آموزشگاه کامپیوتر شریف سیستم

تفسيم بندی شبکه ها

شبکه های کامپيوتری را بر اساس مولفه های متفاوتی تقسيم بندی می نمايند. در ادامه به برخی از متداولترين تقسيم بندی های موجود اشاره می گردد .

تقسيم بندی بر اساس حوزه جغرافی تحت پوشش .

 شبکه های کامپيوتری با توجه به حوزه جغرافيائی تحت پوشش به سه گروه تقسيم می گردند :

                      شبکه های محلی ( کوچک ) LAN

                      شبکه های شهری (متوسط) MAN

                      شبکه های جهانی (گسترده) WAN

شبکه های LAN . (local area network)حوزه جغرافيائی که توسط اين نوع از شبکه ها پوشش داده می شود ، يک محيط کوچک نظير يک ساختمان اداری است . اين نوع از شبکه ها دارای ويژگی های زير می باشند :

                      توانائی ارسال اطلاعات با سرعت بالا

                      محدوديت فاصله

                      قابليت استفاده از محيط مخابراتی ارزان نظير خطوط تلفن به منظور ارسال اطلاعات

                      نرخ پايين خطاء در ارسال اطلاعات با توجه به محدود بودن فاصله

شبکه های MAN . (metropolitan area network)حوزه جغرافيائی که توسط اين نوع شبکه ها پوشش داده می شود ، در حد و اندازه يک شهر و يا شهرستان است . ويژگی های اين نوع از شبکه ها بشرح زير است :

                      پيچيدگی بيشتر نسبت به شبکه های محلی

                      قابليت ارسال تصاوير  و صدا 

                      قابليت ايجاد ارتباط بين چندين شبکه

شبکه های WAN .(wide area network) حوزه جغرافيائی که توسط اين نوع شبکه ها پوشش داده می شود ، در حد و اندازه کشور و قاره است . ويژگی اين نوع شبکه ها بشرح زير است :

                      قابليت ارسال اطلاعات بين کشورها و قاره ها

                      قابليت ايجاد ارتباط بين شبکه های LAN

                      سرعت پايين ارسال اطلاعات نسبت به شبکه های LAN

                      نرخ خطای بالا با  توجه به گستردگی محدوده تحت پوشش

 تقسيم بندی بر اساس نوع وظايف

کامپيوترهای موجود در شبکه را با توجه به نوع وظايف مربوطه به دو گروه عمده :

·                     سرويس دهندگان (Servers)

·                     سرويس گيرندگان (Clients)

در شبکه های Client-Server ، يک کامپيوتر در شبکه نمی تواند هم به عنوان سرويس دهنده و هم به عنوان سرويس گيرنده ، ايفای وظيفه نمايد.

نقش (وظايف) کامپيوترها در شبکه 
کامپيوترهای موجود در شبکه بعنوان سرويس گيرنده و يا سرويس دهنده،  ايفای وظيفه می نمايند . 

·                     کامپيوترهای سرويس گيرنده،  درخواست خود برای دريافت سرويس و يا اطلاعات  را از کامپيوترهائی در شبکه که بعنوان سرويس دهنده ،  ايفای وظيفه می نمايند ،  مطرح می نمايند . بنابراین به کامپيوترهائی در شبکه که برای ساير کامپيوترها سرويس ها و خدماتی را ارائه می نمايند ، سرويس دهنده  ناميده می گردند.

·                     کامپيوترهای سرويس دهنده،  کامپيوترهائی هستند که سرويس ها و داده های مورد نياز کامپيوترهای سرويس گيرنده را ارائه می نمايند. سرويس دهندگان در شبکه ، عمليات متفاوت و پيچيده ای را انجام می دهند. کامپيوترهائی که از خدمات و سرويس های ارائه شده توسط سرويس دهندگان استفاده می کنند ، سرويس گيرنده ناميده می شوند . سرويس دهندگان،  برای شبکه های بزرگ اختصاصی شده تا قادر به پاسخگوئی به نيازهای توسعه يافته کاربران باشند.  نمونه های زير انواع متفاوت سرويس دهندگان در يک شبکه بزرگ را نشان می دهد:

سرويس دهنده فايل و چاپ . اين نوع سرويس دهندگان،  منابع فايل و چاپگر را از طريق يک نقظه متمرکز،  ارائه می نمايند. زمانيکه  سرويس گيرنده  ای درخواست خود  را برای دريافت داده ،  فايل و سرويس دهنده چاپ ، ارسال می نمايد،  تمام اطلاعات  و يا فايل درخواستی  بر روی کامپيوتر متقاصی دريافت می گردد. مثلا" زمانيکه يک برنامه واژه پرداز فعال می گردد،  برنامه برروی کامپيوتر شما اجراء و مستندات ذخيره شده بر روی سرويس دهنده چاپ و يا فايل در حافظه کامپيوتر شما مستقر تا امکان ويرايش و يا استفاده محلی از مستندات فراهم گردد . زمانيکه مستندات مجددا" بر روی سرويس دهنده ذخيره می گردد،  ساير کاربران شبکه که دارای مجوزهای لازم دستيابی می باشند ،  قادر به مشاهده و استفاده از مستندات خواهند بود.سرويس دهندگان فايل و چاپ، تمرکزدر ذخيره سازی فايل ها و داده ها را بدنبال خواهند داشت.

سرويس دهنده بانک اطلاعاتی . سرويس دهندگان بانک اطلاعاتی، قادر به ذخيره سازی حجم بالائی از داده ها در يک مکان متمرکز بوده و از اين طريق داده ها در دسترس کاربران قرار گرفته و ضرورتی به دريافت تمام بانک اطلاعاتی نخواهد بود. با استفاده از يک سرويس دهنده بانک اطلاعاتی،  تمام بانک اطلاعاتی بر روی سرويس دهنده ذخيره و صرفا" نتايج مربوط به يک درخواست برای متقاضی ارسال خواهد شد. مثلا" می توان از بانک اطلاعاتی کارکنان بر روی يک سرويس دهنده اطلاعاتی نظير Microsoft SQL Server  استفاده کرد. زمانيکه سرويس دهنده درخواست شما را پردازش می نمايد ، صرفا" نتايج پرس و جو (Query) از طريق سرويس دهنده برای سرويس گيرنده ارسال می گردد.

سرويس دهنده پستت الکترونيکی . سرويس دهنده پست الکترونيکی،  نظير سرويس دهنده بانک اطلاعاتی رفتار می نمايد با اين تفاوت که از برنامه های  سرويس دهنده و  سرويس گيرنده مجزائی استفاده می گردد. داده های انتخابی از سرويس دهنده  برای سرويس گيرنده ارسال خواهد شد. سرويس دهنده پست الکترونيکی،  مديريت پيام های الکترونيکی در شبکه برعهده دارد.

سرويس دهنده فاکس (نمابر) . سرويس دهندگان فاکس،  مديريت ترافيک فاکس به و يا  از شبکه را با اشتراک يک و يا چندين دستگاه  فاکس مودم ، فراهم می نمايند. بدين ترتيب، سرويس فاکس برای هر يک از کاربران شبکه فراهم و ضرورتی به نصب يک دستگاه فاکس برای هر يک از کامپيوترها ، وجود نخواهد داشت .

سرويس دهنده Directory Service . سرويس دهنده فوق،  يک محل مرکزی بمنظور ذخيره اطلاعات در رابطه با شبکه نظير اسامی  کاربران و منابع موجود در شبکه است . بدين ترتيبز  امنيت شبکه بصورت متمزکز مديريت خواهد شد . مديريت شبکه قادر به تعريف يک منبع نظير چاپگر و نوع دستيابی  کاربران،خواهد بود. پس از تعريف منابع توسط مديريت شبکه، کاربران قادر به دستيابی و استفاده از منابع خواهند بود. نوع استفاده از منابع بر اساس سياست هاتی است که توسط مديريت شبکه برای کاربران تعريف و درنظر گرفته شده است .
 

انواع شبکه 
با توجه به نحوه پيکربندی کامپيوترها در شبکه و نحوه دستيابی به اطلاعات ،  شبکه ها را به دو گروه عمده Peer-To-Peer و Client Server تقسيم می نمايند:

·       Peer-To-Peer (نظير به نظير). در شبکه های نظير به نظير،  سرويس دهنده اختصاصی وجود نداشته  و سلسله مراتبی در رابطه با کامپيوترها رعايت نمی گردد. تمام کامپيوترها معادل و همتراز می باشند. هر کامپيوتر در شبکه هم بعنوان سرويس گيرنده وهم بعنوان  سرويس دهنده ايفای وظيفه  نموده و امنيت بصورت محلی و بر روی هر کامپيوتر ارائه می گردد . کاربر هر يک از کامپيوترها مشخص می نمايد که چه داده ئی بر روی کامپيوتر خود را می بايست به اشتراک قرار دهد. شبکه های نظير به نظير workgroup ، نيز ناميده می شوند . واژه workgroup ، نشاندهنده يک گروه کوچک ( معمولا" ده و يا کمتر ) از کامپيوترهای مرتبط با يکديگر است .

شبکه های نظير به نظير ، گزينه ای مناسب برای محيط هائی با شرايط زير می باشند:
 ○ حداکثر تعداد کاربران ده و يا کمتر .
 ○ کاربران منابع و چاپگرها را به اشتراک گذاشته و در اين راستا ، سرويس دهندگان خاصی وجود ندارد.
 ○ امنيت متمرکز مورد نظر نباشد .
 ○ رشد سازمان و شبکه بر اساس آناليز شده، محدود باشد .

در شبکه های Peer-To-Peer ، يک کامپيوتر می تواند هم بصورت سرويس دهنده و هم بصورت سرويس گيرنده ايفای وظيفه نمايد.

·                     Client Server (سرويس دهنده - سرويس گيرنده). بموازات رشد شبکه و افزايش کاربران و منابع موجود ،يک شبکه نظير به نظير قادر به پاسخگوئی به حجم بالای تقاضا برای منابع اشتراکی نخواهد بود بمنظور هماهنگی با افزايش تقاضا و ارائه سرويس های مورد نياز ، شبکه ها می بايست از سرويس دهندگان اختصاصی، استفاده نمايند . يک سرويس دهنده اختصاصی، صرفا" بعنوان يک سرويس دهنده در شبکه ايفای وظيفه می نمايد (نه بعنوان يک سرويس گيرنده) . شبکه های سرويس گيرنده - سرويس دهنده ، بعنوان مدلی استاندارد برای  برپاسازی شبکه مطرح شده اند . بموازات رشد شبکه ( تعداد کامپيوترها متصل شده ،  فاصله فيزيکی ، ترافيک موجود) می توان تعداد سرويس دهندگان در شبکه را افزايش داد. با توزيع  مناسب فعاليت های شبکه بين چندين سرويس دهنده ، کارآئی شبکه بطرز محسوسی افزايش خواهد يافت .

يک شبکه LAN  در ساده ترين حالت از اجزای زير تشکيل شده است :

           دو کامپيوتر شخصی . يک شبکه می تواند شامل چند صد کامپيوتر باشد. حداقل يکی از کامپيوترها می بايست به عنوان سرويس دهنده مشخص گردد. ( در صورتی که شبکه از نوع Client-Server باشد ). سرويس دهنده، کامپيوتری است که هسته اساسی سيستم عامل  بر روی آن نصب خواهد شد.

           يک عدد کارت شبکه (NIC) برای هر دستگاه. کارت شبکه نظير کارت هائی است که برای مودم و صدا در کامپيوتر استفاده می گردد.  کارت شبکه مسئول دريافت ، انتقال ، سازماندهی و ذخيره سازی موقت اطلاعات در طول شبکه است . به منظور انجام وظايف فوق کارت های شبکه دارای پردازنده ، حافظه و گذرگاه اختصاصی خود هستند.

تقسيم بندی بر اساس توپولوژی

 توپولوژی: الگوی هندسی استفاده شده جهت اتصال کامپيوترها ، توپولوژی ناميده می شود.

 توپولوژی انتخاب شده برای پياده سازی شبکه ها، عاملی مهم در جهت کشف و برطرف نمودن خطاء در شبکه خواهد بود. انتخاب يک توپولوژی خاص نمی تواند بدون ارتباط با محيط انتقال و روش های استفاده از خط مطرح گردد. نوع توپولوژی انتخابی جهت اتصال کامپيوترها به يکديگر ، مستقيما" بر نوع محيط انتقال و روش های استفاده از خط تاثير می گذارد. با توجه به تاثير مستقيم توپولوژی انتخابی در نوع کابل کشی و هزينه های مربوط به  آن ، می بايست با دقت و تامل به انتخاب توپولوژی يک شبکه همت گماشت . عوامل مختلفی جهت انتخاب يک توپولوژی بهينه مطرح می شود. مهمترين اين عوامل بشرح ذيل است :

- هزينه .

هر نوع محيط انتقال که برای شبکه LAN انتخاب گردد، در نهايت می بايست عمليات نصب شبکه در يک ساختمان پياده سازی گردد. عمليات فوق فرآيندی طولانی جهت نصب کانال های مربوطه به کابل ها و محل عبور کابل ها در ساختمان است . در حالت ايده آل کابل کشی و  ايجاد کانال های مربوطه می بايست قبل از تصرف و بکارگيری ساختمان انجام گرفته باشد. بهرحال می بايست هزينه نصب شبکه بهينه گردد.

- انعطاف پذيری .

يکی از مزايای شبکه های LAN ، توانائی پردازش داده ها و گستردگی و توزيع گره ها در يک محيط است . بدين ترتيب توان محاسباتی سيستم و منابع موجود در اختيار تمام استفاده کنندگان قرار خواهد گرفت . در ادارات همه چيز تغيير خواهد کرد.( لوازم اداری،  اتاقها و ... ) . توپولوژی انتخابی می بايست بسادگی امکان تغيير پيکربندی در شبکه را فراهم نمايد. مثلا" ايستگاهی را از نقطه ای به نقطه ديگر انتقال و يا قادر به ايجاد يک ايستگاه جديد در شبکه باشيم .

سه نوع توپولوژی رايج در شبکه های LAN استفاده می گردد :

        BUS

        STAR

        RING

توپولوژی BUS

 يکی از رايجترين توپولوژی ها برای پياده سازی شبکه های LAN است . در مدل فوق از يک کابل به عنوان ستون فقرات اصلی در شبکه استفاده شده و تمام کامپيوترهای موجود در شبکه ( سرويس دهنده ، سرويس گيرنده ) به آن متصل می گردند.

مزايای توپولوژی BUS

            کم بودن طول کابل . بدليل استفاده از يک خط انتقال جهت اتصال تمام کامپيوترها ، در توپولوژی فوق از کابل کمی استفاده می شود.موضوع فوق باعث پايين آمدن هزينه نصب و ايجاد تسهيلات لازم در جهت پشتيبانی شبکه خواهد بود.

           ساختار ساده . توپولوژی BUS دارای يک ساختار ساده است . در مدل فوق صرفا" از يک کابل برای انتقال اطلاعات استفاده می شود.

           توسعه آسان . يک کامپيوتر جديد را می توان براحتی در نقطه ای از شبکه اضافه کرد. در صورت اضافه شدن ايستگاههای بيشتر در يک سگمنت ، می توان از تقويت کننده هائی به نام Repeater استفاده کرد.

معايب توپولوژی BUS

            مشکل بودن عيب يابی . با اينکه سادگی موجود در تويولوژی BUS امکان بروز اشتباه را کاهش می دهند، ولی در صورت بروز خطاء کشف آن ساده نخواهد بود. در شبکه هائی که از توپولوژی فوق استفاده می نمايند ، کنترل شبکه در هر گره دارای مرکزيت نبوده و در صورت بروز خطاء می بايست نقاط زيادی به منظور تشخيص خطاء بازديد و بررسی گردند.

            ايزوله کردن خطاء مشکل است . در صورتی که يک کامپيوتر در توپولوژی فوق دچار مشکل گردد ، می بايست کامپيوتر را در محلی که به شبکه متصل است رفع عيب نمود. در موارد خاص می توان يک گره را از شبکه جدا کرد. در حالتيکه اشکال در محيط انتقال باشد ، تمام يک سگمنت می بايست از شبکه خارج گردد.

           ماهيت تکرارکننده ها . در موارديکه برای توسعه شبکه از تکرارکننده ها استفاده می گردد، ممکن است در ساختار شبکه تغييراتی نيز داده شود. موضوع فوق مستلزم بکارگيری کابل بيشتر و اضافه نمودن اتصالات مخصوص شبکه است .

توپولوژی STAR
 در اين نوع توپولوژی همانگونه که از نام آن مشخص است ، از مدلی شبيه "ستاره" استفاده می گردد. در اين مدل تمام کامپيوترهای موجود در شبکه معمولا" به يک دستگاه خاص  با نام " هاب " متصل خواهند شد.

مزايای توپولوژی STAR

    سادگی سرويس شبکه . توپولوژی STAR شامل تعدادی از نقاط اتصالی در يک نقطه مرکزی است . ويژگی فوق تغيير در ساختار و سرويس  شبکه را آسان می نمايد.

    در هر اتصال يکدستگاه . نقاط اتصالی در شبکه ذاتا" مستعد اشکال هستند. در توپولوژی STAR  اشکال در يک اتصال ، باعث خروج آن خط  از شبکه و سرويس و اشکال زدائی خط مزبور است . عمليات فوق تاثيری در عملکرد ساير کامپيوترهای موجود در شبکه نخواهد گذاشت .

    کنترل مرکزی و عيب يابی . با توجه به اين مسئله که نقطه  مرکزی  مستقيما" به هر ايستگاه موجود در شبکه متصل است ، اشکالات و ايرادات در شبکه بسادگی تشخيص  و مهار خواهند گرديد.

    روش های ساده دستيابی . هر اتصال در شبکه شامل يک نقطه مرکزی و يک گره جانبی است . در چنين حالتی دستيابی به محيط انتقال حهت ارسال و دريافت اطلاعات دارای الگوريتمی ساده خواهد بود.

معايب توپولوژی STAR

    زياد بودن طول کابل . بدليل اتصال مستقيم هر گره به نقطه مرکزی ، مقدار زيادی کابل مصرف می شود. با توجه به اينکه هزينه کابل نسبت به تمام شبکه ، کم است ، تراکم در کانال کشی جهت کابل ها و مسائل مربوط به نصب و پشتيبنی آنها بطور قابل توجهی هزينه ها را افزايش خواهد داد.

    مشکل بودن توسعه . اضافه نمودن يک گره جديد به شبکه مستلزم يک اتصال از نقطه مرکزی به گره جديد است . با اينکه در زمان کابل کشی پيش بينی های لازم جهت توسعه در نظر گرفته می شود ، ولی در برخی حالات نظير زمانيکه طول زيادی از کابل مورد نياز بوده و يا اتصال مجموعه ای از گره های غير قابل پيش بينی اوليه ، توسعه شبکه را با مشکل مواجه خواهد کرد.

    وابستگی به نقطه مرکزی . در صورتی که نقطه مرکزی ( هاب ) در شبکه با مشکل مواجه شود ، تمام شبکه غيرقابل استفاده خواهد بود.

توپولوژی RING

در اين نوع توپولوژی تمام کامپيوترها بصورت يک حلقه به يکديگر مرتبط می گردند. تمام کامپيوترهای موجود در شبکه ( سرويس دهنده ، سرويس گيرنده ) به يک کابل که بصورت يک دايره بسته است ، متصل می گردند. در مدل فوق  هر گره به دو و فقط دو همسايه مجاور خود متصل است . اطلاعات از گره مجاور دريافت و به گره بعدی ارسال می شوند. بنابراين داده ها فقط در يک جهت حرکت کرده و از ايستگاهی به ايستگاه ديگر انتقال پيدا می کنند.

مزايای توپولوژی RING

     کم بودن طول کابل . طول کابلی که در اين مدل بکار گرفته می شود ، قابل مقايسه به توپولوژی BUS نبوده و طول کمی را در بردارد. ويژگی فوق باعث کاهش تعداد اتصالات ( کانکتور) در شبکه شده و ضريب اعتماد به شبکه را افزايش خواهد داد.

    نياز به فضائی خاص جهت انشعابات در کابل کشی نخواهد بود.بدليل استفاده از يک کابل جهت اتصال هر گره به گره همسايه اش ، اختصاص محل هائی خاص به منظور کابل کشی ضرورتی نخواهد داشت .

     مناسب جهت فيبر نوری . استفاده از فيبر نوری باعث بالا رفتن نرخ سرعت انتقال اطلاعات در شبکه است.  چون در توپولوژی فوق ترافيک داده ها در يک جهت است ، می توان از فيبر نوری به منظور محيط انتقال استفاده کرد.در صورت تمايل می توان در هر بخش ازشبکه از يک نوع کابل به عنوان محيط انتقال استفاده کرد . مثلا" در محيط های ادرای از مدل های مسی و در محيط کارخانه از فيبر نوری استفاده کرد.

معايب توپولوژی RING

     اشکال در يک گره باعث اشکال در تمام شبکه می گردد. در صورت بروز اشکال در يک گره ، تمام شبکه با اشکال مواجه خواهد شد. و تا زمانيکه گره معيوب از شبکه خارج نگردد ، هيچگونه ترافيک اطلاعاتی را روی شبکه نمی توان داشت .

     اشکال زدائی مشکل است . بروز اشکال در يک گره می تواند روی تمام گرههای ديگر تاثير گذار باشد. به منظور عيب يابی می بايست چندين گره بررسی تا گره مورد نظر پيدا گردد.

  تغيير در ساختار شبکه مشکل است . در زمان گسترش و يا اصلاح حوزه جغرافيائی تحت پوشش شبکه ، بدليل ماهيت حلقوی شبکه مسائلی بوجود خواهد آمد .

    توپولوژی بر روی نوع دستيابی تاثير می گذارد. هر گره در شبکه دارای مسئوليت عبور دادن داده ای است که از گره مجاور دريافت داشته است . قبل از اينکه يک گره بتواند داده خود را ارسال نمايد ، می بايست به اين اطمينان برسد که محيط انتقال برای استفاده قابل دستيابی است .

توپولوژی درختی  Tree" ]"] :
این توپولوژی از یک یا چند هاب فعال یا تکرار کننده برای اتصال ایستگاه ها به یکدیگر استفاده می کند. هاب مهمترین عنصر شبکه مبتنی بر توپولوژی در ختی است : زیرا کلیه ایستگاه ها را به یکدیگر متصل می کند. وظیفه هاب دریافت اطلاعات از یک ایستگاه و تکرار وتقویت آن اطلاعات وسپس ارسال آنها به ایستگاه دیگر می باشد.

توپولوژی ترکیبی " Hybrid"
این توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی متفاوت که توسط یک کابل اصلی بنام استخوان بندی " Back bone" به یکدیگر مرتبط شده اند . هر شبکه توسط یک پل ارتباطی " Bridg" به کابل استخوان بندی متصل می شود.

5-4-3 Rule

A consideration in setting up a tree topology using Ethernet protocol is the 5-4-3 rule. One aspect of the Ethernet protocol requires that a signal sent out on the network cable reach every part of the network within a specified length of time. Each concentrator or repeater that a signal goes through adds a small amount of time. This leads to the rule that between any two nodes on the network there can only be a maximum of 5 segments, connected through 4 repeaters/concentrators. In addition, only 3 of the segments may be populated (trunk) segments if they are made of coaxial cable. A populated segment is one which has one or more nodes attached to it . In Figure 4, the 5-4-3 rule is adhered to. The furthest two nodes on the network have 4 segments and 3 repeaters/concentrators between them.

This rule does not apply to other network protocols or Ethernet networks where all fiber optic cabling or a combination of a fiber backbone with UTP cabling is used. If there is a combination of fiber optic backbone and UTP cabling, the rule is simply translated to 7-6-5 rule.

حالت هاي ارسال

در كانال هاي انتقال داده، سه حالت يا مود (Mode) ارسال وجود دارد كه عبارتند از:

1-  سادهSimple يا Simplex) يا يك طرفه كه به آن SX نيز گفته مي شود. اين روش مخصوص ارسال يك سويه داده ها است كه همواره يك طرف فرستنده و يك طرف گيرنده است.

مانند ارتباط داده بين چاپگر، صفحه كليد يا ماوس با كامپيوتر(پردازنده).

2-نيمه دوطرفه (Half Duplex) كه به آن HDX نيز گفته مي شود. در اين روش مي توان داده ها را بر روي كانال ارسال و درياف كرد اما نه به طور همزمان(درهرلحظه ارتباط يك سويه است اما مي توان جهت ارسال را تغيير داد.

مانتد: دستگاه بي سيم.

3-كاملاً دو طرفه (Full Duplex) كه به آن FDX نيز گفته مي شود. در اين روش همزمان مي توان داده ها را بر روي كانال ارسال و دريافت كرد

مانند: تلفن