مبانی شبکه و استانداردهای اترنت

۱. تعریف شبکه و ارتباط LAN

شبکه‌ها برای اتصال دستگاه‌های مختلف و اشتراک منابع مانند پرینتر، فایل یا اینترنت استفاده می‌شوند. در LANها، دستگاه‌ها از طریق کابل به سوئیچ یا هاب متصل هستند. برای ارتباط بین دو دستگاه (مثل باب و سالی)، پروتکل ARP برای تبدیل آدرس IP به MAC استفاده می‌شود.

۲. اترنت و دامنه‌ها

۲.۱ دامنه برخورد (Collision Domain)

اگر دو دستگاه همزمان داده ارسال کنند، برخورد رخ می‌دهد. در شبکه‌های مبتنی بر هاب این مسئله شایع‌تر است.

۲.۲ دامنه پخش (Broadcast Domain)

دستگاه‌هایی که پیام پخش با آدرس FF:FF:FF:FF:FF:FF را دریافت می‌کنند، در یک دامنه پخش قرار دارند.

۳. پروتکل CSMA/CD و مدیریت برخورد


۱. دستگاه بررسی می‌کند آیا رسانه آزاد است؟
۲. ارسال داده اگر آزاد باشد
۳. در صورت برخورد، ارسال سیگنال Jam
۴. توقف ارسال توسط همه دستگاه‌ها
۵. تلاش مجدد پس از Backoff تصادفی

برخوردهای زیاد منجر به کاهش توان عملیاتی، تأخیر و ازدحام می‌شود.

۴. باندپایه vs پهن‌باند

Baseband: کل پهنای باند برای یک سیگنال دیجیتال (مثل اترنت)
Broadband: چند سیگنال همزمان با فرکانس‌های متفاوت (مثل تلویزیون کابلی)

۵. نرخ بیت و باود

Bit Rate: تعداد بیت‌های منتقل‌شده در ثانیه
Baud Rate: تعداد تغییر حالت‌ها در سیگنال در ثانیه

۶. طول موج در شبکه‌های نوری

طول موج فاصله بین قله‌های موج است. در فیبر نوری، مالتی‌پلکسینگ WDM برای انتقال چند سیگنال استفاده می‌شود.

۷. نیم‌دوپلکس vs تمام‌دوپلکس

Half-Duplex: ارسال یا دریافت؛ بازدهی پایین
Full-Duplex: ارسال و دریافت همزمان؛ بازدهی بالا

مثال: اتصال سوئیچ به هاست با 1000BaseT = 2000Mbps total

۸. آدرس‌دهی MAC


MAC: 48 بیت = 6 بایت = نمایش هگزا مثل 00:14:22:BE:18:3B
OUI (24 بیت اول) = شرکت سازنده
Device ID (24 بیت دوم) = دستگاه خاص
Bit I/G = Unicast یا Multicast
Bit L/G = Global یا Locally modified

۹. ساختار فریم اترنت (802.3)


Preamble: 7 بایت برای هم‌زمانی
SOF: 1 بایت شروع فریم
DA: آدرس MAC مقصد
SA: آدرس MAC مبدا
Type/Length: نوع پروتکل یا طول داده
Data: محتوای 46 تا 1500 بایت
FCS: بررسی خطا با CRC

۱۰. استانداردهای فیزیکی اترنت (IEEE 802.3)

استاندارد	سرعت	کابل	حداکثر فاصله
10BaseT	10Mbps	UTP Cat 3	100m
100BaseTX	100Mbps	UTP Cat 5	100m
1000BaseT	1Gbps	UTP Cat 5e/6	100m
10GBaseT	10Gbps	UTP Cat 6A	100m
40GBaseT	40Gbps	UTP Cat 8	30m

۱۱. اترنت بر پایه استانداردهای دیگر

IEEE 1901: انتقال داده از طریق خطوط برق
HDMI Ethernet: انتقال داده از طریق کابل HDMI

۱۲. WDM - مالتی‌پلکسینگ طول موج

CWDM: 18 کانال، طول موج 1310/1550nm، تا 70km
DWDM: 80+ کانال، سرعت تا 400Gbps، تا 1000km با تقویت

۱۳. تبدیل‌های عددی شبکه


IP: 192.168.10.15
Binary: 11000000.10101000.00001010.00001111
Decimal: 204.51.170.85
Hex: CC.33.AA.55

۱۴. نتیجه‌گیری

مفاهیم پایه شبکه، استانداردهای فیزیکی، پروتکل‌های کنترل برخورد، و آدرس‌دهی MAC، ستون فقرات ارتباطات مدرن هستند. تسلط بر اترنت و استانداردهای آن راه را برای طراحی و مدیریت شبکه‌ای قابل اعتماد هموار می‌کند و پایه‌ای قدرتمند برای موفقیت در Network+ و پروژه‌های حرفه‌ای شبکه فراهم می‌سازد.