مبانی شبکه های کامپیوتری

شبکه های کامپیوتری شامل دو یا چند کامپیوتر هستند که با کابل (سیمی) یا وای فای (بی سیم) با هدف انتقال، تبادل یا اشتراک داده‌ها و منابع به هم متصل شده‌اند. شما با استفاده از سخت افزار (مانند روترها، سوئیچ ها، نقاط دسترسی و کابل ها) و نرم افزار (مانند سیستم عامل یا برنامه های کاربردی تجاری) یک شبکه کامپیوتری می‌سازید. موقعیت جغرافیایی اغلب یک شبکه کامپیوتری را تعریف می‌کند. به عنوان مثال، یک LAN (شبکه محلی)، کامپیوترها را در یک فضای فیزیکی تعریف شده ای مانند یک ساختمان اداری به هم متصل می‌کند، در حالی که یک WAN (شبکه گسترده)، می‌تواند کامپیوترها را در سراسر قاره‌ها متصل نماید.

اینترنت بزرگ ترین نمونه شبکه WAN است که میلیاردها کامپیوتر را در سراسر جهان به هم متصل می‌کند. شما می‌توانید یک شبکه کامپیوتری را با پروتکل هایی که برای برقراری ارتباط استفاده می‌کند، آرایش فیزیکی اجزای آن، نحوه کنترل ترافیک و هدف آن تعریف نمایید. شبکه های کامپیوتری ارتباط را برای هر کسب و کار، سرگرمی و هدف تحقیقاتی امکان پذیر می‌کنند. اینترنت، جستجوی آنلاین، ایمیل، اشتراک‌ گذاری صدا و تصویر، تجارت آنلاین، پخش زنده و شبکه‌های اجتماعی همه به دلیل شبکه‌های رایانه‌ای وجود دارند.

انواع شبکه های کامپیوتری

همانطور که نیازهای شبکه تکامل یافت، انواع شبکه های کامپیوتری که این نیازها را برآورده می‌کنند نیز تکامل یافتند. در اینجا رایج ترین و پرکاربردترین انواع شبکه های کامپیوتری آورده شده‌اند:

  • LAN (شبکه محلی): یک LAN کامپیوترها را در فاصله نسبتاً کوتاهی به هم متصل می‌کند و به آن‌ها این امکان را می‌دهد تا داده ها، فایل‌ها و منابع را به اشتراک بگذارند. برای مثال، یک شبکه LAN ممکن است تمام کامپیوترهای یک ساختمان اداری، مدرسه یا بیمارستان را به هم متصل کند. به طور معمول، شبکه های محلی تحت مالکیت و مدیریت خصوصی هستند.
  • WLAN (شبکه محلی بی سیم): یک WLAN درست مانند یک LAN است، اما اتصالات بین دستگاه های موجود در شبکه به صورت بی سیم انجام می‌شوند.
  • WAN (شبکه گسترده): همانطور که از نام آن پیدا است، یک WAN کامپیوترها را در یک منطقه وسیعی مانند منطقه به منطقه یا حتی قاره ای به قاره دیگر متصل می‌کند. اینترنت بزرگترین شبکه WAN است که میلیاردها کامپیوتر را در سراسر جهان به هم متصل می‌نماید. شما معمولاً مدل های مالکیت جمعی یا توزیع شده را برای مدیریت WAN خواهید دید.
  • MAN (شبکه منطقه شهری): MAN‌ها معمولا بزرگ تر از شبکه های LAN اما کوچک تر از شبکه های WAN هستند. شهرها و نهادهای دولتی معمولاً مالک و مدیریت MAN می‌باشند.
  • PAN (شبکه ناحیه شخصی):  PAN به یک نفر خدمات می‌دهد. به عنوان مثال، اگر iPhone و Mac دارید، به احتمال زیاد یک PAN راه‌اندازی کرده‌اید که محتوا، پیام‌های متنی، ایمیل‌ها، عکس‌ها و موارد دیگر را در هر دو دستگاه به اشتراک گذاشته و همگام‌ سازی می‌کند.
  • SAN (شبکه فضای ذخیره سازی): SAN یک شبکه تخصصی است که دسترسی به ذخیره سازی سطح بلوک را فراهم می‌کند، شبکه مشترک یا فضای ذخیره سازی ابری که از نظر کاربر شبیه یک درایو ذخیره سازی است که به طور فیزیکی به رایانه متصل می‌باشد.
  • CAN (شبکه ناحیه پردیس): CAN به عنوان یک شبکه منطقه ای شرکتی نیز شناخته می‌شود. یک CAN بزرگ تر از یک LAN اما کوچک تر از یک WAN است. CAN‌ها به سایت‌هایی مانند کالج‌ها، دانشگاه‌ها  و پردیس‌ها ی تجاری خدمت می‌کنند.
  • VPN (شبکه خصوصی مجازی): VPN یک اتصال امن و نقطه به نقطه بین دو نقطه پایانی شبکه است. VPN  یک کانال رمزگذاری شده ایجاد می‌کند که هویت کاربر و اعتبار دسترسی و همچنین هرگونه داده منتقل شده را برای هکرها غیرقابل دسترس نگه می‌دارد.

اصطلاحات مهم در مبانی شبکه های کامپیوتری

در زیر برخی از اصطلاحات رایج وجود دارد که باید هنگام بحث در مورد شبکه های کامپیوتری بدانید:

1-آدرس IP: یک آدرس IP، یک شماره منحصر به فرد است که به هر دستگاه متصل به شبکه ای که از پروتکل اینترنت برای ارتباط استفاده می‌کند، اختصاص داده می‌شود. هر آدرس IP  شبکه میزبان دستگاه و مکان دستگاه در شبکه میزبان را مشخص می‌کند. هنگامی که یک دستگاه داده‌ها را به دستگاه دیگری ارسال می‌کند، داده‌ها شامل یک هدر هستند که شامل آدرس IP دستگاه فرستنده و آدرس IP دستگاه مقصد می‌شوند.

2- گره ها: گره یک نقطه اتصال در داخل شبکه است که می‌تواند داده‌ها را دریافت، ارسال، ایجاد یا ذخیره کند. هر گره از شما می‌خواهد که نوعی شناسایی برای دریافت دسترسی ارائه کنید مانند یک آدرس  IP. چند نمونه از گره‌ها عبارتند از کامپیوتر، چاپگر، مودم، بریج و سوئیچ. گره در اصل هر دستگاه شبکه ای بوده که می‌تواند اطلاعات را شناسایی، پردازش و به هر گره شبکه دیگری منتقل کند.

3- روترها: روتر یک دستگاه فیزیکی یا مجازی است که اطلاعات موجود در بسته های داده را بین شبکه‌ها ارسال می‌کند. روترها داده های درون بسته‌ها را تجزیه و تحلیل می‌نمایند تا بهترین راه برای رسیدن اطلاعات به مقصد نهایی خود را تعیین کنند. روترها بسته های داده را تا رسیدن به گره مقصد خود ارسال می‌نمایند.

4- سوئیچ ها: سوئیچ وسیله ای است که دستگاه های دیگر را به هم متصل می‌کند و ارتباطات گره به گره را در یک شبکه مدیریت می‌نماید و اطمینان می‌دهد که بسته های داده به مقصد نهایی خود می‌رسند. در حالی که یک روتر اطلاعات را بین شبکه‌ها ارسال می‌کند، یک سوئیچ اطلاعات را بین گره‌ها در یک شبکه ارسال می‌نماید. هنگام بحث در مورد شبکه های کامپیوتری، سوئیچینگ به نحوه انتقال داده‌ها بین دستگاه های موجود در یک شبکه اشاره دارد. سه نوع اصلی سوئیچینگ به شرح زیر هستند:

  • سوئیچینگ مدار: که یک مسیر ارتباطی اختصاصی را بین گره‌ها در یک شبکه ایجاد می‌کند. این مسیر اختصاصی تضمین می‌نماید که پهنای باند کامل در طول انتقال در دسترس است، به این معنی که هیچ ترافیک دیگری نمی تواند در آن مسیر حرکت کند.
  • سوئیچینگ بسته: شامل تجزیه داده‌ها به اجزای مستقل به نام بسته است که به دلیل اندازه کوچک شان، تقاضاهای کمتری را در شبکه ایجاد می‌کنند. بسته‌ها از طریق شبکه به مقصد نهایی خود سفر می‌نمایند.
  • تغییر پیام: یک پیام را به طور کامل از گره مبدأ ارسال می‌کند و از سوییچی به سوییچ دیگر تا رسیدن به گره مقصد حرکت می‌نماید.

5- پورت ها: یک پورت یک اتصال خاص بین دستگاه های شبکه را مشخص می‌کند. هر پورت با یک عدد مشخص می‌شود. اگر فکر می‌کنید یک آدرس IP با آدرس یک هتل قابل مقایسه است، پس پورت ها، سوئیت‌ها یا شماره اتاق های آن هتل هستند. رایانه‌ها از شماره پورت برای تعیین اینکه کدام برنامه، سرویس یا فرآیندی باید پیام های خاصی را دریافت کند، استفاده می‌کنند.

6- انواع کابل شبکه: رایج ترین انواع کابل شبکه عبارتند از، جفت پیچ خورده اترنت، کواکسیال و فیبر نوری. انتخاب نوع کابل به اندازه شبکه، چیدمان عناصر شبکه و فاصله فیزیکی بین دستگاه‌ها بستگی دارد.

نمونه هایی از شبکه های کامپیوتری

اتصال سیمی یا بی سیم، دو یا چند کامپیوتر به منظور به اشتراک گذاری داده‌ها و منابع یک شبکه کامپیوتری را تشکیل می‌دهد. امروزه تقریباً هر دستگاه دیجیتالی، متعلق به یک شبکه کامپیوتری است. در یک محیط اداری، شما و همکاران تان ممکن است دسترسی به یک چاپگر یا یک سیستم پیام گروهی را به اشتراک بگذارید. شبکه محاسباتی که این امکان را فراهم می‌کند، احتمالاً یک شبکه LAN یا محلی است که به بخش شما اجازه می‌دهد تا منابع را به اشتراک بگذارند. یک دولت شهری ممکن است شبکه ای از دوربین های نظارتی در سطح شهر را مدیریت کند که جریان ترافیک و حوادث را نظارت می‌نماید.

این شبکه بخشی از یک شبکه MAN یا منطقه شهری است که به پرسنل اورژانس شهری اجازه می‌دهد تا به حوادث ترافیکی پاسخ دهند، به رانندگان، مسیرهای سفر جایگزین را توصیه کنند و حتی برای رانندگانی که چراغ قرمز دارند، بلیط ترافیک ارسال می‌نمایند. شرکت Weather برای ایجاد یک شبکه مش نظیر به نظیر کار کرد که به دستگاه های تلفن همراه اجازه می‌دهد که بدون نیاز به وای فای یا اتصال سلولی، مستقیماً با سایر دستگاه های تلفن همراه ارتباط برقرار کنند. پروژه Mesh Network Alerts اجازه می‌دهد تا اطلاعات آب و هوای حیاتی را حتی بدون اتصال به اینترنت به میلیاردها نفر تحویل دهد.

شبکه های کامپیوتری و اینترنت

اینترنت در واقع شبکه ای از شبکه‌ها است که میلیاردها دستگاه دیجیتال را در سراسر جهان به هم متصل می‌کند. پروتکل های استاندارد، امکان ارتباط بین این دستگاه‌ها را فراهم می‌کند. این پروتکل‌ها شامل پروتکل انتقال ابرمتن (http در جلوی تمام آدرس‌های وب‌ سایت) هستند. پروتکل اینترنت (یا آدرس‌های IP)، شماره‌های شناسایی منحصر به ‌فرد مورد نیاز هر دستگاهی است که به اینترنت دسترسی دارد. آدرس های IP با آدرس پستی شما قابل مقایسه هستند و اطلاعات مکان منحصر به فردی را ارائه می‌دهند تا اطلاعات به درستی تحویل داده شوند. ارائه دهندگان خدمات اینترنتی (ISP) و ارائه دهندگان خدمات شبکه  (NSP)، زیرساختی را فراهم می‌کنند که امکان انتقال بسته های داده یا اطلاعات را از طریق اینترنت فراهم می‌نماید. هر بیت اطلاعاتی که از طریق اینترنت ارسال می‌شود، به هر دستگاه متصل به اینترنتی نمی رود.

شبکه های کامپیوتری چطور کار می‌کنند؟

شبکه های کامپیوتری گره هایی مانند کامپیوترها، روترها و سوئیچ‌ها را با استفاده از کابل، فیبر نوری یا سیگنال های بی سیم به هم متصل می‌کنند. این اتصالات به دستگاه‌های موجود در شبکه اجازه می‌دهند تا با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و اطلاعات و منابع را به اشتراک بگذارند. شبکه‌ها از پروتکل هایی پیروی می‌کنند که نحوه ارسال و دریافت ارتباطات را مشخص می‌نمایند.

این پروتکل‌ها به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند تا با هم ارتباط برقرار کنند. هر دستگاه در یک شبکه از یک پروتکل اینترنت یا آدرس IP استفاده می‌کند، رشته ای از اعداد که به طور منحصر به فردی، یک دستگاه را شناسایی می‌کند و به دستگاه های دیگر اجازه می‌دهد تا آن را تشخیص دهند. روترها ابزارهای مجازی یا فیزیکی هستند که ارتباطات بین شبکه های مختلف را تسهیل می‌بخشند. روترها اطلاعات را تجزیه و تحلیل می‌کنند تا بهترین راه برای رسیدن داده‌ها به مقصد نهایی را تعیین نمایند. سوئیچ‌ها دستگاه‌ها را به هم متصل کرده و ارتباطات گره به گره را در داخل شبکه مدیریت می‌کنند و اطمینان می‌دهند که بسته‌های اطلاعاتی که در سراسر شبکه حرکت می‌نمایند، به مقصد نهایی خود می‌رسند.

معماری شبکه های کامپیوتری

معماری، شبکه های کامپیوتری چارچوب فیزیکی و منطقی یک شبکه کامپیوتری را تعریف می‌کند. این نحوه سازماندهی رایانه‌ها در شبکه و وظایفی که به آن رایانه‌ها محول می‌شود را تشریح می‌نماید. اجزای معماری شبکه، شامل سخت افزار، نرم افزار، رسانه انتقال (سیمی یا بی سیم)، توپولوژی شبکه و پروتکل های ارتباطی است.

انواع اصلی معماری شبکه

دو نوع معماری شبکه وجود دارد: همتا به همتا (P2P) و مشتری سرور. در معماری  P2P، دو یا چند کامپیوتر به‌عنوان همتا به هم متصل می‌شوند، یعنی قدرت و امتیازات برابر در شبکه دارند. یک شبکه P2P برای هماهنگی به سرور مرکزی نیازی ندارد. در عوض، هر رایانه در شبکه هم به عنوان یک کلاینت (رایانه ای که نیاز به دسترسی به یک سرویس دارد) و هم به عنوان یک سرور (کامپیوتری که نیازهای سرویس گیرنده دسترسی به سرویس را برآورده می‌کند)، عمل می‌نماید.

هر همتا، بخشی از منابع خود را در دسترس شبکه قرار می‌دهد، فضای ذخیره سازی، حافظه، پهنای باند و قدرت پردازش را به اشتراک می‌گذارد. در یک شبکه سرویس گیرنده سرور، یک سرور مرکزی یا گروهی از سرورها منابع را مدیریت می‌کنند و خدمات را به دستگاه های مشتری در شبکه ارائه می‌دهند. کلاینت‌ها در شبکه از طریق سرور با سایر کلاینت‌ها ارتباط برقرار می‌نمایند. برخلاف مدل  P2P، مشتریان در معماری کلاینت سرور منابع خود را به اشتراک نمی گذارند. این نوع معماری گاهی اوقات مدل لایه‌ای نامیده می‌شود، زیرا با سطوح یا لایه‌های متعددی طراحی شده است.

توپولوژی شبکه های کامپیوتری

توپولوژی شبکه، به نحوه چیدمان گره‌ها و پیوندها در یک شبکه اشاره دارد. گره شبکه دستگاهی است که می‌تواند داده‌ها را ارسال، دریافت، ذخیره یا ارسال کند. پیوند شبکه گره‌ها را به هم متصل می‌نماید و این ممکن است پیوندهای کابلی یا بی سیم باشد. شناخت انواع توپولوژی، پایه و اساس ساخت یک شبکه موفق را فراهم می‌کند. تعدادی توپولوژی وجود دارند، اما رایج ترین آن‌ها اتوبوس، حلقه، ستاره و مش هستند:

  • توپولوژی شبکه باس: زمانی است که هر گره شبکه مستقیماً به کابل اصلی متصل می‌شود.
  • توپولوژی حلقه: گره‌ها در یک حلقه به هم متصل می‌شوند، بنابراین هر دستگاه دقیقا دو همسایه دارد. جفت های مجاور به طور مستقیم متصل می‌شوند. جفت های غیر مجاور به طور غیر مستقیم از طریق چندین گره به هم متصل خواهند شد.
  • توپولوژی شبکه ستاره ای: تمام گره‌ها به یک هاب مرکزی و واحد متصل می‌شوند و هر گره به طور غیر مستقیم از طریق آن هاب متصل خواهد شد.
  • توپولوژی مش: با اتصالات همپوشانی بین گره‌ها تعریف می‌شود. شما می‌توانید یک توپولوژی مش کامل ایجاد کنید، جایی که هر گره در شبکه به هر گره دیگری متصل است. همچنین می‌توانید توپولوژی مش جزئی ایجاد کرده که در آن فقط برخی از گره‌ها به یکدیگر و برخی به گره هایی متصل می‌شوند که با آن‌ها بیشترین داده را مبادله می‌کنند. اجرای توپولوژی شبکه کامل، می‌تواند گران و زمان بر باشد، به همین دلیل است که اغلب برای شبکه هایی که نیاز به افزونگی بالا دارند، رزرو می‌شود. مش جزئی، افزونگی کمتری را فراهم می‌کند، اما مقرون به صرفه تر و اجرای آن ساده تر است.

امنیت شبکه های کامپیوتری

امنیت شبکه های کامپیوتری  از یکپارچگی اطلاعات موجود در یک شبکه محافظت می‌کند و افرادی که به آن اطلاعات دسترسی دارند را کنترل می‌نماید. سیاست های امنیتی شبکه، نیاز به ارائه خدمات به کاربران را با نیاز به کنترل دسترسی به اطلاعات متعادل می‌سازد. نقاط ورود زیادی به یک شبکه وجود دارند. این نقاط ورودی، شامل سخت ‌افزار و نرم‌ افزاری هستند که خود شبکه و همچنین دستگاه‌های مورد استفاده برای دسترسی به شبکه مانند رایانه‌ها، تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها را تشکیل می‌دهند. به دلیل این نقاط ورودی، امنیت شبکه مستلزم استفاده از چندین روش دفاعی است.

دفاع ممکن است شامل فایروال‌ها باشد، دستگاه هایی که ترافیک شبکه را نظارت می‌کنند و بر اساس قوانین امنیتی از دسترسی به بخش هایی از شبکه جلوگیری می‌نمایند. فرآیندهای احراز هویت کاربران با شناسه های کاربری و رمز عبور، لایه دیگری از امنیت را فراهم می‌نماید. امنیت شامل جداسازی داده های شبکه است به طوری که دسترسی به اطلاعات اختصاصی یا شخصی دشوارتر از اطلاعات کمتر حیاتی می‌باشد.

سایر اقدامات امنیتی شبکه عبارتند از: اطمینان از انجام منظم به روز رسانی‌ها و وصله های سخت افزاری و نرم افزاری، آموزش کاربران شبکه در مورد نقش آن‌ها در فرآیندهای امنیتی و آگاهی از تهدیدات خارجی که توسط هکرها و سایر عوامل مخرب اجرا می‌شوند. تهدیدهای شبکه به طور مداوم در حال تکامل هستند که این امنیت شبکه را به یک فرآیند بی پایانی تبدیل می‌کند. استفاده از ابر عمومی همچنین نیازمند به روز رسانی رویه های امنیتی برای اطمینان از ایمنی و دسترسی مداوم است. یک ابر امن، نیاز به یک شبکه زیربنایی ایمن دارد.

شبکه های مش

همانطور که در بالا ذکر شد، شبکه مش یک نوع توپولوژی است که در آن گره های یک شبکه کامپیوتری تا حد امکان به گره های دیگری متصل می‌شوند. در این توپولوژی، گره‌ها برای هدایت موثر داده‌ها به مقصد همکاری می‌کنند. این توپولوژی تحمل خطای بیشتری را فراهم می‌کند، زیرا اگر یک گره از کار بیفتد، گره های زیادی وجود دارند که می‌توانند داده‌ها را انتقال دهند. شبکه‌های مش خود پیکربندی و سازماندهی می‌شوند و سریع ‌ترین و مطمئن ‌ترین مسیر را برای ارسال اطلاعات جستجو می‌کنند.

  • در توپولوژی شبکه کامل، هر گره شبکه به هر گره شبکه دیگری متصل می‌شود و بالاترین سطح تحمل خطا را ارائه می‌دهد. با این حال، هزینه بیشتری برای اجرا دارد. در توپولوژی مش جزئی، فقط برخی از گره‌ها به هم متصل شده، معمولاً گره هایی که اغلب داده‌ها را مبادله می‌کنند.
  • یک شبکه مش بی سیم، ممکن است از ده‌ها تا صدها گره تشکیل شده باشد. این نوع شبکه از طریق نقاط دسترسی پراکنده در یک منطقه بزرگ، به کاربران متصل می‌شود.

متعادل کننده بار و شبکه ها

متعادل کننده های بار، به طور موثر وظایف، بارهای کاری و ترافیک شبکه را در بین سرورهای موجود توزیع می‌کنند. به متعادل کننده های بار مانند کنترل ترافیک هوایی در فرودگاه فکر کنید. متعادل کننده بار تمام ترافیک ورودی به شبکه را مشاهده می‌کند و آن را به سمت روتر یا سروری هدایت می‌نماید که مجهزترین آن برای مدیریت است. اهداف تعادل بار عبارتند از: جلوگیری از اضافه بار منابع، بهینه سازی منابع موجود، بهبود زمان پاسخگویی و به حداکثر رساندن توان عملیاتی.

شبکه های تحویل محتوا

شبکه تحویل محتوا  (CDN)، یک شبکه سرور توزیع شده است که نسخه‌های ذخیره شده یا ذخیره شده موقتی از محتوای وب‌ سایت را بر اساس موقعیت جغرافیایی کاربر به کاربران تحویل می‌دهد. یک CDN این محتوا را در مکان های توزیع شده ذخیره می‌نماید و آن را به کاربران ارائه می‌دهد تا فاصله بین بازدیدکنندگان وب سایت شما و سرور وب سایت تان را کاهش دهد. داشتن محتوای کش نزدیک به کاربران نهایی، به شما این امکان را می‌دهد که محتوا را سریع ‌تر ارائه کنید و به وب ‌سایت‌ها کمک می‌کند تا بهتر به مخاطبان جهانی دسترسی پیدا نمایند.

CDN‌ها در برابر افزایش ترافیک محافظت می‌کنند، تأخیر را کاهش می‌دهند، مصرف پهنای باند را کاهش داده، زمان بارگذاری را تسریع می‌بخشند و با معرفی لایه ای بین کاربر نهایی و زیرساخت وب سایت تان، تأثیر هک‌ها و حملات را کاهش می‌دهند. رسانه‌های پخش زنده، رسانه‌های درخواستی، شرکت‌های بازی، سازندگان برنامه‌ها، سایت‌های تجارت الکترونیک، با افزایش مصرف دیجیتال، صاحبان محتوا بیشتر به  CDN‌ها روی می‌آورند تا به مصرف ‌کنندگان محتوا خدمات بهتری ارائه دهند.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *