آشنائى با عناصر یک شبکه محلى

3آشنائى با عناصر یک شبکه محلى
با این که هر شبکه محلى داراى ویژگى ها و خصایص منحصربفرد مختص به خود مى باشد که به نوعى آن را از سایر شبکه ها متمایز مى نماید ، ولى در زمان پیاده سازى و اجراى یک شبکه محلى ، اکثر آنان از استانداردها و عناصر شبکه اى مشابه اى استفاده مى نمایند . شبکه هاى WAN نیز داراى وضعیتى مشابه شبکه هاى محلى بوده و امروزه در این نوع شبکه ها از مجموعه اى گسترده از اتصالات (از Dial-up تا broadband ) استفاده مى گردد که بر پهناى باند ، قیمت و تجهیزات مورد نیاز به منظور برپاسازى این نوع شبکه ها تاثیر مى گذارد .
در ادامه به برخى از مهمترین ویژگى ها و عناصر شبکه اى استفاده شده در شبکه هاى محلى اشاره مى گردد :

رسانه هاى انتقال داده در شبکه هاى کامپیوترى ، ستون فقرات یک شبکه را تشکیل مى دهند . هر شبکه کامپیوترى مى تواند با استفاده از رسانه هاى انتقال داده متفاوتى ایجاد گردد . وظیفه رسانه هاى انتقال داده ، حمل اطلاعات در یک شبکه محلى مى باشد . شبکه هاى محلى بدون کابل از اتمسفر به عنوان رسانه انتقال داده استفاده مى نمایند . رسانه هاى انتقال داده عناصر لایه یک و یا فیزیکى شبکه هاى محلى مى باشند .

هر رسانه انتقال داده داراى مزایا و محدودیت هاى مختص به خود مى باشد . طول کابل ، قیمت و نحوه نصب از مهمترین ویژگى هاى رسانه هاى انتقال داده مى باشند .

اترنت ، متداولترین تکنولوژى استفاده شده در شبکه هاى محلى مى باشد که اولین مرتبه با همکارى سه شرکت دیجیتال ، اینتل و زیراکس و با نام DIX ارائه گردید . در ادامه و در سال 1983 موسسه IEEE با استفاده از DIX ، استاندارد IEEE 802.3 را مطرح نمود . در ادامه استانداردهاى متعددى توسط کمیته هاى تخصصى IEEE ارائه گردید .

قبل از انتخاب یک مدل خاص اترنت براى پیاده سازى شبکه ، مى بایست کانکتورهاى مورد نیاز براى هر نمونه پیاده سازى را بررسى نمود . در این رابطه لازم است سطح کارآئى مورد نیاز در شبکه نیز بررسى گردد .

مشخصه هاى کابل و کانکتورهاى مورد نیاز براى پیاده سازى هر یک از نمونه هاى اترنت ، متاثر از استانداردهاى ارائه شده توسط انجمن هاى صنایع الکترونیک و مخابرات ( EIA/TIA ) مى باشد .

با توجه به لایه فیزیکى مربوطه ، از اتصالات متفاوتى در شبکه هاى اترنت استفاده مى گردد . کانکتور RJ-45 ( برگرفته از registered jack ) متداولترین نمونه در این زمینه است .

براى اتصال دستگاه هاى شبکه اى از کابل ها ى متفاوتى استفاده مى گردد . مثلا" براى اتصال سوئیچ به روتر ، سوئیچ به کامپیوتر ، هاب به کامپیوتر از کابل هاى straight-through و براى اتصال سوئیچ به سوئیچ ، سوئیچ به هاب ، هاب به هاب ، روتر به روتر ، کامپیوتر به کامپیوتر و روتر به کامپیوتر از کابل هاى crossover استفاده مى گردد .

Repeater ، یک سیگنال را دریافت و با تولید مجدد آن ، امکان ارسال آن را در مسافت هاى طولانى تر قبل از تضعیف سیگنال فراهم مى نماید . در زمان توسعه سگمنت هاى یک شبکه محلى، مى بایست از استانداردهاى موجود در این زمینه استفاده نمود . مثلا" نمى توان بیش از چهار repeater را بین کامپیوترهاى میزبان در یک شبکه استفاده نمود .

هاب در واقع repeater هاى چند پورته مى باشند . در اغلب موارد تفاوت بین دو دستگاه فوق ، تعداد پورت هاى ارائه شده توسط هر یک از آنان است . با این که یک repeater معمولا" داراى صرفا" دو پورت مى باشد ، یک هاب مى تواند داراى چهار تا بیست و چهار پورت باشد . در شبکه هاى Ethernet 10BAST-T و یا Ethernet 100BASE-T استفاده از هاب بسیار متداول است . با استفاده از هاب ، توپولوژى شبکه از bus خطى که در آن هر دستگاه مستقیما" به ستون فقرات شبکه متصل مى گردد ، به یک مدل ستاره و یا star تبدیل مى شود . داده دریافتى بر روى یک پورت هاب براى سایر پورت هاى متصل شده به یک سگمنت شبکه اى مشابه نیز ارسال مى گردد . ( بجزء پورتى که داده را ارسال نموده است ) . به موازات افزایش دستگاه هاى متصل شده به یک هاب ، احتمال بروز تصادم و یا Collision افزایش مى یابد . یک تصادم زمانى بروز مى نماید که دو و یا بیش از دو ایستگاه در یک لحظه اقدام به ارسال داده در شبکه نمایند . در صورت بروز یک تصادم ، تمامى داده ها از بین خواهد رفت . هر دستگاه متصل شده به یک سگمنت مشابه شبکه ، عضوى از یک collision domain مى باشند .

در برخى موارد لازم است که یک شبکه بزرگ محلى به سگمنت هاى کوچکتر و قابل مدیریتى تقسیم گردد. هدف از انجام این کار کاهش ترافیک و افزایش حوزه جغرافیائى یک شبکه است . از دستگاه هاى شبکه اى متفاوتى به منظور اتصال سگمنت هاى متفاوت یک شبکه به یکدیگر استفاده مى گردد . Bridge ، سوئیچ ، روتر و gateway نمونه هائى در این زمینه مى باشند . سوئیچ و Bridge در لایه Data Link مدل مرجع OSI کار مى کنند . وظیفه Bridge ، اتخاذ تصمیم هوشمندانه در خصوص ارسال یک سیگنال به سگمنت بعدى شبکه است . پس از دریافت یک فریم توسط Bridge ، آدرس MAC مقصد فریم در جدول Bridge بررسى تا مشخص گردد که آیا ضرورتى به فیلترینگ فریم وجود دارد و یا مى بایست فریم به سمت یک سگمنت دیگر هدایت گردد .
فرآیند تصمیم گیرى با توجه به مجموعه قوانین زیر انجام مى شود :
□ در صورتى که دستگاه مقصد بر روى سگمنت مشابه باشد ، Bridge فریم دریافتى را بلاک و آن را براى سایر سگمنت ها ارسال نمى نماید . به فرآیند فوق، فیلترینگ مى گویند .
□ در صورتى که دستگاه مقصد بر روى یک سگمنت دیگر باشد ، Bridge آن را به سگمنت مورد نظر فوروارد مى نماید .
□ در صورتى که آدرس مقصد براى Bridge ناشناخته باشد ، Bridge فریم را براى تمامى سگمنت هاى موجود در شبکه بجزء سگمنتى که فریم را از آن دریافت نموده است ، فوروارد مى نماید . به فرآیند فوق flooding مى گویند. استفاده مناسب از Bridge ، افزایش کارآئى یک شبکه را به دنبال خواهد داشت .

از سوئیچ در برخى موارد به عنوان یک bridge چند پورته نام برده مى شود . با این که یک Bridge معمولى ممکن است داراى صرفا" دو پورت باشد که دو سگمنت شبکه را به یکدیگر متصل مى نماید ، سوئیچ مى تواند داراى چندین پورت باشد. همانند bridge ، سوئیچ ها داراى دانش و آگاهى لازم در خصوص بسته هاى اطلاعاتى دریافتى از دستگاه هاى متفاوت موجود در شبکه مى باشند و دانش خود را نیز متناسب با شرایط موجود ارتقاء مى دهند(یادگیرى) . سوئیچ ها از اطلاعات فوق به منظور ایجاد جداول موسوم به جداول فورواردینگ استفاده نموده تا در ادامه قادر به تعیین مقصد داده ارسالى توسط یک کامپیوتر براى کامپیوتر دیگر موجود بر روى شبکه باشند .

با این که سوئیچ و Bridge داراى شباهت هائى با یکدیگر مى باشند ، ولى سوئیچ ها دستگاه هائى بمراتب پیشرفته تر و حرفه اى تر نسبت به Bridge مى باشند . همانگونه که اشاره گردید ، معیار اتخاذ تصمیم Bridge براى فورواردینگ یک فریم ، آدرس MAC یک فریم است . سوئیچ داراى چندین پورت است که سگمنت هاى متفاوت شبکه به آنان متصل مى گردند . سوئیچ ها با توجه به تاثیر محسوس آنان در افزایش کارآئى شبکه از طریق بهبود سرعت و پهناى باند ، به یکى از متداولترین دستگاه هاى ارتباطى شبکه تبدیل شده اند .

سوئیچینگ ، یک فن آورى است که کاهش ترافیک و افزایش پهناى باند در شبکه هاى محلى اترنت را به دنبال خواهد داشت . سوئیچ ها را بسادگى مى توان جایگزین هاب نمود ، چراکه آنان از زیرساخت سیستم کابل موجود مى توانند استفاده نمایند .

سوئیچ ها داراى سرعتى بمراتب بیشتر از Bridge بوده و قادر به حمایت از پتانسیل هاى جدیدى نظیر شبکه هاى VLAN مى باشند .

یک سوئیچ اترنت داراى مزایاى متعددى است ، مثلا" به کاربران متعددى اجازه داده مى شود که به صورت موازى از طریق مدارات مجازى و سگمنت هاى اختصاصى شبکه در یک محیط عارى از تصادم ، با یکدیگر ارتباط برقرار نمایند . بدین ترتیب از پهناى باند موجود به صورت بهینه استفاده مى گردد .

روتر مسئولیت روتینگ بسته هاى اطلاعاتى از مبداء به مقصد را در شبکه هاى محلى برعهده دارد و امکان ارتباطى را براى شبکه هاى WAN فراهم مى نماید . در شبکه هاى محلى روتر شامل broadcast بوده و سرویس هاى ترجمه آدرس محلى نظیر ARP و RARP را ارائه مى نماید و مى تواند با استفاده از یک ساختار Subnetwork ، شبکه را سگمنت نماید . به منظور ارائه سرویس هاى فوق ، روتر مى بایست به LAN و WAN متصل باشد .

وظیفه کارت شبکه ( NIC ) ، اتصال یک دستگاه میزبان به محیط انتقال شبکه است . کارت شبکه یک برد مدار چاپى است که درون یکى از اسلات هاى موجود بر روى برداصلى کامپیوتر و یا دستگاه جانبى یک کامپیوتر نصب مى گردد . اندازه کارت شبکه بر روى کامپیوترهاى Laptop و یا notebook به اندازه یک کارت اعتبارى است .

کارت هاى شبکه به منزله دستگاه هاى لایه دوم مدل مرجع OSI مى باشند ، چراکه هر کارت شبکه به همراه خود یک کد منحصربفرد را که به آن آدرس MAC مى گویند ، ارائه مى نماید . از آدرس فوق به منظور کنترل مبادله اطلاعات در شبکه استفاده مى گردد .

هر کارت شبکه داراى کانکتورهائى است که امکان اتصال آن را به محیط انتقال فراهم مى نماید . در برخى موارد ممکن است نوع کانکتور موجود بر روى یک کارت شبکه با نوع رسانه انتقال داده مطابقت ننماید . مثلا" در روترهاى سیسکو مدل 2500 از یک کانکتور AUI استفاده شده است و براى اتصال به یک کابل اترنت UTP cat 5 مى بایست از یک transmitter/receiver که به آنان transceiver گفته مى شود ، استفاده گردد . transceiver ، مسئولیت تبدیل یک نوع سیگنال و یا کانکتور به نوع دیگرى را برعهده دارد . به عنوان نمونه ، یک transceiver مى تواند یک اینترفیس AUI پانزده پین را به یک RJ-45 jack متصل نماید . transceiver ، به عنوان یک دستگاه لایه یک شبکه ایفاى وظیفه مى نماید چراکه صرفا" با بیت ها کار مى نماید و داراى اطلاعات آدرس دهى خاصى و یا پروتکل هاى لایه بالاتر نمى باشد .

در شبکه هاى LAN و یا WAN ، تعدادى کامپیوتر با یکدیگر متصل شده تا سرویس هاى متفاوتى را در اختیار کاربران قرار دهند . براى انجام این کار ، کامپیوترهاى موجود در شبکه داراى وظایف و یا مسئولیت هاى مختص به خود مى باشند . در شبکه هاى نظیر به نظیر ( peer-to-peer ) ، کامپیوترهاى موجود در شبکه داراى وظایف و مسئولیت هاى معادل و مشابه مى باشد( هم تراز ) . هر کامپیوتر مى تواند هم به عنوان یک سرویس گیرنده و هم به عنوان یک سرویس دهنده در شبکه ایفاى وظیفه نماید . مثلا" کامپیوتر A مى تواند درخواست یک فایل را از کامپیوتر B نماید . در این وضعیت ، کامپیوتر A به عنوان یک سرویس گیرنده ایفاى وظیفه نموده و کامپیوتر B به عنوان یک سرویس دهنده رفتار مى نماید . در ادامه ، کامپیوترهاى A و B مى توانند داراى وظایف معکوسى نسبت به وضعیت قبل باشند .

در شبکه هاى نظیر به نظیر ، هر یک از کاربران کنترل منابع خود را برعهده داشته و مى توانند به منظور به اشتراک گذاشتن فایل هائى خاص با سایر کاربران ، خود راسا" تصمیم گیرى نمایند . کاربران همچنین ممکن است ، به منظور دستیابى به منابع اشتراک گذاشته شده ، سایر کاربران را ملزم به درج رمز عبور نمایند . با توجه به این که تمامى تصمیمات فوق توسط هر یک از کاربران و به صورت جداگانه اتخاذ مى گردد ، عملا" یک نقطه مرکزى براى کنترل و یا مدیریت شبکه وجود نخواهد داشت . در این نوع شبکه ها هر یک از کاربران مسئولیت گرفتن Backup از داده هاى موجود بر روى سیستم خود را برعهده داشته تا در صورت بروز مشکل بتوانند از آنان به منظور بازیافت اطلاعات استفاده نمایند . زمانى که یک کامپیوتر به عنوان یک سرویس دهنده در شبکه ایفاى وظیفه مى نماید ، سرعت و کارآئى آن متناسب با حجم درخواست هاى دریافتى کاهش خواهد یافت .

نصب و عملکرد شبکه هاى Peer-to-Peer ساده بوده و در این رابطه به تجهیزات اضافه اى به جزء نصب یک سیستم عامل مناسب بر روى هر یک از کامپیوترها، نیاز نخواهد بود . با توجه به این که کاربران مسئولیت کنترل منابع خود را برعهده دارند ، به مدیریت متمرکز و اختصاصى نیاز نمى باشد .

به موازات رشد شبکه هاى Peer-To-Peer ، تعریف ارتباط بین کامپیوترهاى موجود در شبکه و ایجاد یک هماهنگى منسجم بین آنان ، به یک مشکل اساسى در شبکه تبدیل مى شود . این نوع شبکه ها تا زمانى که تعداد کامپیوترهاى موجود در شبکه کمتر از ده عدد باشد ، به خوبى کار مى کنند و همزمان با افزایش تعداد کامپیوترهاى موجود در شبکه ، کارآئى شبکه به شدت کاهش پیدا خواهد کرد . با توجه به این که کاربران مسئولیت کنترل دستیابى به منابع موجود بر روى کامپیوترهاى خود را برعهده دارند ، امنیت در این نوع شبکه ها داراى چالش هاى جدى مختص به خود مى باشد .

در شبکه هاى سرویس گیرنده - سرویس دهنده ، سرویس هاى شبکه بر روى یک کامپیوتر اختصاصى با نام سرویس دهنده قرار گرفته و سرویس دهنده مسئول پاسخگوئى به درخواست سرویس گیرندگان مى باشد . سرویس دهنده یک کامپیوتر مرکزى است که به صورت مستمر به منظور پاسخگوئى به درخواست سرویس گیرندگان براى فایل ، چاپ ، برنامه ها و سایر سرویس ها در دسترس مى باشد .

سرویس دهندگان در شبکه هاى سرویس گیرنده - سرویس دهنده بگونه اى طراحى شده اند که بتوانند بطور همزمان به درخواست هاى سرویس گیرندگان متعددى پاسخ دهند . قبل از این که یک سرویس گیرنده قادر به دستیابى منابع موجود بر روى سرویس دهنده باشد ، مى بایست سرویس گیرنده شناسائى و به منظور استفاده از منبع درخواستى تائید گردد . بدین منظور به هر یک از سرویس گیرندگان یک account name و رمز عبور نسبت داده مى شود . بدین ترتیب بر خلاف شبکه هاى Peer-To-Peer ، امنیت و کنترل دستیابى متمرکز و توسط مدیران شبکه پیاده سازى و مدیریت مى گردد . هزینه برپاسازى و مدیریت شبکه هاى سرویس گیرنده - سرویس دهنده نسبت به شبکه هاى Peer-to-Peer بمراتب بیشتر است و تمرکز سرویس ها در یک نقطه مى تواند آسیب پذیرى سیستم را افزایش داده و ارائه سرویس هاى online را دچار مشکل نماید . بدین منظور لازم است از راهکارهائى منطقى به منظور برخورد با مسائل غیرقابل پیش بینى و استمرار ارائه خدمات توسط سرویس دهنده استفاده گردد .