7. فصل دوم - درس دوم : کابل های UTP

 

رفتاری ثابت در تمام لینک ها با استفاده از لایه ی Data Link

اگرچه اترنت شامل چندین استاندارد لایه ی فیزیکی می باشد اما همچنان اترنت شبیه به یک تکنولوژی LAN ثابت رفتار می کند، زیرا اترنت از استاندارد های لایه ی Data Link بصورت یکسان برای تمامی انواع لینک های فیزیکی استفاده می کند. این استاندارد تعریف کننده ی یک Header و Trailer مشخص می باشند. (به عنوان یک یادآوری ، هدر و تریلر سربار هایی می باشند که اترنت برای انجام کار خود در ارسال داده از طریق شبکه از آن ها استفاده می کند.) هیچ اهمیتی ندارد که داده ها بر روی یک کابل UTP ارسال می شوند یا هر نوع کابل دیگری همانند کابل های فیبر نوری، همچنین هیچ اهمیتی ندارد که میزان Speed یا همان سرعت ارسال داده ها چقدر می باشد، در هر صورت برای تمامی حالات لایه ی Data Link از یک Header و Trailer با فرمت یکسان استفاده می کند.

درحالی که استاندارد های لایه ی Physical تمرکز بر ارسال بیت ها بر روی کابل ها دارند، پروتکل های لایه ی Data Link در اترنت تمرکز بر روی ارسال Frame های Ethernet از یک دستگاه مبدا (Source) به یک دستگاه مقصد (Destination) در بستر اترنت دارند. از دیدگاه Data Link دستگاه ها Frame ها را ایجاد و ارسال می کنند. همانطور که برای اولین بار در درس 4 (اصطلاحات مدل TCP/IP) تعریف شده است، مفهوم Frame به Header و Trailer در Data Link به همراه دیتای بسته بندی (Encapsulate) شده در داخل Header و Trailer اشاره دارد. دستگاه های مختلف شبکه ی اترنت Frame ها را بر روی انواع لینک ها برای رسیدن به مقصدی درست ارسال می کنند و هیچ اهمیتی ندارد که لینک های مسیر از چه نوعی می باشند.

 

تصویر 1-2 مثالی از این فرایند را نمایش می دهد. در این مثال PC1 یک فریم اترنت را به مقصد PC3 ارسال می کند. فریم بر روی یک لینک اترنت UTP ارسال شده و به سوییچ SW1 می رسد سپس از طریق یک لینک فیبرنوری به سوییچ SW2 و پس از آن به سوییچ SW3 می رسد، در نهایت فریم دوباره بر روی یک لینک انترنت UTP جریان پیدا کرده و تحویل PC3 داده می شود. توجه داشته باشید که بیت ها در این مثال در 4 سرعت متفاوت ارسال می شوند: 10 Mbps، 1 Gbps، 10 Gbps و 100 Mbps به ترتیب.

تصویر 1-2  شبکه ی اترنت فریم های Data Link را بر روی انواع لینک ها ارسال می کند 

بنابراین سوالی که پیش می آید این است که در حقیقت شبکه ی Ethernet LAN چیست؟ شبکه ی Ethernet LAN ترکیبی از دستگاه های یوزر ها به همراه سوییچ های اترنت و انواع مختلف کابل ها می باشد. هر لینک می تواند از نوع مختلفی از کابل ها در سرعت های متفاوت استفاده کند. تمامی این دستگاه ها و کابل ها با یکدیگر بصورت هماهنگ کار می کنند تا فریم های اترنت را از یک دستگاه در شبکه ی LAN به یک دستگاه دیگر تحویل دهند.

ادامه ی این درس بصورت عمیق تر به تمامی این مفاهیم میپردازد. در بخش بعدی پرداخته شده به نحوه ی ساخت یک شبکه ی اترنت فیزیکی با استفاده از کابل های UTP و کابل های فیبرنوری.

 

ساخت یک شبکه ی اترنت با استفاده از کابل های UTP

بخش بعدی این درس می پردازد به لینک هایی که در بین دو دستگاه در شبکه ی اترنت قرار می گیرند، خصوصا تمرکز اصلی بر روی کابل های Unshielded Twisted Pair (UTP) می باشد. قبل از اینکه شبکه ی اترنت بتواند فریم های اترنت را بین دو دستگاه منتقل کند، هر دستگاه باید برای ارسال دیتا بر روی لینک های فیزیکی پیکربندی شود.
تمرکز اصلی این بخش بر روی سه استاندارد متداول اترنت می باشد: 10BASE-T که تحت عنوان Ethernet شناخته می شود، 100BASE-T که به عنوان Fast Ethernet یا FE شناخته می شود و 1000BASE-T که تحت عنوان Gigabit Ethernet یا GE شناخته می شود. همچنین در این بخش جزئیات ارسال داده ها به هر دو جهت از طریق کابل UTP بررسی شده است. در نهایت می پردازد به بررسی کابل های UTP  با ظرفیت های 10 Mbps، 100 Mbps و 1000 Mbps.


انتقال داده ها بر روی لینک های Twisted Pair

درست است که داده ها از طریق لینک های UTP جریان می یابند اما در حقیقت و از نظر فیزیکی برای ارسال داده ها از الکتریسیته و جریانی که در داخل کابل های UTP وجود دارد استفاده می شود. برای درک هرچه بهتر اینکه چگونه داده ها بوسیله ی الکتریسیته در داخل کابل ها جریان می یابند بیاید این موضوع را به دو قسمت تقسیم کنیم: قسمت اول اینکه چگونه یک مدار الکتریکی ایجاد کنیم و قسمت دوم چگونگی ایجاد ارتباط یا به عبارت بهتر ترجمه ی الکتریسیته ی ایجاد شده به مقادیر 0 و 1. 
ابتدا، اترنت مشخص می کند که برای ایجاد مدار الکتریکی چگونه می توان دو سیم را در یک زوج سیم بهم تابیده گنجاند. همانطور که در تصویر 2-2 نمایش داده شده است. تصویر یک کابل UTP که به دو دستگاه متصل شده است را نمایش نمی دهد در عوض نشان دهنده ی دو سیم جداگانه در داخل یک کابل UTP می باشد. یک مدار الکتریکی نیاز به یک حلقه کامل دارد ، بنابراین دو دستگاه با استفاده از درگاههای اترنت خود (پورت ها) ، سیم ها را در یک جفت متصل می کنند تا یک حلقه را تکمیل کنند ، این کار باعث می شود تا الکتریسیته بتواند در کابل جریان پیدا کند. 

تصویر 2-2  ایجاد یک مدار الکتریکی بر روی یک جفت سیم برای ارسال در یک جهت

همانطور که در شکل 2-2 مشاهده می کنید جفت سیم ها به هر دو Node متصل شده اند و عملا Node ها ایجاد کننده ی یک حلقه بین دو جفت سیم می باشند.
برای اینکه دستگاه ها بتوانند بین یکدیگر داده ها را ارسال کنند بایستی از قوانینی مشترک تحت عنوان Encoding scheme استفاده کنند. این ایده بسیار شبیه به زمانی می باشد که دو انسان قصد دارند با یکدیگر صحبت کنند. لازمه ی صحبت این دو انسان چیست؟ مشخص است یک زبان مشترک! در دستگاه های شبکه فرستنده با استفاده از رمزگذاری الکتریسیته براساس قوانین Encoding scheme جریان الکتریسیته را بصورت 0 و 1 در می آورد و به سمت دریافت کننده ارسال میکند، دریافت کننده نیز همین کار را انجام می دهد بنابراین هر دو دستگاه یعنی چه فرستنده و چه دریافت کننده داده ها را بصورت بیت های 0 و 1 دریافت می کنند. حال اینکه چگونه سیگنال های الکتریکی تبدیل به 0 و 1 شوند کاملا بسته به نوع Encoding دارد که این مبحث خارج از مباحث این کتاب می باشد.

توجه داشته باشید که در کابل های UTP بصورت واقعی زوج سیم ها به جای اینکه بصورت موازی در کنار یکدیگر قرار بگیرند یعنی همانند تصویر 2-6، بصورت تابیده شده در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. پیچ خوردگی به حل برخی موارد مهم انتقال فیزیکی کمک می کند. هنگامی که جریان الکتریکی از هر سیم عبور می کند ، تداخل الکترومغناطیسی (Electromagnetic Interference (EMI)) ایجاد می کند که با سیگنال های الکتریکی در سیم های اطراف از جمله سیم های موجود در همان کابل تداخل می کند. پیچاندن جفت های سیم به یکدیگر کمک می کند تا اثر EMI تا حد زیادی از بین برود ، بنابراین اکثر کابل های فیزیکی شبکه که از سیم های مسی استفاده می کنند سیم های داخل ها بصورت جفت های به هم تابیده می باشند.

 

اعماق لینک های اترنت UDP

اصطلاح لینک اترنت به هر کابل فیزیکی بین دو دستگاه اترنت اشاره دارد. برای درک هرچه بهتر چگونگی عملکرد یک لینک UTP بهتر است یک لینک اترنت UTP را همانند تصویر 3-2 بصورت جداگانه و جزء به جزء بشناسید: کابل مورد استفاده، اتصالاتی که در دو سر کابل مورد استفاده قرار گرفته اند (Connectors) و پورت هایی که  مطابق با اتصالات دو سر کابل می باشند.

تصویر 3-2  پایه ای ترین اجزای یک لینک اترنت 

ابتدا در رابطه با کابل های UTP فکر کنید. یک کابل UTP تشکیل شده از سیم های مسی می باشد که بصورت تابیده شده در داخل کابل قرار گرفته اند. توجه داشته باشید اینکه چند رشته سیم در داخل کابل قرار گرفته براساس استاندارد کابل مورد نظر می باشد. برای مثال استاندارد های 10BASE-T و 100BASE-T از دو رشته ی به هم تابیده شده از سیم ها تشکیل شده درحالی که استاندارد 1000BASE-T از چهار رشته ی بهم تابیده تشکیل شده است. هر سیم دارای یک پوشش پلاستیکی با کد رنگی است که هر رشته ی بهم تابیده شده دارای یک رنگ می باشد. به عنوان مثال ، برای جفت سیم آبی ، روکش یکی از سیم ها بصورت تمام رنگ آبی است ، در حالی که روکش سیم دیگر نوار آبی و سفید است.
بسیاری از کابل های اترنت در دو سر خود از کانتکور های RJ-45 استفاده می کنند. کانکتور RJ-45 دارای هشت ورودی می باشد که می توان هشت سیم موجود در کابل را در آن قرار داد ، ورودی های موجود تحت عنوان Pin Positions یا بصورت ساده Pin شناخته می شوند. این پین ها مکانی را ایجاد می کنند که انتهای سیمهای مسی بتوانند به انتهای لینک فیزیکی متصل شوند و برق موجود در دستگاه ها را بر روی لینک جریان دهند.

 

نکته  اگر در کنار خود کابل UTP دارید به عنوان مثال کابلی که به مودم شما متصل شده است، حتما به کابل و کانکتور متصل به کابل نگاه کنید و پین های موجود بر روی کانکتور و رنگ های هر سیم را مشاهده کنید.

 

در آخر برای تکمیل کابل های فیزیکی و برقرار جریان ها، نیاز می باشد که دستگاه ها دارای پورت های RJ-45 مطابق با کانکتور های دو سر کابل ها باشند تا کابل ها توسط کانکتور های RJ-45 متصل به آنها به پورت های هر دستگاه وصل شوند. رایانه های شخصی عموما پورت های RJ-45 را بر روی کارت های شبکه ی خود دارند.

سوییچ ها به طور معمول دارای تعداد زیادی پورت RJ-45 هستند زیرا سوییچ ها دستگاهی برای اتصال به شبکه اترنت برای دستگاه های دیگر می باشند. برای ساده سازی این مبحث فرض کنید 20 کامپیوتر قصد دارند به یک سوییچ متصل شوند، می دانیم که هر کامپیوتر حداقل یک کارت شبکه دارد با یک پورت RJ-45 که برای هر کامپیوتر کفایت می کند اما سوییچی که قرار است تمامی این کامپیوتر ها به آن متصل شوند نیاز به چند پورت RJ-45 دارد؟؟ سوییچ ما حداقل نیاز به 20 پورت RJ-45 خواهد داشت. تصویر 4-2، عکس هایی از کابل ها، کانکتور RJ-45 و پورت های RJ-45 را نمایش می دهد.

 

تصویر 4-2  پورت های RJ-45، کانکتور های RJ45

در سمت چپ تصویر کانتکور نمایش داده شده و در سمت راست تصویر شکل پورت نمایش داده شده است. سمت چپ تصویر نشان دهنده ی 8 پین می باشد که در انتهای کانکتور RJ-45 قرار دارند. سمت راست تصویر نشان دهنده ی یک کارت شبکه (NIC) می باشد که هنوز به کامپیوتر متصل نشده است. تصویر پایین نشان دهنده ی یک سوییچ سیسکو با چندین پورت RJ-45 می باشد که می تواند چندین دستگاه  را به راحتی به شبکه ی اترنت متصل کند.

درحالی که کانکتور های RJ-45 متداول ترین نوع کانکتور ها می باشند، سوییچ های شرکت سیسکو از انواع دیگری از کانکتور ها نیز پشتیبانی می کنند. هنگامی که قصد خرید یک سوییچ سیسکو را دارید باید به انواع کانکتور هایی که پشتیبانی می کند و تعداد پورت های آن سوییچ فکر کنید.

برای قابلیت مشتری مداری بسیاری از سوییچ های سیسکو قابلیت تغییر سخت افزار و یا ارتقای سخت افزار را دارا می باشند. به عنوان مثال شما یک سوییچ خرید می کنید که تنها از کانکتور های RJ-45 پشتیبانی می کند، شما می توانید سخت افزار یا به عبارت بهتر ماژول نوع دیگری از کانکتور را خریداری کرده و بر روی سوییچ خود نصب کنید.

برای مثال تصویر 5-2 یک سوییچ با پورت های قابل تعویض را نمایش می دهد. در این مثال یک ماژول Small Form-factor Pluggable (SFP+) را که تا سرعت 10Gbps را پشتیبانی می کند نمایش می دهد. SFP+ قطعه ی نقره ای رنگ می باشد که کابل به آن متصل می باشد. 

 

تصویر 5-2  ماژول SFP+ با سرعت 10Gbps

 

انواع کانکتور هایی که می توانیم از آن ها نام ببریم عبارتند از:
Gigabit Ethernet Interface Converter (GBIC): حالت اورجینال و اصلی یک پورت گیگابیت که قابلیت جابجایی دارد و از ماژول SFP بزرگتر می باشد.

Small Form Pluggable (SFP): جایگزینی برای GBIC که در رابط های Gigabit استفاده می شود ، با اندازه کوچکتر و فضای کمتری در کنار کارت شبکه یا سوییچ قرار می گیرد.

Small Form Pluggable Plus (SFP): اندازه مشابه SFP، اما در رابط های 10 گیگابیت بر ثانیه استفاده می شود. علامت + نشان دهنده ی پشتیبانی سرعت بیشتر نسبت به ماژول SFP می باشد.

ادامه ی مقاله
با تهیه ی اشتراک ویژه می توانید به تمامی مقالات و منابع آموزشی دسترسی داشته باشید.
با پرداخت روزانه هزار تومان به منابع زیر دسترسی خواهید داشت :
1.تمامی مقالات آموزشی
2. ورک بوک های آموزشی
3.منابع آموزشی به همراه ترفند های شبکه