پروژه بررسی شبکه های کامپیوتری

مقدمه

اهمیت شبکه های رایانه ای بر کسی پوشیده نیست . در دنیای امروز ، رایانه به عنوان یک وسیله مجرّد ، به تنهایی نمی تواند به طور کامل مفید واقع شود و بازدهی کاملی داشته باشد . آنچه به رایانه ، اهمیّتی فراتر از سابق می بخشد تقش آن در ارتباطات و انتقال دریای عظیمی از اطلاعات گوناگون است .

هرچه زمان می گذرد ، حجم اطلاعاتی که انسان با آن سر و کار دارد بیشتر و بیشتر می شود . شبکه های رایانه ای امروزی ، فصل نوینی در انفورماتیک گشوده و نزدیک است مفهوم دهکده جهانی را تحقق بخشد .

با توجه به رشد و استفاده روز افزون از شبکه های رایانه ای گزارشی مبنی بر مفاهیم پایه ای ارتباطات و شبکه ها و همچنین اجزا و اصطلاحات شبکه ها تنظیم شده است ، که امیدوارم شامل مطالب کامل و آموزنده ای باشد .

از آنجا که علم رایانه با سرعت خیلی زیاد در حال تغییر و تحوّل است ، شاید از مطالبی که در حال حاضر به طور ملموس با آنها سر و کار دارید ، در این گزارش اثرات کمتری ببینید ، این کمبودها را بر من ببخشید .

 تاریخچه پیدایش شبکه

در سال 1957 نخستین ماهواره یعنی اسپوتنیک توسط اتحاد جماهیر شوروی سابق به فضا پرتاب شد . در همین دوران رقابت سختی از نظر تسلیحاتی بین دو ابر قدرت آن زمان جریان داشت و دنیا در دوران جنگ سرد به‌سر می برد. وزارت دفاع آمریکا ‌‌ ‌در واکنش به این اقدام رقیب نظامی خود ،آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته یا آرپا‌‌‌‌ (ARPA) را تأسیس کرد.

یکی از پروژه های مهم این آژانس تأمین ارتباطات در زمان جنگ جهانی احتمالی تعریف شده بود. در همین سال‌ها در مراکز تحقیقاتی غیرنظامی که  در امتداد دانشگاه‌ها بودند، تلاش برای اتصال کامپیوترها به یکدیگر در جریان بود .در آن زمان کامپیوترها‌‌ی ‌Mainframe از طریق ترمینال‌ها به کاربران سرویس می‌دادند. در اثر اهمیت یافتن این موضوع آژانس آرپا‌‌ ‌‌(ARPA) منابع مالی پروژه اتصال دو کامپیوتر از راه دور به یکدیگر را در دانشگاه‌‌ ‌MIT بر عهده گرفت . در اواخر سال 1960 اولین شبکه کامپیوتری بین چهار کامپیوتر که دو تای آنها در ‌‌MIT،  یکی  در دانشگاه کالیفرنیا و دیگری در مرکز تحقیقاتی استنفورد قرار داشتند، راه‌اندازی شد.

 این شبکه آرپانت‌‌ ‌‌(ARPAnet) نامگذاری شد . در سال 1965 نخستین ارتباط راه دور بین دانشگاه ‌MIT و یک مرکز دیگر نیز بر قرار گردید .

در سال 1970 شرکت معتبر زیراکس، یک مرکز تحقیقاتی در پالوآلتو تأسیس کرد. این مرکز در طول سال‌ها مهمترین فناوری‌های مرتبط با کامپیوتر را معرفی کرده است و از این نظر به یک مرکز تحقیقاتی افسانه ای بدل گشته است. این مرکز تحقیقاتی که پارک ‌‌‌(PARC‌) نیز نامیده می شود، به تحقیقات در زمینه شبکه‌های کامپیوتری پیوست. تا این سال‌ها شبکه آرپانت‌‌ به امور نظامی اختصاص داشت، اما در سال 1972 به عموم معرفی شد. در این سال شبکه آرپانت  مراکز کامپیوتری بسیاری از دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی را به هم متصل کرده بود.  در سال 1972 نخستین نامه الکترونیکی از طریق شبکه منتقل گردید.

روش اتصال کاربران به کامپیوتر میزبان در آن زمان به این صورت بود  که یک نرم افزار خاص بر روی کامپیوتر مرکزی اجرا می‌شد و ارتباط کاربران را برقرار می کرد. اما در سال 1976 نرم‌افزار جدیدی به‌نام ‌‌Hermes عرضه شد که برای نخستین بار به کاربران اجازه می‌داد تا از طریق یک ترمینال به‌صورت تعاملی مستقیماً  به سیستم‌ ‌MERIT متصل شوند. این،  نخستین باری بود که کاربران می‌توانستند در هنگام برقراری ارتباط از خود بپرسند:

<کدام میزبان؟> از وقایع مهم تاریخچه شبکه‌های کامپیوتری ،  ابداع روش سوئیچینگ بسته‌ای یا ‌‌‌Packet Switching است.  قبل از معرفی شدن این روش از سوئیچینگ مداری یا‌‌ ‌Circuit Switching برای تعیین مسیر ارتباطی استفاده می شد. اما در سال 1974 با پیدایش پروتکل ارتباطی‌‌ TCP/IP از مفهوم ‌‌Packet Switching استفاده گسترده‌تری شد‌. این پروتکل در سال 1982 جایگزین پروتکل ‌NCP شد و به پروتکل استاندارد برای آرپانت تبدیل گشت. در همین زمان یک شاخه فرعی بنام ‌‌ ‌MILnet در آرپانت، همچنان از پروتکل قبلی پشتیبانی می‌کرد و به ارائه خدمات نظامی می پرداخت. با این تغییر و تحول، شبکه‌های زیادی به بخش تحقیقاتی این شبکه متصل شدند و آرپانت به اینترنت تبدیل گشت . در این سال‌ها حجم ارتباطات شبکه‌ای افزایش یافت و مفهوم ترافیک شبکه مطرح شد .

مسیریابی در این شبکه به‌کمک آدرس‌های IP به‌صورت 32 بیتی انجام می‌گرفته است. هشت بیت اول آدرس‌‌ ‌IP به شبکه‌های محلی تخصیص داده شده بود که به سرعت مشخص گشت تناسبی با نرخ رشد شبکه‌ها ندارد و باید در آن تجدید نظر شود. مفهوم شبکه‌های ‌‌‌LAN و شبکه‌های‌‌ ‌WAN در سال دهه 70  میلاادی  از یکدیگر تفکیک شدند. در آدرس‌دهی 32 بیتی اولیه، بقیه 24 بیت آدرس به میزبان در شبکه اشاره می کرد.  در سال‌‌ ‌‌1983‌‌ ‌‌سیستم نامگذاری دامنه‌ها‌ ‌‌‌(Domain Name System) به‌وجود آمد و اولین‌‌ سرویس‌دهنده نامگذاری(‌Name server) راه‌اندازی شد و استفاده از نام به‌جای آدرس‌های عددی معرفی شد. در این سال تعداد میزبان‌های اینترنت از مرز‌‌ ‌ده هزار عدد فراتر رفته بود.

کاربردهای شبکه  

هسته اصلی سیستم‌های توزیع اطلاعات را شبکه‌های کامپیوتری تشکیل می‌دهند. مفهوم شبکه‌های کامپیوتری بر پایه اتصال کامپیوترها و دیگر تجهیزات سخت‌افزاری به‌یکدیگر برای ایجاد امکان ارتباط و تبادل  اطلاعات استوار شده است. گروهی از کامپیوترها و دیگر تجهیزات متصل به هم را یک شبکه می نامند.

کامپیوترهایی که در یک شبکه واقع هستند، می توانند اطلاعات، پیام، نرم‌افزار و  سخت‌افزارها را بین یکدیگر به اشتراک بگذارند. به اشتراک گذاشتن اطلاعات، پیام ها و نرم‌افزارها، تقریباً برای همه قابل تصور است در این فرآیند نسخه‌ها یا کپی اطلاعات نرم‌افزاری از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل می‌شود. هنگامی که از به اشتراک گذاشتن سخت‌افزار سخن می‌گوییم به معنی آن است که تجهیزاتی نظیر چاپگر یا دستگاه مودم را می‌توان به یک کامپیوتر متصل کرد و از کامپیوتر دیگر واقع در همان شبکه، از آن‌ها استفاده نمود.‌

به عنوان مثال در یک سازمان معمولاً اطلاعات مربوط به حقوق و دستمزد پرسنل در بخش حسابداری نگهداری می‌شود. در صورتی که در این سازمان از شبکه کامپیوتری استفاده شده باشد،  مدیر سازمان می‌تواند از دفتر خود به این اطلاعات دسترسی یابد و آن ها را مورد بررسی قرار دهد. به اشتراک گذاشتن اطلاعات و منابع نرم‌افزاری و سخت‌افزاری دارای مزیت‌های فراوانی است. شبکه‌های کامپیوتری می‌توانند تقریباً هر نوع اطلاعاتی را به هر شخصی که به شبکه دسترسی داشته باشد عرضه کنند. 

این ویژگی امکان پردازش غیرمتمرکز اطلاعات را فراهم می‌کند. در گذشته به علت محدود بودن روش‌های انتقال اطلاعات، کلیه فرایندهای پردازش آن نیز در یک محل انجام می‌گرفته است. سهولت و سرعت روش‌های امروزی انتقال اطلاعات در مقایسه با روش‌هایی نظیر انتقال دیسکت یا نوار باعث شده است که ارتباطات انسانی نیز علاوه بر مکالمات صوتی، رسانه‌ای جدید بیابند.

به کمک شبکه‌های کامپیوتری می‌توان در هزینه‌های مربوط به تجهیزات گران‌قیمت سخت‌افزاری نظیر هارددیسک، دستگاه‌های ورود اطلاعات و غیره صرفه‌جویی کرد. شبکه‌های کامپیوتری، نیازهای کاربران در نصب منابع سخت‌افزاری را رفع کرده یا به حداقل می رسانند.

از شبکه‌های کامپیوتری می‌توان برای استاندارد‌سازی برنامه‌های کاربردی نظیر واژه‌پردازها و صفحه‌گسترده‌ها، استفاده کرد. یک برنامه کاربردی می‌تواند در یک کامپیوتر مرکزی واقع در شبکه اجرا شود و کاربران بدون نیاز به نگهداری نسخه اصلی برنامه، از آن در کامپیوتر خود استفاده کنند.

استانداردسازی برنامه‌های کاربردی دارای این مزیت است که تمام کاربران از یک نرم‌افزار و یک نسخه مشخص استفاده می‌کنند. این موضوع باعث می‌شود تا پشتیبانی شرکت عرضه‌کننده نرم‌افزار از محصول خود تسهیل شده و نگهداری از آن به شکل مؤثرتری انجام شود.

مزیت دیگر استفاده از شبکه‌های کامپیوتری، امکان استفاده از شبکه برای برقراری ارتباطات روی خط (‌(‌on-line ازطریق ارسال پیام است . به عنوان مثال مدیران می‌توانند برای ارتباط با تعداد زیادی از کارمندان از پست الکترونیکی استفاده کنند.

 اجزای شبکه

یک شبکه کامپیوتری شامل اجزایی است که  برای درک کارکرد شبکه لازم است تا با کارکرد هر یک از این اجزا  آشنا شوید.

شبکه‌های کامپیوتری در یک نگاه کلی  دارای چهار قسمت هستند. مهم‌ترین قسمت یک شبکه، کامپیوتر سرویس‌دهنده (server) نام دارد. یک  سرور در واقع یک کامپیوتر با قابلیت‌ها و سرعت بالا است. تمام اجزای دیگر شبکه به کامپیوتر سرور متصل می شوند.دومین جز یک شبکه،  کامپیوتر سرویس‌گیرنده یا ‌‌Client است. به یک کامپیوتر سرور می‌توان چندین کامپیوتر ‌‌Client متصل کرد. کامپیوتر سرور وظیفه به اشتراک گذاشتن منابع نظیر فایل، دایرکتوری و غیره را بین کامپیوترهای سرویس‌گیرنده برعهده دارد. مشخصات کامپیوترهای‌سرویس‌گیرنده می‌تواند بسیار متنوع باشد و در یک شبکه واقعی ‌Client‌ها دارای آرایش و مشخصات سخت‌افزاری متفاوتی هستند.

تمام شبکه‌های کامپیوتری دارای بخش سومی هستند که بستر یا محیط انتقال اطلاعات را فراهم می‌کند. متداول ترین محیط انتقال در یک شبکه کابل است.تجهیزات جانبی یا منابع سخت‌افزاری نظیر چاپگر، مودم، هارددیسک، تجهیزات ورود اطلاعات نظیر اسکنر و غیره، تشکیل‌دهنده بخش چهارم شبکه‌های کامپیوتری هستند.تجهیزات جانبی از طریق کامپیوتر سرور در دسترس تمام کامپیوترهای واقع در شبکه قرار می‌گیرند. شما می‌توانید بدون آن که چاپگری مستقیماً به کامپیوتری شما متصل باشد، از اسناد خود چاپ بگیرید. در عمل چاپگر از طریق سرور شبکه به کامپیوتر شما متصل است.

تقسیم بندی شبکه

طبقه بندی براساس گستره جغرافیایی (‌Range) شبکه‌های کامپیوتری براساس موقعیت و محل نصب دارای انواع متفاوتی هستند. یکی از مهم ترین عوامل  تعیین نوع شبکه مورد نیاز، طول فواصل ارتباطی بین اجزای شبکه است. شبکه‌های کامپیوتری گستره جغرافیایی متفاوتی دارند که از فاصله‌های کوچک در حدود چند متر شروع شده و در بعضی از مواقع  از فاصله  بین چند کشور بالغ می‌شود. شبکه‌های کامپیوتری براساس حداکثر فاصله ارتباطی آن‌ها به سه نوع طبقه بندی می شوند. یکی از انواع شبکه های کامپیوتری، شبکه محلی‌‌ ‌‌(LAN) یا‌ ‌Local Area Network است. این نوع از شبکه دارای فواصل کوتاه نظیر فواصل درون ساختمانی یا حداکثر مجموعه‌ای از چند ساختمان است. برای مثال شبکه مورد استفاده یک شرکت را در نظر بگیرید. در این شبکه حداکثر فاصله بین کامپیوترها محدود به فاصله‌های بین طبقات ساختمان شرکت می‌باشد.

توپولوژی حلقه ای

در شبکه‌های ‌ ‌LAN کامپیوترها در سطح نسبتاً کوچکی توزیع شده‌اند و معمولا‌َ توسط کابل به هم اتصال می‌یابند.  به همین دلیل شبکه‌های‌ ‌LAN  را گاهی به تسامح شبکه‌های  کابلی نیز می‌نامند. نوع دوم شبکه‌های کامپیوتری، شبکه‌های شهری یا (Metropolitan‌ Area Network ‌‌MAN ) هستند. فواصل در شبکه‌های شهری از فواصل شبکه‌های‌ ‌LAN بزرگ‌تر است و چنین شبکه‌هایی دارای فواصلی در حدود ابعاد شهری هستند.

شبکه‌های MAN معمولاً از ترکیب و ادغام دو یا چند شبکه‌ ‌LAN به‌وجود می‌آیند.

به عنوان مثالی از شبکه‌های ‌‌MAN موردی را در نظر بگیرید که شبکه‌های‌ ‌LAN یک شرکت را از دفتر مرکزی در شهر ‌ ‌A به دفتر نمایندگی این شرکت در شهر ‌B متصل می‌سازد. در نوع سوم شبکه‌های کامپیوتری موسوم به ‌‌(Wide Area Network WAN ) یا شبکه‌های گسترده، فواصل از انواع دیگر شبکه بیشتر بوده و به فاصله‌هایی در حدود ابعاد کشوری یا قاره ای بالغ می‌شود. شبکه‌های ‌WAN از ترکیب چندین شبکه ‌LAN یا‌ ‌MAN  ایجاد می‌گردند. شبکه اتصال‌دهنده دفاتر هواپیمایی یک شرکت در شهرهای مختلف چند کشور، یک شبکه ‌WAN است.

تقسیم‌بندی براساس گره ‌‌(Node) 

این نوع از تقسیم‌بندی شبکه‌ها براساس ماهیت گره‌ها یا محل‌های اتصال خطوط ارتباطی شبکه‌ها انجام می‌شود. در این گروه‌بندی شبکه‌ها به دو نوع تقسیم‌بندی می‌شوند. تفاوت این دو گروه از شبکه‌ها در قابلیت‌های آن‌ها نهفته است.این دو نوع اصلی از شبکه‌ها، شبکه‌هایی از نوع  نظیربه‌نظیر یا‌ ‌peer to peer و شبکه‌های مبتنی بر‌ ‌server یا‌ ‌Server Based  نام دارند.

در یک شبکه نظیربه‌نظیر یا ‌‌peer to peer،  بین گره‌های شبکه هیچ ترتیب یا سلسله مراتبی وجود ندارد و تمام کامپیوترهای واقع در شبکه از اهمیت یا اولویت یکسانی برخوردار هستند. به یک شبکه ‌peer to peer یک گروه کاری یا ‌ ‌workgroup نیز گفته می شود. در این نوع از شبکه‌ها هیچ کامپیوتری در شبکه به طور اختصاصی وظیفه ارائه خدمات همانند سرور را ندارد. به این جهت هزینه‌های این نوع شبکه‌ها پایین بوده و نگهداری از آن ها نسبتاً ساده می‌باشد.  در این شبکه‌ها براساس آن که کدام کامپیوتر دارای اطلاعات مورد نیاز دیگر کامپیوترها است، همان دستگاه نقش سرور را بر عهده  می‌گیرد و براساس تغییر این وضعیت در هر لحظه هریک از کامپیوترها می‌تواند سرور باشند و بقیه‌ ‌  سرویس‌گیرنده.

به دلیل کارکرد دوگانه هریک از کامپیوترها به عنوان سرور و سرویس‌گیرنده، هر کامپیوتر در شبکه لازم است تا بر نوع کارکرد خود تصمیم‌گیری نماید. این فرآیند تصمیم‌گیری، مدیریت ایستگاه کاری یا سرور نام دارد.

شبکه‌های از نوع ‌نظیربه‌نظیر  مناسب استفاده در محیط‌هایی هستند که تعداد کاربران آن بیشتر از 10 کاربر نباشد. سیستم عامل‌هایی نظیر ‌Window NT Workstation،‌‌‌Windows 95 یا ‌‌Windows for Workgroup نمونه‌هایی از سیستم عامل‌های با قابلیت ایجاد شبکه‌های ‌نظیربه‌نظیر‌هستند. در شبکه‌های‌نظیربه‌نظیر هر کاربری تعیین‌کننده آن است که در روی سیستم خود چه اطلاعاتی می‌تواند در شبکه به اشتراک گذاشته شود. این وضعیت همانند آن است که هر کارمندی مسؤول حفظ و نگهداری اسناد خود می‌باشد.

در نوع دوم شبکه‌های کامپیوتری یعنی شبکه‌ های مبتنی بر سرور، به تعداد محدودی از کامپیوترها وظیفه عمل به عنوان سرور داده می شود. در سازمان‌هایی که دارای بیش از 10 کاربر در شبکه خود هستند، استفاده از شبکه های‌ ‌peer to peer نامناسب  بوده و شبکه های ‌ مبتنی بر سرور ترجیح داده می‌شوند. در این شبکه‌ها از سرور اختصاصی برای پردازش حجم زیادی از درخواست‌های کامپیوترهای‌ سرویس‌گیرنده استفاده می‌شود و آن ها مسؤول حفظ امنیت اطلاعات خواهند بود. در شبکه‌های ‌مبتنی بر سرور، مدیر شبکه، مسؤول مدیریت امنیت اطلاعات شبکه است و بر تعیین سطوح دسترسی به منابع شبکه مدیریت می کند.