مختصری در مورد شبکه های کامپیوتری

انتقال اطلاعات معمولا از طریق دو سیستم زیر انجام می گیرد:

• 1-انتقال آنالوگ (Analog) یا پیوسته
  
• 2-انتقال دیجیتال (Digital) یا گسسته

شکل موج در آنالوگ مثلا بصورت یک تابع سینوسی است اما در سیستم دیجیتال بصورت پالس های 0 و 1 می باشد.

ماشین های مرتبط با داده ها را DTE (Data Terminal Equipment) گویند. مثلا ماشین های خود پرداز (ATM) یا یک پایانه فروش در یک فروشگاه (POS) یا یک PC موجود در منزل.

جهت انتقال اطلاعات به سه روش است:

• 1-یک طرفه (Simplex) یا همیشه فرستنده یا همیشه گیرنده مال رادیو و تلویزیون
  
• 2-دو طرفه ناقص (Half Duplex) که در این روش DTE ها هم می توانند بفرستند و هم رسیو کنند ولی نه همزمان مثل گیرنده های واکی تاکی (Walky Talky)
  
• 3-دو طرفه کامل (Full Duplex)که در هر لحظه می تواند هم دریافت و هم ارسال داشته باشد مثل تلفن

پهنای باند B.W. (Band Width) : به محدوده فرکانسی که امواج آنالوگ بدون هیچگونه افتی از سیستم مخابراتی منتقل می کردند گفته می شود.

فرکانس های خارج از محدوده پهنای باند انرژی شان محدود بوده و در واقع منتقل نمی شوند البته این از مشخصات کانال انتقال می تواند باشد و یا محدودیتی که عمدا اعمال می شود.

مثلا سیستمی که فقط اجازه عبور امواج آنالوگ با فرکانس 88 تا 108 مگا هرتز (محدوده امواج FM) را می دهد دارای پهنای باند 20 مگاهرتز است.

نویز (Noise) : به اختلال یا پارازیت در انتقال اطلاعات گویند.میزان بزرگی نویز در مقابل سیگنال داده ها با نسبت سیگنال به نویز (S/N) ارائه می شود که مثلا در مورد امواج TV هر چه این مقدار بیشتر باشد شفافیت تصویر بهتر می شود. نویز معمولا بوسیله میدان های مغناطیسی ناشی از وسایل دیگر در محیط کار و یا دستگاه هایی که دارای موتور الکتریکی و رله هستند تولید می گردد.

سرعت انتقال داده ها : سرعت انتقال داده ها در خط انتقال با تعداد بیت های عبوری در واحد زمان تعریف می گردد و واحد آن بیت در ثانیه (bps) می باشد.

مهمترین عوامل موثر در یک خط انتقال پهنای باند و میزان نویز است. حداکثر سرعت داده ها در یک خط انتقال از رابطه شانون بدست می آید:

H حداکثر تعداد بیت ها در ثانیه : B.W.Log(1+S/N) که البته لگاریتم در مبنای دو دویی می باشد

نقش مودم : از آنجا که اطلاعات می توانند از طریق خط تلفن بصورت آنالوگ منتقل شوند نیاز داریم در رایانه ها آنها را به سیگنال های دیجیتالی تبدیل کنیم. لذا در فرستنده (تبدیل دیجیتال به آنالوگ) نیاز به تجهیزات مودولاتور (Modulator) و در گیرنده (آنالوگ به دیجیتال) نیاز یه دمودولاتور (Demodulator) داریم که این کار را در رایانه مودم انجام می دهد.

انواع شبکه ها :

1-شبکه های محلی (LAN) : معمولا در ساختمان های اداری و سرعت انتقال داده ها زیاد 1Mbps تا 400Mbps

2-شبکه های گسترده (WAN) : شبکه های بین یک ناحیه وسیع جغرافیایی نظیر کشور قاره و سرعت انتقال کم 9600bps تا 2Mbps

3-شبکه های شهری (MAN) : مثلا دفاتر یک سازمان در نقاط مختلف یک شهر

گره یا Node : هر یک از رایانه های متصل به شبکه یک گره می باشند که یا سرویس دهنده (Server) است و یا سرویس گیرنده (Clinet) و یا یک ایستگاه کاری (Work Station) می باشد.

شبکه ها به دو نوع اصلی تقسیم می شوند :

1-نظیر به نظیر (Peer-to-Peer) یا گروه های کاری (Work group) که معمولا کمتر از 10 رایانه که هر کدام هم می تواند بصورت سرویس گیرنده و هم بصورت سرویس دهنده عمل کنند در سیستم عامل های Windows 9x و Windows XP نیز این امکان پیش بینی شده است.

2-بر اساس سرویس دهنده (Server – Based) که به مدل استاندارد در شبکه سازی تبدیل شده اند و به نسبت افزایش اندازه و ترافیک شبکه به بیش از یک سرویس دهنده در شبکه نیاز است : مثلا سرویس دهنده فایل (File Server) یا سرویس دهنده چاپ Print Server یا سرویس دهنده کاربردی Application Server یا سرویس دهنده پستی Mail Server

مزیت این شبکه ها در متمرکز بودن و امنیت بالای آن است همچنین امکان تهیه نسخه های پشتیبان و افزایش کاربران شبکه نیز به خوبی مهیاست.

سیستم عامل ها در این شبکه ها به نحوی طراحی می گردند که از حداکثر توانایی های سخت افزاری سرویس دهنده بهره برداری لازم انجام گیرد مثلا سیستم عامل های Windows NT Server , Novell Netware , Windows 2000 Server , Linux , Unix

البته برای کار آیی بهتر گاه از تلفیق دو شبکه فوق (شبکه های ترکیبی) استفاده می شود

توپولوژی های استاندارد شبکه : تمام طرح های شبکه از سه توپولوژی پایه زیر بدست می آیند :

1-خطی BUS

2-ستاره ای STAR

3-حلقوی RING

اگر رایانه ها در یک ردیف در طول کابل تکی (Segment) متصل باشند آن را “توپولوژی خطی” (BUS) می نامند.

چنانچه رایانه ها با کابل تکی از یک نقطه کانون (HUB) انشعاب یافته باشند آن را توپولوژی ستاره ای (STAR) می گویند

و بالاخره اگر رایانه ها طوری به کابل متصل باشند که یک حلقه را تشکیل دهند آن را توپولوژی حلقوی گویند.

اما اتصال اجزای شبکه به طور فیزیکی از طریق کابل صورت می گیرد. صرف نظر از اینکه شبکه از چه نوع رسانه ای (سیم یا بیسیم) استفاده می کند داده ها باید از رایانه ها وارد و از آن خارج شوند. این کار از طریق کارت شبکه (NIC) انجام می گیرد که رایانه را به کابل یا محیط بیسیم متصل می کند.

انواع کابل ها (گروه های عمده) :

·کابل هم محور یا کواکسیال (Coaxial) در دو نوع نازک (Thinnet) و ضخیم (Thicknet)

·زوج به هم تابیده شده (Twisted Pair یا TP) که خود شامل بدون حفاظ (UTP) و حفاظ دار (STP) تقسیم می شوند

·فیبر نوری (Fiber Optic)

کابل کواکسیال شامل مغزی ای است که سیگنال های الکترونیکی که داده ها را می سازند را جابجا می کنند. مغزی با یک حفاظ پوشانیده می شود تا از نویز و تداخل مقاوم باشد. کل کابل با پوششی از جنس تفلون یا پلاستیک پوشانده شده است. این کابل ها سیگنال ها را کمتر ضعیف می کنند. به نوع ضخیم این کابل گاهی اترنت (Ethernet) استاندارد گفته می شود.

نوع دوم نوع معمولی ( مثلا سیم های تلفن) و ارزان می باشد اما برای تداخل مستعد می باشد در حالیکه نوع اول مقاومت خوبی در مقابل تداخل دارد و فیبر نوری هم مستعد تداخل نمی باشد

کابل فیبر نوری : در این کابل سیگنال های داده ای دیجیتال به شکل پالس های نوری منتقل می شوند. این یک روش نسبتا مطمئن برای ارسال داده هاست. زیرا هیچ گونه سیگنال های الکتریکی در کابل فیبر نوری حمل نمی شوند.

فیبر های نوری شامل استوانه بسیار نازک شیشه ای به نام مغزی (Core) هستند. نور عبوری در فیبر از داخل مغزی می گذرد. این مغزی گاهی اوقات از پلاستیک ساخته می شود. نصب پلاستیک آسان است ولی نمی تواند امواج نوری را به دوری شیشه حمل کند.

مغزی بوسیله لایه متحد المرکز شیشه ای احاطه گردیده است (Cladding) این لایه مخصوص شکست نور در اطراف مغزی است که باعث انعکاس در درون هسته می شود تا امواج نوری در درون فیبر انتقال یابند.

برای افزایش حفاظت فیبر نوری در مقابل ضربه لایه ای پلاستیکی رشته های شیشه ای را احاطه می کند (coating). هر رشته شیشه ای سیگنال ها را فقط در یک جهت عبور می دهد به طوری که کابل شامل دو رشته در جلیقه های (coating) مجزا می باشد. یک رشته می قرستد و یکی دریافت می کند.

انتقالات کابل فیبر نوری مشکل تداخل الکتریکی و نویز ندارند و در هر محیطی می توانند بکار روند. به علت پهنای باند زیاد سرعت انتقال داده ها بسیار سریع است (انتقال فعلی تقریبا 100Mbps با سرعت های نمایشی تا بیشتر از 1Gbps). آنها می توانند یک سیگنال (امواج نوری) را کیلومتر ها حمل کنند.

اندازه فیبر ها معمولا با قطر مغزی پوشش شیشه ای و جلیقه فیبر بر حسب میکرون بیان می شود. مثلا فیبر 50/125/250 بیانگر فیبری با قطر مغزی 50 میکرون و قطر (cladding) 125 میکرون و قطر جلیقه (coating)250 میکرون است. (برگه کاغذ معمولی حدود 25 میکرون ضخامت دارد).

ویژگی های دیگر : قیمت این نوع کابل نسبت به دو نوع دیگر متوسط ارزیابی می شود. طول کابل Segment : 2Km (90 km) – سرعت انتقال : 100Mbps یا بیشتر (بیشتر از 1Gbps) – سهولت نصب : نصب دشوار (نیاز به متخصص و تجهیزات مخصوص دارد) – مستعد تداخل نمی باشد – از داده ها صوت و تصویر با ایمنی بالایی پشتیبانی می کند.

(دانشگاه ما هم در شبکه اینترانت خود از کابل فیبر نوری استفاده می کند)

بهر حال بسته به شرایط می توان از هر یک از سهنوع کابل فوق استفاده نمود

شبکه های محلی بدون سیم (Wireless LAN) :

فن آوری جدیدی در شبکه محلی است که از فرکانس رادیویی یا امواج مادون قرمز به عنوان سیگنال های ارتباطی و از هوا به عنوان رسانه انتقال استفاده می کند. برای پیاده سازی این شبکه هر ایستگاه دارای یک کارت شبکه بدون سیم (Wireless NIC) می باشد و می تواند با هر ایستگاه دیگری که در محدوده یکدیگر قرار گرفته باشند ارتباط برقرار نمایند. این ارتباط می تواند بصورت نقطه به نقطه توسط دو ایستگاه (Point-to-Point) و یا با پیکر بندی دیگری شامل وسیله ای به نام AP (Access Point) باشد.

مفهوم پروتکل های استاندارد شبکه :

سیستم عامل شبکه از مجموعه کاملی از روش ها و قوانین مشخصی برای انجام هر کار پیروی می کند. این روش ها را پروتکل (Protocol) یا قانون رفتاری گویند. پروتکل ها راهنمای هر فعالیت برای انجام موفقیت آمیز آن هستند.

برای امکان ارتباط سخت افزار ها و نرم افزار های تولید کنندگان مختلف به ایجاد پروتکل های استاندارد نیاز است. دو مجموعه اصلی استاندارد ها عبارتند از : مدل OSI (Open Systems Interconnection) و پروژه 802

مفهوم لایه ها :

برای کاهش پیچیدگی طراحی شبکه ها بصورت لایه ها یا سطوح سازمان دهی می شوند. برای برقراری ارتباط بین دو رایانه عملیات پیچیده ای بین آن دو انجام می گیرد. برای سهولت این عملیات به وظایف مجزایی تقسیم می گردد که هر لایه تعدادی از این وظایف را انجام می دهد. هرلایه بر روی لایه دیگر قرار می گیرد. تعداد لایه ها نام هر لایه و عملکرد هر لایه اساس تفاوت بین شبکه هاست.

مجموعه ای از لایه ها و قراردادها معماری شبکه نام دارد.

مدل OSI معماری است که ارتباطات شبکه ای را به هفت لایه تقسیم می کند : (به ترتیب از سطح پایین تا بالا) لایه های فیزیکی Physical– پیوند داده ها Data Link– شبکه Network– انتقال Transport– جلسه Session– نمایش Presentation- کاربردی Application

به استثنای پایین ترین لایه (فیزیکی) هیچ لایه ای نمی تواند اطلاعات را بطور مستقیم به لایه همانند خود در رایانه دیگر بدهد و لایه های دیگر باید اطلاعات را به لایه پایین تر بدهند تا سر انجام از پایین ترین لایه به رایانه دیگر منتقل شود و سپس از پایین ترین لایه آن رایانه به لایه بالایی مورد نظر آن برسد.

انواع پروتکل ها :

اول سه نکته را باید بگویم :

پروتکل های زیادی وجود دارند با وظایف مختلف.

برخی پروتکل ها در لایه های متفاوت OSI کار می کنند.

چندین پروتکل می توانند با هم کار کنند که به عنوان پشته (Stack) یا رشته پروتکل ها شناخته می شوند

انواع پروتکل ها :

پروتکل های کاربردی : مدیریت و دسترسی انتقال فایل FTAM – انتقال فایل FTP – انتقال پستی ساده SMTP – مدیریت شبکه ای ساده SNMP – اینترنت برای برقراری ارتباط با میزبان های دور و پردازش محلی داده ها Telnet و پروتکل هسته مرکزی Novell Netware (NCP)

پروتکل های انتقال : کنترل انتقال TCP ومبادلات ATP و بقیه مانند SPX – NwLink – NetBEUI

پروتکل های شبکه :پروتکل اینترنت IP – تبادل بین شبکه ای بسته ای IPX – حمل داده های Apple Talk (DDP) و بقیه مانند NwLink – NetBEUI

دسترسی به خط انتقال :

مجموعه قوانینی که تعریف می کنند چگونه داده ها را در کابل شبکه قرار می دهد و آنها را از کابل می گیرد “روش های دسترسی” نامیده می شود و جزو وظایف لایه پیوند داده های مدل OSI است.

روش های رایج برای دسترسی به خط انتقال عبارتند از :روش دسترسی چندگانه تشخیص حامل با تشخیص برخورد (CSMA/CD) و روش عبور نشانه (Token Pasing)

معماری شبکه :

معماری شبکه ترکیب پروتکل ها توپولوژی ها و استاندارد ها برای ایجاد یک شبکه عملیاتی است.

در انواع معماری شبکه ها چند استاندارد وجود دارد که فقط آنها را نام می بریم :

اترنت Ethernet توسط سه شرکت intel و DEC و Xerox ارائه شد. این طرح اساس مشخصه 802/3 انجمن IEEE (مهندسین برق الکترونیک آمریکا) می باشد و کابل مورد استفاده در این طرح اترنت می باشد.

استاندارد های IEEE مانند IEEE 10 Base 2 و 10 Base 5 و 10 base T و 10 base FL و 100base X

Token Ring که خود نسخه ای hc استاندارد 802/5 انجمن IEEE است که روش دسترسی به خط انتقال عبور نشانه است.

امنیت و کنترل شبکه :

پارامتر های امنیتی شبکه را مدیر شبکه (سوپر وایزر) یا راهبر شبکه(Administrator) اعمال می کند. بقیه کاربران می توانند در دسته هایی تقسیم شوند که هر گروه پرامتر های امنیتی بخصوصی را در ورود به شبکه و مجوز های دسترسی خواهند داشت.

امنیت در ورود به شبکه : امنیت کلمه عبور – محدودیت زمانی – محدودیت ایستگاه – محدودیت اتصال همزمان و تاریخ انقضا و …

مجوز های دسترسی : خواندن – خواندن و نوشتن – ایجاد و خواندن و نوشتن – جستجو کشو ها – پاک کردن فایل – تغییر دادن مشخصه و …

(مهندس نادری– کنفرانس IT ) شیوه های کنترل شبکه به چند گونه اند :

-Audit : بازرسی که شبکه هنگامی که بازرسی می شود همه چیزش درست و خوب کار می کند ولی ممکن است در لحظات دیگر اینطور نباشد

-Enforcement : که مشکلات امنیتی به محض وقوع تشخیص داده شده و تصحیح می شوند

-وجود بازرس الکترونیکی

موارد مهم در سازگاری امنیتی شبکه : اجازه های امنیتی – قابلیت اطمینان – بازرسی و ثبت همه دستیابی های مجاز و غیر مجاز – استاندارد ها و بروز آوری آنها

همچنین استفاده از Firewall و …..

سیستم عامل های شبکه :

نرم افزار سرویس دهنده قلب یک شبکه بر اساس سرویس دهنده است و خدمات لازم را برای انجام عملیات اساسی شبکه ارائه می دهد به عنوان مثال مدیریت حافظه و نوبت دهی کاربران برای انجام خدمات.

برای ایجاد نرم افزار سرویس دهنده دو راه وجود دارد : یا استفاده از سیستم عامل های چند کاره (multi tasking) و یا نرم افزار سرویس دهنده که بر روی سیستم عامل های چند کاره ای چون Unix و OS/2 نوشته می شود.

از سیستم عامل های شبکه می توان به novell Netware و Unix وWindows NT اشاره کرد.

نگاهی اجمالی به اینترنت :

اینترنت از پروژه وزارت آمریکا به نام شبکه آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته (آرپانت) به وجود آمده است.

وب جهانی (www یا World wide Web = تار عنکبوتی گسترده جهانی) شامل انواع مستندات متنی فوق متنی است که با استفاده از زبان HTML (Hyper Text Markup Language) نوشته شده است.

برای مرور صفحات وب نیاز به یک مرورگر (Browser) دارید که مهمترین آنها Internet explorer یا IE است که محصول مایکروسافت است و مرورگر عمومی است و Opera که از سرعت و امنیت نسبی خوبی برخوردار است (لینک دانلودش در سمت چپ وبلاگ آمده است و من خودم خیلی قبولش دارم) و Netscape و …