دانلود مقاله شبکه های محلی کامپیوتر

بخشی از مقاله

LAN مخفف عبارت LOCAL AREA NETWORK یا شبکه کامپیوتری محلی است. LAN یک سیستم ارتباطی سرعت بالاست که برای اتصال کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات ( مانند پرینتر، اسکنر، دستگاه کپی و ...) به یکدیگر طراحی شده است. البته LAN برای یک ناحیه کوچک مانند یک ساختمان یا یک شرکت و مانند آن طراحی شده است. با اتصال چند شبکه محلی یا LAN به یکدیگر می توانید یک شبکه بزرگتر به نام WAN یا WIDE AREA NETWORK بسازید. یک شبکه کامپیوتری به شما اجازه می دهد تا از قطعات و تجهیزات کامپیوتری به طور

مشترک استفاده کنید.مثلاً می توانید در خرید تعداد زیادی تجهیزات گرانقیمت از قبیل پرینتر، DVD-WRITER و ... و برنامه های کاربردی صرفه جویی کنید. چون می توانید آنها را بین چند کامپیوتر به اشتراک بگذارید. برتری دیگر شبکه سهولت استفاده گروهی از اطلاعات است. به طوریکه از یک کامپیوتر می توان اطلاعات مورد نظر به همه کامپیوتر ها انتقال داد. شبکه های محلی که گاه به آنها شبکه های خانگی هم گفته می شود تکنولوژی دستیابی اشتراکی را اجرا می کنند. در همه این شبکه ها مسیر انتقال اطلاعات معمولاً کابل کوکسیال، کابل دو سیمه یا کابل فیبر نوری است وجود دارد. ارتباط فیزیکی با شبکه از طریق یک کارت شبکه یا یک کارت رابط شبکه یا NIC که مخفف عبارات NETWORK INTERFACE CARD

است انجام می پذیرد. کارت شبکه که یک قطعه سخت افزاری در داخل کامپیوتر است امروزه به شکلهای مختلف در بازار یافت می شود. کابل شبکه در نهایت به کارت شبکه متصل است. بعد از اتصال سخت افزاری نرم افزار شبکه ارتباط بین کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات را که هر کدام را یک ایستگاه می نامیم مدیریت می کند. برای ارسال یک پیغام از یک کامپیوتر یا دریافت آن نرم افزار شبکه پیغام مزبور را به بسته های اطلاعاتی تقسیم می کند. ( البته در صورتیکه پیغام برای قرار گرفتن در یک بسته اطلاعاتی بزرگ باشد.) هر بسته اطلاعاتی غیر از اینکه حامل اطلاعات ماست دارای یک سر برگ و یک دنباله است. که حامل اطلاعاتی خاص آن بسته و مقصد آن است. که بوسیله این اطلاعات مشخص می شود که بسته ها باید کجا بروند و چگونه در مقصد به یکدیگر متصل شوند.

کارت شبکه بسته های اطلاعاتی را روی شبکه با جریانی از اطلاعات با ایجاد تفییرات در سیگنال های الکتریکی ارسال می کند. وقتی اطلاعات روی کابل شبکه در حال انتقال است هر کارت شبکه مقصد بسته های اطلاعاتی را چک می کند. تا در صورت مطابقت آدرس خود با آدرس مقصد بسته اطلاعات آن را کپی کرده و به کامپیوتر یا دستگاه خود منتقل کند.

هر LAN یا شبکه محلی توپولوژی یا چیدمان هندسی خود را دارد. سه توپولوژی پایه وجود دارد: باس (گذرگاه) ، رینگ (حلقوی)، استار(ستاره). بیشتر شبکه های محلی ترکیبی از این سه چیدمان هستند.

در توپولوژی باس همه دستگاهها به کابل مرکزی یا همان باس متصل می شوند.

در توپولوژی رینگ دستگاهها به یک حلقه بسته متصل شده اند. به طوریکه هر دستگاه به دستگاه بعدی متصل می شود. این یک توپولوژی قوی است به طوریکه در صورت بروز اشکال در یک دستگاه به احتمال زیاد کل شبکه دچار مشکل نمی شود.

در توپولوژی استار یا ستاره همه دستگاهها به یک هاب (Hub) مرکزی متصل می شوند. و از طریق آن اطلاعات به مقصد هدایت می شوند. اگر مقصد اطلاعات در داخل شبکه استار باشد هاب آن اطلاعات را به دستگاه مقصد که می تواند یک کامپیوتر، پرینتر یا ... باشد انتقال می دهد ولی اگر مقصد خارج از شبکه استار باشد هاب اطلاعات را به یک روتر ارسال می کند.

بسته به توپولوژی و تجهیزات و فورمت ارسال اطلاعات یک شبکه محلی کامپیوتری می تواند تا سرعت 100Mbps به انتقال اطلاعات بپردازد.
با اين که هر شبکه محلی دارای ويژگی ها و خصايص منحصربفرد مختص به خود می باشد که به نوعی آن را از ساير شبکه ها متمايز می نمايد ، ولی در زمان پياده سازی و اجرای يک شبکه محلی ، اکثر آنان از استانداردها و عناصر شبکه ای مشابه ای استفاده می نمايند . شبکه های WAN نيز دارای وضعيتی مشابه شبکه های محلی بوده و امروزه در اين نوع شبکه ها از مجموعه ای گسترده از اتصالات (از Dial-up تا broadband ) استفاده می گردد که بر پهنای باند ، قيمت و تجهيزات مورد نياز به منظور برپاسازی اين نوع شبکه ها تاثير می گذارد .

در ادامه به برخی از مهمترين ويژگی ها و عناصر شبکه ای استفاده شده در شبکه های محلی اشاره می گردد :

رسانه های انتقال داده در شبکه های کامپيوتری ، ستون فقرات يک شبکه را تشکيل می دهند . هر شبکه کامپيوتری می تواند با استفاده از رسانه های انتقال داده متفاوتی ايجاد گردد . وظيفه رسانه های انتقال داده ، حمل اطلاعات در يک شبکه محلی می باشد . شبکه های محلی بدون کابل از اتمسفر به عنوان رسانه انتقال داده استفاده می نمايند . رسانه های انتقال داده عناصر لايه يک و يا فيزيکی شبکه های محلی می باشند .

هر رسانه انتقال داده دارای مزايا و محدوديت های مختص به خود می باشد . طول کابل ، قيمت و نحوه نصب از مهمترين ويژگی های رسانه های انتقال داده می باشند .

اترنت ، متداولترين تکنولوژی استفاده شده در شبکه های محلی می باشد که اولين مرتبه با همکاری سه شرکت ديجيتال ، اينتل و زيراکس و با نام DIX ارائه گرديد . در ادامه و در سال 1983 موسسه IEEE با استفاده از DIX ، استاندارد IEEE 802.3 را مطرح نمود . در ادامه استانداردهای متعددی توسط کميته های تخصصی IEEE ارائه گرديد .

قبل از انتخاب يک مدل خاص اترنت برای پياده سازی شبکه ، می بايست کانکتورهای مورد نياز برای هر نمونه پياده سازی را بررسی نمود . در اين رابطه لازم است سطح کارآئی مورد نياز در شبکه نيز بررسی گردد .

مشخصه های کابل و کانکتورهای مورد نياز برای پياده سازی هر يک از نمونه های اترنت ، متاثر از استانداردهای ارائه شده توسط انجمن های صنايع الکترونيک و مخابرات ( EIA/TIA ) می باشد .

با توجه به لايه فيزيکی مربوطه ، از اتصالات متفاوتی در شبکه های اترنت استفاده می گردد . کانکتور RJ-45 ( برگرفته از registered jack ) متداولترين نمونه در اين زمينه است .

برای اتصال دستگاه های شبکه ای از کابل ها ی متفاوتی استفاده می گردد . مثلا" برای اتصال سوئيچ به روتر ، سوئيچ به کامپيوتر ، هاب به کامپيوتر از کابل های straight-through و برای اتصال سوئيچ به سوئيچ ، سوئيچ به هاب ، هاب به هاب ، روتر به روتر ، کامپيوتر به کامپيوتر و روتر به کامپيوتر از کابل های crossover استفاده می گردد .

Repeater ، يک سيگنال را دريافت و با توليد مجدد آن ، امکان ارسال آن را در مسافت های طولانی تر قبل از تضعيف سيگنال فراهم می نمايد . در زمان توسعه سگمنت های يک شبکه محلی، می بايست از استانداردهای موجود در اين زمينه استفاده نمود . مثلا" نمی توان بيش از چهار repeater را بين کامپيوترهای ميزبان در يک شبکه استفاده نمود .

هاب در واقع repeater های چند پورته می باشند . در اغلب موارد تفاوت بين دو دستگاه فوق ، تعداد پورت های ارائه شده توسط هر يک از آنان است . با اين که يک repeater معمولا" دارای صرفا" دو پورت می باشد ، يک هاب می تواند دارای چهار تا بيست و چهار پورت باشد . در شبکه های Ethernet 10BAST-T و يا Ethernet 100BASE-T استفاده از هاب بسيار متداول است . با استفاده از هاب ، توپولوژی شبکه از bus خطی که در آن هر دستگاه مستقيما" به ستون فقرات شبکه متصل می گردد ، به يک مدل ستاره و يا star تبديل می شود . داده دريافتی بر روی يک پورت هاب برای ساير پورت های متصل شده به يک سگمنت شبکه ای مشابه نيز ارسال می گردد . ( بجزء پورتی که داده را ارسال نموده است ) . به موازات افزايش دستگاه های متصل شده به يک هاب ، احتمال بروز تصادم و يا Collision افزايش می يابد . يک تصادم زمانی بروز می نمايد که دو و يا بيش از دو ايستگاه در يک لحظه اقدام به ارسال داده در شبکه نمايند . در صورت بروز يک تصادم ، تمامی داده ها از بين خواهد رفت . هر دستگاه متصل شده به يک سگمنت مشابه شبکه ، عضوی از يک collision domain می باشند .

در برخی موارد لازم است که يک شبکه بزرگ محلی به سگمنت های کوچکتر و قابل مديريتی تقسيم گردد. هدف از انجام اين کار کاهش ترافيک و افزايش حوزه جغرافيائی يک شبکه است . از دستگاه های شبکه ای متفاوتی به منظور اتصال سگمنت های متفاوت يک شبکه به يکديگر استفاده می گردد . Bridge ، سوئيچ ، روتر و gateway نمونه هائی در اين زمينه می باشند . سوئيچ و Bridge در لايه Data Link مدل مرجع OSI کار می کنند . وظيفه Bridge ، اتخاذ تصميم هوشمندانه در خصوص ارسال يک سيگنال به سگمنت بعدی شبکه است . پس از دريافت يک فريم توسط Bridge ، آدرس MAC مقصد فريم در جدول Bridge بررسی تا مشخص گردد که آيا ضرورتی به فيلترينگ فريم وجود دارد و يا می بايست فريم به سمت يک سگمنت ديگر هدايت گردد .

فرآيند تصميم گيری با توجه به مجموعه قوانين زير انجام می شود :
□ در صورتی که دستگاه مقصد بر روی سگمنت مشابه باشد ، Bridge فريم دريافتی را بلاک و آن را برای ساير سگمنت ها ارسال نمی نمايد . به فرآيند فوق، فيلترينگ می گويند .
□ در صورتی که دستگاه مقصد بر روی يک سگمنت ديگر باشد ، Bridge آن را به سگمنت مورد نظر فوروارد می نمايد .
□ در صورتی که آدرس مقصد برای Bridge ناشناخته باشد ، Bridge فريم را برای تمامی سگمنت های موجود در شبکه بجزء سگمنتی که فريم را از آن دريافت نموده است ، فوروارد می نمايد . به فرآيند فوق flooding می گويند. استفاده مناسب از Bridge ، افزايش کارآئی يک شبکه را به دنبال خواهد داشت .

از سوئيچ در برخی موارد به عنوان يک bridge چند پورته نام برده می شود . با اين که يک Bridge معمولی ممکن است دارای صرفا" دو پورت باشد که دو سگمنت شبکه را به يکديگر متصل می نمايد ، سوئيچ می تواند دارای چندين پورت باشد. همانند bridge ، سوئيچ ها دارای دانش و آگاهی لازم در خصوص بسته های اطلاعاتی دريافتی از دستگاه های متفاوت موجود در شبکه می باشند و دانش خود را نيز متناسب با شرايط موجود ارتقاء می دهند(يادگيری) . سوئيچ ها از اطلاعات فوق به منظور ايجاد جداول موسوم به جداول فورواردينگ استفاده نموده تا در ادامه قادر به تعيين مقصد داده ارسالی توسط يک کامپيوتر برای کامپيوتر ديگر موجود بر روی شبکه باشند .

با اين که سوئيچ و Bridge دارای شباهت هائی با يکديگر می باشند ، ولی سوئيچ ها دستگاه هائی بمراتب پيشرفته تر و حرفه ای تر نسبت به Bridge می باشند . همانگونه که اشاره گرديد ، معيار اتخاذ تصميم Bridge برای فورواردينگ يک فريم ، آدرس MAC يک فريم است . سوئيچ دارای چندين پورت است که سگمنت های متفاوت شبکه به آنان متصل می گردند . سوئيچ ها با توجه به تاثير محسوس آنان در افزايش کارآئی شبکه از طريق بهبود سرعت و پهنای باند ، به يکی از متداولترين دستگاه های ارتباطی شبکه تبديل شده اند .

سوئيچينگ ، يک فن آوری است که کاهش ترافيک و افزايش پهنای باند در شبکه های محلی اترنت را به دنبال خواهد داشت . سوئيچ ها را بسادگی می توان جايگزين هاب نمود ، چراکه آنان از زيرساخت سيستم کابل موجود می توانند استفاده نمايند .

سوئيچ ها دارای سرعتی بمراتب بيشتر از Bridge بوده و قادر به حمايت از پتانسيل های جديدی نظير شبکه های VLAN می باشند .

يک سوئيچ اترنت دارای مزايای متعددی است ، مثلا" به کاربران متعددی اجازه داده می شود که به صورت موازی از طريق مدارات مجازی و سگمنت های اختصاصی شبکه در يک محيط عاری از تصادم ، با يکديگر ارتباط برقرار نمايند . بدين ترتيب از پهنای باند موجود به صورت بهينه استفاده می گردد .

روتر مسئوليت روتينگ بسته های اطلاعاتی از مبداء به مقصد را در شبکه های محلی برعهده دارد و امکان ارتباطی را برای شبکه های WAN فراهم می نمايد . در شبکه های محلی روتر شامل broadcast بوده و سرويس های ترجمه آدرس محلی نظير ARP و RARP را ارائه می نمايد و می تواند با استفاده از يک ساختار Subnetwork ، شبکه را سگمنت نمايد . به منظور ارائه سرويس های فوق ، روتر می بايست به LAN و WAN متصل باشد .

وظيفه کارت شبکه ( NIC ) ، اتصال يک دستگاه ميزبان به محيط انتقال شبکه است . کارت شبکه يک برد مدار چاپی است که درون يکی از اسلات های موجود بر روی برداصلی کامپيوتر و يا دستگاه جانبی يک کامپيوتر نصب می گردد . اندازه کارت شبکه بر روی کامپيوترهای Laptop و يا notebook به اندازه يک کارت اعتباری است .

کارت های شبکه به منزله دستگاه های لايه دوم مدل مرجع OSI می باشند ، چراکه هر کارت شبکه به همراه خود يک کد منحصربفرد را که به آن آدرس MAC می گويند ، ارائه می نمايد . از آدرس فوق به منظور کنترل مبادله اطلاعات در شبکه استفاده می گردد .

هر کارت شبکه دارای کانکتورهائی است که امکان اتصال آن را به محيط انتقال فراهم می نمايد . در برخی موارد ممکن است نوع کانکتور موجود بر روی يک کارت شبکه با نوع رسانه انتقال داده مطابقت ننمايد . مثلا" در روترهای سيسکو مدل 2500 از يک کانکتور AUI استفاده شده است و برای اتصال به يک کابل اترنت UTP cat 5 می بايست از يک transmitter/receiver که به آنان transceiver گفته می شود ، استفاده گردد . transceiver ، مسئوليت تبديل يک نوع سيگنال و يا کانکتور به نوع ديگری را برعهده دارد . به عنوان نمونه ، يک transceiver می تواند يک اينترفيس AUI پانزده پين را به يک RJ-45 jack متصل نمايد . transceiver ، به عنوان يک دستگاه لايه يک شبکه ايفای وظيفه می نمايد چراکه صرفا" با بيت ها کار می نمايد و دارای اطلاعات آدرس دهی خاصی و يا پروتکل های لايه بالاتر نمی باشد .

در شبکه های LAN و يا WAN ، تعدادی کامپيوتر با يکديگر متصل شده تا سرويس های متفاوتی را در اختيار کاربران قرار دهند . برای انجام اين کار ، کامپيوترهای موجود در شبکه دارای وظايف و يا مسئوليت های مختص به خود می باشند . در شبکه های نظير به نظير ( peer-to-peer ) ، کامپيوترهای موجود در شبکه دارای وظايف و مسئوليت های معادل و مشابه می باشد( هم تراز ) . هر کامپيوتر می تواند هم به عنوان يک سرويس گيرنده و هم به عنوان يک سرويس دهنده در شبکه ايفای وظيفه نمايد . مثلا" کامپيوتر A می تواند درخواست يک فايل را از کامپيوتر B نمايد . در اين وضعيت ، کامپيوتر A به عنوان يک سرويس گيرنده ايفای وظيفه نموده و کامپيوتر B به عنوان يک سرويس دهنده رفتار می نمايد . در ادامه ، کامپيوترهای A و B می توانند دارای وظايف معکوسی نسبت به وضعيت قبل باشند .

در شبکه های نظير به نظير ، هر يک از کاربران کنترل منابع خود را برعهده داشته و می توانند به منظور به اشتراک گذاشتن فايل هائی خاص با ساير کاربران ، خود راسا" تصميم گيری نمايند . کاربران همچنين ممکن است ، به منظور دستيابی به منابع اشتراک گذاشته شده ، ساير کاربران را ملزم به درج رمز عبور نمايند . با توجه به اين که تمامی تصميمات فوق توسط هر يک از کاربران و به صورت جداگانه اتخاذ می گردد ، عملا" يک نقطه مرکزی برای کنترل و يا مديريت شبکه وجود نخواهد داشت . در اين نوع شبکه ها هر يک از کاربران مسئوليت گرفتن Backup از داده های موجود بر روی سيستم خود را برعهده داشته تا در صورت بروز مشکل بتوانند از آنان به منظور بازيافت اطلاعات استفاده نمايند . زمانی که يک کامپيوتر به عنوان يک سرويس دهنده در شبکه ايفای وظيفه می نمايد ، سرعت و کارآئی آن متناسب با حجم درخواست های دريافتی کاهش خواهد يافت .

نصب و عملکرد شبکه های Peer-to-Peer ساده بوده و در اين رابطه به تجهيزات اضافه ای به جزء نصب يک سيستم عامل مناسب بر روی هر يک از کامپيوترها، نياز نخواهد بود . با توجه به اين که کاربران مسئوليت کنترل منابع خود را برعهده دارند ، به مديريت متمرکز و اختصاصی نياز نمی باشد .

به موازات رشد شبکه های Peer-To-Peer ، تعريف ارتباط بين کامپيوترهای موجود در شبکه و ايجاد يک هماهنگی منسجم بين آنان ، به يک مشکل اساسی در شبکه تبديل می شود . اين نوع شبکه ها تا زمانی که تعداد کامپيوترهای موجود در شبکه کمتر از ده عدد باشد ، به خوبی کار می کنند و همزمان با افزايش تعداد کامپيوترهای موجود در شبکه ، کارآئی شبکه به شدت کاهش پيدا خواهد کرد . با توجه به اين که کاربران مسئوليت کنترل دستيابی به منابع موجود بر روی کامپيوترهای خود را برعهده دارند ، امنيت در اين نوع شبکه ها دارای
چالش های جدی مختص به خود می باشد .

در شبکه های سرويس گيرنده - سرويس دهنده ، سرويس های شبکه بر روی يک کامپيوتر اختصاصی با نام سرويس دهنده قرار گرفته و سرويس دهنده مسئول پاسخگوئی به درخواست سرويس گيرندگان می باشد . سرويس دهنده يک کامپيوتر مرکزی است که به صورت مستمر

به منظور پاسخگوئی به درخواست سرويس گيرندگان برای فايل ، چاپ ، برنامه ها و ساير سرويس ها در دسترس می باشد .

سرويس دهندگان در شبکه های سرويس گيرنده - سرويس دهنده بگونه ای طراحی شده اند که بتوانند بطور همزمان به درخواست های سرويس گيرندگان متعددی پاسخ دهند . قبل از اين که يک سرويس گيرنده قادر به دستيابی منابع موجود بر روی سرويس دهنده باشد ، می بايست سرويس گيرنده شناسائی و به منظور استفاده از منبع درخواستی تائيد گردد . بدين منظور به هر يک از سرويس گيرندگان يک account name و رمز عبور نسبت داده می شود . بدين ترتيب بر خلاف شبکه های Peer-To-Peer ، امنيت و کنترل دستيابی متمرکز و توسط مديران شبکه پياده سازی و مديريت می گردد . هزينه برپاسازی و مديريت شبکه های سرويس گيرنده - سرويس دهنده نسبت به شبکه های Peer-to-Peer بمراتب بيشتر است و تمرکز سرويس ها در يک نقطه می تواند آسيب پذيری سيستم را افزايش داده و ارائه سرويس های online را دچار مشکل نمايد . بدين منظور لازم است از راهکارهائی منطقی به منظور برخورد با مسائل غيرقابل پيش بينی و استمرار ارائه خدمات توسط سرويس دهنده استفاده گردد .