آشنایی با مفاهیم اولیه شبکه +Network

ما در نظر داریم آموزشی را برای آن دسته از افرادی که به شبکه‎های کامپیوتری علاقه‎مند هستند، به صورت پایه قرار بدیم. خیلی از دوستان که مطالب این آموزش را ببینند، ممکن هست  برایشان تعجب برانگیز باشه که چرا مفاهیم اولیه شبکه را قرار می‎دهیم، اما، ما این را در نظر گرفتیم که بسیاری از دوستان هم هستند که آشنایی با شبکه نداشته و دوست دارند آن را از ابتدا یاد بگیرند. پس اگر شما هم می‎خواهید از ابتدا با دنیای شبکه آشنا بشوید با ما همراه باشید، و اگر هم سوالی برایتان در رابطه با شبکه پیش آمد می‎توانید آن را در قسمت دیدگاه ها مطرح کنید. در ادامه به معرفی مفاهیم اولیه شبکه +Network خواهیم پرداخت.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

مواردی که در این آموزش گفته خواهد شد عبارت‎انداز:

  • شبکه چیست
  • دلایل استفاده از شبکه
  • اجزای تشکیل دهنده‎ی شبکه
  • معرفی انواع شبکه و محیط‎های انتقال در شبکه
  • انواع توپولوژی در شبکه
  • معرفی مدل‎های OSI
  • مدل OSI
  • لایه اول(Physical)
  • لایه دوم(Data Link)
  • لایه سوم(Network)

مفاهیم اولیه شبکه +Network : شبکه چیست؟

در دهه‎ی ۶۰ میلادی آژانس پروژه‎های تحقیقاتی پیشرفته (ARPA)، بودجه‎ای را به منظور طراحی شبکه‎ی آژانس تحقیقانی پیشرفته(ARPANET) برای وزارت دفاع ایالات متحده‎ی آمریکا اختصاص داد. این اولین شبکه‎ی رایانه‎ای در جهان بود. در ابتدا شبکه‎‎ها به شکل سازمانی و اختصاصی بود و بعد از گذشت زمان و با افزایش درخواست،‎ در دسترس عام قرار گرفتند.

مجموعه‎ای از سیستم‎های مستقل از هم که به وسیله‎ی یک رسانه‎ی انتقال با یکدیگر به تبادل داده‎ می‎پردازند شبکه را تشکیل می‎دهند. در این‎جا منظور ما از سیستم‎های مستقل این است که هر سیستمی جدا از شبکه نیز به تنهایی کارایی دارد. در شبکه‎های کامپیوتری به هر کدام از سیستم ‎ها Node هم گفته می‎شود. Nodeها می‎توانند شامل کامپیوترهای شخصی، تلفن‎ها، پرینت سرورها و دیگر سخت‎افزارهای مرتبط با شبکه باشند. شبکه‎ها برای انتقال داده از رسانه‎های انتقال متفاوت، و از پروتکل‎های ارتباطی به منظور سازماندهی ترافیک شبکه، مقیاس‎بندی شبکه، وضعیت جغرافیایی شبکه و اهداف سازمانی استفاده می‎کنند.

دلایل استفاده از شبکه

مهمترین دلایل استفاده از شبکه عبارت‎انداز:

  • Resource Sharing یا اشتراک منابع سخت‎افزاری و نرم‎افزاری و داده‎ها.
  • افزایش قابلیت اطمینان.
  • کاهش هزینه‎ها.
  • برداشتن محدودیت‎ها و کاهش تاثیر فواصل جغرافیایی.

 

هر شبکه از بخش‎های مختلفی شکل گرفته است که عبارت‎اند از :

Client که منابع را درخواست ‎می‎کند.

Server منابع را در اختیار Client قرار‎ می‎دهد.

Media یا رسانه‎ی انتقال مشترک بین Client و Server.

معرفی انواع شبکه و محیط‎های انتقال در شبکه 

شبکه‎ها از جهات گوناگون به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌گردند که ما به معرفی آن ها و خصوصیات آن‎ها می‎پردازیم.

تقسیم‎بندی شبکه‎ها از نظر نیاز داشتن یا عدم نیاز به Server

شبکه‎های Peer to Peer یا نظیر به نظیر: در این نوع از شبکه‎ها هر سیستم، همزمان هم Client است و هم Server، یعنی هم داده‎ها را دریافت و هم ارسال می‎کند. این به چگونگی پیکربندی  شبکه توسط شما بستگی دارد. این شبکه‎ها نیاز به مدیریت تمام‎ وقت نداشته و تعداد سیستم‎ها ۱۰ یا کمتر می‎باشد. هزینه‎ی راه‎اندازی سیستم‎های Peer to Peer پایین بوده و ورود و خروج در آن‎ها به صورت محلی می‎باشد. این گونه از شبکه ها نیاز به Active Directory ندارند. نمونه‎ای ساده از این شبکه در تصویر زیر نمایان است.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

شبکه‎های Client/Server: در این نوع از شبکه‎ها یک یا چند سیستم همیشه‎ به عنوان Server عمل می‎کنند و بقیه‎ی سیستم‎ها همیشه Client هستند. این شبکه ها نیاز به مدیریت تمام وقت توسط Server دارند و تعداد سیستم‎ها در این نوع شبکه می‎تواند تا ۵۰۰۰ سیستم باشد. راه‎اندازی این نوع شبکه پرهزینه بوده و سیستم ورود و خروج به صورت غیر محلی است. این نوع از شبکه نیاز به Active Directory متمرکز دارد. سرویس Active Directory لیست همه‎ی منابع مانند پرینترها و کاربران را در خود جای می‎دهد. نمونه‎ای از شبکه‎ی Client/Server در تصویر زیر نمایان است.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

مفاهیم اولیه شبکه +Network : انواع شبکه از نظر تکنولوژی انتقال

شبکه‎های Broadcast یا پخشی: در این نوع از شبکه‎ها یک کانال ارتباطی فیزیکی بین تمامی کامپیوترها به اشتراک گذاشته می‎شود و همه‎ی ایستگاه‎ها به طور دائم به خط گوش می‎دهند. هر ایستگاهی که پیامی را ارسال کند، همه‎ی ایستگاه‎های دیگر از آن مطلع می‎شوند، اما آدرس گیرنده در جایی از پیام مشخص شده و فقط ایستگاهی آن را دریافت می‎کند که آدرسش با آدرس گیرنده‎ی پیام یکی باشد. مانند صدا زدن شخصی در میان جمعیت.

شبکه‎های Point to Point یا نقطه به نقطه: در شبکه‎های Pint to Point بین تک‎تک ایستگاه‎ها مسیر ارتباطی وجود دارد. این مسیر می‎تواند مستقیم یا غیر مستقیم باشد. یعنی لزوما ۲ سیستم توسط یک رسانه‎ی انتقال مستقل به هم وصل نیستند و در بین راه عناصر مسیریابی یا Routing وجود دارد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network : انواع شبکه از نظر مقیاس

شبکه‎های PAN یا Personal Area Network: این نوع از شبکه برای ارتباطات میان وسایل رایانه‎ای مانند تلفن‎های همراه و یا کامپیوترهای جیبی(PDA) که به آن دستیار دیجیتال شخصی نیز گفته می‎شود، استفاده می‎شود. ارتباطات شبکه‎های شخصی ممکن است به صورت سیمی یا غیر سیمی باشد. از این نوع شبکه‎ها در ارتباطات زیر ۱۰متر استفاده می‎شود. مانند Bluetooth در تلفن همراه.

شبکه‎های LAN یا Local Area Network: این نوع از شبکه ها در مقیاس جغرافیایی یک یا ۲ کیلومتر مورد استفاده قرار می‎گیرد. به عنوان مثال برای برای متصل کردن سیستم‎های یک شرکت و به اشتراک گذاشتن منابع در آن‎ها استفاده می‎شود. ویژگی‎های اصلی شبکه LAN عبارت‎انداز: محدود بودن مقیاس شبکه، تکنولوژی انتقال معمولا تکنولوژی Ethernet با کابل‎کشی زوج به‎هم تابیده و یا تکنولوژی Wi-Fi است، سرعت انتقال اطلاعات در شبکه LAN بالا می‎باشد، تاخیر انتشار اطلاعات کم و بروز خطا در این شبکه کم می‎باشد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network
مفاهیم اولیه شبکه +Network

شبکه‎های MAN یا Metropolitan Area Network: این نوع از شبکه ها محدوده‎ای بیشتر از شبکه‎های LAN، مانند بلوک‎های شهری و یا چند شهرستان از جمله مناطق اطراف آن را پوشش‎دهی می‎کنند. این نوع از شبکه ها Municipal Area Network یا شبکه‎های شهری نیز نامیده می‌‎شوند. از تکنولوژی‎های بکار رفته در این شبکه می‎توان به حالت انتقال ناهمگام یا ATM، رابط فیبر توزیع شده‎ی داده‎ها یا FDDI اشاره کرد. این تکنولوژی‎ها به شکل افزاینده‎ای توسط تکنولوژی اتصالات مبتنی بر Ethernet کنار گذاشته شده‎اند. اتصالات MAN در میان شبکه‎های محلی یا LAN، به وسیله‎ی اتصالات بیسیم مایکروویو، امواج رادیویی یا انتقال لیزری مادون قرمز ایجاد می‎شوند.

مفاهیم اولیه شبکه +Network
مفاهیم اولیه شبکه +Network

شبکه‎های WAN یا Wide Area Network: این نوع از شبکه‎ها مقیاس گسترده‎ای مانند کشور‎ها، قاره‎ها و یا حتی دنیا را در بر می‎گیرند. بهتر است اینگونه در نظر بگیریم که فناوری شبکه‎های WAN برای انقال داده‎ها در طول مسیرهای طولانی، و در میان شبکه‎های LAN یا MAN و دیگر نوع از معماری شبکه‎های محلی مورد استفاده قرار می‎گیرد. نهاد‎های تجاری، دولتی و آموزش و پرورش به منظور رساندن اطلاعات موردنیاز به کارکنان، دانش‎آموزان، مشتریان، خریداران و تامین‎کنندگان خود در نقاط مختلف جغرافیایی از شبکه‎های WAN یا گسترده استفاده می‎کنند. در اصل، این حالت ارتباط از راه دور، نهاد ها را قادر می‎سازد وظایف روزانه‎ی خود را بدون در نظر گرفتن محل آن به خوبی پیش ببرند. شبکه‎ی اینترنت ممکن است یک شبکه‎ی WAN در نظر گرفته شود.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

محیط‎های انتقال(Media) در شبکه

شبکه‎های کامپیوتری برای انتقال اطلاعات از دو نوع محیط انتقال استفاده می‎کنند که عبارت‎انداز:

۱- محیط انتقال سیمی یا Cabling: انواع کابل ها در این نوع محیط انتقال موجود است که در بخش‎های بعدی به معرفی آن‏‎ها می‎پردازیم.

۲- محیط انتقال بیسیم یا Wireless: این روش از هوا به عنوان محیط انتقال استفاده می‎کند که به طور کامل در بخش‎های آینده در مورد آن بحث خواهیم کرد.

انواع توپولوژی فیریکی در شبکه

توپولوژی شبکه به ترتیب فیزیکی قرار گرفتن کامپیوتر‎ها، کابل‎ها، و دیگر تجهیزات موجود در شبکه گفته می‎شود. چندین توپولوژی شبکه مختلف وجود دارد و بعضی از شبکه‎ها ممکن است با استفاده از چند توپولوژی گوناگون ساخته شده باشند. ما در این بخش هم توپولوژی‏‎های قدیمی و هم توپولوژی‎های جدید و مدرن را به شما معرفی می‎کنیم.

توپولوژی‎های قدیمی:

توپولوژی BUS

توپولوژی Bus از یک کابل به عنوان مسیراصلی برای متصل کردن تمام سیستم ها استفاده می‌‎کند و در هر لحظه فقط یک سیستم اجازه‎ی استفاده از خط و ارسال داده را دارد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network
توپولوژی باس

در توپولوژی Bus، زمانی که یک کامپیوتر سیگنالی را ارسال می‎کند، آن سیگنال تمامی طول مسیر را از سمت کامپیوتر ارسال کننده به هر دو جهت طی می‎کند. زمانی که سیگنال به انتهای کابل رسید، به طرف سیستمی که از آن آمده باز‎ می‎گردد. این روند با نام Signal Bounce شناخته می‎شود. Signal Bounce یک مشکل است، به این دلیل که اگر سیگنال دیگری به صورت همزمان به مسیر کابل فرستاده شود، هر دو سیگنال با هم برخورد کرده و از بین می‎روند و باید دوباره ارسال شوند. به همین دلیل در انتهای هر کابل یک نابودگر یا Terminator وجود دارد. نابودگر طراحی شده تا زمانی که سیگنال به انتهای کابل می‎رسد آن را جذب کرده و از ایجاد Signal Bounce جلوگیری کند. اگر روند پایان‎دهی برای سیگنال وجود نداشت، تمام شبکه به دلیل Signal Bounce از کار می‎افتاد، این به معنی این است که حتی اگر شکافی در کابل وجود داشته باشد، شما یک پایان ناقص خواهید داشت و تمامی شبکه از کار خواهد افتاد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

یکی از مزایای این توپولوژی کم‎هزینه بودن آن است. توپولوژی Bus از کابل کمتری نسبت به توپولوژی Star یا توپولوژی Mesh استفاده کرده و شما نیاز به خرید دستگاه‎های اضافی مانند Hub ندارید. یکی دیگر از مزایای این توپولوژی سادگی راه‎اندازی آن می‎باشد.

مشکل اصلی این توپولوژی دشوار بودن خطایابی در آن است. زمانی که شبکه از کار می‎افتد، معمولا این به دلیل قطع شدن قسمتی از کابل می‎باشد و حل می‎شود. اما در شبکه‎های بزرگ حل کردن این مشکل دشوار می‎باشد.

توپولوژی Star

در توپولوژی Star تمامی کامپیوترها به وسیله‎ی یک دستگاه مرکزی به یکدیگر متصل شده‎اند. این دستگاه می‎تواند یک Hub یا یک Switch باشد، که در (تصویر ۶-۱)نشان داده شده است.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

هر ایستگاه کاری یا Node دارای کابلی است که از کارت شبکه به دستگاه Hub متصل شده است. یکی از مزایای عمده‎ی توپولوژی Star این است که اگر شکافی در یکی از کابل‎ها ایجاد شود، تنها، ایستگاهی که توسط آن کابل به Hub متصل است ازکار می‎افتد، نه کل شبکه، مانند توپولوژی Bus. توپولوژی‎های Star در محیط‎های شبکه‎های امروزی بسیار رایج هستند.

یکی دیگر از مزایای توپولوژی Star مقیاس پذیری آن و سهولت در اضافه کردن سیستم‎های دیگر به شبکه می‎باشد. اگر شما نیاز به اضافه کردن یک Node دیگر به شبکه‎ای که دارای توپولوژی Star است را داشته باشید، شما به سادگی می‎توانید آن سیستم را به یک Port استفاده نشده از Hub متصل کنید. مزیت دیگر این واقعیت است که اگر مشکلی در یکی از کابل‎ها ایجاد شود، تاثیر آن تنها بر سیستمی است که توسط آن کابل متصل شده است.  یک Hub را با چند Port خالی نشان می‌‎دهد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

در طرف مقابل، اگر Hub دریک توپولوژی Star از کار بیافتد، کل شبکه از کار خواهد افتاد، پس ما هنوز دارای یک مشکل اصلی می‎باشیم. اما عیب‎یابی این مشکل بسیار آسان‎تر از یافتن یک کابل شکافته شده در توپولوژی Bus می‎باشد. یکی دیگر از معایب توپولوژی Star هزینه‎بر بودن آن است. برای اتصال هریک از Node ها به شبکه، شما نیاز دارید که از وجود Port خالی در Hub اطمینان حاصل کنید، و باید از داشتن یک کابل برای اتصال از Node به Hub مطمئن باشید. امروزه، هزینه به طور فزاینده‎ای کمتر به عنوان یک نقطه ضعف به حساب می‎آید و دلیل این پایین بودن هزینه‎ی دستگاه‎هایی مثل Hub و Switch می‎باشد.

توپولوژی Mesh

امروزه توپولوژی Mesh در شبکه‎های کامپیوتری خیلی رایج نمی‎باشد، اما شما باید مفهوم آن را بدانید. در یک توپولوژی Mesh، هر سیستم دارای اتصالی جداگانه به تمامی دیگر اجزای شبکه می‎باشد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

بزرگترین مزیت توپولوژی Mesh این است که Fault Tolerance می‎باشد، به این معنی که، اگر بخشی از کابل دچار نقص شود، شبکه می‎تواند مسیر دیگری را جایگزین مسیر دارای نقص کند، به این دلیل که مسیرهای چندگانه‎ای برای ارسال داده‎ها از یک سیستم به دیگری وجود دارد. این Fault Tolerance یا تحمل خطا به این معنی است که از کارافتادن شبکه به دلیل خطای در کابل تقریبا غیر ممکن است.

یکی از معایب توپولوژی Mesh بالا بودن هزینه‎ی کابل‎کشی‎های اضافی و رابط‎های شبکه برای ایجاد مسیرهای چندگانه بین هر سیستم می‎باشد. اداره کردن و مدیریت توپولوژی Mesh به دلیل تعداد بیشمار اتصالات بسیار سخت می‎باشد.

توپولوژی Ring

در یک توپولوژی Ring، تمامی کامپیوترها به وسیله‎ی یک کابل که به صورت حلقه‎ای یا دایره‎ای می‎باشد به یکدیگر متصل هستند.

ring-450x178

توپولوژی Ring یک دایره است که شروع و پایانی ندارد. به دلیل وجود نداشتن انتها در توپولوژی Ring، استفاده از Terminator ها در این توپولوژی ضروری نیست. سیگنال ها در مسیری حلقه‎ای و در یک جهت تا زمانی که از کامپیوتری گذشته و به دیگری برسند حرکت می‎کنند، و هر کامپیوتر سیگنال را بازسازی می‎کند، به طوری که سیگنال امکان طی کردن مسیر مورد نیاز را داشته باشد. در این توپولوژی مجوز ارسال داده Token می‎باشد. هر سیستمی که Token را در دست داشته باشد می‎تواند داده را ارسال کند، و بعد از ارسال، Token را به سیستم بعدی تحویل می‎دهد. در این توپولوژی تنها یک سیستم می‎تواند داده را ارسال کند.

یکی از مزیت‎های توپولوژی Ring آن است که هدررفتن سیگنال در این توپولوژی به دلیل اینکه هر Node مسئول بازسازی و تقویت سیگنال می‎باشد، بسیار پایین است. در توپولوژی‎های دیگر، هنگامی که سیگنال در مسیر سیم حرکت می‎کند، به علت عوامل خارجی ضعیف و ضعیف‎تر شده و در نهایت، اگر سیستم مقصد بسیار دور باشد سیگنال غیر قابل خواندن و استفاده می‎شود. در توپولوژی Ring به دلیل اینکه هر سیستم، سیگنال را بازسازی می‎کند، زمانی که سیگنال به مقصد می‎رسد قوی‎تر بوده و به ندرت نیاز به ارسال مجدد خواهد داشت.

بزرگترین مشکل توپولوژی‎های Ring این است که اگر یکی از کامپیوترها در شبکه از کار بیافتد یا اتصال کابل دچار مشکل شود، تمامی شبکه از کار خواهد افتاد. اما با فناوری جدید، همیشه این یک مشکل نیست. امروزه مفهوم توپولوژی Ring این است که، با قطع شدن اتصال یک سیستم حلقه از بین نخواهد رفت و تنها آن سیستم از حلقه خارج می‎شود و شبکه به کار خود ادامه می‎دهد.

یافتن مشکل در برخی از پیکربندی‎های توپولوژی Ring دشوار می‎باشد. (با فناوری‎های جدیدتر، یک ایستگاه کاری یا Server در صورتی که متوجه خطایی در حلقه شوند، یک هشدار را ارسال خواهد کرد). یکی دیگر از معایب توپولوژی Ring این است که اگر شما در شبکه کابلی را تعویض کرده یا یکی از سیستم ها را جابه‎جا کنید، قطعی مختصر در شبکه می‎تواند باعث وقفه یا از کار افتادن کل شبکه شود.

توپولوژی‎های ترکیبی یا Hybrid Topology

باید توجه داشته باشید که پیاده‎سازی ترکیبی از توپولوژی ها برای ایجاد کردن توپولوژی ترکیبی در شبکه‎ها بسیار رایج است. به عنوان مثال، یک توپولوژی ترکیبی بسیار رایج، توپولوژی Star-Bus می‎باشد، که در آن تعدادی از توپولوژی‎های Star به وسیله‏‎ی یک توپولوژی مرکزی Bus به یکدیگر متصل شده‎اند. این توپولوژی بسیار رایج می‎باشد و دلیل آن هم این است که توپولوژی Bus، می‎تواند Hubهایی را که در فواصل دور از هم گسترش یافته اند به یکدیگر متصل کند.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

یکی دیگر از توپولوژی‎های‎ترکیبی رایج، توپولوژی Star-Ring است. دلیل رایج بودن توپولوژی Star-Ring این است که شبیه به توپولوژی Star است اما مانند یک توپولوژی Ring(حلقه) عمل می‎کند. برای مثال، معماری شبکه‎ای وجود دارد که با عنوان Token Ring شناخته ‎می‎شود و آن از نوعی دستگاه Hub مرکزی استفاده می‎کند، اما سیم کشی‎های داخلی آن یک حلقه را ایجاد می‎کند. از لحاظ فیزیکی مانند یک توپولوژی Star به نظر می‎رسد، اما منطقاً مانند یک توپولوژی Ring عمل می‎کند.

توپولوژی‎های بیسیم یا Wireless Topology

یک توپولوژی بیسیم، توپولوژی است که در آن تنها چند کابل برای اتصال سیستم‎ها مورد استفاده قرار می‎گیرد. شبکه از فرستنده‎هایی ساخته شده که بسته‎های داده را به وسیله‎ی فرکانس‎های رادیویی پخش می‎کنند. این شبکه شامل فرستنده‎های ویژه‎ای که سلول یا نقاط دسترسی بیسیم نامیده می‎شوند، می‎باشد، که یک حوزه‎ی رادیوئی را به شکل حباب‎هایی در اطراف فرستنده گسترش می‎دهند. این حباب می‎تواند به اتاق‎های متعدد و احتمالا طبقات دیگر در یک ساختمان گسترش پیدا کند. کامپیوترهای شخصی و دستگاه‎های شبکه دارای یک فرستنده‎ و گیرنده مختص به خود می‎باشند که آن‎ها را قادر به دریافت امواج پخش شده و انتقال داده‎های درخواستی به نقطه‎ی دسترسی می‎سازد. Access Point (نقطه‎ی دسترسی) توسط یک کابل به شبکه‎ی فیزیکی متصل شده است، که به آن و هر کاربر شبکه‎ی بیسیم اجازه می‎دهد با سیستم‎ها در شبکه‏‎ی سیمی ارتباط برقرار کنند. یک توپولوژی شبکه‎ی بیسیم در  شکل زیر نشان داده شده است.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

توجه داشته باشید که در (تصویر ۱۱-۱)، سلول‎های بیسیم یا Access Pointها، به وسیله‎ی یک Hub یا Switch که به بقیه‎ی نقاط شبکه‎ی سیمی متصل هست، به شبکه متصل شده‎اند. همچنین توجه داشته باشید که Client‎ها دارای کابلی که آن‎ها را به شبکه متصل کرده باشد، نیستند. این‎ها Client(کاربر)های بیسیم می‎باشند، و آن‎ها از طریق سلول بیسیم(Access Point) به شبکه دسترسی خواهند داشت.

یکی دیگر از گزینه‎های شبکه‎ی بیسیم استفاده از آنتن‎های رادیوئی برروی ساختمان‎ها یا در نزدیکی آن‎هاست، که یک Access Point را قادر می‎سازد تا ساختمان و مناطق اطراف را پوشش دهد. این روش بهترین راه برای چیدمان نوع‎دانشگاهی، جایی که ساختمان‎های زیادی نیاز به گنجانده شدن در Access Point، در یک منطقه‎ی جغرافیایی نزدیک به هم دارند، می‎باشد. توجه داشته باشید که این چیدمان به سادگی شما را قادر به اتصال ساختمان‎ها به وسیله‎ی یک Backbone و کابل‎های فیزیکی نخواهد کرد و بنابراین هر ساختمان نیاز به Access Pointهای مورد نیاز برای تمامی کامپیوترها و دستگاه‎هایش خواهد داشت.

مزیت خوب یک توپولوژی بیسیم عدم کابل کشی می‎باشد و از معایب آن می‎توان به تداخل سیگنال، انسداد، و رهگیری آن اشاره کرد.

در ادامه موارد زیر را خواهیم داشت :

  • معرفی مدل‎های OSI
  • مدل OSI
  • لایه اول(Physical)
  • لایه دوم(Data Link)
  • لایه سوم(Network)

مدل OSI یا Open Systems Interconnection

مدل ۷ لایه‎ای OSI یک راهنما، و الگو است که عملکردهای شبکه را به ۷ بخش که لایه نامیده می‎شوند تقسیم بندی می‎کند. اگر شما می‎خواهید به دنیای شبکه وارد شوید، باید مدل ۷ لایه‎ای OSI را با جزئیات بالا و بخوبی درک کنید. مدل ۷ لایه‎ای OSI مدلی عملی را برای شبکه فراهم می‎کند. این مدل دو چیز را فراهم می‎کند. برای تکنسین‎های شبکه، مدل OSI ابزاری قدرتمند را به منظور تشخیص خطاهای شبکه فراهم می‎کند. درک مدل OSI تکنسین را قادر می‎سازد تا به سرعت تشخیص دهد که در چه لایه‎ای ممکن است مشکل پیش آمده باشد و بنابراین هدر رفتن زمان زیاد در مسیرهای غلط را به صفر می‎رساند. همچنین مدل OSI زبان رایجی را برای توضیح شبکه فراهم می‎کند، راهی برای ما که درمورد عملکرد شبکه‎ها با دیگران بحث‎وگفتگو کنیم.

بهترین راه برای یادگرفتن مدل ۷ لایه‎ای OSI این است که آن را در عمل ببینید. به همین جهت من به شما یک شبکه‎ی کوچک را نشان می‎دهم که نیاز به انتقال یک فایل از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر را دارد. این مثال مروری بر هر یک از لایه‎های مورد نیاز برای انتقال فایل می‎باشد، توضیح دادن هر گام و بیان علت ضروری بودن آن زمانی را نیاز دارد. با اتمام این فصل شما یاد می‎گیرید که چگونه از طریق مدل ۷ لایه‎ای OSI مفهوم شبکه‎ را درک کنید.

مدل ۷ لایه‎ای OSI در عمل

هر یک از لایه‎ها در مدل OSI چالش‎هایی را در شبکه‎های کامپیوتر مشخص می‎کند، و Protocol هایی که در هر لایه وجود دارد راه‎حل‎هایی را برای آن چالش‎ها معرفی می‎کنند. Protocolها قوانین، مقررات، استانداردها، و روش‎ها را مشخص می‎کنند تا توسعه دهندگان نرم‎افزارها و سخت‎افزارها بتوانند دستگاه‎ها و برنامه‎هایی را ایجاد کنند که عملکرد مناسبی داشته باشند. مدل OSI نیازمندی لایه‎ها به یکدیگر در شبکه را طراحی می‎کند، به این معنی که هر پروتکل طراحی شده، با لایه‎ای مشخص قرارداد دارد، و کمی هم با عملکرد لایه‎های دیگر در ارتباط است. هر پروتکل نیاز دارد پروتکل‎هایی را که لایه‎های بالایی و پایینی خودش به شکل مستقیم با آن سروکار دارند را شناخته و درک کند، اما آن می‎تواند، و باید،به پروتکل‎هایی که لایه‎های دیگر از آن استفاده می‎کنند بی‎توجه باشد.

توجه داشته باشید که این لایه‎ها قانون فیزیک نبوده و هر شخصی که در نظر دارد شبکه‎ای را طراحی کند می‎تواند هرطوری که در نظر دارد از آن استفاده کند.

این لایه‎ها عبارت‎اند از:

  • Layer 7     Application
  • Layer 6     Presentation
  • Layer 5     Session
  • Layer 4     Transport
  • Layer 3     Network
  • Layer 2     Data Link
  • Layer 1     Physical

این واضح است که شبکه به یک کانال فیزیکی نیاز دارد، تا بتواند از طریق آن بیت‎های داده را بین سیستم‎ها جابجا کند. بسیاری از شبکه‎ها کاز کابلی استفاده می‌‎کنند که نمونه‎ای از آن در (تصویر ۲٫۵) آمده است. در صنعت شبکه این کابل با نام Unshielded Twisted Pair یا UTP شناخته می‎شود، و معمولا دارای ۴ جفت سیم است که داده‎ها را انتقال می‎دهد. یکی دیگر از قطعات کلیدی سخت‎افزاری که شبکه استفاده می‎کند یک دستگاه جعبه‎ای شکل است که Hub نامیده می‎شود(تصویر۲٫۶)، و اغلب در یک مکان در بسته و یا اتاق تجهیزات نگهداری می‌شود. هر سیستم در شبکه کابلی مخصوص به خود را دارد که توسط آن به Hub متصل می‎شود. Hub را همانند یکی از آن صفحه تقسیم‎های تلفن‎های قدیمی در نظر بگیرید، که تلفن‎چی ها ارتباطات را بین اشخاصی که مایل به تماس با تلفن‎های دیگر افراد بودند، برقرار می‎کردند.

مفاهیم اولیه شبکه +Network
مفاهیم اولیه شبکه +Network

لایه‎ی ۱ (Physical Layer)

لایه‎ی ۱ از مدل OSI روش حرکت داده‎ها بین کامپیوترها را مشخص می‎کند. بنابراین کابل‎کشی‎ها و Hubها بخشی از لایه‎ی فیزیکی (Physical Layer) می‎باشند. هر چیزی که داده‎ را از یک سیستم به سیستم دیگری انتقال دهد، مثل کابل‎های مسی(Copper Cabling)، فیبرهای نوری(Fiber Optic)، و حتی امواج رادیویی بخشی از لایه‎ی فیزیکی به حساب می‎آید. لایه‎ی‎(Physical Layer)1 به نوع داده‎ای که از آن عبور می‎کند اهمیت نداده، و فقط داده را از سیستمی به سیستنم دیگر انتقال می‎دهد. (تصویر۲٫۷) نمایی از شبکه‎ در مدل ۷ لایه‎ای OSI را از نزدیک نشان می‎دهد. توجه داشته باشید که هر سیستم تمام ۷ لایه را دارد، پس داده‎ها از کامپیوتر Janelle به کامپیوتر Tiffany خواهند رفت.

مفاهیم اولیه شبکه +Network
مفاهیم اولیه شبکه +Network

جادوی واقعی شبکه به وسیله‎ی کارت رابط شبکه(Network Interface Card) یا NIC آغاز می‎شود، که به عنوان رابط میان کامپیوتر و شبکه عمل می‎کند. با این که NIC ها در مجموعه‎ی وسیعی از اشکال و اندازه‎های مختلف موجود است، کارت شبکه‎ای که ما استفاده می‎کنیم مانند (تصویر ۲٫۸) می‎باشد. در کامپیوترهای قدیمی‎تر، کارت‎های شبکه یک کارت جداگانه بود که در یک درگاه بزرگ Expansion، چفت می‎شد. کابل‎کشی ها و Hubها لایه‎ی فیزیکی شبکه را مشخص می‎کنند، و کارت شبکه رابطی را برای کامپبوتر فراهم می‎کند. تصویر ۲٫۱۰ طرحی از سیستم کابل‎کشی شبکه را نشان ‎می‎دهد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

در این نقطه ممکن است شما کارت شبکه را به عنوان بخشی از لایه‎ی فیزیکی طبقه‎بندی کرده، و استدلال معتبری هم برای آن داشته باشید. کارت شبکه برای برقرار کردن اتصال فیزیکی به وضوح لازم است!! ولی در امتحانات +CompTIA Network و بیشتر نویسندگان کارت شبکه را در لایه‎ی ۲ (Data Link Layer) قرار می‎دهند، پس واضح است که چیز دیگری در کارت شبکه اتفاق می‎افتد. بریم و نگاهی نزدیکتر به آن داشته باشیم.

برای درک شبکه، شما باید درک کنید که یک کارت شبکه کار می‎کند. شبکه باید مکانیزمی را فراهم کند که به هر سیستم یک شناسه‎ی منحصر به فرد بدهد( مانند شماره‎ی تلفن) تا این که داده‎ها به سیستم مورد نظر برسد. این یکی از مهمترین وظایف برای کارت شبکه است. در داخل هر کارت شبکه، نوعی از تراشه‎ی ROM تعبیه شده است،(سیستم عامل مخصوصی که شامل یک شناسه‏‎ی منحصر به فرد ۴۸ بیتی می‎باشد و آدرس کنترل دسترسی رسانه(Media Access Control Address) یا MAC Address نامیده‎ می‎شود).

هیچگاه دو کارت شبکه دارای Mac Address شبیه و یکسان نخواهند بود. هر کمپانی که کارت شبکه تولید می‎کند باید با موسسه‎ی مهندسان برق و الکترونیک(IEEE) تماس گرفته و بلوکی از MAC Address ها را درخواست کند و بعد آن‎ها را برروی ROM کارت‎های شبکه‎ای که تولید کرده قرار دهد. حتی بسیاری از تولیدکنندگان کارت شبکه MAC Addressها را برروی کارت چاپ می‎کنند، که در تصویر (۲٫۱۱) نشان داده شده.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

توجه داشته باشید این کارت MAC Address را در مبنای ۱۶ نمایش داده است. تعداد کاراکترهای Hex را بشمارید. چون که هر کاراکتر Hex برابر با ۴ بیت می‎باشد. تعداد آن‎ها ۱۲ کاراکتر Hex می‎باشد که ۴۸ بیت را نشان می‎دهد.(۱۲×۴=۴۸).

در تصویر بالا MAC Address برابر با ۰۰۴۰۰۵۶۰۷D49 می‎باشد. شش رقم اول کد شرکت سازنده‎ی کارت را نمایش می‎دهد. شش رقم دوم شماره سریال منحصربفردی است که سازنده برای کارت شبکه درنظر گرفته. اغلب این بخش از MAC Address به عنوان شناسه‏‎ی دستگاه اشاره می‏‎کند.

لایه‎ی ۲ (Data Link Layer)

لایه‎ی دوم از مدل OSI لایه‎ی Data Link می‎باشد. مهمترین وظیفه‎ی این لایه آدرس‎دهی فیزیکی(Physical Addressing) است. علاوه بر این وظایف Encapsulation، تشخیص خطا(Error Detection)، و کنترل جریان بین فرستنده و گیرنده(Flow Control) نیز بر عهده‏‎ی این لایه می‎باشد. لایه‎ی Data Link لایه‎ی شلوغی می‎باشد و وظایف زیادی را بر عهده دارد. با نصب کارت شبکه(NIC) و درایو مربوط به آن، این لایه ایجاد شده و وظایفش انجام می‎شود. تصویر ۲٫۲۴ ترتیب قرار گرفتن Hub و کارت شبکه را در مدل OSI نشان می‎دهد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

پس ماهیت لایه‎ی ۲ یا Data Link، کارت شبکه و درایور آن است و به دلیل این که لایه‎ی شلوغی است وظایف خود را به ۲ زیرلایه تقسیم می‎کند.

۱- زیرلایه‎ی MAC یا Media Access Control

۲- زیرلایه‎ی LLC یاLogical Link Control

در تصویر ۲٫۲۵ شما نمایی از زیرلایه‎های لایه‎ی دوم در مدل OSI، یعنی Data Link را مشاهده می‎کنید.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

وظیفه‎ی آدرس دهی فیزیکی که مهمترین وظیفه‎ی لایه‎ی Data Link است، بر عهده‎ی زیرلایه‎ی MAC می‎باشد. در زیرلایه‎ی MAC کاملا مشخص است که چه کسی با چه کسی کار دارد. وظیفه‎ی Encapsulation نیز بر عهده‎ی زیرلایه‎ی MAC می‎باشد که در آن با اضافه کردن آدرس مبدا‎ و مقصد به Frame می‎رسیم.

زیرلایه‎ی LLC وظیفه‎ی Error Detection(تشخیص خطا) را برعهده دارد و این مسئولیت را با دو روش انجام می‎دهد.

۱- روش CRC یا Cyclic Redundancy Code

۲- روش FCS یا Frame Check Sequence

در روش CRC بر اساس یک فرمول توافق شده بین گیرنده و فرستنده یک CRC ایجاد می‎شود و همراه با داده به گیرنده می‎رسد. گیرنده نیز براساس فرمول مشخص شده، CRC دریافتی را با CRC که خودش در اختیار دارد مقایسه می‎کند، که اگر هر دو یکسان باشند یعنی داده بدون خطا بوده و در غیر اینصورت داده دور انداخته می‎شود و درخواست ارسال مجدد می‎دهد.

در روش FCS برای ایجاد کد خطا، به جای فرمول خاص، از جمع با یک عدد مشخص استفاده می‎کنیم.

لایه‎ی ۳ (Network Layer)

در یک شبکه‎ی ساده انتقال داده‎ها از یک سیستم به سیستم‎های دیگر نسبتا نیاز به تلاش کمتری برای بخش NIC یا کارت شبکه ها دارد. اما مشکلی که با شبکه‎های ساده وجود دارد آن است که کامپیوترها برای دریافت MAC Addressها نیاز دارند تا عمل Broadcast انجام دهند. این روش برای شبکه‎های کوچک کارایی دارد، اما چه اتفاقی می‎افتد زمانی که شبکه بزرگ باشد، مثل مقیاس کل اینترنت؟ آیا می‎توانید درخواست کردن همزمان میلیون‎ها کامپیوتر برای دریافت MAC Address را فرض کنید؟

هیچ داده‎ای عبور نخواهد کرد. زمانی که شبکه‎ها بزرگ می‎شوند، شما دیگر نمی‎توانید از MAC Addressها استفاده کنید. شبکه‎های بزرگ نیاز به یک روش آدرس‎دهی منطقی دارند که دیگر سخت‎افزار برایش اهمیت نداشته باشد و ما را قادر سازد تا سراسر شبکه‎ی بزرگ را به شبکه‎های کوچکتر که Subnet (زیرشبکه) نامیده می‎شوند تقسیم کنیم. (تصویر ۲٫۲۶) دو روش را برای برپا کردن شبکه نشان می‎دهد. در سمت چپ، تمامی کامپیوترها به یک Hub متصل شده‎اند. اما در سمت راست، شبکه‎ی LAN به ۲ زیرشبکه‎ی ۵ کامپیوتری تقسیم بندی شده است.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

برای گذشتن از آدرس‎دهی های فیزیکی و استفاده از آدرس‎‎دهی منطقی نیاز به یک‎سری نرم‎افزار خاص می‎باشد، که معمولا Network Protocol(پروتکل شبکه) نامیده می‎شود. پروتکل‎ها در تمام سیستم‎عامل‎ها وجود دارند. یک پروتکل شبکه نه‎تنها باید یک شناسه‎ی متحصر‎به‎فرد برای هر سیستم ایجاد کند، بلکه باید مجموعه‎ای از قوانین ارتباطی برای مسائلی مانند چگونگی رسیدگی به داده‏‎های خرد‎شده به چندین بسته کوچکتر، و چگونگی اطمینان از آنکه آن بسته‎ها از زیرشبکه‎ای به زیرشبکه‎ی دیگر می‎رسند را ایجاد کند. اجازه دهید که دقیقه‎ای در مورد مشهورترین پروتکل شبکه (TCP/IP) و سیستم جهانی منحصربه‎فرد آدرس‎دهی آن صحبت کنیم. به طور دقیق، پروتکل TCP/IP واقعا چند پروتکل شبکه می‎باشند که برای کارکردن با یکدیگر طراحی شده‎اند، TCP و IP. اشخاصی که این پروتکل‎ها را اختراع کرده و تمامی چیز‎ها را TCP/IP نام نهادند کار بسیار بزرگی کرده‎اند. TCP مخفف Transmission Control Protocolبوده، و واژه‎ی IP مخفف Internet Protocol می‎باشد. IP پرتکل اولی است که من می‎خواهم درمورد آن صحبت کنم. مطمئن باشید که در مورد TCP نیز در آینده بحث خواهیم کرد.

پرتکل IP، اصلی‎تربن پروتکلی است که TCP/IP در لایه‎ی سوم OSI(لایه‎ی Network) از آن استفاده می‎کند. پروتکل IP از آن اطمینان حاصل می‎کند که یک قطعه‎ای از داده به جایی در شبکه می‎رود که به آن نیاز دارد. آن این کار را با دادن یک شناسه‎ی عددی منحصر‎به‎فرد به هر دستگاه در شبکه، که IP Address نامیده می‎شود، انجام می‎دهد. IP Address به عنوان آدرس منطقی شناخته می‎شود تا بتوان آن را از آدرس فیزیکی یا MAC Address تشخیص داد.

هر پروتکل شبکه از نوعی نامگذاری استفاده می‎کند، اما هیچ دو پروتکلی از نام یکسان استفاده نمی‎کنند. IP از یک نماد اعشاری نقطه‎چین غیرانحصاری براساس ۴ شماره‏‎ی ۸ بیتی استفاده می‎کند. هر عدد ۸ بیتی دارای محدوده‎ای از ۰ تا ۲۵۵ بوده و ۴ شماره به وسیله‎ی نقاط از هم جدا شده‎اند.

یک IP Address شبیه به این است.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

هیچ دو سیستمی در یک شبکه از IP Address یکسان استفاده نمی‎کنند؛ اگر تصادفا دو سیستم آدرس یکسانی دریافت کنند، آن‎ها نخواهند توانست داده‎ها را انتقال دهند. این آدرس‎های IP به صورت جادویی ظاهر نمی‎شوند، آن‎ها باید به وسیله‏‎ی یک کاربر سیستم یا مدیر شبکه پیکربندی شوند. نگاهی به (تصویر ۲٫۲۶) بیاندازید، چیزی که آدرس‎دهی منطقی را به این اندازه قدرتمند کرده، جعبه‎های جادویی هستند که Router(مسیریاب) نامیده می‎شوند و زیرشبکه‎ها را از یکدیگر جدا می‎کنند. Routerها مانند Hub عمل می‎کنند، اما بجای ارسال بسته‎ها توسط آدرس فیزیکی(MAC Address)، آن‎ها از IP Address استفاده می‎کنند. Router‎ها شما را قادر می‎سازند تا یک شبکه‎ی بزرگ را به تعدادی شبکه‎ی کوچکتر تقسیم کنید. همچنین Routerها یک ویژگی بسیار مهم دومی هم دارند. آن‎ها شما را قادر به اتصال شبکه هایی با انواع مختلف کابل‎کشی یا چارچوب می‎سازند. (تصویر ۲٫۲۷) یک Router معمولی را نمایش می‎دهد.

ro

این Router شمارا قادر می‎سازد تا شبکه‎ای را که از MAC Addressها استفاده می‎کند را به یک شبکه‎ی مودم‎های کابلی متصل کنید. شما این کار را با یک Hub نمی‎توانید انجام دهید، کابل‎ها چارچوب، و آدرس‎دهی فیزیکی درکل متفاوتند!

چیزی که در این‎جا برای شما مهم است، آن است که یک شبکه‏‎ی TCP/IP را درک کنید. (تصویر ۲٫۲۸) دوباره نمودار شبکه را نشان می‎دهد، این بار با نمایش

IP Address و MAC Address برای هر سیستم.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

این سیستم دو-آدرسی، شبکه‎ی IP را قادر می‎سازد تا یک کار واقعا جالب و قدرتمند را انجام دهد: با استفاده از IP آدرس‎ها، سیستم ها می‎توانند بدون درنظر گرفتن اتصال فیزیکی به یکدیگر داده ارسال کنند!! این قابلیت، نیاز بیشتر از انتساب یک IP Address ساده برای هر سیستم دارد. همچنین پروتکل شبکه باید بداند که Frame را به کجا بفرستد، اهمتی ندارد که کامپیوترهای مختلف از چه نوع سخت‎افزارهایی استفاده می‎کنند. برای انجام این کار، یک پروتکل شبکه همچنین از Frameها استفاده ‎می‎کند. Frameها درون Frameهای دیگر. هرکاری که مبنی بر آدرسی‎دهی منطقی باید انجام شود در لایه‎ی Network از مدل OSI صورت می‎پذیرد.

در این مرحله ما تنها دو مورد از عملیات در Routerهای لایه‎ی Network و بخشی از Protocolهای شبکه در کامپیوترهایی که آدرس‎دهی منطقی را درک می‎کنند، را می‎دانیم. (تصویر ۲٫۲۹)

مفاهیم اولیه شبکه +Network

نرم‎افزار پروتکل شبکه را به عنوان لایه‎ای بین نرم‎افزار سیستم و کارت شبکه تجسم کنید. زمانی که پروتکل شبکه‎ی IP، داده را که از نرم‎افزار سیستم شما دریافت می‎کند، آن، Frame مربوط به خودش را برروی داده قرار می‎دهد. ما این Frame داخلی را IP Packet می‎نامیم، بنابراین، با Frame که بعدها توسط کارت شبکه به آن اضافه می‎شود اشتباه گرفته نمی‎شود. بجای اضافه کردن آدرس‎ فیزیکی به آن Packet، پروتکل شبکه آدرس‎های IP فرستنده و گیرنده را به آن اضافه می‎کند. (تصویر ۲٫۳۰) یک IP Packet معمولی را نمایش می‎دهد.

مفاهیم اولیه شبکه +Network

اما IP Packetها کامپیوتر خودشان را عادی و بسادگی ترک نمی‎کنند. هر IP Packet به کارت شبکه می‎رود، که پس از آن IP Packet به طور منظم، محصور یا ایجاد  می‎شود، در اصل، بسته‎ای درون یک Frame(قاب). من دوست دارم بسته‎ای را به عنوان یک پاکت نامه تجسم کنم، پاکت نامه‎ای در یک قوطی (شکل ۲٫۳۱).

مفاهیم اولیه شبکه +Network

یک طراحی متداول‎تر در (تصویر ۲٫۳۲) قابل مشاهده است.

sss-400x109

همه‎ی این‎ها خوب است، اما چرا باید این  مقدار خودمان را با بسته‎ها در Frame به زحمت بیاندازیم، زمانی که می‎شود از MAC Address استفاده کرد؟

سوال خوبی است! اجازه دهید به صحبت درمورد Routerها برگردیم.

می‎خواهیم با کامپیوتری که از خطوط کابلی استفاده می‎کند به اینترنت دسترسی داشته باشیم. یک تکنسین می‎تواند مستقیما یک مودم کابلی را به کامپیوتر خود وصل کند، اما رئیس آن تکنسین می‎خواهد که تمامی کامپیوترها در شبکه با استفاده از اتصال یک مودم کابلی به اینترنت دسترسی داشته باشند. برای ممکن ساختن این، تمامی کامپیوترها از طریق یک Router به اینترنت متصل خواهند شد. (تصویر ۲٫۳۳)

mht-362x300

مسیریابی که در این شبکه استفاده شده دارای ۲ اتصال می‎باشد. یکی تنها یک کارت شبکه‎ی توکار است که از Router به Hub متصل شده است. اتصال دیگر Router را به یک مودم کابلی متصل می‎کند. این پاسخ نادرست است: شبکه‎های کابلی از MAC Address استفاده نمی‎کنند. آن‎ها از frameهای نوع خودشان استفاده می‎کنند که ربطی به MAC Address ندارد. اگر شما سعی کنید یک Frame شبکه عادی را به شبکه‏‎ی مودم‎کابلی ارسال کنید، من به درستی نمی‎دانم که چه اتفاقی خواهد افتاد، اما به شما اطمینان می‎دهم، آن کار نخواهد کرد!

به همین دلیل، زمانی که Router بسته‎‎ی IP را درون یک لایه‎ای(Frame) که توسط کارت شبکه اضافه شده، دریافت می‎کند، آن لایه را برداشته و آن را با نوعی از Frameای که شبکه‏‎ی کابلی نیاز دارد جایگزین می‎کند(تصویر ۲٫۳۴).

مفاهیم اولیه شبکه +Network

مطالب مرتبط

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

error: امکان کپی برداری از متن وجود ندارد