شبکه کامپیوتری چیست؟
شبکه رایانهای یا شبکه کامپیوتری مجموعهای از دو یا چند کامپیوتر، تجهیزات شبکه و دیگر دستگاههای الکترونیکی است که با کابل، فیبر نوری یا امواج بیسیم به هم متصل شدهاند و میتوانند با هم تبادل داده کنند میباشد. تجهیزات کامپیوتری و الکترونیکی متصل به شبکه را گرههای شبکه (network node) نیز مینامند. با استفاده از شبکههای رایانهای میتوان دادههای کوچک و بزرگ را در زمانی اندک از نقطهای به نقطه دیگر منتقل کرد. شبکههای کامپیوتری بسته به نوعشان به سختافزار (مانند روتر، سوئیچ، اکسسپوینت، کابل و…)، نرمافزار (مانند سیستمعامل و اپلیکیشنهای مختلف) و پروتکلهای خاص شبکه (مثل TCP و IP و…) نیاز دارند.
امروزه بسیاری از امور از جمله مشاغل، امور مالی، اطلاعرسانی، تحقیقات و سرگرمی به شبکههای کامپیوتری احتیاج دارند. اینترنت، جستجوی آنلاین، ایمیل، تجارت الکترونیک و شبکههای اجتماعی همگی از شبکههای کامپیوتری نشات گرفتهاند. در حال حاضر، اینترنت بزرگترین شبکه کامپیوتری جهان است که خود از شبکههای کامپیوتری متعددی تشکیل شده است. میلیاردها کاربر و کامپیوتر و تجهیزات الکترونیکی در سراسر دنیا به اینترنت متصل هستند.
سه اصطلاح معمول مباحث در شبکه:
۱ بسته ها
۲ درگاهها
۳ پهنای باند
بسته
معمولاً سیستمهای شبکه ، داده ها را در قالبهای کوچکتری تحت عنوان بسته انتقال می دهند و هر بسته عبارت است از اطلاعاتی در مورد مقصد و نوع داده های داخلی . این بدان معناست که مثلاً یک پیغام e mail می تواند به بخشهای کوچکتر تقسیم شده و در بسته های داده ای مختلف حمل شود . آنگاه کامپیوترهای هر دو سوی ارتباط ، با قرار دادن این بسته ها در کنار هم ، بـه پــیام اصلی دست می یابند .
درگاه
سوکتی که در پشـت دسـتگاه قرار گرفتــه و سبب اتصال کابــل می شود را درگاه میگویند . به عنوان مثال ، ۸ دستگاه را به یک سوئیچ ۸ پورته میتوان متصل کرد. برخی دستگاهها به منظور ارتباط داخلی با دستگاه های مشابه ، از یک یا دو پورت افزوده برخوردارند ، لذا یک دستگاه ۸ پورتی می تواند به یک دستگاه ۱۶ پورتی متصل شده و در نتیجه ۲۴ پورت جهت اتصال فراهم کند .
پهنای باند
عبارت است از مقدار اطلاعاتی که در هر ثانیه از سیمها و در طول دستگاه شبکه انتقال میابد . این مقدار معمولاً بر حسب بیت در ثانیه bps اندازه گیری می شود . یک مودم معمولی میتواند حدود ۳۰ تا ۵۰kbs را منتقل کند( ۳۰ تا ۵۰ هزار بیت در ثانیه ) ، و یک شبکه محلی اترنت از قابلیت انتقال ۱۰mbps در حدود ۱۰ بیلیون بیت در ثانیه برخوردار است.
در شبکههای محلی سه مولفهی اصلی وجود دارد:
1. رسانه
2. توپولوژی
3. پروتکل
رسانه شبکه
آن سختافزاری که با آن داده را در بستر شبکه منتقل میشود، رسانهی شبکه نام دارد. رسانه نقش اساسی در تعیین توپولوژی شبکه دارد . به عنوان مثال در شبکههایی که از طریق فیرنوری کار میکنند، رسانهی انتقال کابلهای فیبر نوری است یا در یک شبکه بیسیم، امواج ارسالی و دریافتی نقش رسانه را دارند.
توپولوژی شبکه
نحوه اتصال سیستمها بهم، توپولوژی نام دارد. اینکه در شبکه کدام سیستم با کدام سیستم در ارتباط باشد، توپولوژی نام دارد. سه توپولوژی اصلی وجود دارد:
1. باس یا خطی(BUS) :در این توپولوژی سیستمها به وسیلهی یک سیم بهم متصل میشوند. یعنی پایانهها به صورت خطی بهم متصل بوده، به کلام دیگر تمام آنها تنها به سیستم قبل و بعد خود متصل اند، به جز سیستم اولیه که فقط به سیستم بعد و سیستم انتهایی که به پایانه پیش از خود متصل است.
2. استار یا ستارهای(STAR): در این توپولوژی، تمام سیستمها با رسانهی انتقال به یک هاب مرکزی متصل هستند و تمام ارتباطات با همین هاب کنترل میشود. در این توپولوژی هیچ سیستمی با سیستم دیگر مستقیما در ارتباط نیست.
3. رینگ یا حلقهای(RING): توپولوژی رینگ در حقیقت ترکیبی از ستارهای و باس میباشد. تمام سیستمها باز هم با یک هاب خاص متصل هستند، جریان داده در رینگ شبیه باس است با این تفاوت که سیستم ابتدا به سیستم انتها متصل میشود.
توپولوژیهای دیگری مثل ستارهای چندسطحی، مش و توپولوژیهای بیسیم هم وجود دارند که پرداختن به آنها نیازمد مطلبی جداگانه است.
پروتکلهای شبکه
زبان مشترک برای برقراری ارتباط پایانهها پروتکل نام دارد.در حقیقت پروتکلها قوانین و مقررات ارتباط را مشخص میکند. در هر شبکه چندین پروتکل استفاده میشود که این پروتکلها لایهبندی شده. و هر کدام در زمان مشخص خود اجرا میشوند.
کاربردهای شبکه کامپیوتری
بهاشتراکگذاری فایل و اپلیکیشن: کاربران میتوانند فایلها و اپلیکیشنهای خود را از طریق شبکه به اشتراک گذارند. امروزه پدیدههای نسبتا نوینی همچون همکاری آنلاین و دورکاری از این ویژگی شبکهها بهره میگیرند.
بهاشتراکگذاری سختافزار: در یک شبکه رایانهای میتوان سختافزارهایی مانند چاپگر و هارددیسک را با کاربران شبکه به اشتراک گذاشت.
صوت روی آیپی (VoIP): کاربران با استفاده از شبکههای کامپیوتری و پروتکل اینترنت میتوانند با دیگر کاربران شبکه ارتباط صوتی VoIP داشته باشند.
ارتباطات: کاربران با استفاده از شبکههای کامپیوتری میتوانند با یکدیگر ارتباط متنی، ویدیویی و صوتی داشته باشند.
تجارت الکترونیک: کاربران با استفاده از شبکههای کامپیوتری میتوانند خرید و فروش کالا انجام دهند.
شبکههای کامپیوتری برحسب شاخصهای مختلف به انواع متفاوتی تقسیم میشوند. مثلا میتوان آنها را از نظر همبندی یا توپولوژی فیزیکی و نیز از نظر وسعت جغرافیایی به چند گونه تقسیم کرد.
انواع شبکههای کامپیوتری از نظر وسعت جغرافیایی
شبکه شخصی (PAN):
شبکه کوچکی را که بر محور یک شخص شکل گرفته است، شبکه شخصی یا PAN مخفف Personal Area Network مینامند.. مثلا اگر کاربر با لپتاپ، گوشی و دوربین ،شبکه بیسیم کوچکی ایجاد کند که خود او کاربر آن باشد. در واقع یک شبکه شخصی (PAN) ساخته است.
شبکه محلی (LAN):
به شبکه یک یا چندکاربره که در فضای محدودی ایجاد میشود، شبکه محلی یا LAN مخفف Local Area Network میگویند. شبکه محلی ممکن است فضایی به وسعت یک اتاق یا یک یا چند ساختمان را شامل شود. شبکههای محلی در حوزههای متعدد از جمله در خانهها، شرکتها و سازمانها کاربرد دارند.
شبکه دانشگاهی (CAN):
شبکه دانشگاهی یا CAN مخفف Campus Area Network ، از یک یا چند شبکه محلی اختصاصی تشکیل شده است که معمولا با سوئیچ یا روتر به هم متصل میشوند. شبکههای دانشگاهی اغلب در مقایسه با شبکههای محلی امنتر و وسیعتر هستند و علاوه بر دانشگاهها در مراکز دیگری همچون شرکتها، سازمانهای دولتی و نهادهای نظامی نیز به کار میروند.
شبکه شهری (MAN):
شبکه شهری یا MAN مخفف Metropolitan Area Network ترکیبی از چند شبکه محلی است که بخشی از شهر یا تمام آن را پوشش میدهد. شبکه شهری از شبکه محلی و دانشگاهی بزرگتر اما از شبکه گسترده (WAN) کوچکتر است.
شبکه گسترده (WAN):
شبکه گسترده یا WAN مخفف Wide Area Network ترکیبی از چند شبکه محلی است که در محدوده جغرافیایی بسیار وسیعی پراکنده شده است. اینترنت که بزرگترین شبکه دنیاست، یک شبکه WAN محسوب میشود.
تقسیم بندی شبکه کامپیوتری 2 از لحاظ زیرساخت منابع:
شبکه های کامپیوتری عموماً به دو دسته Peer-to-Peer و Client/Server تقسیم می شوند :
شبکه های Peer-to-Peer:
در این نوع شبکه کامپیوتری، یک نقطه متمرکز به عنوان سرور وجود ندارد و هر کامپیوتر در هر لحظه می تواند Client و یا Server باشد. این نوع زیر ساخت شبکه معمولاً در دفاتر کوچک و با تعداد سیستمهای کلاینت حداکثر تا 10 عدد قابل پیاده سازی است. منابعی که بر روی این نوع شبکه ها به اشتراک گذاشته می شود، اغلب پرینتر و فایل است.
مدیریت این نوع شبکه ها کمی سخت است چون یکپارچگی در آنها وجود ندارد. امّا هزینه پیاده سازی آن پایین میباشد.
شبکه های Client/Server:
همان طور که از نام آن پیداست، در این نوع شبکه تمامی منابع بر روی یک یا چند سرور متمرکز قرار دارند. و سایر دستگاه های کلاینت متصل به شبکه، نقش سرویس گیرنده را دارند.. از مزایای این نوع زیرساخت شبکه می توان به مدیریت آسان منابع (Administration) اشاره نمود. این مدیریت می تواند شامل تعیین سطح دسترسی ها، کنترل ترافیک شبکه، تهیه نسخه پشتیبان از اطلاعات و … باشد.
البته باید در نظر داشت هزینه های راه اندازی این نوع شبکه به مراتب بیشتر از یک شبکه Peer-to-Peer است.
اجزای تشکیل دهنده یک شبکه کامپیوتری
شبکه کامپیوتری مجموعه ای از کامپیوترهای متصل به هم است. اجزای شبکه های کامپیوتری به سه دسته کلی تقسیم می کنیم: دستگاه های متصل شونده (کامپیوترهای کلاینت، سرور و…) ، دستگاه هایی که امکان اتصال را ممکن میکنند (سوئیچ و روتر) ، رسانه هایی که امکان اتصال فیزیکی بین این دستگاه ها را فراهم می کنند (کابل و امواج)
کلاینت (Client) :
کلاینت دستگاه هایی است که مورد استفاده کاربران (End-User) قرار می گیرد. به طور مثال کامپیوترهای شخصی ، لپ تاپ ، تبلت و سایر دستگاه های از این دست موارد، کلاینت محسوب می شوند. البته تعریف تخصصی تر از کلاینت آن است که آن را به نقطه سرویس گیرنده در شبکه های کامپیوتری تعبیر نماییم.
سرور (Server) :
کامپیوترهای قدرتمندی هستند که وظیفه سرویس دهی در شبکه های کامپیوتری را بر عهده دارند. سرویس هایی مانند وب ، ایمیل ، فایل سرور و …
سوئیچ (Switch) :
وظیفه ی سوئیچ اتصال اجزاء مختلف شبکه کامپیوتری 2 به یکدیگر و تبادل ترافیک بین آنهاست. این تبادل ترافیک توسط سوئیچ، در لایه 2 (Data Link) و بر اساس MAC Address انجام می شود.
مسیریاب (Router) :
کاربرد روتر اتصال شبکه های کامپیوتری مختلف به یکدیگر است. این اتصال و تصمیم گیری برای تبادل ترافیک بین شبکه های کامپیوتری، بر اساس IP Address و Routing Table یک مسیریاب انجام میشود.
رسانه (Media) :
برای اتصال فیزیکی بین تمام دستگاه هایی که در بالا ذکر کردیم نیاز است از یک Media استفاده شود که می تواند کابل های مسی، فیبر نوری و یا امواج رادیویی در شبکه های بی سیم باشد.
اتصال به شبکه های گسترده (WAN Link) : برای اتصال یک شبکه کامپیوتری به شبکه جهانی اینترنت و یا سایر شبکه های گسترده نظیر شبکه ملّی اطلاعات باید یک درگاه ارتباطی فراهم شود. این درگاه میتواند از طریق فناوری ADSL، MPLS و یا سایر تکنولوژی های دیگر باشد.
اجزای شبکه بندی
سرویس گیرنده ها و سرورها :
با توسعه شبکه کامپیوتری 2 و افزایش تعداد کامپیوترها ، یکی از کامپیوترها نقش سرور یا همان مرکز اصلی ذخیره سازی فایلها یا برنامه های کاربردی اشتراکی را به عهده می گیرد . علاوه بر این سرورها ، امکان ارتباط با تجهیزات جانبی همچون پرینترها را میسر می سازند . با تنظیم یکی از کامپیوترها به عنوان سرور اختصاص یافته می توانید از صرف هزینه های اضافی اجتناب کنید.
به کامپیوترهای متصل شده به سرور ، سرویس گیرنده گفته می شود .شما هیچ نیازی به داشتن یک سرور اختصاصی در شبکه تان ندارید . بلکه می توانید فقط با ارتباط تعدادی از کامپیوترها به هم ، یک شبکه بندی نظیر به نظیر ایجاد کنید . به این ترتیب کاربران می توانند فایلها و E MAIL ها را با یکدیگر مبادله کرده ، فایلها را برروی هارد درایو یکدیگرکپی کرده و حتی از پرینتر متصل به یک کامپیوتر استفاده کنند . اما با افزایش تعداد کاربران شبکه ، مسئولیت وظایف مدیریتی همچون پشتیبانی فایل و ارتقا برنامه ها ، بر عهده ی سرور اختصاص یافته می باشد .
سیم کشی و کابلها
سه نوع سیم کشی شبکه پایه وجود دارد:
کابل جفتی به هم تابیده شده :
این کابل از استانداردهای صنعتــی در نصبهای جــدید می باشد . این سیم به صورتهای مختلفی در بازار موجود است. سیم جفتی به هم تابــیده شده بدون پوشـش درجه ۳ ( اغلب مورد استفاده خطوط تلفنی می باشد ) و سیم UTP درجه ۵ که ازاستانداردهای جاری شبکه محسوب می گردد .
کابل کواکسیال :
این کابل مانند کابلهای سیم کشی گرد تلویزیون می باشد. از این سیم به ندرت در شبکه ها ی محلی مدرن استفاده می گردد .
فیبر نوری :
از این کابلها در تماسهای با سرعت بالا بین دستگاههای استخوانبندی درشبکه های بزرگتر استفاده می شود . همچنین در برخی از محیط هایی که دارای تعداد زیادی متقاضی می باشند ، از فیبر نوری برای ارتباط ایستگاههای کاری desktop قدرتمند به شبکه و اتصال ساختارهای مجاور استفاده می شود. این کابل معتبرترین کابلها محسوب می گردد و تنها ایراد آن ، هزینه بالای آن می باشد .
در انتخاب کابل اداره و ساختمانتان دقت فرمایید. می بایست مطمئن شوید که سیمهای به کار رفته شده. در طول سقف و بین دیوارها علاوه بر تامین نیازهای شما ، قادر به ارتقا بر طبق خواسته شما طی چندین سال بعد باشند . مثلا ، اتـرنت می تـواند از سیم کشی UTP Category۳ استفاده کند. اما Fast Ethernet برای انجام کار، حداقل به یک سیم کشی UTP Category۵ نیاز دارد . با این اوصاف ، کلیه نصب سیم کشی های جدید می بایست به صورت Category۵ باشد . ممکن است بخواهید از کابل Plenum که از امنیت بیشتری در بین انواع داکتهای گرمایی و سرمایی در طول سقف برخوردار است ، استفاده کنید.
هابها در شبکه کامپیوتری 3 و ارتباط بین شبکه ها :
هابها ، دستگاهای ساده ای می باشند که جهت اتصال گروهی از کاربران به یک شبکه کامپیوتری 3 محلی استفاده میشوند. هابها ، کلیه بسته داده های دریافتی برروی یک درگاه از ایستگاه کاری را (همچون e mail ، اسناد word) به کلیه پورتهای دیگر انتقال می دهند. کلیه کاربـران متصل بـه یک هاب منفـرد و یـا گروهی از هـابـهای مـتصل ، در یـک قطعه قرار دارند. یعنی پهنای باند هاب یا ظرفیت انتقال داده ها را به اشتراک می گذارند . با افزایش تعداد کاربران و ارتباط به قطعه، رقابت برای به دست گرفتن مقدار محدودی از پهنای باند اختصاص یافته به آن قطعه افزایش می یابد .
چند نمونه از هابها عبارتند از : سریهای Cisco Micro Hub و سریهای Cisco Fast Hub .
سوئیچها ی شبکه کامپیوتری
سوئیچها هوشمندتر از هابها هستند و به هرکاربر پهنای باند مشخصی را اختصاص می دهند . سوئیچ ، بر اساس اطلاعات موجود در header هر بسته ، بسته داده ها را تنها به پورت گیرنده مورد نظر و متصل به شبکه LAN ارسال می دارد . سوئیچ در هر انتقال ویژه باعث ایجاد تماسهای فردی و موقت بین منابع و مقاصد شده و پس از تمام شدن مکالمه ، به این تماس پایان می دهد .
مسیریابها
مسیریابها درمقایسه با هابها و سوئیچها ، از هوشمندی بیشتری برخوردار هستند. مسیریابها از بسته آدرس کاملتری جهت تشخیص این مسئله که کدام مسیریاب یا ایستگاه کاری ، می بایست بسته بعدی را دریافت کند ، برخوردار می باشد . مسیریابها از طریق نقشه مسیر شبکه ، تحت عنوان جدول مسیریابی ارسال بسته ها از طریق بهترین مسیر به مقصد را تضمین می کنند . در صورت قطع ارتباط بین دو مسیریاب ، مسیریاب ارسال کننده ، مسیر دیگری را در نظر می گیرد . همچنین، مسیریاب می تواند بین شـبکه هایی کـه بـه زبانهای مخـتلفی صـحبـت می کـننـد ، یعــنی دارای پروتکلهای مختلفی می باشند ، ارتباط برقرار کند . برخی از این پروتکلها: پروتکل اینترنت ( IP ) ، تبادل بسته های اینترنتی ( IPX) و Apple Talk .
مسیریابها به سبب برخورداری از هوش بیشتر ، قادرند با جلوگیری از ایجاد ترافیک در برخی بخشهای دستیابی شبکه ،باعث تامین امنیتی بیشتر بشوند .
مسیریابها می توانند شبکه ها را به یک مکان منفرد یا مجموعه ای از ساختارها متصل کرده و سبب تامین رابطهایی برای اتصال LAN ها به WAN بشوند. مانند ارتباط شعبه های اداری به یکدیگر یا به اینترنت .
اصطلاحات :
Packet
در شبکه های کامپیوتری برای تبادل اطلاعات داده های بزرگ به قسمت های کوچکتر تقسیم می شوند و هر یک از این قسمت ها را پکت یا بسته شبکه می نامند. دلیل این تکه تکه کردن این است که در صورت بروز مشکل برای قسمتی از دیتا مجبور به فرستادن کل دیتا نباشند.
Bandwidth ارتباط
قابلیت انتقال داده در یک سیستم ارتباطی دیجیتال .
Socket
قسمت ظرف یک رابط که دوشاخه را دریافت می کند .
IP
IPعلامت اختصاری Internet Protocolاست. پروتکلی در TCP /IP که بر تفکیک پیامها بـه بسته های اطلاعاتی میپردازد. مسیردهی بسته ها از فرستنده به شبکه و ایستگاه گیرنده را فراهم میکند و شباهت بسته ها با پیامهای اصلی داده در مقصد نظارت می کند آی پی نام دارد . آی پی به لایه شبکه در مدل ISO/OSI مربوط می شود .
IPX
علامت اختصاری Internet work Packet Exchange ، پروتکلی است که در Navell Netware که بر آدرس دهی و هدایت بسته های اطلاعاتی درون و بین شبکه کامپیوتری 3 های LAN نظارت می کند . بسته های IPX می توانند در بسته های Ethernet یا قابهای Token ring بسـته بنـدی شــونـد . IPX در سـطح ۳ و۴ ISO/OSI عـمـل می کـند . اما عدم عملکردهای این سطوح را انجام نمی دهد . به طور خاص IPX ، تضمین نمی کند که هیچ بسته ای از دست نرود. ولی SPX این تضمین را ارائه می دهد .
Tele Commute ارتباط
کار در یک مکان و برقراری ارتباط با اداره مرکزی در نقاط مختلف ، از طریق کامپیوتر شخصی مجهز به مودم و نرم افزار ارتباطی .
Mobile Computing
فرآیند استفاده از کامپیوتر در سفرمعمولاً نیازمند یک کامپیوتر قابل حمل است. که منبع تغذیه آن باتری است و نه یک کامپیوتر رومیزی .
ISDN
Integrated Service Digital Network
شبکه ارتباطاتی دیجیتالی و جهانی که از سرویسهای تلفنی موجود نشات گرفته شد . هدف ISDN جایگزین کردن شبکه تلفنی امروزی، به تسهیلاتی که کاملاً به سوئیچینگ و انتقال دیجیتالی اختصاص دارند می باشد . این تسهیلات ، آنقدر پیشرفته هستند که بتوانند جایگزین اشکال گوناگون داده آنالوگ شوند . ISDN در دو نوع کانال ارتباطی عمده تعبیه شده است : کانال B که داده را با نرخ ۶۴kbps و کانال D که اطلاعات کنترلی را با سرعت ۱۶ یا ۱۴kbps حمل می کند . شبکه کامپیوتری و دستگاههای دیگر از طریق رابطهای استاندارد بـه ISDN متـصل می شوند .
ISP
Internet Service Provider
شرکتی که سرویسهای اتصال اینترنت به کاربران ، شرکتها و سازمانهای دیگر را فراهم می آورد . این شرکت ها در بسیاری ازمکانها دسترسی به اینترنت را امکان پذیر میسازند. در حالی که دیگران فقط به یک مکان یا منطقه خاص محدود هستند .
POP
Point of Presence
نقطه ای که با آن حامل تلفن راه دور به تبادل تلفن محلی یا به یک کاربر خاص متصل می شود .
Leased Line ارتباط
کانال ارتباطی که به طور دائمی دو یا چند مکان را به هم مرتبط می کند . خطوط اختصاصی ، معمولاً خطوط خصوصی هستند نه عمومی . خطوط T۱ که توسط بیشتر سازمانها برای ارتباط با اینترنت استفاده می شوند ، نمونه ای از خطوط اختصاصی هستند .
BRI
Basic Rate Interface
یک سرویس اشتراک دهی ISDN که از دو کانال B۶۴KBPS و یک کانال D ۶۴KBPS برای انتقال سیگنالهای صدا ، ویدئو و داده استفاده می کند .
VPN
Virtual Private Network
مجموعه ای از گره ها روی شبکه عمومی ، مانند اینترنت که با استفاده از تکنولوژی رمز نگاری با هم ارتباط برقرار می کنند. بطوری که پیغامهای آنها در برخورد با یکدیگر در امان باشند. و اگر گره ها توسط خطوط اختصاصی با هم ارتباط داشته باشند ، برای کاربران غیر مجاز قابل درک است .
DSL شبکه کامپیوتری
Digital Signal Processor یک مدار مجتمع طراحی شده برای پردازش بسیار سریع داده. و استفاده در صوت ، ارتباطات ، پردازش تصویر و سایر کاربردهای کسب و کنترل داده کاربرد دارد.