إيثرنت

الإيثرنت ( تُلفظ / ˈiːθərnɛt / إيثرنت ) هي مجموعة من معايير شبكات الحاسوب السلكية ، مصممة لشبكات المنطقة المحلية (LAN) وشبكات الوصول وشبكات المناطق الحضرية (MAN)، على سبيل المثال لا الحصر. [ 1 ^{] طُرحت تجاريًا} في عام 1980، وتم توحيدها لأول مرة في عام 1983 تحت اسم ECMA - 82، وبعد ذلك بفترة وجيزة تحت اسم IEEE 802.3 . وهي مثال على معيار مفتوح .

تم تطوير تقنية الإيثرنت منذ ذلك الحين لدعم معدلات نقل بيانات أعلى ، وعدد أكبر من العقد، ومسافات ربط أطول، مع الحفاظ على توافقها مع الإصدارات السابقة إلى حد كبير . وبمرور الوقت، حلت تقنية الإيثرنت إلى حد كبير محل تقنيات الشبكات المحلية السلكية المنافسة مثل Token Ring و FDDI و ARCNET .

تستخدم تقنية إيثرنت 10BASE5 الأصلية كابلًا محوريًا سميكًا كوسيط مشترك . أما خليفتها المباشر ، 10BASE2، فتستخدم كابلًا أرق وأكثر مرونة، وهو أقل تكلفة وأسهل استخدامًا. وتستخدم إصدارات الإيثرنت الأحدث وصلات زوجية مجدولة وأليافًا ضوئية بالتزامن مع المحولات . وعلى مر تاريخها، زادت معدلات نقل بيانات الإيثرنت عن الإصدار الأصلي.2.94 ميجابت/ثانية  ^{[ 2 ]} حتى أحدث إصدار800  جيجابت/ثانية ، بمعدلات تصل إلىسرعة 1.6 تيرابت/ثانية  قيد التطوير. تتضمن معايير الإيثرنت عدة متغيرات للتوصيلات والإشارات في الطبقة الفيزيائية لنموذج OSI .

تقوم الأنظمة المتصلة عبر الإيثرنت بتقسيم تدفق البيانات إلى أجزاء أقصر تُسمى إطارات . يحتوي كل إطار على عنواني المصدر والوجهة، وبيانات للتحقق من الأخطاء، مما يسمح باكتشاف الإطارات التالفة واستبعادها؛ وفي أغلب الأحيان، تُفعّل بروتوكولات الطبقات العليا إعادة إرسال الإطارات المفقودة. وفقًا لنموذج OSI ، يوفر الإيثرنت خدماته حتى طبقة ربط البيانات . ^{[ 3 ]} وقد اعتُمد عنوان MAC ذو 48 بت في معايير شبكات IEEE 802 الأخرى ، بما في ذلك IEEE 802.11 ( Wi-Fi )، وكذلك في FDDI . كما تُستخدم قيم EtherType في رؤوس بروتوكول الوصول إلى الشبكة الفرعية (SNAP).

تُستخدم تقنية الإيثرنت على نطاق واسع في المنازل والصناعة، وتتكامل بسلاسة مع تقنيات الواي فاي اللاسلكية. وتنقل الإيثرنت عادةً بيانات بروتوكول الإنترنت ، ولذلك تُعتبر إحدى التقنيات الرئيسية التي تُشكل الإنترنت .

استخدمت الأشكال الأصلية لشبكة الإيثرنت قناة اتصال مشتركة. نشأ هذا المفهوم في شبكة ألوها نت ، التي صممها نورمان أبرامسون في أواخر الستينيات . كانت ألوها نت شبكة راديو بسرعة 4800 بت في الثانية، استخدمتها جامعة هاواي. عندما يكتشف المرسل عدم استلام رسالته، يعيد إرسالها بعد انتظار فترة زمنية محددة عشوائيًا. ^{[ 4 ] : ​​3-4 [ 5 ] : 4}

في عام ١٩٧٢، قام روبرت ميتكالف وديفيد بوغز بتطوير تقنية ألوها نت لنقل البيانات عبر كابل محوري مشترك في مركز أبحاث زيروكس بالو ألتو (زيروكس بارك). ربطت هذه الشبكة أجهزة كمبيوتر ألتو باستخدام كابل محوري. تم تشغيلها لأول مرة في ٢٢ مايو ١٩٧٣ بمعدل نقل بيانات ٢.٩٤ ميجابت في الثانية. في مذكرة كتبها ميتكالف آنذاك، أطلق على هذا المفهوم اسم "إيثرنت". ^{[ ٥ ] : ٣-٤.} استُلهم الاسم من الفكرة السابقة القائلة بأن الكون مليء بـ" أثير مضيء " يحمل موجات كهرومغناطيسية، وقد أكد اسم إيثرنت على قدرته على العمل عبر أي وسيط نقل. ^{[ ٦ ]} حسّن الإيثرنت تصميم ألوها نت الأصلي لأن المرسل كان يستمع أولاً إلى القناة لتحديد ما إذا كانت قيد الاستخدام بالفعل. أدى دمج فكرة استشعار الناقل الجديدة مع الوصول المتعدد واكتشاف التصادم من شبكة ألوها نت إلى ظهور تقنية الوصول المتعدد مع استشعار الناقل/اكتشاف التصادم، أو CSMA/CD . ^{[ 4 ] : ​​6-7 [ 5 ] : 5}

في عام 1975، تقدم ميتكالف وبوغز وزميلاهما تشارلز ثاكر وباتلر لامبسون بطلب للحصول على براءة اختراع لتقنية الإيثرنت، والتي مُنحت لهم في عام 1977. ^{[ 7 ]} وبحلول عام 1976، تم ربط 100 جهاز ALTO في مركز أبحاث زيروكس بارك باستخدام الإيثرنت. وفي يوليو من العام نفسه، نشر ميتكالف وبوغز بحثهما الرائد بعنوان " الإيثرنت: تحويل الحزم الموزع لشبكات الحاسوب المحلية" في مجلة اتصالات رابطة مكائن ​​الحوسبة (CACM). ^{[ 4 ] : ​​7 [ 8 ]} لاحقًا، بين عامي 1976 و1978، صمم رون كرين وبوب غارنر وهال موراي وروي أوغوس نسخة من الإيثرنت بسرعة 10 ميجابت في الثانية تعمل عبر كابل محوري. ^{[ 9 ] [ 5 ] : 5-6}

ظهرت تقنيات متعددة لشبكات المنطقة المحلية في سبعينيات القرن العشرين، منها Token Ring من IBM، و HYPERchannel من Network Systems Corporation ، و ARCnet من Datapoint . وكانت جميعها تقنيات احتكارية آنذاك. وضع ميتكالف، وغوردون بيل ، وديفيد ليدل استراتيجية لتوحيد معيار الإيثرنت بدلاً من جعله حكرًا على مُصنِّع مُعيَّن، ^{[ 10 ]} وأقنعوا شركة Digital Equipment Corporation (DEC)، وشركة Intel ، وشركة Xerox بالعمل معًا على معيار، عُرف لاحقًا باسم معيار DIX، استنادًا إلى إصدار الإيثرنت بسرعة 10 ميجابت في الثانية، ونُشر عام 1980 تحت اسم Ethernet Blue Book. ^{[ 11 ]} نُشر الإصدار الثاني في نوفمبر 1982. ^{[ 12 ] [ 4 ] : ​​7-8 [ 5 ] : 6}

في يونيو 1981، أنشأ مشروع 802 التابع لمعهد مهندسي الإلكترونيات والكهرباء (IEEE) (المعني بمعايير الشبكات المحلية) لجنة فرعية 802.3 لوضع معيار إيثرنت قائم على بروتوكول DIX. وفي عام 1983، نُشر معيار إيثرنت بسرعة 10 ميجابت في الثانية عبر كابل محوري يصل طوله إلى 500 متر (10BASE5). واختلف هذا المعيار عن معيار DIX في بعض التفاصيل فقط. ^{[ 5 ] : 7} وكجزء من عملية التقييس، تنازلت شركة زيروكس عن جميع براءات اختراعها المتعلقة بالإيثرنت لصالح معهد مهندسي الإلكترونيات والكهرباء، وأصبح بإمكان أي شخص تطبيق معيار 802.3. ويُعتبر معيار IEEE 802.3 الآن مرادفًا للإيثرنت. ^{[ 4 ] : ​​8} وقد ساهم تعاون زيروكس مع شركتي إنتل وديجيتال في تطوير معيار الإيثرنت، مما جعله في نهاية المطاف معيارًا مفتوحًا بالكامل. ^{[ 10 ]}

في يونيو 1979، ترك ميتكالف شركة زيروكس ليؤسس شركة الكمبيوتر والاتصالات والتوافق، المعروفة اختصارًا باسم 3Com ، بالتعاون مع هوارد تشارني ، ورون كرين ، وجريج شو، وبيل كراوس. تمثلت رؤية ميتكالف في بيع محولات إيثرنت لجميع أجهزة الكمبيوتر الشخصية. وافقت آبل سريعًا، لكن شركة آي بي إم كانت ملتزمة ببروتوكول الشبكة المحلية الخاص بها، Token Ring. مع ذلك، طورت 3Com محول EtherLink ISA وبدأت بشحنه مع برنامج تشغيل DOS، مما جعله قابلاً للاستخدام على أجهزة الكمبيوتر الشخصية من آي بي إم. ^{[ 4 ] : ​​9}

تميز محول إيثرلينك بعدة مزايا مقارنةً بمنافسيه. فقد كان أول بطاقة واجهة شبكة (NIC) تستخدم تقنية أشباه الموصلات VLSI (التي طُوّرت بالتعاون مع شركة Seeq Technologies ). هذا يعني إمكانية احتواء معظم الوظائف، بما في ذلك جهاز الإرسال والاستقبال، على شريحة واحدة، مما جعل سعر إيثرلينك (950 دولارًا أمريكيًا) أقل بكثير من أسعار منافسيه. كما طرحت شركة 3Com كابلًا محوريًا جديدًا أرقّ للبطاقة، يُسمى Thin Ethernet ، مما سهّل عملية تركيبه واستخدامه. وأخيرًا، كان إيثرلينك أول محول إيثرنت لأجهزة IBM PC. ^{[ 4 ] : ​​9-10}

نظراً لاعتماد كل من الشركات والمستخدمين المنزليين لأجهزة IBM PC، توسع سوقها بسرعة، وبحلول عام 1982، كانت IBM تشحن 200,000 وحدة شهرياً. ولأن IBM لم تكن تدرك رغبة الشركات في ربط أجهزة الكمبيوتر بشبكة، فقد سدّت مبيعات Etherlink هذا الفراغ، وفي عام 1984، تمكنت شركة 3Com من التقدم بطلب طرح أسهمها للاكتتاب العام. وقد اعتمدت IEEE معيار 10BASE2 لتقنية Etherlink في عام 1984. ^{[ 4 ] : ​​11}

في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، بدأت شركة نوفيل ببيع بطاقات واجهة الشبكة (NICs) لتتوافق مع نظام التشغيل نت وير. كانت جميع بطاقات NE2000 هذه من نوع إيثرنت، ونظرًا لأهمية نت وير كتطبيق للشركات، ازداد الطلب على محولات الإيثرنت. ثم في عام ١٩٨٩، باعت نوفيل قسم بطاقات واجهة الشبكة ورخصت بطاقة NE2000، مما أدى إلى خلق سوق شديدة التنافسية وانخفاض أسعار بطاقات الإيثرنت، بينما ظلت أسعار بطاقات التقنيات الأخرى، مثل توكن رينغ من آي بي إم، مرتفعة. ^{[ ٤ ] : ١٦-١٧}

ابتداءً من أواخر عام 1983، روّجت شركتا AT&T و NCR لتكوين الشبكة النجمية باستخدام كابلات الأزواج الملتوية غير المحمية (UTP)، أو أسلاك الهاتف العادية. أصبح هذا التكوين يُعرف باسم StarLAN ، ويعمل بسرعة 1 ميجابت في الثانية عبر كابلات يصل طولها إلى 500 متر، وتم توحيده تحت مسمى 1BASE5 من قِبل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) وفقًا لمعيار 802.3. ^{[ 4 ] : ​​12-13} ، ولكن في 17 أغسطس 1987، قدمت شركة SynOptics شبكة LATTISNET بسرعة 10 ميجابت في الثانية عبر إيثرنت أيضًا باستخدام أسلاك الهاتف العادية (UTP). ^{[ 4 ] : ​​14.} في خريف عام 1990، أصدر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) معيار 802.3i لتقنية 10BASE-T، وهي تقنية إيثرنت عبر الأزواج الملتوية، وفي العام التالي، تضاعفت مبيعات الإيثرنت تقريبًا. ^{[ 4 ] : ​​15-16.} بحلول عام 1992، أصبح الإيثرنت المعيار الفعلي لشبكات LAN. ^{[ 4 ] : ​​17}

في تسعينيات القرن الماضي، أدى انتشار أجهزة الكمبيوتر الشخصية، بالتزامن مع تزايد قدراتها، إلى زيادة الطلب على بنية تحتية شبكية أسرع بكثير. وقد ساهم جهاز Kalpana EtherSwitch EPS-700 في تلبية هذا الطلب من خلال رفع سرعة الإيثرنت بشكل كبير. سمح هذا الجهاز بوجود مسارات متعددة لنقل البيانات في وقت واحد، واستخدم تقنية الربط السريع بدلاً من تقنية التخزين والتوجيه . تم تسويق الجهاز كوسيلة لتحسين أداء الشبكة بدلاً من كونه وسيلة لربط شبكات LAN مختلفة، مما أدى إلى ظهور فئة سوقية جديدة. ثم في عام 1993، قدمت شركة Kalpana وضع الإرسال والاستقبال المتزامن الكامل (Full-Duplex) لأجهزة التبديل، مما أدى إلى مضاعفة معدل نقل البيانات. وفي عام 1997، اعتمد معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) معيار 802.3x للتحكم في تدفق البيانات في وضع الإرسال والاستقبال المتزامن الكامل. ^{[ 4 ] : ​​18-19}

مع ذلك، ظل معدل نقل البيانات عبر الإيثرنت البالغ 10 ميجابت في الثانية بطيئًا جدًا بالنسبة لبعض الشبكات، ولذا خططت معظم الشبكات الكبيرة لاستخدام تقنية FDDI ، وهي بديل باهظ الثمن للإيثرنت. في أغسطس 1991، أسس هوارد تشارني ، وديفيد بوغز ، ورون كرين ، ولاري بيرنباوم شركة غراند جانكشن نتوركس لتصنيع وتسويق معدات إيثرنت بسرعة 100 ميجابت في الثانية. أدى إعلانهم في عام 1992 إلى جدلٍ حاد حول معايير التوافق، وتحديدًا حول الحفاظ على التوافق مع معيار CSMA/CD الأصلي للإيثرنت، أو اعتماد بروتوكول أولوية الطلب الذي روجت له شركتا HP و AT&T . ولأن المجموعات المتنافسة لم تتمكن من التوصل إلى اتفاق، أنشأ معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) مجموعة جديدة، 802.12 ، لبروتوكول أولوية الطلب. وفي عام 1993، شكّل مؤيدو التوافق مع الإصدارات السابقة تحالف الإيثرنت السريع (Fast Ethernet Alliance) لنشر مواصفات التوافق التي أصبحت فيما بعد معيار 100BASE-TX (المعروف أيضًا باسم الإيثرنت السريع). في الوقت نفسه، شحنت شركة غراند جانكشن أولى موزعات وبطاقات الشبكة لتقنية الإيثرنت السريع، وأعلنت شركات أخرى عن معدات إيثرنت سريع. في عام 1994، شحنت شركة صن مايكروسيستمز، تلتها شركات 3Com وDEC وغيرها، منتجات متوافقة مع معيار 100BASE-TX، وتم اعتماد مواصفات IEEE 802.3u لتقنية الإيثرنت السريع. ^{[ 4 ] : ​​19-21}

منذ عام 1999، ازدادت السرعة القصوى لشبكة الإيثرنت مع إطلاق تقنيات جيجابت إيثرنت (802.3ab)، ^{[ 13 ]} وإيثرنت بسرعة 2.5 و 5 جيجابت/ثانية (802.3bz)، ^{[ 14 ]} وإيثرنت بسرعة 10 جيجابت (802.3ae)، ^{[ 15 ]} وإيثرنت بسرعة 25 جيجابت (802.3by)، ^{[ 16 ]} وإيثرنت بسرعة 50 جيجابت (802.3cd)، ^{[ 17 ]} وإيثرنت بسرعة 100 جيجابت (802.3ba)، ^{[ 18 ]} وإيثرنت بسرعة تيرا بت (802.3df). ^{[ 19 ]}

في فبراير 1980، أطلق معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) مشروع 802 لتوحيد معايير الشبكات المحلية (LAN). ^{[ 20 ] [ 21 ]} وقدّمت مجموعة DIX، التي تضم غاري روبنسون (DEC) وفيل آرست (إنتل) وبوب برينتيس (زيروكس) ^{[ 22 ]} ، ما يُعرف بمواصفات الكتاب الأزرق CSMA/CD كمرشح لمعيار الشبكة المحلية. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى CSMA/CD، تمّ النظر أيضًا في كلٍّ من Token Ring (المدعومة من IBM) وToken Bus (التي اختارتها ودعمتها جنرال موتورز لاحقًا ) كمرشحين لمعيار الشبكة المحلية. ^{[ 24 ]} أدّت المقترحات المتنافسة والاهتمام الواسع بالمبادرة إلى خلاف حادّ حول التقنية التي يجب توحيد معاييرها. في ديسمبر 1980، تمّ تقسيم المجموعة إلى ثلاث مجموعات فرعية، وسارت عملية توحيد المعايير بشكل منفصل لكلّ مقترح. ^{[ 25 ] [ 20 ]}

تباطأ تطوير معيار CSMA/CD بسبب الخلافات حول قضايا مثل النطاق الأساسي مقابل النطاق العريض، وأطوال حقول العناوين. وقد نفد صبر بعض أعضاء مجموعة DIX من العملية، وساورتهم مخاوف من أن يختلف معيار CSMA/CD النهائي اختلافًا كبيرًا عن معيارهم الفعلي "الكتاب الأزرق". لذا، توجهوا إلى الرابطة الأوروبية لمصنعي الحواسيب (ECMA)، حيث ساعد فريدريش روشايزن من شركة سيمنز في تقديم "الكتاب الأزرق" كمعيار مرشح إلى فريق عمل "الشبكات المحلية" المُنشأ حديثًا (TC24). ^{[ 26 ]} وادعى غاري روبنسون لاحقًا أنه كان وراء الجهود المبذولة لإقناع ECMA بتوحيد معيار CSMA/CD. ^{[ 27 ]} وقد وافقت ECMA في يونيو 1982 على معيار كان قريبًا جدًا من معيار DIX الفعلي. ^{[ 28 ] [ 24 ] [ 29 ] [ 30 ]} نظرًا لأن اقتراح DIX كان الأكثر اكتمالًا من الناحية التقنية، ونظرًا للإجراء السريع الذي اتخذته ECMA، فقد شعرت مجموعة IEEE بضرورة الموافقة على معيار 802.3 CSMA/CD في ديسمبر 1982. لم يختلف هذا المعيار عن معيار DIX إلا ​​اختلافًا طفيفًا في المصطلحات وتنسيق الإطار. ^{[ 20 ] [ 31 ]} نشرت IEEE معيار 802.3 كمسودة في عام 1983، ثم كمعيار في عام 1985. ^{[ 32 ]}

تم الحصول على موافقة تقنية الإيثرنت على المستوى الدولي من خلال إجراء مماثل عابر للأحزاب ، حيث عملت إنغريد فروم، ممثلة شركة سيمنز لدى معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) في معيار 802، كمسؤولة اتصال ، على دمجها مع اللجنة الفنية 83 التابعة للجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) واللجنة الفرعية 6 التابعة للجنة الفنية 97 التابعة للمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO). ^{[ 33 ]} نُشر معيار ISO 8802-3 في 23 مارس 1989. ^{[ 34 ] [ 4 ] : ​​8}

أقرت مؤسسة مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) تعديلات على معيارها 802.3 (إيثرنت) بانتظام منذ عام 1985. ويمكن الاطلاع على المعيار الحالي على موقع IEEE الإلكتروني. مع كل تعديل، تصدر IEEE ملحقًا يتضمن رمزًا حرفيًا يُضاف إلى IEEE 802.3. على سبيل المثال، يشير IEEE 802.3u إلى إيثرنت سريع. بعد ذلك، عند اعتماد الملحق رسميًا، يُدمج مع المعيار الرئيسي. ^{[ 5 ]}

وقد وفرت المعايير اللاحقة إصدارات أسرع من الإيثرنت، ووسائط تخزين مادية إضافية، وإدارة الشبكة. للاطلاع على جدول معايير IEEE للإيثرنت، انظر IEEE 802.3 §  معايير الاتصالات .

تطورت تقنية الإيثرنت لتشمل نطاقًا تردديًا أعلى، وطرقًا محسّنة للتحكم في الوصول إلى الوسائط ، ووسائط مادية مختلفة. وقد استُبدل الكابل المحوري متعدد النقاط بوصلات مادية مباشرة متصلة بواسطة مُكرِّرات أو مُبدِّلات إيثرنت . ^{[ 35 ]}

تتواصل محطات الإيثرنت عن طريق إرسال حزم بيانات فيما بينها : وهي عبارة عن كتل من البيانات تُرسل وتُسلم بشكل فردي. وكما هو الحال في شبكات IEEE 802 LAN الأخرى، يأتي كل محول مبرمجًا بعنوان MAC فريد عالميًا مكون من 48 بت ، بحيث يكون لكل محطة إيثرنت عنوان فريد. ^{[ أ ]} تُستخدم عناوين MAC لتحديد كل من وجهة ومصدر كل حزمة بيانات. يُنشئ الإيثرنت اتصالات على مستوى الربط، والتي يمكن تعريفها باستخدام كل من عنواني الوجهة والمصدر. عند استقبال إرسال، يستخدم المُستقبِل عنوان الوجهة لتحديد ما إذا كان الإرسال ذا صلة بالمحطة أم يجب تجاهله. لا تقبل واجهة الشبكة عادةً الحزم الموجهة إلى محطات إيثرنت أخرى. ^{[ ب ] [ ج ]}

يستخدم نظام التشغيل في محطة الاستقبال حقل EtherType في كل إطار لاختيار وحدة البروتوكول المناسبة (مثل إصدار بروتوكول الإنترنت IPv4 ). تُوصف إطارات الإيثرنت بأنها ذاتية التعريف ، وذلك بفضل حقل EtherType. تُمكّن الإطارات ذاتية التعريف من دمج بروتوكولات متعددة على نفس الشبكة الفيزيائية، كما تسمح لجهاز كمبيوتر واحد باستخدام بروتوكولات متعددة معًا. ^{[ 36 ]} على الرغم من تطور تقنية الإيثرنت، فإن جميع أجيال الإيثرنت (باستثناء الإصدارات التجريبية المبكرة) تستخدم نفس تنسيقات الإطارات. ^{[ 37 ]} يمكن إنشاء شبكات ذات سرعات مختلطة باستخدام محولات ومكررات الإيثرنت التي تدعم متغيرات الإيثرنت المطلوبة. ^{[ 38 ]}

نظراً لانتشار تقنية الإيثرنت وانخفاض تكلفة الأجهزة اللازمة لدعمها باستمرار، بحلول عام 2004، قام معظم المصنّعين بتضمين واجهات الإيثرنت مباشرة في اللوحات الأم لأجهزة الكمبيوتر ، مما ألغى الحاجة إلى بطاقة شبكة منفصلة. ^{[ 39 ]}

وسيلة مشتركة

استندت تقنية الإيثرنت في الأصل إلى فكرة تواصل أجهزة الكمبيوتر عبر كابل محوري مشترك يعمل كوسيط بث. وكانت الطريقة المستخدمة مشابهة لتلك المستخدمة في أنظمة الراديو، ^{[ ] حيث يوفر} الكابل المشترك قناة الاتصال التي شُبّهت بالأثير المضيء في فيزياء القرن التاسع عشر، ومن هذا التشبيه اشتُق اسم الإيثرنت . ^{[ 5 ]}

كان كابل الإيثرنت المحوري المشترك (الوسيط المشترك) في الأصل يمتد عبر مبنى أو حرم جامعي لتوصيل جميع الأجهزة المتصلة. وكان نظام الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واكتشاف التصادم (CSMA/CD) يُحكم طريقة مشاركة أجهزة الكمبيوتر للقناة. وكان هذا النظام أبسط من تقنيات Token Ring أو Token Bus المنافسة . ^{[ هـ ]} تتصل أجهزة الكمبيوتر بجهاز إرسال واستقبال واجهة وحدة التوصيل (AUI) ، والذي بدوره متصل بالكابل (في الإيثرنت الرقيق ، عادةً ما يكون جهاز الإرسال والاستقبال مدمجًا في محول الشبكة). في حين أن السلك السلبي البسيط يتمتع بموثوقية عالية للشبكات الصغيرة، إلا أنه غير موثوق به للشبكات الكبيرة الممتدة، حيث يمكن أن يؤدي تلف السلك في مكان واحد، أو وجود موصل تالف واحد، إلى جعل جزء الإيثرنت بأكمله غير قابل للاستخدام. ^{[ و ]}

خلال النصف الأول من ثمانينيات القرن العشرين، استخدم تطبيق 10BASE5 لشبكة الإيثرنت كابلًا محوريًا بقطر 9.5 ملم (0.375 بوصة) ، والذي عُرف لاحقًا باسم الإيثرنت السميك أو الشبكة السميكة . أما خليفته، 10BASE2 ، والذي سُمي بالإيثرنت الرقيق أو الشبكة الرقيقة ، فقد استخدم كابل RG-58 المحوري. وكان التركيز منصبًا على تسهيل عملية تركيب الكابل وخفض تكلفتها. ^{[ 40 ] : 57} 

بما أن جميع الاتصالات تتم عبر نفس السلك، فإن أي معلومة يرسلها جهاز كمبيوتر واحد تصل إلى جميع الأجهزة، حتى لو كانت تلك المعلومة موجهة إلى وجهة واحدة فقط. ^{[ g ]} لا تقاطع بطاقة واجهة الشبكة وحدة المعالجة المركزية إلا عند استلام الحزم المناسبة، وتتجاهل المعلومات غير الموجهة إليها. ^{[ b ]} كما أن استخدام كابل واحد يعني مشاركة عرض النطاق الترددي للبيانات، بحيث ينخفض ​​عرض النطاق الترددي المتاح لكل جهاز إلى النصف، على سبيل المثال، عند تشغيل محطتين في الوقت نفسه. ^{[ 41 ]}

يحدث التصادم عندما تحاول محطتان الإرسال في الوقت نفسه. يؤدي ذلك إلى تلف البيانات المرسلة، مما يستدعي إعادة الإرسال. ويؤدي فقدان البيانات وإعادة الإرسال إلى انخفاض معدل نقل البيانات. في أسوأ الأحوال، عندما تحاول عدة أجهزة نشطة متصلة بأقصى طول مسموح به للكابل إرسال العديد من الإطارات القصيرة، يمكن أن تؤدي التصادمات المفرطة إلى انخفاض حاد في معدل نقل البيانات. مع ذلك، درس تقرير لشركة زيروكس نُشر عام 1980 في مجلة "اتصالات رابطة الحوسبة الآلية " (Communications of the ACM ) أداء شبكة إيثرنت قائمة تحت ظروف الحمل العادي والحمل الثقيل المُولّد اصطناعياً. وذكر التقرير أن معدل نقل البيانات على الشبكة المحلية (LAN) بلغ 98%. ^{[ 42 ]} وهذا على النقيض من شبكات LAN التي تعتمد على تمرير الرمز المميز (Token Ring، Token Bus)، والتي تعاني جميعها من تدهور في معدل نقل البيانات مع انضمام كل عقدة جديدة إلى الشبكة، بسبب انتظار الرموز المميزة. أثار هذا التقرير جدلاً واسعاً، حيث أظهرت النماذج أن الشبكات القائمة على التصادم تصبح نظرياً غير مستقرة تحت أحمال منخفضة تصل إلى 37% من السعة الاسمية. وقد فشل العديد من الباحثين الأوائل في فهم هذه النتائج. ويُلاحظ أن الأداء على الشبكات الحقيقية أفضل بكثير. ^{[ 43 ]}

في شبكات الإيثرنت الحديثة، لا تتشارك جميع المحطات قناة واحدة عبر كابل مشترك أو موزع بسيط ؛ بل تتواصل كل محطة مع محوّل، يقوم بدوره بتوجيه البيانات إلى المحطة المستهدفة. في هذا التصميم، لا تحدث التصادمات إلا إذا حاولت المحطة والمحوّل التواصل في الوقت نفسه، وتقتصر التصادمات على هذا الرابط. علاوة على ذلك، قدّم معيار 10BASE-T وضع التشغيل ثنائي الاتجاه الكامل ، الذي أصبح شائعًا في الإيثرنت السريع والمعيار الفعلي في الإيثرنت جيجابت . في وضع ثنائي الاتجاه الكامل، يمكن للمحوّل والمحطة الإرسال والاستقبال في آنٍ واحد، ولذلك فإن شبكات الإيثرنت الحديثة خالية تمامًا من التصادمات.

• مقارنة بين الإيثرنت الأصلي والإيثرنت الحديث
• 
  تطبيق الإيثرنت الأصلي: وسيط مشترك، عرضة للتصادم. جميع أجهزة الكمبيوتر التي تحاول الاتصال تشترك في نفس الكابل، وبالتالي تتنافس مع بعضها البعض.
• 
  تطبيق حديث لشبكة الإيثرنت: اتصال مُبدَّل، خالٍ من التصادم. يتصل كل جهاز كمبيوتر بمُبدِّله الخاص فقط، دون منافسة على الكابل مع أجهزة أخرى.

أجهزة إعادة الإرسال والمحاور

بسبب تدهور الإشارة ومشاكل التوقيت، فإنّ حجم أجزاء إيثرنت المحورية محدود. ^{[ 44 ]} ويمكن إنشاء شبكات أكبر نوعًا ما باستخدام مُكرِّر إيثرنت . كانت المُكرِّرات الأولى تحتوي على منفذين فقط، مما يسمح بمضاعفة حجم الشبكة كحد أقصى. وبمجرد توفر مُكرِّرات بأكثر من منفذين، أصبح من الممكن توصيل الشبكة بطوبولوجيا نجمية . وقد نُشرت التجارب الأولى على الطوبولوجيا النجمية (المعروفة باسم فايبرنت ) باستخدام الألياف الضوئية بحلول عام 1978. ^{[ 45 ]}

لطالما شكل تركيب كابلات الإيثرنت المشتركة تحديًا في المكاتب نظرًا لتعارض بنيتها الأساسية مع بنية الكابلات النجمية المصممة خصيصًا لشبكات الهاتف في المباني. وقد أتاح تعديل الإيثرنت ليتوافق مع أسلاك الهاتف المجدولة المثبتة مسبقًا في المباني التجارية فرصةً أخرى لخفض التكاليف، وتوسيع قاعدة التركيب، والاستفادة من تصميم المباني، ولذا كان الإيثرنت المجدول هو التطور المنطقي التالي في منتصف ثمانينيات القرن الماضي.

بدأ استخدام الإيثرنت عبر كابلات الأزواج الملتوية غير المحمية (UTP) مع شبكة StarLAN بسرعة 1 ميجابت/ثانية في منتصف ثمانينيات القرن الماضي. ^{[ 4 ] : ​​12-13.} في عام 1987، قدمت شركة SynOptics أول شبكة إيثرنت عبر كابلات الأزواج الملتوية بسرعة 10 ميجابت/ثانية، ضمن بنية توصيل نجمية مع موزع مركزي، عُرفت لاحقًا باسم LattisNet . ^{[ 20 ] [ 5 ] : 29 [ 46 ].} تطورت هذه التقنية إلى 10BASE-T، المصممة للوصلات من نقطة إلى نقطة فقط، حيث دُمجت جميع عمليات الإنهاء في الجهاز نفسه. حوّل هذا الأمر أجهزة إعادة الإرسال من أجهزة متخصصة تُستخدم في مركز الشبكات الكبيرة إلى أجهزة أساسية في كل شبكة تعتمد على كابلات الأزواج الملتوية وتضم أكثر من جهازين. سهّلت بنية الشجرة الناتجة عن ذلك صيانة شبكات الإيثرنت، إذ منعت معظم الأعطال التي قد تحدث في أحد الأجهزة أو الكابل المرتبط به من التأثير على الأجهزة الأخرى في الشبكة.

على الرغم من بنية الشبكة النجمية الفيزيائية ووجود قنوات إرسال واستقبال منفصلة في وسائط الأسلاك المجدولة والألياف الضوئية، لا تزال شبكات الإيثرنت القائمة على المُكرِّرات تستخدم بروتوكول نصف مزدوج وCSMA/CD، مع نشاط محدود للغاية من جانب المُكرِّر، يقتصر أساسًا على توليد إشارة التشويش للتعامل مع تصادمات الحزم. تُرسَل كل حزمة إلى منفذ واحد من كل منفذين على المُكرِّر، لذا لا تُعالَج مشكلات عرض النطاق الترددي والأمان. يقتصر إجمالي إنتاجية المُكرِّر على إنتاجية وصلة واحدة، ويجب أن تعمل جميع الوصلات بنفس السرعة. ^{[ 5 ] : 278}

الربط والتحويل

على الرغم من قدرة أجهزة إعادة الإرسال على عزل بعض جوانب قطاعات شبكة الإيثرنت ، مثل انقطاع الكابلات، إلا أنها لا تزال تُعيد توجيه جميع البيانات إلى جميع أجهزة الإيثرنت. تُعتبر الشبكة بأكملها منطقة تصادم واحدة ، ويجب أن تكون جميع الأجهزة قادرة على اكتشاف التصادمات في أي مكان على الشبكة. هذا يُحد من عدد أجهزة إعادة الإرسال بين أبعد العُقد، ويفرض قيودًا عملية على عدد الأجهزة التي يُمكنها التواصل عبر شبكة الإيثرنت. يجب أن تعمل جميع القطاعات المتصلة بواسطة أجهزة إعادة الإرسال بنفس السرعة، مما يجعل التحديثات التدريجية مستحيلة.

للتخفيف من هذه المشاكل، تم ابتكار تقنية الربط الشبكي للتواصل على مستوى طبقة ربط البيانات مع عزل الطبقة الفيزيائية. في هذه التقنية، يتم توجيه حزم بيانات الإيثرنت السليمة فقط من قطاع إيثرنت إلى آخر، مما يعزل حالات التصادم وأخطاء الحزم. عند بدء التشغيل، تعمل جسور الإيثرنت بشكل مشابه لمكررات الإيثرنت، حيث تمرر جميع البيانات بين القطاعات. من خلال مراقبة عناوين المصدر للإطارات الواردة، يقوم الجسر بإنشاء جدول عناوين يربط العناوين بالقطاعات. بمجرد التعرف على عنوان، يقوم الجسر بتوجيه حركة مرور الشبكة المتجهة إلى هذا العنوان فقط إلى القطاع المرتبط به، مما يحسن الأداء العام. مع ذلك، لا تزال حركة مرور البث تُوجّه إلى جميع قطاعات الشبكة. كما تتغلب الجسور على قيود إجمالي عدد القطاعات بين مضيفين وتسمح بدمج السرعات، وكلاهما أمر بالغ الأهمية للنشر التدريجي لإصدارات الإيثرنت الأسرع.

في عام ١٩٨٩، طرحت موتورولا كودكس جهاز إيثرسبان ٦٣١٠، وطرحت كالبانا جهاز إيثرسويتش؛ وكانا مثالين على أولى محولات الإيثرنت التجارية. ^{[ ح ]} استخدمت المحولات المبكرة، مثل هذا الجهاز، تقنية التبديل المباشر، حيث يتم فحص رأس الحزمة الواردة فقط قبل إسقاطها أو إعادة توجيهها إلى جزء آخر من الشبكة. ^{[ ٤٧ ]} يقلل هذا من زمن استجابة إعادة التوجيه. من عيوب هذه الطريقة أنها لا تسمح بسهولة بدمج سرعات ربط مختلفة. عيب آخر هو أن الحزم التالفة لا تزال تنتشر عبر الشبكة. كان الحل النهائي لهذه المشكلة هو العودة إلى أسلوب التخزين وإعادة التوجيه الأصلي للربط، حيث تُقرأ الحزمة بالكامل في مخزن مؤقت على المحول، ويتم التحقق من تسلسل فحص الإطار الخاص بها ، وبعد ذلك فقط يتم إعادة توجيه الحزمة. ^{[ ٤٧ ]} في معدات الشبكات الحديثة، تتم هذه العملية عادةً باستخدام دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات، مما يسمح بإعادة توجيه الحزم بسرعة السلك . ^{[ ٤٨ ]}

عند استخدام وصلة زوجية مجدولة أو وصلة ألياف ضوئية، وعدم توصيل أي من طرفيها بمكرر إشارة، يصبح الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل (Full-Duplex Ethernet) ممكنًا عبر تلك الوصلة. في وضع الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل، يمكن للجهازين إرسال واستقبال البيانات من وإلى بعضهما البعض في الوقت نفسه، دون وجود نطاق تصادم. ^{[ 49 ]} يؤدي هذا إلى مضاعفة عرض النطاق الترددي الإجمالي للوصلة، ويُعلن عنه أحيانًا على أنه ضعف سرعة الوصلة (على سبيل المثال، 200 ميجابت/ثانية لشبكة إيثرنت السريعة). ^{[ i ]} كما أن إلغاء نطاق التصادم لهذه الاتصالات يعني أيضًا إمكانية استخدام كامل عرض النطاق الترددي للوصلة من قِبل الجهازين على تلك الوصلة، وأن طول الوصلة غير محدود بقيود اكتشاف التصادم.

بما أن الحزم تُسلّم عادةً إلى المنفذ المُخصّص لها فقط، فإن حركة البيانات على شبكة إيثرنت مُبدّلة تكون أقل عموميةً من حركة البيانات على شبكة إيثرنت ذات الوسائط المشتركة. مع ذلك، لا تزال شبكة إيثرنت المُبدّلة تُعتبر تقنية شبكية غير آمنة، نظرًا لسهولة اختراق أنظمة إيثرنت المُبدّلة بوسائل مثل انتحال بروتوكول ARP وإغراق عناوين MAC . ^{[ 50 ] [ 51 ]}

إن مزايا عرض النطاق الترددي، وتحسين عزل الأجهزة عن بعضها البعض، والقدرة على دمج سرعات مختلفة للأجهزة بسهولة، وإزالة قيود الربط المتسلسل المتأصلة في إيثرنت غير المبدل، جعلت من إيثرنت المبدل تقنية الشبكات المهيمنة. ^{[ 52 ]}

الشبكات المتقدمة

على الرغم من أن شبكات إيثرنت البسيطة المحولة تمثل تحسناً كبيراً مقارنةً بشبكات إيثرنت القائمة على المُكررات، إلا أنها تعاني من نقاط فشل فردية، وهجمات تخدع المحولات أو الأجهزة المضيفة لإرسال البيانات إلى جهاز ما حتى لو لم يكن ذلك مقصوداً، بالإضافة إلى مشاكل تتعلق بقابلية التوسع والأمان فيما يخص حلقات التبديل ، والإشعاع البثي ، وحركة مرور البث المتعدد . ^{[ 53 ]}

تستخدم ميزات الشبكات المتقدمة في المحولات بروتوكول أقصر مسار (SPB) أو بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) للحفاظ على شبكة متشابكة خالية من الحلقات، مما يسمح بوجود حلقات فعلية للتكرار (STP) أو موازنة الأحمال (SPB). يتضمن بروتوكول أقصر مسار استخدام بروتوكول توجيه حالة الارتباط IS-IS لتمكين الشبكات الأكبر حجمًا من استخدام أقصر المسارات بين الأجهزة.

تضمن ميزات الشبكات المتقدمة أيضًا أمان المنافذ، وتوفر ميزات حماية مثل إغلاق عناوين MAC ^{[ 54 ]} وتصفية الإشعاع البثي، وتستخدم شبكات VLAN لفصل فئات المستخدمين المختلفة أثناء استخدام نفس البنية التحتية المادية، ^{[ 55 ]} وتستخدم تجميع الروابط لإضافة عرض نطاق ترددي للروابط المحملة بشكل زائد ولتوفير بعض التكرار. ^{[ 56 ]}

في عام 2016، حلت تقنية الإيثرنت محل تقنية إنفينيباند كأكثر تقنيات الربط البيني شيوعًا بين أنظمة الحواسيب العملاقة TOP500 . ^{[ 57 ]}

في العديد من الأنظمة الصناعية، تتعايش شبكة الإيثرنت وشبكة ناقل البيانات الميداني ، حيث يؤدي كل منهما أدوارًا معينة، ويتم تبادل البيانات بينهما من خلال البوابات .

تطورت الطبقة الفيزيائية لشبكة الإيثرنت على مدى فترة زمنية طويلة، وتشمل واجهات الوسائط الفيزيائية المحورية، والأسلاك المجدولة، والألياف الضوئية، بسرعات تتراوح من 1 ميجابت/ثانية إلى 400 جيجابت/ثانية . ^{[ 58 ]} كان أول استخدام لتقنية CSMA/CD للأسلاك المجدولة هو StarLAN ، الذي تم توحيده تحت مسمى 802.3 1BASE5. ^{[ 59 ]} على الرغم من أن 1BASE5 لم يحقق انتشارًا واسعًا في السوق، إلا أنه حدد المكونات الفيزيائية (الأسلاك، والمقابس، وتوزيع الدبابيس، ومخطط التوصيل) التي سيتم نقلها إلى 10BASE-T وصولًا إلى 10GBASE-T.

أكثر أنواع الاتصالات شيوعًا هي 10BASE-T و100BASE-TX و1000BASE-T . تستخدم هذه الأنواع الثلاثة كابلات مزدوجة مجدولة وموصلات معيارية 8P8C . وتعمل بسرعات 10 ميجابت/ثانية و 100 ميجابت/ثانية و 1 جيجابت/ثانية على التوالي. ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

تُعدّ أنواع الإيثرنت التي تعمل بالألياف الضوئية (والتي تستخدم عادةً وحدات SFP ) شائعةً جدًا في الشبكات الكبيرة، إذ توفر أداءً عاليًا وعزلًا كهربائيًا أفضل ومدى أطول (عشرات الكيلومترات في بعض الإصدارات). وبشكل عام، يعمل برنامج حزمة بروتوكولات الشبكة بشكل مماثل على جميع الأنواع. ^{[ 63 ]}

في معيار IEEE 802.3، تُسمى حزمة البيانات " حزمة" أو "إطار" . تُستخدم كلمة "حزمة" لوصف وحدة الإرسال الكلية، وتشمل الديباجة ، ومحدد بداية الإطار (SFD)، وامتداد الناقل (إن وُجد). ^{[ j ]} يبدأ الإطار بعد محدد بداية الإطار برأس إطار يحتوي على عناوين MAC للمصدر والوجهة، وحقل EtherType الذي يُحدد إما نوع بروتوكول الحمولة أو طول الحمولة. يتكون الجزء الأوسط من الإطار من بيانات الحمولة، بما في ذلك أي رؤوس لبروتوكولات أخرى (مثل بروتوكول الإنترنت) مُضمنة في الإطار. ينتهي الإطار بفحص تكرار دوري 32 بت ، يُستخدم للكشف عن تلف البيانات أثناء النقل . ^{[ 64 ] : القسمان 3.1.1 و3.2.} تجدر الإشارة إلى أن حزم الإيثرنت لا تحتوي على حقل "مدة البقاء" ، مما قد يُسبب مشاكل في حال وجود حلقة تبديل.

التفاوض التلقائي هو الإجراء الذي يختار من خلاله جهازان متصلان معايير إرسال مشتركة، مثل السرعة ووضع الإرسال والاستقبال المتزامن. كان التفاوض التلقائي في البداية ميزة اختيارية، وقد طُرح لأول مرة مع معيار 100BASE-TX (معيار IEEE 802.3u لشبكة إيثرنت السريعة لعام 1995)، وهو متوافق مع الإصدارات السابقة من معيار 10BASE-T. تم تحسين المواصفات في إصدار IEEE 802.3 لعام 1998. أصبح التفاوض التلقائي إلزاميًا لتقنية 1000BASE-T وما فوقها.

• "تقنيات الإيثرنت" . دليل تقنيات الربط الشبكي . شركة سيسكو سيستمز. مؤرشف من الأصل بتاريخ 28 ديسمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أبريل 2011 .
• تشارلز إي. سبورجون (2000). إيثرنت: الدليل الشامل . دار نشر أورايلي ميديا. رقم ISBN 978-1565-9266-08.
• يوجين دلال. "تاريخ الإيثرنت" . مدونة .

• مجموعة عمل إيثرنت IEEE 802.3
• معيار IEEE 802.3-2015 – تم استبداله
• معيار IEEE 802.3-2018