معرفی کامل شبکه و تقسیم‌بندی شبکه های کامپیوتری

در این محتوای به تعریف و بررسی شبکه می‌پردازیم و انواع شبکه در زمینه‌های مختلف و انواع تقسیم‌بندی شبکه را بررسی می‌کنیم. با دوربین 98 همراه باشید.

شبکه چیست؟

به بیانی ساده‌ یک شبکه کامپیوتری، شامل گروهی از سیستم‌های کامپیوتری و دیگر تجهیزات سخت افزاری و نرم افزاری مربوط به شبکه می‌باشد که از طریق کانال‌های ارتباطی به یکدیگر متصل می‌شوند تا ارتباطات و اشتراک‌گذاری منابع اطلاعاتی را در بین طیف وسیعی از کاربران ایجاد کنند

در برخی از تعاریف در پاسخ به اینکه شبکه چیست؟ اینگونه پاسخ داده شده است که «شبکه مجموعه‌ای از گره‌های پردازشگر دیتا که جهت ارتباطات دیتا به یکدیگر متصل شده باشند».

علت استفاده از واژه‌های «گره» و «پردازشگر دیتا» در پاسخ به شبکه چیست؟ آن است که در برخی از شبکه‌ها مانند شبکه اینترنت اشیا (IOT) و یا شبکه‌های هوش مصنوعی ما به جای استفاده از رایانه‌هایی که توسط انسان کنترل شوند از پردازشگرها و حسگرهای خودکار استفاده می‌کنیم. در این گونه شبکه‌ها که در مقاله‌های دیگر به آن خواهیم پرداخت، ما به ساختارهای جدیدی از شبکه روبرو می‌شویم که به شکل بسیار موثرتر و هوشمندانه نیازهای ما را بر طرف می‌کند.

شبکه‌ها در واقع با اهداف مختلفی ایجاد می‌شوند، همین موضوع باعث می شود که پاسخ شبکه چیست؟ هر بار بسیار متفاوت باشد.

 

اهداف ایجاد شبکه

شبکه اینترنت، شبکه‌های سازمانی، شبکه‌های اینترنت اشیا و حسگرها و دیگر شبکه‌ها هر کدام برای جوابگویی به نیازهایی به وجود آمده اند به همین خاطر پاسخ «شبکه چیست؟» می‌تواند به شکل‌های مختلفی باشد، و هر کدام نیز استانداردهای خاص خود را داشته باشند با این حال تمامی شبکه با توجه به اهداف و پاسخگویی به نیازهای زیر تشکیل شده‌اند:

• تسهیل ارتباطات

با استفاده از شبکه های کامپیوتری می‌توان به سرعت زیادی اطلاعات را تبادل کرد. از شبکه های کامپیوتری می‌توان برای مواردی مانند ایمیل، پیام رسانی، گفتگو، ارسال فیلم و تصویر، ایجاد ویدئو کنفرانس‌ها و انتقال فایل‌ها داده استفاده کرد. پس در پاسخ به «شبکه چیست؟» می‌توانیم بگوییم: شبکه بستر مناسبی برای تسهیل ارتباطات است.

• اشتراک‌گذاری سخت‌افزارها

در شبکه‌های رایانه ای این امکان وجود دارد که از یک سخت‌افزار به صورت مشترک در میان تمامی کاربران استفاده کرد. این کار سبب کاهش نیاز به استفاده از سخت‌افزارها و در نتیجه هزینه‌های سازمان‌ها می‌شود. همچنین اکنون امکاناتی نظیر پردازش‌های ابری به وجود آمده است که امکان استفاده از تجهیزات سخت‌افزاری مجازی را به کاربران می‌دهد اکنون پاسخ دیگری برای سوال «شبکه چیست؟» داریم و آن هم این است که شبکه یک سیستم اشتراک سخت‌افزار است.

• اشتراک‌گذاری پرونده‌ها و داده‌ها

یکی از محاسن شبکه آن است که می‌توان داده‌ها و پرونده‌ها و پایگاه‌های اطلاعاتی را به اشتراک گذاشت. این کار سبب کاهش فضای ذخیره‌سازی، تسریع کارها و بهتر شدن هماهنگی‌ها می‌شود. اکنون سیستم‌های پردازش ابری امکانات فوق‌العاده‌ای را برای ذخیره‌سازی فایل‌های بسیار بزرگ در اختیار ما قرار داده‌اند. در اینجا ما در پاسخ به این که «شبکه چیست؟» می‌توانیم بگوییم: شبکه یک سامانه اشتراک داده‌ها است.

• اشتراک‌گذاری نرم‌افزارها

یکی از نیازهای سازمان‌ها استفاده از نرم‌افزارهای مشابه است. برای همین شبکه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که همه کاربران بتوانند تنها به راحتی به انواع نرم‌افزارها دسترسی داشته باشند. اکنون بسیاری از شبکه‌های نرم‌افزاری، نرم‌افزارهای خود را تحت سرویس‌های ابری ارائه می‌کنند. پیشنهاد می‌کنیم که مقاله پردازش ابری که حتما به آن خواهیم پرداخت را به صورت کامل مطالعه کنید تا با قابلیت‌های این نرم‌افزارها آشنا شوید. در آخر باید گفت که اگر بخواهیم پاسخ مناسبی به پرسش «شبکه چیست؟» بدهیم باید بگوییم که شبکه سامانه‌ای است که به راحتی می‌توان از یک نرم‌افزار برای کاربران متعدد استفاده کرد.

 

 

اصطلاحات رایج شبکه های کامپیوتری

در ادامه به بررسی اصطلاحات و عبارات رایج در دنیای شبکه می‌پردازیم.

کلاینت چیست؟

کلاینت (Client)، به سیستمی گفته می‌شود که درخواست و تقاضایی دارد و این درخواست در سرور مجموعه، پردازش و ارسال می‌شود. برای مثال زمانی که شما با کامپیوتر خود به شبکه ای متصل هستید و از آن بهره می‌برید، سیستم شما نوعی کلاینت است.

سرور چیست؟

سرور (Server)، به کامپیوتر همیشه روشنی اطلاق می‌شود که توان سخت افزاری و نرم افزاری بالایی دارد و به عنوان کامپیوتر مرکزی، سرویس و خدماتی را به client‌ها ارائه می‌دهد. در شبکه های کلاینت سروری، هم کلاینت و هم سرور سیستم عامل مختص به خود را دارند، کامپیوترها علاوه بر اینکه به هم متصل هستند از همدیگر مستقلند یعنی اگر یک کامپیوتر یا دستگاه دیجیتالی که به شبکه متصل است، خاموش شود یا به هر دلیل از شبکه خارج شود، همچنان شبکه پابرجاست. اما اگر سرور از مدار خارج شود سرویس‌هایی که ارائه می‌دهد نیز از دسترس خارج می‌شوند و در روال کار شبکه اختلال ایجاد می‌کند. در آینده به مقاله ای راجب سرور‌ها و انواع آن خواهیم پرداخت.

هاست چیست؟

هاست – Host، هر دستگاه یا سیستمی که به شبکه متصل بوده و خدماتی ارائه می‌دهد و یا از خدمات و سرویس‌هایی در داخل شبکه استفاده می‌کند. با این تعریف هم کلاینت و هم سرور، Host محسوب می‌شوند.

 

 

تقسیم بندی شبکه به طور کلی

شبکه به طور کلی به دو بخش سخت افزار (Passive) و نرم افزار (Active) تقسیم می شود.

همچنین برخی از تجهیزات اکتیو نیز عبارتند از : سوییچ، هاب، روتر، فایروال و…

برخی از تجهیزات پسیو عبارتند از: انواع کابل، کانکتور، سوکت شبکه، رک و…

 

تقسیم‌بندی شبکه های کامپیوتری بر اساس نوع اتصال

شبکه ها را می توان بر اساس نوع اتصال دستگاه‌ها با همدیگر، تقسیم‌بندی کرد. برای مثال می‌توان شبکه‌های زیر را در نظر گرفت.

• فیبر نوری
• اترنت
• شبکه‌های محلی بی‌سیم
• ارتباط خط نیرو

در فناوری اترنت با استفاده از سیم‌کشی‌های مسی تمامی رایانه‌ها و سرورها به همدیگر متصل می‌شوند.در این نوع از اتصال‌ها بهره‌گیری از هاب‌ها، سوئیچ‌ها، روتر‌ها و مسیرها جزئی از روش‌های مرسوم قلمداد می‌شوند.

فناوری بی‌سیم، به جای کابل‌ها از امواج مغناطیسی یا نوری بهره می‌برند. در این شیوه هیچ ارتباط فیزیکی بین دستگاه‌ها وجود ندارد و دستگاه‌ها صرفا با استفاده از فرستادن و دریافت امواج نوری و یا مغناطیسی با همدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.

فناوری دیگری به نام ITU-Y G.hn نیز وجود دارد که در آن از سیم کشی برق در منازل استفاده می‌کند در این شیوه از کابل‌های هم محور، خطوط تلفن و خطوط برق امکان انتقال تا یک گیگابیت بر ثانیه را ایجاد می‌شود.

 

تقسیم‌بندی شبکه بر اساس تکنولوژی سیم کشی

نوع کابل شبکه به کار رفته در یک شبکه می‌تواند به عنوان معیاری برای تقسیم‌بندی شبکه باشد. در زیر به انواع این تقسیم‌بندی‌ها می‌پردازیم.

• زوج‌های به هم تابیده 

  در این حالت از کابل‌های مسی به هم تابیده استفاده می‌شود. در اینجا در میان دو کابل از یک پوشش عایق استفاده شده است. از کابل های تابیده شده برای انتقال دادن صدا و داده‌ها استفاده می‌شود. با این کار می‌توان دامنه ارتباطی از 2 میلیون تا 100 میلیون بیت بر ثانیه را ایجاد کرد. با این حال ممکن است مشکلاتی مانند نویز و یا داغ شدن کابل‌ها به وجود آید. عایق‌هایی که در این نوع از کابل‌ها به کار می‌رود هم باید نسبت به رسانایی جریان الکتریکی مقاوم باشند و هم تا حد زیادی از ایجاد نویز در کابل‌های مجاور هم جلوگیری کنند. در این نوع از کابل‌ها، مس، نقره، آلومینیوم و سایر عناصری که رسانایی خوبی دارند به کار گرفته می‌شوند.

• کابل‌های هم محور

  کابل‌های هم‌محور هم به طور گسترده‌ای در سیستم‌های تلویزیونی، اداری، و دیگر موارد برای شبکه‌های محلی استفاده می‌شوند. این کابل‌ها از رسانای داخلی قوی و یک پوشش منعطف استفاده می‌کنند.  این کابل‌ها نسبت به زوج‌های به هم تابیده نازک‌تر هستند و سرعت انتقال داده ها در آن ها بیشتر است. دامنه انتقال داده در این کابل ها بین 200 تا 500 میلیون بیت در هر ثانیه است.

 

• فیبر نوری

  همانطور که از نام این فیبرها پیداست، در اینجا به جای انتقال الکترون‌ها از فوتون‌های نور استفاده می‌شود. ناگفته پیداست که به خاطر حذف جریان الکتریکی و جایگزین کردن آن با نور سرعت فوق‌العاده بالاتری در اختیار ما قرار می‌گیرد. اکنون می‌توان با استفاده از فیبرهای نوری داده‌ها را با سرعت خارق‌العاده به دور ترین فاصله‌ها فرستاد. یکی از مزایای انتقال داده با استفاده از فناوری فیبر نوری این است که این کابل‌ها دارای هیچ نویزی نیستند. پهنای باند در کابل های فیبر نوری بسیار بالاست و می‌توان از یک فیبر نوری برای ارتباطات بیش از چندین دستگاه به همدیگر استفاده کرد. امکان انتقال چند تریلیون بیت بر ثانیه در کابل‌های فیبر نوری وجود دارد.

 

 

تقسیم‌بندی شبکه بر اساس فناوری های بی سیم

فناوری‌های بی‌سیم اکنون جای خود را به سرعت میان کاربران و متخصصان شبکه باز کرده‌اند. نیاز کمتر به سیم کشی، راحتی پیاده‌سازی و انعطاف‌پذیری فیزیکی بالا از جمله مهمترین مواردی است که کارشناسان و کاربران به سمت استفاده از این نوع فناوری می‌کشد. برای ارتباطات شبکه‌ای چند فناوری بی سیم ابداع شده است که در ادامه به معرفی و بررسی آنها می‌پردازیم.

• ریزموج‌های‌زمینی (مایکروویو)

  در این فناوری از ریزموج‌های زمینی فرستنده و گیرنده استفاده می‌کنند. تجهیزات این فناوری بیشتر به دیش‌های ماهواره‌ای شبیه است. دامنه امواجی که در این سیستم به کار گرفته می‌شود از نوع موج کوتاه است و فرکانس نوسانات آن نیز به چند گیگاهرتز در ثانیه می‌رسد. این کار سبب می‌شود که تمام ارتباطات به صورت خطی و محدود باشند. با استفاده از این روش می‌توان تا حدود 45 کیلومتر پوشش شبکه ایجاد کرد. اغلب آنتن‌ها بر بالای کوه و یا ساختمان‌های بلند و گاها روی برج‌های آنتن نصب می‌شوند.

• ماهواره‌ها

  این شیوه بیشتر در ارتباط دور برد استفاده می‌شوند. در ماهواره‌ها از امواجی استفاده می‌شود که با برخورد به انواع لایه‌های جوی منحرف نمی‌شوند. ماهواره معمولا در ارتفاع 30 هزار کیلومتری از سطح زمین و بیشتر اوقات در بالای خط استوا قرار گرفته‌اند و ماهواره‌ها این امکان را در اختیار ما قرار می‌دهند که بتوانیم اطلاعات را با قدرت و در حجم زیاد به اقصا نقاط دنیا ارسال کنیم. اما استفاده از آن ارزان نیست.

 

• تلفن‌های همراه

  تلفن‌های همراه هم نمونه رایج دیگری است که در آن از چندین فناوری رادیویی و ارسال امواج استفاده شده است. در این سیستم ابتدا تقسیم‌بندی‌های جغرافیایی صورت می‌گیرد و هر منطقه دارای آنتن فرستنده کم قدرت مخصوص خود به همراه رله‌های امواج است. این سیستم برای ارسال، صدا، داده و سیگنال‌های تلویزیونی بسیار مناسب است.

 

 

• شبکه‌های محلی بی‌سیم:

  در این شبکه‌ها از فناوری فرکانس‌های رادیویی اما به صورت سلول‌های دیجیتالی استفاده می‌شود. در این بخش از طیف‌های گسترده‌ای از فناوری‌ها استفاده می‌شود. به خاطر گوناگونی فناوری‌های به کارگرفته شده در اینجا ما این موضوع را زیاد مورد بررسی قرار نمی‌دهیم اما در جای خود به آن خواهیم پرداخت.

 

• ارتباطات مادون قرمز:

  این شکل از ارتباطات بیشتر در فواصل نزدیک به کار گرفته می‌شوند. در این نوع ارتباط فرستنده و گیرنده به صورت همتا به همتا و رو در روی هم باشند. هرگونه جسم فیزیکی که در برابر مسیر نور قرار گیرد می‌تواند ارتباط را نقض و مختل کند.

 

 

تقسیم‌بندی شبکه بر اساس اندازه

اندازه شبکه‌ها وابستگی زیادی به اندازه سازمان‌ها دارند. بسته به نوع سازمان‌ها هم از سرورها و تجهیزات شبکه گوناگونی می‌توان استفاده کرد. همچنین نوع نرم‌افزارهایی که در یک شبکه به کار گرفته می‌شود می‌تواند ساختار و اندازه شبکه را تعریف کند. به صورت کلی ما چند نمونه شبکه که در زیر فهرست شده است را در اختیار داریم. هر کدام از آن‌ها را به صورت کامل در جای خودشان توضیح خواهیم داد.

 

 

شبکه‌های شخصی PAN

PAN مخفف عبارت Personal Area Network بوده و کوچکترین نوع شبکه است. شبکه های شخصی شامل تعداد محدودی از کامپیوتر ها و لوازم دیجیتال هستند که نهایتا چند متر با هم فاصله دارند و به صورت باسیم یا بی سیم به همدیگر متصل و مرتبط می‌شوند.
برای مثال زمانی که شما تلفن همراه خود را از طریق بلوتوث به کامپیوتر متصل نموده اید یک شبکه ی شخصی یا PAN  را تشکیل داده‌اید.

 

 

شبکه‌های محلی LAN

LAN  مخفف عبارت Local Area Network است و به آن شبکه محلی می‌گویند. شبکه محلی مجموعه دستگاه‌های متصل به هم در یک مکان فیزیکی مثل یک ساختمان یا دفتر یا خانه است. اندازه شبکه لن می‌تواند کوچک یا بزرگ باشد مثلا شبکه خانگی با یک کاربر یا شبکه سازمانی با صدها کاربر و دستگاه. یکی از تکنولوژی های مورد استفاده در این نوع شبکه، تکنولوژی-Ethernet اترنت است.

نکته مهم در تعریف LAN این است که دستگاه‌ها در یک منطقه محدود به هم وصلند. برعکسِ شبکه WAN یا MAN که مناطق جغرافیایی بزرگی را پوشش می‌دهند. برخی  WANها و MANها چندین LAN را به هم وصل می‌کنند.

 

 

شبکه‌های کلانشهری MAN

MAN مخفف عبارت Metropolitan Area Network است و گستردگی به اندازه یک شهر یا مساحتی بزرگ را در محدوده شهر دارد. برای مثال اتصال شعبات یک موسسه به شعبه‌های دیگر در محدوده شهری و شبکه تلویزیون کابلی نمونه‌ای از شبکه MAN هستند.

 

 

شبکه‌های گسترده WAN :

WANمخفف عبارت Wide Area Network است که از به هم پیوستن چند شبکه LAN به وجود می‌آیدیعنی شبکه‌ای از شبکه‌ها است. این شبکه‌ها معمولا بین شهرها، کشورها و یا حتی قاره‌ها استفاده می‌شوند. برای اتصالات داخلی شبکه های WAN باید از ISP ها و زیرساخت های مخابراتی کمک گرفت. از تکنولوژی‌های مورد استفاده در این نوع از شبکه ها می‌توان از تکنولوژی های ISDN – MPLS – ATM و غیره نام برد. از جمله شبکه های WAN عبارتند از اینترنت و سرویس‌های 3G و 4G و …

 

 

تقسیم‌بندی شبکه بر اساس معماری آن

معماری شبکه بر اساس دو فاکتور طراحی می‌شود. فاکتور ابتدایی نیاز کاربران و نیاز دوم سطح دسترسی آن است. نیاز کاربران مشخص می‌کند که هر کاربری باید به چه اطلاعات و اشخاص و تجهیزاتی دسترسی داشته باشد و سطح دسترسی هم مشخص می‌کند که هر سرور و یا تجهیزاتی باید برای کاربران در دسترس باشد و یا آنکه دسترسی آن محدود باشد. بیشتر شبکه‌ها دارای تجهیزات نرم‌افزاری و سخت‌افزاری هستند که این دو مورد را مدیریت می‌کنند.

 

 

معماری‌های کنونی به صورت

• دریافت کننده – ارسال کننده یا Client Serve
  

  

• همتا به همتا یا Peer to Peer هستند

• 

 

تقسیم‌بندی شبکه بر اساس توپولوژی آن

شبکه‌های رایانه‌ای می‌توانند بر اساس نوع توپولوژی خودشان تقسیم‌بندی شوند. به این ترتیب شاهده تقسیم‌بندی‌های زیر خواهیم بود گه به طور مفصل در مقاله ای دیگر به آن خواهیم پرداخت.

• باس (Bus)
• ستاره‌ای (Star)
• حلقه‌ای (Ring)
• توری (Mesh)
• ستاره – باس (Star-Bus)
• درختی (Tree)
• سلسله مراتبی (Hierarchical)
• ترکیبی (Hybrid)

 

توپولوژی شبکه را می‌توان بر اساس هندسه و چینش دستگاه‌های درون یک شبکه شکل داد. در واقع توپولوژی شبکه منطقی‌ترین ساختار ممکن برای ارتباطات پردازشگرها با یکدیگر است. دقت کنید، گرچه ساختار هندسی و نحوه ارتباط‌دهی شبکه براساس آن مهم است، اما در توپولوژی شبکه مهمترین نکته ایجاد رابطه منطقی برای تراکنش داده‌ها است. این رابطه منطقی می‌تواند از یک الگوی هندسی مشخص پیروی کرده و یا نکند

اکنون که با مفاهیم اولیه شبکه آشنا شدیم میتوانیم با برخی از آنها عمیق‌تر آشنا شویم، با مگ دوربین 98 همراه باشید.