مبانی شبكه : سخت افزار شبكه ( بخش اول )
تاكنون مقالات متعددی در رابطه با شبكه و تجهيزات سخت افزاری بكار گرفته شده در آن بر روی سايت منتشر شده است . در تهيه مقالات فوق ، فرض ما بر اين بوده است كه خوانندگان محترم از جمله كاربران آشنا به دنيای شبكه های كامپيوتری می باشند .شايد نوبت آن باشد كه مطالبی برای علاقه مندانی كه اخيرا" قدم در اين عرصه گذاشته اند نيز بر روی سايت منتشر شود . در مجموعه مطالبی كه با اين هدف بر روی سايت منشتر خواهد شد با مفاهيم مهم و كليدی شبكه آشنا خواهيم شد تا از اين رهگذر بتوانيم يك شبكه عملياتی را ايجاد نمائيم .
در اولين بخش به بررسی سخت افزار شبكه خواهيم پرداخت .
كارت شبكه می بايست با نوع محيط انتقال مطابقت و به نوعی با آن سازگار باشد . منظور از محيط انتقال ، نوع كابلی است كه از آن در شبكه استفاده می گردد ( شبكه های بی سيم شرايط مختص به خود را دارند كه در مطالب جداگانه ای به تشريح آنها خواهيم پرداخت ) .
با توجه به وجود استانداردهای متعدد ، تشخيص سازگاری كارت شبكه با محيط انتقال ، كار چندان مشكلی بنظر نمی آيد . قبل از ايجاد شبكه و خريد تجهيزات سخت افزاری مورد نياز( نظير كارت شبكه و كابل ) ، می بايست در ابتدا مشخص گردد كه قصد استفاده از كدام استاندارد شبكه را داريم . اترنت ، Token ring و Arcnet نمونه هائی از استانداردهای مختلف شبكه می باشند . توجه داشته باشيد كه هر فناوری شبكه دارای نقاط قوت و ضعف مختص به خود می باشد و همواره می بايست گزينه ای انتخاب گردد كه قادر يه تامين نيازهای يك سازمان با شرايط مطلوب تری باشد .
اكثر فناورهای شبكه كه به آنها اشاره گرديد ، منسوخ و در حال حاضر تقريبا" اترنت تنها گزينه برای ايجاد شبكه های كابلی در اكثر سازمان ها (صرفنظر از ابعاد آنها ) می باشد . شكل زير يك نمونه كارت شبكه را نشان می دهد .
در شبكه های اترنت پيشرفته ، از كابل های بهم تابيده موسوم به twisted pair با هشت رشته سيم استفاده می شود كه با يك نظم خاص سازماندهی می گردند . از يك كانكتور RJ-45 در دو سر كابل استفاده می گردد . كانكتور RJ-45 نظير كانكتورهای استفاده شده در خطوط تلفن است با اين تفاوت كه اندازه آن بزرگتر می باشد . در خطوط تلفن از كانكتورهای RJ-11 استفاده می شود . شكل زير يك كابل اترنت به همراه يك كانكتور RJ-45 را نشان می دهد .
همزمان با گسترش و عموميت دستيابی سريع به اينترنت ، احتمالا" با واژه broadband بدفعات برخورد نموده ايد . در شبكه های broadband ، ارسال و دريافت داده بر روی رشته سيم های مشابه انجام می شود . در شبكه های اترنت از فناوری Baseband به منظور مبادله اطلاعات استفاده می گردد . در اين نوع شبكه ها به منظور ارسال و دريافت داده از رشته سيم های جداگانه ای استفاده می گردد . اين بدان معنی است كه اگر كامپيوتری در حال ارسال داده از طريق رشته سيم هائی خاص از يك كابل اترنت باشد ، كامپيوتر دريافت كننده داده نيازمند رشته سيم هائی است كه به پورت دريافت هدايت شده اند.
با استفاده از روش فوق می توان دو دستگاه كامپيوتر را به يكديگر متصل نمود . در چنين مواردی می بايست از يك كابل كراس ( cross ) استفاده نمود . كابل كراس ، يك كابل شبكه است كه رشته سيسم های ارسال و دريافت آن بصورت معكوس بسته شده اند . بدين ترتيب ، می توان دو كامپيوتر را مستقيما" به يكديگر متصل نمود .
با استفاده از كابل كراس نمی توان شبكه ای با بيش از دو دستگاه كامپيوتر را ايجاد نمود . در مقابل استفاده از كابل كراس ، در اكثر شبكه ها از كابل های اترنت معمولی استفاده می گردد . در اين نوع كابل ها رشته سيم های ارسال و دريافت بصورت معكوس نخواهند بود .
به منظور مبادله موفقيت آميز داده ، رشته سيم های دريافت و ارسال می بايست در نقاط خاصی معكوس گردند . اين وظيفه بر عهده هاب و يا سوئيچ است . در ابتدای شكل گيری شبكه های كامپيوتری ، استفاده از هاب بسيار متداول بود ولی امروزه اين وضعيت وجود ندارد و سوئيچ جايگزين آن شده است . به منظور تشريح عملكرد سوئيچ ، بد نيست كه در ابتدا با نحوه عملكرد هاب آشنا شويم .
با اين كه هاب در شكل و اندازه های متعددی توليد و ارائه شده است ولی آنها چيزی بيشتر از يك جعبه به همراه تعداد محدودی پورت RJ-45 نمی باشند .هر كامپيوتر موجود در شبكه از طريق يك كابل اترنت به هاب متصل می شود . شكل زير يك نمونه هاب را نشان می دهد .
هاب دارای دو وظيفه عمده در شبكه است :
• ارائه يك نقطه مركزی برای اتصال تمامی كامپيوترهای موجود در شبكه . هر كامپيوتر موجود در شبكه به هاب متصل می گردد . در صورت نياز می توان چندين هاب را به يكديگر متصل تا بتوان كامپيوترهای بيشتری را به شبكه متصل نمود .
• سازماندهی پورت های ارسال و دريافت داده . در صورتی كه يك كامپيوتر اقدام به ارسال داده نمايد ، داده بر روی رشته سيم های دريافت كننده ارسال گردد .
شايد برای شما اين سوال مطرح شده باشد كه در صورت اتصال بيش از دو دستگاه كامپيوتر به هاب ، چگونه و بر اساس چه مكانيزمی داده به مقصد مورد نظر خواهد رسيد . رمز اين كار در كارت شبكه است . هر كارت شبكه اترنت در كارخانه توليد كننده برنامه نويسی شده و يك آدرس MAC ( برگرفته از Media Access Control ) منحصربفرد در آن نوشته می گردد . زمانی كه يك كامپيوتر موجود در يك شبكه اترنت كه شامل چندين دستگاه متصل به هاب است ، اقدام به ارسال داده می نمايد ، داده برای هر يك از كامپيوترها ارسال خواهد شد . كامپيوترهای دريافت كننده پس از دريافت داده ، آدرس مقصد آن را با آدرس MAC خود مقايسه می نمايند و در صورت مطابقت دو آدرس ( آدرس ارسالی موجود در بسته اطلاعاتی با آدرس كامپيوتر دريافت كننده ) ، مقصد داده مشخص خواهد شد و در صورتی كه دو آدرس اشاره شده با يكديگر مطابقت ننمايند ، كامپيوتر دريافت كننده از داده صرفنظر خواهد كرد .
همانگونه كه اشاره گرديد ، در مواردی كه كامپيوترهای موجود در يك شبكه از طريق هاب به يكديگر متصل می گردند ، هر بسته اطلاعاتی برای هر يك از كامپيوترهای موجود در شبكه ارسال خواهد شد . يكی از نكات قابل تامل در اين سناريو ، ارسال فرازمانی داده توسط هر كامپيوتر است ( در هر زمان دلخواه امكان ارسال داده وجود خواهد داشت ) . اين وضعيت مشابه طرح سوال همزمان از طرف دو دانشجو در يك كلاس درس است كه قصد استفاده از يك منبع مشترك ( معلم ) را دارند . وضعيتی اينچنين بدفعات در شبكه اتفاق می افتد .
زمانی كه يك كامپيوتر قصد ارسال داده را داشته باشد ، در ابتدا بررسی می نمايد كه ساير كامپيوترها چنين قصدی را نداشته باشند و در صورت آزاد بودن محيط انتقال ، اقدام به ارسال داده مورد نظر می نمايد . در صورتی كه كامپيوتری ديگر سعی در مبادله اطلاعات و در زمان مشابه را داشته باشد ، بسته های اطلاعاتی حاوی داده در طول شبكه با يكديگر برخورد و از بين خواهند رفت . به همين علت است كه به اين نوع شبكه ها يك collision domain نيز گفته می شود . در صورت بروز تصادم ، دو كامپيوتر مجبور خواهند بود كه پس از يك مدت زمان كاملا" تصادفی ، مجددا" تلاش نمايند تا داده خراب شده را ارسال نمايند .
به موازات افزايش كامپيوترهای موجود در يك collision domain ، احتمال بروز تصادم نيز افزايش خواهد يافت . وضعيت فوق كارآئی شبكه را به شدت كاهش خواهد داد . به همين علت است كه سوئيچ در شبكه مطرح و جايگزين هاب گرديد .
عملكرد سوئيچ ، همانند هاب است و تمامی كارهای مشابه يك هاب را انجام می دهد با اين تفاوت كه زمانی كه يك كامپيوتر نيازمند مبادله داده با كامپيوتر ديگر باشد ، سوئيچ از مجموعه ای مدارات منطقی داخلی به منظور ايحاد يك مسير منطقی و اختصاصی بين دو كامپيوتر استفاده می نمايد . اين بدان معنی است كه دو كامپيوتر بدون نگرانی در خصوص بروز يك تصادم می توانند با يكديگر داده مبادله نمايند .
استفاده از سوئيچ بطرز كاملا" محسوسی افرايش كارآئی شبكه را به دنبال خواهد شد و باعث حذف تصادم در يك شبكه می گردد . ويژگی فوق تنها مزيت سوئيچ محسوب نمی گردد و علاوه بر آن می تواند مسيرهای مبادله داده موازی را ايجاد نمايند . به عنوان نمونه زمانی كه كامپيوتر A با كامپيوتر B ارتباط برقرار می نمايد ، دليلی ندارد كه كامپيوتر C نتواند با كامپيوتر D داده مبادله نمايد . در يك collision domain اين نوع مبادله داده موازی امكان پذير نمی باشد .
در اين مقاله ، با برخی از عناصر پايه و كليدی كه از آنها به منظور ايجاد يك شبكه استفاده می گردد ، آشنا شديم . در بخش دوم به بررسی ساير عناصر سخت افزاری يك شبكه خواهيم پرداخت .
در اولين بخش به بررسی سخت افزار شبكه خواهيم پرداخت .
كارت شبكه
كارت شبكه می بايست با نوع محيط انتقال مطابقت و به نوعی با آن سازگار باشد . منظور از محيط انتقال ، نوع كابلی است كه از آن در شبكه استفاده می گردد ( شبكه های بی سيم شرايط مختص به خود را دارند كه در مطالب جداگانه ای به تشريح آنها خواهيم پرداخت ) .
با توجه به وجود استانداردهای متعدد ، تشخيص سازگاری كارت شبكه با محيط انتقال ، كار چندان مشكلی بنظر نمی آيد . قبل از ايجاد شبكه و خريد تجهيزات سخت افزاری مورد نياز( نظير كارت شبكه و كابل ) ، می بايست در ابتدا مشخص گردد كه قصد استفاده از كدام استاندارد شبكه را داريم . اترنت ، Token ring و Arcnet نمونه هائی از استانداردهای مختلف شبكه می باشند . توجه داشته باشيد كه هر فناوری شبكه دارای نقاط قوت و ضعف مختص به خود می باشد و همواره می بايست گزينه ای انتخاب گردد كه قادر يه تامين نيازهای يك سازمان با شرايط مطلوب تری باشد .
اكثر فناورهای شبكه كه به آنها اشاره گرديد ، منسوخ و در حال حاضر تقريبا" اترنت تنها گزينه برای ايجاد شبكه های كابلی در اكثر سازمان ها (صرفنظر از ابعاد آنها ) می باشد . شكل زير يك نمونه كارت شبكه را نشان می دهد .
در شبكه های اترنت پيشرفته ، از كابل های بهم تابيده موسوم به twisted pair با هشت رشته سيم استفاده می شود كه با يك نظم خاص سازماندهی می گردند . از يك كانكتور RJ-45 در دو سر كابل استفاده می گردد . كانكتور RJ-45 نظير كانكتورهای استفاده شده در خطوط تلفن است با اين تفاوت كه اندازه آن بزرگتر می باشد . در خطوط تلفن از كانكتورهای RJ-11 استفاده می شود . شكل زير يك كابل اترنت به همراه يك كانكتور RJ-45 را نشان می دهد .
هاب و سوئيچ
همزمان با گسترش و عموميت دستيابی سريع به اينترنت ، احتمالا" با واژه broadband بدفعات برخورد نموده ايد . در شبكه های broadband ، ارسال و دريافت داده بر روی رشته سيم های مشابه انجام می شود . در شبكه های اترنت از فناوری Baseband به منظور مبادله اطلاعات استفاده می گردد . در اين نوع شبكه ها به منظور ارسال و دريافت داده از رشته سيم های جداگانه ای استفاده می گردد . اين بدان معنی است كه اگر كامپيوتری در حال ارسال داده از طريق رشته سيم هائی خاص از يك كابل اترنت باشد ، كامپيوتر دريافت كننده داده نيازمند رشته سيم هائی است كه به پورت دريافت هدايت شده اند.
با استفاده از روش فوق می توان دو دستگاه كامپيوتر را به يكديگر متصل نمود . در چنين مواردی می بايست از يك كابل كراس ( cross ) استفاده نمود . كابل كراس ، يك كابل شبكه است كه رشته سيسم های ارسال و دريافت آن بصورت معكوس بسته شده اند . بدين ترتيب ، می توان دو كامپيوتر را مستقيما" به يكديگر متصل نمود .
با استفاده از كابل كراس نمی توان شبكه ای با بيش از دو دستگاه كامپيوتر را ايجاد نمود . در مقابل استفاده از كابل كراس ، در اكثر شبكه ها از كابل های اترنت معمولی استفاده می گردد . در اين نوع كابل ها رشته سيم های ارسال و دريافت بصورت معكوس نخواهند بود .
به منظور مبادله موفقيت آميز داده ، رشته سيم های دريافت و ارسال می بايست در نقاط خاصی معكوس گردند . اين وظيفه بر عهده هاب و يا سوئيچ است . در ابتدای شكل گيری شبكه های كامپيوتری ، استفاده از هاب بسيار متداول بود ولی امروزه اين وضعيت وجود ندارد و سوئيچ جايگزين آن شده است . به منظور تشريح عملكرد سوئيچ ، بد نيست كه در ابتدا با نحوه عملكرد هاب آشنا شويم .
با اين كه هاب در شكل و اندازه های متعددی توليد و ارائه شده است ولی آنها چيزی بيشتر از يك جعبه به همراه تعداد محدودی پورت RJ-45 نمی باشند .هر كامپيوتر موجود در شبكه از طريق يك كابل اترنت به هاب متصل می شود . شكل زير يك نمونه هاب را نشان می دهد .
هاب دارای دو وظيفه عمده در شبكه است :
• ارائه يك نقطه مركزی برای اتصال تمامی كامپيوترهای موجود در شبكه . هر كامپيوتر موجود در شبكه به هاب متصل می گردد . در صورت نياز می توان چندين هاب را به يكديگر متصل تا بتوان كامپيوترهای بيشتری را به شبكه متصل نمود .
• سازماندهی پورت های ارسال و دريافت داده . در صورتی كه يك كامپيوتر اقدام به ارسال داده نمايد ، داده بر روی رشته سيم های دريافت كننده ارسال گردد .
شايد برای شما اين سوال مطرح شده باشد كه در صورت اتصال بيش از دو دستگاه كامپيوتر به هاب ، چگونه و بر اساس چه مكانيزمی داده به مقصد مورد نظر خواهد رسيد . رمز اين كار در كارت شبكه است . هر كارت شبكه اترنت در كارخانه توليد كننده برنامه نويسی شده و يك آدرس MAC ( برگرفته از Media Access Control ) منحصربفرد در آن نوشته می گردد . زمانی كه يك كامپيوتر موجود در يك شبكه اترنت كه شامل چندين دستگاه متصل به هاب است ، اقدام به ارسال داده می نمايد ، داده برای هر يك از كامپيوترها ارسال خواهد شد . كامپيوترهای دريافت كننده پس از دريافت داده ، آدرس مقصد آن را با آدرس MAC خود مقايسه می نمايند و در صورت مطابقت دو آدرس ( آدرس ارسالی موجود در بسته اطلاعاتی با آدرس كامپيوتر دريافت كننده ) ، مقصد داده مشخص خواهد شد و در صورتی كه دو آدرس اشاره شده با يكديگر مطابقت ننمايند ، كامپيوتر دريافت كننده از داده صرفنظر خواهد كرد .
همانگونه كه اشاره گرديد ، در مواردی كه كامپيوترهای موجود در يك شبكه از طريق هاب به يكديگر متصل می گردند ، هر بسته اطلاعاتی برای هر يك از كامپيوترهای موجود در شبكه ارسال خواهد شد . يكی از نكات قابل تامل در اين سناريو ، ارسال فرازمانی داده توسط هر كامپيوتر است ( در هر زمان دلخواه امكان ارسال داده وجود خواهد داشت ) . اين وضعيت مشابه طرح سوال همزمان از طرف دو دانشجو در يك كلاس درس است كه قصد استفاده از يك منبع مشترك ( معلم ) را دارند . وضعيتی اينچنين بدفعات در شبكه اتفاق می افتد .
زمانی كه يك كامپيوتر قصد ارسال داده را داشته باشد ، در ابتدا بررسی می نمايد كه ساير كامپيوترها چنين قصدی را نداشته باشند و در صورت آزاد بودن محيط انتقال ، اقدام به ارسال داده مورد نظر می نمايد . در صورتی كه كامپيوتری ديگر سعی در مبادله اطلاعات و در زمان مشابه را داشته باشد ، بسته های اطلاعاتی حاوی داده در طول شبكه با يكديگر برخورد و از بين خواهند رفت . به همين علت است كه به اين نوع شبكه ها يك collision domain نيز گفته می شود . در صورت بروز تصادم ، دو كامپيوتر مجبور خواهند بود كه پس از يك مدت زمان كاملا" تصادفی ، مجددا" تلاش نمايند تا داده خراب شده را ارسال نمايند .
به موازات افزايش كامپيوترهای موجود در يك collision domain ، احتمال بروز تصادم نيز افزايش خواهد يافت . وضعيت فوق كارآئی شبكه را به شدت كاهش خواهد داد . به همين علت است كه سوئيچ در شبكه مطرح و جايگزين هاب گرديد .
عملكرد سوئيچ ، همانند هاب است و تمامی كارهای مشابه يك هاب را انجام می دهد با اين تفاوت كه زمانی كه يك كامپيوتر نيازمند مبادله داده با كامپيوتر ديگر باشد ، سوئيچ از مجموعه ای مدارات منطقی داخلی به منظور ايحاد يك مسير منطقی و اختصاصی بين دو كامپيوتر استفاده می نمايد . اين بدان معنی است كه دو كامپيوتر بدون نگرانی در خصوص بروز يك تصادم می توانند با يكديگر داده مبادله نمايند .
استفاده از سوئيچ بطرز كاملا" محسوسی افرايش كارآئی شبكه را به دنبال خواهد شد و باعث حذف تصادم در يك شبكه می گردد . ويژگی فوق تنها مزيت سوئيچ محسوب نمی گردد و علاوه بر آن می تواند مسيرهای مبادله داده موازی را ايجاد نمايند . به عنوان نمونه زمانی كه كامپيوتر A با كامپيوتر B ارتباط برقرار می نمايد ، دليلی ندارد كه كامپيوتر C نتواند با كامپيوتر D داده مبادله نمايد . در يك collision domain اين نوع مبادله داده موازی امكان پذير نمی باشد .
در اين مقاله ، با برخی از عناصر پايه و كليدی كه از آنها به منظور ايجاد يك شبكه استفاده می گردد ، آشنا شديم . در بخش دوم به بررسی ساير عناصر سخت افزاری يك شبكه خواهيم پرداخت .
