شبکه های کامپیوتری (Network+)
مفاهیم پایه شبکه:
تعریف شبکه: مجموعه‌ای از نودهای پردازشگر، وسائل ارتباطی و وسائل جانبی است که توسط خطوط ارتباطی به یکدیگر متصل شده‌اند.
نودهای پردازشگر: کامپیوترها از انواع مختلف را Node میگویند.
وسائل جانبی: شامل چاپگرها و . . .
وسائل ارتباطی: مانند کارت شبکه، Switch ، Hub و. . 

کانالهای ارتباطی:
Wired باسیم
Wireless بی سیم
اهداف شبکه:

۱) بکارگیری منابع اشتراکی
الف- منابع سختافزاری مانند: چاپگر، پلاتر، دیسک سخت، سیدی درایو ، مودم و . . .
ب- منابع نرمافزاری مانند: (۱- اطلاعات Data 2- برنامه‌هاي Programs)
2) سهولت مدیریت منابع :
-دسترسی به انواع منابع متصل در شبکه از طریق یک دستگاه برای کل شبکه میسر است.
-تامین امنیت بر روی منابع جزء مدیریت منابع است.
۳) کاهش هزینه‌ها
۴) انتقال فایل و پیامها (ارتباطات)

۵) انجام کارهای گروهی: (بدون تمرکز نیروی انسانی امکان انجام کار گروهی میسر است)
۶) پردازش توزیع شده (Distributed Processing)
به عنوان مثال ممکن است در شبکه از چندین کامپیوتر جهت پردازش استفاده شود. و یک برنامه کاربردی بر روی سرور نصب کردهایم
که چندین کامپیوتر از نتایج آن استفاده میکنند. اگر بیائیم برنامه‌های سرور را بر روی چند کامپیوتر پردازش کنیم، عملا پردازش را توزیع کرده‌ایم.
انواع مختلف شبکه:

۱- از نظر وسعت جغرافیائی
الف) شبکه محلی (LAN) محدود به یک ناحیه کوچک است.
۱- فاصله نودها از یکدیگر کم است
۲- سرعت انتقال بالاست (۱۰ گیگا بیت در ثانیه)
دقت انتقال بالا و خطا کم است.
عموما هرچه از عناصر واسطه کاسته میشود. خطا کمتر است
ب) شبکه شهری. (MAN) شبکه‌ای در گستره یک شهر، در این شبکه باید هر کامپیوتری با کامپیوتر دیگر در ارتباط باشد. لازم است خطوط مخابراتی با هدف تبادل داده در سطح شهر موجود باشد تا شبکه شهری برقرار گردد. خطوط تلفن موجود تا حدی میتواند این ارتباط را برقرار کند.
ج) شبکه گسترده (WAN) این شبکه محدوده جغرافیایی ندارد. می‌تواند کل جهان را دربرگیرد. این شبکه متشکل از تعداد بسیاری شبکه MAN و WAN مي‌باشد
انواع شبکه از نظر ساختار:
۱ نظیر به نظیر Peer To Peer
2 مبتنی بر سرویس دهنده Server Base
هر یک از نودهایی که سرویسدهی کند سرور است.

انواع سرویسها
الف) File Server (فایل سرور) – کامپیوتری که کتابخانهای از فایلها بر روی آن ایجاد شده باشد که در اختیار کاربران قرار گیرد.
ب) Application Server (سرور برنامههای کاربردی)- یک برنامه کاربردی که آماده استفاده کاربران شبکه باشد بر روی این سرویس دهنده قرار داده میشود. (برخی از برنامههای کاربردی بصورت سرویس دهنده/سرویس گیرنده نصب میگردد).
ج) Print Server (پرینت سرور)- هرگاه بتوان از طریق آن سرویس دهنده مستندات چاپی را دریافت کرد.

د) Internet Server (اینترنت سرور)- مانند FTP Server – Chat Server – Mail Server – Web Server و …
ه‍( Networking Server (سرویس دهندههای شبکهای) مانند Wins Server – DNS Server – DHCP Server و …. اين سرویس دهندهها جهت برقراری ارتباط و ایجاد امکان ارتباط بین اجزاء شبکه فعالیت می‌کنند.
Proxy: نقش یک وکیل را دارد. این سرویس به صورت یک واسط بین کاربر شبکه LAN برای برقراری ارتباط با شبکه اینترنتی است. این سرویسدهنده علاوه بر دریافت درخواست کاربران و اجابت آن ممکن است کنترلهایی نیز بر روی آنها داشته باشد.
ساختار نظیر به نظیر
در این شبکه جایگاه سرویس دهنده و ایستگاه کاری مشخص نیست. بنابراین هر کامپیوتر در هر زمان میتوان سرویسدهی کند.
این نوع شبکه ها معمولا از نظر حفاظت و مدیریت اطلاعات ضعیف میباشند. از این نوع شبکه هنگامی که قصد انجام کار گروهی را داشته باشیم استفاده میشود. این نوع شبکه را معمولا با سیستم عاملهای Win95, Win98, WinMe, WinXp, WinNT.W.S استفاده مي‌كنند.
ساختار Server Base

شبکه‌های قدرتمندی هستند که باید حداقل یک سرور در آن وجود داشته باشد.
انواع شبکه از نظر مکانیزم انتقال اطلاعات
۱٫ Circuit Switching
2. Packet Switching
در این ارتباط، عناصر واسط با ساختارهای مختلف ارتباط دو نود را برقرار میکنند. بعنوان مثال در مراکز تلفن در حالت Circuit قبل از برقراری ارتباط ابتدا مسیر ارتباط انتخاب میشود. س

پس اطلاعات منتقل میشود و نهایتا مسیر قطع می‌گردد.
مزیت:
کانالهای سوئیچ مداری عموما در دسترس میباشند.
معایب:
۱٫ بدلیل بسته شدن مسیر برای یک ارتباط استفاده دیگران از آن مسیر ممکن نمیباشد و از خطوط نمی‌توان استفاده بهینه کرد.
۲٫ در این روش اگر در هنگام انتقال خطا اتفاق بیافتد، مجددا باید دادهها منتقل گردد.
۳٫ حفاظت اطلاعات دراین روش پائین است.
در حالت Packet Switching دادهها به بسته‌های کوچکتر تقسیم میشود. و این بسته‌ها را از مسیرهای مختلف به مقصد ارسال می‌کنند. بنابراین در هر نود ذخیره و سپس ارسال میگردد. به این روش Store & Forward گفته میشود.
امنیت در این مکانیزم بالاست (به عنوان نمونه شبکه X25 بصورت Packet Switching می‌باشد.)
توپولوژی (هم بندی) شبکه
چگونگی اتصال نودها را در یک شبکه توپولوژی می‌گوئیم.
۱- گذرگاه Bus
2- ستاره Star
3- حلقوی Ring
4- توری Mesh

۱- گذرگاه (Bus): در این توپولوژی یک کانال اصلی وجود دارد و کامپیوترها به این کانال اصلی متصل شده اند.
در کانال Bus هنگامی که یک نود اطلاعات ارسال می‌کند، کل کانال اشغال می‌شود تا گیرنده بسته خود را دریافت کند. سپس کانال خالی می‌گردد و نود دیگری نسبت به ارسال اطلاعات خود اقدام می‌کند.
از معایب این سیستم رویداد برخورد (Collision) می‌باشد. این مکانیزم را CSMA/CD می‌گویند.
Carrir Sense Multiple access With Collision Detection
معایب:
۱- در اثر افزایش ایستگاه برخورد زیاد می‌گردد.

۲- قطع یک کابل یا اتصال کل سیستم را مختل می‌کند.
تحمل پذیری خطا در این روش وجود ندارد. (Fault Tolerance)
3- عیب‌یابی به سختی انجام می‌گیرد.
۲- ستاره (Star): در این مدل یک عنصر مرکزی وجود دارد و اطلاعات از طریق این عنصر مرکزی ارسال می‌گردد. این عنصر مرکزی Hub نام دارد.

– در عنصر Hub پدیده برخورد را به حداقل رسانده اند.
– نرخ برخورد کم است.
– سرعت انتقال افزایش یافته است.
– تحمل پذیری خطا زیاد است.
– شناسایی خطا و خرابی به سادگی انجام می‌گیرد.
معایب:
انعطاف پذیری ضعیف است و با صرف هزینه های زیاد ممکن است.
۳- توپولوژی حلقه (Ring): مکانیزم انتقال در حلقه توسط یک بسته اطلاعاتی به نام Token انجام می‌گیرد. Token در کانال حلقه در حال چرخش می‌باشد. هر نود که قصد ارسال اطلاعات داشته باشد بررسی می‌کند که آیا Token خالی است یا خیر، در صورت خالی بودن، اطلاعات خود را به Token اضافه می‌کند. ایستگاه ها چون Token را می‌خوانند اگر اطلاعات مربوط به آنها باشد، اطلاعات Token را خوانده و آنرا آزاد می‌کنند.

– در این روش تداخل وجود ندارد.
– سرعت انتقال پائین است. (سرعت ۴ Mbps یا ۱۶ Mbps). بر روی مدیای فیبر سرعت را به ۱۰۰ Mbps رسانده اند.
این شبکه در مواردی که بخواهیم زمان دریافت را تضمین کنیم استفاده می‌شود.
معایب:
۱- عدم سرعت بالا
۲- تحمل پذیری خطا ندارد. برای رفع مشکل لینک های اضافی در نظر گرفته شده است.
۳- عیب یابی به سختی انجام می‌گیرد.
حالات ابتکاری: برای رفع معایب حلقه، ۲ حلقه بسته می‌شود. اتصالات به طور هوشمند تشخیص می‌دهند که آیا مسیر برقرار است یا خیر اگر برقرار نباشد از مسیر دوم استفاده می‌کنند.
۴- توپولوژی توری (Mesh): اتصال کامپیوترها در این روش با طرح‌های مختلفی انجام می‌گردد.

هيبريد : از تركيب توپولوژيهاي مختلف تشكيل ميگردد

سلسله مراتبی: Hierarchical

انواع کانال های ارتباطی
کانال ها به دو گروه تقسیم می‌شوند:
۱) Wired (باسیم)

۲) Wireless (بی سیم)
انواع کابل به عنوان رسانه:
۱) کابل هم محور (Coaxial Cable)
2) زوج سیم (Twisted Pair)

۳) فیبر نوری (Fiber Optic)
1 کابل هم محور
علت استفاده از سیم توری شکل (یافته شده) جهت انتقال نویز به زمین است.

انواع کابل هم محور:
– کابل ضخیم (Thick)
– کابل نازک (Thin)
2) کابل زوج سیم

در این نوع کابل علت به هم تابیده شدن سیم ها، کاهش اثر نویز است.
انواع کابل های زوج سیم:
الف) بدون شیلد – (UTP) – ۴ زوج سیم داخل یک کابل اند.
ب) شیلددار (UTP) – ۴ زوج سیم داخل یک کابل قرار دارند.
۱) Foiled Twisted Pair
2) SFTP – کابل حاوی فویل و لایه شیلد پلاستیکی
۳) SSTP- هر زوج حاوی شیلد و نهایتاً کال زوج ها شیلد دارند.
کاور و لایه های عایق از جنس PVC، تفلون یا Plenum می‌باشد.
برای هر یک از زوج سیم ها دسته بندی استاندارد در نظر گرفته شده است.
– CAT 1 – کابل هایی هستند که برای Voice (تلفن) استفاده می‌شوند.
– CAT 2 – در شبکه IBM برای ارتباط کامپیوترهای بزرگ با ترمینال استفاده شده است.
– CAT 3 – برای سرعت ۱۰ Mbps در شبکه محلی استفاده شده است. دو زوج سیم بکار گرفته می‌شود. از پروتکل دیگری استفاده شده که از ۴ زوج سیم استفاده شده و سرعت را به ۱۰ Mbps می‌رساند.

– CAT 4 – از این کابل برای سرعت ۱۶ Mbps در شبکه Ring استفاده می‌شود.
– CAT 5- در شبکه های اترنت (ده مگابیت در ثانیه) و اترنت سریع (۱۰۰ مگابیت در ثاینه) و شبکه های Token Ring با سرعت ۱۶ مگابیت در ثانیه استفاده می‌شود.
– CAT 5e – ارتقاء داده شده CAT 5 برای سرعت ۱۰۰۰ مگابیت در ثانیه است.
– CAT 6 – زوج ها به هم چسبیده اند و به صورت Bounded (زوج ها از یکدیگر جدا ساز ی شده اند) تا اثرات نویز را کم کنند.

– CAT 7- دارای شیلد بندی قویتری است.
۳- کابل فیبر نوری
در این کابل از یک مغزی شیشه ای یا پلاستیکی با نام تار نوری برای عبور سیگنال نور استفاده شده که با لایه عایق پوشانده شده است. این لایه عایق برای جلوگیری از خارج شدن نور در نظر گرفته شده است. پوشش دیگری نیز به دور آن قرار گرفته شده که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر است.
گاهی پوشش را آغشته به ماده ای می‌کنند که خزندگان و جوندگان را از خود دور کند. (Anti Rodent)
هریک از این رشته ها با پوشش آن را یک Core می‌گویند. در یک کابل چندین Core وجود دارد. جنس پوشش از الیاف مصنوعی یا فلز به منظور جلوگیری از شکستگی کابل است.

فیبرهای نوری در دو گروه عمده قرار می‌گیرند:
– Single Mode – (تک حالته) فقط یک پرتو به منظور انتقال اطلاعات از تار نوری فرستاده می‌شود. (به کمک لیزر) قطر تار در این حالت ۱۲۵/۹ میکرون است (قطر تار نوری ۹ میکرون و به همراه پوشش آن ۱۲۵ میکرون) برای مسافت های طولانی حداکثر ۱۰۰ کیلومتر و با سرعت ۱۰۰۰ Mbps استفاده می‌شود

Multi Mode – (چند حالته) در این حالت چند پرتو نوری داخل فیبر تابانده می‌شود. قطر این تار ۱۲۵/۵، ۶۲ میکرون است. و حداکثر طول ۵۱۲ متر را برای سرعت ۱۰۰۰ Mbps پشتیبانی م

ی‌کنند. در سرعت های پائین تر مسافت های طولانی تر نیز پشتیبانی می‌شود.

روش های اتصالات فیبر نوری:
۱- Fusion – در این روش دو سر کابل با دستگاه خاصی جوش داده می‌شود.
۲- Splicing – در این روش دو سر کابل کانکتور زده شده و این کار با ابزارهای دستی انجام می‌شود. و اتلاف نور بیشتری نسبت به حالت قبل وجود دارد.
کابل فیبر نوری در توپولوژی ستاره با حلقه استفاده می‌شود.
کانال های بدون سیم Wire Less
زمانی که امکان کابل کشی وجود نداشته باشد و با مقرون به صرفه نباشد و همچنین مبدإ و مقصد جایگاه ثابتی نداشته باشند، از این نوع ارتباط استفاده می‌شود.
انواع سیگنال های قابل استفاده در ارتباطات بی سیم:
– مادون قرمز: در این روش مبدإ و مقصد باید در دید مستقیم هم باشند و حداکثر ۱۰ الی ۱۵ متر برد دارد. مانند کنترل تلویزیون
– لیزر: فاصله مبدإ و مقصد می‌تواند تا ۵۰ متر باشد، از آنها که آسیب جسمی دارد کمتر استفاده می‌شود.
– امواج رادیویی: معمولاً در ارتباطات بی سیم از این نوع امواج استفاده می‌شود.
شبکه بی سیم در دو حالت استفاده می‌شود:
۱)Ad Hoc

در این حالت لازم است که همه PCها دارای یک کارت Wireless مجهز به آنتن باشند.
Access Point نقش همان عنصر متمرکز در توپولوژی ستاره را دارد.
هر Access Point یک دامنه پوشش دارد. در صورتی که موانع وجود داشته باشد برد آن کاهش می‌یابد.

معمولاً Access Point یک نشانگر دارد که کیفیت ارسال و دریافت سیگنال را نشان می‌دهد.
۲) Infra structure
هرگاه یک زیرساخت با سیم وجود داشته باشد و Access Point قابلیت اتصال به آن زیر ساخت را داشته باشد، حالت Infra structure گفته می‌شود.

گاهی از ارتباط بی سیم برای ارتباط ساختمان ها بکار گرفته می‌شود. در این حالت باید دو آنتن همدیگر را ببینند. (Line of Sight)

انواع آنتن:
۱- آنتن Omni که در ۳۶۰ درجه سیگنال را پخش می‌کند و هر نودی که در آن حوزه باشد می‌تواند به شبکه متصل گردد.

۲- آنتن های پارابولیک (Parabolic) این نوع آنتن ها یک زاویه پوشش دارند (حدود ۳۰ تا ۶۰ درجه) و برای مسافت های کوتاه یا متوسط استفاده می‌شود.
۳- آنتن های پانل (Panel) که برای برد طولانی استفاده می‌شود.
۴- آنتن های Solid Dish با زاویه کم برای مسافت های طولانی ۳۰ تا ۴۰ کیلومتر استفاده می‌شود.
۵- آنتن های Sector آنتن های استوانه ای شکل مانند آنتن موبایل هستند که زاویه خاصی را تحت پوشش قرار می‌دهند. به عنوان مثال ۴ آنتن سکتور ۹۰ درجه تمام اطراف را پوشش می‌دهد.
برد امواج رادیوئی بستگی به قدرت آنتن و رادیو دارد.
روش های انتقال اطلاعات
۱) Simplex یک ارتباط یک طرفه است بطوریکه یک فرستنده در حال ارسال اطلاعات است. مانند شبکه تلویزیونی و رادیوئی.

۲) Half Duplex ارتباط دو طرفه غیر همزمان. مانند بی سیم مکالماتی (نیمه دو طرفه)
۳) Full Duplex ارتباط دو طرفه همزمان است. مانند ارتباط تلفنی. ارتباطات شبکه ای عموماً از این نوع می‌باشد.
انواع روش های انتشار اطلاعات
۱) Uni Cast یک فرستنده و یک گیرنده داریم
۲) multi Cast یک فرستنده به چند گیرنده (کنفرانس اینترنتی)
۳) Broad Cast ارسال برای تمام نودهای شبکه
پروتکل:

Encapsulation Trailer Header
Framing
قالب بندی اطلاعات: مرتب سازی اطلاعات مطابق با استاندارد یک پروتکل را Framing می‌گویند.
بررسی مدل لایه ای نقل و انتقال شبکه
سازمان بین المللی استاندارد (ISO) برای نقل و انتقال اطلاعات در شبکه یک مدل استاندارد ارائه کرده است. این مدل دارای ۷ لایه بوده و به آن مدل OSI (Open System Interconnection) می‌گوئیم. (Open System- سیسمتی که بتواند محصولات مختلف شبکه‌ای را پذیرا باشد)

بررسی لایه فیزیکی:
این لایه بسته اطلاعاتی را در قالب Frame از لایه اتصال داده دریافت نموده آنرا تبدیل به یک سیگنال قابل حمل نموده تا آن سیگنال در کانال ارتباطی ارسال گردد. همچنین این لایه اطلاعات دیجیتال را تبدیل به سیگنال آنالوگ می‌کند و با یک Coding مشخص بر روی کانال قرار می‌دهد. در لایه فیزیکی استانداردهایی تعبیه شده است که به دو دسته تقسیم بندی می‌شوند.
استانداردهای الکتریکی: میزان جریان و ولتاژ برای امواج الکتریکی و میزان توان برای امواج رادیوئی.
استانداردهای مکانیکی: در این استانداردها چگونگی برقراری اتصالات شبکه ای، کابل کشی و ارتباط با عناصر ارتباطی مطرح می‌گردد.

استانداردهای مکانیکی در شبکه اترنت
سه شرکت دیجیتال (Digital). اینتل (Intel) و زیراکس (Xerox) استاندارد اترنت را تعریف کرده اند. که اصطلاحاً DIX هم گفته می‌شود. سرعت پایه این شبکه ۱۰ Mbps می‌باشد و به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الف) شبکه اترنت Thicknet
با نام استاندارد ۱۰ Base 5 شناخته می‌شود. طول سگمنت حداکثر ۵۰۰ متر بوده و مقاومت کابل ۵۰ اهم و نام تجاری کابل آن RG8 است.
۱۰: نشان دهنده سرعت کانال

Base: نشان دهنده نوع کانال (Base band)
کانال های ارتباطی دو نوع اند:
Base band: در هر لحظه یک سیگنال عبور می‌کند
Broad band: در هر لحظه چند سیگنال عبور می‌کند.
۵:‌ نشان دهنده ضریب طول سگمنت است. ۱۰۰×۵
برای انشعاب گرفتن از این نوع کابل از اتصالات خاصی استفاده می‌شود.
چون کابل ضخیم است از VamPire Tap استفاده می‌شود. که دارای تیغه ای است که به مغزی سیم متصل شده سپس یک Trasceiver به آن وصل شده و با کابل به کارت شبکه متصل می‌گردد.

حداقل فاصله بین دو انشعاب باید ۵/۲ متر باشد. چنانچه طول سگمنت (۵۰۰ متر) کوتاه باشد، می‌توان از Trasceiver انشعاب را به یک تکرار کننده (Repeater) وصل کرد. که با این ترتیب ۵۰۰ متر دیگر اضافه می‌شود.
برای توسعه شبکه از استاندارد ۵-۴-۳ استفاده می‌شود.
۵: نشان دهنده تعداد سگمنت ها
۴: نشان دهنده تعداد تکرار کننده

۳: حداکثر تعداد سگمنتی که می‌توان از آن انشعاب گرفت.
ب) شبکه اترنت Thinnet
حاوی کابل کواکسیال ۵۰ اهم با نام تجاری RG58 است، طول کابل حداکثر ۱۸۵ متر است و با استفاده ۱۰base2 شناخته می‌شود. برای انشعاب کابل را بریده و دو کانکتور BNG به آن وصل می‌گردد.

فاصله هر دو نود حداقل ۵/۰ متر باید باشد.
استاندارد ۵-۴-۳ برای توسعه این شبکه به کار گرفته می‌شود.

می توان شبکه Thinnet و Thicknet را با یکدیگر ترکیب نمود
ج) استاندارد اترنت ۱۰ base T
عنصر مرکزی در این استاندارد HUB است که سیگنال ورودی را تقویت کرده و به گیرنده ارسال می‌کند. (مانند تکرار کننده عمل می‌کند
ها پسیو (Passive Hub) تقویت کننده ندارد. فاصله نود تا نود حداکثر ۱۰۰ متر است.
هاب اکتیو (Active Hub) دارای تقویت کننده است. فاصله نود تا هاب حداکثر ۱۰۰ متر است.
نوع کابل زوج سیم می‌باشد. و دارای مقاومت ۱۰۰ اهم است. پورت موجود بر روی هاب و کارت را Rj45 می‌گویند. برای توسعه این شبکه نیز از قانون ۵-۴-۳ تبعیت می‌شود.
۵: حداکثر ۵ سگمنت ۱۰۰ متری
۴: تعداد هاب
۳: تعداد لینک های ۱۰۰ متری برای Cascade کردن هاب ها