پیاده روی مفیده، ولی دویدن نه

شبکه های کامپیوتری

Computer Network

در سال 1957 نخستین ماهواره، یعنی اسپوتنیک توسط اتحاد جماهیر شوروی سابق به فضا پرتاب شد. در همین دوران رقابت سختی از نظر تسلیحاتی بین دو ابرقدرت آن زمان جریان داشت و دنیا در دوران رقابت سختی از نظر تسلیحاتی بین دو ابر قدرت آن زمان جریان داشت و دنیا در دوران جنگ سرد به سر می برد. وزارت دفاع امریکا در واکنش به این اقدام رقیب نظامی خود، آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته یا آرپا (ARPA) را تاسیس کرد. یکی از پروژه های مهم این آژانس تامین ارتباطات در زمان جنگ جهانی احتمالی تعریف شده بود. در همین سال ها در مراکز تحقیقاتی غیر نظامی که بر امتداد دانشگاه ها بودند، تلاش برای اتصال کامپیوترها به یکدیگر در جریان بود. در آن زمان کامپیوتر های Mainframe از طریق ترمینال ها به کاربران سرویس می دادند. در اثر اهمیت یافتن این موضوع آژانس آرپا (ARPA) منابع مالی پروژه اتصال دو کامپیوتر از راه دور به یکدیگر را در دانشگاه MIT بر عهده گرفت. در اواخر سال 1960 اولین شبکه کامپیوتری بین چهار کامپیوتر که دو تای آنها در MIT، یکی در دانشگاه کالیفرنیا و دیگری در مرکز تحقیقاتی استنفورد قرار داشتند، راه اندازی شد. این شبکه آرپانت نامگذاری شد. در سال 1965 نخستین ارتباط راه دور بین دانشگاه MIT و یک مرکز دیگر نیز برقرار گردید.

در سال 1970 شرکت معتبر زیراکس یک مرکز تحقیقاتی در پالوآلتو تاسیس کرد. این مرکز در طول سال ها مهمترین فناوری های مرتبط با کامپیوتر را معرفی کرده است و از این نظریه به یک مرکز تحقیقاتی افسانه ای بدل گشته است. این مرکز تحقیقاتی که پارک (PARC) نیز نامیده می شود، به تحقیقات در زمینه شبکه های کامپیوتری پیوست. تا این سال ها شبکه آرپانت به امور نظامی اختصاص داشت، اما در سال 1927 به عموم معرفی شد. در این سال شبکه آرپانت مراکز کامپیوتری بسیاری از دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی را به هم متصل کرده بود. در سال 1927 نخستین نامه الکترونیکی از طریق شبکه منتقل گردید.

در این سال ها حرکتی غیر انتفاعی به نام MERIT که چندین دانشگاه بنیان گذار آن بوده اند، مشغول توسعه روش های اتصال کاربران ترمینال ها به کامپیوتر مرکزی یا میزبان بود. مهندسان پروژه MERIT در تلاش برای ایجاد ارتباط بین کامپیوتر ها، مجبور شدند تجهیزات لازم را خود طراحی کنند. آنان با طراحی تجهیزات واسطه برای مینی کامپیوتر DECPDP-11 نخستین بستر اصلی یا Backbone شبکه کامپیوتری را ساختند. تا سال ها نمونه های اصلاح شده این کامپیوتر با نام PCP یا Primary Communications Processor نقش میزبان را در شبکه ها ایفا می کرد. نخستین شبکه از این نوع که چندین ایالت را به هم متصل می کرد Michnet نام داشت.

روش اتصال کاربران به کامپیوتر میزبان در آن زمان به این صورت بود که یک نرم افزار خاص بر روی کامپیوتر مرکزی اجرا می شد. و ارتباط کاربران را برقرار می کرد. اما در سال 1976 نرم افزار جدیدی به نام Hermes عرضه شد که برای نخستین بار به کاربران اجازه می داد تا از طریق یک ترمینال به صورت تعاملی مستقیما به سیستم MERIT متصل شوند.این، نخستین باری بود که کاربران می توانستند در هنگام برقراری ارتباط از خود بپرسند: کدام میزبان؟

از وقایع مهم تاریخچه شبکه های کامپیوتری، ابداع روش سوئیچینگ بسته ای یا Packet Switching است. قبل از معرفی شدن این روش از سوئیچینگ مداری یا Circuit Switching برای تعیین مسیر ارتباطی استفاده می شد. اما در سال 1974 با پیدایش پروتکل ارتباطی TCP/IP از مفهوم Packet Switching استفاده گسترده تری شد. این پروتکل در سال 1982 جایگزین پروتکل NCP شد و به پروتکل استاندارد برای آرپانت تبدیل گشت. در همین زمان یک شاخه فرعی بنام MILnet در آرپانت همچنان از پروتکل قبلی پشتیبانی می کرد و به ارائه خدمات نظامی می پرداخت. با این تغییر و تحول، شبکه های زیادی به بخش تحقیقاتی این شبکه متصل شدند و آرپانت به اینترنت تبدیل گشت. در این سال ها حجم ارتباطات شبکه ای افزایش یافت و مفهوم ترافیک شبکه مطرح شد.

مسیر یابی در این شبکه به کمک آدرس های IP به صورت 32 بیتی انجام می گرفته است. هشت بیت اول آدرس IP به شبکه های محلی تخصیص داده شده بود که به سرعت مشخص گشت تناسبی با نرخ رشد شبکه ها ندارد و باید در آن تجدید نظر شود. مفهوم شبکه های LAN و شبکه های WAN در سال دهه 70 میلادی از یکدیگر تفکیک شدند.

در آدرس دهی 32 بیتی اولیه، بقیه 24 بیت آدرس به میزبان در شبکه اشاره می کرد.

در سال 1983 سیستم نامگذاری دامنه ها (Domain Name System) به وجود آمد و اولین سرویس دهنده نامگذاری (Name Server) راه اندازی شد و استفاده از نام به جای آدرس های عددی معرفی شد. در این سال تعداد میزبان های اینترنت از مرز ده هزار عدد فراتر رفته بود.

تقسیم بندی بر اساس حوزه جغرافی تحت پوشش ●

 شبکه های کامپیوتری با توجه به حوزه جغرافیائی تحت پوشش به سه گروه تقسیم می گردند :

شبکه های محلی ( کوچک ) LAN

شبکه های متوسط MAN

شبکه های گسترده WAN

شبکه های LAN . حوزه جغرافیائی که توسط این نوع از شبکه ها پوشش داده می شود ، یک محیط کوچک نظیر یک ساختمان اداری است . این نوع از شبکه ها دارای ویژگی های زیر می باشند :

توانائی ارسال اطلاعات با سرعت بالا

محدودیت فاصله

قابلیت استفاده از محیط مخابراتی ارزان نظیر خطوط تلفن بمنظور ارسال اطلاعات

نرخ پایین خطاء در ارسال اطلاعات با توجه به محدود بودن فاصله

شبکه های MAN . حوزه جغرافیائی که توسط این نوع شبکه ها پوشش داده می شود ، در حد و اندازه یک شهر و یا شهرستان است . ویژگی های این نوع از شبکه ها بشرح زیر است :

پیچیدگی بیشتر نسبت به شبکه های محلی

قابلیت ارسال تصاویر و صدا

قابلیت ایجاد ارتباط بین چندین شبکه

شبکه های WAN . حوزه جغرافیائی که توسط این نوع شبکه ها پوشش داده می شود ، در حد و اندازه کشور و قاره است . ویژگی این نوع شبکه ها بشرح زیر است :

قابلیت ارسال اطلاعات بین کشورها و قاره ها

قابلیت ایجاد ارتباط بین شبکه های LAN

سرعت پایین ارسال اطلاعات نسبت به شبکه های LAN

نرخ خطای بالا با توجه به گستردگی محدوده تحت پوشش

 کابل در شبکه ●

در شبکه های محلی از کابل بعنوان محیط انتقال و بمنظور ارسال اطلاعات استفاده می گردد.ازچندین نوع کابل در شبکه های محلی استفاده می گردد. در برخی موارد ممکن است در یک شبکه صرفا" از یک نوع کابل استفاده و یا با توجه به شرایط موجود از چندین نوع کابل استفاده گردد. نوع کابل انتخاب شده برای یک شبکه به عوامل متفاوتی نظیر : توپولوژی شبکه، پروتکل و اندازه شبکه بستگی خواهد داشت . آگاهی از خصایص و ویژگی های متفاوت هر یک از کابل ها و تاثیر هر یک از آنها بر سایر ویژگی های شبکه، بمنظور طراحی و پیاده سازی یک شبکه موفق بسیار لازم است .

- کابل Unshielded Twisted pair )UTP)

متداولترین نوع کابلی که در انتقال اطلاعات استفاده می گردد ، کابل های بهم تابیده می باشند. این نوع کابل ها دارای دو رشته سیم به هم پیچیده بوده که هر دو نسبت زمین دارای یک امپدانش یکسان می باشند. بدین ترتیب امکان تاثیر پذیری این نوع کابل ها از کابل های مجاور و یا سایر منابع خارجی کاهش خواهد یافت . کابل های بهم تابیده دارای دو مدل متفاوت : Shielded ( روکش دار ) و Unshielded ( بدون روکش ) می باشند. کابل UTP نسبت به کابل STP بمراتب متداول تر بوده و در اکثر شبکه های محلی استفاده می گردد.کیفیت کابل های UTP متغیر بوده و از کابل های معمولی استفاده شده برای تلفن تا کابل های با سرعت بالا را شامل می گردد. کابل دارای چهار زوج سیم بوده و درون یک روکش قرار می گیرند. هر زوج با تعداد مشخصی پیچ تابانده شده ( در واحد اینچ ) تا تاثیر پذیری آن از سایر زوج ها و یاسایر دستگاههای الکتریکی کاهش یابد.

کاربردهای شبکه

 هسته اصلی سیستم های توزیع اطلاعات را شبکه های کامپیوتری تشکیل می دهند. مفهوم شبکه های کامپیوتری بر پایه اتصال کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات سخت افزاری به یکدیگر برای ایجاد امکان ارتباط و تبادل اطلاعات استوار شده است. گروهی از کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات متصل به هم را یک شبکه می نامند. کامپیوتر هایی که در یک شبکه واقع هستند، میتوانند اطلاعات، پیام، نرم افزار و سخت افزارها را بین یکدیگر به اشتراک بگذارند. به اشتراک گذاشتن اطلاعات، پیام ها و نرم افزارها، تقریباً برای همه قابل تصور است در این فرایند نسخه ها یا کپی اطلاعات نرم افزاری از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل می شود. هنگامی که از به اشتراک گذاشتن سخت افزار سخن می گوییم به معنی آن است که تجهیزاتی نظیر چاپگر یا دستگاه مودم را می توان به یک کامپیوتر متصل کرد و از کامپیوتر دیگر واقع در همان شبکه، از آن ها استفاده نمود.

به عنوان مثال در یک سازمان معمولاً اطلاعات مربوط به حقوق و دستمزدپرسنل در بخش حسابداری نگهداری می شود. در صورتی که در این سازمان از شبکه کامپیوتری استفاده شده باشد، مدیر سازمان می تواند از دفتر خود به این اطلاعات دسترسی یابد و آن ها را مورد بررسی قرار دهد. به اشتراک گذاشتن اطلاعات و منابع نرم افزاری و سخت افزاری دارای مزیت های فراوانی است. شبکه های کامپیوتری می توانند تقریباً هر نوع اطلاعاتی را به هر شخصی که به شبکه دسترسی داشته باشد عرضه کنند. این ویژگی امکان پردازش غیر متمرکزاطلاعات را فراهم می کند. در گذشته به علت محدود بودن روش های انتقال اطلاعات کلیه فرایند های پردازش آن نیز در یک محل انجام می گرفته است. سهولت و سرعت روش های امروزی انتقال اطلاعات در مقایسه با روش هایی نظیر انتقال دیسکت یا نوار باعث شده است که ارتباطات انسانی نیز علاوه بر مکالمات صوتی، رسانه ای جدید بیابند.

به کمک شبکه های کامپیوتری می توان در هزینه های مربوط به تجهیزات گران قیمت سخت افزاری نظیر هارد دیسک، دستگاه های ورود اطلاعات و... صرفه جویی کرد. شبکه های کامپیوتری، نیازهای کاربران در نصب منابع سخت افزاری را رفع کرده یا به حداقل می رسانند.

از شبکه های کامپیوتری می توان برای استاندارد سازی برنامه های کاربردی نظیر واژه پردازها و صفحه گسترده ها، استفاده کرد. یک برنامه کاربردی می تواند در یک کامپیوتر مرکزی واقع در شبکه اجرا شود و کاربران بدون نیاز به نگهداری نسخه اصلی برنامه، از آن در کامپیوتر خود استفاده کنند.

استاندارد سازی برنامه های کاربردی دارای این مزیت است که تمام کاربران و یک نسخه مشخص استفاده می کنند. این موضوع باعث می شود تا پشتیبانی شرکت عرضه کننده نرم افزار از محصول خود تسهیل شده و نگهداری از آن به شکل موثرتری انجام شود.

مزیت دیگر استفاده از شبکه های کامپیوتری، امکان استفاده از شبکه برای برقراری ارتباطات روی خط (Online) از طریق ارسال پیام است. به عنوان مثال مدیران می توانند برای ارتباط با تعداد زیادی از کارمندان از پست الکترونیکی استفاده کنند.

اجزای شبکه

یک شبکه کامپیوتری شامل اجزایی است که برای درک کارکرد شبکه لازم است تا با کارکرد هر یک از این اجزا آشنا شوید. شبکه های کامپیوتری در یک نگاه کلی دارای چهار قسمت هستند. مهمترین قسمت یک شبکه، کامپیوتر سرویس دهنده (Server) نام دارد. یک سرور در واقع یک کامپیوتر با قابلیت ها و سرعت بالا است.. تمام اجزای دیگر شبکه به کامپیوتر سرور متصل می شوند.

کامپیوتر سرور وظیفه به اشتراک گذاشتن منابع نظیر فایل، دایرکتوری و غیره را بین کامپیوترهای سرویس گیرنده بر عهده دارد. مشخصات کامپیوترهای سرویس گیرنده می تواند بسیار متنوع باشد و در یک شبکه واقعی Client ها دارای آرایش و مشخصات سخت افزاری متفاوتی هستند. تمام شبکه های کامپیوتری دارای بخش سومی هستند که بستر یا محیط انتقال اطلاعات را فراهم می کند. متداول ترین محیط انتقال در یک شبکه کابل است.

تجهیزات جانبی یا منابع سخت افزاری نظیر چاپگر، مودم، هارددیسک، تجهیزات ورود اطلاعات نظیر اسکند و غیره، تشکیل دهنده بخش چهارم شبکه های کامپیوتری هستند. تجهیزات جانبی از طریق کامپیوتر سرور در دسترس تمام کامپیوترهای واقع در شبکه قرار می گیرند. شما می توانید بدون آنکه چاپگری مستقیماً به کامپیوتر شما متصل باشد، از اسناد خود چاپ بگیرید. در عمل چاپگر از طریق سرور شبکه به کامپیوتر شما متصل است.

ویژگی های شبکه

همانطور که قبلاً گفته شد، یکی از مهمترین اجزای شبکه های کامپیوتری، کامپیوتر سرور است. سرور مسئول ارائه خدماتی از قبیل انتقال فایل، سرویس های چاپ و غیره است. با افزایش حجم ترافیک شبکه، ممکن است برای سرور مشکلاتی بروز کند. در شبکه های بزرگ برای حل این مشکل، از افزایش تعداد کامپیوترهای سرور استفاده می شود که به این سرور ها، سرور های اختصاصی گفته می شود. دو نوع متداول این سرور ها عبارتند از File and Print server و Application server. نوع اول یعنی سرویس دهنده فایل و چاپ مسئول ارائه خدماتی از قبیل ذخیره سازی فایل، حذف فایل و تغییر نام فایل است که این درخواست ها را از کامپیوتر های سرویس گیرنده دریافت می کند. این سرور همچنین مسئول مدیریت امور چاپگر نیز هست.

هنگامی که یک کاربر درخواست دسترسی به فایلی واقع در سرور را ارسال می کند، کامپیوتر سرور نسخه ای از فایل کامل را برای آن کاربر ارسال می کند. بدین ترتیب کاربر می تواند به صورت محلی، یعنی روی کامپیوتر خود این فایل را ویرایش کند.

کامپیوتر سرویس دهنده چاپ، مسئول دریافت درخواست های کاربران برای چاپ اسناد است. این سرور این درخواست ها را در یک صف قرار می دهد و به نوبت آن ها را به چاپگر ارسال می کند. این فرآیند Spooling نام دارد. به کمک Spooling کاربران می توانند بدون نیاز به انتظار برای اجرای فرمان Print به فعالیت برروی کامپیوتر خود ادامه دهند.

نوع دیگر سرور، Application Server نام دارد. این سرور مسئول اجرای برنامه های Client/Server و تامین داده های سرویس گیرنده است. سرویس دهنده ها، حجم زیادی از اطلاعات را در خود نگهداری می کنند. برای امکان بازیابی سریع و ساده اطلاعات، این داده ها در یک ساختار مشخص ذخیره می شوند. هنگامی که کاربری درخواستی را به چنین سرویس دهنده ای ارسال می کند. سرور نتیجه درخواست را به کامپیوتر کاربر انتقال می دهد. به عنوان مثال یک شرکت بازاریابی را در نظر بگیرید. این شرکت در نظر دارد تا برای مجموعه ای از محصولات جدید خود تبلیغ کند. این شرکت می تواند برای کاهش حجم ترافیک، برای مشتریان با طیف درآمدهای مشخص، فقط گروهی از محصولات را تبلیغ نماید.

علاوه بر سرور های یاد شده، در یک شبکه می توان برای خدماتی از قبیل پست الکترونیک، فکس، سرویس های دایرکتوری و غیره نیز سرورهایی اختصاص داد. اما بین سرور های فایل و Application Server ها تفاوت های مهمی نهفته است. یک سرور فایل در پاسخ به درخواست کاربر برای دسترسی به یک فایل، یک نسخه کامل از فایل را برای او ارسال می کند درحالی که یک Application Server فقط نتایج درخواست کاربر را برای وی ارسال می نماید.

تقسیم بندی شبکه

تقسیم بندی براساس گستره جغرافیایی (Range): شبکه های کامپیوتری براساس موقعیت و محل نصب دارای انواع متفاوتی هستند. یکی از مهمترین عوامل تعیین نوع شبکه مورد نیاز، طول فواصل ارتباطی بین اجزای شبکه است.

شبکه های کامپیوتری گستره جغرافیایی متفاوتی دارند که از فاصله های کوچک در حدود چند متر شروع شده و در بعضی از مواقع از فاصله بین چند کشور بالغ می شود. شبکه های کامپیوتری براساس حداکثر فاصله ارتباطی آنها به سه نوع طبقه بندی می شوند. یکی از انواع شبکه های کامپیوتری، شبکه محلی (LAN) یا Local Area Network است. این نوع از شبکه دارای فواصل کوتاه نظیر فواصل درون ساختمانی یا حداکثر مجموعه ای از چند ساختمان است. برای مثال شبکه مورد استفاده یک شرکت را در نظر بگیرید. در این شبکه حداکثر فاصله بین کامپیوتر ها محدود به فاصله های بین طبقات ساختمان شرکت می باشد.

در شبکه های LAN کامپیوترها در سطح نسبتاً کوچکی توزیع شده اند و معمولاً توسط کابل به هم اتصال می یابند. به همین دلیل شبکه های LAN را گاهی به تسامح شبکه های کابلی نیز می نامند.

نوع دوم شبکه های کامپیوتری، شبکه های شهری MAN یا Metropolitan Area Network هستند. فواصل در شبکه های شهری از فواصل شبکه های LAN بزرگتر است و چنین شبکه هایی دارای فواصلی در حدود ابعاد شهری هستند. شبکه های MAN معمولاً از ترکیب و ادغام دو یا چند شبکه LAN به وجود می آیند. به عنوان مثال از شبکه های MAN موردی را در نظر بگیرید که شبکه های LAN یک شهر را از دفتر مرکزی در شهر A به دفتر نمایندگی این شرکت در شهر B متصل می سازد.

در نوع سوم شبکه های کامپیوتری موسوم به WAN یا (Wide Area Network) یا شبکه های گسترده، فواصل از انواع دیگر شبکه بیشتر بوده و به فاصله هایی در حدود ابعاد کشوری یا قاره ای بالغ می شود. شبکه های WAN از ترکیب چندین شبکه LAN یا MAN ایجاد می گردند. شبکه اتصال دهنده دفاتر هواپیمایی یک شرکت در شهرهای مختلف چند کشور، یک یک شبکه WAN است.

تقسیم بندی براساس گره (Node):