آشنائى با عناصر يک شبکه محلى

سخاروش – با اين که هر شبکه محلى داراى ويژگى ها و خصايص منحصربفرد مختص به خود مى باشد که به نوعى آن را از ساير شبکه ها متمايز مى نمايد ، ولى در زمان پياده سازى و اجراى يک شبکه محلى ، اکثر آنان از استانداردها و عناصر شبکه اى مشابه اى استفاده مى نمايند . شبکه هاى WAN نيز داراى وضعيتى مشابه شبکه هاى محلى بوده و امروزه در اين نوع شبکه ها از مجموعه اى گسترده از اتصالات (از Dial-up تا broadband ) استفاده مى گردد که بر پهناى باند ، قيمت و تجهيزات مورد نياز به منظور برپاسازى اين نوع شبکه ها تاثير مى گذارد .
در ادامه به برخى از مهمترين ويژگى ها و عناصر شبکه اى استفاده شده در شبکه هاى محلى اشاره مى گردد :

رسانه هاى انتقال داده در شبکه هاى کامپيوترى ، ستون فقرات يک شبکه را تشکيل مى دهند . هر شبکه کامپيوترى مى تواند با استفاده از رسانه هاى انتقال داده متفاوتى ايجاد گردد . وظيفه رسانه هاى انتقال داده ، حمل اطلاعات در يک شبکه محلى مى باشد . شبکه هاى محلى بدون کابل از اتمسفر به عنوان رسانه انتقال داده استفاده مى نمايند . رسانه هاى انتقال داده عناصر لايه يک و يا فيزيکى شبه هاى محلى مى باشند .

هر رسانه انتقال داده داراى مزايا و محدوديت هاى مختص به خود مى باشد . طول کابل ، قيمت و نحوه نصب از مهمترين ويژگى هاى رسانه هاى انتقال داده مى باشند .

اترنت ، متداولترين تکنولوژى استفاده شده در شبکه هاى محلى مى باشد که اولين مرتبه با همکارى سه شرکت ديجيتال ، اينتل و زيراکس و با نام DIX ارائه گرديد . در ادامه و در سال 1983 موسسه IEEE با استفاده از DIX ، استاندارد IEEE 802.3 را مطرح نمود . در ادامه استانداردهاى متعددى توسط کميته هاى تخصصى IEEE ارائه گرديد .

قبل از انتخاب يک مدل خاص اترنت براى پياده سازى شبکه ، مى بايست کانکتورهاى مورد نياز براى هر نمونه پياده سازى را بررسى نمود . در اين رابطه لازم است سطح کارآئى مورد نياز در شبکه نيز بررسى گردد .

مشخصه هاى کابل و کانکتورهاى مورد نياز براى پياده سازى هر يک از نمونه هاى اترنت ، متاثر از استانداردهاى ارائه شده توسط انجمن هاى صنايع الکترونيک و مخابرات ( EIA/TIA ) مى باشد .

با توجه به لايه فيزيکى مربوطه ، از اتصالات متفاوتى در شبکه هاى اترنت استفاده مى گردد . کانکتور RJ-45 ( برگرفته از registered jack ) متداولترين نمونه در اين زمينه است .

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

Repeater ، يک سيگنال را دريافت و با توليد مجدد آن ، امکان ارسال آن را در مسافت هاى طولانى تر قبل از تضعيف سيگنال فراهم مى نمايد . در زمان توسعه سگمنت هاى يک شبکه محلى، مى بايست از استانداردهاى موجود در اين زمينه استفاده نمود . مثلا” نمى توان بيش از چهار repeater را بين کامپيوترهاى ميزبان در يک شبکه استفاده نمود .

هاب در واقع repeater هاى چند پورته مى باشند . در اغلب موارد تفاوت بين دو دستگاه فوق ، تعداد پورت هاى ارائه شده توسط هر يک از آنان است . با اين که يک repeater معمولا” داراى صرفا” دو پورت مى باشد ، يک هاب مى تواند داراى چهار تا بيست و چهار پورت باشد . در شبکه هاى Ethernet 10BAST-T و يا Ethernet 100BASE-T استفاده از هاب بسيار متداول است . با استفاده از هاب ، توپولوژى شبکه از bus خطى که در آن هر دستگاه مستقيما” به ستون فقرات شبکه متصل مى گردد ، به يک مدل ستاره و يا star تبديل مى شود . داده دريافتى بر روى يک پورت هاب براى ساير پورت هاى متصل شده به يک سگمنت شبکه اى مشابه نيز ارسال مى گردد . ( بجزء پورتى که داده را ارسال نموده است ) . به موازات افزايش دستگاه هاى متصل شده به يک هاب ، احتمال بروز تصادم و يا Collision افزايش مى يابد . يک تصادم زمانى بروز مى نمايد که دو و يا بيش از دو ايستگاه در يک لحظه اقدام به ارسال داده در شبکه نمايند . در صورت بروز يک تصادم ، تمامى داده ها از بين خواهد رفت . هر دستگاه متصل شده به يک سگمنت مشابه شبکه ، عضوى از يک collision domain مى باشند .

در برخى موارد لازم است که يک شبکه بزرگ محلى به سگمنت هاى کوچکتر و قابل مديريتى تقسيم گردد. هدف از انجام اين کار کاهش ترافيک و افزايش حوزه جغرافيائى يک شبکه است . از دستگاه هاى شبکه اى متفاوتى به منظور اتصال سگمنت هاى متفاوت يک شبکه به يکديگر استفاده مى گردد . Bridge ، سوئيچ ، روتر و gateway نمونه هائى در اين زمينه مى باشند . سوئيچ و Bridge در لايه Data Link مدل مرجع OSI کار مى کنند . وظيفه Bridge ، اتخاذ تصميم هوشمندانه در خصوص ارسال يک سيگنال به سگمنت بعدى شبکه است . پس از دريافت يک فريم توسط Bridge ، آدرس MAC مقصد فريم در جدول Bridge بررسى تا مشخص گردد که آيا ضرورتى به فيلترينگ فريم وجود دارد و يا مى بايست فريم به سمت يک سگمنت ديگر هدايت گردد .
فرآيند تصميم گيرى با توجه به مجموعه قوانين زير انجام مى شود :
□ در صورتى که دستگاه مقصد بر روى سگمنت مشابه باشد ، Bridge فريم دريافتى را بلاک و آن را براى ساير سگمنت ها ارسال نمى نمايد . به فرآيند فوق، فيلترينگ مى گويند .
□ در صورتى که دستگاه مقصد بر روى يک سگمنت ديگر باشد ، Bridge آن را به سگمنت مورد نظر فوروارد مى نمايد .
□ در صورتى که آدرس مقصد براى Bridge ناشناخته باشد ، Bridge فريم را براى تمامى سگمنت هاى موجود در شبکه بجزء سگمنتى که فريم را از آن دريافت نموده است ، فوروارد مى نمايد . به فرآيند فوق flooding مى گويند. استفاده مناسب از Bridge ، افزايش کارآئى يک شبکه را به دنبال خواهد داشت .

از سوئيچ در برخى موارد به عنوان يک bridge چند پورته نام برده مى شود . با اين که يک Bridge معمولى ممکن است داراى صرفا” دو پورت باشد که دو سگمنت شبکه را به يکديگر متصل مى نمايد ، سوئيچ مى تواند داراى چندين پورت باشد. همانند bridge ، سوئيچ ها دااى دانش و آگاهى لازم در خصوص بسته هاى اطلاعاتى دريافتى از دستگاه هاى متفاوت موجود در شبکه مى باشند و دانش خود را نيز متناسب با شرايط موجود ارتقاء مى دهند(يادگيرى) . سوئيچ ها از اطلاعات فوق به منظور ايجاد جداول موسوم به جداول فورواردينگ استفاده نموده تا در ادامه قادر به تعيين مقصد داده ارسالى توسط يک کامپيوتر براى کامپيوتر ديگر موجود بر روى شبکه باشند .

با اين که سوئيچ و Bridge داراى شباهت هائى با يکديگر مى باشند ، ولى سوئيچ ها دستگاه هائى بمراتب پيشرفته تر و حرفه اى تر نسبت به Bridge مى باشند . همانگونه که اشاره گرديد ، معيار اتخاذ تصميم Bridge براى فورواردينگ يک فريم ، آدرس MAC يک فريم است . سوئيچ داراى چندين پورت است که سگمنت هاى متفاوت شبکه به آنان متصل مى گردند . سوئيچ ها با توجه به تاثير محسوس آنان در افزايش کارآئى شبکه از طريق بهبود سرعت و پهناى باند ، به يکى از متداولترين دستگاه هاى ارتباطى شبکه تبديل شده اند .

سوئيچينگ ، يک فن آورى است که کاهش ترافيک و افزايش پهناى باند در شبکه هاى محلى اترنت را به دنبال خواهد داشت . سوئيچ ها را بسادگى مى توان جايگزين هاب نمود ، چراکه آنان از زيرساخت سيستم کابل موجود مى توانند استفاده نمايند .

سوئيچ ها داراى سرعتى بمراتب بيشتر از Bridge بوده و قادر به حمايت از پتانسيل هاى جديدى نظير شبه هاى VLAN مى باشند .

يک سوئيچ اترنت داراى مزاياى متعددى است ، مثلا” به کاربران متعددى اجازه داده مى شود که به صورت موازى از طريق مدارات مجازى و سگمنت هاى اختصاصى شبکه در يک محيط عارى از تصادم ، با يکديگر ارتباط برقرار نمايند . بدين ترتيب از پهناى باند موجود به صورت بهينه استفاده مى گردد .

روتر مسئوليت روتينگ بسته هاى اطلاعاتى از مبداء به مقصد را در شبکه هاى محلى برعهده دارد و امکان ارتباطى را براى شبکه هاى WAN فراهم مى نمايد . در شبکه هاى محلى روتر شامل broadcast بوده و سرويس هاى ترجمه آدرس محلى نظير ARP و RARP را ارائه مى نمايد و مى تواند با استفاده از يک ساختار Subnetwork شبکه را سگمنت نمايد . به منظور ارائه سرويس هاى فوق ، روتر مى بايست به LAN و WAN متصل باشد .

وظيفه کارت شبکه ( NIC ) ، اتصال يک دستگاه ميزبان به محيط انتقال شبکه است . کارت شبکه يک برد مدار چاپى است که درون يکى از اسلات هاى موجود بر روى برداصلى کامپيوتر و يا دستگاه جانبى يک کامپيوتر نصب مى گردد . اندازه کارت شبکه بر روى کامپيوترهاى Laptop و يا notebook به اندازه يک کارت اعتبارى است .

کارت هاى شبکه به منزله دستگاه هاى لايه دوم مدل مرجع OSI مى باشند ، چراکه هر کارت شبکه به همراه خود يک کد منحصربفرد را که به آن آدرس MAC مى گويند ، ارائه مى نمايد . از آدرس فوق به منظور کنترل مبادله الاعات در شبکه استفاده مى گردد .

هر کارت شبکه داراى کانکتورهائى است که امکان اتصال آن را به محيط انتقال فراهم مى نمايد . در برخى موارد ممکن است نوع کانکتور موجود بر روى يک کارت شبکه با نوع رسانه انتقال داده مطابقت ننمايد . مثلا” در روترهاى سيسکو مدل 2500 از يک کانکتور AUI استفاده شده است و براى اتصال به يک کابل اترنت UTP cat 5 مى بايست از يک transmitter/receiver که به آنان transceiver گفته مى شود ، استفاده گردد . transceiver ، مسئوليت تبديل يک نوع سيگنال و يا کانکتور به نوع ديگرى را برعهده دارد . به عنوان نمونه ، يک transceiver مى تواند يک اينترفيس AUI پانزده پين را به يک RJ-45 jack متصل نمايد . transceiver ، ب عنوان يک دستگاه لايه يک شبکه ايفاى وظيفه مى نمايد چراکه صرفا” با بيت ها کار مى نمايد و داراى اطلاعات آدرس دهى خاصى و يا پروتکل هاى لايه بالاتر نمى باشد .

در شبکه هاى LAN و يا WAN ، تعدادى کامپيوتر با يکديگر متصل شده تا سرويس هاى متفاوتى را در اختيار کاربران قرار دهند . براى انجام اين کار ، کامپيوترهاى موجود در شبکه داراى وظايف و يا مسئوليت هاى مختص به خود مى باشند . در شبکه هاى نظير به نظير ( peer-to-peer ) ، کامپيوترهاى موجود در شبکه داراى وظايف و مسئوليت هاى معادل و مشابه مى باشد( هم تراز ) . هر کامپيوتر مى تواند هم به عنوان يک سرويس گيرنده و هم به عنوان يک سرويس دهنده در شبکه ايفاى وظيفه نمايد . مثلا” کامپيوتر A مى تواند درخواست يک فايل را از کامپيوتر B نمايد . در اين وضعيت ، کامپيوتر A به عنوان يک سرويس گيرنده ايفاى وظيفه نموده و کامپيوتر B به عنوان يک سرويس دهنده رفتار مى نمايد . در ادامه ، کامپيوترهاى A و B مى توانند داراى وظايف معکوسى نسبت به وضعيت قبل باشند .

در شبکه هاى نظير به نظير ، هر يک از کاربران کنترل منابع خود را برعهده داشته و مى توانند به منظور به اشتراک گذاشتن فايل هائى خاص با ساير کاربران ، خود راسا” تصميم گيرى نمايند . کاربران همچنين ممکن است ، به منظور دستيابى به منابع اشتراک گذاشته شده ، ساير کاربران را ملزم به درج رمز عبور نمايند . با توجه به اين که تمامى تصميمات فوق توسط هر يک از کاربران و به صورت جداگانه اتخاذ مى گردد ، عملا” يک نقطه مرکزى براى کنترل و يا مديريت شبکه وجود نخواهد داشت . در اين نوع شبکه ها هر يک از کاربران مسئوليت گرفتن Backup از داده هاى موجود بر روى سيستم خود را برعهده داشته تا در صورت بروز مشکل بتوانند از آنان به منظور بازيافت اطلاعات استفاده نمايند . زمانى که يک کامپيوتر به عنوان يک سرويس دهنده در شبکه ايفاى وظيفه مى نمايد ، سرعت و کارآئى آن متناسب با حجم درخواست هاى دريافتى کاهش خواهد يافت .

نصب و عملکرد شبکه هاى Peer-to-Peer ساده بوده و در اين رابطه به تجهيزا اضافه اى به جزء نصب يک سيستم عامل مناسب بر روى هر يک از کامپيوترها، نياز نخواهد بود . با توجه به اين که کاربران مسئوليت کنترل منابع خود را برعهده دارند ، به مديريت متمرکز و اختصاصى نياز نمى باشد .

به موازات رشد شبکه هاى Peer-To-Peer ، تعريف ارتباط بين کامپيوترهاى موجود در شبکه و ايجاد يک هماهنگى منسجم بين آنان ، به يک مشکل اساسى در شبکه تبديل مى شود . اين نوع شبکه ها تا زمانى که تعداد کامپيوترهاى موجود در شبکه کمتر از ده عدد باشد ، به خوبى کار مى کنند و همزمان با افزايش تعداد کامپيوترهاى موجود در شبکه ، کارآئى شبکه به شدت کاهش پيدا خواهد کرد . با توجه به اين که کاربرا مسئوليت کنترل دستيابى به منابع موجود بر روى کامپيوترهاى خود را برعهده دارند ، امنيت در اين نوع شبکه ها داراى چالش هاى جدى مختص به خود مى باشد .

در شبکه هاى سرويس گيرنده – سرويس دهنده ، سرويس هاى شبکه بر روى يک کامپيوتر اختصاصى با نام سرويس دهنده قرار گرفته و سرويس دهنده مسئول پاسخگوئى به درخواست سرويس گيرندگان مى باشد . سرويس دهنده يک کامپيوتر مرکزى است که به صورت مستمر به منظور پاسخگوئى به درخواست سرويس گيرندگان براى فايل ، چاپ ، برنامه ها و ساير سرويس ها در دسترس مى باشد .

سرويس دهندگان در شبکه هاى سرويس گيرنده – سرويس دهنده بگونه اى طراحى شده اند که بتونند بطور همزمان به درخواست هاى سرويس گيرندگان متعددى پاسخ دهند . قبل از اين که يک سرويس گيرنده قادر به دستيابى منابع موجود بر روى سرويس دهنده باشد ، مى بايست سرويس گيرنده شناسائى و به منظور استفاده از منبع درخواستى تائيد گردد . بدين منظور به هر يک از سرويس گيرندگان يک account name و رمز عبور نسبت داده مى شود . بدين ترتيب بر خلاف شبکه هاى Peer-To-Peer ، امنيت و کنترل دستيابى متمرکز و توسط مديران شبکه پياده سازى و مديريت مى گردد . هزينه برپاسازى و مديريت شبکه هاى سرويس گيرنده – سرويس دهنده نسبت به شبکه هاى Peer-to-Peer بمراتب بيشتر است و تمرکز سرويس ها در يک نقطه مى تواند آسيب پذيرى يستم را افزايش داده و ارائه سرويس هاى online را دچار مشکل نمايد . بدين منظور لازم است از راهکارهائى منطقى به منظور برخورد با مسائل غيرقابل پيش بينى و استمرار ارائه خدمات توسط سرويس دهنده استفاده گردد .