לתשומת לבכם

מדריך זה הוא גרסה חלקית ונטולת איורים של המדריך השלם והמתוחזק אשר נכתב על ידי דרור ירדני ונמצא באתר http://www2.eitan.ac.il/hsn/

הקדמה

רשת מחשבים הינה קבוצה של מחשבים בה כל אחד מהמחשבים בקבוצה מסוגל לתקשר עם כל שאר המחשבים.

בשל כך הגיע המושג “רשת”.

על מנת שהמחשבים יוכלו לתקשר בניהם, הם צריכים “לדבר” באותה שפה. לשם כך יש פרוטוקולים.

רשת האינטרנט, כמו רוב הרשתות הביתיות, מבוססת על פרוטוקול tcp/ip (למעשה מדובר במשפחה של פרוטוקולים) מה שהופך את tcp/ip לפרוטוקול התקשורת הכי נפוץ בעולם.

מקום טוב לקרוא וללמוד בו על רשתות בכלל ועל משפחת הפרוטוקולים TCP/IP הוא http://tcpipguide.com.

הגדרת המושג רשת

הרשת (Network) היא כלי להעברת מידע (מסוג ספציפי או מסוגים רבים, דיגיטלי או אנלוגי) ממקום למקום. הרשתות הראשונות שפותחו יועדו להעביר מידע מסוג מסוים, כמו לדוגמא רשת הטלפון. עם הזמן, התפתחה הטכנולוגיה ואנשים ברחבי העולם לא רצו להסתפק יותר בשירותים המוגבלים שהרשתות הללו אפשרו. התפתחו מכשירים כמו הפקס והמודם, שכבר לא ניצלו את רשת הטלפון כמו שמתכנניה המקוריים התכוונו. בשלב מסוים הבינו שיש צורך ברשתות גמישות, שיאפשרו להעביר דרכם כל מידע דיגיטלי (כמובן תחת מגבלות מסוימות של מהירות, איכות וכו'). דוגמא לכך היא רשת ISDN, שבראשי התיבות שלה ניתן לראות את צורת החשיבה החדשה הנ”ל: Integrated Service Digital Network.

LAN, MAN and WAN

ניתן לחלק את הרשתות לכמה סוגים: LAN: Local Area Network רשת זו היא רשת מקומית, שמקשרת בד”כ בין קבוצות קטנות של מחשבים (מ - 2 עד כמה עשרות מחשבים) שנמצאים בקרבת מקום (מספר מטרים או אפילו בכמה קומות בבניין). MAN: Metropolitan Area Network רשת כזו נמצאת במפעלים גדולים שנפרשים על יותר מבניין אחד, ומכילים מן הסתם הרבה רשתות מקומיות. WAN: Wide Area Network רשת שנפרשת על פני ערים ומדינות - לדוגמא רשת האינטרנט.

מודל השכבות OSI - Open System Interconnection

מודל זה מתאר באופן כללי את המעבר של נתונים מתוכנה שיוזמת את השליחה במחשב מסוים שמחובר לרשת, ועד ליעד - תוכנה שרצה על מחשב אחר. כדי שהנתונים (בסופו של דבר מדובר ברצף של “אפסים” ו”אחדים” - קוד בינארי כלשהו) יגיעו ליעדם ללא תקלות עלינו “לצייד” אותם, או יותר נכון לעטוף אותם בנתונים חשובים נוספים, שבעזרתם המערכת ששולחת אותם תדע מה לעשות אתם. ז”א: צריך לדאוג שפרט לידיעת הנתונים עצמם נדע את היעד שלהם, נצרף “קוד” קצר שיחושב לפיהם ויאפשר לנו לדעת אם הם הגיעו בצורה טובה ליעד שלהם וכיו”ב. מכאן, פותח המודל הרעיוני הבא: נסתכל על המערכת שלנו כאוסף של שכבות - בשכבה העליונה ביותר נמצא היישום. היישום מעוניין לשלוח ליישום דומה במחשב מרוחק סדרת נתונים כלשהי. מבחינתו, הוא לא אמור לדעת באילו רשתות הנתונים שהוא שולח יעברו, הוא לא אמור להטריח את עצמו בשליחה חוזרת של המידע במקרה שהוא עבר בצורה לא תקינה או לא עבר כלל וכו' (הדבר דומה לאדם ששולח מכתב בדואר - התפקיד שלו הסתיים ברגע שכתב את המכתב, ציין על המעטפה את הכתובת ושלשל אותו לתיבת הדואר). לכן, כל מה שהוא יעשה יהיה לבקש מהרמה שמתחתיו (מערכת ההפעלה) לשלוח את הנתונים לכתובת מסוימת, ומערכת ההפעלה תמשיך לטפל בנתונים מפה. יש לשים לב, שלמערכת ההפעלה לא איכפת כלל מהו תוכן הנתונים הנשלח, מבחינתה זהו רצף ספרות בינאריות, שאמור להגיע בלי טעות ליעד. בהמשך, מערכת ההפעלה תוסיף מה שהיא צריכה לנתונים ותעביר אותם לרמה שמתחתיה, נניח לכרטיס הרשת, שבתורו יסדר את הנתונים בצורה שנוחה לו על מנת לשלוח אותם ברשת (הוא עשוי להוסיף להם פרמטרים משלו ואולי גם לחלק את הנתונים ליחידות קטנות ונוחות יותר לשליחה וניהול…). במציאות, אלו לא כל השלבים שהנתונים עוברים בדרכם ממחשב למחשב. מי אמר שהמחשבים נמצאים באותה רשת מקומית, והכרטיסים בשני המחשבים הם מאותו סוג? מי אמר שבשני המחשבים מותקנת אותה מערכת ההפעלה? וכך אפשר להמשיך ולשאול שאלות נוספות. מודל OSI הוא מודל מופשט שמתאר באופן כללי את הכימוס (Encapsulation) שעובר המידע החל מהתוכנה השולחת ועד הרמה התחתונה ביותר, הרמה הפיזית שבה עובר המידע (הוא יכול לעבור על כבלים, סיבים אופטיים באוויר בתור גל אלקטרו-מגנטי…).

דיאגרמה של מודל השכבות

בד”כ כאשר מדברים על OSI ישנן 7 שכבות שדרכן עוברים הנתונים, בכל אחת מהשכבות מתווסף מידע לנתונים מהשכבה שמעל ולכל שכבה שמקבלת נתונים, בכלל לא איכפת מהו תוכן הנתונים הנשלח (למרות זאת, יכול להיות שמאפיינים מסוימים לגבי המידע כן יהיו חשובים, ואת זה אפשר יהיה לראות בהמשך). במחשב היעד, הנתונים עוברים תהליך הפוך: כל שכבה בדרך למעלה “מקלפת” את הנתונים ששייכים אליה, עד שהיישום שאליו נשלחו הנתונים מקבל רק את מה שהיה אמור לקבל. אלו הם 7 השכבות המקובלות:
נלקח מהאתר http://webopedia.internet.com/quick_ref/OSI_Layers.asp הדיאגרמה מתארת את 7 השכבות הנפוצות ואת המעבר בין כל השכבות בדרך ממקור ההודעה ועד ליעד. בדיאגרמה ניתן לראות שיש שם מיוחד לכל יחידת מידע ששיכת לשכבה מסויימת:
ניתן לחלק כל שכבה למספר תת-שכבות. באתר הזה תתוארנה שלוש טכנולוגיות:Ethernet, Frame Relay ו- ATM. המשותף לשלושתן הוא שכולן שייכות לשכבה השנייה מלמטה במדרג השכבות (שכבה אחת מעל השכבה הפיזית - Data link), פרט אולי ל- ATM שאי אפשר לשבצה במדויק באחת השכבות. רמת פירוט

Switching, Multiplexing and Routing

שלושת המושגים האלה מתארים את הדרך שבה הרשת עצמה מטפלת בפיסות המידע שעוברים דרכה. כדאי להכיר את הרכיבים שמבצעים את הפעולות הללו: מתג (Switch) זהו רכיב בעל מספר כניסות ויציאות (כניסות ויציאות יכולות להיות דו כיווניות או חד כיווניות), שיודע לנתב פיסות מידע שמגיעות אליו ולהוציאן מהיציאות המתאימות. המתג שייך לרמה השנייה במודל השכבות OSI, הוא עובד בסוג אחד של רשת בלבד - ומסוגל לנווט מידע בתוכה בלבד.
הערה: באנימציה למעלה ניתן להתיחס לכל ציור של מחשב כאל מספר מחשבים - כלומר מתג יכול להפריד בין מספר קבוצות של מחשבים, והוא אינו חייב להתחבר ישירות למחשב בודד. מרבב (Multiplexer) הוא רכיב עם מספר כניסות ויציאה אחת, שלוקח את המידע מכל הכניסות ביחד ומוציא אותו מהיציאה בקצב גדול בהרבה. העובדה שביציאה הקצב גדול יותר מונעת היווצרות של “פקק” כאשר מכל הכניסות נכנס מידע. ברשתות מסוג WAN יש שימוש נרחב במרבבים, שמאחדים נתונים ממקורות שונים ומעבירים אותם בקווי תקשורת מעטים יותר ומהירים יותר. המרבב אינו מפענח את המידע בצורה כלשהי. המפענח (De-Multiplexer) הוא הרכיב שמבצע את הפעולה ההופכית למרבב (ראה איור). הערה: המרבב בצורתו הקלאסית (הרכיב שמשתמשים בו במעגלים ספרתיים), מבצע פעולה שונה במעט - הוא מחליט איזו כניסה תעבור ליציאה לפי מספר קווי בקרה שנכנסים אליו.
נתב (Router) הוא רכיב (שיכול להיות ממומש ע”י מחשב במקרים מסוימים) שמסוגל לנתב מידע בין רשתות שונות (בשונה מ- Switch שמתאים רק לרשת שבה הוא עובד). ניתן לשייך את הנתב לרמה השלישית במודל השכבות OSI, רמת ה- Network. כיצד משתלב הנתב במודל OSI, ניתן לראות באיור הבא:

Circuit Switch Vs Packet Switch

ברשתות, ישנם שני סוגים עיקריים של קישור בין נקודות קצה:

Circuit Switching - מיתוג מעגלי

זהו חיבור שבו משתמשות חברות הטלפונים כדי לאפשר שיחות טלפון. מהרגע שבו נוצרה שיחה בין שני אנשים ועד לסיומה, נתפס פיזית רוחב פס מסוים שמיועד רק לשיחה ולא מאפשר שימוש ברוחב הפס הזה לשום מטרה אחרת. אחד היתרונות בשיטה הזאת הוא שהנתונים עוברים עם זמן השהיה קטן יחסית דבר שמתאים ליישומי זמן אמת. לעומת זאת, כאשר לא מועבר מידע בין שני הקצוות של החיבור (לדוגמא: רגע של שתיקה בין שני אנשים שמדברים בטלפון), נוצר בזבוז של רוחב פס.

Packet Switching - מיתוג מנות (מסגרות)

זוהי השיטה שבה האינטרנט משתמש (TCP/IP או UDP/IP) וכמוהו גם רשתות רבות אחרות, ושלושת הטכנולוגיות שיתוארו בהמשך (Ethernet, Frame Relay ו - ATM) מבוססות עליה. בשיטה הזאת, נוצר חיבור לוגי בין שתי נקודות, וכאשר צד אחד מבקש לשלוח נתונים לצד האחר, הוא מחלק אותו ליחידות קטנות (Packets, או מסגרת), שבכל אחת מהן מצוין היעד (או לפחות מידע כלשהו שיאפשר לנווט אותן). בצורה כזאת, אין בזבוז רוחב פס כאשר לא מועבר מידע. מצד שני, בסוג כזה של העברת מידע יכול להיווצר עומס על הרשת (במקרה שמתבצעות הרבה שליחות בו זמנית), ונדרשים מנגנוני טיפול מיוחדים בתעבורה.

שימושים שנעשים ברשתות

רשתות משמשות להעברת מידע מסוגים שונים, וניתן לחלק אותן לשלוש קטגוריות: נתונים, תמונה (video) ושמע (audio). כל סוג מידע דורש טיפול קצת שונה. כשמעבירים נתונים נרצה שהתקינות של הנתונים תהיה מלאה, ואחר כך נחשוב על מהירות ההעברה וזמן הפענוח של המסר. לעומת זאת, כאשר מעבירים סרט וידיאו בזמן אמת דרך רשת (ע”י שליחת חבילות קטנות של מידע שמתארות את התמונה על המסך) נעדיף שלא להשתמש בפרוטוקול תקשורת שמוודא שהחבילה אכן הגיעה בצורה מושלמת ליעד, משתי סיבות: שימוש בפרוטוקול שמבצע פחות בדיקות תקינות יהיה מן הסתם מהיר יותר מכזה שכן מבצע. אבל מה שיותר חשוב: אם אכן נפלה טעות מסוימת, והתמונה השתבשה לכמה חלקיקי שניה, הסרט ממשיך הלאה ואין הגיון בלתקן או לשפר איכות של תמונה שכבר הוקרנה. ברשתות שמבוססות על “מיתוג חבילות” (Packet Switching), ישנה אפשרות לאפשר למשתמש לשלוח מידע “פירצי” (Bursting). ככלל, לקוח שמתחבר לרשת ציבורית חותם עסקה עם ספק שירות כלשהו שמתחייב על קצב (בד”כ מקסימלי) שבו הוא אמור לתקשר עם הלקוח. אבל, ייתכן מצב שבו הרשת לא עמוסה ומשתמש מסוים רוצה לחרוג מההסכם ולשלוח נתונים מהר יותר. הרשת עשויה לאפשר לאותו משתמש לשלוח את הנתונים בקצב גבוה במשך זמן מסוים. סוג כזה של מידע נקרא “פירצי” (Bursting), והוא נתמך ע”י כל רשת בצורה שונה. אם הרשת תחזור להיות עמוסה תוך כדי שמשתמש מסוים שולח יותר מידע מהמותר, הרשת רשאית להתעלם מהחבילות העודפות שהוא ניסה לשלוח ואם יש צורך בכך החבילות ישלחו שוב בקצב קטן יותר ע”י פרוטוקולים מתאימים.

Transfer Rate/Speed

קצב העברת נתונים ברשת נמדד ביחידות של ביטים לשניה (bits/sec או bps). ז”א, שכאשר חברת אינטרנט (לדוגמא) מתחייבת לספק מהירות מקסימלית של Kbit/s 512, הכוונה היא בעצם ל- Kbyte/s 64 (אחרי חלוקה ב - 8). למספר הזה משמעות תיאורטית, מבחינה מעשית התמונה מורכבת יותר. מצד אחד הקצב האמיתי של זרימת הנתונים יכול להיות נמוך בהרבה כאשר הרשת עמוסה או כאשר הצד השני לא שולח מידע במהירות גבוהה. מצד שני במקרים רבים מתבצעת דחיסה של הנתונים לפני שליחתם (דבר שמגביר את קצב ההעברה) ובנוסף, אם הרשת לא עמוסה ייתכן שהספק יאפשר למשתמש לרתום לטובתו את רוחב הפס הלא מנוצל, כמו שכבר הוזכר למעלה ובסופו של דבר להגיע אף למהירויות של Kbyte/s 90 או יותר… כדי למנוע בלבול בין המילים Bit ו- Byte ומכיוון שישנן מערכות מחשב שבהן Byte לא מורכב מ- 8 ביטים נהוג להשתמש במילה Octet (שמיניה) במקום Byte. Bits per second and not bytes (octets) per second

Network Topologies

רשתות תקשורת מקומיות יכולות להיבנות בצורות שונות. להלן כמה דוגמאות: http://fcit.coedu.usf.edu/network/chap5/chap5.htm#LinearBusnetwork

טופולוגית כוכב:

כל המחשבים מחוברים ליחידה מרכזית (למשל Hub, שתפקידו יוסבר בפרק על רשת ה - Ethernet), אליה שולחים וממנה מקבלים את הנתונים מהרשת. היחידה המרכזית הזו דואגת להפיץ את ההודעות הלאה לשאר המחשבים שמחוברים אליה.

טופולוגית טבעת:

כל המחשבים ברשת מחוברים בצורה מעגלית. כל אחד יכול (לפי תור) לשלוח מידע לאחרים.

טופולוגית "ערוץ" Bus:

כל המחשבים (או נקודות הקצה) מחוברים ע”י כבל אחד, וכל נקודה מקבלת ושולחת הודעות לכל הנקודות האחרות דרך אותו הכבל. כל נקודה בודקת האם ההודעה שנשלחה מיועדת אליה ומפענחת אותה או מתעלמת ממנה בהתאם לבדיקה. הטופולוגיה הזאת נפוצה מאד ברשתות מקומיות, ניתן לדוגמא לחבר רשת אתרנט בצורה הזאת. היתרונות של חיבור כזה הם שכאשר נקודה כלשהי ברשת מפסיקה לעבוד (לא משנה אם זה כתוצאה של כיבוי, תקלה ניתוק…) שאר הרשת לא מושפעת. כמו כן, אם מדובר על רשת אתרנט שמחוברת כך, אז היא מאד “דמוקרטית” במובן הזה שלאף נקודה אין עדיפות על נקודה אחרת (דבר שיכול להתפרש גם כחיסרון, מכיוון שאי אפשר להבטיח קצב שליחת נתונים קבוע מינימלי בשיטה הזאת). בנוסף, שיטת החיבור הזאת זולה ופשוטה, ולא נדרשת רמת מיומנות גבוהה מצד המתחזקים - מה שתורם לפופולריות של השיטה. החסרונות: רמת בטיחות נמוכה; כל מה שנשלח מנקודה אחת מגיע לכל האחרות, בין אם הוא מיועד אליהן ובין אם לאו, דבר שיוצר בעיה במקרה של מידע רגיש. בעיית התנגשויות. היעדר רכיב שמחליט איזו נקודה תוכל להשתמש בערוץ ולשלוח מידע גורם למצב שבו שתי נקודות (או אפילו יותר) יכולות לנסות לשלוח מידע בו זמנית. בעיה זאת מטופלת ע”י פרוטוקולים כגון CSMA/CD. לא ניתן למדוד בצורה מוחלטת את ביצועי הרשת, הם אינם מובטחים ותלויים מאד בעומס של הרשת. http://www.webopedia.com/TERM/T/topology.html

הסטוריה

רשת האתרנט פותחה באמצע שנות השבעים וגובשה לסטנדרט בשנת 1978. זוהי רשת מקומית (LAN ) שבאותה תקופה התבססה על כבל קואקסיאלי שכונה Ether ומכאן שמה. האתרנט היא רשת packet-switched שפותחה ע”י חברת Xerox בתחילת שנות השיבעים. החברות Xerox, Intel ו- Digital Equipment הפכו את השיטה לתקן.
למרות שטכנולוגיה זו קיימת כבר זמן רב (מעל 25 שנה כתקן) היא עדיין פופולרית מאוד היום ונמצאת בשימוש נרחב במגזרים העסקיים והפרטיים. כרטיסי אתרנט נמכרים בחנויות מחשבים לכל דורש ובמחירים נמוכים. בגלל התפוצה הרבה של הרשת, קיימות גירסאות שונות שלה וממקום למקום ניתן לראות שצורת החיווט של כל חלקיה משתנה (ישנן גם גירסאות אלחוטיות שפועלות בשיטות שונות). התיכנון המקורי הכתיב התפתחות בכיוונים מסויימים ולכן ראשית נתעכב עליו.
תיכנון החיווט המקורי כונה 10Base5.
10 מציין את מהירות זרימת הנתונים המקסימלית – Mbit/s10.
5 מציין את אורך הכבל המקסימלי ביחידות של 100 מטר, (כלומר 500 במקרה שלנו) והוא התבסס על כבל קואקסיאלי שנראה כך:
הכבל הנפוץ ביותר היום לחיבור רשת אתרנט מכונה Rj-45, ומורכב משמונה מוליכים פנימיים. הוא דומה בצורתו החיצונית לכבל טלפון רגיל (Rj-11) אבל קצת יותר רחב.
ה- Rj-45 הוא גמיש יותר, דק יותר וזול יותר מהכבל הקואקסיאלי. ניתוק והוספת מחשב בודד לרשת הוא הליך פשוט ומיידי. כינויו הפורמלי בעבר היה 10Base-T, והוא איפשר תעבורת רשת במהירות 10Mbits.
אם ברצוננו ליצור רשת של שני מחשביםבלבד (ראה איור עליון), נוכל לחברם ישירות בעזרת כבל מוצלב, שהוא כבל Rj-45 שהחוטים שבתוכו מחוברים בצורה שונה בשני קצותיו (ראה איור תחתון).
כך נראה כבל rj-45:
נלקח מהספר האדום על ATM של IBM
כדי לחבר יותר משני מחשבים, יש להשתמש ברכיב שנקרא Hub. הרחבה נוספת על תפקיד הרכיב ואופן פעולתו תינתן בהמשך. רשת האתרנט מתאימה לקבוצות קטנות יחסית של משתמשים: לאנשים שמעוניינים להקים רשת קטנה בביתם (3-2 מחשבים), למשרדים שבהם מעוניינים לאפשר תקשורת בין מספר מחשבים וכו'.
היום קיימות מספר מהירויות שבהן רשת האתרנט מסוגלת לעבוד: Mbits 10, 100\10 Mbits ו- Gigabit Ethernet. בתחילת דרכה של רשת האתרנט, קצב תעבורה מקסימלי של Mbits 10 היה די והותר לכל צורך מעשי. מחשב בודד באותה תקופה (מדובר על אמצע-סוף שנות השבעים) לא היה מסוגל ליצור מידע (להכין מידע לשליחה) בקצב הזה - מה שאיפשר חיבור מחשבים רבים לרשת והשגת ביצועים טובים. עם שיכלול המחשבים והעלייה במהירותם העצמית נוצר מצב שבו כל רשת יכלה לספק תשתית תעבורה נוחה רק למספר קטן של מחשבים, קטן יותר מהמספר שאליו תוכננה.
מכאן היה צורך להמשיך ולפתח את רשת האתרנט, ובראשית שנות התשעים החל השלב הבא שכונה 100Base-T, או Fast Ethernet. חשוב לציין שתי עובדות: למרות שהרשת מסוגלת עתה לספק תקשורת במהירות של עד Mbits 100, המחשבים שחוברו אליה עדיין התקשו מאד לשלוח נתונים במהירות כזו לאורך זמן. העובדה השניה היא, שאף על פי שקצב העברת הנתונים גדל פי 10, שאר המאפיינים של הרשת נשארו כפי שהיו, כלומר גודל התא המקסימלי שנשלח (ותוכנן לספק נצילות טובה ברשת האיטית יותר) לא עבר אופטימיזציה והותאם לרשת החדשה. משתי עובדות אלה ניתן להבין שהמשמעות של הגדלת מהירות הרשת היא בסך הכל יצירת תשתית לחיבור עוד מחשבים לרשת ולאו דווקא יצירת קשר אופטימלי (מבחינת מהירות השליחה) בין שתי נקודות בתוכה.
רמת פירוט
מהירויות פעולה
רשת האתרנט מתאימה בעיקר לקבוצות קטנות יחסית של משתמשים: לאנשים שמעוניינים להקים רשת קטנה בביתם (3-2 מחשבים), למשרדים שבהם מעוניינים לאפשר תקשורת בין מספר מחשבים וכו'.
היום קיימות מספר מהירויות שבהן רשת האתרנט מסוגלת לעבוד: 10 Mbit/s, 100\10 Mbit/s ו- Gigabit Ethernet. בתחילת דרכה של רשת האתרנט, קצב תעבורה מקסימלי של 10 Mbit/s היה די והותר לכל צורך מעשי. מחשב בודד באותה תקופה (מדובר על אמצע-סוף שנות השבעים) לא היה מסוגל ליצור מידע (להכין מידע לשליחה) בקצב הזה - מה שאיפשר חיבור מחשבים רבים לרשת והשגת ביצועים טובים. עם שיכלול המחשבים והעלייה במהירותם העצמית נוצר מצב שבו כל רשת יכלה לספק תשתית תעבורה נוחה רק למספר קטן של מחשבים, קטן יותר מהמספר שאליו תוכננה.
מכאן היה צורך להמשיך ולפתח את רשת האתרנט, ובראשית שנות התשעים החל השלב הבא שכונה 100Base-T, או Fast Ethernet. חשוב לציין שתי עובדות: למרות שהרשת מסוגלת עתה לספק תקשורת במהירות של עד 100 Mbit/s, המחשבים שחוברו אליה עדיין התקשו מאד לשלוח נתונים במהירות כזו לאורך זמן. העובדה השניה היא, שאף על פי שקצב העברת הנתונים גדל פי 10, שאר המאפיינים של הרשת נשארו כפי שהיו, כלומר גודל התא המקסימלי שנשלח (ותוכנן לספק נצילות טובה ברשת האיטית יותר) לא עבר אופטימיזציה והותאם לרשת החדשה. משתי עובדות אלה ניתן להבין שהמשמעות של הגדלת מהירות הרשת היא בסך הכל יצירת תשתית לחיבור עוד מחשבים לרשת ולאו דווקא יצירת קשר אופטימלי (מבחינת מהירות השליחה) בין שתי נקודות בתוכה.
מיד לאחר הפיתוח של ה- Fast Ethernet הופיע גירסא שנקראת 10/100 Ethernet, או dual-speed Ethernet. 10/100 אתרנט היא בסך הכל תמיכה של כרטיס הרשת בשתי המהירויות. לכרטיס ישנה אפשרות לזהות בצורה אוטומטית בזמן תחילת פעולתו מהי המהירות שבה עובדת הרשת שבה הוא נמצא, ולהתאים את עצמו אליה. אם לדוגמא נחבר מחשב עם כרטיס כזה לרשת Ethernet שפועלת במהירות של Mbit/s 10 גם הוא יוכל לשדר ולקלוט נתונים במהירות הזאת, ואם בשלב מסוים נרצה להעביר את המחשב לרשת שפועלת במהירות של Mbit/s 100, נוכל פשוט לחבר את כבל ה- RJ-45 ל- Hub של הרשת המהירה. אין צורך בשום שינוי הגדרות - לא של החומרה ולא של התוכנה. בשנים האחרונות הגירסא הזאת של רשת האתרנט נפוצה מאד.
טכנולוגיית ג'יגה ביט אתרנט, או 1000Base-T התפתחה לקראת סוף שנות התשעים. הטכנולוגיה החדשה הזאת אטרקטיבית במיוחד לחברות גדולות שבהם מספר המשתמשים ברשת המקומית גדול יחסית. גם כאן נשמר הסטנדרט של רשת האתרנט בכל הנוגע לגודל התא המקסימלי המקורי ושיטות החיבור.

עקרונות פעולה
רשת האתרנט מתוכננת לעבוד בטופולוגית BUS. ז”א, כמו שכבר ראינו בפרק המבוא כל מסר שנשלח ע”י מחשב מסוים יגיע לכל המחשבים שמחוברים אליו באותו ערוץ תקשורת. כל מחשב שאליו מגיע שדר, יפענח אותו חלקית כדי לבדוק האם הוא מיועד אליו. אם השדר לא מיועד אליו, הכרטיס פשוט “יסנן” אותו ויתעלם ממנו.
מכיוון שכל מסר שעובר ברשת מגיע לכל שאר המחשבים שמחוברים, ניתן בקלות ליצור מסר מסוג Broadcast, שהמען שלו הוא כל שאר המחשבים ברשת.
רשת האתרנט משתמשת במכניזם שנקרא Best effort delivery כדי לשלוח הודעות. הכוונה היא שאחרי שהודעה נשלחת ליעד מסוים, שום משוב לא מגיע חזרה למחשב השולח. אם לדוגמא חל שיבוש במסר או שהמחשב שאליו נשלחה ההודעה בכלל כבוי באותו זמן, ההודעה שנשלחה פשוט לא תגיע לשום מקום (היא לא תפוענח ע”י אף מחשב אחר), והמחשב השולח לא יידע מכך. הטיפול בבעיות כאלה נעשה ע”י פרוטוקולים ברמות גבוהות יותר במודל OSI, כמו פרוטוקול TCP/IP.
רשת האתרנט היא רשת מבוזרת. אין יחידת בקרה מרכזית שמאפשרת גישה לכל השאר.
סכימת הגישה של רשת האתרנט נקראת CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (הפרוטוקול הזה מפורסם מאד, ומשמש יישומים רבים מעבר לרשת האתרנט).
בשיטה הזאת המחשבים יכולים לתקשר זה עם זה בזמנים אקראיים ולפי הצורך. כל כרטיס רשת מסוגל לבדוק האם ברגע נתון מתבצע שימוש בקווי הרשת (Carrier sensing). אם כרטיס מסוים צריך לשלוח מידע, הוא מאזין לרשת. ברגע שהיא מתפנה (כאשר הסתיימה שליחת תא ממחשב למחשב) הכרטיס ינסה לשלוח את המסר שברשותו.
ישנם שני דברים שראוי לשים לב אליהם: כל כרטיס ישתמש ברשת רק לפרק זמן מסוים, מכיוון ששליחת ההודעות נעשית ע”י מסגרות שמכילות מידע בינארי (עוד על המסגרות בהמשך) בעל אורך מקסימלי מסוים. הדבר השני הוא, שאחרי שכרטיס שולח מסגרת ברשת הוא ימתין פרק זמן מסוים כדי לאפשר לכרטיסים אחרים (שאולי גם צריכים לשלוח מידע) להתחיל לשלוח בעצמם.
אם הכרטיס לא היה ממתין היה יכול להיווצר מצב שבו כרטיס אחר שולח מסר ארוך מאוד וסותם את הרשת לכל המחשבים האחרים (הדבר דומה למושג “הרעבה” של תהליכים במערכת ההפעלה, ע”י תהליך אחד שמקבל את כל זמן המעבד).
Collision Detection Mechanism
כאשר כרטיס רשת מתחיל לשדר, השדר לא נקלט בכל שאר המחשבים באותו הזמן בדיוק. יכול להיווצר מצב שבו שני כרטיסים יתחילו לשדר באותו זמן (כאשר שניהם יגיעו למסקנה שהרשת פנויה), והשדר שיתקבל על קווי התקשורת יהיה ערבוב לא מובן של שניהם. המצב הזה נקרא התנגשות (Collision).
רשת האתרנט מטפלת בהתנגשויות כך (בעזרת פרוטוקול שמכונה CSMA/CD): בעת שליחת המידע כל כרטיס מאזין לקווי התקשורת, ובודק שהאות שעובר בהם הוא אכן מה שהוא שולח. במידה והכרטיס מזהה הפרעה (שיכולה להיגרם כתוצאה מהתנגשות) הוא יבטל את המשך שליחת המסגרת. הוא יאזין לרשת, ויחכה עד שתתפנה (מן הסתם ישנו כרגע לפחות עוד כרטיס אחד שעובר את אותו תהליך). פה נכנס לפעולה “מנגנון ההשהיה האקספוננציאלי הבינארי” (binary exponential backoff algorithm) הבא: כל כרטיס ממתין פרק זמן אקראי מסוים. בסוף הזמן, אם הרשת פנויה, הוא ינסה לשלוח שוב את המידע. אם התרחשה עוד התנגשות (במקרה ששני כרטיסים חיכו פרק זמן קרוב), כל כרטיס מכפיל את פרק הזמן שהגריל, ומנסה לשדר שוב אחריו. בצורה הזאת, הפער בין פרקי הזמן שהוגרלו גדל גם כן, והסיכוי שתתבצע התנגשות נוספת - קטן.
מבנה תא (Cell) או מסגרת (Frame) ברשת אתרנט
עד עכשיו דיברנו על רשת האתרנט מבלי להגדיר בצורה ברורה מהו התא (cell). כבר הוזכר בתחילת הפרק שרשת האתרנט היא Packet Oriented, ועכשיו נראה מדוע.
משלוח מידע בין שתי נקודות ברשת מתבצע ע”י שליחת תאים (frames, cells) שמכילים רצף של ספרות בינאריות בפורמט הבא:
המחשה של תא אתרנט מהספר Internetworking with TCP/IP של Douglas E.Comer
Preamble
מטרת 8 הבתים הראשונים בכל frame היא לאפשר לכרטיסי הרשת האחרים להסתנכרן עם קצב שליחת המידע, ולקבל את התא הנשלח בצורה טובה.
Source address, destination address
כל כרטיס רשת מקבל בעת הייצור כתובת יחודית בת 48 סיביות (כתובת זו מכונה ethernet address). זו הכתובת שבעזרתה “מדברים” כרטיסי האתרנט, וכתובות כאלו ירשמו ב- Source address וב-destination address. הודעות מסוג broadcast ימוענו לכתובת יעד שמורכבת כולה מהסיפרה '1'.
Frame type
16 ביטים שמכילים את תיאור המידע שנשלח ב- frame. כאשר ה- frame נקלט ע”י כרטיס רשת במחשב מסויים ועובר לטיפול מערכת ההפעלה, תוכן ה- frame type עוזר לקבוע איך לפענח את המידע שה- frame מכיל.
Frame data
כאן מאוכסנים הנתונים שהתקבלו מרמות גבוהות יותר במודל OSI. ה- frame נבנה על מנת להעביר אותם בצורה הטובה ביותר.
CRC - Cyclic Redundancy Check
ב- CRC מאוכסן קוד שמחושב לפי המידע שמאוכסן ב - frame data. הקוד משמש לבדיקת התקינות של הנתונים.

תאור רכיבים וחומרה: Hub, Repeater, Bridge, Switch

הרפיטר:

הרפיטר מחזק סיגנלים חלשים במקרים שבהם הרשת נפרשת על פני אזור גיאוגרפי גדול יחסית ועקב כך מידע אובד (נחלש ולא מפוענח כראוי). חיזוק האות יכול להגדיל את טווח הפעולה של הרשת, ובנוסף להקטין את כמות הטעויות שמתרחשות עקב המרחק הגדול בין הכרטיסים ובכך לשמור על ביצועי הרשת.

מירכזת - Hub

רכיב זה מקשר בצורה פרימיטיבית בין קבוצה של מחשבים. תפקידו הוא בסה”כ לקבל תא מנקודה מסוימת ברשת ולהעבירו לכל הנקודות האחרות שמחוברות אליו. הרכיב אינו בודק טעויות, מנתב בקשות או כל פעולה מתוחכמת אחרת; הוא פשוט “מעביר הלאה” כל מה שנשלח אליו. מכיוון שמספר היציאות מכל Hub מוגבל, ישנה אפשרות לחבר גם Hub ל- Hub שכן, כמו בשרטוט:

גשר - bridge

במובן הקלאסי, ה- bridge (גשר) הוא רכיב שמפצל את הרשת לשתיים. כאשר הרשת המקומית עמוסה במחשבים והתעבורה שמועברת בה גדולה, אפשר לייעל את השימוש ברשת ע”י הפיצול שלה לכמה חלקים. הדבר נעשה בצורה הבאה: תפקיד הגשר לחלק את הרשת לשני חלקים, וללמוד היכן נמצא כל מחשב (לאיזה חלק הוא שייך). הגשר מכיל בתוכו טבלת כתובות. בתחילת פעולתו הטבלה ריקה, והוא פשוט מאזין לרשת. בכל צד נשלחות מסגרות, שכוללות גם את הכתובת של הכרטיס ששלח אותם - source address. בכל פעם שכרטיס חדש שולח מסגרת, הגשר ידאג לעדכן בטבלאות שבתוכו באיזה חלק של הרשת הוא נמצא. אם הגשר עדיין לא יודע באיזה צד נמצא המחשב שאליו מיועדת המסגרת שזה עתה הגיעה אליו הוא תמיד יעביר אותה לצד השני. נניח שהרשת חולקה לשני חלקים: A ו- B. כאשר מחשב בצד A שולח מסגרת, כל המחשבים בצד A מקבלים אותו, כולל הגשר. אם היעד של אותה מסגרת הוא מחשב אחר בצד A, הגשר פשוט לא יעשה דבר (ההנחה כאן היא שהגשר כבר למד את מיקומי המחשבים ברשת). אם היעד הוא מחשב בצד B, הגשר יעביר את המסגרת לצד B. יש לציין שהגשר לא יעביר מסגרת שנפלה בו טעות, והוא ימנע מהתנגשויות (ראה CSMA/CD) בצד אחד של הרשת להפריע לתקשורת בצד האחר. כיום, הרכיב שנקרא ethernet bridge מבצע דבר שונה. הוא מאפשר לחסוך את החיווט הסטנדרטי של חוטי הנחושת בין המחשבים, ולהעביר את המידע הדיגיטלי על גבי רשת החשמל הביתית.

מתג - Switch

רכיב זה מהווה מעין צומת תעבורתית בנקודה כלשהי בתוך הרשת. הוא רכיב בעל פונקציונליות גדולה יותר משל ה- Hub, ולעיתים יש צורך בשרותיו על מנת לייעל את הרשת. כדי להסביר מה בדיוק הוא עושה, נחשוב על הדוגמא הבאה: במשרד מסוים ישנן 3 קומות, ובכל אחת 20 מחשבים שמחוברים ל- Hub. בקומה האמצעית ימצא המתג, שיחובר בעזרת חוטים ארוכים מספיק לשלושת ה-Hub-ים. המתג יאזין לתעבורה בכל קומה, ויפענח את הכתובות שאליהן החבילות שנשלחות מיועדות. כל עוד המחשבים בכל קומה מעבירים מידע ביניהם ולא נדרשת תקשורת “בין קומתית”, המתג פשוט לא יעשה כלום. ברגע שהמתג יזהה חבילה שנשלחה ממחשב בקומה הראשונה אל מחשב כלשהו בקומה השלישית, הוא יעביר אותה ל- Hub של הקומה השלישית. אם נשלחה הודעה מסוג Broadcast, היא תועבר ע”י ה- Switch לכל הקומות. המתג מייעל את הרשת בכך שהוא מונע הרבה התנגשויות שהיו יכולות להיגרם אם כל המחשבים היו מחוברים לאותו הערוץ בדיוק, ובנוסף מאפשר שימוש מקבילי מסוים ברשת. התבונן בשתי קונפיגורציות הרשת הבאות: מהי שיטת החיבור העדיפה? חשוב רגע לבד, והמשך לקרוא. (השאלה נלקחה מהרצאותיו של פרופ' אמיר הרצברג, אונ' בר אילן) הקונפיגורציה הראשונה שבה מחברים את שלושת הרשתות הקטנות עם מתג אחד עדיפה על שני הגשרים, מכיוון שבחיבור ע”י שני הגשרים תעבורה בין שתי הרשתות הקיצוניות תעמיס את הרשת האמצעית וביצועיה ירדו

אלגוריתם העץ הפורש (Spanning Tree Algorithm) ניתן כמובן לחבר יותר ממתג אחד ברשת מקומית. מה יקרה כאשר נחבר שתי רשתות אתרנט בצורה הבאה: ברור מהאיור, שיש מתג מיותר. האם זהו דבר גרוע? לא תמיד. הבה נבדוק את היתרונות והחסרונות של הכפילות הזאת, נבין את הבעיות שנוצרות מהטופולוגיה הזאת (וכן טופולוגיות מסובכות יותר) ולאחר מכן נראה את הפתרונות. כפי שכבר נאמר, במבט ראשון נדמה כי יש כאן רכיב כפול שמונח ללא סיבה מוצדקת. יתר על כן, יכולה להיווצר בעיה חמורה של שיכפול מידע; נתבונן בתרחיש הבא (כשהרשת רק החלה לעבוד, וטבלאות הניהול של המתגים ריקות): נניח שמחשב ברשת 1 שולח הודעה למחשב ברשת 2. שני המתגים יקבלו את ההודעה ויעבירו אותה לרשת 2, לאחר שירשמו לעצמם בטבלאות המיתוג הפנימיות את מיקומו של המחשב שזה עתה שלח מידע בצד של רשת 1. מה שקרה בפועל הוא שההודעה הוכפלה, והמחשב שאליו יועדה ההודעה ברשת 2 יקבל אותה פעמיים. כמובן שזהו מצב גרוע ויכול לגרום לבעיות רציניות ברשת ובפענוח המידע ע”י המחשב בצד 2. הדבר היותר גרוע הוא, שהבעיות בשלב הזה רק מתחילות! יש לשים לב, שעכשיו כ”א מהמתגים קולט את ההודעה ששוכפלה ע”י חברו בצד של רשת 2. מבחינתם, הדבר מהווה שינוי במבנה הרשת, מכיוון שמישהו העביר את המחשב שהרגע היה ברשת 1 לרשת 2 (יש לזכור שכל הודעה כוללת בתוכה גם את כתובת המחשב ששלח אותה, בנוסף לכתובת היעד). כמובן שהם יעדכנו שוב את טבלאות המיתוג הפנימיות שלהם ויעבירו שוב את ההודעה, הפעם חזרה לרשת 1. כך ימשך “התיזוז” הזה של המתגים וההודעה תשוכפל ותשוכפל ותועבר מצד לצד תאורטית אפילו עד אינסוף. הרשת תקרוס מהר מאד בצורה כזאת וברור שחייב להימצא פתרון. הפתרון הוא שימוש באלגוריתם שיוצר מסלולים שיכללו את כל הרשת, מבלי שיהיו לולאות כלשהן או במילים אחרות - עץ פורש (מושג זה אמור להיות מוכר לכל מי שעבר קורס כלשהו באלגוריתמים או תורת הגרפים). ישנם הרבה אלגוריתמים למציאת עץ פורש מינימלי (למשל של דיקסטרא - Dijkstra, פרים - Prim, קרושקל - Kruskal ועוד) שלא נעבור עליהם מכיוון שהדבר חורג ממסגרת התוכן של האתר. להלן קישור לאתר אחר בסדנת איתן, שעוסק בתורת הגרפים ומכיל בתוכו בין היתר הסבר גם על הנושא הזה: אתר ללימוד תורת הגרפים בכל מקרה, בעת הפעלת המתגים או בכל פעם שמתג מזהה שינו בטופולוגית הרשת מופעל האלגוריתם מחדש. בגדול, נבחר מתג ראשי שיתחיל את התהליך, וכל מתג אחר מוודא שהוא לא מאפשר מצב של לולאה ברשת (המתגים פשוט מעבירים חלק מהכניסות\יציאות שלהם למצב של חסימה, ולא מעבירים הלאה מסגרות שהגיעו מכניסה\יציאה חסומה). המתגים משתדלים ליצור את העץ הפורש בצורה אופטימלית גם מבחינת הביצועים. ייתכן אפילו מצב שבו מתג יוציא עצמו מפעולה מכיוון שאינו הכרחי לתפקוד תקין של הרשת - במקרה כזה הוא פשוט יחסום את כל היציאות (יציאה - Port) שלו, וימתין עד שטופולוגית הרשת תשתנה מסיבה כלשהי (מתג כלשהו יתקלקל או שיתווספו לרשת מחשבים שיחוברו רק אליו וכו'). באיור האחרון אחד המתגים באמת יחסום את שתי היציאות שלו ולא יאפשר מעבר מידע דרכו. הוא ימתין ויאזין לרשת בצורה מתמדת, עד שאולי יצטרך להיכנס לפעולה בשלב מסוים. לסיכום: בניית רשת עם מתג רזרבי (כמו באיור האחרון) כרוכה בהוצאות כספיות גבוהות יותר ובשימוש באלגוריתם למניעת לולאות. לעומת זאת, לעיתים יש צורך לבנות רשת שלא תקרוס כאשר אחד מרכיביה יפסיק לעבוד. במקרה הזה תוספת של מתגים יכולה להיות מועילה ואפילו הכרחית!

רמת פירוט 

ג'יגה ביט אתרנט (Gigabit Ethernet) כאמור, ג'יגה ביט אתרנט מתפקדת באותה צורה שבה מתפקדות רשתות אתרנט איטיות יותר. לפיכך, המעבר מרשת אתרנט ישנה לג'יגה ביט אתרנט לא מצריך הדרכה אינטנסיבית של טכנאים והשקעה מרובה בשינוי התשתית הקיימת - כמו שהיה מתבקש במקרה של שידרוג לרשת שפועלת בטכנולוגיה אחרת. הג'יגה ביט אתרנט גובש כתקן ע”י IEEE ב-1998, וכבר הספיק לצבור תמיכה תעשיתית רבה כשיותר ממאה חברות התאחדו למה שמכונה GEA (Gigabit Ethernet Alliance) , כשמטרת האיחוד היא לקדם את הסטנדרט ולבדוק אותו. ניתן לקרוא על כך בסוף המסמך בכתובת הזאת: http://www.10gea.org או באתר: http://standards.ieee.org/announcements/802.3ab.html בכל זאת, ישנם הבדלים במימוש השכבה הפיזית, ותת השכבה MAC. (MAC: Media Access Control - תת שכבה של שכבת ה-Data link שאחראית על קבלת ושליחת התאים) נוצרת בעיה בשימוש בפרוטוקול CSMA/CD עבור רשת ג'גה ביט אתרנט, מכיוון שהרשת מעבירה מידע במהירות גדולה מאד ולעיתים התאים שמועברים קטנים מאד. מנגנון זיהוי ההתנגשויות לא מספיק רגיש כדי לזהות התנגשויות כ”כ מהר, ולכן תאים שגודלם בין 64 בתים (גודל התא המינימלי) ל- 512 בתים מורחבים לתאים בעלי 512 בתים. תאים גדולים לא מהווים בעיה ולכן גודלם נשאר ללא שינוי. ניתן לראות בדיאגרמה הבאה את השינוי לטובה שחל בקצב העברת הנתונים כאשר גודל התאים שנשלחים גדול יותר (בעמ' הבא): צויר על פי הספר: High preformance data network design של Tony Kenyon הדיאגרמה הופקה ע”י חברת Intel (זוהי סימולציה תיאורטית), וניתן לראות בה כמה דברים: ראשית, המהירות שבה ג'יגה ביט אתרנט מעבירה נתונים גדולה כמעט בסדר גודל מ- Fast Ethernet, כאשר גודל המסגרת המועברת גדול. בנוסף, ניתן לראות שכאשר הופכים מסגרות שקטנות מ- 512 בתים למסגרות של 512 בתים, קצב העברת הנתונים גדל (הקו השחור העליון - Gigabit Ethernet carrier extention) לעומת רשת ג'יגה ביט אתרנט שבה הפעולה הזאת לא מתבצעת (הקו המקווקו - Gigabit Ethernet). באותה דרך שבה כרטיסי fast ethernet יכלו לעבוד עם כרטיסים איטיים יותר של Mbits 10, ישנם גם כרטיסי רשת של Gbits 1 שיכולים להתאים את עצמם לכרטיסי fast ethernet. ישנן כמה שיטות חיבור נפוצות לג'יגה ביט אתרנט: 1000BaseLX - חיבור בעזרת סיבים אופטיים שמכונה גם long-haul fiber. 1000BaseSX - חיבור בעזרת סיבים אופטיים שמכונה גם short-haul fiber. 1000BaseCX - חיבור בעזרת חוטי נחושת מסוככים (Shielded twisted-pair copper link) באורך מקסימלי של 25 מטר, מכונה גם short-haul copper. 1000BaseT - חיבור בעזרת חוטי נחושת לא מסוככים (Unshielded twisted-pair copper link) באורך מקסימלי של 100 מטר.

מבחן על פרק האתרנט סמן את התשובה הנכונה ביותר. כשתסיים, לחץ על כפתור הבדיקה שבתחתית הטופס.

שאלה 1:

לרשת אתרנט מחוברים שלושה מחשבים. שלושתם מעונינים לשדר מידע. אחד מהם מסיים לשדר מסגרת ראשונה של מידע, אבל מעוניין לשלוח עוד כמה. איזה מהתרחישים הבאים יתאר בצורה הטובה ביותר את העומד להתרחש:

 1. המחשב שהרגע סיים לשלוח חלק מהמידע ימשיך ללא הפרעה לשלוח מסגרות נוספות עד שיסיים לשלוח את כל המידע שברשותו.
 2. אחד משני המחשבים שמחכה לתורו ישלח עכשיו את המסגרת שברשותו, וזאת כדי למנוע מהמחשב שזה עתה סיים לשדר מסגרת להשתלט על הרשת.
 3. לאחר פרק זמן מסוים שלושת הכרטיסים יזהו שהרשת פנויה, וינסו לשלוח מידע. התנגשות יכולה להתרחש ואז יופעל מנגנון הטיפול
בהתנגשויות שבסופו יקבע אקראית איזה מחשב מבין השלושה ישדר.
 4. המחשב שזה עתה סיים לשלוח מסגרת ימשיך לשלוח עוד מספר מסגרות ללא הפרעה. בשלב מסוים, אחד המחשבים שממתינים
ייזום מצב של התנגשות בכוונה, על מנת למנוע מהמחשב המשדר להשתלט על הרשת. יופעל המנגנון לטיפול בהתנגשויות שבסופו
יקבע אקראית איזה מחשב מבין השלושה ישדר.

שאלה 2:

לרשת אתרנט שמכילה 30 מחשבים הוסיפו bridge, בצורה כזאת שיחצה אותה לשני חלקים זהים (נסמנם A ו- B). בתחילת הפעולה שלו, שלושה מחשבים מצד A (נקרא להם a1,a2,a3) שולחים frames שהיעד שלהם נמצא בצד B (לכולם אותו יעד, נסמנו b1). לאחר מכן, a1 שולח הודעה ל- a2. מה ניתן לומר בשלב הזה (סמן את התשובה הנכונה):

 1. ה- bridge מכיר כרגע 4 כתובות, 3 בצד A ואחד בצד B. אם b1 ישלח frame למחשב אחר בצד B, המחשבים בצד A לא ידעו על כך.
 2. ה- bridge מכיר כרגע 3 כתובות. מחשב b1 לא ידע על ה- frame שנשלח מ- a1 ל- a2.
 3. כאשר מחשב בצד B ישלח הודעה ל- b1, המחשבים בצד A לא ידעו על כך (ה- bridge יחסום מהם את ההודעה).
 4. אם b1 ישלח frame ל a3, למחשב a3 לא תהיה דרך לדעת מהו המקור של ההודעה, מכיוון שהיא הועברה ע"י ה- bridge.

שאלה 3: הכבל המוצלב משמש ל:

 1. חיבור בין שני מחשבים ברשת
 2. חיבור בין מחשב ל HUB הקרוב
 3. חיבור בין מספר מחשבים ללא HUB
 4. חיבור בין Switch למחשב

שאלה 4: שאלה על עץ פורש. נתונה רשת האתרנט המקומית עם ארבעת המתגים, כפי שמתואר בשרטוט למעלה. כל תת רשת בנויה בטופולוגית Bus. הערה: המילה ענף בכ”א מהתשובות מתייחסת לקישור פעיל בין רשת למתג . בציור מתוארים 11 ענפים, השאלה היא לאילו מהם יועברו מסגרות שיעובדו ע”י המתגים. מה נכון בהכרח?

 א. בעץ הפורש המינימלי יהיו 8 ענפים. כל המתגים חיוניים.
 ב. בעץ הפורש המינימלי יהיו 9 ענפים, וכל המתגים חיוניים.
 ג. בעץ הפורש המינימלי יהיו 8 ענפים, ויתכן שיש מתג מיותר שלא יעשה בו שימוש.
 ד. בעץ הפורש המינימלי יהיו 8 ענפים, ויש מתג מיותר שלא יעשה בו שימוש כשהרשת תקינה.

שאלה 5:

נתונים שני מחשבים ומעונינים לחבר אותם ברשת אתרנט. איזו שיטת חיבור תתרום לביצועים הכי מהירים (בהנחה שכרטיסי הרשת שעל שני המחשבים זהים):

 1. Half-Duplex
 2. Full-Duplex
 3. לא משנה אם החיבור יהיה מסוג Half-Duplex או Full-Duplex, הביצועים בשני המקרים זהים
 4. לא משנה אם החיבור יהיה מסוג Half-Duplex או Full-Duplex, העיקר שהחיבור יתבצע בעזרת HUB

הקדמה כללית על הרשת

בניגוד לרשת האתרנט, רשת ה- frame relay הינה רשת WAN. רשת ה- frame relay יכולה לשמש כחוט שדרה (backbone) שעליו יכולות רשתות אחרות להעביר מידע (תוך שימוש בנתבים). היא תוכננה במקור לשמש כפרוטוקול עבור רשת ה- ISDN (בפרק על רשת ה- ATM נראה שניתן לומר דברים דומים גם לגביה). רשת ה- Frame Relay תוכננה לתפוס את המקום של הרשת X.25. רשת X.25 היא רשת שמסוגלת לעבוד על תשתית רעועה, שבה הסיכוי שתתרחש טעות בהעברת הנתונים גבוהה. בראשית שנות התשעים כשכבר חלה התקדמות רבה בפיתוח תשתיות איכותיות יותר (קצב העברת נתונים גבוה יותר ורמת שגיאות נמוכה יותר), פיתחו את Frame Relay על מנת לנצל את קווי התקשורת בצורה יעילה יותר. היום משתמשים בטכנולוגיה הזאת ברחבי ארה”ב ובאירופה, וזאת (בין היתר) מכיוון שהיא פחות יקרה משיטות אחרות (לפי www.webopedia.com) ויחסית פשוטה יותר (למשל בהשוואה ל ATM או X.25). אופן הפעולה: רשת Frame Relay מורכבת ממספר מתגים (switches) שמחוברים ע”י קווי תקשורת שיוצרים טופולוגית סריג (mesh) חלקית או מלאה. http://homepages.feis.herts.ac.uk/~simon/networks1/node18.html על כל קו תקשורת פיזי עוברים נתונים בדרכם מהמקור ליעד. אם נתבונן בדיאגרמה האחרונה, נוכל לראות שמסגרת שיוצאת מנקודה A ל- F יכול לעבור בכמה מסלולים אפשריים. מנגנון השליחה העיקרי של רשת ה- Frame Relay הוא ה- Permanent Virtual Circuits (או PVC), וישנה תמיכה הולכת וגדלה גם ב- Switched Virtual Circuits (או SVC). כל Virtual Circuit (או VC) מיוצג ע”י מספר שנקרא Data Link Connection Identifier (או בקיצור DLCI). בד”כ יש ל - DLCI משמעות מקומית, כלומר בין שתי נקודות קרובות ברשת ולא בהכרח בין נקודות המקור והיעד. הסבר מפורט על DLCI יינתן בפרק על מבנה המסגרת (packet).

VC, PVC, SVC PVC הינו מסלול קבוע (בין שתי נקודות ברשת) שבו עוברים נתונים. המילה Virtual מציינת שהוא לא קיים באמת, ושמשמעותו היא לוגית בלבד - כלומר כל קו תקשורת פיזי יכול להכיל הרבה ערוצים וירטואליים כאלה, כשכל אחד מהם מקבל מספר מזהה אחר. את המסלולים האלה מגדירים בעת תכנון הרשת ומעדכנים את החומרה בהתאם. SVC לעומתו הוא מסלול שנוצר בצורה דינאמית כאשר יש צורך לשלוח מידע, מה שמצד אחד מוסיף גמישות לרשת, ומצד שני מגדיל את התקורה (יצירת מסלול חדש בין שני נקודות קצה ברשת היא פעולה שצורכת זמן ומשאבים). SVC יכול להיות באחד מ- 4 מצבים אפשריים: מצב של יצירת המסלול בין שתי נקודות ברשת (ע”י DTE - לסמן כלינק ולהעביר לפרק על מבנה ה- Packet במקום המתאים), מצב שבו מועבר מידע בערוץ, מצב שבו לא מועבר מידע על גבי הערוץ (שבו הוא מודד את משך הזמן שבו לא עבר מידע ונסגר בסוף - אחרי פרק זמן מסויים) ומצב של ניתוק הקשר.

השוואה לאתרנט למה רשת אתרנט לא יכולה לשמש כחוט שדרה (backbone) לרשתות אחרות או כ- WAN? בד”כ רשתות WAN (נפרשות על פני שטח רחב) הן רשתות בעלות תשתית יקרה שגופים פרטיים קטנים לא יכולים (ולא צריכים) לרכוש. יותר משתלם למשתמש הפשוט לשלם לבעלי התשתית ולקבל מהם שירות. לדוגמא, מה שקורה בארץ עם רשת האינטרנט הוא שמספר חברות (ספקיות) שוכרות רוחבי פס (גדולים) מחברה שבבעלותה יש קווי תקשורת מהירים מאד שמעבירים נתונים בקצבים אדירים שנמדדים במיליארדי ביטים לשנייה לחו”ל. מהן יכול המשתמש הפרטי לקבל שירותי רשת בקצבים ובכמויות שמתאימים לו. כדי לאפשר סוג כזה של קשר, שכולל חתימת חוזה עם ספק השירות (וגם ספק התשתית) על טיב התקשורת והמחיר, הטכנולוגיה שבה הרשת פועלת צריכה לתמוך (בין היתר) בשני דברים עיקריים: אפשרות למדוד כמה משתמש מסוים השתמש ברשת כדי לחייב אותו בתשלום, ואפשרות לקבוע QoS מול הלקוח - כלומר הבטחת קצבי העברת נתונים. ניתן לראות ששני התנאים הנ”ל לא מתקיימים ברשת האתרנט (ברשתות מקומיות הנתונים הללו לא חשובים כלל - השימוש ברשת הוא כמעט חינם) ולכן היא אינה מתאימה לשימוש כרשת WAN גם אם קצב העברת הנתונים שהיא תספק יהיה גבוה מאד. ברשת Frame Relay לעומת זאת יש טיפול בשני הנושאים הללו. ישנם כמה מושגים (פרמטרים לתאור איכות התקשורת) שכדאי להכיר בהקשר הזה: CIR - Committed Information Rate. כדי ליצור חלוקת משאבים הוגנת בין המשתמשים (כשכל לקוח מקבל את איכות התקשורת ששילם עליה), יש כאמור צורך להגדיר קצב העברת נתונים שאותו ספק הרשת מתכוון לאפשר ללקוח. כאשר הלקוח ישלח נתונים מהר יותר מהקצב הזה יוצמדו להם תוויות של עדיפות נמוכה. במקרה שהרשת תהיה עמוסה, הם יהיו הראשונים שיושלכו. על אף השימוש במילה Commited אין הכרח אפילו שקצב הנתונים שנקבע יסופק תמיד במלואו, כי יתכנו מצבים שבהם הרשת תהיה עמוסה ולא יתאפשר לספק את הקצב באופן זמני. Bc - Committed Burst Size. מספר הביטים שהרשת אמורה לקבל ולשלוח בקצב CIR בפרק זמן מסויים T. בעצם, זוהי שליחת מידע שקרוב לודאי תגיע ליעדה, אם כי המתג (Switch) של הרשת רשאי להתייחס אליהם כביטים בעלי עדיפות נמוכה ולהשמיטם במצבי עומס. EIR (Excess Information Rate) או Be (Excess Burst Size) - מגדיר את הקצב המקסימלי המוחלט (קצב השיא) של העברת הנתונים, אחרי שהקצב Bc כבר הושג. זהו אינו קצב שמובטח ללקוח, אלא קצב שאם הלקוח ינסה להשתמש בו - הרשת תנסה לאפשר זאת. למעשה ניתן לקבוע מהו הקצב הגבוה ביותר האפשרי לפי הנוסחה Rmax=(Bc+Be)/Bc x CIR.

מבנה מסגרת להלן מבנה המסגרת התקנית שעוברת בקווי התקשורת של רשת Frame Relay: Flags מציינים את ההתחלה והסוף של כל מסגרת. תמיד יופיע בהם הערך הבינארי 01111110 (או ההקסא דצימלי E7). Q. 922 Address (או Frame Relay Header בשרטוט) DLCI Data Link Circuit Identifier - שדה שארכו 10 ביטים שמזהה באופן ייחודי את הערוץ הוירטואלי בין ה- DTE (Data Terminal Equipment - הציוד שבעזרתו לקוח שמשתמש ברשת יתחבר לספקי הרשת. זה יכול להיות מחשב, נתב, gateway וכו') וה- DCE (Data Circuit Equipment - הציוד שנמצא אצל ספק הרשת). http://www.frforum.com/basicguide/chap2.html כל מתג של הרשת (המתגים מסומנים A, B ו- C) בודק את שדה ה - DLCI של המסגרת שמגיעה אליו, ומעביר אותה הלאה לפי טבלאות פנימיות שהוא מנהל. ישנם כמה מקרים שבהם המתג לא יעביר את המסגרת הלאה: במקרה שלא קיים DLCI מתאים, אם הרשת עמוסה (פירוט בהמשך) או אם המסגרת שמועברת השתבשה מסיבה כלשהי. CR לא מוגדר EA Extended Address ביט, מציין האם יש צורך בעוד בתים כדי לתאר את DLCI. אם ערכו 1, אין צורך להשתמש בביטים הנוספים, והביט הנ”ל גם יהיה במקום האחרון בבית האחרון. FECN Forward Explicit Congestion Notification - FECN. ביט שערכו יהיה 1 כאשר מתג (switch) ירצה לדווח לציוד הקצה של הלקוח (ה- DTE) שהורגשה צפיפות (Congestion) מכיוון מקור השליחה ליעד. FECN מסתמך על כך ששכבות גבוהות יותר ידעו להגיב בצורה חכמה למידע הנ”ל. BECN Backward Explicit Congestion Notification - BECN. דומה ל FN, למעט העובדה שערך הביט הנ”ל יהיה 1 אם תורגש צפיפות בכיוון ההפוך (כלומר בנתונים שמגיעים מכיוון היעד למקור השליחה). http://www.frforum.com/basicguide/chap3.html נתבונן בציור. במתג B הורגש עומס, מהכיוון של מתג A. במסגרות שיגיעו מ- A ל- C דרך B ישונה ערך הסיבית FECN מ-0 ל-1. כדי להודיע על העומס בכיוון ההפוך, יחכה מתג B למסגרת שתגיע מ-C ל-A (עם DLCI מתאים) ובה המתג ישנה את ערך הסיבית BECN מ-0 ל-1. DE Discard Eligibility ביט שערכו משתנה ע”י ציוד הקצה של הלקוח. ערכו ישונה ל-1 עבור frame שעדיפותו נמוכה, ושניתן לוותר עליו במקרה של צפיפות (Congestion). ישנם עוד שדות כגון: Control, Pad, NLPID שמקומם בין ה- Frame Relay Header לבין אזור המידע. שדות אילו אינם מופיעים בשרטוט, מכיוון שהם מכילים מידע עבור השכבות הגבוהות יותר במדרג השכבות (מידע כמו באילו פרוטוקולים יש להשתמש כדי לפענח את המידע וכד'). Information המידע מהשכבות הגבוהות יותר, עד 16,000 בתים. FCS Frame Check Sequence - שדה שערכו נקבע לכל frame בהתאם לתכולתו, ומטרתו לאפשר לצד המקבל לדעת האם המידע עבר בצורה טובה.

Statistical TDM Statistical TDM היא שיטת ריבוב מידע על קווי הרשת. כאמור, רשתות WAN מספקות אפשרות לקשר בין מספר גדול של מחשבים (או רשתות) שפזורים על פני שטח גדול. רשת מהסוג הזה צריכה לאפשר העברת מידע מהרבה מקורות שונים על קו תקשורת אחד (כמו למשל סיב אופטי שמניחים בקרקעית הים), ובפירוק המידע והמשך ניתובו בצד השני. כאן בדיוק נולד הצורך בשיטות הריבוב השונות. ראשית נעבור על מספר שיטות שונות של ריבוב, על מנת שאפשר יהיה להשוות בניהם ולראות את הסיבות שהובילו לפיתוח Statistical TDM. FDM - Frequancy Division Multiplexing. בעברית: ריבוב ע”י חלוקת תדרים. זוהי שיטת ריבוב שנפוצה ביישומים כגון לווינים, טלפוניה וטלוויזיה בכבלים. הרעיון שעומד מאחוריה הוא פשוט חלוקת רוחב הפס הנתון לחלקים, כשלכל ערוץ מוקצה חלק (בעצם תחום תדרים). בצורה כזאת ישנה מקביליות - כל הערוצים יכולים תאורטית להעביר מידע בו-זמנית, אך אם ערוץ מסויים לא ישדר, יווצר מצב של בזבוז רוחב פס. TDM - Time Division Mutiplexing. בעברית: ריבוב ע”י חלוקת זמן. זוהי טכנולוגיה סינכרונית שבה כל ערוץ מקבל פרק זמן קצוב מתוך מחזור מסוים, שבו הוא יכול להעביר מידע. זוהי שיטה הוגנת שלא מפלה לרעה אף ערוץ, אם כי שוב ישנו מצב של בזבוז כאשר גם לערוצים שלא משדרים מידע מוקצה נתח מזמן המחזור, שפשוט הולך לאיבוד. STDM - Statistical Time Division Multiplexing זוהי השיטה שבה רשת Frame-relay משתמשת. בבסיס השיטה עומד הרעיון של שיטת TDM ובנוסף מוכנס השיפור הבא: בכל פעם שערוץ מסוים מפסיק לשדר או לקלוט נתונים, זמן המחזור (זמן הסבב שמחולק לפי כמות הערוצים שמשדרים וקולטים מידע) מחולק מחדש בין שאר הערוצים הנותרים. כאשר ערוץ מסוים מצטרף ומעוניין לשדר, “יפונה לו מקום” על חשבון הערוצים הקיימים ויינתן לו פרק זמן שבו יועבר המידע ששלח. ישנם וריאנטים שונים לשיטה הזאת; ביניהם ATDM - Asynchronous Time Division Multiplexing שבו המרבב מקצה מקום לכל ערוץ בהתאם לצורך, וגם SPM - Statistical Packet Multiplexing שמשלב טכניקות של רשת X.25 עם STDM (לא נרחיב מעבר לזה

LMI LMI- Local Menegmant Interface פותח בשנות התשעים ע”י קונסורציום של חברות: Cisco, Northen Telecom ו- Digital Equipment Corporation. הוא מהווה הרחבה לסטנדרט של Frame Relay. המטרה היא בסופו של דבר לאפשר לרשת ה- Frame Relay לטפל בתעבורה בצורה יותר טובה. לא חובה לממש את Frame Relay לפי הסטנדרט הזה, אך אם כך יעשה, הרשת תעבוד בצורה יעילה יותר. להלן התוספות העיקריות לתקן: Global Addressing - נתינת משמעות גלובלית לשדה DLCI שנמצא בכל פריים. ה DLCI הופך להיות מבחינה אפקטיבית כתובת ה- DTE (ציוד הקצה של הלקוח) והוא ערך יחיד בתוך גבולות הרשת. כך בעצם פעולת הרשת הופכת לדומה יותר לפעולת רשת מקומית טיפוסית (היזכר - גם לכרטיס אתרנט יש כתובת יחודית משלו). Virtual Circuit Status Message - הודעות שמאפשרות תקשורת וסינכרון נוסף על הקיים בין ציוד הקצה של הלקוח ורכיבי הרשת (ה- DTE וה- DCE). מדי פעם נשלחת הודעה שמכילה סטטוס של PVC מסויים כדי למנוע שליחה של מידע לערוץ שלא קיים או שלא מתפקד כראוי. Multicasting - איפשור יצירת קבוצות של כתובות, כך שהודעות מסויימות יגיעו בבת אחת למספר נק' קצה ולא רק לאחת.

טיפול בעומס רשת ה- Frame Relay היא רשת שמבוססת על תורים. כזכור, הנתונים ברשת עוברים בתור מסגרות (Packets) במסלול מסוים בין נק' המקור לנק' היעד. נתבונן לרגע במתג מסוים בתוך הרשת, שמתפקד כמעין צומת ומנווט את המסגרות לכיוון היעד שלהן. כשהמתג מקבל חבילות בקצב שבו הוא שולח אותם הלאה (או בקצב נמוך יותר) הכל מתנהל כשורה. כאשר קצב הגעת החבילות אליו גבוה (רגעית) מהקצב שבו הוא מסוגל לשלוח חבילות, הוא נאלץ לשמור את החבילות העודפות בזיכרון שלו, ולשלוח אותם לאחר השהיה קטנה. אולם יתכן מצב שבו הבעיה אינה רגעית אלא מתמשכת. כמובן שלמתג יש זיכרון מוגבל, ובשלב מסוים הוא נאלץ למחוק חבילות מהתור! מצב כזה מכונה עומס (Congestion). בשגיאות שנוצרות ממצבי עומס כאלה מטפלות השכבות הגבוהות יותר במדרג OSI, ע”י פרוטוקולים כמו TCP או UDP. עם זאת, על רשת ה- Frame Relay להתריע ולנסות למנוע היווצרות של מצבי עומס כאלה. הטיפול בעומסים מחייב שיתוף פעולה בין רכיבי הרשת השונים ובין ציוד הקצה והפרוטוקולים שבהם משתמש הלקוח. ציוד הרשת הפנימי מסוגל לזהות עומסים בצורה טובה, ולהודיע על כך לציוד הקצה. ציוד הקצה לעומת זאת צריך לדעת איך לנהוג במצב כזה, ולשקול האם כדאי לו להמתין לפני שליחת חבילות נוספות או האם להסתכן ולהמשיך לשלוח חבילות בקצב רגיל (ואז אולי לאבד חלק מהמידע שנשלח). http://www.frforum.com/basicguide/chap3.html הימנעות מעומס (Congestion avoidance): כאשר הרשת מזהה סימנים ראשונים של עומס (בין נק' A ל- B בגרף, ואפילו לפני הגעה למצב A), היא יכולה להתריע על כך לעמדות הקצה המתאימות ולנסות למנוע בכך את הסלמת המצב לעומס ממש. בשלבים המוקדמים של היווצרות העומס, ציוד הקצה של הלקוח לא יכול להבחין בעומס המתפתח (הוא עדיין בקושי מושפע ממנו) ולכן על הרשת להודיע לו על כך בעצמה, ע”י מנגנון שיתואר בהמשך. טיפול בעומס (Congestion recovery): כאשר הרשת נמצאת במצב של עומס כבד (אחרי נק' B), ננקטים צעדים נוספים מעבר ליידוע ציוד הקצה בקיום העומס (סביר להניח שהוא כבר מושפע ממנו, ויודע עליו). הטיפול מונע מהרשת לקרוס, והוא מתחיל בד”כ כשהרשת עמוסה במידה כזאת שהיא נאלצת להשליך מסגרות בשל חוסר היכולת לשמור אותם בחוצץ של המתג. הטיפול מצריך שיתוף פעולה מציוד הקצה, ומעורבים בו גם הפרוטוקולים מהרמה השלישית של מודל השכבות. בזמן עומס הרשת מנסה לשמור על מסגרות שנשלחו בקצב CIR. כאשר מצטברות במתג מסגרות רבות ויש צורך למחוק חלק מהן, תעדיף הרשת למחוק את המסגרות שסיבית ה- DE דלוקה אצלן, מה שמראה על עדיפות נמוכה יותר ביחס למסגרות האחרות. אין זה הוגן לאפשר למשתמש לחרוג מקצב שליחת הנתונים המינימלי שהובטח לו על חשבון משתמשים אחרים, שלא מגיעים אפילו לקצב CIR. לעומת זאת, הרשת אינה זורקת אוטומטית את המסגרות שמסווגות כפחות חשובות ע”י סיבית ה- DE. כאשר הרשת אינה במצב של עומס, רצוי לנצל את רוחב הפס הפנוי ע”י שליחת מידע רב יותר - ולכן הרעיון של סיווג המסגרות בעדיפויות שונות אינו מיותר. המטרה בגדול היא לנצל עד כמה שאפשר את משאבי הרשת, ועדיין לנהל הכל בצורה הוגנת.

טופולוגיות חיבור אפשריות עבור Frame Relay כדי להרכיב רשת Frame Relay בצורה אופטימלית (הן מבחינת ההשקעה הכספית שעומדים לרשות הארגון והן מבחינת הביצועים והאמינות שבהם הוא מעונין) יש צורך להתבונן בכמה סכימות חיבור אפשריות. טופולוגית כוכב: כזכור מפרק המבוא, מדובר על יחידה מרכזית שממנה יוצאים קווי תקשורת לכל שאר חלקי הרשת. במקרים שבהם יש מספר מועט יחסית של רשתות מקומיות שיש לקשר ביניהן, ניתן להשתמש בחיבור שנקרא Hub-and-Spoke. כ”א מארבעת הנתבים (R1-R4) מקשר בין הרשת המקומית הקרובה אליו לבין רשת ה- Frame Relay שמשמשת כאן כרשת Backbone. קצב העברת הנתונים של המתג המרכזי ברשת (הקרוב ביותר ל- R1) צריך להיות לפחות סכום קצבי CIR של שאר המתגים. באופן אידיאלי הוא צריך להיות אפילו גבוה יותר, כדי לטפל בצורה טובה במידע פירצי. חסרון בולט של שיטת חיבור כזאת הוא שאם המתג המרכזי מפסיק לעבוד, כל הרשת מושבתת. טופולוגיה הירארכית: כאשר יש הרבה מאד רשתות מקומיות שיש צורך לקשר ביניהן, ניתן להשתמש בטופולוגיה ההירארכית שמוצגת באיור. ניתן לראות רשתות LAN קרובות יחוברו זו לזו באמצעות Frame Relay Backbone שמחוברות כסריג חלקי או מלא, ובין כל רשתות ה- Backbone תקשר רשת ליבה (Core) שיכולה אף היא להיות Frame Relay, אם כי אין שום הכרח (את התפקיד הזה יכולות למלא גם רשתות כמו ATM, SONET וכו'). רשת הליבה יכולה להיות גם סריג מלא (Full Meshed) להגברת מהירות הפעולה שלה. אפשר גם לשים לב שככל שיש בליבה יותר מתגים, מהירותם יכולה להיות קטנה יותר כי הם לא צריכים לשאת את כל העומס התעבורתי לבדם (כמו המתג המרכזי בטופולוגית Hub-and-Spoke).

פרטים נוספים MTU ופרגמנטציה. אחד הגורמים שמשפיעים על יעילות הרשת הוא גודל המסגרת. Maximum Transmission Unit ,MTU (גודל המסגרת המקסימלי) הוא מאפיין חשוב של הרשת. הוא יכול להשפיע לרעה על יעילות הרשת אם הוא נקבע לערך נמוך מדי, כי אז היחס בין המידע שהמסגרת מעבירה מהרמות העליונות והמידע שמתווסף ע”י הרשת (כל הפרמטרים ש- Frame Relay מוסיפה למידע) קטן (היינו מעוניינים להוסיף לכמות מידע גדולה ככל האפשר אינפורמציה קטנה ככל האפשר שתאפשר את השליחה ברשת). גם מסגרת גדולה מדי היא בעייתית, מכיוון שישנה השהייה מסויימת עד שכל המידע מהשכבות העליונות מצטבר ונשלח. כמו כן לאורך המסלול מהמקור ליעד המידע יכול להתפצל (פרגמנטציה) ע”י רשתות אחרות שעובדות עם מסגרות קטנות יותר, דבר שיכול להיות בעייתי במקרים מסוימים (חשוב למשל מה יקרה אם מסגרת פוצלה ל- 100 מסגרות קטנות יותר, ואחת מהמסגרות הקטנות השתבשה). לפיכך, היינו מעוניינים לשלוח מסגרות בגודל הכי גדול שאפשר מבלי שהמסגרת תפוצל בדרך ליעד - דבר שהוא בהרבה מקרים לא ריאלי. אין שיטה נפוצה לקבוע את הגודל המינימלי או המקסימלי של מסגרת ברשת Frame Relay, ולכן הרשת תומכת במסגרת מינימלית שמורכבת מ 262 בתים, כשהמקסימלית יכולה לעבור אפילו מסגרת בת 1600 בתים. גודל המידע הפירצי שהרשת מאפשרת. אם נגדיר לרשת לתמוך בכמות גדולה של מידע פירצי, זה עלול לפגוע בביצועיה בזמן עומס. בד”כ מצופה מרשת להיות “קצת יותר מהירה” מסכום הקצבים שבהם היא מאפשרת לנקודות הקצה שמחוברות אליה לשלוח מידע, וזאת מכיוון שאנו מעוניינים שהרשת תאפשר מידע פירצי (במידה מסויימת) גם כאשר היא עמוסה. השהייה. ברשת Frame Relay גודל המסגרות הוא משתנה, ולכן גם ההשהיה היא גודל משתנה. אפליקציות מולטימדיה (שמעבירות קול ווידאו דחוס) אינן מתפקדות בצורה טובה עם השהיות כאלה, ולכן רשת Frame Relay אינה מתאימה ליישומים מהסוג הזה. שיעור הטעויות. רשת Frame Relay מניחה שקווי התקשורת אמינים למדי. עדיפים במיוחד סיבים אופטיים עם סיכוי של 1 ל- 10 בחזקת 13 לטעות בהעברת ביט. כאשר טעות צצה אי שם ברשת, המסגרת השגויה פשוט מושלכת, בדומה למה שקורה כשהרשת עמוסה. ריבוב סטטיסטי (Statistical Multiplexing). ריבוב סטטיסטי משפר את ביצועי הרשת מכיוון שהוא מאפשר העברת מידע על כמה קווים פיזיים, כשהמידע שייך בעצם לאותו ערוץ לוגי (ז”א לאחד מידע מכמה קווים איטיים יחסית לאחד מהיר). Frame Relay מסוגלת גם לשנות מסלולים לוגיים של מידע לנתיבים חדשים במקרה של תקלה טכנית (נניח שמתג מסוים שובק חיים). יעילות. רשת Frame Relay מוסיפה מעט מאד תקורה למסר שאותו היא מעבירה (המידע מהשכבות העליונות), ולא מעכבת את העברתו יתר על המידה (כמו פרוטוקול 25.X לדוגמא). כל זה מכיוון שהיא משאירה עבודה רבה לשכבות OSI שמעליה, למשל אחריות על שליחה חוזרת של נתונים, שתוף פעולה בטיפול בעומס וכו'. Frame Relay מבחן על הפרק סמן את התשובה הנכונה ביותר. כשתסיים, לחץ על כפתור הבדיקה שבתחתית הטופס. שאלה 1:

מה מהבאים אינו אפשרי (או לא נכון):

 1. מצב שבו רשת Frame Relay בזמן עומס לא תאפשר למשתמש לשלוח ולקבל נתונים בקצב CIR.
 2. מצב שבו רשת Frame Relay מזהה שמתפתח עומס, והיא עדיין מאפשרת למסגרות שמסווגות כחשובות פחות (סיבית ה- DE דלוקה) לעבור ולהמשיך לנוע לכיוון היעד.
 3. הטיפול בעומס יכול להיעשות ע"י הפרוטוקולים של Frame Relay בלבד, והיא אינה זקוקה לעזרה נוספת. במקרים חמורים של עומס
היא פשוט זורקת מסגרות שהיא אינה מסוגלת להעביר, ועם הזמן העומס יקטן. (לא נכון, כי אם לא ישלח פחות מידע העומס יגדל, וטעויות
בשליחת המידע רק יגדילו את העומס כי מידע רב ישלח שוב ושוב)
 4. מצב שבו הרשת נמצאת בעומס כבד, והיא מתפקדת בצורה פחות טובה ממצב ללא עומס כלל.

שאלה 2:

Frame Relay עושה שימוש בשיטת הריבוב:

 1. TDM
 2. Statistical TDM
 3. FDM
 4. DWDM

שאלה 3:

מה נכון לומר על שדה ה- DLCI במסגרת טיפוסית של Frame Relay?

 1. הוא משמש לבדיקת נכונות הנתונים שהמסגרת מכילה.
 2. אורכו תמיד קבוע (מבחינת כמות הסיביות בעלות המשמעות שהוא תופס).
 3. הוא מהווה מספר מזהה למסגרת, ובעזרתו היא מנותבת ברשת.
 4. אף תשובה אינה נכונה.

תשובה נכונה: 3.

שאלה 4:

סמן את התשובה הנכונה:

 1. PVC הוא כינוי למסלול קבוע בין שתי נקודות ברשת Frame Relay, ו- SVC הוא כינוי למסלול שנוצר בצורה דינמית.
 2. SVC הוא כינוי למסלול קבוע בין שתי נקודות ברשת Frame Relay, ו- PVC הוא כינוי למסלול שנוצר בצורה דינמית.
 3. חובה לממש את תקן LMI בכל מימוש של רשת Frame Relay.
 4. רשת Frame Relay אינה יכולה לעבוד ביחד עם רשת ATM (הכוונה היא שנתונים שמתחילים את דרכם ברשת Frame Relay
אינם יכולים לסיים את דרכם או לעבור בשלב כלשהו ברשת ATM).

שאלה 5:

מה ערכם של שני שדות ה- Flag במסגרת טיפוסית ברשת Frame Relay ומה תפקידם?

 1. ערכם אינו נקבע מראש (אך מוגבל ל-8 סיביות), ותפקידם הוא לציין את אורך המסגרת שאליה הם מוצמדים.
 2. ערכם הוא 11111111 (8 סיביות דלוקות), ותפקידם להתריע על טעות כלשהי בתכולת המסגרת שאליה הם מוצמדים.
 3. ערכם הוא מספר בין 0-255. הם מוצמדים למסגרת בסופה על מנת לציין את סוג הפרוטוקול שבו יש להשתמש כדי לפענח את המידע
במסגרת (ברמה גבוהה יותר במדרג OSI), וגם את סוג המידע המועבר בה (שמע, חוזי וכו').
 4. ערכם הוא 01111110, והם מציינים את תחילת המסגרת וסופה.

רשתות מהירות באמת עד כה הוצגו באתר שלוש טכנולוגיות שמאפשרות תקשורת מהירה וטובה, שמתאימות בעיקר למחשבי PC רגילים שמשמשים את המגזר הפרטי וחלקים גדולים מהמגזר העסקי והציבורי. ארגונים מסוימים אינם מסתפקים במחשבים רגילים. לעיתים יש צורך לבצע חישובים מאסיביים ומסובכים מאד בזמן סביר, ביישומים כמו חיזוי מזג אוויר, חישובים פיזיקליים מורכבים, פיצוח צפנים ואפילו בתוכנות שח שצריכות להתמודד מול אלופי עולם… בהרבה מאד מקרים עוצמת החישוב הנדרשת מושגת ע”י בניית cluster (בעברית: אשכול) - שמשמעותו חיבור מספר מחשבים במקביל לצורך הרצת תוכנית אחת. ע”י חיבור כזה של מחשבים, ניתן להגיע (היום - במחצית הראשונה של שנות האלפיים) לעוצמות חישוב של Giga flops (flops - floating point operations per second ) ואף יותר. מחשבים אילו מכונים גם “מחשבי על”. ביצועי ה- cluster נקבעים ע”י מספר גורמים: סוג המחשבים שמחברים ביחד, מספרם, האלגוריתמים המבוזרים שבהם משתמשים לביצוע החישוב, מערכת ההפעלה שמותקנת עליהם וכמובן סוג הרשת שבה מחברים את המחשבים. באתר www.top500.org ניתן להתרשם מ- 500 מחשבי העל המובילים בעולם (אם כי מובן שהרשימה אינה מלאה, מכיוון שישנם כמה וכמה מחשבי על שעצם קיומם נשמר בסוד…) וללמוד קצת על המפרט הטכני שלהם. מכיוון שאתר זה עוסק ברשתות תקשורת מהירות, יוצגו להלן 3 רשתות תקשורת מהירות שמשמשות מחשבי על כאלה. בפרקים הבאים יתוארו הרשתות myrinet, quadrics ו- infiniband. שלושת הרשתות הן רשתות מסוג System Area Networks או בקיצור SAN.

Quadrics את הרשת Quadrics ניתן למצוא בהרבה מה Cluster - ים המובילים בעולם. הרשת מאופיינת בהרבה יתרונות, כאשר ניתן לשרשר בה מתגים על מנת לשפר את מהירותה ויעילותה באופן כללי ובפעולות כמו Broadcast. הרשת תוכננה במיוחד ליעילות מרבית בחיבור מספר רב של מחשבים. ברשת Quadrics ישנם כרטיסי רשת שמכונים Elan (נכון להיום, הם נקראים Elan3 מכיוון שזוהי הגירסא השלישית של הכרטיסים), ומתגים שמכונים Elite switches. כרטיסי ה- Elan מחוברים למחשבים בחריץ PCI של 64 ביט, ועובדים בקצב של MHz 66. לכרטיסים יש זיכרון של MB 64 SDRAM. מתגי הרשת תומכים ב- wormhole routing, מה שאומר שכאשר מנה מגיעה למתג ברשת, המתג יכול להעבירו הלאה חלקים ממנה ליעד עוד לפני שקיבל אותה במלואה. הדבר גורם להשהיה נמוכה יותר ברשת. מהירויות: המהירות של קו תקשורת ברשת Quadrics נכון להיום עומדת על כ- 400 Mbyte/s בכל כיוון. התמונות הבאות נלקחו מהשקפים של Duncan Roweth, Quadrics Interconnect. מהאתר: http://www.c3.lanl.gov/~fabrizio/quadrics.html

InfiniBand InfiniBand, או בקיצור IB, היא רשת SAN שמסוגלת לקשר בין נקודות עיבוד (Processing Nodes) שונות, וגם בין נקודות קלט\פלט (I/O Nodes). הרשת מפותחת ע”י חברת Mellanox, והיא נחשבת לאחת מהרשתות המובילות בתחומה. חיבור המתגים ברשת IB יכול להיעשות בצורה שתאפשר רוחב פס גדול (ניתן לשרשר אותם בצורות מסוימות - דבר שמחלק את העומס בצורה טובה יותר ביניהם), והוא יכול למנוע מצב שבו נפילת מתג אחד תגרום להשבתת הרשת כולה (single point of failure). ב- IB יש גם מנגנון QoS מובנה, שמאפשר להגדיר רמת שירות שונה (Level - SL Service ) לכל מנה. רשת IB בנויה ממספר מתגים שמחברים כרטיסי רשת משני סוגים עיקריים: HCA ו- TCA. שירטוט הדגמה לרשת IB: השרטוט נעשה על פי שרטוט דומה במסמך: MPI Over InfiniBand: Early Experience מאת Jiuxing Liu, Jiesheng Wu, Sushmitha P. Kini, Darius Buntinas, Weikuan Yu מאוניברסיטת אוהיו. כמו שניתן לראות בשרטוט, כרטיסי HCA מחברים את נקודות העיבוד (שהם בעצם מחשבים) לרשת, בעוד כרטיסי TCA מחברים את נקודות הקלט\פלט (מערכות אכסון נתונים כמו RAID). HCA מציין Host Channel Adapter ו - TCA מציין Target Channel Adapter. כרטיסי HCA נשלטים ע”י שכבת תוכנה בסיסית שמכונה VERBS (פעלים), שמחליפה את פונקציות ה- API המוכרות. חבילות תוכנה כמו MPI משתמשות בשכבת ה- VERBS כדי לתפעל את כרטיסי הרשת ולשלוח באמצעותם מידע. כרטיסי TCA אינם נשלטים ע”י רכיב בעל ממשק קבוע וסטנדרטי כמו מחשב, ולכן גם מנגנוני השליטה בהם אינם מוגדרים בצורה חד ערכית ע”י יצרני IB. זאת מכיוון שכל רכיב I/O פועל בצורה שונה, ולכן יש להתאים לו כרטיס TCA במיוחד. מהירויות: המהירות הבסיסית של קו תקשורת ברשת IB הוא כ- Gigabit/s 2.5 , כשקיימים היום גם כרטיסים ומתגים שמסוגלים לעבוד במהירות הגדולה פי 4 מהקצב הבסיסי (בדומה לכונני CD-ROM ו DVD, גם כאן מכונה קו תקשורת מהיר שכזה X4). גם ל- IB יש מנגנון Flow control. המנגנון פועל בצורה הבאה: לכל כרטיס רשת יש קרדיט מסוים. בכל פעם שהכרטיס שולח מידע לכרטיס אחר (מבצע פעולת send), יורד לו חלק מהקרדיט. כאשר מתקבלת פקודת receive מהכרטיס השני, חוזר הקרדיט של הכרטיס הראשון ועולה. עד לאותו רגע, אין לכרטיס הראשון שום אינדיקציה שהמידע שהוא שלח אכן התקבל בכרטיס היעד. התהליך הנ”ל מתבצע על מנת שלא יגרם מצב שבו כרטיס ישלח מידע שוב ושוב לחינם ובכך יעמיס מאד על הרשת. כאשר לכרטיס יש קרדיט גבוה, הוא יעדיף להשתמש בפרוטוקול פנימי שמכונה Eager (נלהב). בשלב הזה הכרטיס לא יעכב שום שליחה לכרטיס היעד. אם כרטיס היעד לא ישלח הודעות receive מתאימות, ירד כאמור הקרדיט של הכרטיס השולח, והוא יעבור לשימוש בפרוטוקול פנימי אחר, שמכונה Rendezvous (מפגש). כאשר הפרוטוקול הזה בשימוש, מידע ישלח רק לאחר שכרטיס הרשת המקבל ישלח פקודת receive. נלקח מתוך פרסום רשמי של InfiniBand Trade Association , שנכתב ע”י Tom Bradicich: להלן השוואה בין ג'יגה ביט אתרנט ל IB. בגרף השמאלי ניתן לראות את זמני ההשהיה (במיקרו שניות) שנמדדו עבור שני קצבי העברת נתונים. בגרף הימני ישנה השוואה שמראה ש- IB מסוגלת לשלוח יותר מידע מג'יגהביט אתרנט כאשר מוקצה לשניהם אותו כוח עיבוד (אחוז אחד מיכולת המעבד), כלומר IB מעמיסה פחות על המעבד בזמן העברת המידע ברשת.


המדריך נכתב על ידי דרור ירדני.
המדריך הומר לתסדיק דוקוויקי והועלה לאתר הפינגוין על ידי DoK

מדריכים/רשתות_מחשבים.txt · שונה לאחרונה ב: 2008/06/19 18:34 (עריכה חיצונית)
chimeric.de = chi`s home Creative Commons License Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0