شبکه

یک شبکه رایانه‌ای، که اغلب به طور خلاصه به آن شبکه گفته می‌شود، گروهی از رایانه‌ها و دستگاه‌هایی می‌باشد که توسط کانال‌های ارتباطی برای ایجاد ارتباط و تبادل اطلاعات به هم متصل شده‌اند. شبکه رایانه‌ای باعث تسهیل ارتباطات میان کاربران شده و اجازه می‌دهد کاربران منابع خود را به اشتراک بگذارند.

کاربردهای شبکه

کامپیوتر­هایی که در یک شبکه واقع هستند، می­توانند اطلاعات، پیام، نرم افزار و سخت افزارها را بین یکدیگر به اشتراک بگذارند. به عنوان مثال در یک سازمان معمولاً اطلاعات مربوط به حقوق و دستمزد پرسنل در بخش حسابداری، نگهداری می­شود. در صورتی که در این سازمان از شبکه کامپیوتری استفاده شده باشد، مدیر سازمان می­تواند از دفتر خود به این اطلاعات دسترسی یابد و آن­ها را مورد بررسی قرار دهد.

شبکه­ های کامپیوتری می­توانند تقریباً هر نوع اطلاعاتی را به هر شخصی که به شبکه دسترسی داشته باشد عرضه کنند. این ویژگی امکان پردازش غیر متمرکز اطلاعات را فراهم می­کند. در گذشته به علت محدود بودن روش­های انتقال اطلاعات کلیه فرایند­های پردازش آن نیز در یک محل انجام می­گرفته است. از کاربرد­های شبکه در دنیای امروزی می­توان از مواردی چون: جستجو و تحقیق و دسترسی به اطلاعات به روز پراکنده در دنیا، تجارت الکترونیکی، خرید، فروش و حراج کالا، آموزش از راه دور و دانشگاه مجازی، دولت الکترونیکی، درمان از راه دور، کنفرانس صوتی و تصویری از راه دور، کنترل، مدیریت و نظارت بر سیستم­های صنعتی از راه دور، پست الکترونیکی، پیام­رسانی فوری، گروه­های خبری، گفتگو و گپ زدن، بازی و سرگرمی تعاملی، پخش فیلم­های درخواستی، کمک به ایجاد واقعیت مجازی و ده­ها کاربرد دیگر، نام برد.

اجزای شبکه

شبکه­ های انتقال داده از سه بخش عمده تشکیل می­شوند:

• کامپیوترهای میزبان (Host) که هدف اصلی ایجاد شبکه، اتصال کامپیوترهای میزبان به یکدیگر است.
• پردازنده­ های واسط مانند هاب­ها، تکرار کننده­ها، پل­ها، سوئیچ­ها و مسیر­یاب­های میانی که وظیفه مدیریت شبکه و هدایت ارسال داده­ها از مبدأ و مقصد را بر عهده دارند. مدل ریاضی شبکه­ های کامپیوتری یک گراف است که در آن، گره­ها همان پردازنده­های واسط هستند.
• لینک­های ارتباطی که در واقع رسانه­های انتقال داده هستند و با اتصال گره ­های شبکه به یکدیگر انتقال داده­ها را بر عهده دارند. پردازنده­های واسط و لینک­های ارتباطی زیر ساخت شبکه انتقال داده را تشکیل می­دهند.

تقسیم بندی شبکه های کامپیوتری بر اساس حوزه جغرافی تحت پوشش

شبکه­ های کامپیوتری از نظر اندازه و گستردگی جغرافیایی به ۳ دسته ی اصلی تقسیم می­شوند:

• شبکه های محلی کوچک LAN (Local Area Network)
• شبکه­ های متوسط MAN (Metropolitan Area Network)
• شبکه­ های گسترده WAN (Wide Area Network)

شبکه های محلی کوچک (LAN Local Area Network): دارای گستردگی در حد یک محیط کوچک نظیر یک ساختمان اداری است. این نوع از شبکه­ ها دارای ویژگی­هایی از جمله: توانایی ارسال اطلاعات با سرعت بالا، محدودیت فاصله و … می­باشند. شبکه­ های LAN بر اساس مشخصه­ های مختلف تقسیم بندی می­شوند:

تقسیم بندی براساس توپولوژی

سبک هندسی استفاده شده در اتصال کامپیوتر­ها را توپولوژی گویند. ساختار و توپولوژی شبکه­ های کامپیوتری بر اساس هزینه، امکانات، سرعت شبکه و ماهیت و فناوری انتقال داده تقسیم بندی می­شوند.

نوع آرایش یا همبندی اجزای شبکه بر مدیریت و قابلیت توسعه شبکه نیز تاثیر می­گذارد. برای طرح بهترین شبکه از جهت پاسخگویی به نیازمندی­ها، درک انواع آرایش شبکه دارای اهمیت فراوانی است. انواع همبندی شبکه، بر سه نوع توپولوژی استوار شده است. این انواع عبارتند از:

• توپولوژی خطی یا BUS
• حلقه ای یا RING
• ستاره ای یا STAR
• ترکیبی یا HYBRID

توپولوژی BUS ساده­ ترین توپولوژی مورد استفاده شبکه­ ها در اتصال کامپیوتر­ها است. در این آرایش تمام کامپیوتر­ها به صورت ردیفی به یک کابل متصل می­شوند.

به این کابل در این آرایش، بستر اصلی (Back Bone) یا قطعه (Segment) اطلاق می­شود. در این آرایش، هر کامپیوتر آدرس یا نشانی کامپیوتر مقصد را به پیام خودافزوده و این اطلاعات را روی کابل ارسال می­کند. این سیگنال توسط کابل به تمام کامپیوتر­های شبکه ارسال می­شود. کامپیوتر­هایی که نشانی آن­ها با نشانی ضمیمه شده به پیام انطباق داشته باشد، پیام را دریافت می­کنند. در این آرایش شبکه، در صورت از کار افتادن هر یک از کامپیوتر­ها آسیبی به کارکرد کلی شبکه وارد نخواهد شد. در برابر این مزیت اشکال این توپولوژی در آن است که هر یک از کامپیوتر­ها باید برای ارسال پیام منتظر فرصت باشد. به عبارت دیگر در این توپولوژی در هر لحظه فقط یک کامپیوتر می­تواند پیام ارسال کند. اشکال دیگر این توپولوژی در آن است که تعداد کامپیوتر­های واقع در شبکه تاثیر معکوس و شدیدی بر کارایی شبکه می­گذارد. در صورتی که تعداد کاربران زیاد باشد، سرعت شبکه به مقدار قابل توجهی کند می­شود. علت این امر آن است که در هر لحظه یک کامپیوتر باید برای ارسال پیام مدت زمان زیادی به انتظار بنشیند.

آرایش نوع دوم شبکه­ های کامپیوتری، آرایش ستاره­ای است. در این آرایش تمام کامپیوتر­های شبکه به یک قطعه مرکزی به نام Hub متصل می­شوند.

در این نوع همبندی کلیه رایانه‌ها به یک کنترل کنند­ه­ی مرکزی به نام هاب متصل می‌شوند و هرگاه رایانه‌ای بخواهد با رایانه دیگری تبادل اطلاعات کند، رایانه مبدا اطلاعات را به HUB ارسال نموده و اطلاعات از طریق آن به رایانه مقصد انتقال می‌یابد. در این نوع همبندی در صورت از کار افتادن هاب، کل شبکه از کار خواهد افتاد. سومین نوع توپولوژی، حلقه­ای نام دارد. در این توپولوژی همانند آرایش BUS، تمام کامپیوتر­ها توسط یک کابل به هم، به صورت یک حلقه، متصل می­شوند.

همیشه یک بسته­ی کوچک با نام نشانه (Token) در داخل شبکه از یک رایانه به دیگری می‌رود، زمانی که یک رایانه اطلاعاتی جهت ارسال دارد، نشانه را در اختیار گرفته و از چرخش آن داخل شبکه جلوگیری می‌کند، تا زمانیکه نشانه توسط یک رایانه نگه‌داشته شده باشد، تمام رایانه‌های شبکه پذیرای اطلاعاتی خواهند بود که رایانه مالک نشانه ارسال می‌کند. در این توپولوژی تمام کامپیوتر­ها سیگنال دریافتی را پس از تقویت، آن را به کامپیوتر بعدی ارسال می­کنند. به همین جهت به این توپولوژی، توپولوژی فعال یا­Active نیز گفته می­شود. در این توپولوژی در صورت از کار افتادن هر یک از کامپیوتر­ها، کل شبکه از کار خواهد افتاد، زیرا همانطور که گفته شده هر کامپیوتر وظیفه دارد تا سیگنال ارتباطی را دریافت کرده، تقویت کند و دوباره ارسال نماید.

از ترکیب توپولوژی­های ستاره­ای، حلقه ه­ای و خطی، یک توپولوژی ترکیبی (Hybrid) به دست می­آید. از توپولوژی هیبرید در شبکه­ های بزرگ استفاده می­شود. خود توپولوژی هیبرید دارای دو نوع است. نوع اول توپولوژی خطی – ستاره ای نام دارد. همانطور که از نام آن بر می­آید، در این آرایش چندین شبکه ستاره­ای به صورت خطی به هم ارتباط داده می­شوند. در این وضعیت اختلال در کارکرد یک کامپیوتر، تاثیر در بقیه شبکه ایجاد نمی­کند. ضمن آنکه در صورت از کار افتادن هاب فقط بخشی از شبکه از کار خواهد افتاد. در صورت آسیب دیدگی کابل اتصال دهنده هاب­ها، فقط ارتباط کامپیوتر­هایی که در گروه­های متفاوت هستند قطع خواهد شد و ارتباط داخلی شبکه پایدار می­ماند. نوع دوم نیز توپولوژی ستاره ای – حلقه ای نام دارد. در این توپولوژی Node های چند شبکه از نوع حلقه­ای در یک الگوی ستاره­ای به یک هاب مرکزی متصل می­شوند.

تقسیم بندی براساس گره (Node)

این نوع از تقسیم بندی شبکه­ها براساس ماهیت گره­ها یا محل­های اتصال خطوط ارتباطی شبکه­ ها انجام می شود. در این گروه­بندی شبکه­ ها به دو نوع تقسیم­­ بندی می­شوند. تفاوت این دو گروه از شبکه­ ها در قابلیت­های آن نهفته است. این دو نوع اصلی از شبکه­ ها، شبکه­ هایی از نوع نظیر به نظیر (Peer to Peer) و شبکه­ های مبتنی بر Server یا Server Based نام دارند. در یک شبکه نظیر به نظیر، بین گره­ های شبکه ترتیب یا سلسله مراتبی وجود ندارد و تمام کامپیوتر­های واقع در شبکه از اهمیت یا اولویت یکسانی برخوردار هستند. به شبکه­ های نظیر به نظیر Workgroup نیز گفته می­شود:

در نوع دوم شبکه­ های کامپیوتری یعنی شبکه­ های مبتنی بر سرور، به تعداد محدودی از کامپیوتر­ها وظیفه عمل به عنوان سرور داده می­شود. در سازمان­هایی که دارای تعداد زیادتری کاربر در شبکه خود هستند، استفاده از شبکه های Peer to Peer نامناسب بوده و شبکه­ های مبتنی بر سرور ترجیح داده می­شوند:

در این شبکه­ ها از سرور اختصاصی برای پردازش حجم زیادی از درخواست­های کامپیوترهای سرویس گیرنده استفاده می­شود. در شبکه­ های مبتنی بر سرور، مدیر شبکه مسئول مدیریت امنیت اطلاعات شبکه است و بر تعیین سطوح دسترسی به منابع شبکه مدیریت می­کند. بدلیل این­ که اطلاعات در چنین شبکه­ هایی فقط روی کامپیوتر یا کامپیوتر­های سرور متمرکز می­باشند، تهیه نسخه­های پشتیبان از آن­ها ساده­ تر بوده و تعیین برنامه زمان­بندی مناسب برای ذخیر­سازی و تهیه نسخه­ های پشتیبان از اطلاعات به سهولت انجام می­پذیرد. در چنین شبکه­ هایی می­توان اطلاعات را روی چند سرور نگهداری نمود، یعنی حتی در صورت از کار افتادن محل ذخیره اولیه اطلاعات (کامپیوتر سرور اولیه)، اطلاعات همچنان در شبکه موجود بوده و سیستم می­تواند به صورت روی خط به کارکرد خود ادامه دهد. به این نوع از سیستم ها Redundancy Systems یا سیستم­های یدکی می گویند.

شبکه­ های متوسط (MAN Metropolitan Area Network): دارای گستردگی در حد و اندازه یک شهر و یا شهرستان است . این شبکه­ها که با ایجاد ارتباط بین چندین شبکه کوچکتر بوجود می­آیند، دارای پیچیدگی بیشتری نسبت به شبکه­ های محلی می باشند. شبکه های تلویزیون کابلی بهترین نمونه MAN هستند.

شبکه­ های گسترده WAN (Wide Area Network):

داری گستردگی در حد و اندازه کشور و قاره است. اتصال شبکه های محلی از طریق خطوط تلفنی، کابل های ارتباطی ماهواره و یا دیگر سيستم­هایی مخابراتی چون خطوط استيجاری در یک منطقه بزرگتر را شبکه گسترده گویند . در این شبکه کاربران یا رایانه ها از مسافت های دور و از طریق خطوط مخابراتی به یکدیگر متصل می­شوند . از این فناوری با نام شبکه­ های راه دور Long Haul Network نيز نام برده می­شود . در شبکه گسترده سرعت انتقال داده نسبت به شبکه­ های محلی خيلی کمتر است. بزرگترین و مهم­ترین شبکه گسترده­، شبکه جهانی اینترنت می­باشد.