مقدمه ای بر شبکه های کامپیوتری Introduction to Computer Networks

توپولوژی Mesh

در این توپولوژی هر کامپیوتری مستقیماًٌ به کلیه کامپیوترهای شبکه متصل می شود ( مطابق شکل7-1). مزیت این توپولوژی آن است که هر کامپیوتر با سایر کامپیوترها ارتباطی مجزا دارد .بنابراین ، این توپولوژی دارای بالاترین درجه امنیت و اطمینان می باشد. اگر یک کابل ارتباطی در توپولوژی Mesh قطع شود ، شبکه همچنان فعال باقی می ماند.

رئوس مطالب :

1-1 مدل های شبکه

2-1 اجزاء شبکه

3-1 توپولوژی شبکه

4-1 انواع شبکه

اهداف : پس از اتمام این فصل ، شما باید بتوانید :

مزایای شبکه های کامپیوتری را شرح دهید .

اجزاء یک شبکه را تشریح کنید .

وظایف یک مدل شبکه سرویس دهنده / سرویس گیرنده (Client/Server) را مورد بحث قرار دهید.

انواع توپولوژی های شبکه را توضیح دهید .

مزایا و معایب انواع مختلف شبکه را شرح دهید .

مقدمه

شبکه ها ابزارهای تجاری برای شرکت ها و موسسه ها هستند ، برای مثال ، یک بانک با استفاده از شبکه می تواند سرمایه اش را به شعبه هایش منتقل کند. مردم می توانند از طریق یک شبکه که جایگزین کارمندان بانک شده است ، به حساب های بانکیشان دسترسی پیدا کنند. آپانس های مسافرتی برای رزرو کردن خطوط هوایی از شبکه ها استفاده می کنند . ما حتی می توانیم با استفاده از شبکه ها در هر لحظه معاملات بانکی انجام دهیم و اسناد و مدارکمان را مبادله کنیم.

تکنولوژی شبکه به سرعت در حال رشد است و دانشجویان را قادر خواهد ساخت تا توسط کامپیوترهای Laptop از هر مکانی در محوطه دانشکده شان به اینترنت دسترسی پیدا کنند.

شبکه یک مفهوم کلی است . چندین کامپیوتر به یک دیگر متصل می شوند و مجموعه آنها یک شبکه کامپیوتری نامیده می شود. شبکه یک سیستم ارتباطی بین کامپیوترها و وسایل جانبی از قبیل : چاپگرها ، فکس ها ، مودم ها و غیره در جهت به اشتراک گذاردن اطلاعات می باشد.

برخی از مزایای استفاده از شبکه های کامپیوتری عبارتنداز :

به اشتراک گذاردن منابع : کامپیوتر ها در یک شبکه می توانند منابع همچون : داده ها و اطلاعات ، چاپگرها ، دیسک گردان ها ،اسکنرها و غیره را به اشترک گذارند.

قابل اعتماد بودن : نظر به اینکه کامپیوترها در یک شبکه می توانند اطلاعات را به اشتراک گذارند ، بنابراین اگریکی از کامپیوترهای شبکه از کار بیفتند ، یک کپی از اطلاعات آن کامپیوتر می تواند روی کامپیوتر دیگر شبکه پیدا شود .

هزینه : ریز کامپیوترها از ابر کامپیوتر بسیار ارزان تر هستند ، به جای استفاده کردن از چند ابر کامپیوتر ، یک شبکه می تواند از یک ابر کامپیوتر به عنوان سرویس دهنده که به جای چند ریز کامپیوتر به عنوان سرویس گیرنده متصل شده است ، استفاده کند.

روش فوق یک رابطه سرویس دهنده / سرویس گیرنده ایجاد می کند.

ارتباطات : کاربران می توانند از طریق پست الکترونیکی و یا دیگر سیستم های اطلاع رسانی پیغام هایشان را مبادله کنند . آنها همچنین می توانند حتی فایل هایشان را نیز مبادله کنند.

1-1: مدل های شبکه

در یک شبکه ، یک کامپیوتر می تواند هم سرویس دهنده و هم سرویس گیرنده باشد . یک سرویس دهنده ، کامپیوتری است که فایل های اشتراکی و همچنین سیستم عامل شبکه – که مدیریت عملیات شبکه را بر عهده دارد- را نگهداری می کند . برای آنکه سرویس گیرنده بتواند به سرویس دهنده دسترسی پیدا کند ، ابتدا سرویس گیرنده باید اطلاعات مورد نیازش را از سرویس دهنده تقاضا کند ، سپس سرویس دهنده اطلاعات درخواست شده را به سرویس گیرنده ارسال خواهد کرد.

سه مدل از شبکه هایی که مورد استفاده قرار می گیرند ، عبارتنداز :

1 – شبکه نظیر به نظیر (گروه کاری )

2 – شبکه مبتنی بر سرویس دهنده

3 – شبکه سرویس دهنده/ سرویس گیرنده

مدل شبکه نظیر به نظیر (Peer – to – Peer Model)

در شبکه نظیر به نظیر ایستگاه مخصوصی جهت نگهداری فایلهای اشتراکی و سیستم عامل شبکه وجود ندارد. هر ایستگاه می تواند به منابع سایر ایستگاه ها در شبکه دسترسی پیدا کند . هر ایستگاه خاص می تواند هم به عنوان Server و هم به عنوان Client عمل کند . در این مدل هر کاربر خود مسؤولیت مدیریت و ارتقاء دادن نرم افزارهای ایستگاه خود را بر عهده دارد. از آنجایی که یک ایستگاه مرکزی برای مدیریت عملیات شبکه وجود ندارد ، این مدل برای شبکه ای با کمتر از 10 ایستگاه به کار می رود. شکل 1-1 مدل یک شبکه Peer – to – Peer را نشان می دهد.

مدا شبکه مبتنی بر سرویس دهنده (Server –Based Model)

در این مدل شبکه ، یک کامپیوتر به عنوان Serverکلیه فایل ها و نرم افزارهای اشتراکی نظیر واژه پردازها ، کامپایلرها ، بانک های اطلاعاتی و سیستم عامل شبکه (NOS) را در خود نگهداری می کند .یک کاربر می تواند به Serer دسترسی پیدا کرده و فایل های اشتراکی را از روی آن به ایستگاه خود منتقل کند . شکل 2-1 شبکه ای با یک Server و شه کاربر را نشان می دهد. هر کاربر می تواند منابع Server یا منابع سایر کاربران دسترسی پیدا کند . کلیه کاربران شبکه می توانند به راحتی با یکدیگر تبادل اطلاعات نمایند . برخی از متداول ترین Server ها عبارتند از :

Mail Server(سرویس دهنده پست الکترونیکی): کلیه نامه های پست الکترونیکی در این Server ذخیره می شود . کاربران می توانند به Server فوق دسترسی پیدا کرده و نامه های متعلق به خود را به ایستگاه خود منتقل کنند . کاربران همچنین می توانند با استفاده از Mail Server نامه های خود را به شبکه ارسال نمایند.

Print Server ( سرویس دهنده چاپ ) : کاربران برای چاپ فایل های خود می توانند آنها را به Print Server ارائه نمایند.

Communication Server( سرویس دهنده ارتباطی ) : کاربران از طریق این سرویس دهنده و با استفاده از مودم یا سایر وسایل ارتباطی می توانند با شبکه ارتباط بر قرار کنند .

مدل سرویس دهنده / سرویس گیرنده (Client/Server model)

در این مدل یک ایستگاه درخواست انجام کارش را به Server ارائه می دهد و Server پس از اجرای وظیفه محوله ، نتایج حاصله را به ایستگاه درخواست کننده عودت می دهد . این مدل اشتراکی کردن اطلاعات را مدل Client/Server نامند که در شکل 3-1 نشان داده شده است . در مدل فوق حجم اطلاعات مبادله شده شبکه ، در مقایسه با مدل Server- Based کمتر است . بنابراین ، این مدل دارای کارایی بالاتری می باشد.

اجزاء شبکه

یک شبکه از چندین جزء تشکیل می شود . اجزاء اصلی یک شبکه کامپیوتری عبارتند از :

1 – کارت شبکه (NIC- Nertwork Interface Card) : هر کامپیوتر در شبکه به یک کارت شبکه نیاز دارد. NIC به هر ایستگاه اجازه می دهد که با سایر دستگاه ها تبادل اطلاعات کند .

2 – رسانه انتقال (Transmission Medium) : رسانه انتقال کامپیوترها را به یکدیگر متصل کرده و موجب برقراری ارتباط بین کامپیوترهای یک شبکه می شود .برخی از انواع متداول رسانه های انتقال عباتنداز : کابل زوج سیم به هم تابیده (Twisted-pair) ، کابل کواکسیال (Coaxial) و کابل فیبر نوری ( Fiber – optic) .

3– سیستم عامل شبکه (NOS- Network operation system) : سیستم عامل شبکه بر روی Server اجرا می شود و سرویس های مختلفی مانند : اجازه ورود به سیستم (login)، رمز عبور (Password) ، چاپ فایل ها ( Print files) ، مدیریت شبکه و به اشتراک گذاشتن فایل ها و داده ها را در اختیار کاربران قرار می دهد.

3-1 : توپولوژی شبکه

توپولوژی شبکه تشریح کننده نحوه اتصال کامپیوترها در یک شبکه به یکدیگر است . پارامترهای اصلی در طراحی یک شبکه ، قابل اعتماد بودن و مقرون بودن است . انواع متداول توپولوژی ها در شبکه های کامپیوتری عبارتنداز :

ستاره ای (Star)

حلقوی (Ring)

خطی(Bus)

توری (Fully Connected or Mesh)

درختی (Tree)

ترکیبی (Hybrid)

توپولوژی Star :

در این توپولوژی ، کلیه کامپیوترها به یک کنترل کننده مرکزی یا هاب (hub) متصل شده اند ( مطابق شکل 4-1). هر گاه کامپیوتری بخواهد با کامپیوتر دیگری تبادل اطلاعات نماید ، کامپیوتر منبع ابتدا باید اطلاعات را به هاب ارسال نماید ، سپس از طریق هاب آن اطلاعات به کامپیوتر مقصد منتقل شود . اگر کامپیوتر شماره 1 بخواهد اطلاعاتی را به کامپیوتر شماره 3 بفرستد ، باید اطلاعات را ابتدا به هاب ارسال کند ، آنگاه هاب آن اطلاعات را به کامپیوتر شماره 3 خواهد فرستاد.

نقطه ضعف این توپولوژی آن است که عملیات کل شبکه به هاب وابسته است . این بدین معنا است که اگر هاب از کار بیفتد، کل شبکه از کار خواهد افتاد . نقاط قوت توپولوژی Star عبارتنداز :

نصب شبکه با این توپولوژی بسیار ساده است.

توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.

اگر یکی از خطوط متصل به هاب قطع شود ، فقط یک کامپیوتر از شبکه خارج می شود.

توپولوژی Ring

این توپولوژی توسط شرکت IBM اختراع شد و به همین دلیل است که این توپولوژی بنام IBM Token Ring مشهور است . در این توپولوژی کلیه کامپیوتر ها به گونه ای به یکدیگر متصل هستند که مجموعه آنها یک حلقه را می سازد.

مطابق شکل 5-1 کامپیوتر مبدا اطلاعات را به کامپیوتر بعدی در حلقه ارسال نموده و آن کامپیوتر آدرس اطلاعات واصله را بررسی می کند ، اگر آدرس واصله ، با آدرس کامپیوتر دریافت کننده مطابقت کند ، آن کامپیوتر اطلاعات را برای خود کپی می کند . آنگاه طلاعات را به کامپیوتر بعدی در حلقه منتقل خواهد کرد و به همین ترتیب این روند ادامه پیدا می کند تا اطلاعات به کامپیوتر مبدا برسد . سپس کامپیوتر مبدا این اطلاعات را از روی حلقه حذف می کند . در شکل 5-1 پیکان ها مبین جهت حرکت داده ها می باشند.

نقاط ضعف توپولوژی فوق عبارتنداز :

اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد ، کل شبکه متوقف می شود.

به سخت افزار پیچیده ای نیاز دارد( کارت شبکه آن گران قیمت است).

برای اضافه کردن یک ایستگاه به شبکه باید کل شبکه را متوقف کرد.

نقاط قوت توپولوژی فوق عبارتنداز :

نصب شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.

توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.

در این توپولوژی از کابل فیبر نوری می توان استفاده کرد.

توپولوژی BUS

در یک شبکه خطی چندین کامپیوتر به یک کابل به نام BUS متصل می شوند. در شکل 6-1 این توپولوژی نشان داده شده است. در این توپولوژی ، رسانه انتقال بین کلیه کامپیوترها مشترک است . یکی از مشهورترین قوانین نظارت بر خطوط ارتباطی در شبکه های محلی ، Ethernet می باشد.

توپولوژی BUS از متداولترین توپولوژی هایی است که در شبکه های محلی (LAN) مورد استفاده قرار می گیرد . سادگی ، کم هزینه بودن و توسعه آسان این شبکه ، از نقاط قوت توپولوژی bus می باشد. نقطه ضعف عمده این شبکه آن است که اگر کابل اصلی به عنوان پل ارتباطی بین کامپیوترهای شبکه می باشد ، قطع شود ، کل شبکه از کار خواهد افتاد.

یک نقاط ضعف اساسی این توپولوژی آن است که از تعداد زیادی خطوط ارتباطی استفاده می کند ، مخصوصاً زمانی که تعداد ایستگاه ها افزایش یابند ، به همین جهت این توپولوژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. برای مثال ، در یک شبکه با 100 ایستگاه کاری ، ایستگاه شماره 1 نیازمند به 99 کابل برای اتصال به کامیپوترهای شماره 2 تا 99 می باشد. تعداد کابل های مورد نیاز در این توپولوژی با رابطه N(N-1)/2 محاسبه می شود که در آن N تعداد ایستگاه های شبکه می باشد.

توپولوژی Tree

این توپولوژی از یک یا چند هاب فعال (Active hub) یا تکرار کننده (Repeater) برای اتصال ایستگاه هابه یکدیگر استفاده می کند. هاب مهمترین عنصر شبکه مبتنی بر توپولوژی درختی است . زیرا کلیه ایستگاه ها را به یکدیگر متصل می کند . وظیفه هاب دریافت اطلاعات از یک ایستگاه و تکرار و تقویت آن اطلاعات و سپس ارسال آنها به ایستگاه دیگر می باشد. به شکل 8-1 نگاه کنید.

نقطه قوت این توپولوژی این است که زمانی که یک هاب از کار بیفتد ، تنها ایستگاه های متصل به آن هاب از کار خواهند افتاد.

انواع هاب ها عبارتند از :

هاب کنترل پذیر (Manageable): این نوع هاب هوشمند و انعطاف پذیر می باشد . بدین معنی که هر یک از درگاه های (Ports) آن توسط مدیر شبکه از طریق نرم افزار می توانند فعال یا غیر فعال شوند.

هاب مستقل (Stand-Alone) : این نوع هاب برای یک گروه از کامپیوترهایی که به طور مجزا از کل شبکه کار می کنند ، به کار می رود.

هاب پیمانه ای (Modeular) : این نوع هاب با یک کارت یا شاسی همراه است که توسط این کارت می توان تعداد درگاه های آن را افزایش داد.

هاب پشته ای (Stackable) : این نوع هاب شبیه هاب مستقل(Stand_Alone) می باشد. با این تفاوت که تعدادی از آنها را می توان مثل یک پشته به یکدیگر متصل کرد تا تعداد پورت های کل هاب آن افزایش یابند.

توپولوژی Hybrid

این نوع توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی های متفاوت که توسط یک کابل اصلی بنام backbone به یکدیگر مرتبط شده اند . هر شبکه توسط یک پل ارتباطی به نام Bridge به کابل backbone متصل می شود . به شکل 9-1 نگاه کنید .

4-1 : انواع شبکه

نوع شبکه توسط فاصله بین کامپیوترهای تشکیل دهنده آن شبکه مشخص می شود . مثلاً شبکه محلی (LAN)، شبکه شهری (MAN) و شبکه گسترده (WAN) .

شبکه محلی (LAN-Local Area Network)

شبکه LAN ، شبکه ای با سرعت بالا است که به منظور برقراری ارتباط و مبادله داده ها بین کامپیوترها در یک محدوده جغرافیایی کوچک ، مثل یک اداره ، یک ساختمان و یا یک طبقه از یک برج طراحی شده است.

چندین شبکه LAN می توانند با اتصال به یکدیگر موجب توسعه ارتباطات در طبقات یک برج یا یک دانشگاه شوند.

شبکه شهری (MAN-Metropolition Area Network)

شبکه MAN ، حدود 100 مایل را تحت پوشش خود قرار می دهد ، یعنی شبکه MAN ، شبکه های متعددی که در نواحی مختلف یک شهر بزرگ یا کوچک واقع شده اند را به یکدیگر مرتبط می کند . شکل 10-1 یک شبکه MAN را نشان می دهد.

شبکه گسترده (WAN-Wide Area Network)

شبکه WAN ، جهت مبادله اطلاعات بین فواصل بسیار دور به کار می رود. این شبکه ناحیه جغرافیایی وسیعی را در بر می گیرد. برای مثال : کل یک کشور ، یا کل یک قاره . شبکه های WAN ممکن است از خطوط استیجاری (lines leased) شرکت مخابرات و یا سایر شرکت های مشابه و یا ماهواره های مخابراتی جهت مبادله اطلاعات استفاده کنند.

Internet

اینترنت عبارتست از مجموعه ای از شبکه های موجود در سراسر جهان که توسط دروازه هایی(Gateways) مانند شکل 11-1 به یکدیگر متصل شده اند . هر دروازه ، دارای جدول مسیریابی (Routering Table) است که شامل اطلاعاتی درباره شبکه های متصل به آن دروازه می باشد. ممکن است چندین شبکه به یک دروازه متصل شوند . هر دروازه اطلاعات را از شبکه پذیرفته و جدول مسیریابی رابررسی نموده تا ببیند که آیا کامپیوتر مقصد در یکی از شبکه های متصل به این دروازه است یا خیر؟ اگر کامپیوتر مقصد در یکی از شبکه های متصل به این دروازه خاص باشد. اطلاعات را به آن شبکه ارسال می کند، در غیر این صورت اطلاعات را به دروازه بعدی انتقال می دهد که آن دروازه نیز به همین نحو عمل می کند . این فرآیند ادامه می یابد تا اطلاعات به مقصد خود برسد .

خلاصه

گروهی از چندین کامپیوتر که توسط رسانه های ارتباطی به یکدیگر متصل شده باشند را یک شبکه کامپیوتری می نامند.

برخی از کاربردهای شبکه های کامپیوتری عبارتنداز : به اشتراک گذرادن فایل ها ، سخت افزار و پست الکترونیکی و ...

در مدل Client/server ، داده ها از طرف Client به Server منتقل شده و این داده ها توسط Server مورد پردازش قرار گرفته و نتایج حاصل از این پردازش به Client بازگردانده می شود.

اجزاء یک شبکه کامپیوتری عبارتنداز : کارت شبکه (NIC)، سیستم عامل شبکه (NOS) و رسانه انتقال .

کامپیوترها می توانند با توپولوژی های Tree , Mesh , Bus , Ring , Star و Hybrid به یکدیگر متصل شوند.

انواع شبکه ها عبارتنداز WAN ,MAN , LAN و Internet.

مقدمه ای بر شبکه های کامپیوتری Introduction to Computer Networks

مطالب مشابه :

لايه هاي شبكه

شبکه های کامپیوتر

امتیاز مسکونی پروژه اخبار شبکه جام جم

مقدمه ای بر شبکه های کامپیوتری Introduction to Computer Networks

جزوه مبانی اینرنت و شبکه

امتیاز تعاونی شبکه قرآن سیما (مهستان)

لیست پروژه های درس "شبکه های کامپیوتری"