شبکه های کامپیوتری

کل جزوه شبکه های کامپیوتری

شبکه ی کامپیوتری (Network) چیست؟

به ارتباط حداقل دو ماشین (کامپیوتر) مستقل که توسط یک رسانه انتقال (Media) با یکدیگر متصل بوده و به تبادل اطلاعات می پردازند گفته می شود.

رسانه انتقال از قبیل: کابل - امواج - نور و ...

 

اینترنت: شبکه ای از شبکه ها

 

سیستم توزیع شده:

مجموعه ای از چندین کامپیوتر مستقل که کاربر آن را به صورت یک سیستم واحد و متجانس می بیند. در این سیستم ها معمولاً یک لایه ی نرم افزاری به نام میان افزار (Middleware) روی سیستم عامل قرار دارد که مدل مورد نظر را پیاده سازی می کند. وب (www) یک سیستم توزیع شده است که در آن همه چیز از دید کاربر یک سند یا صفحه وب به نظر می رسد. در حقیقت سیستم توزیع شده نرم افزاری است که روی شبکه کار می کند.

 

کاربردهای شبکه های کامپیوتری

1) کاربردهای تجاری

2) کاربردهای خانگی

3) کاربردهای سیار

4) تبعات اجتماعی استفاده از شبکه

 

بررسی طبقه بندی شبکه

1) سخت افزاری

1/1) طبقه بندی شبکه از نظر تکنولوژی انتقال

1/1/1) شبکه های نقطه به نقطه (Point-to-Point)

1/1/2) شبکه های پخشی

1/1/2/1) چند پخشی Multicast

1/1/2/2) همه پخشی Broadcast

1/2) طبقه بندی شبکه از نظر اندازه

2) نرم افزاری

 

شبکه های نقطه به نقطه (Point -to-Point)

بین تک تک کامپیوترها مسیرهای مستقلی وجود دارد. وقتی یک بسته بخواهد از کامپیوتری به کامپیوتر دیگر برود ممکن است سر راه خود از چندین ماشین میانی عبوذ کند، در ضمن ممکن است بین دو کامپیوتر مسیرهای متعددی وجود داشته باشد که هر کدام دارای یک طول مسیر می باشند. یافتن بهترین مسیر مهمترین مسئله در این نوع شبکه ها می باشد. به این نوع شبکه ها گاهی اوقات تک پخشی (Unicasting) نیز گفته می شود.

 

شبکه های پخشی (Broadcast)

این شبکه ها دارای یک کانال مخابراتی بین همه ی کامپیوترها می باشند. در این شبکه ها هر یک از کامپیوترها پیام های خود را در غالب بسته های کوچک (Packet) مخابره می کنند. همه ی کامپیوترها این بسته ها را دریافت می کنند. در داخل هر یک از بسته ها یک آدرس گیرنده وجود دارد. هر یک از کامپیوترها آدرس موجود در بسته را با آدرس خود مقایسه می کند و اگر با هم برابر بودند آن بسته را پردازش می کند در غیر این صورت آن بسته را حذف می کند. مثل افرادی که در یک فرودگاه حضور دارند و فقط به شماره خود توجه دارند و یا مثل حضور و غیاب دانشجویان در کلاس که هر کدام از آنها فقط به نام خود توجه دارد.

شبکه های پخشی خود به دو دسته تقسیم می شوند:

1) شبکه های چند پخشی

2) شبکه های همه پخشی

 

نکته:

معمولاً شبکه های کوچک، متمرکز و محلی از نوع شبکه های پخشی و شبکه های بزرگ و گسترده از نوع شبکه های نقطه به نقطه می باشند.

 

 

طبقه بندی شبکه از نظر اندازه

PAN (Personal Area Network)

شبکه های شخصی و کوچک

LAN (Local Area Network)

شبکه های محلی در حد یک سازمان کوچک

MAN (MetroPolitan Area Network)

شبکه های شهری (خصوصاً شبکه های کابلی تلویزیونی)

WAN (Wide Area Network)

شبکه های گسترده در حد یک استان یا کمی بزرگتر

IntterNetwork

ترکیبی از چندین شبکه LAN و WAN

 

 

PAN:

شبکه ای که متعلق به یک فرد خاص می باشد. مانند ارتباط بی سیمی بین ماوس - کیبورد - چاپگر - PDA و کامپیوتر از این نوع می باشد. معمولاً ارتباط بین این تجهیزات به صورت بلوتوث است.

 

LAN:

شبکه ی محلی شبکه ی خصوصی واقع در یک ساختمان یا مجمع است و حداکثر ابعاد آن 2 کیلومتر می باشد. از این نوع شبکه معمولاً برای به اشتراک گذاشتن منابع و متصل نمودن کامپیوترهای یک شرکت با یکدیگر استفاده می شود.

سه ویژگی کلی برای شبکه های محلی وجود دارد:

1) اندازه ی شبکه:

بدلیل اینکه اندازه ی شبکه در شبکه های محلی محدود است، زمان انتقال سیگنا در آن پایین بوده و سرعت انتقال در شبکه بالاست و مدیریت این نوع شبکه ها هم آسان می باشد.

2) تکنولوژی انتقال اطلاعات:

در شبکه های محلی معمولاً رسانه ی انتقال (Media) کابل می باشد. سرعت انتشار نسبتاً بالا بوده و تأخیر انتشار در آن کم می باشد و همچنین خطا در آن بسیار اندک است.

3) توپولوژی (Topology):

معماری و نحوه اتصال کامپیوترهای شبکه به یکدیگر را توپولوژی یا همبندی گویند.

 نکته: در مکان های معمولی از کابل های UTP و در مکان هایی که کابل ها در مسیر برق و نویز قرار دارند از کابل های STP استاده می شود.

 

انواع توپولوژی شبکه:

1) ستاره ای (Star)

2) خطی (Bus)

3) حلقوی (Ring)

4) مش یا توری (Mesh)

5) درختی (Tree)

6) ترکیبی (Hybrid)

 

توپولوژی خطی (Bus)

در این نوع ارتباط در هر لحظه فقط یکی از کامپیوترها مجاز به استفاده از شبکه و ارسال اطلاعات بر روی آم می باشد و تمام کامپیوترهای دیگر بایستی در این مدت از ارسال هرگونه اطلاعات خودداری کنند. ارتباط بین کامپیوترها معمولاً از طریق کابل کواکسیال (Coaxial) برقرار می شود. در این شبکه ها باید مکانیزمی اتخاذ شود که اگر دو کامپیوتر به صورت همزمان اقدام به ارسال اطلاعات کنند، کانال را مدیریت کند. برای حل اختلاف می توان به 2 صورت (متمرکز «Centeralized» و غیر متمرکز یا توزیع شده «Distributed») اقدام نمود. یکی از مکانیزم های حل اختلاف در شبکه های پخشی Bus مکانیزم پروتکل Ethernet یا IEEE 802.3 می باشد که با کنترل غیرمتمرکز در سرعت های 10mbps تا 10GBps کار می کند. کامپیوترهای شبکه های Ethernet در هر لحظه می توانند اطلاعات خود را ارسال نمایند و اگر تصادمی رخ دهد، هر کدام از کامپیوترها به اندازه یک بازه زمانی متغیر که به صورت تصادفی انتخاب می شود صبر نموده و دوباره شروع به ارسال اطلاعات می نماید.

توپولوژی ستاره ای (Star)

 در این شبکه ها، کلیه ی کامپیوترها به یک کنترل کننده ی مرکزی به نام Hub یا Switch متصل شده اند. هرگاه کامپیوتری بخواهد به کامپیوتر دیگری اطلاعات ارسال نماید، ابتدا آن اطلاعات را به Hub یا Switch ارسال نموده، سپس از طریق نقطه ی مرکزی به سمت مقصد هدایت می شود.

نقطه ضعف این توپولوژی متکی بودن آن به نقطه ی مرکزی می باشد و با از کار افتادن Hub یا Switch کل شبکه ماهیت خود را از دست می دهد.

 

توپولوژی حلقوی (Ring)

این مدل شبکه برای اولین بار توسط شرکت IBM اختراع و مورد استفاده قرار گرفته شد و معمولاً آن را با نام IBM Token Ring با پروتکل IEEE 802.5 می شناسند.

در این مدل هر کامپیوتر فقط با کامپیوترهای کناری خود در ارتباط است. همه ی کامپیوترهای موجود در شبکه با هم یک حلقه به جود می آورند. اطلاعات در این شبکه با سرعت زیاد 4mbps تا 16mbps در حال گردش می باشد. هر کامپیوتر می تواند اطلاعات خود را در داخل این شبکه وارد نماید اما احتمال به وجود آمدن Collision (تصادم یا برخورد) وجود دارد، که الگوریتم ها یا مکانیزم های مختلفی برای حل اختلاف بین کامپیوترها وجود دارد. یکی از مکانیزم های حل اختلاف مکانیزم Ethernet  802.5 می باشد. روش کار بدین صورت است که یک  Token با سرعت زیاد به صورت ساعت گرد یا پاد ساعت گرد در داخل شبکه در حال چرخش می باشد. هر کامپیوتری که بخواهد داده ارسال نماید بایستی Token را در اختیار گرفته و شروع به ارسال اطلاعات نماید، سپس Token را آزاد می نماید تا کامپیوترهای دیگر بتوانند اطلاعات ارسال نمایند.

 

 توپولوژی توری (Mesh)

از این شبکه در جاهایی که نیاز به امنیت بالا و پابرجا بودن آن باشد استفاده می شود.

 

توپولوژی درختی (Tree)

این توپولوژی از یک یا پند Hub فعال یا تکرار کننده (Repeater) برای اتصال ایستگاهها به یکدیگر استفاده می کنند. وظیفه ی Hub دریافت اطلاعات از یک ایستگاه و تکرار و تقویت آن و سپس ارسال آن به ایستگاههای دیگر می باشد.

 

توپولوژی ترکیبی (Hybrid)

ای توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی های متفاوت که توسط یک کابل اصلی به نام Backbone به یکدیگر مرتبط شده اند. هر شبکه توسط یک پل ارتباطی به نام Bridge به Backbone متصل می شود.

 

 

نحوه اختصاص کانال در شبکه های پخشی

1) ایستا (Static)

2) پویا (Dynamic)

 

در روش Static زمان را به فواصل زمانی با اندازه های ثابت تقسیم می کنیم. به هر رایانه یک بازه زمانی اختصاص پیدا می کند که فقط در همان زمان اجازه ی ارسال داده دارد. مشکل این روش این است که ممکن است یک کامپیوتر در آن بازه ی مانی که به او اختصاص داده شده اطلاعاتی برای ارسال نداشته باشد و این باعث به هدر رفتن زمان می گردد. در این روش ممکن است پهنای باند کانال نیز به هدر رود.

در روش Dynamic هر کامپیوتر بسته به احتیاج خود تقاضای ارتباط داده و پس از در اختیار گرفتن کانال، شروع به ارسال اطلاعات می نماید. تخصیص کانال به صورت Dynamic خود نیز به 2 صورت انجام می پذیرد:

1) متمرکز: که توسط یک سیستم مرکزی انجام می شود.

2) غیر متمرکز (توزیع شده): که هر یک از سیستم ها با الگوریتم خاصی این کار را انجام می دهند.

 

شبکه های شهری (MAN)

شبکه ای است که یک شهر را تحت پوشش خود قرار داده و معمولاً برای اشتراک اینترنت که به صورت بی سیم انجام می شود و یا شبکه های تلویزیون های کابلی مورد استفاده قرار می گیرد.

 

شبکه های گسترده (WAN)

این نوع شبکه ناحیه ی جغرافیایی وسیعی در حد یک کشور یا قاره را در برگرفته و کامیوترهایی که در این شبکه وجود دارند Host یا میزبان نامیده می شوند و میزبان ها در هر نقطه ی جغرافیایی از این شبکه توسط زیر شبکه های مخابراتی به یکدیگر متصل می شوند. وظیفه ی زیر شبکه ی مخابراتی انتقال اطلاعات از یک میزبان به یک میزبان دیگر می باشد.

 

مدل های شبکه:

- نظیر به نظیر (همتا به همتا) ----- Peer-to-peer

- مبتنی بر سرویس دهنده ----- Server Based

- سرویس دهنده / سرویس گیرنده ----- Client-Server

 

شبکه های نظیر به نظیر (Peer-to-peer)

در این شبکه ها ایستگاه مخصوصی جهت نگهداری فایل های اشتراکی وجود ندارد. هر ایستگاه خاص هم می تواند به عنوان Server و هم به عنوان Client عمل کند. در این مدل هر کاربر مسئول مدیریت و ارتقاء نرم افزارهای ایستگاه خود می باشد. بدلیل عدم وجود سرور، این مدل برای شبکه های کمتر از 10 کامپیوتر کار می کند و در حقیقت برای تعداد بیشتر مدیریت مانال ارتباطی سخت می شود.

 

شبکه های مبتنی بر سرویس دهنده (Servsr Based)

در این مدل شبکه یک کامپیوتر خاص به عنوان سرور کلیه ی فایل ها و نرم افزارهای اشتراکی (به عنوان مثال: کامپایلرها - بانک های اطلاعاتی - واژه پردازها - سیستم عامل شبکه و ...) را در خود نگهداری می کند. کاربر می تواند به سرور دسترسی پیدا نموده و فایل های اشتراکی را از روی سرور به ایستگاه کاری خود منتقل نموده و از آنها استفاده نماید. برخی از این سرورها عبارتند از: MailServer - Print Server - Communication Server و ...

 

شبکه های سرویس دهنده/سرویس گیرنده (Client-Server)

در این مدل یک ایستگاه درخواست انجام کارش را به سرور ارائه می دهد و سرور پس از اجرای وظایف محوله نتایج حاصله را به ایستگاه درخواست کننده برمی گرداند. حجم اطلاعات مبادله شده در این مدل نسبت به مدل Server Based کمتر می باشد، به همین دلیل کارایی این مدل بیشتر است.

 

شبکه (Network)

یک شبکه سیستمی از اشیاء یا اشخاص متصل به یکدیگر برای عمل انتقال است.

 

سه مطلب اصلی درباره ی شبکه ها

1) مستقل بودن کامپیوترها

2) اجزاء کامپیوتر (اسکنرها - چاپگرها و ...)

3) هدف اصلی شبکه (اشتراک اطلاعات)

 

تقسیم بندی شبکه ها از نظر فاصله یا مسافت

1) Local Area Network

در شبکه ی LAN از سوئیچ استفاده می شود.

2) Wide Area Network

در شبکه WAN از روتر استفاده می شود.

3) Personal Area Network

شبکه PAN شامل بلوتوث و شبکه های شخصی است.

4) MetroPolitan Area Network

شبکه PAN شامل شبکه های شهری مس شود.

5) Global Area Network

شبکه GAN با اتصال چندین شبکه WAN به هم تشکیل می شود.

 

اهداف و مزیت های شبکه های کامپیوتری

1) سهولت انتقال داده ها

2) اشتراک منابع

3) صرفه جویی در هزینه ها

4) افزایش قابلیت اطمینان

5) افزایش سرعت

6) جنبه های سرگرمی و آموزشی

 

اجزای سیستم انتقال

1) پیغام (دیتا یا اطلاعات)

2) فرستنده

3) گیرنده

4) رسانه انتقال

5) پروتکل

 

پروتکل:

مجموعه قواعد و قوانینی است که قالب و چگونگی انتقال داده را مشخص می کند.

 

لایه های شبکه:

به منظور تفکیک وظایف و عملیات لازم برای انتقال داده تعدادی لایه در یک سیستم شبکه تعریف می شوند که هر لایه وظیفه ی خاصی را برای انتقال داده بر عهده دارد و مجموعه ی لایه ها با کمک یکدیگر عمل انتقال داده به صورت صحیح را تضمین می کننند.

 

معماری شبکه:

به مجموعه ی لایه ها و پروتکل های پیاده سازی شده در هر لایه معماری شبکه گویند.

 

انواع لایه ها در مدل OSI

لایه هفتم: کاربرد (Application)

نزدیک ترین لایه به کاربر لایه ی کاربرد است و این لایه سرویس های شبکه ای لازم را برای برنامه های کاربردی برای کاربران فراهم می کند. (برنامه های مرورگر وب - پست الکترونیک - انتقال فایل و telnet ، در این لایه قرار دارند.)

 

لایه ششم: ارائه (Prsentation)

تبدیل کدهای مختلف داده ی دریافتی گیرنده (مانند: تبدیل کد Ascii به EBcID) - رمزگذاری داده در سمت فرستنده و رمزگشایی آن در سمت گیرنده - فشرده سازی داده و از حالت فشرده خارج کردن ، از وظایف این لایه است. به عبارت صحیح این لایه وظیفه دارد اطلاعاتی را که لایه ی بالاتر یعنی لایه ی کاربردی یک سیستم ارسال می کند برای لایه ی کاربردی سیستم گیرنده قابل فهم نماید.

 

لایه پنجم: جلسه (Session)

ایجاد، مدیریت و اتمام جلسات بین دو کامپیوتر - تصدیق هویت فرستنده ی اطلاعات - اعتبار سنجی پیغام ها - همزمان سازی تبادل داده بین فرستنده و گیرنده

 

لایه چهارم: انتقال (Transport)

ارائه ی سرویس برای تحویل داده به صورت مطمئن همراه با کشف خطای انتقال - کنترل جریان داده - ایجاد، نگهداری و حذف مدار مجازی برای انتقال داده - شکستن و قطعه قطعه کردن اطلاعات و شماره گذاری آنها برای اینکه قطعه ای گم نشود یا دوباره دریافت نشود - ارائه ی کیفیت سرویس (Quality of Service یا Qos)

لایه سوم: شبکه (Network)

آدرس دهی منطقی (قرار دادن آدرس IP) - کنترل ازدحام و ترافیک داده - مسیریابی بین کامپیوترهای فرستنده و گیرنده درون شبکه - تحویل داده به گییرنده به صورت نامطمئن از وظایف این لایه است.

 

لایه دوم: پیوند داده (Data Link)

وظیفه ی این لایه آدرس دهی فیزیکی (قرار دادن آدرس MAC) تعیین نحوه ی دسترسی به رسانه ی انتقال و مدیریت کانال است. در واقع این لایه کنترل کننده ی لایه ی فیزیکی است و برای لایه ی فیزیکی مشخص می کند که چه کاری را باید انجام دهد.

 

لایه اول: فیزیکی (Physical)

وظیفه ی این لایه مبادله ی داده به صورت تعدادی bit بر روی رسانه ی انتقال بدون توجه به نوع و محتوای داده است. مشخصات لایه ی فیزیکی بین کامپیوترها نظیر مشخصات فیزیکی - نوع سیگنال های انتقال و نیز نوع رسانه ی انتقال در این لایه بیان می شود. این لایه صرفاً سخت افزاری می باشد.

 

تجهیزات شبکه:

1) تکرار کننده (Repeater)

2) هاب (Hub)

3) پل (Bridge)

4) سوئیچ (Switch)

5) مسیریاب (Router)

 

تکرار کننده: (Repeater)

پدیده ی تضعیف یکی از مشکلات مشترک رسانه های انتقال است و هر رسانه ی انتقال در یک حداکثر فاصله ای می تواند داده ی مطمئن را انتقال دهد. دلیل استفاده از تکرارگر (تکرار کننده) افزایش حداکثر فاصله برای انتقال داده توسط رسانه ی انتقال است. یک تکرارگر دستگاهی است که سیگنال دریافتی از یک Port را قبل از اینکه تضعیف شود و بدون تغییر آن سیگنال را بر روی port دیگر تکرار می کند.

حتی اگر سیگنال داده خراب شده باشد تکرارگر هیچ فیلتری بر روی داده انجام نمی دهد و بدون اینکه متوجه خراب شدن داده شود تمام ترافیک دریافتی را انتقال می دهد.

 

مدل OSI

مدل OSI یک معماری شبکه نیست، زیرا پروتکل های آن پیاده سازی نشده اند. در مدل OSI هر لایه به لایه بالاتر خود سرویس می دهد و  از لایه پائین تر سرویس می گیرد و هر لایه جزئیات و اتفاقات لایه پائین تر را از دید لایه بالاتر مخفی نگه می دارد.

 

 

 

برای انتقال داده از سمت فرستنده به سمت گیرنده هر لایه، داده را از لایه بالاتر تحویل گرفته و به ابتدای آن سرفصل یا هدر (Header) و یا درصورت نیاز به انتهای آن دنباله اضافه می کند و به لایه پائین تر تحویل می دهد.

پس از انتقال داده و دریافت آن توسط لایه فیزیکی گیرنده، هر لایه وظیفه دارد با بررسی سرفصل یا دنباله لایه نظیر آنها را حذف کرده و به لایه بالاتر تحویل دهد تا در نهایت داده اصلی فرستاده شده از لایه کاربردی فرستنده به لایه کاربردی گیرنده تحویل داده شود.

در هنگام انتقال داده بین هر دو لایه متناظر مدل OSI یک ارتباط نظیر به نظیر ایجاد می شود. ارتباط در لایه فیزیکی فرستنده به صورت واقعی و در دیگر لایه با ارتباط لایه ها مجازی است.

 

معایب مدل OSI:

1) لایه ها با هم یکسان نیستند.

لایه 5 و 6 خالی ولی لایه 3 و 4 شامل چندین لایه است.

2) مدل 7 لایه ای با خدمات و پروتکل های آن خیلی پیچیده و پیاده سازی آن خیلی مشکل است.

3) آدرس دهی و کنترل خطا بارها در لایه ها تکرار می شود.

 

لایه های مدل مرجع TCP/IP

این مدل مرجع دارای چهار لایه است و به عنوان استاندارد باز در اینترنت مورد استفاده قرار می گیرد. 

 

4) لایه کاربرد (Application)

لایه کاربرد در بالای لایه انتقال قرار دادر و شامل تمام قراردادهای لایه بالاتر می باشد. مدل های اولیه شامل پایانه مجازی (Telnet=ارتباط از راه دور) و انتقال فایل (FTP) و پست الکترونیکی (SMTP) بوده اند.

 

3) لایه انتقال (Transport)

این لایه شامل 2 قرارداد به شرح ذیل است.

 

--- پروتکل کنترل انتقال (TCP)

پروتکل قابل اعتماد و اتصالگرایی است که اجازه می دهد رشته ای از بیت هایی که از یک ماشین شروع به حرکت می کند بدون خطا به ماشین دیگری در لایه اینترنت تحویل داده شوند.

 

--- پروتکل داده گرام کاربر (UDP)

 یک پروتکل غیزقابل اعتماد و بی اتصال برای کاربردهایی که در آن تحویل سریع مهمتر از تحویل صحیح می باشد، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این پروتکل موارد تحویل دادن - نگهداری ترتیب - حفاظت در مقابل تکرار را تضمین می کند.

 

2) لایه اینترنت (Internet)

وظیفه اصلی این لایه دریافت داده از لایه بالاتر و درصورت نیاز شکستن آن به اندازه های کوچکتر، فرستاندن آنها به لایه شکه و اطمینان حاصل کردن از اینکه داده ها به طور صحیح به طرف مقابل می رسد. (سوئیچینگگ بسته - مسریابی)

 

1) لایه شبکه (Network)

فقط بیان می کند که میزبان با استفاده از بعضی از قراردادها به شبکه متصل شود. بنابراین می تواند بسته های IP را از طریق آن ارسال کند. این قرارداد از میزبان به میزبان تعریف شده است.

 

پروتکل های داده های مختلف در مدل TCP/IP

Application==> FTP -- HTTP -- SMTP -- DNS -- TFTP -- Telnet

Transport ==> TCP (پروتکل کنترل انتقال --- تحویل مطمئن) ---- UDP (در این پروتکل تحویل سریع مهمتر از تحویل مطمئن است --- تحویل ناممطمئن)

Internet ==> IP --- ARP --- ICMP --- IGMP

Host-to-Network ==> LAN --- WAN

---

مدل: مجموعه ای از لایه ها - واسطه ها - مشخصه های پروتکل

معماری: مجموعه ای از لایه ها و پروتکل های پیاده سازی شده در هر لایه

---

 

 مقایسه مدل های مرجه OSI و TCP/IP

 

--- مدل OSI هر دو ارتباط اتصالگرا و بی اتصال را در لایه شبکه و فقط اتصالگرا را در لایه انتقال پشتیبانی می کند.

--- مدل TCP/IP در لایه شبکه فقط از ارتباط بی اتصال و از هر دو ارتباط در لایه انتقال پشتیبانی می کند.

 

ادامه تجهیزات شبکه:

--- هاب (HUB)

 هاب ها در واقع همان تکرارکننده ها هستند با تعداد پورت های بیشتر. عملکرد تکرارکننده ها از پورت ورودی سیگنال را دریافت می کردند و پس از تقویت آن سیگنال را بر روی پورت خروجی می فرستادند. اما هاب ها شامل تعداد زیادی پورت هستند که سیگنال دریافتی از یک پورت را بر روی تمام پورت ها می فرستند.

هاب مانند تکرارکننده بر روی لایه فیزیکی کار می کند.

 

--- پل (Bridg)

مشکل اصلی هاب این بود که با افزایش ماشین های میزبان متصل به آن ازدحام و تصادم نیز افزایش پیدا می کند. یعنی تام ماشین ها در یک حوزه تصادم قرار می گرفتند. پل ها یک حوزه تصادم را به دو حوزه تصادم افزایش دادند که باعث کاهش کلی تصادم در شبکه می شد. پل ها دارای یک پورت ورودی و یک پورت خروجی هستند که هر کدام از این پورت ها در یک حوزه تصادم قرار دارند.

 

--- سوئیچ (Switch)

عملکرد سوئیچ ها مانند پل ها است. با این تفاوت که پل ها ۲ پورت ورودی و خروجی داشتند اما سوئیچ ها تعداد پورت های زیادی دارند. بنابراین به ازای هز پورت یک حوزه تصادم دارند. سوئیچ ها از آدرس فیزیکی برای شناسایی ماشین های میزبان متصل به خود استفاده می کنند. به این صورت که در ابتدا فریم هایی را بر روی تمام پورت های خود ارسال می کند و از این طریق آدرس فیزیکی ماشین های متصل به خود را بدست می آورد و آنها را در جدولی به نام جدول سوئیچینگ یا MAC Table ذخیره می کند. از این پس سوئیچ از آدرس های فیزیکی این جدول برای هدایت فریم های داده به مقصد مورد نظر استفاده می کند.

سوئیچ در لایه ۲ مدل OSI کار می کند.

 

---روتر (Router)

 عملکرد مسیریاب ها به طور کلی متفاوت از سوئیچ ها می باشد. مسیریاب برای ارتباط 2 شبکه مجزا به هم استفاده می شود و در لایه ۳ مدل OSI کار می کند.

مسیریاب ها برای هدایت بسته ها از آدرس منطقی به نام آدرس IP استفاده می کنند. مسیریاب ها مانند سوئیچ ها در ابتدا با ارسال یک سری بسته های خاص به تمام ماشین های متصل به خود آدرس های IP آنها را بدست آورده و آنها را در جدولی به نام جدول مسریابی ذخیره می کنند و در آینده از این جدول برای مسیریابی و هدایت بسته ها استفاده می کنند. مسیریاب ها به ازای هر پورت یک حوزه تصادم و یک حوزه پخش فراگیر دارند.

 

پروتکل IP

Internet Protocol

این پروتکل مسئولیت آدرس دهی و مسیریابی بسته ها (Packet) بر روی کامپیوتر را بر عهده دارد. خطاهایی مانند از دست رفتن بسته ها - دریافت منظم بسته ها یا تأخیر بسته ها را تخریب نمی کند.

 

پروتکل ARP

Address Resoulation Protocol

ارتباط بین آدرس منطقی (IP) و آدرس فیزیکی (MAC) را برقرار می کند.

 

پروتکل ICMP

Internet Control Message Protocol

این پروتکل ارتباط محسوسی بین کامپیوتر بوجود می آورد و کامپیوتر را قادر می سازد تا اطلاعات مربوط به خود و قطعه ها را رد و بدل کند. برنامه Ping از این پروتکل استفاده می کند.

 

پروتکل IGMP

Internet Group Managment Protocol

امکان چند پخشی (Multicasting) که نمونه ای از همه پخشی (Broadcast) می باشد در برقراری ارتباط و مدیریت اطلاعات بین تمام گروههای موجود در یک گروه IP Multicast

 

ارتباط بین کامپیوترها به یکی از چهار صورت زیر است:

--- همه پخشی (Broadcast)

اگر یک کامپیوتر بخواهد بسته ای به تمام کامپیوترهای موجود در شبکه ارسال کند آدرس آن کامپیوتر را Broadcast می کند.

--- چند پخشی (Multicast)

در این روش مقصد گروهی از کامپیوترهاست.

--- تک پخشی (Unicast)

در این روش بسته ها دارای یک آدرس معلوم هستند و فقط کامپیوتر مقصد وظیفه بررسی بسته (packet) مورد نظر را خواهد داشت.

--- Anycast

مانند Multicast است. با این تفاوت که در صورت یافتن اولین کامپیوتر مابق آدرس ها را صدا نمی زند.

 

آدرس دهی در لایه های شبکه

آدرس MAC

آدرس MAC به صورت مسطح (Flat) است و می توان نام و نام خانوادگی را برای یک شخص به عنوان آدرس MAC در نظر گرفت.

 

آدرس IP

آدرس های IP به صورت سلسله مراتبی (Hierachical) هستند که یافتن آنها را در شبکه بسیار ساده می کند. بنابراین عمل مسیریابی و هدایت صحیح داده در شبکه از مبدأ به مقصد با توجه به آدرس سلسله مراتبی ساده می شود. سیستم شماره گذاری تلفن شهری مثالی از یک آدرس سلسله مراتبی است.

آدرس IP یک عدد 32 بیتی منحصر به فرد  جهانی است که به هر کامپیوتر یا مسیریاب متصل به اینترنت نسبت داده می شود.

 

 

تبدیل IP به باینری

 

NetID:

کامپیوترهای موجود در یک شبکه NetID یکسانی دارند. هر تعداد کامپیوتری که NetID یکسانی داشته باشند یک زیر شبکه (Subnet) را تشکیل می دهند.

 

HostID:

درصورتی که HostID چند کامپیوتر مشابه باشد در شبکه تداخل (IP Conflif) رخ خواهد داد.

--- بیت های این بخش همه یک نباید باشد. چون Briadcast خواهد شد.

--- بیت های این بخش همه صفر نباید باشد. چون در این صورت فقط آدرس NetID خواهد ماند.

 

انواع IP

--- معتبر (Valid) یا عمومی (Public)

این آدرس ها در اینترنت اعتبار دارند.

--- نامعتبر (InValid) یا خصوصی (Private)

این آدرس ها در اینترنت اعتبار نداشته و مربوط به شکه های LAN می باشند.

 

Network Address Translation

 

کلاس بندی در IP v.4

 

Subnet Mask

پارامتری است که از آن برای انجام عملیاتی نظیر زیر شبکه سازی (Subneting) و فوق شبکه سازی (Superneting) استفاده می شود.

 

آدرس های Loopback

تمام IP Addressهایی که عدد اول آنها 127 است به عنوان آدس های Loopback برای آزمایش TCP/IP کنار گذاشته می شوند و نمی توان آنها را برای کامپیوتری اختصاص داد. مشهورترین آدرس Loopback آدرس 127.0.0.1 می باشد و بای آزمایش پروتکل TCP/IP این آدرس را Ping می کنند.

 

آدرس های خصوصی

محدوده IP Addressهای خصوصی در شبکه های LAN

این آدرس ها در اینترنت شناسایی نمی شوند.

 

 

داده های آنالوگ و دیجیتال (Analog & Digital)

 

به داده های رقمی که توسط اعداد گسسته قابل نمایش باشند سیگنال دیجیتال و به داده های قیاسی که توسط کمیت های متغیر پیوسته نمایش داده می شود سیگنال آنالوگ گفته می شود.

روش های انتقال اطلاعات

1) سری (سریال) یا پشت سر هم (Serial)

در این روش اطلاعات در کانال پشت سر هم و به صورت Bit به Bit ارسال و دریافت می شود. بنابراین در هر لحظه فقط یک Bit در کانال رد و بدل می شود. به همین دلیل این روش برای انتقال اطلاعات پرحجم بسیار کند است.

2) موازی یا همزمان (Parallel)

در این روش همزمان چند Bit اطلاعات از مبدأ به سوی مقصد ارسال می شود. مثلاً اگر در هر لحظه هشت Bit (یک بایت) اطلاعات ارسال شود. پس باید هشت کانال بین مبدأ و مقصد برقرار باشد. بنابراین سرعت انتقال اطلاعات در روش موازی بسیار بیشتر از روش سری است.

 

حالت های مختلف ارسال اطلاعات

1) حالت یک طرفه (Simplex)

در این حالت انتقال اطلاعات به صورت یکطرفه انجام می گیرد. دستگاههایی با حالت Simplex فقط می توانند اطلاعات را ارسال یا دریافت کنند. (مانند رادیو)

 

2) حالت دوطرفه غیر همزمان (Half-Duplex)

در این حالت ارسال و دریافت اطلاعات توسط یک دستگاه انجام می گیرد امام در هر لحظه این دستگاه فقط فرستنده یا فقط گیرنده اطلاعات است. (مانند بی سیم های Walky Talky)

 

3) حالت دو طرفه همزمان (Full-Duplex)

در این حالت ارسال و دریافت همزمان اطلاعات توسط یک دستگاه انجام می گیرد. (مانند سیستم تلفن)

 

انواع روش های سوئیچینگ

1) سوئیچینگ مداری: (Circuit Switching)

همیشه به صورت موقتی یا Temporary مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً به عنوان سرویس های Backup یا پشتیبان مورد استفاده قرار می گیرند. ساختار کاری سرویس همانند خطوط تلفن است. شما ابتدا یک ارتباط را برقرار می کنید و سپس تا زمانیکه نیاز باشد این ارتباط متصل می ماند و سپس قطع می شود و این بدین معناست که سوئیچینگ مداری یک ارتباط دائمی به حساب نمی آید.

مانند شبکه های عمومی تلفن (ISDN , PSTN)

2) سوئیچینگ سلولی: (Cell Switching)

انتقال داده در قالب بسته هایی با اندازه ثابت به نام سلول

نصب و راه اندازی و رفع مشکل تجهیزات این سرویس بسیار گرانتر از دیگر سرویس ها است.

3) سوئیچینگ بسته ای: (Packet Switching)

ارسال داده ها در قالب Packetهایی که طول آنها می تواند متغیر باشد. همین متغیر بودن طول بسته های اطلاعاتی باعث می شود تا این نوع از سرویس ها برای انتقال داده ها در شبکه های WAN بسیار مناسب باشند.

مانند: X.25 , Frame Relay

 

فن آوری ارتباطات بی سیم

- شبکه های بی سیم شخصی (WPan)

- شبکه های بی سیم محلی (WLan)

- شبکه های بی سیم شهری (WMAn)

- شبکه های بی سیم گسترده (WWan)

 

شبکه های بی سیم شخصی (WPan)

- تک کاره سیار با برد حداکثر 10 متر (مانند بلوتوث و مادون فرمز)

- پهنای باند بین یک تا 3 مگابایت بر ثانیه

- برقراری ارتباط دستگاه به دستگاه در داخل محدوده کوچک

- استاندارد IEEE 802.15

 

شبکه ها بی سیم محلی (WLan)

- شبکه های چند منظوره با برد حداکثر 100 متر

- استاندارد wi_fi با پهنای باند 54 مگابایت بر ثانیه

- قابلیت اجرای اکثر WLanها روی یک استاندارد نظیر IEEE 802.11 یا wi_fi

 

وای فای (wi_fi) چیست؟

- برگرفته از عبارت Wireless Fidelity

- استفاده بر روی شبکه های WLan و محلی ساختمانی و سازمانی

- پهنای باند 54 مگابایت بر ثانیه

- عمل ارسال و دریافت بر روی فرکانس 2.4 گیگاهرتزی و یا 5 گیگاهرتزی

- بهره برداری از انواع مختلف تکنیک های کدگذاری برای افزایش نرخ سرعت تبادل داده ها

- قابلیت تغییر فرکانس جهت جلوگیری از ایجاد تداخل کار سیستم های مختلف wi_fi در نزدیکی

- فراهم کردن اینترنت یا اینترانت سریع از طریق Host Pot عمومی قرار داده شده در هتل ها

 

شبکه های بی سیم شهری (WMan)

- دارای محدوده جغرافیایی وسیع

- wi_max معروفترین فن آوری در این شبکه است

- دارای برد حداکثر 50 کیلومتر و پهنای باند 10 مگابایت بر ثانیه

- استاندارد IEEE 802.16

 

وای مکس (wi_max) چیست؟

- انتقال اطلاعات به صورت بی سیم در فواصل طولانی و با پهنای باند زیاد

- وای فای برای اتصال بی سیم در شبکه های محلی و شهری است.

 

شبکه های بی سیم گسترده (WWan)

- شبکه های دیجیتالی تلفن همراه و مدیریت توسط اپراتورهای تلفن همراه

- تحت چوشش قرار دادن محدوده گسترده جغرافیایی

- دارای نرخ انتقال داده با بیت نسبتاً پائین

- استاندارد (GSM) سامانه جهانی ارتباطات سیار

- دسترسی چندگانه تقسیم کد (CDMA) مورد استفاده در چین - آمریکای شمالی - ژاپن و کره