Wired LANs: Ethernet

المحلية االتصال شبكاتااليثرنت ) ( السلكية

الكريم : عبد بنان المهندسةمحمودي

CHAPTER 13

1

introduction• local area network (LAN) is a computer network that is designed

for a limited geographic area such as a building or a campus. Although a LAN can be used as an isolated network to connect computers in an organization for the sole purpose of sharing resources, most LANs today are also linked to a wide area network (WAN) or the Internet.

جغرافية • لمنطقة تصمم كمبيوتر شبكة هي المحلية الشبكةشبكة . استخدام يمكن أيضا جامعي حرم او كبناء LANمحدودة

وحيد لغرض منظمة في الكمبيوترات لربط فصل او عزل كشبكةشبكات ممعظم ، المصادر مشاركة إلى LANهو تربط اليوم

النطاق واسعة انترنت . WANشبكات أو

2

introduction

• The LAN market has seen several technologies such as Ethernet, Token Ring, Token Bus, FDDI, and ATM LAN. Some of these technologies survived for a while, but Ethernet is by far the dominant technology.

االيثرنيت • مثل تقنيات عدة ,Ethernet, Token Ring, Token BusهناكFDDI, and ATM LAN. . ولكن لفترة بقي التقنيات هذه بعض

Ethernet المهيمنة التقنية بقي

3

introduction

• Although Ethernet has gone through a four-generation evolution during the last few decades, the main concept has remained. Ethernet has changed to meet the market needs and to make use of the new technologies

األساسي • المفهوم أن إال تطور أجيال بأربع مرت االيثرنيت أن رغمالتقنيات . والستعمال السوق حاجات لتلبية االيثرنيت تغيرت بقي

الجديدة .

4

IEEE STANDARDS• In 1985, the Computer Society of the IEEE( Institute of Electrical

and Electronics Engineers). started a project, called Project 802, to set standards to enable intercommunication among equipment from a variety of manufacturers.

عام • كمبيوتر 1985في الكهرباء) IEEEجمعية مهندسي مؤسسةأسمته( مشروع بدأت معايير Project 802وااللكترونيات لوضع

مختلفة . مصانع من األجهزة بين الداخلي االتصاالت لتمكين

• Project 802 does not seek to replace any part of the OSI or the Internet model. Instead, it is a way of specifying functions of the physical layer and the data link layer of major LAN protocols.

•Project 802 من جزء أي استبدال بدال . OSIاليريد االنترنت نموذج اوربط وطبقة الفيزيائية الطبقة وظيفة لتحديد طريقة هو ذلك من

شبكة لبرتوكوالت الرئيسية . LANالبيانات5

IEEE STANDARDS• The standard was adopted by the American National Standards Institute

(ANSI). In 1987, the International Organization for Standardization (ISO) also approved it as an international standard under the designation ISO 8802.

األمريكي • القومي المعايير معهد قبل من أقر عام. ( ANSI)المعيار 1987فيللمقاييس العالمية اسم ISOالمنظمة تحت عالمية كمعايير عليها وافقت أيضا

ISO 8802

• The relationship of the 802 Standard to the traditional OSI model is shown in Figure 13.1. The IEEE has subdivided the data link layer into two sublayers: logical link control (LLC) and media access control (MAC). IEEE has also created several physical layer standards for different LAN protocols.

مقياس • التالي . OSIبنموذج 802عالقة بالشكل طبقة IEEEموضحة قسمتفرعيتين طبقتين إلى البيانات mediaو logical link control (LLC)وصلة

access control (MAC). IEEE فيزيائية طبقة معايير عدة أنشأت أيضاالمختلفة . LANلبرتوكوالت

6

7

Data Link Layer• As we mentioned before, the data link layer in the IEEE standard

is divided into two sublayers: LLC and MAC.

معيار • في البيانات ربط طبقة ، سابقا ذكرنا الى IEEEكما تقسمفرعيتين : media accessو logical link control (LLC)طبقتين

control (MAC)

8

Logical Link Control (LLC)• Data link control handles framing, flow control, and error control.

In IEEE Project 802, flow control, error control, and part of the framing duties are collected into one sublayer called the logical link control. Framing is handled in both the LLC sublayer and the MAC sublayer.

والتحكم • بالتدفق التحكم ، التأطير تعالج البيانات بوصلة التحكمفي . ، IEEE Project 802بالخطأ بالخطأ التحكم ، بالتدفق التحكم ،

واجبات من تسمى framingوجزء واحدة فرعية طبقة في تجمعlogical link control . ) ( في يعالج التأطير المنطقية بالوصلة التحكم

الفرعية LLCكلتا . MACوالطبقة

9

Logical Link Control (LLC)• The LLC provides one single data link control protocol for all IEEE

LANs. In this way, the LLC is different from the media access control sublayer, which provides different protocols for different LANs. A single LLC protocol can provide interconnectivity between different LANs because it makes the MAC sublayer transparent. Figure 13.1 shows one single LLC protocol serving several MAC protocols.

الفرعية • لكل LLCالطبقة وحيد البيانات بوصلة تحكم ببرتوكول تزودIEEE LANs .

الطريقة • الفرعية LLCبهذه الطبقة عن ، media access controlتختلفمختلفة . محلية لشبكات مختلفة ببروتوكوالت تزود التي

شبكات LLCبرتوكول • مختلف بين داخلي بربط يزود أن يمكن الوحيدLANs الفرعية الطبقة يجعل انه شفافة . MACبسبب

برتوكول • يبين السابق برتوكوالت LLCالشكل عدة يخدم . MACوحيد

10

Logical Link Control (LLC)• Framing LLC defines a protocol data unit (PDU) that is somewhat similar to that

of HDLC. The header contains a control field like the one in HDLC; this field is used for flow and error control. The two other header fields define the upper-layer protocol at the source and destination that uses LLC. These fields are called the destination service access point (DSAP) and the source service access point (SSAP). The other fields defined in a typical data link control protocol such as HDLC are moved to the MAC sublayer. In other words, a frame defined in HDLC is divided into a PDU at the LLC sublayer and a frame at the MAC sublayer, as shown in Figure 13.2.

•LLC بيانات وحدة برتوكول في ( PDU)تعرف ̀للموجودة الرأس . HDLCمشابهةفي الموجود مثل تحكم حقل على للتحكم HDLCيحتوي يستخ̀دم الحقل ه̀ذا ،

المصدر . عند العليا الطبقة برتوكول يعرفان اآلخرين الرأس حقلي والت̀دفق بالخطأيستخ̀دموا ال̀ذين تسمى . LLCوا̀له̀دف الحقول destination service accessهذه

point (DSAP) ) ( و الهدف خدمة وصول source service access point (SSAP) نقطةبوصلة) ( . التحكم برتوكول تعرف األخرى الحقول المصدر خدمة وصول نقطة

مثل المثالي الفرعية HDLCالبيانات الطبقة إلى اإلطار . MACتتحرك أخرى بكلماتفي إلى HDLCالمعرف طبقة PDUيقسم الطبقة LLCعند عن̀د وإطار الفرعية

بالشكل : MACالفرعية مبين هو كما11

Logical Link Control (LLC)• Need for LLC The purpose of the LLC is to provide flow and error

control for the upper-layer protocols that actually demand these services. For example, if a LAN or several LANs are used in an isolated system, LLC may be needed to provide flow and error control for the application layer protocols. However, most upper-layer protocols such as IP do not use the services of LLC. For this reason, we end our discussion of LLC.

•Need for LLC : من والخطأ LLCالهدف بالتدفق بالتحكم التزويد هوكان . اذا كمثال الخدمات هذه تطلب التي العليا الطبقة لبرتوكوالت

شبكات LANشبكة عدة ، LANاو معزول نظام في LLCتستخدمطبقة لبرتوكوالت والتدفق بالخطأ بالتحكم للتزويد لها يحتاج ربما

مثل . العليا الطبقة برتوكوالت معظم األحوال بكل IPالتطبيقخدمات لطبقة . LLCالتستخدم شرحنا سننهي السبب . LLCلهذا

12

13

Media Access Control (MAC)• Multiple access methods including random access, controlled

access, and channelization. IEEE Project 802 has created a sublayer called media access control that defines the specific access method for each LAN. For example, it defines CSMA/CD as the media access method for Ethernet LANs and the token passing method for Token Ring and Token Bus LANs. As we discussed in the previous section, part of the framing function is also handled by the MAC layer.

العشوائي • الوصول تتضمن المتعدد الوصو̀ل random accessطرقالمتحكم channelization . IEEE Projectو controlled accessوالوصول

للوسط 802 بالوصول التحكم تسمى فرعية طبقة media accessينشأcontrol لكل محددة وصول طرق تعرف تعرف . : LANالتي انها كمثال

CSMA/CD ايثيرنت اجل من للوسط وصول وطريقة LANكطريقةtoken passing اجل شرحنا. Token Ring and Token Bus LANsمن وكما

طبقة قبل من يعالج التأطير من جزء أن . MACسابقا

14

Media Access Control (MAC)• In contrast to the LLC sublayer, the MAC sublayer contains a

number of distinct modules; each defines the access method and the framing format specific to the corresponding LAN protocol.

الفرعية • الطبقة مع الفرعية LLCبالمقارنة الطبقة ،MAC عدد تحويوشكل وصول طريقة يعرف منها كل ، المتميزة الوحدات من

برتوكول لكل المعين المطابق . LANالتأطير

15

Physical Layer• The physical layer is dependent on the implementation and type

of physical media used. IEEE defines detailed specifications for each LAN implementation. For example, although there is only one MAC sublayer for Standard Ethernet, there is a different physical layer specifications for each Ethernet implementations.

الفيزيائي • الوسط ونوع تطبيق على تعتمد الفيزيائية الطبقةمحلية IEEEالمستخدم . شبكة تطبيق لكل مفصلة مواصفات يعرف

LAN . اجل من واحدة فرعية طبقة فقط هناك انه من بالرغم كمثالStandard Ethernet لكل مختلفة فيزيائية طبقة مواصفات هناك ،االيثرنت . تطبيقات

16

STANDARD ETHERNET• The original Ethernet was created in 1976 at Xerox's Palo Alto

Research Center (PARC). Since then, it has gone through four generations: Standard Ethernet (l0 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (l Gbps), and Ten-Gigabit Ethernet (l0 Gbps), as shown in Figure 13.3 .

عام • انشأ االصلي التو 1976االيثرنيت بحوث مركز من . ( PARC)فياجيال : اربع عبر تطور الوقت ذلك

•Standard Ethernet (l0 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (l Gbps), and Ten-Gigabit Ethernet (l0 Gbps)

17

أجيال أربع عبر االيثرنيت تطور

18

MAC Sublayer• In Standard Ethernet, the MAC sublayer governs the operation of

the access method. It also frames data received from the upper layer and passes them to the physical layer.

طبقة • القياسي االيثرنيت طريقة MACفي عملية تحكم الفرعيةوتمررها . العليا الطبقة من المستقبلة للبيانات إطار وتصنع الوصول

الفيزيائية . الطبقة إلى

19

Frame Format• The Ethernet frame contains seven fields: preamble, SFD, DA, SA,

length or type of protocol data unit (PDU), upper-layer data, and the CRC. Ethernet does not provide any mechanism for acknowledging received frames. Acknowledgments must be implemented at the higher layers. The format of the MAC frame is shown in Figure 13.4.

حقول : • سبع يحوي االيثرنت إطار•preamble, SFD, DA, SA, length or type of protocol data unit

(PDU), upper-layer data, and the CRC.اإلقرارات . • المستقبلة اإلطارات إلقرار تقنية بأي اليزود االيثرنت

إطار . شكل العليا الطبقات في تطبق أن بالشكل MACيجب مبينالتالي :

20

21

Frame Format• Preamble. The first field of the 802.3 frame contains 7 bytes (56

bits) of alternating 0s and Is that alerts the receiving system to the coming frame and enables it to synchronize its input timing. The pattern provides only an alert and a timing pulse. The 56-bit pattern allows the stations to miss some bits at the beginning of the frame. The preamble is actually added at the physical layer and is not (formally) part of the frame.

•Preamble : إطار في األول على 802.3الحقل 56بايت )7يحتويبين ( بتناوب اإلطار 1sو 0sبت إلى االستقبال نظام ينبه الذي

. بمنبه فقط يزود النمط دخله توقيت لمزامنة ويمكنه القادمتوقيت . في bit-56ونبضات البتات بعض لتفقد للمحطة تسمح

اإلطار . بداية•Preamble ليس رسميا ولكنه الفيزيائية الطبقة عند يضاف فعليا

اإلطار من 22جزء

Frame Format• Start frame delimiter (SFD). The second field (l byte: 10101011)

signals the beginning of the frame. The SFD warns the station or stations that this is the last chance for synchronization. The last 2 bits is 11 and alerts the receiver that the next field is the destination address.

•Start frame delimiter (SFD) : الثاني ( l byte: 10101011)الحقليحذر . اإلطار بداية إلى ان SFDيشير بأن المحطات او المحطة

هما . بتين آخر للتزامن فرصة آخر هي ان 11هذه المستقبل وتنبهالهدف . عنوان هو التالي الحقل

23

Frame Format• Destination address (DA). The DA field is 6 bytes and contains

the physical address of the destination station or stations to receive the packet.

الهدف • الهدف: عنوان عنوان ويحوي 6هو DAحقل بايتالرزم . لتستقبل المحطات او الهدف لمحطة الفيزيائي العنوان

• Source address (SA). The SA field is also 6 bytes and contains the physical address of the sender of the packet.

المصدر • المصدر: عنوان عنوان ويحوي 6أيضا SAحقل بايتالرزم . لمرسل الفيزيائي العنوان

24

Frame Format• Length or type. This field is defined as a type field or length field.

The original Ethernet used this field as the type field to define the upper-layer protocol using the MAC frame. The IEEE standard used it as the length field to define the number of bytes in the data field. Both uses are common today.

النوع • او الطول: . الطول وحقل النوع كحقل يعرف الحقل هذابرتوكول لتعريف نوع كحقل الحقل هذا يستخدم األصلي االيثرنت

إطار باستخدام العليا .MACالطبق•IEEE standard في البايتات عدد لتعريف طول كحقل تستخدمه

اليوم . . شائع االستخدام كال البيانات حقل

25

Frame Format• Data. This field carries data encapsulated from the upper-layer

protocols. It is a minimum of 46 and a maximum of 1500 bytes, as we will see later.

الطبقة : • برتوكوالت من المغلفة البيانات يحمل الحقل البياناتاألدنى . الحد بايت . 1500واالعظمي 46العليا

• CRC. The last field contains error detection information, in this case a CRC-32.

يكون • الحالة هذه وفي الخطأ كشف معلومات يحوي حقل CRCآخر32

26

Frame Length• Ethernet has imposed restrictions on both the minimum and

maximum lengths of a frame, as shown in Figure 13.5.كما • لإلطار واالعظمي األدنى الطول على القيود فرضت االيثرنت

بالشكل : مبين هو

27

Frame Length• The minimum length restriction is required for the correct operation

of CSMAlCD as we will see shortly. An Ethernet frame needs to have a minimum length of 512 bits or 64 bytes. Part of this length is the header and the trailer. If we count 18 bytes of header and trailer (6 bytes of source address, 6 bytes of destination address, 2 bytes of length or type, and 4 bytes of CRC), then the minimum length of data from the upper layer is 64 - 18 = 46 bytes. If the upper-layer packet is less than 46 bytes, padding is added to make up the difference.

لل` • ال̀صحيحة للعملية مطلوب األدنى الطول تقييد كما CSMAlCDإنمن . ادنى طول له يكون الن يحتاج االيثرنت إطار الحقا بت 512سنرى

والتذييل . . 64او الرأس هو الطول هذا من جزء بايتحسبنا • وتذييل )18اذا رأس ، 6بايت المصدر لعنوان بايتات 6بايتات

، الهدف ، 2لعنوان النوع او للطول لحقل 4بايت بعدها ( CRCبايتيكون العليا الطبقة من للبيانات االصغري اذا . 46=18-64الطول بايت

من اقل العليا الطبقة رزمة الفرق . 46كانت لتصنع حشوة ت̀ضاف بايت

28

Frame Length• The standard defines the maximum length of a frame (without

preamble and SFD field) as 1518 bytes. If we subtract the 18 bytes of header and trailer, the maximum length of the payload is 1500 bytes. The maximum length restriction has two historical reasons. First, memory was very expensive when Ethernet was designed: a maximum length restriction helped to reduce the size of the buffer. Second, the maximum length restriction prevents one station from monopolizing the shared medium, blocking other stations that have data to send.

حقل ) • بدون لإلطار االعظمي الطول يعرف preambleالمقياسطرحنا . bytes 1518كما ( SFDوحقل الرأس 18إذا من بايت

للحمولة االعظمي الطول يكون ، الطول . 1500والتذييل تقييد بايتسببان : له صمم اوالاالعظمي عندما جدا غالية الذاكرة ان

البافر : . حجم تخفيض في يساعد االعظمي الطول تقييد االيثرنتالوسط : ثانيا• احتكار من واحدة محطة يمنع االعظمي الطول تقييد

لال̀رسال . بيانات تملك أخرى محطات ويمنع ، 29المشارك

30

Addressing• Each station on an Ethernet network (such as a PC, workstation,

or printer) has its own network interface card (NIC). The NIC fits inside the station and provides the station with a 6-byte physical address. As shown in Figure 13.6, the Ethernet address is 6 bytes (48 bits), normally written in hexadecimal notation, with a colon between the bytes.

او ) • العمل محطة او كالكمبيوتر االيثرنت شبكة على محطة كلبها ( الخاص الكرت لها . network interface card (NIC)الطابعة

الفيزيائي بالعنوان المحطة ويزود المحطة داخل يكون الكرتمن االيثرنت . 6المؤلف عنوان بالشكل مبين هو كما بايت 6بايت

(48 bits ) . بينهما تنقيط مع عشري الستة بالترقيم يكتب عادة ،

31

32

Addressing• Unicast, Multicast, and Broadcast Addresses A source address is

always a unicast address-the frame comes from only one station. The destination address, however, can be unicast, multicast, or broadcast. Figure 13.7 shows how to distinguish a unicast address from a multicast address. If the least significant bit of the first byte in a destination address is 0, the address is unicast; otherwise, it is multicast.

•Unicast, Multicast, and Broadcast Addresses : دائما المصدر عناوينفقط . unicastعناوين واحدة محطة من يأتي اإلطار ،

يكون • أن يمكن الهدف او unicast, multicastعنوان ،broadcast . عنوان • بين ونفرق نميز كيف يبين التالي multicastوعنوان unicastالشكل

.الهدف • بعنوان األو̀ل البايت في رتبة األقل البت كان العنوان 0إذا يكون

unicast يكون multicastوإال• The least significant bit of the first byte defines the type of address. If

the bit is 0, the address is unicast; otherwise, it is multicast.33

34

Addressing• A unicast destination address defines only one recipient; the

relationship between the sender and the receiver is one-to-one. A multicast destination address defines a group of addresses; the relationship between the sender and the receivers is one-to-many.

الهدف • المرسل unicastعنوان بين والعالقة ، المستلم فقط يعرفتكون .one-to-oneوالمستقبل

الهدف • بين multicast عنوان العالقة ، العناوين من مجموعة يعرفتكون والمستقبل . one-to-manyالمرسل

• The broadcast address is a special case of the multicast address; the recipients are all the stations on the LAN. A broadcast destination address is forty-eight Is.

عنوان broadcastعنوان • من خاصة حالة هم multicastهو المستلمين ،شبكة على المحطات الهدف . LANكل 1من 48هو broadcastعنوان

The broadcast destination address is a special case of the multicast address in which all bits are 1 s.

الهدف العنوان broadcastعنوان من خاصة حالة حيث multicastهوتكون البتات 135كل

Example 13.1• Define the type of the following destination addresses:

التالية :• العناوين من كل نوع أوجديa. 4A:30:10:21:1O:1Ab. 47:20:1B:2E:08:EEc. FF:FF:FF:FF:FF:FF• Solution• To find the type of the address, we need to look at the second

hexadecimal digit from the left. If it is even, the address is unicast. If it is odd, the address is multicast. If all digits are F's, the address is broadcast. Therefore, we have the following:

اليسار . • من عشرية ستة خانة ثاني إلى ننظر الن نحتاج العنوان نوع إليجاديكون العنوان زوجية كانت العنوان . unicastإذا يكون فردية كانت إذا أما

multicast . الخانات كل كانت يكون Fإذا . broadcastالعنوانa. This is a unicast address because A in binary is 1010 (even).b. This is a multicast address because 7 in binary is 0111 (odd).c. This is a broadcast address because all digits are F's.36

Example 13.1• The way the addresses are sent out on line is different from the

way they are written in hexadecimal notation. The transmission is left-to-right, byte by byte; however, for each byte, the least significant bit is sent first and the most significant bit is sent last. This means that the bit that defines an address as unicast or multicast arrives first at the receiver.

الطريقة • عن تختلف الخط على العنوان فيها يرسل التي الطريقةاليسار . من يكون اإلرسال عشري الستة الترقيم في بها يكتب التياوال يرسل رتبة االقل البت بايت لكل لذلك ، بايت بايت ، اليمين إلىالعنوان . نوع يعرف الذي البت يعني هذا بالنهاية ترسل رتبة والكثر

unicast اوmulticast للمستقبل أوال يصل

37

Example 13.2• Show how the address 47:20:1B:2E:08:EE is sent out on line.• Solution• The address is sent left-to-right, byte by byte; for each byte, it is

sent right-to- Left , bit by bit, as shown below:

38

Access Method: CSMA/CD• Standard Ethernet uses I-persistent CSMA/CD• Slot Time In an Ethernet network, the round-trip time required for a

frame to travel from one end of a maximum-length network to the other plus the time needed to send the jam sequence is called the slot time.

•Slot Time : المطلوب واإلياب الذهاب رحلة زمن االيثرنت شبكة فياألخرى إلى للشبكة االعظمي بالطول نهاية أول من لينتقل لإلطار

يسمى العطل سلسلة إلرسال المحتاج الوقت إلى slot timeإضافة

•The slot time in Ethernet is defined in bits. It is the time required for a station to send 512 bits. This means that the actual slot time depends on the data rate; for traditional 10-Mbps Ethernet it is 51.2 μs.

لترسل . • للمحطة المطلوب الوقت هو بالبت الوقت هذا بت . 512يعرفزمن أن يعني اجل slot timeهذا ،من البيانات معدل على يعتمد الفعلي

يكون التقليدية μs 39 51.2االيثرنت

Access Method: CSMA/CD• Slot Time and Collision The choice of a 512-bit slot time was not

accidental. It was chosen to allow the proper functioning of CSMA/CD. To understand the situation, let us consider two cases.

•Slot Time and Collision : زمن مصادفة slot time 512-bitاختيار ليسل`. والمناسب الصحيح بالعمل للسماح اختياره لفهم . CSMA/CDتم

حالتين . وجود سنعتبر الحالة

40

Access Method: CSMA/CD• Slot Time and Collision• In the first case, we assume that the sender sends a minimum-size packet of

512 bits. Before the sender can send the entire packet out, the signal travels through the network and reaches the end of the network. If there is another signal at the end of the network (worst case), a collision occurs. The sender has the opportunity to abort the sending of the frame and to send a jam sequence to inform other stations of the collision. The round-trip time plus the time required to send the jam sequence should be less than the time needed for the sender to send the minimum frame, 512 bits. The sender needs to be aware of the collision before it is too late, that is, before it has sent the entire frame.

األولى • الحالة من: في ادنى حد بحجم رزم يرسل المرسل أن بت . 512نفترضعبر تنتقل االشارة ، خارجا الرزمة كامل إرسال المرسل بإمكان يصبح أن قبلالشبكة . نهاية في أخرى إشارة هناك كان إذا الشبكة نهاية الى وتصل الشبكةاإلطار) ( . ارسال إليقاف الفرصة لديه المرسل يحدث االصطدام ، حالة اسوأ

زمن . االصطدام عن المحطات باقي إلعالم عطل سلسلة round-tripوالرسالالعطل سلسلة الرسال المطلوب الزمن أقل jam sequenceزائد يكون أن يجب

األدنى الحجم ذو اإلطار الرسال المرسل يحتاجه الذي الزمن بت . 512منيرسل ان قبل أي ، األوان فوات قبل لالصطدام مدرك يكون الن يحتاج المرسل

االطار . 41كامل

Access Method: CSMAICD• Slot Time and Collision• In the second case, the sender sends a frame larger than the minimum size

(between 512 and 1518 bits). In this case, if the station has sent out the first 512 bits and has not heard a collision, it is guaranteed that collision will never occur during the transmission of this frame. The reason is that the signal will reach the end of the network in less than one-half the slot time. If all stations follow the CSMA/CD protocol, they have already sensed the existence of the signal (carrier) on the line and have refrained from sending.

الثانية • الحالة بين: ) في االدنى الحد من اكبر اطار يرسل و 512المرسل بتأول ( . 1518 خارجا أرسلت المحطة إذا الحال̀ة هذه في ولم 512بت بت

ان . السبب االطار ارسال اثناء اصطدام يحدث لن بانه تضمن ، اصطدام تسمعزمن نصف من اقل في الشبكة نهاية تصل سوف كل . slot timeاالشارة إذا

برتوكول تتبع على ) ( ، CSMA/CDالمحطات الحامل اإلشارة بوجود سيشعروااالرسال . عن وتمتنع الخط

42

Access Method: CSMA/CD• Slot Time and Collision• In the second case, If they sent a signal on the line before one-half of the slot

time expired, a collision has occurred and the sender has sensed the collision. In other words, collision can only occur during the first half of the slot time, and if it does, it can be sensed by the sender during the slot time. This means that after the sender sends the first 512 bits, it is guaranteed that collision will not occur during the transmission of this frame. The medium belongs to the sender, and no other station will use it. In other words, the sender needs to listen for a collision only during the time the first 512 bits are sent.

الثانية • الحالة في وقت: نتابع نصف انتهاء قبل الخط على اشارة ارسال تم اذاslot time . أخرى بكلمات باالصطدام يحس والمرسل يحدث االصطدام ،

من األول النصف أثناء فقط يحدث أن يمكن حدث slot timeاالصطدام وإذا ،أثناء المرسل به يشعر أن المرسل . slot timeيمكن يرسل أن بعد انه يعني هذا

الوسط . 512أول االطار هذا ارسال اثناء اصطدام يحدث لن بانه يضمن ، بتيحتاج . المرسل أخرى بكلمات تستخدمه سوف أخرى والمحطة للمرسل يعود

أول فيه ترسل الذي الوقت أثناء فقط لالصطدام بت . 512لالستماع43

Access Method: CSMA/CD• Slot Time and Collision• In the second case• Of course, all these assumptions are invalid if a station does not

follow the CSMA/CD protocol. In this case, we do not have a collision, we have a corrupted station.

التتبع • المحطة إذا صحيحة غير تكون الفرضيات هذه كل طبعاوإنما CSMA/CD.برتوكول اصطدام لدينا اليكون الحالة هذه في

متعطلة . محطة يكون

44

Access Method: CSMA/CD• Slot Time and Maximum Network Length • There is a relationship between the slot time and the maximum

length of the network (collision domain). It is dependent on the propagation speed of the signal in the particular medium. In most transmission media, the signal propagates at 2 x 108 mls (two-thirds of the rate for propagation in air). For traditional Ethernet, we calculate

•Slot Time and Maximum Network Length بين • عالقة مجال ) slot timeهناك للشبكة االعظمي والطول

المحدد ( . . الوسط في اإلشارة توليد سرعة على تعتمد االصطدامبسرعة تنتشر اإلشارة اإلرسال أوساط معظم وهي ) x 108 mls 2في

نحسب ( . : التقليدية لاليثرنت الهواء في انتشارها معدل ثلثي

45

Access Method: CSMA/CD• Slot Time and Maximum Network Length

• Of course, we need to consider the delay times in repeaters and interfaces, and the time required to send the jam sequence. These reduce the maximum-length of a traditional Ethernet network to 2500 m, just 48 percent of the theoretical calculation.

والوقت • ، والوصالت المكرر في التأخير وقت العتبار نحتاج طبعالشبكة . االعظمي الطول يقلل هذا العطل سلسلة الرسال المطلوب

إلى التقليدية النظري . 48فقط m 2500االيثرنت الحساب من بالمائةMaxLength=2500 m

46

47

Physical Layer

• Encoding and Decoding• All standard implementations use digital signaling (baseband) at

10 Mbps. At the sender, data are converted to a digital signal using the Manchester scheme; at the receiver, the received signal is interpreted as Manchester and decoded into data.

رقمية ) • إشارة تستخدم القياسية التطبيقات عند ( basebandكل10 Mbps . باستخدام رقمية إشارة إلى تحول البيانات المرسل عند

تترجم المستقبلة االشارة ، المستقبل عند ، مانشيستر مخططلبيانات . وتتحول الترميز ويفك مانشستر حسب

• Manchester encoding is self-synchronous, providing a transition at each bit interval. Figure 13.9 shows the encoding scheme for Standard Ethernet.

بت . • فترة كل عند باالنتقال يزود ، التزامن ذاتي مانشستر ترميزالقياسي . لاليثرنت الترميز مخطط يبين التالي 48الشكل

49

Physical Layer• 10 Base5: Thick Ethernet• The first implementation is called 10Base5, thick Ethernet, or

Thicknet. The nickname derives from the size of the cable, which is roughly the size of a garden hose and too stiff to bend with your hands. 10Base5 was the first Ethernet specification to use a bus topology with an external transceiver (transmitter/receiver) connected via a tap to a thick coaxial cable. Figure 13.10 shows a schematic diagram of a lOBase5 implementation.

يسمى • تطبيق االسم .Thicknetاو 10Base5, thick Ethernetأولخرطوم حجم تقريبا هو الذي ، الكابل حجم من يشتق المستعار

باليد . انحناؤه اليمكن جدا وصلب حديقة•10Base5 الخطي التوصيل استخدمت ايثرنت مواصفات اول هو

خارجي ومرسل transceiver (transmitter/receiver)بمستقبليبين . التالي الشكل سميك محوري كابل إلى تاب عبر موصولة

لتطبيق تخطيطي 10Base5مخطط50

51

Physical Layer• 10Base5: Thick Ethernet• The transceiver is responsible for transmitting, receiving, and detecting

collisions. The transceiver is connected to the station via a transceiver cable that provides separate paths for sending and receiving. This means that collision can only happen in the coaxial cable.

•Transceiver . االصطدامات وكشف واالستقبال اإلرسال عن مسؤولtransceiver كابل طريق عن بالمحطة يزود transceiverيوصل الذي

ان . يمكن االصطدام ان يعني هذا واالستقبال لإلرسال منفصلة بمساراتالمحوري . الكابل في فقط يحدث

• The maximum length of the coaxial cable must not exceed 500 m, otherwise, there is excessive degradation of the signal. If a length of more than 500 m is needed, up to five segments, each a maximum of 500-meter, can be connected using repeaters. Repeaters will be discussed in Chapter 15.

اليتجاوز • ان يجب المحوري للكابل االعظمي ذلك m 500الطول ماعدا ،من . أكثر الطول كان إذا لالشارة تخفيض هناك ، m 500يكون المطلوباعظمي بطول منها كل قطع لخمس تقسيمها تتصل m 500يمكن ان يمكن

المكررات . 52باستخدام

Physical Layer• 10Base2: Thin Ethernet• The second implementation is called 10Base2, thin Ethernet, or

Cheapernet. 10Base2 also uses a bus topology, but the cable is much thinner and more flexible. The cable can be bent to pass very close to the stations. In this case, the transceiver is normally part of the network interface card (NIC), which is installed inside the station. Figure 13.11 shows the schematic diagram of a 10Base2 implementation.

يسمى • الثاني .10Base2, thin Ethernet, or Cheapernetالتطبيق•10Base2 بكثير انحف الكابل ولكن الخطي التوصيل يستخدم أيضا

في . . المحطة من بالقرب ليمر يحنى ان يمكن الكابل مرونة وأكثرالحالة الشبكة transceiverهذه كرت من جزء عادة networkهو

interface card (NIC) . التالي الشكل المحطة داخل يثبت الذي ،لتطبيق تخطيطي مخطط 10Base2يبين

53

54

Physical Layer• 10Base2: Thin Ethernet• Note that the collision here occurs in the thin coaxial cable. This

implementation is more cost effective than 10Base5 because thin coaxial cable is less expensive than thick coaxial and the tee connections are much cheaper than taps. Installation is simpler because the thin coaxial cable is very flexible. However, the length of each segment cannot exceed 185 m (close to 200 m) due to the high level of attenuation in thin coaxial cable.

التطبيق . • هذا المحوري الكابل في يحدث االصطدام ان هنا نالحظمن كلفة ارخص 10Base5اقل الرفيع المحوري الكابل ان بسبب

ووصلة السميك من teeمن ان . tapsارخص بسبب أسهل التركيبمقطع . كل طول األحوال بكل مرونة أكثر النحيف المحوري الكابل

يتجاوز ان للتخامد m 185اليمكن العالي المستوى بسبب وذلكالمحوري . الكابل هذا في

55

Physical Layer• 10Base-T: Twisted-Pair Ethernet• The third implementation is called 10Base-T or twisted-pair

Ethernet. 10Base-T uses a physical star topology. The stations are connected to a hub via two pairs of twisted cable, as shown in Figure 13.12.

يسمى • الثالث . twisted-pair Ethernetأو 10Base-Tالتطبيق•10Base-T . تتصل المحطات الفيزيائي النجمي التوصيل يستخدم

هو كما ، الثنائية المزدوجة األسالك من اثنان طريق عن الهاب إلىالتالي . بالشكل مبين

56

57

Physical Layer• 10Base-T: Twisted-Pair Ethernet• Note that two pairs of twisted cable create two paths (one for

sending and one for receiving) between the station and the hub. Any collision here happens in the hub. Compared to 10Base5 or 10Base2, we can see that the hub actually replaces the coaxial cable. The maximum length of the twisted cable here is defined as 100 m, to minimize the effect of attenuation in the twisted cable.

لالرسال ) • واحد مسارين تنشأ الثنائية األسالك زوجي ان نالحظمع ( . بالمقارنة والهاب المحطة بين لالستقبال او 10Base5وواحد

10Base2 الكابل محل يحل الحقيقة في الهاب ان نشاهد ان يمكننا ،هو . المزدوج الثنائي للكابل االعظمي الطول m 100المحوري

فيها . التخامد تأثير لتقليل

58

Physical Layer

• 10Base-F: Fiber Ethernet• Although there are several types of optical fiber 10-Mbps

Ethernet, the most common is called 10Base-F. 10Base-F uses a star topology to connect stations to a hub. The stations are connected to the hub using two fiber-optic cables, as shown in Figure 13.13.

الضوئية • األلياف من أنواع عدة هناك ان من Mbps-10بالرغمEthernet هو شيوعا األكثر ،10Base-F.

•10Base-F . الهاب إلى المحطات لوصل النجمي التوصيل يستخدمهو كما ، ضوئية ألياف كابلين باستخدام الهاب إلى تتصل المحطات

بالشكل . مبين

59

60

Summary

61

CHANGES IN THE STANDARD• The 10-Mbps Standard Ethernet has gone through several

changes before moving to the higher data rates. These changes actually opened the road to the evolution of the Ethernet to become compatible with other high-data-rate LANs. We discuss some of these changes in this section.

القياسي • ان Mbps-10االيثرنت قبل تغيرات عدة عبر يذهبتفتح . الحقيقة في التغيرات هذه أعلى بيانات معدل إلى يتحرك

شبكات مع متوافق ليصبح االيثرنت لتطور بمعدل LANsالطريقالقسم . . هذا في التغيرات هذه من بعض سنشرح عالي بيانات

62

Bridged Ethernet• The first step in the Ethernet evolution was the division of a LAN

by bridges. Bridges have two effects on an Ethernet LAN: They raise the bandwidth and they separate collision domains. We discuss bridges in Chapter 15.

المحلية • الشبكات قسم كانت االيثرنت تطوير في األولى الخطوةالمحلية . : االيثرنت شبكة على تأثيران لها الجسور بالجسور

االصطدام . مجاالت ويفصلوا الحزمة عرض يرفعون

63

Bridged Ethernet• Raising the Bandwidth• In an unbridged Ethernet network, the total capacity (10 Mbps) is shared

among all stations with a frame to send; the stations share the bandwidth of the network. If only one station has frames to send, it benefits from the total capacity (10 Mbps). But if more than one station needs to use the network, the capacity is shared. For example, if two stations have a lot of frames to send, they probably alternate in usage. When one station is sending, the other one refrains from sending. We can say that, in this case, each station on average, sends at a rate of 5 Mbps. Figure 13.14 shows the situation.

شبكة • هي unbridged Ethernetفي الكاملة كل ( Mbps 10)السعة بين تشاركاذا . للشبكة الحزمة عرض مع تشترك المحطات ، لإلرسال إطار مع المحطات

الكاملة السعة من ستستفيد ، لإلرسال إطار تملك واحدة محطة 10)فقطMbps ) . .ستتشارك السعة ، الشبكة الستخدام تحتاج محطة من أكثر اذا ولكن

ان كمثال : • المحتمل من لالرسال االطارات من العديد لمحطتين كان اذااإلرسال . . عن ستمتنع األخرى واحدة محطة ترسل عندما باالستخدام يتناوبوا

ترسل المعدل في محطة كل الحالة هذه في القول في 5يمكن ميغابايتالحالة . . يبين التالي الشكل الثانية

64

65

Bridged Ethernet• Raising the Bandwidth• The bridge, can help here. A bridge divides the network into two or

more networks. Bandwidth-wise, each network is independent. For example, in Figure 13.15, a network with 12 stations is divided into two networks, each with 6 stations. Now each network has a capacity of 10 Mbps. The 10-Mbps capacity in each segment is now shared between 6 stations (actually 7 because the bridge acts as a station in each segment), not 12 stations. In a network with a heavy load, each station theoretically is offered 10/6 Mbps instead of 10/12 Mbps, assuming that the traffic is not going through the bridge.

أكثر . . • أو شبكتين الى الشبكة يقسم الجسر هنا المساعدة يمكنه الجسرتوجد . التالي الشكل في كمثال مستقل شبكة لكل الحزمة وعرض

تحوي فيها 12شبكة منها كل لشبكتين تقسم اآلن . 6محطة محطاتسعة تملك شبكة كل . 10كل في ستتشارك السعة وهذه ميغابايت

بين بالتمام ) 6مقطع كل 7محطات في كمحطة يت̀صرف الجسر النتمنح ( نظريا محطة كل ثقيل بحمل الشبكات في Mbps 10/6مقطع

من بالجسر . Mbps 10/12بدال اليمر المرور أن 66بافتراض

67

Bridged Ethernet• Raising the Bandwidth• It is obvious that if we further divide the network, we can gain

more bandwidth for each segment. For example, if we use a four-port bridge, each station is now offered 10/3 Mbps, which is 4 times more than an unbridged network.

حزمة • عرض نكسب سوف اكثر الشبكة قسمنا اذا انه الواضح منكل . : ، منافذ اربع له جسر استخدمنا اذا كمثال مقطع لكل أكثر

تمنح الشبكة Mbps 10/3محطة من اكثر مرات أربع وهوunbridged

68

Bridged Ethernet• Separating Collision Domains• Another advantage of a bridge is the separation of the collision

domain. Figure 13.16 shows the collision domains for an unbridged and a bridged network. You can see that the collision domain becomes much smaller and the probability of collision is reduced tremendously. Without bridging, 12 stations contend for access to the medium; with bridging only 3 stations contend for access to the medium.

يبين . • التالي الشكل االصطدام مجال فصل هو للجسر أخرى فائدةلشبكة االصطدام رؤية . bridgedوشبكة unbridgedمجال يمكننا

ينخفض االصطدام واحتمال اكثر اصغر يصبح االصطدام مجال أنالتجسير . بدون كبير ، 12بشكل للوسط للوصول تنافس محطة

فقط التجسير للوسط . 3بوجود للوصول تنافس محطات

69

70

Switched Ethernet• The idea of a bridged LAN can be extended to a switched LAN. Instead

of having two to four networks, why not have N networks, where N is the number of stations on the LAN? In other words, if we can have a multiple-port bridge, why not have an N-port switch? In this way, the bandwidth is shared only between the station and the switch (5 Mbps each). In addition, the collision domain is divided into N domains.

شبكة • الى LANفكرة توسع أن يمكن من . switched LANالمجسرة بدالهناك يكون ال لما ، شبكات اربع الى شبكتين حيث Nوجود عدد Nشبكة

شبكة ؟ LANمحطاتمبدل • لدينا اليكون لما المنافذ متعدد جسر لدينا كان اذا أخرى بكلمات

المحطة . Nبمنفذ بين فقط سيتشارك الحزمة عرض الطريقة هذه فيالى. ( Mbps each 5)والمبدل يقسم االصطدام مجال أن Nباإلضافةمجال .

71

Switched Ethernet

• A layer 2 switch is an N-port bridge with additional sophistication that allows faster handling of the packets. Evolution from a bridged Ethernet to a switched Ethernet was a big step that opened the way to an even faster Ethernet, as we will see. Figure 13.17 shows a switched LAN.

بمنفذ 2الطبقة • الجسر بمعالجة Nتبدل يسمح إضافي بتطورمن . التطور للرزم switchedالى bridged Ethernetأسرع

Ethernet كما أسرع اليثرنت الطريق فنحت كبيرة خطوة هوشبكة . يبين التالي الشكل switched LANسنرى

72

73

Full-Duplex Ethernet• One of the limitations of 10Base5 and 10Base2 is that communication is

half-duplex (10Base-T is always full-duplex); a station can either send or receive, but may not do both at the same time. The next step in the evolution was to move from switched Ethernet to full-duplex switched Ethernet. The full-duplex mode increases the capacity of each domain from 10 to 20 Mbps. Figure 13.18 shows a switched Ethernet in full-duplex mode. Note that instead of using one link between the station and the switch, the configuration uses two links: one to transmit and one to receive.

للنوعين • التقييدات االتصال 10Base5 and 10Base2إحدى أن half-duplexهو(10Base-T is always full-duplex) ، االستقبال أو اإلرسال يمكنها المحطة ،

التطور . في الثانية الخطوة الوقت نفس في االثنين تفعل ان اليمكنها ولكنمن لالنتقال . full-duplex switched Ethernetالى switched Ethernetكانت

من full-duplexنمط • مجال لكل السعة في 20الى 10يزيد بت ميغايبين . التالي الشكل .switched Ethernet in full-duplex modeالثانية

هناك • ، والمبدل المحطة بين واحدة وصلة استخدام من بدال انه نالحظلالستقبال . وواحدة لالرسال واحدة وصلتالن

74

75

Full-Duplex Ethernet• No Need for CSMA/CD• In full-duplex switched Ethernet, there is no need for the CSMA/CD

method. In a full duplex switched Ethernet, each station is connected to the switch via two separate links.

لطريقة full-duplex switched Ethernetفي • حاجة في. CSMA/CDاليوجدfull duplex switched Ethernet وصلتين عبر بالسويتش تتصل محطة كل

منفصلتين • Each station or switch can send and receive independently without

worrying about collision. Each link is a point-to-point dedicated path between the station and the switch. There is no longer a need for carrier sensing; there is no longer a need for collision detection. The job of the MAC layer becomes much easier.

بدون • مستقل بشكل واالستقبال االرسال يمكنها سويتش آو محطة كلوصلة . كل االصطدام حول بين point-to-pointالقلق مسار تخصص

حاجة . واليوجد الناقل الحساس حاجة اليوجد والسويتش المحطةطبقة . مهمة االصطدام سهولة . MACلكشف اكثر تصبح

76

Full-Duplex Ethernet• MAC Control Layer• Standard Ethernet was designed as a connectionless protocol at the

MAC sublayer. There is no explicit flow control or error control to inform the sender that the frame has arrived at the destination without error. When the receiver receives the frame, it does not send any positive or negative acknowledgment.

الفرعية • الطبقة عن̀د اقل اتصال كبرتوكول صمم القياسي . MACااليثرنتاإلطار أن المرسل إلعالم واضح بالخطأ تحكم أو بالتدفق تحكم هناك ليسأي . اليرسل اإلطار المستقبل يستلم عندما خطأ بدون الهدف إلى الواصل

سلبي . او ايجابي إقرار• To provide for flow and error control in full-duplex switched Ethernet, a

new sublayer, called the MAC control, is added between the LLC sublayer and the MAC sublayer.

في • الخطأ او بالت̀دفق بالتح̀كم ، full-duplex switched Ethernetللتزوي̀دتسمى جديدة فرعية بين MAC controlطبقة وبين LLC sublayerتضاف

MAC sublayer77

FAST ETHERNET• Fast Ethernet was designed to compete with LAN protocols such as

FDDI or Fiber Channel. IEEE created Fast Ethernet under the name 802.3u. Fast Ethernet is backward-compatible with Standard Ethernet, but it can transmit data 10 times faster at a rate of 100 Mbps.

برتوكوالت • مع للتنافس صمم السريع او FDDIمثل LANااليثرنت . الضوئية اسم IEEEالقناة تحت سريع ايثرنت االيثرنت . 802.3uتنشأ

بيانات يرسل ان يمكن ولكنه ، القياسية االيثرنت مع متوافقة السريعبيانات 10اسرع بمعدل . Mbps 100مرات

78

FAST ETHERNET• The goals of Fast Ethernet can be summarized as follows:1. Upgrade the data rate to 100 Mbps.2. Make it compatible with Standard Ethernet.3. Keep the same 48-bit address.4. Keep the same frame format.5. Keep the same minimum and maximum frame lengths.

يلي : كما يتلخص أن يمكن السريع االيثرنت من الهدف

الى 1. البيانات معدل .Mbps 100ترقية

القياسية .2. االيثرنت مع متوافق جعله

ال̀عنوان 3. بنفس bit-48يحتفظ

اإلطار 4. شكل بنفس يحتفظ

لإلطار . 5. واالعظمي االص̀غري بالطول يحتفظ

79

MAC Sublayer• A main consideration in the evolution of Ethernet from 10 to 100

Mbps was to keep the MAC sublayer untouched. However, a decision was made to drop the bus topologies and keep only the star topology. For the star topology, there are two choices, as we saw before: half duplex and full duplex. In the half-duplex approach, the stations are connected via a hub; in the full-duplex approach, the connection is made via a switch with buffers at each port.

من • االيثرنت تقييم في األساسي هو Mbps 100الى 10االعتبارالفرعية بالطبقة التأثير بعدم إلسقاط . MACاالحتفاظ القرار

اجل . من النجمي بالتوصيل فقط واالحتفاظ الخطي التوصيلسابقا : رأينا كما ، خيارين هناك النجمي half duplex andالتوصيل

full duplex . في half-duplexفي • ، عبرالهاب تتصل full-duplexالمحطات

منفذ . كل عند بافر بوجود السويتش عبر يكون االتصال80

MAC Sublayer• The access method is the same (CSMA/CD) for the half-duplex

approach; for full duplex Fast Ethernet, there is no need for CSMA/CD. However, the implementations keep CSMA/CD for backward compatibility with Standard Ethernet.

نفسها • هي الوصول اجل half-duplexلل` ( CSMA/CD)طريقة من ،full duplex Fast Ethernet `لل حاجة التطبيقات . CSMA/CDاليوجد

القياسي . CSMA/CDتحفظ االيثرنت مع الخلفي للتوافق

81

Autonegotiation• A new feature added to Fast Ethernet is called autonegotiation. It allows a

station or a hub a range of capabilities. Autonegotiation allows two devices to negotiate the mode or data rate of operation. It was designed particularly for the following purposes:

تسمى • السريع االيثرنت الى تضاف جديدة تسمح . autonegotiationميزةالقابليات . من بمجال الهاب او لجهازين Autonegotiationللمحطة تسمح

التالية . لألغراض خصوصا صمم هو للعملية والنمط البيانات معدل على للتفاوض :

• To allow incompatible devices to connect to one another. For example, a device with a maximum capacity of 10 Mbps can communicate with a device with a 100 Mbps capacity (but can work at a lower rate).

عظمى . • بسعة الجهاز كمثال بعضها مع لالتصا̀ل متوافقة الغير لألجهزة للسماح10 Mbps بسعة بجهاز االتصال بمعدل ) Mbps 100يمكنه يعمل أن يمكنه ولكن

أقل ( • To allow one device to have multiple capabilities.

• . متعددة قابليات له يكون أن واحد لجهاز للسماح• To allow a station to check a hub's capabilities.

الهاب . • قابليات لتدقيق للمحطة 82للسماح

Physical Layer• The physical layer in Fast Ethernet is more complicated than

the one in Standard Ethernet. الطبقة • من اكثر معقدة السريع االيثرنت في الفيزيائية الطبقة

القياسي . االيثرنت في الفيزيائية• Topology• Fast Ethernet is designed to connect two or more stations

together. If there are only two stations, they can be connected point-to-point. Three or more stations need to be connected in a star topology with a hub or a switch at the center, as shown in Figure 13.19.

كان . • اذا بعض مع اكثر او محطتين التصال صمم السريع االيثرنتيتصلوا أن يمكنهم محطتين فقط ثالث . point-to-pointهناك

او بالهاب النجمي التوصيل في لالتصال يحتاجوا اكثر او محطاتالتالي . بالشكل مبين هو كما ، المركز في المبدل

83

84

Physical Layer

• Implementation• Fast Ethernet implementation at the physical layer can be

categorized as either two-wire or four-wire. The two-wire implementation can be either category 5 UTP (100Base-TX) or fiber-optic cable (100Base-FX). The four-wire implementation is designed only for category 3 UTP (100Base-T4). See Figure 13.20.

تصنف • أن يمكن الفيزيائية الطبقة عند السريع االيثرنت تطبيقاتتكون . أن يمكن السلكين تطبيقات اسالك اربع او 5كسلكين

UTP (100Base-TX) اوfiber-optic cable (100Base-FX) . تطبيقاتللصنف فقط يصمم اسالك انظري . UTP (100Base-T4) 3األربع

التالي . الشكل

85

86

Physical Layer• Encoding• Manchester encoding needs a 200-Mbaud bandwidth for a data

rate of 100 Mbps, which makes it unsuitable for a medium such as twisted-pair cable. For this reason, the Fast Ethernet designers sought some alternative encoding/decoding scheme. However, it was found that one scheme would not perform equally well for all three implementations. Therefore, three different encoding schemes were chosen (see Figure 13.21).

حزمة • عرض الى يحتاج مانشستر لمعدل Mbaud-200تشفيرمثل Mbps 100بيانات لألوساط مناسب يجعله مما ،twisted-pair

cable . تشفير مخطط أرادوا السريع االيثرنت مصممو السبب لهذاالينجز . واحد مخطط أن وجدوا هم األحوال بكل بديل تشفير وفك

اختيارها . تم تشفير مخططات ثال̀ث لذلك التطبيقات كل

87

88

Physical Layer• Encoding• 100Base-TX uses two pairs of twisted-pair cable (either category

5 UTP or STP). For this implementation, the MLT-3 scheme was selected since it has good bandwidth performance. However, since MLT-3 is not a self-synchronous line coding scheme, 4B/5B block coding is used to provide bit synchronization by preventing the occurrence of a long sequence of 0s 1(see Chapter 4). This creates a data rate of 125 Mbps, which is fed into MLT-3 for encoding.

•100Base-TX من زوجين UTP or 5إما) twisted-pair cableيستخدمSTP . )مخطط اختيار تم التطبيق هذا اجل أداء MLT-3من له الن

أن . بما األحوال بكل جيد حزمة تشفير MLT-3عرض مخطط ليستشفير يستخدم ، التزامن ببت 4B/5B block codingذاتي ليزود

هذا . الواحدات او االصفار من طويلة سلسلة حدوث بمنع تزامنبيانات معدل تغذي Mbps 125ينشأ للتشفير MLT-3التي

89

Physical Layer• Encoding• 100Base-FX uses two pairs of fiber-optic cables. Optical fiber can easily

handle high bandwidth requirements by using simple encoding schemes. The designers of 100Base-FX selected the NRZ-I encoding scheme (see Chapter 4) for this implementation. However, NRZ-I has a bit synchronization problem for long sequences of 0s (or 1s, based on the encoding), as we saw in Chapter 4. To overcome this problem, the designers used 4B/5B block encoding as we described for 100Base-TX. The block encoding increases the bit rate from 100 to 125 Mbps, which can easily be handled by fiber-optic cable.

•100Base-FX من زوجين يمكنه . fiber-optic cablesيستخدم الضوئي الليفتشفير مخططات باستخدام العالي الحزمة عرض متطلبات معالجة بسهولة

مصممو . تشفير 100Base-FXبسيطة مخطط التطبيق . NRZ-Iيستخدموا لهذااألحوال او ) NRZ-Iبكل االصفار من الطويلة للسالسل البت تزامن مشكلة له

المصممون ( . ، المشكلة هذه على للتغلب التشفير على اعتمادا الواحداتاجل 4B/5B block encodingيستخدموا تزيد blockتشفير . 100Base-TXمن

من البت باستخدام to 125 Mbps 100معدل معالجته بسهولة يمكن الذي ،الضوئي . الليف كابل

90

Physical Layer• Encoding• A 100Base-TX network can provide a data rate of 100 Mbps, but it

requires the use of category 5 UTP or STP cable. A new standard, called 100Base-T4, was designed to use category 3 or higher UTP. The implementation uses four pairs of UTP for transmitting 100 Mbps. Encoding/decoding in 100Base-T4 is more complicated. As this implementation uses category 3 UTP, each twisted-pair cannot easily handle more than 25 Mbaud.

بيانات 100Base-TXشبكة • بمعدل تزود أن ولكنها Mbps 100يمكنها ،استخدام يسمى . category 5 UTP or STP cableتتطلب جديد معيار

100Base-T4 ليستخدم التطبيق . higher UTPاو category 3صمممن أزواج اربع الترميز . Mbps 100إلرسال UTPيستخدم وفك التشفير

يستخدم . 100Base-T4في التطبيق هذا مثل تعقيدا category 3اكثرUTP من اكثر معالجة بسهولة اليمكنه ثنائي زوج كل ،25 Mbaud.

91

Physical Layer• Encoding• In this design, one pair switches between sending and receiving.

Three pairs of UTP category 3, however, can handle only 75 Mbaud (25 Mbaud) each. We need to use an encoding scheme that converts 100 Mbps to a 75 Mbaud signal. As we saw in Chapter 4, 8B/6T satisfies this requirement. In 8B/6T, eight data elements are encoded as six signal elements. This means that 100 Mbps uses only (6/8) x 100 Mbps, or 75 Mbaud.

أزواج . • ثالثة واالستقبال االرسال بين واحد زوج يبدل ، التصميم هذا فيفقط UTP category 3من معالجة يمكنه األحوال كل Mbaud 75،بكل

يحول ( Mbaud 25)منها الذي تشفير مخطط الستخدام 100نحتاجMbps إشارة سابقا . Mbaud 75إلى رأينا هذا 8B/6Tكما ينجز

في . إشارة . 8B/6Tالمتطلب عناصر كست تشفر بيانات عناصر ثمانيةأن يعني فقط Mbps 100هذا Mbaud 75او x 100 Mbps( 6/8)تستخدم

92

Summary

93

GIGABIT ETHERNET• The need for an even higher data rate resulted in the design of the Gigabit

Ethernet protocol (1000 Mbps). The IEEE committee calls the Standard 802.3z. The goals of the Gigabit Ethernet design can be summarized as follows:

برتوكول • لتصميم أدى أعلى بيانات لمعدل . Gigabit Ethernet (1000 Mbps) الحاجةالمعيار IEEEلجنة تصميم . 802.3zدعت من تلخيصه Gigabit Ethernetالهدف يمكن

بالتالي : 1. Upgrade the data rate to 1 Gbps.

الى • البيانات معدل . 1Gbpsترقية2. Make it compatible with Standard or Fast Ethernet.

والسريع . • القياسي االيثرنت مع متوافق جعله3. Use the same 48-bit address.

عنوان • نفس بت . 48يستخدم4. Use the same frame format.

اإلطار • شكل نفس يستخدم5. Keep the same minimum and maximum frame lengths.

واالصغري . • االعظمي اإلطار طول بنفس يحتفظ6. To support autonegotiation as defined in Fast Ethernet.

السريع . • االيثرنت في معرف هو كما اآللي التفاوض 94لدعم

• A main consideration in the evolution of Ethernet was to keep the MAC sublayer untouched. However, to achieve a data rate 1 Gbps, this was no longer possible. Gigabit Ethernet has two distinctive approaches for medium access: half-duplex and full-duplex.

تأثر • عدم على اإلبقاء هو االيثرنت تقييم في الرئيسي االعتبارالفرعية البيانات . MACالطبقة معدل النجاز األحوال ، Gbps 1بكل

ممكن . يعد لم للوصول Gigabit Ethernetهذا متميزتان نظرتان لها full-duplexو half-duplexللوسط :

• Almost all implementations of Gigabit Ethernet follow the full-duplex approach.

تطبيقات • كل . full-duplexتتبع Gigabit Ethernetتقريبا

MAC Sublayer

95

• Full-Duplex Mode• In full-duplex mode, there is a central switch connected to all computers or other

switches. In this mode, each switch has buffers for each input port in which data are stored until they are transmitted. There is no collision in this mode. This means that CSMA/CD is not used. Lack of collision implies that the maximum length of the cable is determined by the signal attenuation in the cable, not by the collision detection process.

نمط • السويتشات full-duplexفي او الكمبيوترات بكل يتصل مركزي سويتش هناكالبيانات . حيث دخل منفذ لكل حواجز يملك سويتش كل النمط هذا في األخرى

ان . . يعني هذا النمط هذا في اصطدام اليوجد إرسالهم يتم حتى CSMA/CDتخزنبتخامد . يحدد للكابل االعظمي الطول أن الى يشير االصطدام قلة اليستخدم

االصطدام . كشف بعملية وليس ، الكابل في اإلشارة

• In the full-duplex mode of Gigabit Ethernet, there is no collision; the maximum length of the cable is determined by the signal attenuation in the cable.

MAC Sublayer

96

• Full-Duplex Mode• In the full-duplex mode of Gigabit Ethernet, there is no collision;

the maximum length of the cable is determined by the signal attenuation in the cable.

نمط • الطول Gigabit Ethernetلل` full-duplexفي ، اصطدام اليوجدالكابل . في االشارة بتخامد يحدد للكابل االعظمي

MAC Sublayer

97

• Half-Duplex Mode• Gigabit Ethernet can also be used in half-duplex mode, although

it is rare. In this case, a switch can be replaced by a hub, which acts as the common cable in which a collision might occur. The half-duplex approach uses CSMA/CD. However, as we saw before, the maximum length of the network in this approach is totally dependent on the minimum frame size. Three methods have been defined: traditional, carrier extension, and frame bursting.

•Gigabit Ethernet نمط في يستخدم ان أيضا half-duplexيمكنهmode . ان يمكن السويتش الحالة هذه في نادر ذلك ان من بالرغم ،

ربما االصطدام حيث عام ككابل يتصرف الذي ، بالهاب يستبدلالطول. CSMA/CDيستخدم half-duplexيحدث . سابقا رأينا كما

طرق . ثالث االصغري اإلطار حجم على يعتمد للشبكة االعظميtraditional, carrier extension, and frame burstingتعرف :

MAC Sublayer

98

• Half-Duplex Mode• Traditional In the traditional approach, we keep the minimum length of

the frame as in traditional Ethernet (512 bits). However, because the length of a bit is 11100 shorter in Gigabit Ethernet than in 10-Mbps Ethernet, the slot time for Gigabit Ethernet is 512 bits x 111000 μS, which is equal to 0.512 μS. The reduced slot time means that collision is detected 100 times earlier. This means that the maximum length of the network is 25 m. This length may be suitable if all the stations are in one room, but it may not even be long enough to connect the computers in one single office.

•Traditional كااليثرنت لإلطار االصغري الطول نحفظ التقليدية النظرة فيالبت . ( bits 512)التقليدي طول في 11100الن من Gigabit Ethernetاصغر

10-Mbps Ethernet زمنslot `لل Gigabit Ethernet 512يكون bits x 111000 μS يساوي زمن . μS 0.512والذي يكشف slot timeانخفاض االصطدام ان يعني

هو . 100أبكر للشبكة االعظمي الطول أن يعني هذا الطول . 25mمرة هذااليكون قد لكنه ، واحدة غرفة في كانت المحطات كل اذا مناسبا يكون ربما

واحد . مكتب في الكمبيوترات لوصل كافي بشكا طويل

MAC Sublayer

99

• Half-Duplex Mode• Carrier Extension To allow for a longer network, we increase the

minimum frame length. The carrier extension approach defines the minimum length of a frame as 512 bytes (4096 bits). This means that the minimum length is 8 times longer. This method forces a station to add extension bits (padding) to any frame that is less than 4096 bits. In this way, the maximum length of the network can be increased 8 times to a length of 200 m. This allows a length of 100 m from the hub to the station.

•Carrier Extension . االص̀غري اإلطار طول نزيد أطول لشبكة للسماحcarrier extension approach لإلطار اصغري طول bytes 512تعرف

(4096 bits) . أطول االصغري الطول ان يعني هذه . 8هذا مراتاقل ) ( اطار أي الى حشو توسيع بتات إلضافة تجبرالمحطة الطريقة

ان . bits 4096من يمكن للشبكة االعظمي الطول الطريقة هذه فيالطول 8يزداد الى بطول . m 200مرات يسمح من m 100هذا

المحطة . الى الهاب

MAC Sublayer

100

• Half-Duplex Mode• Frame Bursting : Carrier extension is very inefficient if we have a

series of short frames to send; each frame carries redundant data. To improve efficiency, frame bursting was proposed. Instead of adding an extension to each frame, multiple frames are sent. However, to make these multiple frames look like one frame, padding is added between the frames (the same as that used for the carrier extension method) so that the channel is not idle. In other words, the method deceives other stations into thinking that a very large frame has been transmitted.

•Carrier extension اإلطارات من سلسلة لدينا كان اذا كفاءة ذو ليستم . الكفاءة لتحسين إضافية بيانات يحمل إطار كل ، لإلرسال القصيرة

اطارات. frame burstingاقتراح عدة ، اطار لكل امتداد إضافة من بدالتضاف . ، واحد كإطار تبدو المتعددة اإلطارات هذه ولجعل ترسل

أخرى ) ( طريقة اجل من تستخدم الحشوة نفس االطارات بين الحشوةأخرى . محطات تخدع الطريقة أخرى بكلمات غيرعاطلة القناة لذلك

أرسل قد كبيرجدا اطار هناك ان بالتفكير

MAC Sublayer

101

• The physical layer in Gigabit Ethernet is more complicated than that in Standard or Fast Ethernet. We briefly discuss some features of this layer.

في • الفيزيائية القياسي Gigabit Ethernetالطبقة االيثرنت من أكثر معقدةالطبقة . . هذه مميزات بعض سنشرح السريع او

• Topology• Gigabit Ethernet is designed to connect two or more stations. If there

are only two stations, they can be connected point-to-point. Three or more stations need to be connected in a star topology with a hub or a switch at the center. Another possible configuration is to connect several star topologies or let a star topology be part of another as shown in Figure 13.22.

•Gigabit Ethernet . محطتين هناك كان اذا اكثر او محطتين لوصل صمميوصلوا ان يم̀كن الن . point-to-pointفقط يحتاجوا اكثر او محطات ثالث

آخر . ترتيب المركز في السويتش او الهاب حيث نجمي توصيل في يوصلوامن كجزء النجمي التوصيل ترك او نجمية توصيالت عدة وصل هو ممكن

اآلخر

Physical Layer

102

103

• Implementation• Gigabit Ethernet can be categorized as either a two-wire or a four-wire

implementation. The two-wire implementations use fiber-optic cable (1000Base-SX, short-wave, or 1000Base-LX, long-wave), or STP (1000Base-CX). The four-wire version uses category 5 twisted-pair cable (1000Base-T). In other words, we have four implementations, as shown in Figure 13.23. 1000Base-T was designed in response to those users who had already installed this wiring for other purposes such as Fast Ethernet or telephone services.

•Gigabit Ethernet تطبيق إما يصنف ان تطبيق two-wireيمكن . four-wireاوالضوئي two-wireتطبيقات الليف كابل -1000Base-SX, short)تستخدم

wave, or 1000Base-LX, long-wave ,) اوSTP (1000Base-CX) category 5 twisted-pair cable (1000Base-T)تستخدم four-wireنسخة •التالي .• بالشكل مبين هو كما تطبيقات اربع لدينا أخرى بكلمات•1000Base-T األسالك هذه ركبوا الذين للمستخدمين استجابة في يصمم

الهاتف . خدمات او السريع االيثرنت مثل أخرى ألغراض

Physical Layer

104

105

• Encoding• Figure 13.24 shows the encoding/decoding schemes for the four

implementations.

Physical Layer

106

• Encoding• Gigabit Ethernet cannot use the Manchester encoding scheme because

it involves a very high bandwidth (2 GBaud). The two-wire implementations use an NRZ scheme, but NRZ does not self-synchronize properly. To synchronize bits, particularly at this high data rate, 8BI10B block encoding, discussed in Chapter 4, is used.

•Gigabit Ethernet يتضمن ألنه مانشيستر تشفير مخطط استخدام اليمكنهجدا عالي حزمة مخطط . ( Gbaud 2)عرض تستخدم السلكين تطبيقات

NRZ ولكن ،NRZ . معدل عند البتات لمزامنة صحيح بشكل اليزامننستخدم العالي 8BI10B block encodingالبيانات

• This block encoding prevents long sequences of 0s or 1s in the stream, but the resulting stream is 1.25 Gbps. Note that in this implementation, one wire (fiber or STP) is used for sending and one for receiving.

في blockترميز • الواحدات او االصفار من الطويلة السالسل يمنع هذاتكون الناتجة الدفقة ولكن ، هذا . Gbps 1.25الدفقة في انه نالحظ

واحد ) سلك لالستقبال( . fiber or STPالتطبيق وواحدة لإلرسال يستخدم

Physical Layer

107

• Encoding• In the four-wire implementation it is not possible to have 2 wires

for input and 2 for output, because each wire would need to carry 500 Mbps, which exceeds the capacity for category 5 UTP. As a solution, 4D-PAM5 encoding, as discussed in Chapter 4, is used to reduce the bandwidth. Thus, all four wires are involved in both input and output; each wire carries 250 Mbps, which is in the range for category 5 UTP cable

لدينا • يكون ان اليمكن األربعة األسالك تطبيق wires for input 2فيand 2 for output لحمل يحتاج سلك كل الن ،500 Mbps الذي

سعة تشفير . category 5 UTPيتجاوز لذلك تم 4D-PAM5كحل الذيأربعة . كل وهكذا الحزمة عرض لتخفيض يستخدم سابقا شرحه

يحمل سلك كل ، والخرج الدخل كال في تضمن ، Mbps 250اسالككابل مجال ضمن هو category 5 UTPالذي

Physical Layer

108

Summary

109

• The IEEE committee created Ten-Gigabit Ethernet and called it Standard 802.3ae. The goals of the Ten-Gigabit Ethernet design can be summarized as follows:

. Standard 802.3aeواسمته Ten-Gigabit Ethernetأ̀نشأت IEEEلجنة •تصميم يلي : Ten-Gigabit Ethernetأهداف كما تلخص ان يمكن

1. Upgrade the data rate to 10 Gbps.الى • البيانات معدل . 10Gbpsترقية

2. Make it compatible with Standard, Fast, and Gigabit Ethernet.و • والقياسي السريع االيثرنت مع متوافق . Gigabit Ethernet جعله

3. Use the same 48-bit address.عنوان • نفس بت 48يستخدم

Ten-Gigabit Ethernet

110

4. Use the same frame format.اإلطار .• ش̀كل نفس يستخدم

5. Keep the same minimum and maximum frame lengths.لإلطار • واالعظمي االصغري الطول بنفس يحتفظ

6. Allow the interconnection of existing LANs into a metropolitan area network (MAN) or a wide area network (WAN).

لشب̀كات • الداخلي لالتصال شبكة LANsيسمح في metropolitanالموجودةarea network (MAN) النطاق واسعة شبكة .wide area network (WAN)او

7. Make Ethernet compatible with technologies such as Frame Relay and ATM .

و • األطر كترحيل التقنيات مع متوافق االيثرنت . ATMيجعل

Ten-Gigabit Ethernet

111

• Ten-Gigabit Ethernet operates only in full duplex mode which means there is no need for contention; CSMA/CD is not used in Ten-Gigabit Ethernet.

•Ten-Gigabit Ethernet نمط في انه full duplexتعمل يعني مماللمنافسة، حاجة في CSMA/CDاليوجد Ten-Gigabitاليستخدم

Ethernet.

MAC Sublayer

112

• The physical layer in Ten-Gigabit Ethernet is designed for using fiber-optic cable over long distances. Three implementations are the most common: 10GBase-S, l10GBase-L, and 10GBase-E. Table 13.4 shows a summary of the Ten-Gigabit Ethernet implementations.

في • الفيزيائية كابل Ten-Gigabit Ethernetالطبقة لتستخدم تصممشيوعا . األكثر هم تطبيقات ثالث طويلة لمسافات الضوئي الليف

يبين . 10GBase-S, l10GBase-L, and 10GBase-Eهم : التالي الجدوللتطبيقات Ten-Gigabit Ethernetملخص

Physical Layer

113

Summary

114