شبکه های کامپیوتری

نوشته شده توسط پویا رجایی در تاریخ ۳ آبان ۱۳۹۸

شبکه های کامپیوتری

شبکه رایانه ای : مختصر ترین تعریف از شبکه اتصال دو یا چند سیستم مانند کامپیوتر، لپ تاپ ، سرور و … که قابلیت انتقال اطلاعات بین خود را دارند می باشد.شبکه رایانه‌ای باعث تسهیل ارتباطات میان کاربران شده و اجازه می‌دهد کاربران منابع خود را به اشتراک بگذارند.

انواع شبکه : در سازمان ها و شرکت های مختلف معمولا دو نوع شبکه داریم : شبکه های WAN شبکه های WAN ( برگرفته از wide-area network )،‌ يك شبكه ارتباطی است كه يك حوزه جغرافيايي گسترده نظير يك شهرستان ، استان و يا كشور را تحت پوشش قرار می دهد. اين نوع شبكه ها دارای مشخصات منحصر بفرد مختص به خود می باشند كه آنان را از يك شبكه محلی متمايز مي نمايد . شبکه های LAN شبکه های محلی مجموعه ای از دیوایس ها ( شامل کلاینت ها، سرورها، پرینترهای تحت شبکه، آی پی فون ها، Access Point ها ، سوئیچ ها و…. است که در یک ناحیه نسبتا کوچک ( معمولا در حد یک ساختمان) از طریق رسانه مشترک ( کابل یا امواج رادیویی یا فیبر نوری) به همدیگر متصل می باشند.

mini network

اجزای شبکه های کامپیوتری :

اجزای اکتیو (Active):

در یک شبکه کامپیوتری به قطعاتی که معمولاً به برق متصل شده و در تولید، هدایت و یا تقویت سیگنال‌ها نقش دارند و در اصطلاح به خودی خود فعالیت دارند، قطعات فعال یا Active گفته می​شود. مثل سوئیچ و روتر و کامپیوتر و مودم و …

اجزای پسیو (Passive):

به قطعاتی که به برق متصل نمی‌شوند و در تولید، هدایت و یا تقویت سیگنال‌ها نقشی ندارند، و در حقیقت فعالیتی ندارند، در اصطلاح نافعال یا Passive گفته می​شود. مثل کابل و داکت و …

حال که با کلیات شبکه های کامپیوتری آشنا شدیم به شرح جزییات آن می پردازیم :

ویژگی های شبکه های WAN: شبكه های WAN ،‌ يك حوزه جغرافيايي گسترده نظير يك شهرستان ، استان و يا يك كشور را تحت پوشش قرار داده و معمولا” از امكانات ارائه شده توسط شرکت های مخابراتی استفاده می نمایند . اين نوع شبكه ها دارای خصوصیات زیر می باشند :

دستگاه های موجود در يك حوزه جغرافيايي گسترده را به يكديگر متصل مي نمايند . از سرویس های ارائه شده توسط شرکت های مخابراتی به منظور حمل داده استفاده می نمایند . از اتصالات سريال مختلف به منظور دستیابی به پهنای باند در يك حوزه جغرافيايي گسترده استفاده می نمایند .

لایه های 1 و 2 شبکه به یکی از شبکه های LAN یا WAN اختصاص دارد . زیرا هر دوی آنها بر روی لایه 1 و 2 مدل OSI قرار میگیرند و شباهت های زیادی از حیث تعریف مشخصه های کابل ها ، سرعت انتقال، کد گذاری و نحوه ارسال داده بر روی لایه فیزیکی دارند . البته تفاوت هایی از قبیل بعد مسافت بین نودها و تملک بر خطوط ارتباطی بین شبکه یا شبکه ها وجود دارد . یکی از مهمترین تفاوت هایی که بین بستر شبکه های محلی و بستر شبکه های WAN وجود دارد این است که معمولا شما در شبکه های محلی بستر را با خرید تجهیزات مورد نیاز بصورت اختصاصی برای شبکه خود مهیا می کنید و مالکیت بستر ارتباطی با شماست. تمامی زیرساخت های ارتباطی موجود در شبکه های محلی متعلق به صاحب آن است و این در حالی است که بر خلاف شبکه های محلی در شبکه های گسترده، شما بستر ارتباطی را بصورت اختصاصی و تملیکی در اختیار ندارید و در واقع تمامی بسترهای ارتباطی بصورت اجاره ای در اختیار استفاده کنندگان قرار می گیرند.

معرفی خط اجاره ای در شبکه های WAN

خط اجاره ای در واقع یک خط تلفن دائمی است که بین دو نقطه از سرویس های مخابراتی در اختیار مشتریان قرار می گیرد. معمولا استفاده از Leased Line ها برای شرکت ها و سازمان هایی که دارای نقاط مختلف جغرافیایی هستند توصیه می شود. تصور کنید سازمان شما در حال گسترش است و در شهرهای دیگری در حال افزایش شعب می باشد و هر کدام از این شعب یه شبکه محلی دارد. حال شما برای برقراری ارتباط بین شبکه های محلی و ارسال داده نیاز به برقراری ارتباط دارید و این امر از طریق روتر و خطوط اجاره ای میسر می گردد. برخلاف خطوط تلفن Dial Up و ارتباطاتی از این قبیل ، خطوط Leased Line همیشه فعال هستند و بدون وقفه سرویس دهی می کنند. هزینه ای که برای اجاره خطوط Leased Line پرداخت می شود بصورت یک مبلغ ثابت ماهیانه پرداخت می شود. تنها معیارهایی که می تواند هزینه پرداختی برای این سرویس ها را متفاوت کند طول مسیر ارتباطی و همچنین سرعتی است که از Leased Line می خواهیم. با توجه به اینکه خط ارتباطی ایجاد شده صرفا ترافیک اختصاصی شما را انتقال می دهد و ترافیک دیگران وارد این خط نمی شود ، انتقال دهنده می تواند یک سطح قابل قبول از کیفیت را به مشتری بدهد . با استفاده از این خطوط دیگر محدودیت فاصله معنایی ندارد و می توانید ارتباط راه دور داشته باشید در واقع این خطوط مثل کابل Crossover عمل میکند و دو روتر را به هم متصل می نماید و روترها بر روی این خطوط می توانند ارتباط دو طرفه داشته باشند . در این خطوط با بهره گیری از 2 مودم مخصوص به خطوط Leased از پهنای باند اختصاصی میتوان استفاده نمود .

تجهیزاتی که برای برقراری ارتباط نیاز دارید شامل روتر ، مودم CSU/DSU و کابل DTE/DCE می باشد. مودم فوق عملیات ارسال و دریافت اطلاعات بر روی لایه فیزیکی را بر عهده دارد . سر کابل DCE را به مودم متصل کنید و سر دیگر کابل DTE را به پورت سریال روتر متصل نمایید. DSL و شبکه های WAN در اکثر کشورها برای راه اندازی تلفن از کابل مسی استفاده می شود . كابل مسی دارای پهنای به مراتب بیشتر نسبت به آن چیزی است كه در مكالمات تلفنی استفاده می گردد و از این پهنای باند باقی مانده بدون تاثیرگذاری منفی بر مکالمه صوتی به منظور انتقال داده استفاده می گردد. به منظور شناخت نحوه عملكرد DSL ، لازم است در ابتدا با یك شبکه های محلی مجموعه ای از دیوایس ها ( شامل کلاینت ها، سرورها، پرینترهای تحت شبکه، آی پی فون ها، Access Point ها ، سوئیچ ها و…. است که در یک ناحیه نسبتا کوچک ( معمولا در حد یک ساختمان) از طریق رسانه مشترک ( کابل یا امواج رادیویی یا فیبر نوری) به همدیگر متصل می باشند. خط تلفن بیشتر آشنا گردید. اكثر خطوط تلفن و تجهیزات مربوطه دارای محدودیت فرکانسی در ارتباط با سوئیچ ، تلفن و سایر تجهیزاتی می باشند كه بنوعی در فرآیند انتقال سیگنا ل ها دخالت دارند. صدای انسان ( در یك مكالمه صوتی معمولی ) توسط سیگنال هائی با فركانس بین صفر تا 3400 قابل انتقال است . محدوده فوق بسیار ناچیز است . مثلا در مقایسه با اغلب بلندگوهای استریو كه دارای محدوده بین 20 تا 20000 هرتز می باشند. كابل استفاده شده در سیستم تلفن قادر به انتقال سیگنال هائی با ظرفیت چندین میلیون هرتز می باشد. بدین ترتیب در مكالمات صوتی صرفا از بخش بسیار محدودی از پهنای باند موجود، استفاده می گردد. با استفاده از پهنای باند باقی مانده میتوان علاوه بر بهره برداری از پتانسیل های موجود، بگونه ای عمل نمود كه کیفیت مكالمات صوتی نیز دچار افت نگردند. تجهیزات پیشرفته ای که اطلاعات را بصورت دیجیتال ارسال می نمایند ، قادر به استفاده از ظرفیت خطوط تلفن بصورت کامل می باشند که DSL چنین عملی را انجام می دهد. سرویس های DSL ضمن اینکه می توانند سرعت هایی بالغ بر چندین مگابیت بر ثانیه را داشته باشند و هزینه ای به تناسب کمتر از سرویس های مداری مخابرات دارند برای خود دارای نقاط ضعفی هم هستند.

ویژگی های شبکه های LAN :

شبکه های محلی مجموعه ای از دیوایس ها ( شامل کلاینت ها، سرورها، پرینترهای تحت شبکه، آی پی فون ها، Access Point ها ، سوئیچ ها و…. است که در یک ناحیه نسبتا کوچک ( معمولا در حد یک ساختمان) از طریق رسانه مشترک ( کابل یا امواج رادیویی یا فیبر نوری) به همدیگر متصل می باشند. امروزه شبکه های LAN خود به دو دسته کلی تقسیم میشوند:

Ethernet LAN یا Wired LAN Wireless LAN البته از لحاظ تئوری گروه Wired LAN شامل Token Ring هم میتواند باشد. اما زیاد مورد استفاده نیست. ذکر این نکته خالی از لطف نیست که این روزها اصطلاحی مورد استفاده قرار می گیرد به نام SOHO . SOHO در واقع مخفف Small Office/ Home Office است. پس اگر جایی SOHO LANN به چشمتان خورد به معنای شبکه محلی دفتر خانگی/ دفتر کوچک است.

سه بخش اصلی شبکه های محلی:

  • توپولوژی
  • رسانه
  • پروتکلها

توپولوژی و رسانه یک LAN بر حسب پروتکلی که در لایه data-link کار می کند (آشنایی با پروتکل TCP/IP) مشخص میشود. دو پروتکل عمده مورد استفاده در لایه فوق عبارت از Ethernet و Token Ring می باشند. شاید بپرسید که اصلا خود پروتکل چیست؟ پروتکل به بیانی ساده یک زبان مشترک برای برقراری، مدیریت و استفاده از ارتباطات در یک شبکه است. پروتکل میتواند ساده و یا پیچیده باشد. به مجموعه ای از پروتکل ها که همگی با هم یک خواسته را اجرا می کنند، پشته پروتکل گفته میشود. لایه های مختلف معماری های TCP/IP و OSI هر کدام شامل پشته پروتکل هستند.

پروتکل های همه کامپیوترهای یک LAN کامپیوتر token ring شبکه کرد. چنانچه کامپیوترهای یک LAN در لایه های مختلف، دارای پروتکل های مشترکی نباشند، برقراری ارتباط بین آنها شکست میخورد. درباره توپولوژی و رسانه در جای خود مفصل توضیح داده خواهد شد.

اترنت کلمه ای است که زیاد تا اینجا نوشته شده است. این پروتکل مجموعه ای است از استانداردها که با یکدیگر جهت ایجاد لایه network Interface در شبکه های LAN بکار می روند.

دیوایس بنیادین یک LAN ابزاری است که باعث اتصال همه دیوایس ها به شبکه بشود. این کار را در گذشته ( و البته هنوز در دفتر خیلی کوچک در حد حداکثر 6 کامپیوتر) توسط قطعه ای به نام HUB انجام میدادند. اما سالهاست که این قطعه نه چندان پیچیده و نه چندان قدرتمند جای خودش را به ابزاری بسیار قوی تر، بهینه تر و کاراتر به نام Switch داده است.

سوئیچ یکی از ابزارهای اکتیو بسیار مهم در یک شبکه LAN به شمار می آید.

تجهیزات اکتیو و پسیو در شبکه های محلی: در یک شبکه کامپیوتری به قطعاتی که معمولاً به برق متصل شده و در تولید، هدایت و یا تقویت سیگنال‌ها نقش دارند و در اصطلاح به خودی خود فعالیت دارند، قطعات فعال یا Active گفته می​شود. مثل سوئیچ و روتر و کامپیوتر و مودم و …

به قطعاتی که به برق متصل نمی‌شوند و در تولید، هدایت و یا تقویت سیگنال‌ها نقشی ندارند، و در حقیقت فعالیتی ندارند، در اصطلاح نافعال یا Passive گفته می​شود. مثل کابل و داکت و …

سوئیچ ها در شبکه های محلی: سوئیچ ها بسته به کاربرد و مدل معمولا دارای 24 یا 48 پورت از نوع Access هستند که کامپیوترهای کاربران به آنها متصل میشوند. البته به غیر از احتمالا چند پورت جانبی دیگر که همانطور که گفته شد به کاربرد و مدل سوئیچ وابسته است. دستگاه هایی مانند کامپیوترها ( از جمله سرورهای فیزیکی) ، پرینترهای دارای اینترفیس شبکه، AP ها، دستگاههای IP Phone ، دوربین های تحت شبکه و … از طریق اتصال یک کابل اترنت به پورت های سوئیچ به شبکه متصل میشوند. یکی از مباحث اصلی این دوره، آموزش پیکربندی و مدیریت سوئیچ هاست. . بهرحال به سوئیچ هایی که مناسب کار کردن در محیط LAN می باشند، Ethernet LAN Switch گفته میشود.

SOHO LAN که شامل یک سوئیچ، یک روتر ( که درباره آن هم در جای خود توضیح داده خواهد شد)، کامپیوتر کلاینت، یک دستگاه IP Phone ، یک دستگاه کامپیوتر تحت شبکه، نوت بوک، تبلت، مودم ADSL ، دستگاه فکس و … است.

روتر در شبکه های محلی : روتر یا بقولی مسیریاب جهت اتصال شبکه LAN به یک شبکه LAN دیگر و یا اتصال به شبکه WAN مورد استفاده قرار می گیرد. در بحث اتصال دفاتر و شعب یک سازمان بزرگ نقش اساسی را روتر ایفا خواهد کرد. چون هر دفتر دارای یک LAN است و این LAN ها توسط روترها به یکدیگر متصل و ترکیب می شوند. گفته شد که یک کاربرد متداول دیگر روتر اینست که LAN ما را به WAN لینک کند. در اینجا همین قدر کافی است که بدانید که به شبکه های بزرگ در سطح کشورها، قاره ها و حتی کل سیاره اصطلاح WAN اطلاق می شود. خود شبکه جهانی اینترنت نوعی WAN محسوب میشود. به همین دلیل در سازمانهای زیادی، سوئیچ شبکه LAN را به روتر متصل میکنند. خود روتر را نیز به یک مودم ADSL ( یا حتی مودم LTE و تکنولوژی های مشابه و جدیدتر). سپس با انجام یک سری تنظیمات، اینترنت را به روتر و سپس کل شبکه LAN می رسانند. حال اینکه جریان اینترنت چگونه در شبکه توزیع و مدیریت شود ( یا نشود) بحث جدایی است که بیشتر مربوط به دوره MCSA می باشد.

انواع اتصالات در شبکه های محلی : که گوشی های همراه و تبلت هم به SOHO LAN متصل اند. طبعا توسط کابل شبکه به سوئیچ متصل نمی باشند. امروزه SOHO LAN ها شامل Wireless LAN نیز می شوند. در واقع هر LAN غیر از اتصالات کابلی اترنت خواه ناخواه شامل تعداد اتصال Wireless نیز هست. به سختی و به ندرتی می توان یک LAN یافت که اتصال Wireless نداشته باشد. برای این منظور از دستگاهی به نام AP استفاده میشود. میتوان به سادگی AP را یک Wireless Switch نامید زیرا تمام ارتباطات Wireless باید به AP ها متصل شوند. ( مانند تمام ارتباطات کابلی که باید به Ethernet Switch وصل شوند). با این تفاوت که خود APP نیز باید توسط یک کابل به سوئیچ متصل شود تا خودش ( و بالطبع مشتریانش) به LAN متصل باشند.

شبکه های محلی در چندین ساختمان : گاهی شبکه LAN دارای تعداد بیشتری از دیوایس ها می باشد و ممکن است در یک ساختمان چند طبقه مستقر باشد. در این حالت به صورت استاندارد در هر طبقه لااقل یک سوئیچ باید وجود داشته باشد که دیوایس های مستقر در هر طبقه به سوئیچ طبقه خود متصل شوند. این سوئیچ از نوع Access است. سوئیچ های طبقات همگی به یک سوئیچ قوی تر از نوع Distribution متصل میشوند. سوئیچ فوق نیز به روتر وصل میشود. حتی ممکن است به خارج از ساختمان نیز متصل باشیم. در این حالت دیگر LAN از نوع SOHO نیست بلکه Enterprise LAN نامیده میشود.

همانطور که گفته شد میتوان چند LAN را بوسیله یک روتر به یکدیگر متصل کرد و یک internetwork بوجود آورد که شبکه ای از LAN هاست. بدلیل استفاده از روتر، کامپیوتر موجود در یک LAN میتواند با کامپیوتر موجود در LAN دیگر ارتباط برقرار نماید. گفتنی است که اینترنت شامل Internetwork است اما همه Internetwork ها به اینترنت متصل نیستند.

توپولوژی های شبکه های محلی در این قسمت، نگاهی میکنیم به انواع توپولوژی هایی که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است:

mini network(1)

1-توپولوژی BUS: در این توپولوژی همه کامپیوترها در امتداد یک مسیر و در یک خط، توسط کابل به یکدیگر متصل شده اند. معمولا از کابل های کواکسیال در این توپولوژی استفاده می شد. امروزه بسیار به ندرت ممکن است با شبکه ای سروکار پیدا کنیم که از این توپولوژی استفاده کند. در این توپولوژی سیگنال ها در هر دو جهت راست به چپ و چپ به راست می توانند حرکت کنند. در انتهای هر دو سر کابل، قطعه ای به نام Terminator قرار دارد تا سیگنال هایی که به انتهای کابل میرسند را drop کند چون در غیر این صورت، سیگنال های فوق منعکس میشوند و با سیگنال های جدیدتر که در حال فرستاده شدن هستند برخورد پیدا میکنند.

2- توپولوژی STAR : در این توپولوژی، ستاره ای داریم ( مانند خورشید ) که تمام اجزا ( سیاره ها) به دور آن حلقه زده اند. اما در اینجا جای ستاره یک سوئیچ یا هاب قرار دارد. ساده ترین حالت این توپولوژی است:

3- توپولوژی Ring : این توپولوژی در واقع از همان مفهوم توپولوژی خطی استفاده میکند. صرفا با این تفاوت که دیگر دو سر کابل منتهی به یک قطعه پایان دهنده ( Terminator ) نمی شوند بلکه دو سر کابل به یکدیگر وصل بوده و تشکیل حلقه میدهند. در این شبکه این امکان وجود دارد که کامپیوتری سیگنالی روی شبکه بفرستد، سیگنال فوق دور کل حلقه بچرخد و نزد فرستنده خود بازگردد. مفهوم توپولوژی حلقه در واقع یک مفهوم فیزیکی نیست. یعنی اینگونه نیست که کامپیوترهای یک سازمان بصورت حلقه ای کابل کشی شوند. صرفا یک مفهوم منطقی می باشد.

4- توپولوژی Mesh : این توپولوژی بیشتر یک مفهوم تئوری است. در این توپولوژی هر کامپیوتر یک اتصال مستقیم به هر کدام از کامپیوترهای دیگر دارد. شاید در یک شبکه با سه چهار کامپیوتر بتوان بصورت عملی چنین آرایشی را پیاده سازی کرد ولی با کامپیوترهای بیشتر؟ از متراژ خیلی زیاد کابل کشی که بگذریم، هر کامپیوتر می تواند دارای چند کارت شبکه باشد؟ این توپولوژی تحمل خطای بالایی دارد چون هیچ مشکلی وجود ندارد که روی بیشتر از یک کامپیوتر اثر بگذارد.

پویا رجایی۱۳۹۸/۸/۳

کارشناس فنی تجهیزات نظارتی و امنیتی با بیش از ۷ سال سابقه درخشان در طراحی پروژه‌های خانگی تا صنعتی دارد. پویا بر اجرای پروژه‌های آوان‌یار نظارت می‌کند و تضمین کیفیت در اجرا بر عهده اوست.