Speed، Duplex و Auto-Negotiation

Speed و Duplex در Ethernet

Speed در یک لینک Ethernet نرخ اسمی انتقال داده روی همان لینک است. وقتی در خروجی Switch مقدار 1000Mb/s می‌بینی، یعنی Interface با سرعت یک گیگابیت بر ثانیه مذاکره یا تنظیم شده است. این عدد با سرعت واقعی دانلود یک فایل یا سرعت یک Application یکی نیست. سرعت واقعی به عواملی مثل ظرفیت مسیرهای بعدی، بار شبکه، عملکرد Server و Protocol مورد استفاده هم بستگی دارد. بنابراین اگر Port روی 1Gb/s بالا آمده باشد، فقط می‌توانی بگویی خود لینک محلی با آن نرخ اسمی کار می‌کند؛ نمی‌توانی از همین یک عدد نتیجه بگیری کاربر باید دقیقاً یک گیگابیت بر ثانیه فایل دریافت کند.

Duplex مشخص می‌کند دو طرف لینک چطور ارسال و دریافت را انجام می‌دهند. در Full-Duplex هر دو طرف می‌توانند هم‌زمان داده بفرستند و دریافت کنند. یک Switch و یک PC امروزی که با Full-Duplex به هم وصل هستند لازم نیست برای ارسال منتظر تمام شدن ارسال طرف مقابل بمانند. Half-Duplex محدودتر است؛ در آن محیط ارسال و دریافت هم‌زمان به همان شکل Full-Duplex انجام نمی‌شود و امکان Collision معنا پیدا می‌کند. Collision یعنی دو ارسال روی محیط مشترک با هم تداخل کرده‌اند. در شبکه‌های Ethernet سوئیچ‌شده امروزی، هدف این است که لینک‌های نقطه‌به‌نقطه با Full-Duplex کار کنند و Collision روی چنین لینک‌هایی رفتار عادی محسوب نمی‌شود.

Speed و Duplex به هم مرتبط‌اند ولی یک مفهوم نیستند. یک لینک می‌تواند از نظر Speed روی 100Mb/s باشد و از نظر Duplex روی Full. همین‌طور ممکن است لینک دیگری 1Gb/s و Full-Duplex باشد. وقتی عیب‌یابی می‌کنی باید هر دو را جدا ببینی. اگر کاربر می‌گوید شبکه «وصل است ولی خیلی کند است»، صرف روشن بودن Link کافی نیست؛ باید ببینی لینک با چه Speed و Duplex بالا آمده و آیا آن مقدار با چیزی که از کابل و کارت شبکه انتظار داری هماهنگ است یا نه.

یک نکته مهم این است که پایین آمدن Speed همیشه به معنی خرابی Switch نیست. اگر دو دستگاه Gigabit هستند ولی لینک روی 100Mb/s بالا آمده، کابل یا Termination می‌تواند یکی از علت‌ها باشد. 1000BASE-T برای کار عادی از هر چهار Pair کابل استفاده می‌کند، در حالی که 100BASE-TX به دو Pair نیاز دارد. به همین دلیل خرابی یا Termination نادرست بعضی Pairها ممکن است باعث شود دستگاه‌ها نتوانند لینک گیگابیتی بسازند و در بعضی شرایط روی سرعت پایین‌تر کار کنند. این فقط یک احتمال است و باید با تست کابل سالم و بررسی دو Endpoint تأیید شود.

Auto-Negotiation و توافق دو طرف

اگر دو دستگاه Ethernet را به هم وصل کنی، لازم نیست همیشه Speed و Duplex را دستی روی هر دو طرف وارد کنی. قابلیتی به نام Auto-Negotiation به دو طرف کمک می‌کند توانایی‌هایشان را اعلام کنند و روی تنظیم مشترک مناسب به توافق برسند. به زبان ساده، هر طرف می‌گوید چه حالت‌هایی را پشتیبانی می‌کند و دو دستگاه بهترین حالت مشترک را انتخاب می‌کنند. روی تجهیزات امروزی معمولاً Auto-Negotiation انتخاب طبیعی برای بسیاری از اتصال‌های کاربر و Switch است، مگر اینکه طراحی یا مستندات یک تجهیز دلیل مشخصی برای تنظیم دستی داشته باشد.

فرض کن کارت شبکه PC از 10/100/1000Mb/s و Full-Duplex پشتیبانی می‌کند و Port سوئیچ هم همین توانایی را دارد. وقتی هر دو روی Auto باشند، معمولاً لینک روی 1000Mb/s و Full-Duplex بالا می‌آید. در خروجی بعضی Switchهای Cisco ممکن است کنار Speed و Duplex حرف a دیده شود. این a یعنی مقدار به‌صورت خودکار مذاکره شده است. مثلاً a-full و a-1000 نشان می‌دهند Duplex و Speed از طریق Auto-Negotiation تعیین شده‌اند. شکل دقیق نمایش می‌تواند بین خانواده‌های مختلف IOS یا IOS XE فرق کند، اما مفهوم اصلی یکسان است.

Switch# show interfaces status
Port      Status       Vlan   Duplex  Speed  Type
Gi1/0/10  connected    10     a-full  a-1000 10/100/1000BaseTX

Auto-Negotiation فقط برای راحتی نیست؛ کمک می‌کند دو طرف تنظیم هماهنگی داشته باشند. مشکل زمانی ایجاد می‌شود که یک سمت را بدون دلیل دستی تنظیم کنیم و سمت دیگر در حالت Auto بماند، یا دو طرف را با مقادیر متفاوت تنظیم کنیم. بسته به Speed و استاندارد مورد استفاده، نتیجه می‌تواند Link Down، انتخاب Speed نامناسب یا Duplex Mismatch باشد. به همین دلیل قبل از Force کردن Speed یا Duplex باید اول بدانیم سمت مقابل چه تنظیمی دارد و چرا قرار است Auto را کنار بگذاریم.

Duplex Mismatch و اثر آن روی ارتباط

Duplex Mismatch یعنی دو طرف یک لینک درباره Duplex تنظیم یکسانی ندارند؛ مثلاً یک سمت Full-Duplex و سمت دیگر Half-Duplex کار می‌کند. این وضعیت گمراه‌کننده است چون ممکن است Link کاملاً Up بماند و حتی Ping هم پاسخ بدهد، اما Performance بد شود و Counterهای خطا بالا بروند. کاربر ممکن است بگوید «شبکه قطع نیست، ولی باز کردن فایل‌ها یا انتقال داده خیلی کند شده». اگر فقط Up/Down بودن Port را نگاه کنی، احتمال دارد مشکل را از دست بدهی.

در سمت Half-Duplex، Collision هنوز بخشی از منطق کار است. در سمت Full-Duplex دستگاه انتظار Collision ندارد و هم‌زمان ارسال و دریافت می‌کند. وقتی این دو رفتار روی یک لینک روبه‌روی هم قرار بگیرند، Frameها ممکن است با خطا یا Retransmission بیشتری روبه‌رو شوند. Retransmission یعنی داده‌ای که درست نرسیده دوباره توسط Protocol بالاتر ارسال شود. کاربر نتیجه را به شکل کندی، ناپایداری یا افت محسوس Throughput می‌بیند، در حالی که LEDها همچنان روشن هستند.

در Cisco IOS می‌توانی علاوه بر Duplex، Counterهای Interface را هم بررسی کنی. Late Collision یکی از سرنخ‌های مهم در بعضی سناریوهای Duplex یا مشکلات فیزیکی است. Late Collision یعنی Collision دیرتر از بازه‌ای رخ داده که در Ethernet سالم انتظار می‌رود. زیاد شدن CRC یا Input Error هم می‌تواند سرنخ باشد، اما این Counterها اختصاصی Duplex Mismatch نیستند و علت‌های فیزیکی دیگری هم دارند. بنابراین Counter به تو سرنخ می‌دهد، نه حکم قطعی.

گاهی CDP روی تجهیزات Cisco هم می‌تواند درباره Duplex Mismatch هشدار بدهد، اگر دو دستگاه Cisco اطلاعات وضعیت خود را با هم ردوبدل کنند. CDP یا Cisco Discovery Protocol پروتکلی است که دستگاه‌های Cisco از آن برای معرفی اطلاعات پایه به همسایه مستقیم استفاده می‌کنند. فعلاً لازم نیست CDP را کامل یاد بگیری؛ فقط بدان اگر Log واضحی درباره Duplex Mismatch دیدی، باید تنظیم دو سمت همان لینک را مقایسه کنی و به‌جای تغییر تصادفی چند Port، علت اختلاف را پیدا کنی.

بررسی و تنظیم Speed و Duplex در Cisco IOS

برای دید سریع چند Port، show interfaces status معمولاً مناسب است. این خروجی به تو اجازه می‌دهد Status، VLAN، Duplex و Speed را کنار هم ببینی. اگر همه Portهای یک بخش روی a-full و a-1000 هستند ولی یک Port کاربر روی a-full و a-100 بالا آمده، آن Port ارزش بررسی بیشتری دارد. هنوز نباید نتیجه بگیری «کابل خراب است»؛ فقط متوجه شده‌ای رفتار آن با بقیه فرق دارد. مرحله بعد مقایسه نوع NIC، Patch Cord، مسیر کابل و تنظیم دو سمت است.

Switch# show interfaces status
Port      Status       Vlan   Duplex  Speed
Gi1/0/5   connected    10     a-full  a-1000
Gi1/0/6   connected    10     a-full  a-100
Gi1/0/7   notconnect   10     auto    auto

برای یک Port خاص، show interfaces اطلاعات بیشتری می‌دهد. خطی شبیه Full-duplex, 1000Mb/s وضعیت عملیاتی را مشخص می‌کند. کمی پایین‌تر Counterها را هم می‌بینی. اگر Port موردنظر روی 100Mb/s است ولی سخت‌افزار هر دو سمت Gigabit است، کابل سالم و کوتاه را امتحان می‌کنی، سمت مقابل را بررسی می‌کنی و بعد سراغ تنظیمات می‌روی. Force کردن سرعت روی ۱۰۰۰ بدون فهم علت، ممکن است Link را Down کند و سرنخ اصلی را هم پنهان کند.

Switch# show interfaces gigabitEthernet1/0/6
GigabitEthernet1/0/6 is up, line protocol is up
  Full-duplex, 100Mb/s, media type is 10/100/1000BaseTX

اگر واقعاً لازم باشد Speed یا Duplex دستی تنظیم شود، این کار داخل Interface Configuration انجام می‌شود. دستورهای دقیق به نوع Interface و مدل دستگاه بستگی دارند، اما روی بسیاری از Portهای Copper فرمان‌های speed و duplex در دسترس‌اند. قبل از اعمال تغییر، تنظیم و توانایی سمت مقابل را هم بررسی کن. بعد از تغییر هم فقط به بالا آمدن Link اکتفا نکن؛ Speed/Duplex عملیاتی، Counterها و تجربه واقعی کاربر را دوباره ببین.

Switch(config)# interface gigabitEthernet1/0/6
Switch(config-if)# speed 100
Switch(config-if)# duplex full

عیب‌یابی Speed و Duplex

یک روش خوب این است که اول مشخص کنی مشکل واقعاً از جنس Link Speed و Duplex هست یا نه. اگر Port down است، بحث Duplex فعلاً اولویت ندارد چون Link هنوز تشکیل نشده. اگر Port up است ولی انتقال داده کند یا ناپایدار است، Speed/Duplex و Counterها ارزش بررسی دارند. همین ترتیب جلوی این را می‌گیرد که برای هر مشکل شبکه فوراً speed 1000 یا duplex full وارد کنی.

فرض کن یک PC جدید با NIC گیگابیتی به Gi1/0/12 وصل شده ولی Windows سرعت Link را 100Mbps نشان می‌دهد. Switch هم a-100 را گزارش می‌کند. یک Patch Cord سالم مستقیم بین PC و یک Port سالم سوئیچ قرار می‌دهی. اگر Link به 1Gb/s برسد، این تست نشان می‌دهد PC و Switch توان Gigabit دارند و مشکل به مسیر کابل قبلی نزدیک‌تر است. حالا Patch Panel، Keystone، کابل افقی و Termination را بررسی می‌کنی. اگر با کابل سالم هم 100Mb/s بماند، تنظیم NIC، Driver یا محدودیت سخت‌افزاری Endpoint هنوز باید بررسی شود.

در سناریوی دوم Port روی 100Mb/s Full است، سمت مقابل Half-Duplex کار می‌کند و کاربر از کندی شدید شکایت دارد. اول تنظیم دو طرف را هماهنگ می‌کنی؛ ترجیحاً اگر محدودیت خاصی وجود ندارد، Auto-Negotiation را روی هر دو طرف درست فعال می‌کنی. بعد Counterها را در یک بازه زمانی بررسی می‌کنی و یک انتقال واقعی انجام می‌دهی. اگر خطاهای تازه متوقف شده و Performance برگشته، تغییر انجام‌شده با شواهد مسئله هماهنگ است.

بعد از رفع مشکل، دلیل اصلی را ثبت کن. «Speed را تغییر دادم و درست شد» مستند خوبی نیست. بهتر است بنویسی سمت Switch به‌صورت دستی روی Full بوده و تجهیز قدیمی سمت مقابل Half کار می‌کرد، یا Pairهای کابل باعث می‌شد لینک فقط روی 100Mb/s بالا بیاید. این سطح از مستندسازی کمک می‌کند اگر مشکل تکرار شد، تیم دوباره از صفر شروع نکند.