هر شبکه کامپیوتری از دو سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده:

سخت افزار: سخت افزار یک شبکه کامپیوتری (LAN یا WAN) از سه قسمت تشکیل شده:

1- میزبان (host): به کامپیوترها یا اجزای کامپیوتری متصل به شبکه host یا گره یا ایستگاه کاری گفته می شود.

2- واسطه میانی: دستگاهی برای اتصال شبکه ها به یکدیگر و یا میزبان ها به شبکه است. مانند کارت شبکه، مودم و روتر و ...

3- کانال (link): ارتباط میزبان ها از طریق کانال ها امکان پذیر است. به کانال رسانه انتقال و محیط فیزیکی نیز گفته می شود.

به مجموعه واسطه میانی و کانال که عمل انتقال داده ها بین ایستگاه ها را فراهم می کنند زیر شبکه یا subnet می گویند.

( MAC Address ) چیست ؟

عددی است 6 بایتی و منحصر بفرد که در حقیقت به عنوان شماره شناسایی کارت شبکه شما مورد استفاده قرار می گیرد .

عموما 3 بایت اول مک آدرس (Media Access Control ) شماره شناسایی کارخانه سازنده کارت است و باقیمانده ، شماره سریال کارت می باشد . ( برای مثال :D0 A2 B3 C2 14 00 ) .

مسیر یاب ها " Routers "

مسیر یابی یک شاخصه کلیدی در اینترنت است زیرا که باعث می شود پیام ها از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل شوند.

این عملکرد شامل تجزیه وتحلیل مسیر برای یافتن بهترین مسیر است. مسیر یاب ابزاری است که شبکه های محلی را بهم متصل می کند یا به بیان بهتر بیش از دو شبکه را بهم متصل می کند. استفاده از روترها در شبکه به امری متداول تبدیل شده است . یکی از دلایل مهم گسترش استفاده از روتر ، ضرورت اتصال یک شبکه به چندین شبکه دیگر ( اینترنت و یا سایر سایت ها ی از راه دور ) در عصر حاضر است

. مثلاً در صورتی که یک شرکت دارای شعبه ای در تهران و یک دفتر دیگر در اهواز باشد ، به منظور اتصال آنان به یکدیگر می توان از یک خط leased( اختصاصی ) که به هر یک از روترهای موجود در دفاتر متصل می گردد ، استفاده نمود . بدین ترتیب ، هر گونه ترافیکی که لازم است از یک سایت به سایت دیگر انجام شود از طریق روتر محقق شده و تمامی ترافیک های غیرضروری دیگر فیلتر و در پهنای باند و هزینه های مربوطه ، صرفه جوئی می گردد .

روترها را می توان به دو گروه عمده سخت افزاری و نرم افزاری تقسیم نمود:

روترهای سخت افزاری : روترهای فوق ، سخت افزارهائی می باشند که نرم افزارهای خاص تولید شده توسط تولید کنندگان را اجراء می نمایند (در حال حاضر صرفا" به صورت black box به آنان نگاه می کنیم ).نرم افزار فوق ، قابلیت روتینگ را برای روترها فراهم نموده تا آنان مهمترین و شاید ساده ترین وظیفه خود که ارسال داده از یک شبکه به شبکه دیگر است را بخوبی انجام دهند .

اکثر شرکت ها ترجیح می دهند که از روترهای سخت افزاری استفاده نمایند چراکه آنان در مقایسه با روترهای نرم افزاری، دارای سرعت و اعتماد پذیری بیشتری می باشند .

روترهای نرم افزاری : روترهای نرم افزاری دارای عملکردی مشابه با روترهای سخت افزاری بوده و مسئولیت اصلی آنان نیز ارسال داده از یک شبکه به شبکه دیگر است. یک روتر نرم افزاری می تواند یک سرویس دهنده NT ، یک سرویس دهنده نت ور و یا یک سرویس دهنده لینوکس باشد . تمامی سیستم های عامل شبکه ای مطرح،دارای قابلیت های روتینگ از قبل تعبیه شده می باشند .

در اکثر موارد از روترها به عنوان فایروال و یا gateway اینترنت ، استفاده می گردد . در این رابطه لازم است به یکی از مهمترین تفاوت های

موجود بین روترهای نرم افزاری و سخت افزاری ، اشاره گردد : در اکثر موارد نمی توان یک روتر نرم افزاری را جایگزین یک روتر سخت افزاری نمود ، چراکه روترهای سخت افزاری دارای سخت افزار لازم و از قبل تعبیه شده ای می باشند که به آنان امکان اتصال به یک لینک خاص WAN ( از نوع Frame Relay ، ISDN و یا ATM ) را خواهد داد .یک روتر نرم افزاری ( نظیر سرویس دهنده ویندوز ) دارای تعدادی کارت شبکه است که هر یک از آنان به یک شبکه LAN متصل شده و سایر اتصالات به شبکه های WAN از طریق روترهای سخت افزاری ، انجام خواهد شد .

استفاده از روتر به منظور اتصال دو شبکه به یکدیگر و ارتباط به اینترنت :فرض کنید از یک روتر مطابق شکل زیر به منظور اتصال دو شبکه LAN به یکدیگر و اینترنت ، استفاده شده است . زمانی که روتر داده ای را از طریق یک شبکه LAN و یا اینترنت دریافت می نماید ، پس از بررسی آدرس مبداء و مقصد ، داده دریافتی را برای هر یک از شبکه ها و یا اینترنت ارسال می نماید .

روتر استفاده شده در شکل ، شبکه را به دو بخش متفاوت تقسیم نموده است .( دو شبکه مجزاء ) . هر شبکه دارای یک هاب است که تمامی کامپیوترهای موجود در شبکه به آن متصل شده اند . علاوه بر موارد فوق ، روتر استفاده شده دارای اینترفیس های لازم به منظور اتصال هر شبکه به آن بوده و از یک اینترفیس دیگر به منظور اتصال به اینترنت ، استفاده می نماید . بدین ترتیب ، روتر قادر است داده مورد نظر را به مقصد درست ، ارسال نماید .

مسیریاب (Router) : برای اتصال شبکه های محلی به شبکه های WAN یا اینترنت از مسیریاب استفاده می شودعلاوه بر آدرس فیزیکی هر کارت شبکه، کامپیوترها می توانند یک آدرس منطقی منحصر به فرد به نام آدرس IP داشته باشند که در لایه شبکه تعریف می شود.انتقال بسته های اطلاعاتی بین کامپیوترهای فرستنده و گیرنده با توجه به آدرس های منطقی را مسیریابی (routing) می نامند که این وظیفه به عهده مسیریاب است.مسیریاب ها اجازه ارسال داده به صورت پخش همگانی را فراهم نمی کنند و باید حتما آدرس مقصد مشخص و به صورت منفرد (Unicast) باشد.

یک مسیریاب چگونه می تواند از یک آدرس 4 بایتی، محل دقیق یک ماشین را بین میلیون ها ماشین متصل به شبکه پیدا نماید؟

آدرس های IP درون یک عدد 32 بیتی درج می شوند و لیکن برای سادگی به چهار قسمت هشت بیتی Octet که با نقطه از هم جدا شده اند نوشته می شود. 34.21.225.1 بصورت زیر در فیلد آدرس از یک بسته IP تنظیم می شود.

در شبکه ها از دو نوع مسیریاب استفاده می شود:مسیریاب ایستا (Static): این مسیریاب ها نمی توانند مسیرها را تشخیص دهند و باید جدول مسیریابی آنها به صورت دستی پیکربندی شود.

مسیریاب های پویا (Dynamic): این مسیریاب ها با توجه به اطلاعات بسته ها (آدرس مبدا و مقصد) و همچنین اطلاعات دریافت شده از دیگر مسیریاب ها می توانند شبکه ها را بشناسند.

با توجه به این که بین کامپیوتر فرستنده و گیرنده مسیرهای متفاوتی وجود دارد باید عمل انتخاب مسیر در لایه شبکه توسط مسیریاب ها انجام شود.انتخاب مسیر به معنی پردازش مسیر بر روی بسته IP و بررسی آدرس مقصد آن است تا پرش بعدی بسته به مسیریاب دیگر مشخص شود.انتخاب مسیر مانند تعیین و انتخاب راه برای راننده ای است که تصمیم دارد از یک شهر با توجه به آدرس مقصد به شهر دیگر حرکت کند و مسیرهای گوناگونی ممکن است وجود داشته باشد.

تصمیم گیری مسیریاب ها برای انتخاب مسیر می تواند بر اساس معیارهای زیر باشد:

کوتاهترین مسیر (کاهش hop count): مطابق تعریف عبور هر بسته از یک مسیریاب را یک پرش (hop) می گویند تعداد پرش هایی را که یک بسته باید از کامپیوتر مبدا تا مقصد طی کند را تعداد پرش می گویند. معیار کوتاهترین مسیر یعنی مسیری انتخاب شود تا تعداد پرش کمتری از مبدا تا مقصد داشته باشد.

افزایش قابلیت اطمینان: باید مسیری انتخاب شود تا احتمال نرخ خرابی بیت را کاهش دهد مانند مسیرهای مبتنی بر کانال فیبرنوری نسبت به زوج سیم.

کاهش تاخیر: تاخیر به عوامل مختلفی بستگی دارد. نوع کانال، پهنای باند کانال، صف فرایندهای منتظر در هر پورت مسیریاب،

ازدحام شبکه در کانال های میانی شبکه ، فاصله فیزیکی فرستنده و گیرنده.

پهنای باند و ترافیک داده: مسیریاب ها برای انتخاب مسیر بر اساس معیارهای فوق از الگوریتم های مسیریابی بهره می برند.

الگوریتم های مسیریابی :

ایستا در مقابل پویا:

در الگوریتم ایستا مدیر شبکه جداول مسیریابی را به صورت دستی و قبل از انجام مسیریابی مقداردهی می کند. با تغییرات توپولوژی شبکه و یا خرابی مسیریابها جداول ثابت باقی می مانند تا این که مدیر آنها را تغییر دهد.در روش پویا مسیریاب ها با تغییرات توپولوژی و زیرساخت شبکه جداول مسیریابی خود را تغییر می دهند.

تک مسیره (Single path) در مقابل چند مسیره (Multipath): بعضی از الگوریتم های مسیریابی می توانند برای یک آدرس مقصد چندین مسیر مختلف داشته باشند بنابراین موجب اشتراک بار و ارسال و پخش ترافیک در چندین کانال شوند ولی بعضی از الگوریتم ها برای یک آدرس مقصد فقط یک مسیر دارند.

مسطح (flat) در مقابل سلسله مراتبی (hierarchical): در سیستم مسطح همه مسیریابها نظیر یکدیگر هستند اما در سلسله مراتبی بعضی از مسیریابها برای دستیابی به ستون فقرات به کار می روند.درسیستم مسیریابی گروهی از مسیریاب ها به نام دامنه یا سیستم خودکار (AS) تقسیم می شوند.

دروازه Gateway : نقطه ای از شبکه است که به عنوان ورودی به شبکه دیگر عمل می کند. دروازه دو محیط مختلف را به یکدیگر متصل می کند به طوری که سرفصل یک بسته دریافت شده بر اساس یک پروتکل خاص را حذف کرده و با سر فصل لازم برای پروتکل دیگر جایگزین می کند .دورازه را معمولا protocol convertor می نامند.دروازه به صورت نرم افزاری یا سخت افزاری یا ترکیب هر دو پیاده سازی می شود.یک دروازه می تواند یک مسیریاب به همراه نرم افزار های نصب شده روی آن باشد.

 

انواع شبكه ها :شبكه ها را می توان بر حسب تبادل اطلاعات بین تجهیزات دسته بندی كرد:

 

 

سوییچینگ

یک شبکه سوییچ از تعدادی گره به هم متصل به نام سوییچ تشکیل شده است.سوییچ ها دستگاه های سخت افزاری هستند که ارتباط موقت میان دو یا چند کامپیوتر متصل به سوییچ را فراهم می کنند.کامپیوترها مستقیماً به یکدیگر متصل نیستند بلکه از طریق شبکه سوییچ با یکدیگر ارتباط دارند.در شبکه سوییچ، مسیریاب ها به عنوان سوییچ و برای مسیریابی به کار می روند.

سویچینگ مداری چیست؟ بین دو طرف ارتباط یك كانال انتقال با پهنای باند ثابت ومسیرثابت برقرار میشود.كانال ایجاد شده فقط توسط طرفین قابل استفاده است.نیاز به برقراری مسیر است. برای ایجاد یک مدار اختصاصی و مسیر فیزیکی واقعی بین دستگاه های فرستنده گیرنده از روش سوییچینگ مداری در لایه فیزیکی استفاده می شود.این مدار فقط مختص فرستنده و گیرنده است و دیگر کامپیوترها نمی توانند از این مدار استفاده کنند مثالی از این سوییچینگ انتقال صدای بلادرنگ ما بین دو تلفن است که در شبکه عمومی سوییچ تلفن یا PSTN به کار می رود.

سوییچینگ مداری دارای سه مرحله برقراری ارتباط بین فرستنده و گیرنده مرحله انتقال داده و نیز مرحله قطع ارتباط است.

سویچینگ بسته چیست؟ اطلاعات به واحدهای كوچك بنام بسته تقسیم می شود-كانال ثابت اختصاصی بین طرفین وجود ندارد-پهنای باند بر حسب نیاز به کاربران تخصیص می یابد.

در این روش داده توسط بلوک هایی با طول متفاوت اما محدود (به نام بسته) در کانال انتقال می یابند.حداکثر طول بسته ها توسط شبکه تعیین می شود.داده هایی با طول بزرگتر باید قطعه قطعه شده و هر قطعه در بسته ای برای ارسال قرار گیرد.هر سوییچ با دریافت کامل بسته می تواند آن را هدایت کند در حالی که به طور همزمان می تواند بسته بعدی را دریافت کند.بسته ها در طول شبکه از یک سوییچ به سوییچ دیگر منتقل می شوند و در هر سوییچ ابتدا ذخیره می شود و سپس با بررسی header آن و جدول مسیریابی به سمت مناسب هدایت می شوند.

سویچینگ مداری مجازی ودیتا گرام در هر دو حالت هدف ارسال بسته ها از مبدا به مقصد است.

دیتاگرام(Datagram) : در روش دیتاگرام هر بسته حاوی آدرس شبكه ترمینال مقصد است.مسیر با پردازش آدرس شبكه مقصد هر بسته تعیین می شود.

سویچینگ مدار مجازی:(Virtual Circuit) در روش V.C. مسیر ارسال همه بسته ها ثا بت است و در زمان بر قراری مدار مجازی تعییین می شود.هر بسته حاوی یك شماره مشخصه برای مدار مجازی V.C. است كه مسیر آنرا تعیین می كئد.

سوییچینگ پیغام: در این روش کانالی بین هر کامپیوتر و مرکز سوییچ وجود دارد هر کامپیوتر هر لحظه ای که نیاز به ارسال داشته باشد اطلاعاتش را در قالب پیغام ارسال می کند.مرکز سوییچ ابتدا کل پیغام را دریافت کرده و در حافظه خود ذخیره می کند و با توجه به آدرس مقصد، پیغام را به سمت خروجی مناسب و مرکز سوییچ بعدی ارسال می کند (Store & Forward)در نهایت با تکرار این عمل توسط دیگر سوییچ ها کامپیوتر مقصد پیغام را دریافت می کند.سرعت این روش نسبت به سوییچینگ مداری بسیار پایین تر است.