شبکه‌های رایانه‌ای

● منظور از یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای چیست؟
هرگاه بتوانیم بین یك سری از رایانه‌‌ها و وسایل جانبی آنها ارتباط برقرار كنیم، بطوری كه همه‌‌ی آنها تحت یك سیستم‌‌عامل و یك قرارداد (پروتكل) كار نمایند آنگاه یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای داریم. یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای در پایه‌‌ای‌‌ترین سطح خود شامل فقط دو رایانه است كه توسط یك كابل به یكدیگر متصل شده‌‌اند ولی می‌‌توانند از داده‌‌ها به طور مشترك استفاده نمایند.
● هدف از شبكه كردن رایانه‌‌ها چیست؟
به همان نحوی كه استفاده از رایانه‌‌های شخصی بین كاربران رواج پیدا می‌‌كرد، بسیاری از ادارات، سازمان‌‌ها و شركت‌‌ها احساس كردند كه به ارتباط مابین رایانه‌‌ها نیز نیازمند هستند و بر اساس همین نیاز و مزایای شبكه‌‌ها، شبكه‌‌های رایانه‌‌ای پدید آمدند و جای خود را تقریبا" در بیشتر مؤسسات، ارگان‌‌ها و ادارات باز نمودند.
▪ مزایای استفاده از شبكه‌‌های رایانه‌‌ای به قرار زیر است:
ـ كاهش هزینه‌‌ها از طریق به اشتراك گذاشتن برنامه‌‌های كاربردی، داده‌‌ها و وسایل جانبی.
ـ دستگاه‌‌ها جانبی كه از طریق شبكه می‌‌توانند به اشتراك گذاشته شوند عبارتند از:
چاپگر، مودم، دیسك‌سخت، CD-ROM، رسام(Plotter)، CD-Recorder و... استفاده مؤثر از زمان و صرفه‌‌جویی در وقت. ارتباطات مؤثرتر بین كاربران شبكه. به فرض اگر كاربران یك شبكه بر روی یك پروژه گروهی كار نمایند، می‌‌توانند از اقدامات و پیشرفت‌‌های یكدیگر به طرز قابل ملاحظه‌‌ای سود ببرند.
ـ استفادهٔ همزمان از یك برنامه‌‌ی خاص توسط كاربران متفاوت.
● WAN , MAN , LAN
این سه عبارت بر اساس محدودهٔ جغرافیایی كه یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای در آن فعالیت می‌‌كند تقسیم‌‌بندی و تعریف شده‌‌اند.
▪ (Local Area Network)LAN:
این نوع شبكه به شبكه‌‌ی محلی نیز معروف است و از لحاظ محدودهٔ جغرافیایی، وسعتی در حد یك آپارتمان و یا یك ساختمان چند طبقه را پشتیبانی می‌‌نماید. بیشتر شبكه‌‌های رایانه‌‌ای كه ممكن است ما با آنها برخورد داشته باشیم از نوع شبكه‌‌های محلی می‌‌باشند.
▪ (Metropolitan Area Network)MAN:
این نوع از شبكه، كه به شبكه‌ی كلان شهری نیز معروف است، محدودهٔ بیشتری را نسبت به نوع قبلی در بر می‌‌گیرد. فرض كنید یك كارخانه‌‌ی بزرگ دارای مساحتی در حدود چند هكتار می‌‌باشد و چندین ساختمان چند طبقه و دور از هم نیز در وسعت آن پراكنده شده‌‌اند. اگر بخواهیم تمام رایانه‌‌های موجود در این كارخانه به یكدیگر وصل نموده و یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای واحد داشته باشیم باید از این نوع شبكه بهره بگیریم.
▪ (Wide Area Network)WAN:
این نوع از شبكه‌‌های رایانه‌‌ای حتی از نوع قبلی هم وسیع‌‌تر می‌‌باشند و ارتباط بین رایانه‌ها را در سطح شهرها و كشورها و حتی در تمام دنیا میسر می‌‌سازند. برای مثال باید بدانید كه شبكه‌‌ی اینترنت از این نوع می‌‌باشد و به شبكه‌‌ی گسترده موسوم است.
● نیازها و اجزای فیزیكی یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای
در اینجا، قصد داریم تا نیازهای یك شبكه‌‌ی محلی را مورد بررسی قرار دهیم. تمام نیازهای یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای محلی عبارت است از: ایستگاه‌‌های كاری (Work Station)، سرویس دهنده(Server)، بردهای شبكه (LAN Card)، كابل كشی شبكه، سیستم‌‌عامل شبكه و وسایل جانبی (مانند چاپگر...) كه قرار است در داخل شبكه مورد استفاده قرار گیرند.
منظور از ایستگاه‌‌های كاری، همان رایانه‌‌های موجود در شبكه(به غیر از سرویس دهنده) می‌‌باشند كه از طریق كابل‌‌ها با یكدیگر در ارتباط هستند و از امكانات یكدیگر و سرویس‌‌دهنده برخوردار می‌‌شوند.
سرویس‌‌دهنده كه معمولا" به آن سرویس‌‌دهندهٔ پرونده(File server) نیز گفته می‌‌شود. اغلب یك رایانه است كه نسبت به بقیه‌‌ی كامپیوترهای شبكه هم از لحاظ سرعت پردازش داده‌‌ها و هم از لحاظ مقدار حافظه‌‌های اصلی و جانبی برتر است و در عمل تمامی رایانه‌‌های شبكه را مـدیریت كـرده و بـه نیازهای آنها پاسخ می‌‌دهد.
در شبكه‌‌های محلی، رایانه‌‌های یك شبكه توسط كابل به یكدیگر متصل می‌‌شوند و این در صورتی است كه قبلا" در هر یك از رایـانه‌‌هـا بـردهـای شبكه نصب و تنظیم شده است و كابل‌‌ها به درگـاه‌‌هـای (Port) این بردها متصل می‌‌شوند.
در واقع یك كارت شبكه (برد شبكه) در یك سیستم شبكه‌‌ای نقش‌‌های مهمی را ایفا می‌‌كند.
اول این كه، داده‌‌ها را برای انتقال به كابل شبكه آماده می‌‌كند. دوم، وظیفه‌‌ی ارسال داده‌‌ها به كامپیوتر دیگر را بر عهده دارد. همچنین كنترل داده‌‌هایی را كه بین كامپیوتر و كابل شبكه ارسال و دریافت می‌‌شوند را بر عهده دارد. در مورد كابل شبكه این توضیح ضروری است كه رایانه‌‌ای كه در شبكه قرار دارد فقط می‌‌تواند یكی از دو كار، دریافت و ارسال پیام را در یك زمان خاص انجام دهد و این به مفهوم یك طرفه عمل كردن كابل می‌‌باشد.
نكته‌‌ی قابل توجه دیگر این است كه پیام‌‌ها و یا همان سیگنال‌‌های الكتریكی تا زمانی كه در كابل شبكه هستند یك انتقال سریال دارند، یعنی به صورت هر بیت به دنبال بیت دیگر در طول كابل حركت می‌‌كنند ولی هنگامی كه داخل كارت شبكه هستند به صورت موازی پردازش و ساخت‌‌بندی می‌‌شوند. كارت‌‌های شبكه نیز مانند كارت‌‌های صدا و یا كارت‌‌های گـرافیكـی می‌‌توانند
۱۶ بیتی یا ۳۲ بیتی باشند. كارت‌‌هایی كه از نوع ISA می‌‌باشند ۱۶ بیتی و انواعی كه از PCI هستند ۳۲ بیتی، داده‌‌ها را پردازش می‌‌نمایند و از مواردی كه باعث توانایی یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای می‌‌شوند سرعت انتقال داده‌‌ها توسط شبكه است.
از ملزومات دیگر یك شبكه، كابل‌‌كشی آن می‌‌باشد و همانطور كه اشاره شد، رایانه‌‌ها توسط كابل‌‌ها به یكدیگر متصل می‌‌شوند. قصد بر این است كه از كابل‌‌های شبكه اطلاعات بیشتری داشته باشیم، بنابراین:
● كابل‌‌های شبكه
۱) كابل‌‌های كواكسیال: قبلا" این كابل‌‌ها پر مصرف‌‌ترین كابل‌‌ها برای شبكه‌‌های رایانه‌‌ای بودند. این نوع كابل‌‌نسبتا" ارزان، سبك، قابل انعطاف و كار با آنها ساده است. و در فركانس‌‌های بسیار بالا( در حدود گیگاهرتز) قابل استفاده هستند. دو نوع مختلف كابل كواكسیال وجود دارد
ـ نازك (اترنت نازك)
- ضخیم (اترنت ضخیم)
نوع نازك می‌‌تواند سیگنال‌‌ها را تا حدود ۱۸۵ متر بدون تضعیف حمل نماید. اترنت نازك در گروهی به نـام RG-۵۸ قـرار مـی‌‌گـیرد و مقـاومـت ظاهری (امپدانس) آن ۱۵۰ اهم می‌‌باشد.
نوع ضخیم آن كه گاهی به نام اترنت استاندارد نیز نامیده می‌‌شود، می‌‌تواند سیگنال‌‌ها را تا حدود ۵۰۰ متر حمل نماید. معمولا" این نوع كابل‌‌به عنوان كابل اصلی یا ستون فقرات (Back bone) یك شبكه در نظر گرفته می‌‌شود و توسط دستگاهی به نام فرستنده - گیرنده به كابل‌‌های كواكسیال نازك متصل می‌‌شود.
۲) كابل‌‌های به هم تابیده شده:
در این نوع كابل‌‌ها، دو رشته سیم روپوش‌‌دار وجود دارند كه برای كاهش امواج و سیگنال‌‌های مزاحم (نویزnoise) تعبیه شده‌‌اند. تعدادی از این جفت‌‌سیم‌‌ها در داخل غلاف پلاستیكی قرار دارند و یك كابل را تشكیل می‌‌دهند. اگر مجموعه‌‌ی سیم‌‌های تابیده شده داخل یك روپوش آلومینیومی باشند به نام STP و در غیر این صورت به نام UTP خوانده می‌‌شوند.
كابل‌‌هایی از نوعUTP به چند دسته (Category) تقسیم‌‌بندی می‌‌شوند كه نوع متداول آن UTP دسته ۵ یا به اصطلاح (UTP Cat ۵) می‌‌باشد.
كابل‌‌نوع Cat ۵ شامل چهار زوج سیم مسی مارپیچ است و سرعت انتقال داده‌‌ها در آن حدود mbps ۱۰۰(مگابیت در ثانیه) می‌‌باشد.
۳) فیبر نوری:
این نوع كابل‌‌ها به جای استفاده از جریان الكتریكی (سیگنال‌‌ها) از نور برای انتقال اطلاعات بهره می‌‌برند و بنابراین نسبت به انواع دیگر كابل‌‌ها نویز كمتری دارند. كابل فیبر نوری می‌‌تواند داده‌‌ها را تا فواصل دورتری انتقال دهد و ظرفیت و سرعت آن نیز نسبت به دیگر كابل‌‌ها بیشتر است. هزینه‌‌ی نسبتا" زیاد و اتصال‌‌بندی مشكل آن، از معایب استفاده این نوع كابل می‌‌باشد و هنوز به طور كامل متداول نشده است.
● چگونگی اتصال كابل به كارت شبكه:
نكته‌‌ی دیگری كه در اینجا مطرح است نحوهٔ اتصال كابل‌‌های كواكسیال و به هم تابیده شده با رایانه و یا در واقع كارت‌‌های شبكه است. امروزه بیشتر كارت‌‌های شبكه دارای ۲ نوع درگاه (Port) هستند كه معمولا" یكی از آنها برای اتصال به كابل‌‌های كواكسیال و دیگری برای اتصال به كابل‌‌های به هم تابیده شده طراحی شده‌‌اند.كابل‌‌های كواكسیال توسط بستی به نام BNC به كابل كواكسیال دیگر و یا درگاه مربوطه (واقع در كارت شبكه) متصل می‌‌شوند.
كابل‌‌های به هم تابیده شده نیز توسط بست RJ-۴۵ (كه از انواع بست‌‌های تلفن می‌‌باشد) به فیش RJ-۴۵ وصل می‌‌شوند. فیش RJ-۴۵ نیز بر روی كارت‌‌های شبكه تعبیه شده است. توجه داشته باشید، با این كه بر روی كارت‌‌ها شبكه دو درگاه مختلف قرار گرفته‌‌اند، در هر توپولوژی شبكه (پیكربندی) فقط از یكی از این درگاه‌‌ها استفاده می‌‌شود.
● انتقال بدون كابل(Wire less)
گاهی اوقات شبكه‌‌های محلی برای انتقال اطلاعات از روش‌‌های انتقال بدون كابل استفاده می‌‌نمایند. گاهی پیش می‌‌آید كه نتوانیم از روش‌‌های قبلی برای انتقال داده‌‌ها بهره ببریم. مثلا" ساختمانی كه قرار است در آن رایانه‌‌ها با یكدیگر شبكه شوند، از نظر فیزیكی قابلیت كابل‌‌كشی را نداشته باشد. بنابراین مجبوریم كه از تكنیك انتقال داده‌‌ها به صورت بدون كابل استفاده نماییم.
▪ چهار روش عمده برای انتقال اطلاعات به صورت بدون كابل وجود دارد.
۱) مادون قرمز
۲) لیزر
۳) رادیویی باریك (تك فركانس)
۴) رادیویی با طیف گسترده
باید توجه داشت كه فقط شبكه‌‌های محلی نیستند كه از انتقال بدون كابل استفاده می‌‌نمایند، بلكه شبكه‌‌های گسترده (WAN) و رایانه‌‌های بسیار نیز از این روش سود می‌‌برند.
● سیستم‌‌عامل شبكه‌‌های رایانه‌‌ای
همان طوری كه یك رایانه تنها به سیستم‌‌عامل برای اجرای برنامه‌‌ها نیاز دارد، رایانه‌‌های تحت یك شبكه نیز به وجود چنین سیستم‌‌عاملی نیازمندند. وظیفه‌‌ی سیستم‌‌عامل شبكه، مدیریت و برآورده كردن نیازهای رایانه‌‌ها و وسایل جانبی داخل شبكه می‌‌باشد. بعضی از نرم‌‌افزارهایی كه امروزه به عنوان سیستم‌‌عامل شبكه به كار برده می‌‌‌‌شوند عبارتند از: Win NT,Win۹x,Windows۳.۱۱ Workgroup, Novell Net ware و... امروزه می‌‌توان هم شبكه‌‌های تحتWindows و هم شبكه‌‌های تحت سیستم‌‌عامل Dos را توأما" بر روی یك رایانه به اجرا درآورد. در هر كدام از سیستم‌‌عامل‌‌های شبكه فردی كه به عنوان مدیر شبكه می‌‌باشد. امكان دسترسی به تمامی امكانات شبكه را دارا می‌‌باشد و هم اوست كه می‌‌تواند به سایر كاربران شبكه امكان دسترسی به تجهیزات و داده‌‌های شبكه را بدهد. در ضمن مدیر شبكه می‌‌تواند تاریخ، زمان و حدود استفادهٔ كاربران شبكه را تعریف و به اجرا درآورد.
● توپولوژی(پیكربندی) شبكه:
یك شبكه‌‌ی رایانه‌‌ای می‌‌تواند پیكربندی متفاوتی داشته باشد كه اصطلاحا" به آن توپولوژی شبكه می‌‌گویند. توپولوژی شبكه به طرح فیزیكی یا آرایش رایانه‌‌ها، كابل‌‌ها و سایر اجزای شبكه مرتبط است. توپولوژی بر روی توانایی‌‌ها و قابلیت‌‌های یك شبكه مؤثر است و با انتخاب توپولوژی‌های متفاوت موارد زیر نیز در شبكه فرق خواهند كرد.
▪ نوع تجهیزات مورد نیاز شبكه
▪ توانایی تجهیزات
▪ روشی كه شبكه مدیریت می‌‌شود
▪ امكان رشد و توسعه‌‌ی شبكه
● انواع توپولوژی
▪ سه نوع متداول توپولوژی استاندارد وجود دارد كه عبارتند از:
۱)توپولوژی خطی:(BUS)
ساده‌‌ترین نوع توپولوژی است كه تمام رایانه‌‌های شبكه توسط یك كابل اصلی به یكدیگر متصل می‌‌شوند. در این توپولوژی خراب شدن یك ایستگاه كاری بر روی عملكرد شبكه تأثیری ندارد. ولی موجب از كار افتادن ایستگاه‌های كاری بعد از خود می‌شود و برای رفع مشكل می‌بایست ایستگاه‌كاری خراب را از شبكه خارج كرد.
۲) توپولوژی ستاره‌‌ای (STAR)
در این نوع توپولوژی سرویس‌‌دهنده و یك قطعه مركزی به نام هاب (Hub ) در مركز دایره قرار دارد و ایستگاه‌‌های كاری در اطراف آن قرار دارند. در این نوع توپولوژی خراب شدن سرویس دهنده و یا Hub باعث از كار افتادن كل شبكه می‌‌شود. ولی از كار افتادن یك ایستگاه كاری بر كل شبكه مؤثر نیست.
۳) توپولوژی حلقوی(RING)
در این نوع توپولوژی، رایانه‌‌ها طوری با یكدیگر در ارتباط هستند كه یك دایره را تشكیل می‌‌دهند سیگنال‌‌های الكتریكی كه حاوی پیام هستند در یك جهت از یك رایانه به رایانه‌‌ی بعد حركت می‌‌كنند. همان طوری كه از شكل زیر مشخص است، از كار افتادن یك ایستگاه كاری و یا Server باعث اشكال در كل شبكه می‌‌شود.
امروزه بیشتر شبكه‌‌های محلی فیزیك از توپولوژی‌‌های فوق‌‌الذكر می‌‌باشند. شبكه‌‌های تركیبی كه می‌‌توان به عنوان مثال از آنها یاد كرد عبارتند از: ستاره‌‌ای خطی و ستاره‌‌ای حلقوی
● كدام توپولوژی بهتر است؟
بعد از شناخت توپولوژی‌‌های شبكه، این سؤال پیش خواهد آمد كه كدام توپولوژی بهتر است و بیشتر استفاده می‌‌شود؟
جواب این سؤال به همان سادگی كه ما فكر می‌‌كنیم نمی‌‌باشد. بلكه هرگاه در صدد برآییم تا بهترین نوع توپولوژی را برای یك شبكه انتخاب نماییم باید عوامل زیادی را در نظر بگیریم و در اینجاست كه شخصی به نام طراح شبكه‌‌های محلی با لحاظ كردن تمامی فاكتورهای موجود، بهترین نوع پیكربندی را پیشنهاد می‌‌كند.
▪ عواملی كه طراح شبكه‌‌های محلی در نظر می‌‌گیرد عبارتند از:
۱) تعداد رایانه‌‌های موجود در شبكه
۲) توانایی رایانه‌‌ها
۳) مساحت و ابعاد ساختمانی كه قرار است شبكه در آنجا ایجاد شود
۴) هزینه
۵) ایمنی مورد نظر در شبكه
۶) بسیاری از موارد دیگر
حال كه در مورد انواع پیكربندی شبكه صحبت كردیم، بدنیست استانداردهایی را كه هر كدام از این پیكربندی‌‌ها برای خود استفاده می‌‌كنند بشناسیم.
توپولوژی خطی از استانداردی به نام اترنت(Ethernet) استفاده می‌‌كند.
توپولوژی ستاره‌‌ای از استانداردArcnet و توپولوژی حلقوی نیز از استانداردی به نام Tokenring استفاده می‌‌كنند.
● روش‌‌های انتقال اطلاعات در شبكه‌‌ها
▪ اساسا" دو نوع روش برای انتقال اطلاعات در شبكه‌‌ها وجود دارد كه عبارتند از:
۱) روش انتقال علامت (Token passing)
۲) روش گوش دادن به خط(Carrier Sensc Maltiple Access)
دو روش انتقال، علامت یك بسته (Packet) به نام علامت (token) دائما" در محیط ارتباطی شبكه از یك ایستگاه به ایستگاه دیگر در حال حركت است و هر دو دستگاه فقط زمانی می‌‌تواند اقدام به ارسال پیام نماید كه علامت (token) در اختیار آن باشد. هنگامی كه یك دستگاه (Station) علامت را دریافت می‌‌كند دو حالت پیش می‌‌آید.
یا این كه ایستگاه مایل به ارسال پیام است كه در این صورت باید علامت را از خط خارج كرده، پیام خود را وارد آن نموده و سپس مجددا" علامت را وارد خط نماید و آن را برای ایستگاه بعدی ارسال نماید.
۲- یا این كه ایستگاه پیامی برای ارسال ندارد، كه در آن صورت فقط آدرس علامت را عوض كرده آن را برای ایستگاه بعدی ارسال می‌‌نمایید.
از روش فوق در استانداردهای Arcnet ، Tokenring استفاده می‌‌شود.
در روش گوش دادن به خط، نحوه ارسال پیام به این ترتیب است كه ایستگاهی كه می‌‌خواهد پیام خود را ارسال نماید، ابتدا یك بسته اطلاعات را آماده می‌‌كند و منتظر می‌‌ماند تا وقتی كه ایستگاه دیگری در حال ارسال پیام نباشد، آن گاه بسته‌‌ی خود را ارسال می‌‌كند. اگر در ایستگاه به طور همزمان بسته‌‌های خود را ارسال نمایند، پدیدهٔ تصادف (Collision) رخ می‌‌دهد و بسته‌‌های حاوی اطلاعات خراب می‌‌شوند. در این مواقع هر دو ایستگاه مدتی منتظر می‌‌مانند و سپس پیام خود را مجددا" ارسال می‌‌كنند. با این توضیحات، مشخص می‌‌شود كه اگر مقدار ایستگاه‌‌های كاری زیاد باشد، ترافیك زیادی در خط وجود خواهد داشت و این ترافیك عملا" سرعت انتقال اطلاعات را كاهش می‌‌دهد.
● Boot ROM چیست؟
در برخی از ادارات و یا سازمان‌‌ها به لحاظ ایمنی و یا به لحاظ اقتصادی، ایستگاه‌‌های كاری دارای دیسك‌‌گردان اعم از دیسك‌‌گردان نرم و یا سخت نمی‌‌باشند و كاملا" واضح است كه بدون آنها كاربران قادر به كپی اطلاعات نیستند. ولی نكته‌‌ای كه در اینجا مطرح می‌‌شود این است كه رایانه‌‌ها یا از طریق فلاپی و یا از طریق دیسك سخت راه‌‌اندازی می‌‌شوند و در این مواردی كه رایانه‌‌ی ما دارای هیچكدام از این وسایل نمی‌‌باشد تكلیف چیست؟ بلی راه دیگری نیز برای راه‌‌اندازی و بوت كردن رایانه‌‌ها (رایانه‌‌های مجهز به كارت شبكه) وجود دارد.
كارت‌‌های شبكه در قسمتی از ُبرد خود دارای یك تراشه به نام Boot ROM می‌‌باشند كه سایز و ظرفیت آن در كارت‌‌های متفاوت فرق دارد. ولی همه‌‌ی آنها وظیفه‌‌ی راه‌‌اندازی رایانه را بر عهده دارند. وقتی كه رایانه روشن می‌‌شود بعد از عملیات اولیه (عملیات Post) به سراغ این تراشه رفته و از همان طریق راه‌اندازی (Boot) شده، به شبكه متصل می‌‌شود.