مبانی شبکه : سخت افزار شبکه

تاکنون مقالات متعددی در رابطه با شبکه و تجهیزات سخت افزاری بکار گرفته شده در آن بر روی سایت منتشر شده است . در تهیه مقالات فوق ، فرض ما بر این بوده است که خوانندگان محترم از جمله کاربران آشنا به دنیای شبکه های کامپیوتری می باشند .شاید نوبت آن باشد که مطالبی برای علاقه مندانی که اخیرا” قدم در این عرصه گذاشته اند نیز بر روی سایت منتشر شود . در مجموعه مطالبی که با این هدف بر روی سایت منشتر خواهد شد با مفاهیم مهم و کلیدی شبکه آشنا خواهیم شد تا از این رهگذر بتوانیم یک شبکه عملیاتی را ایجاد نمائیم .
در اولین بخش به بررسی سخت افزار شبکه خواهیم پرداخت

کارت شبکه

اولین عنصر سخت افزاری که به تشریح جایگاه و عملکرد آن در یک شبکه خواهیم پرداخت ، کارت شبکه است . به کارت شبکه ، کارت اینترفیس شبکه و یا NIC ( برگرفته از Network Interface Cards ) نیز گفته می شود . مهمترین رسالت و یا وظیفه کارت شبکه ، اتصال فیزیکی یک کامپیوتر به شبکه است تا امکان مبادله اطلاعات برای وی فراهم گردد .
کارت شبکه می بایست با نوع محیط انتقال مطابقت و به نوعی با آن سازگار باشد . منظور از محیط انتقال ، نوع کابلی است که از آن در شبکه استفاده می گردد ( شبکه های بی سیم شرایط مختص به خود را دارند که در مطالب جداگانه ای به تشریح آنها خواهیم پرداخت ) .
با توجه به وجود استانداردهای متعدد ، تشخیص سازگاری کارت شبکه با محیط انتقال ، کار چندان مشکلی بنظر نمی آید . قبل از ایجاد شبکه و خرید تجهیزات سخت افزاری مورد نیاز( نظیر کارت شبکه و کابل ) ، می بایست در ابتدا مشخص گردد که قصد استفاده از کدام استاندارد شبکه را داریم . اترنت ، Token ring و Arcnet نمونه هائی از استانداردهای مختلف شبکه می باشند . توجه داشته باشید که هر فناوری شبکه دارای نقاط قوت و ضعف مختص به خود می باشد و همواره می بایست گزینه ای انتخاب گردد که قادر یه تامین نیازهای یک سازمان با شرایط مطلوب تری باشد .
اکثر فناورهای شبکه که به آنها اشاره گردید ، منسوخ و در حال حاضر تقریبا” اترنت تنها گزینه برای ایجاد شبکه های کابلی در اکثر سازمان ها (صرفنظر از ابعاد آنها ) می باشد . شکل زیر یک نمونه کارت شبکه را نشان می دهد .

فایل پیوست 4824

در شبکه های اترنت پیشرفته ، از کابل های بهم تابیده موسوم به twisted pair با هشت رشته سیم استفاده می شود که با یک نظم خاص سازماندهی می گردند . از یک کانکتور RJ-45 در دو سر کابل استفاده می گردد . کانکتور RJ-45 نظیر کانکتورهای استفاده شده در خطوط تلفن است با این تفاوت که اندازه آن بزرگتر می باشد . در خطوط تلفن از کانکتورهای RJ-11 استفاده می شود . شکل زیر یک کابل اترنت به همراه یک کانکتور RJ-45 را نشان می دهد .
فایل پیوست 4823



--------------------------------------------------------------------------------

هاب و سوئیچ

کامپیوتر های موجود در یک شبکه از کارت شبکه به منظور ارسال و دریافت داده استفاده می نمایند. داده بر روی کابل های اترنت منتقل می گردد . معمولا” نمی توان صرفا” از یک کابل اترنت بین دو کامپیوتر استفاده نمود و نام آن را هم شبکه گذاشت .
همزمان با گسترش و عمومیت دستیابی سریع به اینترنت ، احتمالا” با واژه broadband بدفعات برخورد نموده اید . در شبکه های broadband ، ارسال و دریافت داده بر روی رشته سیم های مشابه انجام می شود . در شبکه های اترنت از فناوری Baseband به منظور مبادله اطلاعات استفاده می گردد . در این نوع شبکه ها به منظور ارسال و دریافت داده از رشته سیم های جداگانه ای استفاده می گردد . این بدان معنی است که اگر کامپیوتری در حال ارسال داده از طریق رشته سیم هائی خاص از یک کابل اترنت باشد ، کامپیوتر دریافت کننده داده نیازمند رشته سیم هائی است که به پورت دریافت هدایت شده اند.
با استفاده از روش فوق می توان دو دستگاه کامپیوتر را به یکدیگر متصل نمود . در چنین مواردی می بایست از یک کابل کراس ( cross ) استفاده نمود . کابل کراس ، یک کابل شبکه است که رشته سیسم های ارسال و دریافت آن بصورت مع*** بسته شده اند . بدین ترتیب ، می توان دو کامپیوتر را مستقیما” به یکدیگر متصل نمود .
با استفاده از کابل کراس نمی توان شبکه ای با بیش از دو دستگاه کامپیوتر را ایجاد نمود . در مقابل استفاده از کابل کراس ، در اکثر شبکه ها از کابل های اترنت معمولی استفاده می گردد . در این نوع کابل ها رشته سیم های ارسال و دریافت بصورت مع*** نخواهند بود .
به منظور مبادله موفقیت آمیز داده ، رشته سیم های دریافت و ارسال می بایست در نقاط خاصی مع*** گردند . این وظیفه بر عهده هاب و یا سوئیچ است . در ابتدای شکل گیری شبکه های کامپیوتری ، استفاده از هاب بسیار متداول بود ولی امروزه این وضعیت وجود ندارد و سوئیچ جایگزین آن شده است . به منظور تشریح عملکرد سوئیچ ، بد نیست که در ابتدا با نحوه عملکرد هاب آشنا شویم .
با این که هاب در شکل و اندازه های متعددی تولید و ارائه شده است ولی آنها چیزی بیشتر از یک جعبه به همراه تعداد محدودی پورت RJ-45 نمی باشند .هر کامپیوتر موجود در شبکه از طریق یک کابل اترنت به هاب متصل می شود . شکل زیر یک نمونه هاب را نشان می دهد .

فایل پیوست 4825

هاب دارای دو وظیفه عمده در شبکه است :

ارائه یک نقطه مرکزی برای اتصال تمامی کامپیوترهای موجود در شبکه . هر کامپیوتر موجود در شبکه به هاب متصل می گردد . در صورت نیاز می توان چندین هاب را به یکدیگر متصل تا بتوان کامپیوترهای بیشتری را به شبکه متصل نمود .

سازماندهی پورت های ارسال و دریافت داده . در صورتی که یک کامپیوتر اقدام به ارسال داده نماید ، داده بر روی رشته سیم های دریافت کننده ارسال گردد .

شاید برای شما این سوال مطرح شده باشد که در صورت اتصال بیش از دو دستگاه کامپیوتر به هاب ، چگونه و بر اساس چه مکانیزمی داده به مقصد مورد نظر خواهد رسید . رمز این کار در کارت شبکه است . هر کارت شبکه اترنت در کارخانه تولید کننده برنامه نویسی شده و یک آدرس MAC ( برگرفته از Media Access Control ) منحصربفرد در آن نوشته می گردد . زمانی که یک کامپیوتر موجود در یک شبکه اترنت که شامل چندین دستگاه متصل به هاب است ، اقدام به ارسال داده می نماید ، داده برای هر یک از کامپیوترها ارسال خواهد شد . کامپیوترهای دریافت کننده پس از دریافت داده ، آدرس مقصد آن را با آدرس MAC خود مقایسه می نمایند و در صورت مطابقت دو آدرس ( آدرس ارسالی موجود در بسته اطلاعاتی با آدرس کامپیوتر دریافت کننده ) ،‌ مقصد داده مشخص خواهد شد و در صورتی که دو آدرس اشاره شده با یکدیگر مطابقت ننمایند ، کامپیوتر دریافت کننده از داده صرفنظر خواهد کرد .
همانگونه که اشاره گردید ، در مواردی که کامپیوترهای موجود در یک شبکه از طریق هاب به یکدیگر متصل می گردند ، هر بسته اطلاعاتی برای هر یک از کامپیوترهای موجود در شبکه ارسال خواهد شد . یکی از نکات قابل تامل در این سناریو ، ارسال فرازمانی داده توسط هر کامپیوتر است ( در هر زمان دلخواه امکان ارسال داده وجود خواهد داشت ) . این وضعیت مشابه طرح سوال همزمان از طرف دو دانشجو در یک کلاس درس است که قصد استفاده از یک منبع مشترک ( معلم ) را دارند . وضعیتی اینچنین بدفعات در شبکه اتفاق می افتد .
زمانی که یک کامپیوتر قصد ارسال داده را داشته باشد ، در ابتدا بررسی می نماید که سایر کامپیوترها چنین قصدی را نداشته باشند و در صورت آزاد بودن محیط انتقال ، اقدام به ارسال داده مورد نظر می نماید . در صورتی که کامپیوتری دیگر سعی در مبادله اطلاعات و در زمان مشابه را داشته باشد ، بسته های اطلاعاتی حاوی داده در طول شبکه با یکدیگر برخورد و از بین خواهند رفت . به همین علت است که به این نوع شبکه ها یک collision domain نیز گفته می شود . در صورت بروز تصادم ، دو کامپیوتر مجبور خواهند بود که پس از یک مدت زمان کاملا” تصادفی ، مجددا” تلاش نمایند تا داده خراب شده را ارسال نمایند .
به موازات افزایش کامپیوترهای موجود در یک collision domain ، احتمال بروز تصادم نیز افزایش خواهد یافت . وضعیت فوق کارآئی شبکه را به شدت کاهش خواهد داد . به همین علت است که سوئیچ در شبکه مطرح و جایگزین هاب گردید .
شکل زیر یک نمونه سوئیچ را نشان می دهد .
فایل پیوست 4826

عملکرد سوئیچ ، همانند هاب است و تمامی کارهای مشابه یک هاب را انجام می دهد با این تفاوت که زمانی که یک کامپیوتر نیازمند مبادله داده با کامپیوتر دیگر باشد ، سوئیچ از مجموعه ای مدارات منطقی داخلی به منظور ایحاد یک مسیر منطقی و اختصاصی بین دو کامپیوتر استفاده می نماید . این بدان معنی است که دو کامپیوتر بدون نگرانی در خصوص بروز یک تصادم می توانند با یکدیگر داده مبادله نمایند .
استفاده از سوئیچ بطرز کاملا” محسوسی افرایش کارآئی شبکه را به دنبال خواهد شد و باعث حذف تصادم در یک شبکه می گردد . ویژگی فوق تنها مزیت سوئیچ محسوب نمی گردد و علاوه بر آن می تواند مسیرهای مبادله داده موازی را ایجاد نمایند . به عنوان نمونه زمانی که کامپیوتر A با کامپیوتر B ارتباط برقرار می نماید ، دلیلی ندارد که کامپیوتر C نتواند با کامپیوتر D داده مبادله نماید . در یک collision domain این نوع مبادله داده موازی امکان پذیر نمی باشد .
در این مقاله ، با برخی از عناصر پایه و کلیدی که از آنها به منظور ایجاد یک شبکه استفاده می گردد ، آشنا شدیم . در بخش دوم به بررسی سایر عناصر سخت افزاری یک شبکه خواهیم پرداخت .

--------------------------------------------------------------------------------

در بخش اول با عناصر سخت افزاری پایه نظیر هاب و سوئیچ که از آنها به منظور ایجاد یک شبکه کامپیوتری استفاده می گردد ، آشنا شدیم . در این بخش ، با یکی دیگر از عناصر سخت افزاری مهم با نام روتر (Router ) آشنا خواهیم شد.
اگر اخیرا” با شبکه های کامپیوتری آشنا شده اید ، احتمالا” تاکنون نام روتر را شنیده باشید . ارتباطات Broadband اینترنت ، نظیر آنهائی که از مودم های کابلی و یا مودم های DSL استفاده می نمایند، تقریبا” همواره نیازمند استفاده از یک روتر می باشند . وظیفه روتر ، ارائه ارتباط با اینترنت نیست . روتر مسئولیت انتقال بسته های اطلاعاتی از یک شبکه به شبکه دیگر را برعهده دارد . تاکنون روترهای مختلفی تولید و عرضه شده است . از روترهای ساده و ارزان قیمت که از آنها به منظور ارتباط اینترنت در منازل و یا سازمان های کوچک استفاده می شود تا روترهای گرانقیمت که از آنها در سازمان های بزرگ استفاده می گردد . صرفنظر از قیمت و پیچیدگی ، عملکرد تمامی روترها مبتنی بر یک مجموعه اصول اساسی است .
در ادامه بر روی یک روتر ساده که معمولا” از آن به منظور اتصال یک دستگاه کامپیوتر به یک اتصال Broadband اینترنت استفاده می شود ، متمرکز خواهیم شد . همانگونه که در بخش اول این مقاله اشاره گردید ، فرض ما بر این است که مخاطبان این سری از مقالات ، علاقه مندانی هستند که اخیرا” قدم در دنیای شبکه های کامپیوتری گذاشته اند . بنابراین، یک روتر ساده انتخاب شده است تا ضمن بررسی جایگاه آن در شبکه های کامپیوتری، بتوانیم عملکرد آن را نیز تشریح نمائیم .
همانگونه که اشاره گردید ، وظیفه روتر انتقال بسته های اطلاعاتی (packet ) از یک شبکه به شبکه ای دیگر است . در مواردی که یک دستگاه کامپیوتر را به یک اتصال broadband اینترنت متصل می نمائیم ، در یک طرف اینترنت و در سمت دیگر یک دستگاه کامپیوتر را خواهیم داشت . با توجه به این که وظیفه روتر انتقال ترافیک بین شبکه ها است و اینترنت یکی از آن شبکه ها است ، شبکه دیگر کجا است ؟ کامپیوتر متصل شده به روتر ، به عنوان یک شبکه ساده پیکربندی شده است .
در شکل های ۱ و ۲ یک روتر نمونه را از دو زاویه متفاوت ( نمای جلو و نمای پشت ) مشاهده می نمائیم .


فایل پیوست 4827
[/size][/font][/size]
فایل پیوست 4828

در نمای جلو روتر ، چیز خاص و قابل ملاحظه ای مشاهده نمی گردد و شاید این تصویر برای آندسته از علاقه مندانی که تاکنون یک روتر را مشاهده نکرده اند ، جالب و مفید باشد . در شکل ۲ ، سه مجموعه پورت را مشاهده می نمائید . پورت سمت چپ ، محلی است که از طریق آن برق به روتر متصل می گردد . پورت میانی ، یک پورت Rj-45 است که از آن به منظور اتصال روتر به شبکه راه دور استفاده می گردد . در این مورد خاص ، از پورت فوق به منظور اتصال روتر به یک مودم کابلی و یا مودم DSL استفاده می گردد . توجه داشته باشید که ارتباط اصلی با اینترنت را مودم فراهم می نماید .
در سمت راست شکل ۲ ، چهار پورت Rj-45 مشاهده می گردد که نظیر این نوع پورت ها را می توان در سایر دستگاه های شبکه ای نظیر هاب و یا سوئیچ نیز مشاهده نمود . از پورت های RJ-45 در هاب و یا سوئیچ به منظور اتصال کامپیوترها به شبکه استفاده می گردد . پورت های فوق بر روی روتر نیز دارای عملکردی مشابه می باشند . با استفاده از روتر فوق می توان چهار دستگاه کامپیوتر را به شبکه متصل نمود .
همانگونه که اشاره گردید ، وظیفه روتر انتقال بسته های اطلاعاتی از یک شبکه به شبکه دیگر است و در این روتر خاص ، اینترنت بیانگر یک شبکه و کامپیوتر نشاندهنده شبکه دوم است .

--------------------------------------------------------------------------------

نحوه عملکرد روتر

به منظور آشنائی با نحوه عملکرد روتر ، لازم است که در ابتدا با پروتکل TCP/IP بیشتر آشنا شویم .
هر دستگاه متصل شده به یک شبکه TCP/IP ،‌ دارای یک آدرس منحصربفرد IP است که به اینترفیس شبکه آن نسبت داده می شود . آدرس IP یک عدد سی و دو بیتی است که به صورت چهار عدد ( octet ) که توسط نقطه از یکدیگر جدا می شوند ،‌ نمایش داده می شود . IP: 192.168.0.1 یک نمونه آدرس IP است .
آدرس IP را می توان با آدرس یک خیابان مقایسه نمود . فرض کنیم آدرس هر خیابان شامل یک عدد و نام خیابان باشد .عدد ، مشخص کننده یک ساختمان خاص در خیابان است . یک آدرس IP نیز به روشی مشابه کار می کند . آدرس IP به دو بخش شماره شبکه و شماره یک دستگاه تقسیم می گردند . در صورت مقایسه یک آدرس IP با آدرس یک خیابان ، می توان اینگونه تصور نمود که شماره شبکه همانند نام خیابان و شماره دستگاه همانند شماره منزل است . شماره شبکه نشاندهنده شبکه ای است که دستگاه در آن قرار دارد و شماره دستگاه یک شماره شناسائی در شبکه را برای دستگاه مورد نظر مشخص می نماید .
شاید این سوال برای شما مطرح شده باشد که چگونه مشخص می گردد که شماره شبکه تمام و شماره دستگاه شروع شده است ؟ این وظیفه subnet mask است . subnet mask به کامپیوتر می گوید که کجا بخش شماره شبکه یک آدرس IP پایان و از کجا شماره دستگاه شروع می شود . بررسی جامع subnetting خارج از حوصله این مقاله است و در مقاله ای جداگانه به تشریح آن خواهیم پرداخت .
یک subnet mask ، شباهت زیادی به یک آدرس IP دارد و به صورت چهار عدد ( octet ) که توسط نقطه از یکدیگر جدا شده اند ، نمایش داده می شود . subnet :255.255.255.0 یک نمونه در این زمینه می باشد .
در این مثال خاص ، سه عدد اول ( که به آنان octet گفته می شود ) هر یک معادل ۲۵۵ و آخرین عدد معادل صفر می باشد . عدد ۲۵۵ ، نشاندهنده این موضوع است که تمامی بیت ها در مکان مربوطه در آدرس IP بخشی از شماره شبکه می باشند . عدد صفر نشناندهنده این موضوع است که هیچکدام از بیت ها در مکان های مورد نظر در آدرس IP بخشی از شماره شبکه نبوده و تمامی آنها متعلق به شماره دستگاه می باشند .
برای روشن شدن مطلب ، اجازه دهید ادامه کار را با یک مثال دنبال نمائیم . فرض کنید دارای یک دستگاه کامپیوتر با آدرس IP:192.168.1.1 و subnet:255.255.255.0 باشیم . در مثال فوق ، سه عدد اول ( octet ) مربوط به subnet معادل ۲۵۵ می باشند . این بدان معنی است که سه octet اول آدرس IP ، جملگی مربوط به شماره شبکه می باشند . بنابراین بخش شماره شبکه آدرس IP فوق ، معادل network number : 192.168.1.x خواهد بود .
تمامی دستگاه های موجود در یک شبکه ، یک شماره شبکه را به اشتراک می گذارند . مثلا” اگر شماره شبکه کامپیوترهای متصل شده به روتر نشان داده شده در شکل ۲ ، معادل network number : 192.168.1.x باشد ، آدرس IP چهار کامپیوتر موجود در شبکه عبارتند از :


۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۱

۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۲

۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۳

۱۹۲٫۱۶۸٫۱٫۴

--------------------------------------------------------------------------------

---------- Post added at 05:50 PM ---------- Previous post was at 05:49 PM ----------

همانگونه که مشاهده می گردد ، هر کامپیوتر موجود بر روی شبکه محلی ، از یک شماره شبکه یکسان و یک شماره دستگاه متفاوت استفاده می نماید . هر کامپیوتر به منظور مبادله اطلاعات با سایر کامپیوترها از آدرس IP آن کامپیوتر ( به عنوان یک مرجع ) استفاده می نماید . مثلا” در این مثال خاص ، کامپیوتری با آدرس IP:192.168.1.1 به سادگی قادر به ارسال داده به کامپیوتری با آدرس IP:192.168.1.3 می باشد ،‌ چراکه هر دو کامپیوتر به عنوان بخشی از یک شبکه فیزیکی مشابه محسوب می گردند .
در صورتی که یک کامپیوتر بخواهد به کامپیوتر موجود بر روی‌ یک شبکه دیگر دستیابی داشته باشد ، روش کار با آنچه بدان اشاره گردید ، تفاوت هائی خواهد داشت . فرض کنید ، یکی از کاربران شبکه قصد دستیابی و استفاده از وب سایت Google را داشته باشد . همانگونه که می دانید ، یک وب سایت توسط یک سرویس دهنده host می گردد و همانند سایر کامپیوترها ، یک سرویس دهنده وب دارای یک آدرس IP منحصربفرد است . آدرس وب سایت فوق IP:66.249.85.99 است .
با نگاه به آدرس فوق به سادگی متوجه خواهید شد که این آدرس متعلق به شبکه network number : 192.168.1.x نمی باشد . کامپیوتری که قصد دستیابی به وب سایت فوق را داشته باشد ، صرفا” نمی تواند اقدام به ارسال بسته های اطلاعاتی بر روی شبکه محلی نماید ، چراکه سرویس دهنده وب بر روی شبکه محلی موجود نمی باشد . بنابراین ، کامپیوتر ارسال کننده داده می بایست بسته های اطلاعاتی را به مقصد آدرس gateway پیش فرض ارسال نماید .
gateway پیش فرض ، بخشی از پیکربندی پروتکل TCP/IP است و روشی است که به کمک آن به کامپیوتر گفته می شود در صورتی که نمی داند بسته های اطلاعاتی را کجا ارسال نماید ، می تواند آنها را به آدرس gateway پیش فرض ارسال نماید . آدرس gateway پیش فرض ، می تواند آدرس IP روتر باشد . در این مورد خاص ، آدرس IP روتر معادل IP:192.168.1.0 می باشد .
توجه داشته باشید که آدرس IP روتر از شماره شبکه مشابه سایر کامپیوترهای موجود بر روی شبکه محلی استفاده می نماید و بدین ترتیب امکان دستیابی به آن توسط سایر کامپیوترها وجود خواهد داشت . یک روتر حداقل دارای دو آدرس IP است . یکی از آدرس ها از شماره شبکه مشابه شبکه محلی استفاده می نماید. آدرس IP دیگر روتر ، توسط مرکز ارائه دهنده سرویس اینترنت نسبت داده می شود . آدرس فوق از شماره شبکه مشابه شماره شبکه مرکز ارائه دهنده سرویس اینترنت استفاده می نماید . بنابراین وظیفه روتر ،‌ انتقال بسته های اطلاعاتی ‌از شبکه محلی به شبکه مرکز ارائه دهنده سرویس اینترنت می باشد .مرکز ارائه دهنده سرویس اینترنت نیز دارای روتری که دارای عملکردی مشابه با روتر استفاده شده در شبکه محلی است و بسته های اطلاعاتی را در صورت ضرورت به سایر بخش های اینترنت ارسال می نماید .


روتر یک عنصر حیاتی در شبکه های کامپیوتری است که بدون وجود آن ، ارتباط بین شبکه ها رویائی بیش نخواهد بود. !