تندآموز مفاهیم شبكه‌های كامپیوتری

[آبجی]

شبکه کامپیوتری چیست ؟
اساسا یک شبکه کامپیوتری شامل دو یا بیش از دو کامپیوتر وابزارهای جانبی مثل چاپگرها، اسکنرها ومانند اینها هستند که بطور مستقیم بمنظور استفاده مشترک از سخت افزار ونرم افزار، منابع اطلاعاتی ابزارهای متصل ایجاده شده است توجه داشته باشید که به تمامی تجهیزات سخت افزاری ونرم افزاری موجود در شبکه منبع1(Source) گویند.
در این تشریک مساعی با توجه به نوع پیکربندی کامپیوتر ، هر کامپیوتر کاربر می تواند در آن واحد منابع خود را اعم از ابزارها وداده ها با کامپیوترهای دیگر همزمان بهره ببرد.
" دلایل استفاده از شبکه را می توان موارد ذیل عنوان کرد2" :
1 - استفاده مشترک از منابع :
استفاده مشترک از یک منبع اطلاعاتی یا امکانات جانبی رایانه ، بدون توجه به محل جغرافیایی هریک از منابع را استفاده از منابع مشترک گویند.
2 - کاهش هزینه :
متمرکز نمودن منابع واستفاده مشترک از آنها وپرهیز از پخش آنها در واحدهای مختلف واستفاده اختصاصی هر کاربر در یک سازمان کاهش هزینه را در پی خواهد داشت .
3 - قابلیت اطمینان :
این ویژگی در شبکه ها بوجود سرویس دهنده های پشتیبان در شبکه اشاره می کند ، یعنی به این معنا که می توان از منابع گوناگون اطلاعاتی وسیستم ها در شبکه نسخه های دوم وپشتیبان تهیه کرد ودر صورت عدم دسترسی به یک از منابع اطلاعاتی در شبکه " بعلت از کارافتادن سیستم " از نسخه های پشتیبان استفاده کرد. پشتیبان از سرویس دهنده ها در شبکه کارآیی،، فعالیت وآمادگی دایمی سیستم را افزایش می دهد.
4 - کاهش زمان :
یکی دیگر از اهداف ایجاد شبکه های رایانه ای ، ایجاد ارتباط قوی بین کاربران از راه دور است ؛ یعنی بدون محدودیت جغرافیایی تبادل اطلاعات وجود داشته باشد. به این ترتیب زمان تبادل اطلاعات و استفاده از منابع خود بخود کاهش می یابد.
5 - قابلیت توسعه :
یک شبکه محلی می تواند بدون تغییر در ساختار سیستم توسعه یابد وتبدیل به یک شبکه بزرگتر شود. در اینجا هزینه توسعه سیستم هزینه امکانات وتجهیزات مورد نیاز برای گسترش شبکه مد نظر است.
6 - ارتباطات:
کاربران می توانند از طریق نوآوریهای موجود مانند پست الکترونیکی ویا دیگر سیستم های اطلاع رسانی پیغام هایشان را مبادله کنند ؛ حتی امکان انتقال فایل نیز وجود دارد".
در طراحی شبکه مواردی که قبل از راه اندازی شبکه باید مد نظر قرار دهید شامل موارد ذیل هستند:
1 - اندازه سازمان
2 - سطح امنیت
3 - نوع فعالیت
4 - سطح مدیریت
5 - مقدار ترافیک
6 - بودجه
مفهوم گره " Node" وایستگاههای کاری " Work Stations "]1] :
" هرگاه شما کامپیوتری را به شبکه اضافه می کنید ، این کامپیوتر به یک ایستگاه کاری یا گره تبدیل می شود.
یک ایستگاه کاری ؛ کامپیوتری است که به شبکه الصاق شده است و در واقع اصطلاح ایستگاه کاری روش دیگری است برای اینکه بگوییم یک کامپیوتر متصل به شبکه است. یک گره چگونگی وارتباط شبکه یا ایستگاه کاری ویا هر نوع ابزار دیگری است که به شبکه متصل است وبطور ساده تر هر چه را که به شبکه متصل والحاق شده است یک گره گویند".
برای شبکه جایگاه وآدرس یک ایستگاه کاری مترادف با هویت گره اش است.

[آبجی]

مدل های شبکه[2]:
در یک شبکه ، یک کامپیوتر می تواند هم سرویس دهنده وهم سرویس گیرنده باشد. یک سرویس دهنده (Server) کامپیوتری است که فایل های اشتراکی وهمچنین سیستم عامل شبکه که مدیریت عملیات شبکه را بعهده دارد - را نگهداری می کند.
برای آنکه سرویس گیرنده " Client" بتواند به سرویس دهنده دسترسی پیدا کند ، ابتدا سرویس گیرنده باید اطلاعات مورد نیازش را از سرویس دهنده تقاضا کند. سپس سرویس دهنده اطلاعات در خواست شده را به سرویس گیرنده ارسال خواهد کرد.
سه مدل از شبکه هایی که مورد استفاده قرار می گیرند ، عبارتند از :
1 - شبکه نظیر به نظیر " Peer- to- Peer "
2 - شبکه مبتنی بر سرویس دهنده " Server- Based "
3 - شبکه سرویس دهنده / سرویس گیرنده " Client Server"


مدل شبکه نظیر به نظیر:
در این شبکه ایستگاه ویژه ای جهت نگهداری فایل های اشتراکی وسیستم عامل شبکه وجود ندارد. هر ایستگاه می تواند به منابع سایر ایستگاه ها در شبکه دسترسی پیدا کند. هر ایستگاه خاص می تواند هم بعنوان Server وهم بعنوان Client عمل کند. در این مدل هر کاربر خود مسئولیت مدیریت وارتقاء دادن نرم افزارهای ایستگاه خود را بعهده دارد. از آنجایی که یک ایستگاه مرکزی برای مدیریت عملیات شبکه وجود ندارد ، این مدل برای شبکه ای با کمتر از 10 ایستگاه بکار می رود .




مدل شبکه مبتنی بر سرویس دهنده :
در این مدل شبکه ، یک کامپیوتر بعنوان سرویس دهنده کلیه فایل ها ونرم افزارهای اشتراکی نظیر واژه پرداز ها، کامپایلرها ، بانک های اطلاعاتی وسیستم عامل شبکه را در خود نگهداری می کند. یک کاربر می تواند به سرویس دهنده دسترسی پیدا کرده وفایل های اشتراکی را از روی آن به ایستگاه خود منتقل کند
مدل سرویس دهنده / سرویس گیرنده :
در این مدل یک ایستگاه در خواست انجام کارش را به سرویس دهنده ارائه می دهد وسرویس دهنده پس از اجرای وظیفه محوله ، نتایج حاصل را به ایستگاه در خواست کننده عودت می دهد. در این مدل حجم اطلاعات مبادله شده شبکه ، در مقایسه با مدل مبتنی بر سرویس دهنده کمتر است واین مدل دارای کارایی بالاتری می باشد.



هر شبکه اساسا از سه بخش ذیل تشکیل می شود[3]:
ابزارهایی که به پیکربندی اصلی شبکه متصل می شوند بعنوان مثال : کامپیوتر ها ، چاپگرها، هاب ها " Hubs "
سیم ها ، کابل ها وسایر رسانه هایی که برای اتصال ابزارهای شبکه استفاده می شوند.
سازگار کننده ها" Adaptor"]4] :
که بعنوان اتصال کابل ها به کامپیوتر هستند . اهمیت آنها در این است که بدون وجود آنها شبکه تنها شامل چند کامپیوتر بدون ارتباط موازی است که قادر به سهیم شدن منابع یکدیگر نیستند . عملکرد سازگارکننده در این است که به دریافت وترجمه سیگنال ها ی درون داد از شبکه از جانب یک ایستگاه کاری وترجمه وارسال برون داد به کل شبکه می پردازد.

[آبجی]

اجزا ءشبکه :
اجزا اصلی یک شبکه کامپیوتری عبارتند از :
1 - کارت شبکه : " NIC- Network Interface Card]5]" :
برای استفاده از شبکه وبرقراری ارتباط بین کامپیوتر ها از کارت شبکه ای استفاده می شود که در داخل یکی از شیارهای برد اصلی کامپیوتر های شبکه " اعم از سرویس دهنده وگیرنده " بصورت سخت افزاری وبرای کنترل ارسال ودریافت داده نصب می گردد.
2 - رسانه انتقال " Transmission Medium "]6]:
رسانه انتقال کامپیوتر ها را به یکدیگر متصل کرده وموجب برقراری ارتباط بین کامپیوتر های یک شبکه می شود . برخی از متداولترین رسانه های انتقال عبارتند از : کابل زوج سیم بهم تابیده " Twisted- Pair" ، کابل کواکسیال " Coaxial" وکابل فیبر نوری "Fiber- Optic" .
سیستم عامل شبکه " NOS- Network Operating System"]7] :
سیستم عامل شبکه برروی سرویس دهنده اجرا می شود و سرویس های مختلفی مانند: اجازه ورود به سیستم "Login" ، رمز عبور "Password" ، چاپ فایل ها " Printfiles" ، مدیریت شبکه " Net work management " را در اختیار کاربران می گذارد.

[آبجی]

انواع شبکه از لحاظ جغرافیایی:
نوع شبکه توسط فاصله بین کامپیوتر های تشکیل دهنده آن شبکه مشخص می شود:


شبکه محلی " LAN= Local Area Network"]8] :
ارتباط واتصال بیش از دو یا چند رایانه در فضای محدود یک سازمان از طریق کابل شبکه وپروتکل بین رایانه ها وبا مدیریت نرم افزاری موسوم به سیستم عامل شبکه را شبکه محلی گویند. کامپیوتر سرویس گیرنده باید از طریق کامپیوتر سرویس دهنده به اطلاعات وامکانات به اشتراک گذاشته دسترسی یابند. همچنین ارسال ودریافت پیام به یکدیگر از طریق رایانه سرویس دهنده انجام می گیرد. از خصوصیات شبکه های محلی می توان به موارد ذیل اشاره کرد:
1 - اساسا در محیط های کوچک کاری قابل اجرا وپیاده سازی می باشند.
2 - از سرعت نسبتا بالایی برخوردارند.
3 - دارای یک ارتباط دایمی بین رایانه ها از طریق کابل شبکه می باشند.
اجزای یک شبکه محلی عبارتند از :
الف - سرویس دهنده
ب - سرویس گیرنده
ج - پروتکل
د- کارت واسطه شبکه
ط - سیستم ارتباط دهنده
شبکه گسترده " WAN = Wide Area Network" ]9]:
اتصال شبکه های محلی از طریق خطوط تلفنی ، کابل های ارتباطی ماهواره ویا دیگر سیستم هایی مخابراتی چون خطوط استیجاری در یک منطقه بزرگتر را شبکه گسترده گویند. در این شبکه کاربران یا رایانه ها از مسافت های دور واز طریق خطوط مخابراتی به یکدیگر متصل می شوند. کاربران هر یک از این شبکه ها می توانند به اطلاعات ومنابع به اشتراک گذاشته شده توسط شبکه های دیگر دسترسی یابند. از این فناوری با نام شبکه های راه دور " Long Haul Network" نیز نام برده می شود. در شبکه گسترده سرعت انتقال داده نسبت به شبکه های محلی خیلی کمتر است. بزرگترین ومهم ترین شبکه گسترده ، شبکه جهانی اینترنت می باشد.

[آبجی]

ریخت شناسی شبکه " Net work Topology" ]10]:
توپولوژی شبکه تشریح کننده نحوه اتصال کامپیوتر ها در یک شبکه به یکدیگر است. پارامترهای اصلی در طراحی یک شبکه ، قابل اعتماد بودن ومقرون به صرفه بودن است. انواع متداول توپولوژی ها در شبکه کامپیوتری عبارتند از :
1 - توپولوژی ستاره ای " Star" ]11]:
در این توپولوژی ، کلیه کامپیوتر ها به یک کنترل کننده مرکزی با هاب متصل هستند. هرگاه کامپیوتری بخواهد با کامپیوتر ی دیگری تبادل اطلاعات نماید، کامپیوتر منبع ابتدا باید اطلاعات را به هاب ارسال نماید. سپس از طریق هاب آن اطلاعات به کامپیوتر مقصد منتقل شود. اگر کامپیوتر شماره یک بخواهد اطلاعاتی را به کامپیوتر شماره 3 بفرستد ، باید اطلاعات را ابتدا به هاب ارسال کند، آنگاه هاب آن اطلاعات را به کامپیوتر شماره سه خواهد فرستاد.
نقاط ضعف این توپولوژی آن است که عملیات کل شبکه به هاب وابسته است. این بدان معناست که اگر هاب از کار بیفتد، کل شبکه از کار خواهد افتاد . نقاط قوت توپولوژی ستاره عبارتند از:
* نصب شبکه با این توپولوژی ساده است.
* توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.
* اگر یکی از خطوط متصل به هاب قطع شود ، فقط یک کامپیوتر از شبکه خارج می شود.





توپولوژی حلقوی " Ring " ]12]:
این توپولوژی توسط شرکت IBM اختراع شد وبهمین دلیل است که این توپولوژی بنام IBM Tokenring " مشهور است.
در این توپولوژی کلیه کامپیوتر ها به گونه ای به یکدیگر متصل هستند که مجموعه آنها یک حلقه را می سازد. کامپیوتر مبدا اطلاعات را به کامپیوتری بعدی در حلقه ارسال نموده وآن کامپیوتر آدرس اطلاعات رابرای خود کپی می کند، آنگاه اطلاعات را به کامپیوتر بعدی در حلقه منتقل خواهد کرد وبهمین ترتیب این روند ادامه پیدا می کند تا اطلاعات به کامپیوتر مبدا برسد. سپس کامپیوتر مبدا این اطلاعات را از روی حلقه حذف می کند.
نقاط ضعف توپولوژی فوق عبارتند از:
*اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد ، کل شبکه متوقف می شود.
* به سخت افزار پیچیده نیاز دارد " کارت شبکه آن گران قیمت است ".
* برای اضافه کردن یک ایستگاه به شبکه باید کل شبکه را متوقف کرد.
نقاط قوت توپولوژی فوق عبارتند از :
* نصب شبکه با این توپولوژی ساده است.
* توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.
* در این توپولوژی از کابل فیبر نوری میتوان استفاده کرد.






توپولوژی اتوبوسی " BUS"]13]:
در یک شبکه خطی چندین کامپیوتر به یک کابل بنام اتوبوسی متصل می شوند. در این توپولوژی ، رسانه انتقال بین کلیه کامپیوتر ها مشترک است. یکی از مشهورترین قوانین نظارت بر خطوط ارتباطی در شبکه های محلی اترنت است. توپولوژی اتوبوس از متداوالترین توپولوژی هایی است که در شبکه محلی مورد استفاده قرار می گیرد. سادگی ، کم هزینه بودن وتوسعه آسان این شبکه ، از نقاط قوت توپولوژی اتوبوسی می باشد. نقطه ضعف عمده این شبکه آن است که اگر کابل اصلی که بعنوان پل ارتباطی بین کامپیوتر های شبکه می باشد قطع شود، کل شبکه از کار خواهد افتاد.





توپولوژی توری " Mesh"]14] :
در این توپولوژی هر کامپیوتری مستقیما به کلیه کامپیوترهای شبکه متصل می شود. مزیت این توپولوژی آن است که هر کامپیوتر با سایر کامپیوتر ها ارتباطی مجزا دارد. بنابراین ، این توپولوژی دارای بالاترین درجه امنیت واطمینان می باشد. اگر یک کابل ارتباطی در این توپولوژی قطع شود ، شبکه همچنان فعال باقی می ماند.
از نقاط ضعف اساسی این توپولوژی آن است که از تعداد زیادی خطوط ارتباطی استفاده می کند، مخصوصا زمانیکه تعداد ایستگاه ها افزایش یابند. به همین جهت این توپولوژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. برای مثال ، در یک شبکه با صد ایستگاه کاری ، ایستگاه شماره یک نیازمند به نود ونه می باشد. تعداد کابل های مورد نیاز در این توپولوژی با رابطه N(N-1)/2
محاسبه می شود که در آن N تعداد ایستگاه های شبکه می باشد.






توپولوژی درختی " Tree" ]15] :
این توپولوژی از یک یا چند هاب فعال یا تکرار کننده برای اتصال ایستگاه ها به یکدیگر استفاده می کند. هاب مهمترین عنصر شبکه مبتنی بر توپولوژی در ختی است : زیرا کلیه ایستگاه ها را به یکدیگر متصل می کند. وظیفه هاب دریافت اطلاعات از یک ایستگاه و تکرار وتقویت آن اطلاعات وسپس ارسال آنها به ایستگاه دیگر می باشد.



توپولوژی ترکیبی " Hybrid"
این توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی متفاوت که توسط یک کابل اصلی بنام استخوان بندی " Back bone" به یکدیگر مرتبط شده اند . هر شبکه توسط یک پل ارتباطی " Bridg" به کابل استخوان بندی متصل می شود.
پروتکل[16] :
برای برقراری ارتباط بین رایانه ها ی سرویس گیرنده و سرویس دهنده قوانین کامپیوتری برای انتقال ودریافت داده مشخص شده اند که به قرارداد یا پروتکل موسومند. این قرارداد ها وقوانین بصورت نرم افزاری در سیستم برای ایجاد ارتباط ایفای نقش می کنند. پروتکل با قرارداد ، در واقع زبان مشترک کامپیوتری است که برای درک وفهم رایانه بهنگام در خواست وجواب متقابل استفاده می شود. پروتکل تعیین کننده مشخصه های شبکه ، روش دسترسی وانواع فیزیکی توپولوژی ها ، سرعت انتقال داده ها وانواع کابل کشی است .

[آبجی]

پروتکل های شبکه :
ما در این دستنامه تنها دو تا از مهمترین پروتکل های شبکه را معرفی می کنیم:
" پروتکل کنترل انتقال / پروتکل اینترنت
"l/ Inernet Protocol Tcp / ip= Transmission Control Protoc"
پروتکل فوق شامل چهار سطح است که عبارتند از :
الف - سطح لایه کاربرد " Application "
ب - سطح انتقال " Transporter"
ج - سطح اینترنت " Internet"
د - سطح شبکه " Net work"]17]:
" از مهمترین ومشهورترین پروتکل های مورد استفاده در شبکه اینترنت است این بسته نرم افزاری به اشکال مختلف برای کامپیوتر ها وبرنامه ها ی مختلف ارائه می گردد. Tcp/ip از مهمترین پروتکل های ارتباطی شبکه در جهان تلقی می شود ونه تنها برروی اینترنت وشبکه های گسترده گوناگون کاربرد دارد، بلکه در شبکه های محلی مختلف نیز مورد استفاده قرار می گیردو در واقع این پروتکل زبان مشترک بین کامپیوتر ها به هنگام ارسال و دریافت اطلاعات یا داده می باشد. این پروتکل به دلیل سادگی مفاهیمی که در خود دارد اصطلاحا به سیستم باز مشهور است ، برروی هر کامپیوتر وابر رایانه قابل طراحی وپیاده سازی است. از فاکتورهای مهم که این پروتکل بعنوان یک پروتکل ارتباطی جهانی مطرح می گردد، به موارد زیر می توان اشاره کرد:
1 - این پروتکل در چار چوب UNIX Operating System ساخته شده وتوسط اینترنت بکار گرفته می شود.
2 - برروی هر کامپیوتر قابل پیاده سازی می باشد.
3 - بصورت حرفه ای در شبکه های محلی وگسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
4 - پشتیبانی از مجموعه برنامه ها وپروتکل های استاندارد دیگر چون پروتکل انتقال فایل " FTP " وپروتکل دو سویه " Point to point Protcol = PPP " .
بنیاد واساس پروتکل Tcp/ip آن است که برای دریافت و ارسال داده ها یا پیام پروتکل مذکور ؛ پیام ها وداده ها را به بسته های کوچکتر وقابل حمل تر تبدیل می کند ، سپس این بسته ها به مقصد انتقال داده می شود ودر نهایت پیوند این بسته ها به یکدیگر که شکل اولیه پیام ها وداده ها را بخود می گیرد ، صورت می گیرد.
یکی دیگر از ویژگی های مهم این پروتکل قابلیت اطمینان آن در انتقال پیام هاست یعنی این قابلیت که به بررسی وبازبینی بسته ها ومحاسبه بسته های دریافت شده دارد. در ضمن این پروتکل فقط برای استفاده در شبکه اینترنت نمی باشد. بسیاری از سازمان وشرکت ها برای ساخت وزیر بنای شبکه خصوصی خود که از اینترنت جدا می باشد نیز در این پروتکل استفاده می کنند. [18]
- پروتکل سیستم ورودی وخروجی پایه شبکه " [19]Net work basic input/ output System= Net Bios" واسطه یا رابطی است که توسط IBM بعنوان استانداردی برای دسترسی به شبکه توسعه یافت . این پروتکل داده ها را از لایه بالاترین دریافت کرده وآنها را به شبکه منتقل می کند. سیستم عاملی که با این پروتکل ارتباط برقرار می کند سیستم عامل شبکه "NOS" نامیده می شود کامپیوتر ها از طریق کارت شبکه خود به شبکه متصل می شوند. کارت شبکه به سیستم عامل ویژه ای برای ارسال اطلاعات نیاز دارد. این سیستم عامل ویژه را Net BIOS می نامند که در حافظه ROM کارت شبکه ذخیره شده است.
Net BIOS همچنین روشی را برای دسترسی به شبکه ها با پروتکل های مختلف مهیا می کند . این پروتکل از سخت افزار شبکه مستقل است . این پروتکل مجموعه ای از فرامین لازم برای در خواست خدمات شبکه ای سطح پایین را برای برنامه های کاربردی فراهم می کند تا جلسات لازم برای انتقال اطلاعات در بین گره ها ی یک شبکه را هدایت کنند.
در حال حاضر وجود " Net BIOS Net BEUI= Net BIOS Enhansed User Interface" امتیازی جدید می دهد که این امتیاز درواقع ایجاد گزینه انتقال استاندارد است و Net BEUI در شبکه های محلی بسیار رایج است. همچنین قابلیت انتقال سریع داده ها را نیز دارد . اما چون یک پروتکل غیر قابل هدایت است به شبکه های محلی محدود شده است.

مدل Open System Interconnection OSI"]20]:
این مدل مبتنی بر قراردادی است که سازمان استانداردهای جهانی ایزو بعنوان مرحله ای از استاندارد سازی قراردادهای لایه های مختلف توسعه دارد . نام این مدل مرجع به این دلیل ا اس آی است چونکه با اتصال سیستم های باز سروکار دارد وسیستم های باز سیستم هایی هستند که برای ارتباط باسیستم های دیگر باز هستند . این مدل هفت لایه دارد که اصولی که منجر به ایجاد این لایه ها
شده اند عبارتند از :
1 - وقتی نیاز به سطوح مختلف از انتزاع است ، لایه ای باید ایجاد شود.
2 - هر لایه باید وظیفه مشخصی داشته باشد.
3 - وظیفه هر لایه باید با در نظر گرفتن قراردادهای استاندارد جهانی انتخاب گردد.
4 - مرزهای لایه باید برای کمینه کردن جریان اطلاعات از طریق رابط ها انتخاب شوند.
اکنون هفت لایه را به نوبت از لایه پایین مورد بحث قرار می دهیم:

1 - لایه فیزیکی :
به انتقال بیتهای خام برروی کانال ارتباطی مربوط می شود. در اینجا مدل طراحی با رابط های مکانیکی ، الکتریکی ، ورسانه انتقال فیزیکی که زیر لایه فیزیکی قراردارند سروکار دارد.
2 - لایه پیوند ها:
مبین نوع فرمت هاست مثلا شروع فریم ، پایان فریم، اندازه فریم وروش انتقال فریم . وظایف این لایه شامل موارد زیر است :
مدیریت فریم ها ، خطایابی وارسال مجدد فریم ها، ایجاد تمایز بین فریم ها داده وکنترل وایجاد هماهنگی بین کامپیوتر ارسال کننده ودریافت کننده داده ها. پروتکل های معروف برای این لایه عبارتند از :
الف - پروتکل SDLC که برای مبادله اطلاعات بین کامپیوتر ها بکار می رود و اطلاعات را به شکل فریم سازماندهی می کند.
ب - پروتکل HDLC که کنترل ارتباط داده ای سطح بالا زیر نظر آن است وهدف از طراحی آن این است که با هر نو ع ایستگاهی کارکند از جمله ایستگاههای اولیه ، ثانویه وترکیبی.
3 - لایه شبکه :
وظیفه این لایه ، مسیر یابی می باشد ، این مسیر یابی عبارتست از : تعیین مسیر متناسب برای انتقال اطلاعات . لایه شبکه آدرس منطقی هر فریم را بررسی می کند . و آن فریم را بر اساس جدول مسیر یابی به مسیر یاب بعدی می فرستد . لایه شبکه مسئولیت ترجمه هر آدرس منطقی به یک آدرس فیزیکی را بر عهده دارد. پس می توان گفت برقراری ارتباط یا قطع آن ، مولتی پلکس کردن از مهمترین وظایف این لایه است. از نمونه بارز خدمات این لایه ، پست الکترونیکی است.
4 - لایه انتقال :
وظیفه ارسال مطمئن یک فریم به مقصد را برعهده دارد. لایه انتقال پس از ارسال یک فریم به مقصد ، منتظر می ماند تا سیگنالی از مقصد مبنی بر دریافت آن فریم دریافت کند. در صورتیکه لایه محل در منبع سیگنال مذکور را از مقصد دریافت نکند. مجددا اقدام به ارسال همان فریم به مقصد خواهد کرد.

5 - لایه اجلاس :
وظیفه برقراری یک ارتباط منطقی بین نرم افزار های دو کامپیوتر ی که به یکدیگر متصل هستند به عهده این لایه است. وقتی که یک ایستگاه بخواهد به یک سرویس دهنده متصل شود ، سرویس دهنده فرایند برقراری ارتباط را بررسی می کند، سپس از ایستگاه ، درخواست نام کاربر، ورمز عبور را خواهد کرد. این فرایند نمونه ای از یک اجلاس می باشد.
6 - لایه نمایش :
این لایه اطلاعات را از لایه کاربرد دریافت نموده ، آنها را به شکل قابل فهم برای کامپیوتر مقصد تبدیل می کند . این لایه برای انجام این فرایند اطلاعات را به کدهای ASCII ویا Unicode تبدیل می کند.
7 - لایه کاربرد :
این لایه امکان دسترسی کاربران به شبکه را با استفاده از نرم افزارهایی چون E-mail- FTP و.... فراهم می سازد.

[آبجی]

ابزارهای اتصال دهنده : " Connectivity Devices" :
ابزارهای اتصال به یک شبکه اضافه می گردند تا عملکرد وگستره شبکه وتوانایی های سخت افزاری شبکه را ارتقاء دهند . گستره وسیعی از ابزارهای اتصال در شبکه وجود دارند اما شما احتمالا برای کار خود به ابزارهای ذیل نیازمند خواهید بود:
1 - کنترل کننده ها" Reapeaters " ]21]:
تکرار کننده وسیله ای است که برای اتصال چندین سگمنت یک شبکه محلی بمنظور افزایش وسعت مجاز آن شبکه مورد استفاده قرار می گیرد . هر تکرار کننده از درگاه ورودی " Port " خود داده ها را پذیرفته وبا تقویت آنها ، داده ها را به درگاهی خروجی خود ارسال می کند. یک تکرار کننده در لایه فیزیکی مدل OSI عمل می کند.
هر کابل یا سیم بکار رفته در شبکه که بعنوان محلی برای عبور ومرور سیگنال هاست آستانه ای دارد که در آن آستانه سرعت انتقال سیگنال کاهش می یابد ودر اینجا تکرار کننده بعنوان ابزاری است که این سرعت عبور را در طول رسانه انتقال تقویت می کند.









2 - هاب ها " Hubs"]22] :
ابزاری هستند در شبکه که برای اتصال یک یا بیش از دو ایستگاه کاری به شبکه مورد استفاده قرار می گیرد ویک ابزار معمول برای اتصال ابزارهای شبکه است . هابها معمولا برای اتصال سگمنت های شبکه محلی استفاده می شوند. یک هاب دارای در گاهی های چند گانه است. وقتی یک بسته در یک درگاهی وارد می شود به سایر در گاهی ها کپی می شود تا اینکه تمامی سگمنت های شبکه محلی بسته ها را ببینند. سه نوع هاب رایج وجود دارد:








الف - هاب فعال :
که مانند آمپلی فایر عمل می کند و باعث تقویت مسیر عبور سینگال ها می شود واز تصادم وبرخورد سیگنال ها در مسیر جلوگیری بعمل می آورد . این هاب نسبتا قیمت بالایی دارد.
ب - غیر فعال :
که بر خلاف نوع اول که در مورد تقویت انتقال سیگنال ها فعال است این هاب منفعل است.
ج - آمیخته :
که قادر به ترکیب انواع رسانه ها " کابل کواکسیال نازک ،ضخیم و....." وباعث تعامل درون خطی میان سایر ها بها می شود.









3 - مسیر یاب ها " Routers " ]23]:
در شبکه سازی فرایند انتقال بسته های اطلاعاتی از یک منبع به مقصد عمل مسیر یابی است که تحت عنوان ابزاری تحت عنوان مسیر یاب انجام می شود. مسیر یابی یک شاخصه کلیدی در اینترنت
است زیرا که باعث می شود پیام ها از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل شوند. این عملکرد شامل تجزیه وتحلیل مسیر برای یافتن بهترین مسیر است. مسیر یاب ابزاری است که شبکه های محلی را بهم متصل می کند یا به بیان بهتر بیش از دو شبکه را بهم متصل می کند. مسیر یاب بر حسب عملکردش به دونوع زیر تقسیم می شود:
الف - مسیریاب ایستا : که در این نوع ، جدول مسیر یابی توسط مدیر شبکه که تعیین کننده مسیر می باشد بطور دستی مقدار دهی می شود.
ب - مسیر یاب پویا : که در این نوع ، جدول مسیر یابی خودش را، خود تنظیم می کند وبطور اتوماتیک جدول مسیریابی را روز آمد می کند.
4 - دروازه ها "Gateways " ]24]:
دروازه ها در لایه کاربرد مدل ا اس ای عمل می کنند. کاربرد آن تبدیل یک پروتکل به پروتکل دیگر است. هر هنگام که در ساخت شبکه هدف استفاده از خدمات اینترنت است دروازه ها مقوله های مطرح در شبکه سازی خواهند بود.
پل ها " Bridge " ]25]":
یک پل برای اتصال سگمنت های یک شبکه " همگن " به یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد. یک پل در لایه پیوند داده ها " Data link" عمل می کند.
پل ها فریم ها را بر اساس آدرس مقصدشان ارسال می کنند. آنها همچنین می توانند جریان داده ها را کنترل نموده وخطاهایی را که در حین ارسال داده ها رخ می دهد.
عملکرد این پل عبارتست از تجزیه وتحلیل آدرس مقصد یک فریم ورودی واتخاذ تصمیم مناسب برای ارسال آن به ایستگاه مربوطه . پل ها قادر به ف ی ل ت ر کردن فریم ها می باشند. ف ی ل ت ر کردن فریم برای حذف فریم های عمومی یا همگانی که غیر ضروری هستند مفید می باشد، پل ها قابل برنامه ریزی هستند ومی توان آنها را به گونه ای برنامه ریزی کرد که فریم های ارسال شده از طرف منابع خاصی را حذف کنند.
با تقسیم یک شبکه بزرگ به چندین سگمنت واستفاده از یک پل برای اتصال آنها به یکدیگر ، توان عملیاتی شبکه افزایش خواهد یافت . اگر یک سگمنت شبکه از کار بیفتد ، سایر سگمنت ها ی متصل به پل می توانند شبکه را فعال نگه دارند ، پل ها موجب افزایش وسعت شبکه محلی می شوند.
سوئیچ ها" Switches " ]26].:
سوئیچ نوع دیگری از ابزارهایی است که برای اتصال چند شبکه محلی به یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد که باعث افزایش توان عملیاتی شبکه می شود. سوئیچ وسیله ای است که دارای درگاه های متعدد است که بسته ها را از یک درگاه می پذیرد، آدرس مقصد را بررسی می کند وسپس بسته ها را به درگاه مورد نظر " که متعلق به ایستگاه میزبان با همان آدرس مقصد می باشد" ارسال می کند. اغلب سوئیچ های شبکه محلی در لایه پیوند داده های مدل ا اس آی عمل می کند.
سوئیچ ها بر اساس کاربردشان به متقارن "Symmetric" ونامتقارن " Asymmetric" تقسیم می شوند.
در نوع متقارن ، عمل سوئیچینگ بین سگمنت هایی که دارای پهنای باند یکسان هستند انجام می دهد یعنی 10mbps به 10mbps و.... سوئیچ خواهد شد. اما در نوع نامتقارن این عملکرد بین سگمنت هایی با پهنای باند متفاوت انجام می شود.









دو نوع سوئیچ وجود دارد که عبارتند از :
1 - سوئیچ Cut - through : این نوع سه یا چهار بایت اول یک بسته را می خواند تا آدرس مقصد آنرا بدست آورد ، آنگاه آن بسته را به سگمنت دارای آدرس مقصد مذکور ارسال می کند این در حالی است که قسمت باقی مانده بسته را از نظر خطایابی مورد بررسی قرار نمی دهد.
2 - سوئیچ Store- and - forward : این نوع ابتدا کل بسته را ذخیره کرده سپس آن را خطایابی می کند ، اگر بسته ای دارای خطا بود آن بسته را حذف می کند ، در غیر اینصورت آن بسته را به مقصد مربوطه ارسال خواهد کرد. این نوع برای شبکه محلی بسیار مناسبتر از نوع اول است زیرا بسته های اطلاعاتی خراب شده را پاکسازی می کند و بهمین دلیل این سوئیچ باعث کاهش بروز عمل تصادف خواهد شد.

[آبجی]

مفاهیم مربوط به ارسال سیگنال و پهنای باند
پهنای باند (Bandwidth) به تفاوت بین بالاترین و پایین‌ترین فركانسهایی كه یك سیستم ارتباطی می‌تواند ارسال كند گفته می‌شود. به عبارت دیگر منظور از پهنای باند مقدار اطلاعاتی است كه می‌تواند در یك مدت زمان معین ارسال شود. برای وسایل دیجیتال، پهنای باند برحسب بیت در ثانیه و یا بایت در ثانیه بیان می‌شود. برای وسایل آنالوگ، پهنای باند، برحسب سیكل در ثانیه بیان می‌شود.
دو روش برای ارسال اطلاعات از طریق رسانه‌های انتقالی وجود دارد كه عبارتند از: روش ارسال باند پایه (Baseband) و روش ارسال باند پهن (Broadband).]27]
در یك شبكه LAN، كابلی كه كامپیوترها را به هم وصل می‌كند، فقط می‌تواند در یك زمان یك سیگنال را از خود عبور دهد، به این شبكه یك شبكه Baseband می‌گوئیم. به منظور عملی ساختن این روش و امكان استفاده از آن برای همه كامپیوترها، داده‌ای كه توسط هر سیستم انتقال می‌یابد، به واحدهای جداگانه‌ای به نام Packet شكسته می‌شود. در واقع در كابل یك شبكه LAN، توالی Packetهای تولید شده توسط سیستم‌های مختلف را شاهد هستیم كه به سوی مقاصد گوناگونی در حركت‌اند.شكلی كه در ادامه خواهد آمد، این مفهوم را بهتر نشان می‌دهد.





2-1عملكرد یك شبكه packet-switching
برای مثال وقتی كامپیوتر شما یك پیام پست الكترونیكی را انتقال می‌دهد، این پیام به Packetهای متعددی شكسته می‌شود و كامپیوتر هر Packet را جداگانه انتقال می‌دهد. كامپیوتر دیگری در شبكه كه بخواهد به انتقال داده بپردازد نیز در یك زمان یك Packet را ارسال می‌كند. وقتی تمام Packetهایی كه بر روی هم یك انتقال خاص را تشكیل می‌دهند، به مقصد خود می‌رسند، كامپیوتر دریافت كننده آنها را به شكل پیام الكترونیكی اولیه بر روی هم می‌چیند. این روش پایه و اساس شبكه‌های Packet-Switching می‌باشد.
در مقابل روش Baseband، روش Broadband قرار دارد. در روش اخیر، در یك زمان و در یك كابل، چندین سیگنال حمل می‌شوند. از مثالهای شبكه Broadband كه ما هر روز از آن استفاده می‌كنیم، شبكه تلویزیون است. در این حالت فقط یك كابل به منزل كاربران كشیده می‌شود، اما همان یك كابل، سیگنالهای مربوط به كانالهای متعدد تلویزیون را بطور همزمان حمل می‌نماید. از روش Broadband به طور روز افزونی در شبكه‌های WAN استفاده می‌شود.
از آنجائیكه در شبكه‌های LAN در یك زمان از یك سیگنال پشتیبانی می‌شود، در یك لحظه داده‌ها تنها در یك جهت حركت می‌كنند. به این ارتباط half-duplex گفته می‌شود. در مقابل به سیستم‌هایی كه می‌توانند بطور همزمان در دو جهت با هم ارتباط برقرار كننده full-duplex گفته می‌شود. مثالی از این نوع ارتباط شبكه تلفن می‌باشد. شبكه‌های LAN با داشتن تجهیزاتی خاص بصورت full-duplex عمل كنند.

[آبجی]

كابل شبكه
پیش از اینكه در مورد انواع كابل‌ها و پهنای باند مربوط به آنها، به بحث بپردازیم، ذكر این نكته ضروری است كه نوع كابل انتخابی شما بطور مستقیم به توپولوژی شبكه تان وابسته است. در این قسمت سعی گردیده توپولوژی مناسب با هر نوع كابل ذكر شود.
كابل شبكه، رسانه ای است كه از طریق آن، اطلاعات از یك دستگاه موجود در شبكه به دستگاه دیگر انتقال می یابد.انواع مختلفی از كابلها بطور معمول در شبكه های LAN استفاده می شوند. در برخی موارد شبكه تنها از یك نوع كابل استفاده می كند، اما گاه انواعی از كابلها در شبكه به كار گرفته می شود. غیر از عامل توپولوژی، پروتكل و اندازه شبكه نیز در انتخاب كابل شبكه مؤثرند. آگاهی از ویژگیهای انواع مختلف كابلها و ارتباط آنها با دیگر جنبه های شبكه برای توسعه یك شبكه موفق ضروری است.
امروزه سه گروه از كابل‌ها، در ایجاد شبكه مطرح هستند:





كابلهای Coaxial زمانی بیشترین مصرف را در میان كابلهای موجود در شبكه داشت. چند دلیل اصلی برای استفاده زیاد از این نوع كابل وجود دارد:
1- قیمت ارزان آن.
2- سبكی و انعطاف‌پذیری.
3- این نوع كابل به نسبت زیادی در برابر سیگنالهای مداخله‌گر مقاومت می نماید.
4- مسافت بیشتری را بین دستگاههای موجود در شبكه، نسبت به كابل UTP پشتیبانی می‌نماید.
در شكل زیر ساختار كابل Coaxial مشاهده می‌شود:






(1) Conducting Core یا هسته مركزی كه معمولاً از یك رشته سیم جامد مسی تشكیل می‌گردد.
(2) Insulation یا عایق كه معمولاً از جنس PVC یا تفلون است.
(3) Copper Wire Mesh كه از سیم‌های بافته شده تشكیل می‌شود و كار آن جمع‌آوری امواج الكترومغناطیسی است.
(4) Jacket كه جنس آن اغلب از پلاستیك بوده و نگهدارنده خارجی سیم در برابر خطرات فیزیكی است.
كابل Coaxial به دو دسته تقسیم می‌شود:[31]
1- Thin net: كابلی است بسیار سبك، انعطاف‌پذیر و ارزان قیمت، قطر سیم در آن 6 میلیمتر معادل 25/0 اینچ است. مقدار مسیری كه توسط آن پشتیبانی می‌شود 185 متر است.
2- Thick net: این كابل قطری تقریباً 2 برابر Thin net دارد. كابل مذكور، پوشش محافظی را(علاوه بر محافظ خود) داراست كه از جنس پلاستیك بوده و بخار را از هسته مركزی دور می‌سازد.
رایج‌ترین نوع اتصال دهنده (connector) مورد استفاده در كابل coaxial، Bayonet-Neill-Concelman (BNC) می‌باشد. انواع مختلفی از سازگار كننده‌ها برایBNCها وجود دارند شامل:Tconnector , Barrel connector وTerminator.
تصویر زیر یك BNC connector را نشان می دهد:[32]



در شبكه هایی با توپولوژی اتوبوسی از كابلcoaxial استفاده می‌شود. شكل زیر نمونه استفاده از این نوع كابل در شبكه اتوبوسی است:[33]






2-4 استفاده از كابل coaxial در شبكه اتوبوسی
باید دانست كه از عبارتهایی مانند "10Base5 " برای توضیح اینكه چه كابلی در ساخت شبكه بكار رفته استفاده می‌گردد. عبارت مذكور بدان معناست كه از كابل coaxial و از نوع Thicknet استفاده شده، علاوه بر آن روش انتقال در این شبكه، روش Baseband است و نیز سرعت انتقال 10 مگابیت در ثانیه ((mbps می‌باشد. همچنین "10Base2" یعنی اینكه از كابل Thinnet استفاده شده، روش انتقال Baseband و سرعت انتقال 10 مگابیت در ثانیه است.
در طراحی جدید شبكه معمولاً از كابلهای Twisted Pair استفاده می‌گردد. قیمت آن ارزان بوده و از نمونه‌های آن می‌توان به كابل تلفن اشاره كرد. این نوع كابل كه از چهار جفت سیم بهم تابیده تشكیل می‌گردد، خود به دو دسته تقسیم می‌شود:[34]
1-(Unshielded Twisted Pair)UTP: كابل ارزان قیمتی است كه نصب آسانی دارد و برای شبكه‌های LAN سیم بسیار مناسبی است، همچنین نسبت به نوع دوم كم‌وزن‌تر و انعطاف‌پذیرتر است. مقدار سرعت دیتای عبوری از آن 4 مگابیت در ثانیه تا 100 مگابیت در ثانیه می‌باشد. این كابل می‌تواند تا مسافت حدوداً 100 متر یا 328 فوت را بدون افت سیگنال انتقال دهد. كابل مذكور نسبت به تداخل امواج الكترومغناطیس (Electrical Magnatic Interference) حساسیت بسیار بالایی دارد و در نتیجه در مكانهای دارای امواج الكترومغناطیس، امكان استفاده از آن وجود ندارد.
در سیم تلفن كه خود نوعی از این كابل است از اتصال دهنده RJ11 استفاده می‌شود، اما در كابل شبكه اتصال دهنده‌ای با شماره RJ45 بكار می‌رود كه دارای هشت مكان برای هشت رشته سیم است. در شكل زیر یك connector RJ45 دیده می‌شود.(برگرفته از پانویس قبلی)






كابل UTP دارای پنج طبقه مختلف است (كه البته امروزه CAT6 و CAT7 هم اضافه شده است):
- CAT1 یا نوع اول كابل UTP برای انتقال صدا بكار می‌رود، اما CAT2‌تا CAT5 برای انتقال دیتا در شبكه‌های كامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرند و سرعت انتقال دیتا در آنها به ترتیب عبارتست از: 4 مگابیت در ثانیه، 10مگابیت در ثانیه،‌ 16مگابیت در ثانیه و 100مگابیت در ثانیه.
برای شبكه‌های كوچك و خانگی استفاده از كابل CAT3‌توصیه می‌شود.[35]










2- (Shielded Twisted Pair)STP : در این كابل سیم‌های انتقال دیتا مانند UTP‌ هشت سیم و یا چهار جفت دوتایی هستند. باید دانست كه تفاوت آن با UTP‌ در این است كه پوسته‌ای به دور آن پیچیده شده كه از اثرگذاری امواج بر روی دیتا جلوگیری می‌كند. از لحاظ قیمت،‌ این كابل از UTP گرانتر و از فیبر نوری ارزان‌تر است. مقدار مسافتی كه كابل مذكور بدون افت سیگنال طی می كند برابر با 500 متر معادل 1640 فوت است.
در شبكه‌هایی با توپولوژی اتوبوسی و حلقه‌ای از دو نوع اخیر استفاده می‌شود. گفته شد كه در این نوع كابل، 4 جفت سیم بهم تابیده بكار می‌رود كه از دو جفت آن یكی برای فرستادن اطلاعات و دیگری برای دریافت اطلاعات عمل می‌كنند.
در شبكه‌هایی با نام اترنت سریع١ (Fast Ethernet) دو نوع كابل به چشم می‌خورد:
- 100Base TX: یعنی شبكه‌ای كه در آن از كابل UTP نوع Cat5 استفاده شده و عملاً دو جفت سیم در انتقال دیتا دخالت دارند (دو جفت دیگر بیكار می‌مانند)، سرعت در آن 100 مگابیت در ثانیه و روش انتقال Baseband است.
- 100Base T4: تنها تفاوت آن با نوع بالا این است كه هر چهار جفت سیم در آن بكار گرفته می‌شوند.
كابل فیبر نوری كاملاً متفاوت از نوع Coaxial و Twisted Pair عمل می‌كند. به جای اینكه سیگنال الكتریكی در داخل سیم انتقال یابد، پالسهایی از نور در میان پلاستیك یا شیشه انتقال می‌یابد. این كابل در برابر امواج الكترومغناطیس كاملاً مقاومت می‌كند و نیز تأثیر افت سیگنال بر اثر انتقال در مسافت زیاد را بسیار كم در آن می‌توان دید. برخی از انواع كابل فیبر نوری می‌توانند تا 120 كیلومتر انتقال داده انجام دهند. همچنین امكان به تله انداختن اطلاعات در كابل فیبر نوری بسیار كم است. كابل مذكور دو نوع را در بر می‌گیرد:[36]
1- Single Mode: كه دراین كابل دیتا با كمك لیزر انتقال می‌یابد و بصورت 8.3/125 نشان داده می‌شود كه در آن 8.3 میكرون قطر فیبر نوری و 125 میكرون مجموع قطر فیبر نوری و محافظ آن می‌باشد. این نوع كه خاصیت انعطاف‌پذیری كم و قیمت بالایی دارد برای شبكه‌های تلویزیونی و تلفنی استفاده می‌گردد.
2- Multi Mode: كه در آن دیتا بصورت پالس نوری انتقال می‌یابد و بصورت 62.5/125 نشان داده می‌شود كه در آن 62.5 میكرون قطر فیبر نوری و 125 میكرون مجموع قطر فیبر نوری و محافظ آن می‌باشد. این نوع مسافت كوتاهتری را نسبت به Single Mode طی می‌كند و قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتری دارد. قیمت آن نیز ارزان‌تر است و در شبكه‌های كامپیوتری استفاده می‌شود. بطوركلی كابل فیبر نوری نسبت به دو نوع Coaxial و Twisted pair قیمت بالایی دارد و نیز نصب آن نیاز به افراد ماهری دارد. شبكه‌های 100Base FX، شبكه‌هایی هستند كه در آنها از فیبر نوری استفاده می‌شود، سرعت انتقال در آنها 100 مگابیت در ثانیه بوده و روش انتقال Baseband می‌باشد. امروز، با پیشرفت تكنولوژی در شبكه‌های فیبر نوری می‌توان به سرعت 1000 مگابیت در ثانیه دست یافت. در شكل صفحه بعد یك كابل فیبر نوری مشاهده می‌شود.[37]








بطور كلی توصیه‌هایی در مورد نصب كابل شبكه وجود دارد:[38]
- همیشه بیشتر از مقدار مورد نیاز كابل تهیه كنید.
- هر بخشی از شبكه را كه نصب می‌كنید، آزمایش نمایید. ممكن است بخشهایی در شبكه وجود داشته باشند كه خارج ساختن آنها پس از مدتی دشوار باشد.
- اگر لازم است بر روی زمین كابل‌كشی نمایید، كابلها را بوسیله حفاظت‌كننده‌هایی بپوشانید.
- دو سر كابل را نشانه‌گذاری كنید.