مقدمه اي كوتاه بر كاربردهاي شبكه، تقسيم بندي شبكه ها، نرم افزار شبكه و معروف ترين شبكه هاي موجود

از شبكه هاي كامپيوتري مي توان براي مقاصد مختلفي (در شركتها، يا براي افراد عادي) استفاده كرد. در شركتها شبكه مي تواند دسترسي به منابع اطلاعاتي را براي تمام كاركنان فراهم آورد. در اين شبكه معمولاً از مدل مشتري- سرويس دهنده (كه در آن منابع مشترك روي كامپيوترهاي قدرتمندي موسوم به server قرار مي گيرند) استفاده مي شود. شبكه براي افراد عادي امكان دسترسي به منابع اطلاعاتي يا تفريحي را فراهم مي آورد. امروزه افراد بسياري با يك مودم از منزل خود به شركتهاي خدمات اينترنتي (Internet Service Provider)(ISP) متصل شده و از امكانات آن استفاده مي كنند.

يكي ديگر از زمينه هايي كه امروزه به سرعت رو به گسترش است، شبكه هاي بي سيم است كه امكان دسترسي به اينترنت راحتي از تلفنهاي همراه به افراد مي دهد.
در يك تقسيم بندي بسيار كلي، شبكه ها را مي توان به شبكه هاي محلي (LAN)، شبكه هاي شهري (MAN) شبكه هاي گسترده (WAN). شبكه شبكه هاي (network) تقسيم كرد. كه هر كدام براي خود داراي ويژگيها، سرعت، تكنولوژي و جايگاه خاصي مي باشد.

شبكه محلي (LAN) شبكه ايست خصوصي واقع در يك ساختمان يا مجتمع، كه حداكثر ابعاد آن يكي، دو كيلومتري مي باشد. كه معمولاً براي متصل كردن كامپيوترهاي يك شركت و به اشتراك گذاشتن منابع مثل چاپگر يا مبادلة اطلاعات استفاده مي شود. اين نوع شبكه سرعت بالايي دارد ولي معمولاً به يك ساختمان منفرد محدود مي شود.

شبكه شهري يا MAN شبكه ايست كه يك شهر را پوشش مي دهد. شبكه هاي تلويزيون كابلي بهترين نمونة MAN هستند. اوليه شبكه هاي تلويزيون كابلي در نقاط كور شهرها راه اندازي شدند، بدين ترتيب كه يك آنتن مركزي و بزرگ در محلي كه فرستنده اصلي را مي ديد نصب، و از اين آنتن كابلهايي به مشتركين محروم از برنامه‌هاي تلويزيوني كشيده مي شد.

شبكه شهري بر اساس تلويزيون كابلي

شبكه هاي گسترده (WAN) يك كشور يا قاره را در بر مي گيرند. شبكه هاي LAN و MAN سوييچ نشده هستند (مسيرياب ندارند router) ولي شبكه هاي WAN سوييچ شده اند و router دارند.
از اتصال چند شبكه يكديگر نيز يك شبكه به شبكه ها شكل مي گيرد.
نرم افزار شبكه:
از پروتكلها (كه قواعد كم ارتباط process ها را تعيين مي كنند) تشكيل مي شود. پروتكل ها يا اتصال‌گرا (connection- oriented) هستند كه بر اساس مدل سيستمهاي تلفن كار مي كند. وقتي مي خواهيد با يك نفر تماس بگيريد، گوشي تلفن را برداشته، شماره مي گيريد، صحبت مي كنيد و بعد گوشي را مي گذاريد. مهمترين نكته در اين نوع سرويس اينست كه آنها مانند يك لوله عمل مي كنند. فرستنده از يك طرف داده‌ها (بيت ها) را به داخل لوله مي فرستاد و گيرنده در طرف ديگر آنها را مي گيرد. در اغلب مواد داده ها به همان ترتيبي كه فرستاده شده اند دريافت مي شوند.

از سوي ديگر سرويس غير متصل (connectionless) بر اساس مدل پست بنا شده است. هر پيام (نامه) داراي آدرس مشخصي است و مسيري كه براي رسيدن به مقصد طي مي كند، كاملاً مستقل از پيامهاي ديگر است. معمولاً دو نامه كه به يك مقصد فرستاده مي شوند، اولين نامه زودتر به مقصد مي رسد ولي گاهي پيش مي آيد كه اولي با تأخير و بعد از دمي به مقصد برسد. به عبارتي تضميمي نداريم كه كدام داده زودتر به مقصد مي رسد. برخي سرويسها مطمئن و قابل اطمينان هستند بگونه اي كه هيچ داده اي در حين انتقال از بين نمي رود. يك سرويس قابل اعتماد معمولاً به گونه اي طراحي مي شود كه گيرنده دريافت صحيح داده ها را به فرستنده اعلام كند

(acknowledgement) در ساده ترين حالت پروتكل عبارتست از قراردادهاي توافق شده بين دو طرف براي برقراري و پيشبرد ارتباط.
اغلب شبكه ها از مدل سلسله مراتبي پروتكل ها استفاده مي كنند. به اين ترتيب كه براي كاهش پيچيدگي هاي طراحي، اغلب شبكه ها به صورت مجموعه اي از چند لايه(layer) كه هر كدام روي ديگري قرار مي گيرند طراحي مي شوند. در مدل سلسله مراتبي پروتكل ها، هر لايه سرويسهايي را در اختيار لايه هاي بالاتر قرار مي دهد و آنرا از جزئيات كار در لايه هاي پايينتر ايزوله مي كند به اين ترتيب كه وظيفة هر لايه، ارائه سرويسهاي خاص- لايه هاي بالاتر و پنهان كردن جزئيات كار از ديدگاه آنهاست. در اين مفهوم هر لايه يك ماشين مجازي (virtual machin) است كه سرويسهاي خاصي را در اختيار لايه هاي بالاتر مي گذارد.
مجموعة پروتكل هاي مهم امروزي عمدتاً بر مبناي دو مدل OSI و TCP/IP بنا شده اند. هر دو مدل داراي لايه هاي شبكه، انتقال و كاربرد هستند ولي در لايه هاي ديگر با هم فرق دارند .

معروف ترين شبكه هاي موجود عبارتند از:
۱- اينترنت كه محصول تكامل شبكه آرپانت (شبكه سوئيچ بسته مزارت دفاع ايالت متحده امريكا) بود. در واقع شبكه ايست از هزاران شبكه ديگر، نه يك شبكه واحد . مشخصة اصلي اينترنت استفاده از مجموعه پروتكل TCP/IP است.
۲- ATM كه بيشتر در سيستمهاي تلفن، و براي مخابرت راه دور به كار مي رود.

۳- اترنت (Ethernet) نيز محبوب ترين تكنولوژي LAN است كه در اغلب شركتها و دانشگاهها از آن استفاده مي شود.
۴- LAN بي سيم كه با سرعت خيره كننده ۵۴ Mbps بسرعت در حال گسترش است.

مدل مرجع OSI: (International standards organization ISO)
مدل OSI بر اساس نظرات پيشنهادي سازمان بن المللي استانداردها
(International standards organization ISO) به عنوان اولين استاندارد بين المللي شبكه هاي چند لايه توسعه داده شد. اين مدل در سال ۱۹۹۵ مورد تجديد نظر قرار گرفت اين مدل كه نام كامل آن مدل مرجع ارتباط سيستمهاي باز (Open system interconnection) است، با ارتباط سيستمهاي باز- سيستمهاي كه قادر به ارتباط با سيستمهاي ديگر هستند سروكار دارد. ولي ما آنرا به سادگي مدل OSI خواهيم ناميد.
مدل OSI هفت لايه دارد كه عبارتند از:

۱- لايه فيزيكي: (physical layer)
وظيفة انتقال بيت هاي خام را از طريق كانال مخابراتي بر عهده دارد. مهمترين نكته در طراحي اين لايه اينست كه وقتي يك طرف يك بيت ۱ مي فرستند، طرف مقابل يك بيت ۱ دريافت كند. نه يك بيت ۰٫ مسائل طراحي در اين لايه عمدتاً از نوع مكانيكي، الكتريكي، تايمينگ (همزماني) و رسانه فيزيكي انتقال (كه زير لايه فيزيكي قرار دارد) هستند.

۲- لايه پيوند داده ها (Data Link Layer) :
مهمترين وظيفه لايه پيونده داده عبارتست از تبديل خط فيزيكي پر از خطا به يك خط ارتباطي عاري از خطا براي لاية بالاتر، يعني لايه شبكه- لايه پيوند داده اين كار را با شكستن داده هاي ورودي به بسته هاي كوچك چند صد يا هزار بايتي (كه فريم داده data frame ناميده مي شوند) و ارسال آنها انجام مي دهد (وقتي گيرنده P بسته را دريافت مي كند، يك فريم تصديق دريافت (acknowledgement frame) به فرستنده باز پس مي فرستد، تا آنرا از دريافت صحيح بسته مطلع كند.

۳- لايه شبكه (network layer) :
يكي از مسائلي كه بايد در اين لايه حل شود، نحوة مسيريابي بسته ها از مبدأ به مقصد است. اين مسيرها مي توانند مسيرهاي استاتيك باشند (مسيرهايي كه به طور ثابت و بندرت در شبكه تعبيه شده اند) يا مسيرهاي نيمه استاتيك (مسيرهايي كه در ابتداي هر نشست تعيين و مشخص مي شوند) و يا مسيرهاي ديناميك (مسيرهايي كه در لحظه و براي هر بسته از نو و با توجه به بار شبكه جستجو و مشخص مي شوند). اگر تعداد بسته هاي در حال حركت در يك زير شبكه بيش از حد باشد، وضعيتي به وجود مي‌آورند كه به آن ازدحام (congestion) گفته مي شود. كنترل اين وضعيت بر عهده لايه شبكه است. به طور كلي كيفيت سرويس (تأخير انتشار بسته ها، زمان انتقال آنها و حالتهاي گذرا در شبكه) همگي مسئوليتهاي شبكه است.

همچنين اگر بسته اي براي رسيدن به مقصد بايد از يك شبكه خارج وارد شبكه ديگر شود حل مسائلي از قبيل آدرس دهي هاي جديد، عدم پذيرش بسته توسط شبكه دوم به دليل حجم زياد، تفاوت پروتكل ها و غيره از وظايف لايه شبكه است.
۴- لايه انتقال (transport layer):

اصلي ترين وظيفه اين لايه گرفتن داده ها از لايه بالاتر، تقسيم آن به قطعات كوچكتر (در صورت نياز)، ارسال آن به لايه شبكه و حصول اطمينان از دريافت صحيح آنها در طرف مقابل است.
۵- لايه نشست: (session layer)

اجازه مي دهد تا بين كاربران در ماشينهاي مختلف نشست برقرار شود. نشست سرويسهاي مختلفي ارايه مي كند از جمله : كنترل ديالوگ (dialog control كنترل اينكه نوبت چه كسي است) مديريت نشانه (token management جلوگيري از تداخل اعمال مهم) و سنكرون كردن (sunchronization- كنترل عمليات انتقال طويل‌المدت، و از سرگيري آن از نقطه قطع شده در صورت بروز اختلال)

۶- لايه نمايش(presen talion layer)
بر خلاف لايه هاي پايين تر كه عمدتاً با بيت ها سرو كار دارند، لايه نمايش توجه خود را روي ساختار پيامها و مفهوم آنها متمركز مي كند. براي اينكه كامپيوترهايي با ساختارهاي متفات داده بتوانند با هم ارتباط برقرار كنند، ساختار پيامهاي مبادله شده بايستي كاملاً مشخص و استاندارد باشد. وظيفه لايه نمايش مديريت اين ساختارها در سطح بالاست.
۷- لايه كاربرد (application layer)

بسياري از پروتكل هاي مورد نياز كاربران در لايه كاربرد قرار داد كه از معروف ترين آنها مي توان به پروتكل Http( پروتكل اصلي وب اشاره كرد.)وقتي مرورگر وب مي خواهد صفحه اي را باز كند، نام آن صفحه را استفاده http به سرويس دهندة وب مي فرستند، سرويس دهندة وب نيز با همين پروتكل صفحه را به مرور گر بر مي گرداند.
پروتكل انتقال فايل (FTP) . پروتكل انتقال (NNTO)، پروتكل پست الكترونيك (pop, smtp) نيز فرد جزء پروتكل هاي كاربردي هستند.

مدل مرجع TCP/IP
مدل TCP/IP از تكامل مدل مرجع آرپانت (ARPANET) كه يك شبكه تحقيقاتي وزارت دفاع ايالت متحده امريكا بود پايه ريزي شد. يكي از اولين هدفهاي آرپانت ارتباط يكپارچة شبكه هاي مختلف بودكه بعد از بررسي چندين پروتكل توسط مدل مرجع TCP/IP محقق شد. در اين مدل هدف اينست كه شبكه بايد بگونه اي طراحي شود كه حتي در صورت از بين رفتن بخشي از زير شبكه هاي آن، بتواند بدون وقفه به كار خود ادامه دهد. يا به عبارتي دو كامپيوتر ماداميكه كار مي كنند، بايد بتوانند با هم ارتباط داشته باشند حتي اگر تعدادي از ماشينهاي واسط بين آنها از مدار خارج شوند) علاوه بر آن، اين مدل بايد بتواند از عهدة طيف وسيعي از كاربردهاي متنوع از انتقال فايل گرفته تا مكالمة زمان واقعي بر آيد.
مدل TCP/IP چهار لايه دارد كه عبارتند از:

۱- لاية اينترنت:اين لايه سنگ بناي معماري TCP/IP است. وظيفه اين لايه است كه به ماشينها اجازه دهد بسته هاي خود را روي شبكه و به سمت مقصد بفرستدو اين لايه رسيدن پيامها را با همان ترتيبي كه فرستاده شده اند تضمين نمي كند، وظيفه مرتب كردن پيامها (در صورن نياز) بر عهده لايه هاي بالاتر است.
فرمت بسته هاي پيام و پروتكل آنها در لاية اينترنت تعريف مي شود كه
(Internet protocol)IP نام دارد . وظيفة لايه است كه بسته هاي IP را به مقصد برساند. مسيريابي بسته ها (و جلوگيري از ازدحام در مسيرهاي شلوغ) بر عهدة اين لايه است، كه از اين نظر مي توان آنرا مدل لاية شبكه در مدل OSI دانست.

به طور كلي سه پروتكل اساسي TCP/IP در اين لايه قرار داند: اين سه پروتكل عبارتند از IP، ARP، ICMP كه هر يك هدف خاصي دارند.
پروتكل اينترنت IP: TCP/IP توسط صدها ميليون و بلكه ميلياردها كامپيوتر كه از شماي آدرس دهي IP استفاده مي كنند، مورد استفاده قرار مي گيرد. پروتكل IP از آدرس هاي IP بهره مي گيرد كه قادر است اطلاعات را در شبكه بسته به كامپيوتر شخصي در هر جاي دنيا ارسال كند. به طور كلي IP از آدرس هاي IP براي ارتباط با كامپيوترهاي ديگر استفاده مي كند. IP منبع بررسي مي كند ميزبان از نوع محلي است يا راه دور، IP اين كار را با استفاده از انجام دو محاسبه و مقايسه نتايج آن صورت مي‌دهد كه در صورت يكسان بودن نتايج مقصد محلي است و در غير اينصورت مقصد راه دور است. IP قادر است به صورت مستقيم با ميزبان هاي محلي ارتباط برقرار كند. اما ارتباط با ميزبانهاي راه دور از طريق يك مسيرياب انجام مي شود.
پروتكل IP:

براي شروع به تحليل پروتكل IP، بهترين كار آن است كه قالب بسته هاي IP را بررسي كنيم به بسته هاي IP اصطلاحاً ديتاگرام IP گفته مي شود. «ديتاگرام IP» يك قطعه فرمت بسته پيام و پروتكل دادة داراي هويت و شناسنامه است. يك بسته IP در برگيرنده دو بخش سرآيند و بخش محتوي است: سرآيند هر بسته داراي يك بخش ثابت ۲۰ بايتي و يك بخش اختياري با طول متغير است. ساختار سرآيند در شكل زير نشان داده شده است. ترتيب ارسال بسته IP از بايت پر ارزش به كم ارزش است يعني بايتها به ترتيب از چپ به راست ارسال مي شوند.

شكل سرآيند IP

بنابراين اولين فيلدي كه ارسال مي شود فيلد veision (شمارة نسخه پروتكل) است.
فيلد version مشخص مي كند كه بسته بر اساس چه نسخه اي از پروتكل IP سازماندهي و ارسال شده است.
از آنجايي كه طول سرآيند ثابت نيست لذا فيلد IML بدان منظور در نظر گرفته شده كه مشخص كند طول سرآيند ( برمبناي كلمات ۳۲ بيتي) چه قدر است. مقدار حداقل اين فيلد (يعني زماني كه هيچ داده اي در بخش اختياري سرايند وجود ندارد) معادل ۵ است. حداكثر مقدار اين فيلد ۴ بيتي ۱۵ است و طبعاً طول سرآيند به ۶۰ بايت (۴*۱۵) محدود مي شود. يعني حداكثر طول بخش اختياري ۴۰ بايت (۲۰-۶۰) است. اين فضاي ۴۰ بايتي براي برخي از گزينه هايي كه مي توان درون اين فيلد اختياري درج كرد (مثل گزينه ثبت مسير طي شده توسط بسته) بسيار ناكافي است و عملاً فيلد اختياري را بي استفاده كرده است.

فيلد type of service (نوع خدمات): اين فيلد به منظور مشخص كردن كلاسهاي مختلف خدمات مد نظر بوده است. در اين فيلد مي توان تركيبي از خدمات مثل قابليت اعتماد (reliability) و سرعت (speed) را براي بسته تقاضا كرد. فيلد شش بيسي type of service (به ترتيب از چپ به راست، در بر گيرنده يك فيلد سه بيتي به نام procedence (فيلد تقدم) و سه بيت علامت به نامهاي D، T و R است. فيلد procedence اولويت بسته را مشخص مي كند. از صفر (اولويت

معمولي) تا ۷ (بالاترين اولويت براي بسته هاي كنترلي شبكه). سه بيت علامت به ماشين ميزبان اجازه مي دهد كه از بين سه ويژگي (D: تأخير، T: ظرفيت خروجي، R: قابليت اعتماد) نيازهاي خود را توصيف نمايد. اين فيلد اين امكان را فراهم مي كنند كه مسيرياب مثلاً از بين يك خط ماهواره اي با ظرفيت خروجي بالا و تأخير زياد و يك خط اجاره اي (leased line) با ظرفيت خروجي كم و تأخير پايين، انتخاب مناسبي داشته باشد.

فيلد total lngth طول كل بسته (شامل سرآيند و داده) را مشخص مي كند. حداكثر طول بسته ۶۵۵۳۶ بايت است.
فيلد Identification بدان جهت نياز است كه مشخص كنيم قطعه دريافتي. به كدام ديتاگرام متعلق است. تمام قطعات يك ديتاگرام واحد، داراي مقداري مشابه در اين فيلد هستند در ادامه يك بيت بلا استفاده و سپس يك فيلد تك بيتي به نام DF(Dont fragment) به معناي عدم قطعه قطعه سازي بسته قرار گرفته. اين بيت به مسيريابها فرمان مي دهد كه ديتاگرام (بسته) جاري را قطعه قطعه نكنند چرا كه مقصد از بازسازي آن عاجز است.

بيت MF(مخفف more fragment) به معناي آنست كه دنبالة قطعات هنوز ادامه دارد. در تمام قطعات به استثناي قطعه آخر اين بيت ۱ است. به اين بيت از آن جهت نياز است كه متوجه شويم آيا تمام قطعات يك ديتاگرام دريافت شده يا هنوز دنباله قطعات ادامه دارد. فيلد Fragment offset مشخص كننده آن است كه قطعه جاري در كجاي ديتاگرام اصلي واقع شده است. طول تمام قطعات به استثناي قطعه آخر بايد ضريبي از ۸ بابت باشد. از آنجا كه اين فيلد ۱۳ بيتي است حداكثر مي توان ۸۱۹۲ قطعه در هر ديتاگرام داشت و بدين ترتيب طول حداكثر هر ديتاگرام ۶۵۵۳۶ بايت خواهد شد. حداكثر طول ديتاگرام=طول قطعات* تعداد قطعات فيلد Time to live(زمان حيات بسته) شمارنده است كه طول عمر بسته را تعيين مي كند.