آموزش مبانی شبکه قسمت اول - سخت افزار شبکه
در این سری مقالات به شما از ابتدا و مبانی اولیه ایجاد یک شبکه کاربردی را به شما آموزش می دهیم . در این مقاله به شما انواع اجزاء شبکه و شرح فعالیت هر یک از آنها را شرح می دهیم . تا کنون در هر مقاله ای که بنده در وب سایت انجمن حرفه ای های فناوری اطلاعات ایران قرار داده ام فرض را بر این گرفته ام که شما یک مدیر شبکه با حداقل دانش و تجربه در زمینه شبکه هستید اما بر اساس درخواست بسیاری از دوستان از بنده خواسته شده که مقالاتی هم در زمینه شبکه ، برای افرادی که هنوز وارد زمینه کاری شبکه نشده اند و تجربه کاری نیز در این زمینه نداشته و علاقه مند به ورود به این زمینه کاری هستند بنویسیم و در آن از ابتدا و مبانی کلیه فعالیت ها و تجهیزات شبکه را بررسی کنیم . این مقاله اولین مقاله از این سری مقالات می باشد که از ابتدا و مبانی شبکه را برای شما شرح می دهد . در این مقاله شما را با ایجاد یک شبکه کاملا عملیاتی و تمام اجزا و جوارح آن و شرح فعالیت آن آشنا خواهم کرد .
معرفی کارت های شبکه ( Network Adapter) یا Network Interface Card
اولین قطعه سخت افزاری که می خواهم در زمینه آن برایتان توضیح بدهم کارت شبکه یا به قولی NIC است . البته اسامی زیادی برای کارت شبکه وجود دارد که معمولا با Network Interface Card یا کارت رابط شبکه ، Network Card یا کارت شبکه و همان NIC نیز شناخته می شود . اینها همگی یک اسم برای یک سخت افزار هستند. کار اصلی کارت شبکه متصل کردن کامپیوتر به صورت فیزیکی به شبکه است به طوری که کامپیوترها بتوانند تحت شبکه با همدیگر ارتباط برقرار کنند .اولین نکته در خصوص کارت های شبکه این است که کارت شبکه بایستی با رسانه شبکه یا اصطلاحا Medium شبکه متناسب باشد . رسانه در واقع همان بستر کابل کشی است که برای اتصال کارت های شبکه به همدیگر مورد استفاده قرار می گیرد . شبکه های بیسیم یا Wireless نوع ساختار خاص خود را دارند که در مقاله ای جداگانه به تشریح تک تک آنها خواهیم پرداخت .چندین سال پیش اطمینان از اینکه کارت شبکه و رسانه ارتباطی با یکدیگر همخوانی دارند یا نه یک مشکل اساسی بود و دلیل اصلی آن نیز تنوع انواع کابل ها و استانداردهای کابل کشی در شبکه بود . برای مثال شما قبل از اینکه بخواهد یک کارت شبکه را خریداری کنید به علت تعدد رسانه های ارتباطی می بایست تعیین می کردید که در شبکه شما به عنوان رسانه ارتباطی از کابل های Ethernet استفاده می شود و یا از انواع کابل کواکسیال و یا Token Ring و یا حتی از Arcnet !!!!!! هر یک از این تکنولوژی های ارتباطی نقاط ضعف و قوت خاص خود را داشتند و برای تصمیم گیری استفاده از آنها باید کاملا تحلیل مناسبی انجام می شد که نوع رسانه انتخاب شود !! امروزه بیشتر تکنولوژی هایی که در بالا عنوان کردیم منسوخ شده اند و مورد استفاده قرار نمی گیرند . امروزه بیشترین نوع کابل کشی و رسانه ای که در مورد شبکه های متوسط و بزرگ سازمانی مورد استفاده قرار می گیرد کابل کشی از نوع اترنت است که از انواع کابلهای UTP استفاده می کند . نمونه ای از کارت شبکه را در شکل الف مشاهده می کنید .
شکل الف : شکل کارت شبکه اترنت به این شکل است.
شبکه های اترنت جدید از ساختار کابل کشی UTP یا زوج های بهم تابیده استفاده می کنند که دارای 8 سیم در داخل هر کابل هستند . این سیم های هر کدام رنگبندی استاندارد خود را دارند و توسط یک نوع اتصال به نام RJ-45 در ابتدا و انتهای کابل به شبکه متصل می شوند . سوکت RJ-45 بسیار شبیه سوکتی است که در کابل های تلفن امروزی استفاده می شود با این تفاوت که بزرگتر است و به جای 4 سیم 8 سیم دارد . سیم های تلفن از سوکت RJ-11 استفاده می کنند که کوچکتر هستند . شما در شکل ب نمای یک سوکت RJ-45 را مشاهده می کنید .
شکل ب : یک کابل اترنت متصل شده به سوکت RJ-45
معرفی هاب و سویچ های شبکه
همانطوری که مشاهده می کنید کامپیوترها از کارت های شبکه برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده می کنند . داده ها بر روی کابل های اترنت منتقل می شوند. اما به هر حال شما نمی توانید دو کامپیوتر را با کابل به همدیگر متصل کنید و تصور کنید که شبکه ایجاد کرده اید.امروزه در همه حا تقریبا اسم اینترنت پر سرعت شنیده می شود و تقریبا همگی با این واژه عمومی آشنا شده ایم ، شما در این میان حتما با واژه باند پهن یا Broadband نیز آشنا شده اید .شبکه های از نوع باند پهن یا Broadband شبکه هایی هستند که درآنها داده ها از همان کابلی که ارسال می شوند ، دریافت هم می شوند . برای روشن شدن بیشتر باید بگوییم که اترنت از نوع Baseband است بدین معنی که برای ارسال و دریافت اطلاعات باید از دو سیم مجزا استفاده کند. این به این معنا است که هنگامی که شما در یک شبکه اترنت مشغول ارسال داده هستید و همزمان قصد دریافت داده را نیز دارید می بایست داده های خود را توسط یک کابل ارسال و توسط کابل دیگر دریافت کنید و توجه داشته باشید که شما برای پورت دریافت کامپیوتر مقصد داده ها را ارسال می کنید و توسط پورت ارسال کامپیوتر مقصد داده ها را دریافت می کنید .شما می توانید با استفاده از همین مفهوم و با یک کابل ساده اترنت دو کامپیوتر را با هم شبکه کنید ، به این نوع کابل کابل کراس یا Cross Over گفته می شود ، این نوع کابل سیم های ارسال مبدا به سیم های دریافت مقصد متصل شده اند و بدین ترتیب براحتی می توانند با همدیگر مستقیما ارتباط برقرار کنند. محدودیتی که در این نوع شبکه وجود دارد این است که شما نه بیشتر و نه کمتر از یک کامپیوتر را می توانید با هم شبکه کنید و محدود به دو کامپیوتر هستید . به جای استفاده از کابل کراس ، شبکه های امروزی از کابل های ساده که سیم دریافت و ارسال تغییر و جابجایی ندارند استفاده می کنند .
البته که برای برقراری ارتباط درست می بایست سیم های ارسال و دریافت در نهایت جابجا شوند اما این دیگر وظیفه وسیله ای به نام هاب ( HUB ) یا سویچ ( Switch ) است. استفاده از هاب ها دیگر تقریبا منسوخ شده است اما برای درک بهتر ساختار سویچ ، بهتر است در مورد ساختار و روش کار هاب ها کمی توضیح بدهیم ، چندین نوع هاب وجود دارد اما خیلی ساده برای شما بگویم که هاب هیچ چیز جز یک جعبه ساده که تعدادی پورت RJ-45 به آن متصل شده اند نیست . هر کامپیوتر در شبکه توسط یک کابل اترنت به هاب متصل می شود . شما در شکل ج می تواند شکل یک هاب را مشاهده کنید .
شکل ج : هاب وسیله است که در شبکه های اترنت نقش دستگاه ارتباطی مرکزی را بر عهده دارد .
هاب در شبکه به طور کلی دو نقش را ایفا می کند ، اولین نقش هاب در شبکه این است که پورت های RJ-45 کامپیوتر های تحت شبکه را که با اترنت کابل کشی شده اند را به همدیگر به عنوان دستگاه مرکزی ارتباطی شبکه متصل کند . هر کامپیوتر به هاب متصل شده ( چندین هاب می توانند به همدیگر همزمان متصل شوند ) و براحتی ارتباط برقرار کنند . وظیفه دیگر هاب این است که داده های دریافتی از طریق پورت ارسال کامپیوتر مبدا را به عنوان داده های ورودی به پورت دریافت کامپیوتر مقصد ارسال کند .شاید در اینجا برای شما این ابهام پیش بیاید که از کجا میتوان متوجه شد که داده ها چگونه به مقصد مورد نظر هدایت می شوند در حالی که بیش از چندین کامپیوتر به هاب متصل شده است ؟ راز این نکته در کارت شبکه وجود دارد . هر کارت شبکه در کارخانه تولید شده توسط یک شماره شناسایی منحصر به فرد سخت افزاری برنامه ریزی می شود که به آن Media Access Control یا همان MAC Address گفته می شود .وقتی یک کامپیوتر در یک شبکه اترنت که بوسیله یک دستگاه هاب کامپیوترها را به هم متصل کرده اند قرار میگیرد و شروع به ارسال داده می کند ، این داده ها در تمامی پورت های هاب و به کلیه کامپیوترهای شبکه ارسال می شوند . هر کامپیوتری که بسته اطلاعاتی را دریافت می کند آدرس مقصد آنرا با آدرس خود مقایسه می کند و در صورتیکه آدرس مقصد با آدرس خود یکسان بود آنگاه بسته اطلاعاتی را دریافت میکند و در غیر اینصورت بسته را رد می کند .
همانطوری که اشاره کردم وقتی کامپیوترها بوسیله یک هاب به هم متصل شده اند داده ها بر روی تمامی کامپیوتر های روی شبکه منتقل شده و ارسال می شوند. مشکل در اینجاست که هر کامپیوتر در هز زمانی که بخواهد می تواند داده های خود را ارسال کند و همینجا بزرگترین مشکل بوجود میاید. فرض کنید در یک کنفرانس صوتی هستید و همزمان مجبور می شوید به جای کس دیگری نیز صحبت کنید و این درحالی باشد که در همان لحظه با شخص دیگری نیز مشغول مکالمه هستید !!! این دقیقا همان مشکلی است که در این نوع شبکه بوجود می آید.وقتی یک کامپیوتر نیاز دارد که اطلاعاتش را بر روی شبکه متقل کند ابتدا مطمئن می شود که کامپیوتر دیگری در شبکه در حال انتقال اطلاعات نباشد ، وقتی مطمئن شد که خط خالی از داده است شروع به انتقال داده می کند . اگر کامپیوتری بخواهد در همان لحظه داده های خود را انتقال دهد ، بسته های اطلاعاتی همزمان ارسال شده در بستر شبکه دچار مشکل شده و شکسته و تداخل بوجود میاید و در نهایت داده های از بین خواهند رفت . این همان دلیلی است که این نوع شبکه ها را معمولا Collision Domain یا محدوده برخورد نیز نامگذاری می کنند . هر دو کامپیوتر مجبور خواهند بود تا یک محدوده زمانی تصادفی را منتظر بمانند تا مجددا اقدام به ارسال سیگنال داده تخریب شده بر روی شبکه کنند . هرچقدر تعداد کامپیوترها در یک محدوده برخورد ( Collision Domain ) زیاد باشد احتمال از بین زفتن سیگنال و برخورد نیز بیشتر خواهد شد . هر چقدر تعداد این برخوردها بیشتر باشد سرعت و کارایی شبکه نیز پایین تر می آید . این همان دلیلی است که امروزه سویچ ها کاملا جایگزین هاب ها شده اند و دیگر از هاب در شبکه های اترنت استفاده نمی شود .
یک سویچ همانطور که در شکل د مشاهده می کنید همان کارهای اولیه و ساده هاب را انجام می دهد . اما تفاوت ایندو در این است که در سویچ هنگامی که یک کامپیوتر قصد ارسال اطلاعات را دارد سویچ از یک جدول داخلی که شامل آدرس های سخت افزاری یا همان MAC های سیستم های می باشد استفاده کرده و برای آدرس مبدا و مقصد یک مسیر مستقل و مجزا برای ارسال داده های این دو کامپیوتر ایجاد می کند . این به این معنا خواهد بود که کامپیوترها برای ارسال داده ها آزاد خواهند بود و مشکلی ندارند و در مورد بوجود آمدن تداخل سیگنال داده نیز هیچگونه نگرانی وجود نخواهد داشت .
شکل د : یک سویچ شبیه دستگاه هاب است اما روش کاری کاملا متفاوتی دارد .
امروزه سویچ ها تحولی اساسی در کارایی شبکه بوجود آورده اند . بله آنها مشکل تداخل داده ها یا Collision را از بین برده اند اما خیلی موارد بیش از این مورد نیز وجود دارد که آنها تحت پوشش خود در آورده اند . به دلیل روش خاصی که سویچ در شبکه فعالیت می کند آنها میتوانند کانالهای ارتباطی موازی برای ارتباطی بین کامپیوترهای شبکه ایجاد کنند . برای مثال ، وقتی کامپیوتر A در شبکه مشغول انتقال اطلاعات به کامپیوتر B در شبکه است ، بدین معنا نیست که کامپیوتر C نتواند به کامپیوتر D داده ها را منتقل کند و همزمان این تعداد کامپیوتر بدون مشکل می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند . در محدوده برخورد یا Collision Domain این امکان وجود ندارد به دلیل اینکه به محض اینکه تعداد کامپیوتر ها بالا برود برخورد یا Collision بوجود خواهد آمد .
نتیجه
در این مقاله به شما انواع اجزای ساده و مقدماتی شبکه را شرح دادیم و طرز کار آنها در یک شبکه ساده را به شما آموزش دادیم ، در قسمت دوم از این سری مقالات به شما اجزای دیگری از سخت افزار های شبکه را معرفی و تشریح خواهم کرد .
