شبکه کامپیوتری چیست؟
اتصال دو یا چند کامپیوتر را به یکدیگر را شبکه کامپیوتری می گویند. این کار برای انتقال Data از یک یا چند کامپیوتر به یک یا چند کامپیوتر دیگر صورت می گیرد. با این کار سرعت دستیابی به اطلاعات بیشتر و وزمان مورد نیاز برای پردازشهای لازم برروی آن کوتاهتر خواهد شد. بنابراین با توجه به این توضیح دو مطلب مهم در شبکه های کامپیوتری وجود دارد. اول اتصال کامپیوترها و دوم انتقال اطلاعات برای اینکار باید قوانین وضع واجرا شوند تا اولا اتصال فیزیکی بین کامپیوترها بوجود آمده ثانیا اطلاعات منتقل شده با صحت وسلامت از مبدا به مقصد برسند.
در همین زمینه طی چند سال اخیر شرکتهای بزرگ مانند
Digital Equipment Corp(DEC), IBM.Honeywellاستانداردهای مختلفی را جهت اتصال کامپیوترها به یکدیگر وانتقال Data ابداع کرده اند. بدلیل لزوم همخوانی مفاهیم شبکه ها و قوانین انتقال Data در سال 1984 در سازمان Intematinal Standard Organization (IEEE)Institate of Electical and Electronic Engineering (ISO) متفقا اقدام به پیاده سازی مدل استانداردی برای طراحی وپیاده سازی شبکه ها نموده اند.
انواع متداول شبکه ها:
شبکه های کامپیوتری متداولا به دودسته عمده تقسیم می شوند.
-شبکه های محلی local Area Network) یا LAN)
-شبکه های گسترده Wude Area Network) یا(WAN
همانطور که از نام هر یک از این دو نوع شبکه پیداست وجه تمایز اصلی آنها در بزرگی یا کوچکی محدوده تحت پوشش آنهاست. یک LAN شبکه ای است ،محدوده ای کوچک، این محدوده از یک دپارتمان واقع در بخشی ازیک سازمان که در طبقه ای از ساختمان قرارگرفته تا تمامی دفاتر یک سازمان بزرگ که در چند ساختمان و مجتمع نزدیک به یکدیگر واقع شده اند را شامل می شود.
در مقایسه WAN شبکه ای است که در آن ارتباط کامپیوترها در محدوده بین شهرها، کشورها وحتی تمام دنیا برقرار می شود. برای درک تفاوت بین WAN,LAN از نظر جغرافیایی می توان مثال خطوط تلفنی را مطرح کرد.
ارتباط تلفنی داخل شهری مثال مناسبی برای LAN میباشد. در این حالت ارتباط بین دستگاههای تلفن در محدوده ای کوچک که حداکثر می تواند در دورترین دو نقطه از یک شهر واقع شده باشد برقرار می شود. در حالیکه ارتباط بین شهری یا بین کشوری مثال خوبی برای WAN است. در این حالت ارتباط بین دستگاههای تلفن در فواصل طولانی تر مثلا بین دو شهر در یک کشور یا بین دو شهر در دوکشور برقرار می شود.
یک تفاوت دیگر بین WAN,LAN در مالیکت تجهیزات شبکه است. به این معنی که تمامی تجهیزات LAN عموما متعلق به یک سازمان می باشد والبته متداولا متعلق به سازمانی است که شبکه در آن نصب شده است.
در حالیکه تجهیزات WAN ممکن است به افراد یا سازمانهای مختلف تعلق داشته باشد.تفاوت عمده دیگر WAN,LAN در سرعت انتقال اطلاعات (Data Rate) ومیزان خطای رخ داده در اطلاعات منتقل شده (Error Rate) است. به دلیل کوتاهی مسافتها درLAN میتوان با استفاده از تجهیزات جدید و با هزینه های نسبتا پایین به سرعت انتقال اطلاعات تا 100-Mbps نیز دست یافت. این در حالی است که در WAN با استفاده از خطوط ارتباطی E1,T1 حداکثر سرعت به ترتیب 1.544Mbps و 2.048Mbpsخواهد بود. همچنین به دلیل مجتمع بودن تجهیزات LAN در یک محدوده کوچک تاثیر عوامل محیطی مانند طوفان، رعد و برق وضعیت جوی روی خطوطی که اطلاعات در آنها منتقل می شوند بسیارکم است در حالیکه این احتمال در WAN به دلیل بالابودن فاصله ها بیشتر می باشد در نتیجه احتمال وقوع خطا بر روی اطلاعات منتقل شده در LAN نسبت به WAN بسیار کمتر است. یعنی میزان خطای رخ داده در اطلاعات منتقل شده درLAN کمتر است. آخرین تفاوت بین این دو نوع شبکه در نوع اطلاعات منتقل شده است.
متداولا اطلاعاتی که در WAN منتقل می شوند شامل Video, Voice, Data می باشد در حالیکه اطلاعاتی که در LAN منتقل می شود. معمولا Primarily Data است. جدول مقایسه بین مشخصات این دو نوع شبکه را به صورت خلاصه در زیر می بینید..
WAN
LAN
مشخصات
در محدوده شهرها وکشورها
محدود به یک یا چند ساختمان
محدوده جغرافیایی تحت پوشش
بسیار پایین وحداکثر 2.048Mbps
عموما 10Mbps می تواند تا 100Mbps نیز افزایش یابد
سرعت انتقال اطلاعات
نرخ رخداد خطا در اطلاعات
متعلق به اشخاص یا سازمانهای مختلف می باشد
متداولا متعلق به سازمانی است که شبکه در ان نصب شده
مالکیت تجهیزات
Voice ,Data,Video
Primarily Data
نوع اطلاعات منتقل شده
مشخصات تکنیکی شبکه های محلی
توپولوژی:
دریک شبکه LAN ساختار یا طرح هندسی کابلهایی است که کامپیوترها را به یکدیگر متصل کرده است. به عبارت دیگر اینکه ایستگاههای کاری(Workhstations) یا گره ها(Nodes) به چه ترتیبی در شبکه قرار گرفته اند را توپولوژی می گویند.
توپولوژی های متداول LAN عبارتنداز Ring,Star,Bus.
اگر کلیه نقاط شبکه به ترتیب و با استفاده از یک کابل طولانی مطابق شکل صفحه بعد به یکدیگر متصل شده باشند توپولوژی شبکه Bus است همانطور که از شکل نیز مشخص است تمامی ایستگاه های به طور همزمان می توانند به اطلاعاتی که روی کابل شبکه رد وبدل می شود دسترسی داشته باشند. بنابراین هر یک از ایستگاهها می توانند به طور مستقل به ایستگاه دیگر مرتبط شوند. بزرگترین شکل در این توپولوژی این است که اگر کابل ارتباطی در نقطه ای صدمه ببنید، تمام شبکه بخشی از آن از کار می افتد.
اگر تمام ایستگاه های کاری در شبکه به یک نقطه مرکزی متصل شده باشند به طوریکه تمام کنترلها در آن نقطه انجام شود یا به عبارتی کنترل کننده شبکه – که در بخشهای آتی مفصلا در مورد آن توضیح داده خواهد شد- در آن نقطه واقع شده باشد توپولوژی شبکه star است. در این حالت دسترسی ایستگاهها به یکدیگر مستقل نیست واز طریق کنترل کننده شبکه صورت می گیرد. توپولوژی star را در شکل زیر ملاحظه می کنید….
در این کابل کشی خرابی اتصالات باعث اشکال در تمام شبکه یا سایر ایستگاهها نمی شود اما اگر کنترل کننده شبکه از کار بیفتد کلیه فعالیتها در شبکه دچار اختلال می شوند بنابراین کنترل کننده باید بسیار قوی کردن هر یک از نودها ازشبکه به سادگی امکان پذیر است. در توپولوژی Ringتمام ایستگاهها با استفاده از یک کابل که به شکل حلقه درآورده است به یکدیگر متصل هستند. در این توپولوژی دسترسی هر یک از ایستگاههای کاری به یکدیگر با روش مخصوص و مدیریت کنترل کننده شبکه صورت می گیرد وچون استفاده از این توپولوژی عمومیت نداشته و کاربرد آن منحصر به موارد خاصی است از توضیح بیشتر راجع به آن خودداری می شود.
توپولوژی های دیگری نیز در شبکه های LAN وجود دارند که ترکیبی از توپولوژی های گفته شده می باشند یا به طور معمول غیرمتداول هستند. به همین دلیل از توضیح راجع به آن ها خودداری می شود.
محیط انتقال اطلاعات:
اتصال کامپیوترها درشبکه می تواند با استفاده از محیطهای انتقال مختلف مانند انواع کابل همچون کابلهای Tuisted Pair کواکسیال یا فیبرنوری یا با استفاده از امواج رادیویی صورت گیرد.هر یک از این محیط ها دارای مزایا و معایب مخصوص به خود هستند اما عامل اساسی اختلاف بین آنهاقیمت،نحوه نصب و حداکثر سرعت ارتباطی در آنها می باشد. نکته مهم دیگر این است که هر یک از محیطهای انتقال در یکی از انواع توپولوژی ها قابل استفاده می باشند. امروزه در شبکه های محلی عموما از کابلهای Twisted Pair وکواکسیال استفاده میشود.
کابل های Twisted Pair ارزانترین نوع کابل های ارتباطی در شبکه هستند وبه سادگی با استفاده از ابزارهای ساده نصب شده وقابل بهره برداری می باشند. ساختار این کابل عبارت است از زوج سیستم تلفن های بهم تابیده که هم زوج سیمها نیز در طول کابل به یکدیگر تابیده شده اند. هر یک از زوج سیمهای داخل این کابل با یک رنگ از زوج های دیگر تفکیک شده اند. رنگهای متداول این زوجهای عبارتست از نارنجی و نارنجی سفید، سبز و سبز سفید، قهوه ای وقهوه ای سفید، آبی وآبی سفید. اشکال اصلی این کابل ضعیف بودن آن در مقابل تداخل های محیطی یا نویز (Noise) میباشد. نوع معمولی این کابلها که بهUnshielded Twisted Pair UTD معروف هستند به علت ارزانی وانعطاف پذیری در شبکه های محلی با توپولوژی star مصرف فراوانی دارند. برای رفع مشکل عدم حفاظت اطلاعات منتقل شده در کابل UTP در مقابل تداخلهای محیطی نوع دیگری ازاین کابل به نام (Shielded Twisted Pair)STD به بازار عرضه شده است.
تفاوت عمده این کابل با نوع قبلی وجود یک لایه شیلد یا محافظ به صورت غلاف فلزی است که به دور زوج سیمها قرار گرفته و در طرفین اتصال به زمین (Earth) متصل می شود. نوع دیگر از کابلهای متداول در LAN کابلهای کواکسیال می باشند. این نوع کابل تقریبا بریا همه شناخته شده است زیرا در تمامی منازل برای اتصال آنتن به گیرنده تلویزیون مورد استفاده قرار می گیرند. قیمت این کابل در مقایسه با کابلهای Twisted Pair نسبتا بیشتر است اما انتقال اطلاعات در آن با اطمینان بیشتری انجام می شود. کابلهای کواکسیال در توپولوژی Bus قابل استفاده می باشند و با توجه به قطر آنها به دو نوع قطور (Thick) ونازک (Thin) تقسیم بندی می شوند. کابلهای Thick را میتوان تا مسافتهای حداکثر 500 متر مورد استفاده قرار دارد اما ازکابلهای نازک (Thin) فقط تا 200 متر می توان استفاده کرد.
روش دستیابی به اطلاعات:
برای انتقال اطلاعات یک کامپیوتر به سایرکامپیوتر های شبکه، یا برای نصب یک کامپیوتر در شبکه لازم است یک اینترفیس یا رابط به نام کارت شبکه (Network Interface Card) یا مختصرا (NIC) در داخل کامپیوتر نصب شود. هر ایستگاه کاری شبکه و هر سرویس دهنده شبکه یا به عبارتی هر کامپیوتری که به شبکه متصل می شود باید برای این اتصال از یک کارت شبکه که در داخل آن کامپیوتر نصب می شود استفاده کند. برای اتصال کابل به کارت شبکه از کانکتورهای مخصوص اینکار استفاده می شود.
برای کابلهای مختلف کانکتورهای مختلف طراحی وساخته شده است مثلا کابلهای Twisted Pair از کانکتورهای Rj-45 استفاده می کنند. یا برای اتصال کابلهای کواکسیال به کارتهای شبکه از کانکتورهای BNC استفاده می شود.
قوانین انتقال اطلاعات درشبکه:
قوانین حاکم بر انتقال Data در شبکه ها را پروتکل می گویند. به تعداد موهای سر یک آدم بسیار پرمو، پروتکل در مینا وجود دارد. اما در شبکه های محلی متداول پروتکل های محدودی مورد استفاده قرار می گیرند. ضمنا برای انتقال اطلاعات از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر از یک پروتکل منفرد استفاده نمی شود بلکه سلسله ای از پروتکلها بدنبال یکدیگر و با سلسله مراتب مشخص فعالیت می کنند تا اطلاعات در مسیر مناسب جابجا شوند.
برای اجرای بهتر پروتکل های حاکم بر انتقال Data در شبکه ها، ایده لایه بندی مطرح شده است به عبارت دیگر مسئولیت اجرایی هر یک از قوانین که در این سلسله مراتب قرار گرفته اند به عهده یک لایه گذاشته شده است بنابراین با قرارگرفتن لایه ها به دنبال یکدیگر بطوریکه سلسه مراتب اجرای پروتکل ها نیز رعایت شود انتقال اطلاعات در شبکه به شکل صحیح صورت خواهد گرفت. از نمونه این پروتکل ها می توان به قوانین مربوط به انتقال صحیح و بدون خطای اطلاعات بازیابی خطا در صورت رخداد آن تایید واجازه ورود یک کاربر به شبکه و… نامبرد.
برای جلوگیری از تنوع وپراکندگی و درنتیجه عدم تطابق سیستمها با یکدیگر، در سازمان IEEE,ISO متفقا اقدام به ارایه یک سیستم لایه بندی استاندارد کرده اند که آنرا (Open System Interface) نامیده اند و این سیستم لایه بندی، سیستم ISO OSI گفته می شود. این استاندارد لایه بندی را در شکل زیر را می توانید ملاحظه کنید….
7th layer
Application
لایه هفتم
6 th layer
Presentation
لایه ششم
5 th layer
Session
لایه پنجم
4 th layer
Trans port
لایه چهارم
3 th layer
Network
لایه سوم
2 th layer
Data link
لایه دوم
1 th layer
Physical
لایه اول
لایه فیزیکی (physical) فعالیتهای مربوط به انتقال سیگنال های الکتریکی را بر روی محیط انتقال (کابل شبکه) انجام می دهد. این لایه هیچ مسئولیتی در قبال وقوع خطا بر عهده ندارد، همچنین نوع داده هایی که توسط آن منتقل می شود و محتوای آنها برای این لایه کاملا بی اهمیت است.
وظیفه لایه Datalink نظارت بر انتقال اطلاعات از یک کامپیوتر به یک کامپیوتر دیگر می باشد بطوریکه این اطلاعات بدون خطا منتقل شوند. از آنجا که لایه فیزیکی هیچ تضمینی در مورد اینکه بسته های اطلاعاتی منتقل شده بدون خطا به مقصد برسند نمی دهد لایه Data link این وظیفه را بر عهده دارد. وظیفه مهم دیگر این لایه این است که سایر لایه های استاندارد OSI را از نوع محیط انتقالی که قرار است اطلاعات در آن منتقل شود شیلد(Shield) کند بطوریکه لایه های بالایی هیچ نگرانی در مورد محیط انتقال Data نداشته باشد.
گاهی ممکن است چند شبکه LAN به یکدیگرمتصل شده باشند لایه Network وظیفه عمده اش، تصمیم گیری در مورد انتقال بسته های اطلاعاتی از یک شبکه به شبکه دیگر می باشد بعبارت دیگر تضمین انتقال اطلاعات از یک گره به گره دیگر تا هنگامیکه ارتباط وجود داشته باشد به عهده این لایه است.
مهمترین وظیفه لایه Transport آشکارسازی خطاهای رخ داده در بسته های دریافت شده ومرتب کردن آنها ودادن منظم به بسته های اطلاعات می باشد.
برای اینکه یک کاربر بتواند از شبکه اطلاعات دریافت کرده یا به آن اطلاعاتی را ارسال کند لازم فیزیکی LAN استانداردهای مختلفی وضع شده است که معروفترین آنها عبارتند از: 10Base-2,10Base-5,10Base-T این پروتکل ها مفصلا در بخش بعد توضیح داده خواهند شد.
از پروتکل های لایه Data link می توان SLIP,PPP,LAPB,HOLE,SOLC را نام برد. این پروتکل ها ترکیبی از سخت افزار و نرم افزار هستند سخت افزار در واقع همان کارت شبکه و نرم افزار نیز برنامه های راه اندازی هستند که یا در حافظه مقیم می شوند(TSR) یا بصورت API ها فعالیت می کنند.
پروتکل ها متداول لایه Network عبارتند از: IP,IPX,X.25امروزه با گسترش امکانات استفاده از اینترنت در سطح جهان وبعلت توانائیهای پروتکل IP در مقایسه با IPX,X.25 برای استفاده از این شبکه بزرگ جهانی متداولا پروتکل لایه Network را در شبکه IPانتخاب می کنند.
پروتکل لایه Transport در شبکه هایی که لایه Network آنها IP است معمولا TCP می باشد.
شاید به دفعات شنیده باشید که پروتکل TCP/IP در شبکه های امروزی کاربرد زیادی دارند. علت قرارگرفتن این دو در کنار هم دقیقا به دلیل ذکر شده می باشد. اگر پروتکل Network را IPX انتخاب کنیم متداول است که لایه Trans port را پروتکل SPX پرسش دهد. لایه های بالاتر معمولا پروتکل هایی هستند که امروزه در سیستمهای عامل کامپیوتر تعبیه شده اند بطوریکه کاربران لزومی به نگرانی درمورد آنها ندارند.
معرفی پروتکل های متداول LAN در لایه های 1و2:
پروتکل های متداول این لایه ها در LAN عبارتند از Token Ring ,Ethernet پروتکل Token Ring که فقط در توپولوژی Ring کاربرد دارد، بعلت پیچیدگی و نیاز به تجهیزات خاص و همچنین قیمت بالای اجزا آن ،صرفا در موارد بخصوصی استفاده می شود. اما اجزاء شبکه های Etherent در بازار فراوان یافت می شوند وقیمت آنها نیز نسبتا پایین است به همین دلیل و به دلیل سهولت در استفاده از این پروتکل امروزه تمایل فراوانی به شبکه های Ethemet وجود دارد.