یکدیگر کمک می‌کند تا برخی از مشکلات مهمی که در انتقال فیزیکی به وجود می‌آید، برطرف شود. الکتریسیته‌ای که در لحظه از روی سیم عبور می‌کند، یک تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد می‌کند که با سیگنال الکتریکی سیم‌های مجاور تداخل ایجاد می‌کند حتی رشته سیم زوج سیم‌های دیگر. (تداخل الکترومغناطیسی مابین رشته‌های یک زوج سیم crosstalk نامیده می‌شود). به هم تابیدن رشته سیم‌ها به یکدیگر به کاهش تداخل الکترومغناطیسی کمک می‌کند. به این ترتیب تمام لینک‌های شبکه‌ای که از کابل مسی استفاده می‌کنند، از زوج سیم‌های به هم تابیده استفاده می‌کنند.
بررسی کردن قسمت‌های مختلف یک لینک UTP
واژه “لینک اترنت” به هر کابل فیزیکی مابین دو نود اترنت اشاره می‌کند. آشنایی با نحوه کارکرد یک لینک اترنت UTP، به شما کمک می‌کند لینک فیزیکی را به اجزای کوچک‌تر تقسیم کنید، همانطور که در شکل ۲-۱۰ نشان داده شده است. کابل، سوکت‌های انتهای کابل، و پورت‌های روی دستگاه‌ها که سوکت‌ها به آن متصل می‌شود.
ابتدا بر روی کابل مسی تمرکز کنید. درون کابل مسی ، تعدادی رشته سیم وجود دارد که به صورت دو‌به‌دو به یکدیگر تابیده شده‌اند. استانداردهای ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T به دو زوج سیم نیاز دارند، در حالی که استاندارد ۱۰۰۰BASE-T به چهار زوج سیم نیاز دارد. هر رشته سیم یک روکش پلاستیکی رنگی دارد، روکش رشته سیم‌های یک زوج، از یک رنگ اصلی تشکیل شده‌اند و یکی از این رشته‌ها به صورت یک رنگ و دیگری به صورت دو رنگ می‌باشد. برای مثال، برای زوج سیم آبی، روکش یکی از رشته‌ها کاملا از رنگ آبی و رشته دیگر به صورت راه راه سفید-آبی می‌باشد.
اکثر کابلهای مسی یا UTP از سوکت RJ-45 در هر دو انتهای کابل استفاده می‌کنند. سوکت RJ-45 از هشت تیغه (به اصطلاح پین گفته می‌شود) تشکیل شده است که هشت رشته سیم می‌تواند درون این تیغه‌ها یا پین‌ها قرار بگیرد. این پین‌ها فضایی را برای رشته سیم‌ها ایجاد می‌کنند تا به مدار‌های الکترونیکی درون نود ارتباط برقرار کنند تا جریان الکتریکی بتواند در سیم جریان پیدا کند.
برای تکمیل شدن لینک فیزیکی، به یک پورت RJ-45 بر روی یک دستگاه نیاز است تا سوکت RJ-45 بتواند به آن متصل شود. کامپیوترها اغلب دارای یک پورت RJ-45 در قالب یک کارت شبکه (NIC) هستند. این کارت‌های شبکه گاهی اوقات به عنوان یک کارت توسعه و گاهی هم به صورت توکار بر روی مادربورد نصب شده‌اند. سوئیچ‌ها معمولا از تعداد زیادی پورت RJ-45 تشکیل شده‌اند تا به کاربران اجازه اتصال به شبکه LAN را بدهند. شکل ۳-۱۰ نمونه‌ای از کابل، سوکت و پورت RJ-45 را نشان می‌دهد.
در سمت چپ شکل سوکت‌های ۸ پین RJ-45 را مشاهده می‌کنید، سمت راست بالا نشان دهنده یک کارت شبکه اترنت می‌باشد که هنوز بر روی کامپیوتر نصب نشده است. در سمت راست پایین شکل هم یک سوئیچ سیسکو با چندین پورت RJ-45 نشان داده شده است که به چندین دستگاه اجازه اتصال به شبکه را می‌دهد.
سوئیچ‌های سیسکو اغلب از انواع مختلفی از پورت‌های شبکه پشتیبانی می‌کند. زمانی که شما یک سوئیچ سیسکو را می‌خرید، احتمال زیاد شما ترکیبی از انواع مختلف پورت را مشاهده می‌کنید.
برای ایجاد انعطاف پذیری بیشتر برای مشتریان، زمانی که مشتری یک سوئیچ را می‌خرد ممکن است سوئیچ تعدادی پورت فیزیکی خاصی داشته باشد که این پورت‌ها را می‌توان به راحتی با مدل‌های دیگری از پورت‌ها جایگزین کرد.
برای مثال، در شکل ۴-۱۰ یک سوئیچ سیسکو مدل ۳۵۶۰CX نشان داده شده است که دارای پورت‌های قابل تعویض می‌باشد. در این سوئیچ، از پورت‌های SFP+ استفاده شده است، که تا سرعت ۱۰ گیگابیت برثانیه را پشتیبانی می‌کند. در شکل زیر، پورت SFP+ در پایین سوئیچ به رنگ نقره‌ای می‌باشد و قسمت سیاه رنگ پشت آن، کابل فیبر نوری متصل به آن می‌باشد.
- Gigabit Ethernet Interface Converter (GBIC): مدل اصلی پورت‌های قابل تعویض برای اینترفیس‌های گیگابیت که از پورت‌های SFP بزرگ‌تر است.
- Small Form Pluggable (SFP): جایگزین پورت‌های GBIC می‌باشد و برای پورت‌های گیگابیت استفاده می‌شود، ولی با اندازه‌ای کوچک‌تر، و فضای کمتری بر روی کارت شبکه اشغال می‌کند.
- Small Form Pluggable Plus (SFP+): دقیقا هم اندازه SFP می‌باشد، اما برای پورت‌های ۱۰ گیگابیت استفاده می‌شود. (کلمه پلاس یا بعلاوه، به سرعت بیشتر این پورت‌ها نسبت به مدل‌های SFP اشاره دارد.)
نحوه بستن رشته سیم‌ها به سوکت برای استانداردهای ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T
تا به این جا، شما با نحوه انتقال اطلاعات بر روی بستر فیزیکی آشنا شدید. اما هنوز نیاز دارید در مورد برخی از جزئیات مهم و قوانین مربوط به کابلهای اترنت اطلاعاتی داشته باشید. قوانینی که همه دستگاه‌های متصل به شبکه باید آنها را رعایت کنند و اطلاعات را بر روی رشته سیم‌های درستی ارسال کنند.
در این بخش شما را با برخی از قوانین مربوط به استانداردهای ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T آشنا می‌کنیم. هر دوی این استانداردها از کابل مسی یا UTP و قوانین یکسانی برای نحوه بستن رشته سیم‌ها به سوکت استفاده می‌کنند. همچنین هر دوی این استانداردها از دو زوج سیم برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کنند، این در صورتی است که استاندارد ۱۰۰۰BASE-T از چهار زوج سیم استفاده می‌کند.
بستن رشته سیم‌ها به روش Straight-Through
استانداردهای ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T از دو زوج سیم کابل مسی یا UTP برای اتقال اطلاعات استفاده می‌کنند، که هر کدام از این زوج سیم‌ها برای یک مسیر انتخاب می‌شود.درست مثل شکل ۵-۱۰، یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت. درشکل ۴ رشته سیم نشان داده شده است که همه آنها درون کابل مسی می‌باشد که یک کامپیوتر را به سوئیچ شبکه LAN متصل می‌کند. در این مثال، کامپیوتر سمت چپ، به کمک زوج سیم بالایی اطلاعات را ارسال می‌کند، در حالی که در سمت راست سوئیچ از زوج سیم پایین برا ارسال اطلاعات استفاده می‌کند.
برای انتقال صحیح بر روی یک لینک، رشته سیم‌های کابل مسی باید به پین‌های درستی از سوکت RJ-45 متصل باشد. برای مثال، درشکل ۵-۱۰، فرستنده کامپیوتر باید پین‌هایی که قرار است برای زوج سیم ارسال خود استفاده کند را بشناسد. این زوج سیم، همان زوجی است که در سمت دیگر یعنی سوئیچ باید به پین‌هایی که برای دریافت اطلاعات سوئیچ انتخاب شده است، متصل باشد.
برای درک بهتر این که کدام رشته سیم باید به کدام پین در هر دو سر کابل متصل باشد، شما باید ابتدا از نحوه کار کارت‌های شبکه و سوئیچ‌ها اطلاع داشته باشید. به عنوان یک قانون، فرستنده کارت‌های شبکه اترنت، از پین‌های ۱ و ۲ استفاده می‌کنند، و برای دریافت از پین‌های ۳ و ۶ استفاده می‌کنند. سوئیچ‌ها در اصل به کارت‌های شبکه نگاه می‌کنند، و برعکس آنها عمل می‌کنند، یعنی گیرنده آنها از پین‌های ۱ و ۲ و فرستنده آنها از پین‌های ۳ و ۶ استفاده می‌کند.
برای این که کارت شبکه یک کامپیوتر بتواند با سوئیچ ارتباط برقرار کند، رشته سیم‌های کابل مسی باید به صورت Straight Through بسته شوند. منظور این است که رشته سیم‌ها با چه ترتیب رنگی درون سوکت قرار بگیرند. در روش Straight، رشته سیمی که به پین ۱ وصل شده در انتهای کابل باید به پین ۱ سوکت وصل شود، رشته سیمی که به پین ۲ وصل شده در انتهای کابل باید به پین ۲ سوکت وصل شود، رشته سیمی که به پین ۳ وصل شده در انتهای کابل باید به پین ۳ سوکت وصل شود، و به همین ترتیب تا پین ۸ ادامه می‌یابد. همانطور که در شکل ۶-۱۰ نشان داده شده است، فقط از رشته سیم‌های پین‌های ۱، ۲، و ۳، ۶ برای ارسال و دریافت استفاده می‌شود.
شکل ۷-۱۰ ترتیب بستن رشته سیم‌های مورد نیاز برای ارسال و دریافت را نشان می‌دهد. توجه داشته باشید که شکل زیر به صورت کامل یک کابل مسی را نشان نمی‌دهد، فقط زوج سیم‌هایی که برای ارسال و دریافت استفاده می‌شود را نشان می‌دهد.
روش Straight Through زمانی که نودها از زوج سیم‌های برعکس هم برای ارسال و دریافت استفاده می‌کنند، درست کار می‌کند(زمانی که یک سمت کامپیوتر و در سمت دیگر سوئیچ قرار بگیرد). زمانی که از دو دستگاه یکسان در دو سمت کابل استفاده شود، هر دوی این دستگاه‌ها از یک زوج سیم یکسان برای ارسال استفاده می‌کنند. در این حالت، به روش دیگری برای بستن سوکت‌ها نیاز است، روشی به نام Crossover. در روش Crossover زوج سیم‌ها به صورت ضربدری نسبت به دو سر کابل با یکدیگر جابه‌جا می‌شوند. یعنی رشته سیم‌هایی که در یک سمت به پین‌های ۱ و ۲ متصل شده است باید در سمت دیگر به پین‌های ۳ و ۶ وصل شود، و برعکس.
شکل ۸-۱۰ نشان می‌دهد که در روش Crossover دقیقا چه اتفاقی بین دو سوئیچ رخ می‌دهد. هر دو سوئیچ بر روی پین‌های ۳ و ۶ ارسال و بر روی پین‌های ۱ و ۲ اطلاعات را دریافت می‌کنند. پس یک زوج سیم در کابل در یک سمت باید به پین‌های ۱ و ۲ و در سمت دیگر به پین‌های ۳ و ۶ وصل شود، تا عمل ارسال و دریافت بین دو سوئیچ به درستی صورت گیرد.
شاید شما به این موضوع فکر کنید که کدام دستگاه‌ها از پین‌های ۱ و ۲ و کدام دستگاه‌ها از پین‌های ۳ و ۶ برای ارسال استفاده می‌کنند. نکته اینجاست که شما باید بدانید کدام دستگاه‌ها شبیه به کارت‌های شبکه کامپیوترها عمل می‌کنند، و از پین‌های ۱ و ۲ برای ارسال استفاده می‌کنند. به دو نکته زیر توجه کنید:
- کابلهای Crossover زمانی استفاده می‌شوند که هر دو دستگاه انتهایی از پین‌های یکسانی برای ارسال استفاده کنند.
- کابلهای Straight Through زمانی استفاده می‌شوند که دستگاه‌های انتهایی از پین‌های متفاوتی برای ارسال استفاده کنند.
جدول ۱-۱۰ لیست دستگاه‌ها و پین‌هایی که برای ارسال استفاده می‌کنند را نشان می‌دهد. (فرض کنید که از استانداردهای ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T استفاده شده است.)
جدول 1-10: پین‌های مورد استفاده استانداردهای 10BASE-T و 100BASE-T
| دستگاه‌هایی که بر روی پین 1 و 2 ارسال می‌کنند | دستگاه‌هایی که بر روی پین 3 و 6 ارسال می‌کنند |
|---|---|
| کارت‌های شبکه کامپیوترها | هاب‌ها Hubs |
| روتر‌ها | سوئیچ‌ها |
| اکسس پوینت‌های بیسیم (اینترفیس اترنت) | - |
شکل ۹-۱۰ مثالی از یک شبکه LAN دو ساختمان مرتبط به هم را نشان می‌دهد. در این مثال، برای اتصال کامپیوترها به سوئیچ‌ها از کابل Straight Through و برای اتصال سوئیچ‌ها به یکدیگر از کابل Crossover استفاده شده است.
نکته: اگر شما تجربه راه‌اندازی شبکه‌های LAN را دارید، شما ممکن است به این فکر کنید که از کابلهای اشتباهی در شبکه خود استفاده کرده‌اید، ولی شبکه شما کار می‌کند. سوئیچ‌های سیسکو قابلیتی به نام auto-mdix دارند که در صورت اتصال کابل اشتباه، اتوماتیک منطق خود را عوض کرده و با این کار باعث می‌شود که لینک به درستی کار کند.
نحوه بستن رشته سیم‌ها به سوکت برای استاندارد ۱۰۰۰BASE-T
استاندارد ۱۰۰۰BASE-T با استانداردهای قبلی یعنی ۱۰BASE-T و ۱۰۰BASE-T تفاوت‌هایی دز نحوه بستن سوکت دارد. اولا باید این را بدانید که استاندارد ۱۰۰۰BASE-T از چهار زوج سیم استفاده می‌کند. دوما، این استاندارد از روش‌های الکترونیکی پیشرفته‌تری استفاده می‌کند که این اجازه را می‌دهد که همزمان بر روی هر زوج سیم امکان ارسال و دریافت صورت گیرد. به هر حال، بستن سوکت‌ها در این استاندارد هم تقریبا با استانداردهای قبلی یکسان است، با این تفاوت که دو زوج سیم دیگر هم اضافه می‌شود.
در روش Straight Through برای استاندارد ۱۰۰۰BASE-T از چهار زوج سیم برای ایجاد حلقه استفاده می‌شود، همچنین پین‌ها در هر دو سر کابل باید با هم یکسان باشند. شماره گذاری پین‌ها برای این استاندارد در روش Straight Through در شکل ۱۰-۱۰ نشان داده شده است.
روش Crossover برای کابلهای گیگابیت اترنت به این صورت است که زوج سیم‌ها در سمت دیگر به صورت دو به دو با یکدیگر جابه‌جا می‌شوند. به این صورت که زوج‌های ۱ و ۲ با زوج‌های ۳ و ۶ و زوج‌های ۴ و ۵ ب زوج‌های ۷ و ۸ جابه‌جا می‌شوند.
