شاخه‌ها

سخت افزار شبکه

شبکه ها را می توان بر اساس تکنولوژی انتقال و اندازه شبکه طبقه بندی کرد

- از لحاظ تکنولوژی انتقال

1- ارتباطات پخشی : در این نوع شبکه وقتی یک ماشین ارسال کند بقیه همگی دریافت خواهند کرد.مثل شبکه bus.

   -مدیریت پیچیده کانال

   - امنیت کم

   - کارایی پایین

   - broadcasting

   - multicasting

2- ارتباطات همتا به همتا  

- بین تک تک کامپیوتر ها مسیر ارتباطی مستقل وجود دارد

- مهمترین چالش پیدا کردن کوتاهترین مسیر است

-هزینه بالا

-امن

-کارایی بالا

مشخصات شبکه های محلی LAN

  • برای فواصل محدود در حداکثر چند کیلومتر
  • برای ادارات و سازمانها و نهادهای کوچک
  • طول فیزیکی کانال انتقال کم
  • تعداد ایستگاهها کم

محاسن شبکه های محلی LAN

  • افت سیگنال کم و نرخ خطا پایین
  • نرخ ارسال بسیار بالا و سرعت مبادله بسیار زیاد
  • تاخیر انتشار بسیار ناچیز
  • با توجه به محدود بودن ایستگاهها مدیریت شبکه آسانتر است
  • پایین بودن هزینه نصب و راه اندازی

 

شبکه های MAN :

شبکه های MAN محدوده جغرافیایی وسیع تری را پوشش می دهد(تا 10 کیلومتر)

، مثل ارتباط دو دانشکده در یک شهر.

شبکه بین شهری MAN

  • برای ایجاد یک شبکه در یک منطقه وسیع در حد یک شهریا اتصال چندین شبکه محلی از این شبکه استفاده می شود.
  • تکنولوژی وتوپولوژی مشابه با شبکه محلی است.
  • طول کانال زیاد است (حدود10 کیلومتر)
  • معمولا از فیبر نوری استفاده می شود
  • یک نمونه MAN: استفاده از بستر آماده تلویزیون کابلی در شهرها برای اینترنت

شبکه های WAN

شبکههای WAN در گستره جغرافیایی یک کشور یا جهان پیادهسازی میشود و شبکههای محلی و بینشهری را به هم مرتبط مینماید. آشکار است که چنینشبکهای ، نمیتواند ساختار همگون و یکسان داشته باشد زیرا اولاً شبکههای محلیبا توپولوژی متفاوت پیادهسازی شدهاند؛ ثانیاً ماشینهای موجود در این شبکهها ، ازسختافزار و نرمافزار متنوعی استفاده میکنند و بطور ذاتی با هم سازگار نیستند. نیاز به مبادله اطلاعات شبکه های گوناگون را فارغ از نرم افزارها و سخت افزارهای مختلف به هم پیوند داده و شبکه WAN را پدید آورده است.

چند تعریف در WAN

  • ماشین نهایی = ماشین میزبان (End system= Host)
  • بسته(Packet)= به کوچکترین واحد اطلاعاتی که توسط یک ماشین مستقل تولید و روی شبکه ارسال می شود بسته گفته می شود.
  • زیر ساخت ارتباطی(زیر شبکه)(subnet) = قسمت بسیار عظیمی از شبکه WAN که از دید کاربر مخفی است و وظیفه آن حمل و نقل بسته ها از ماشین میزبان به ماشین دیگر است.

زیرساختارتباطی (subnet) در شبکۀ WAN از دو بخش تشکیل شده است:

  • عناصر سوئیچ: بسته های ورودی از یک لینک ورودی را روی لینک خروجی مناسب هدایت می کنندتا به مقصد صحیح ارسال شود.
  • خطوط ارتباطی یا کانالها: لینکهای پرسرعت و با پهنای باند زیاد. این لینکها یا خطوط پر سرعت کابلی مثل فیبر نوری ویا خطوط بی سیم مثل خطوط ماهواره ای هستند.
  • شبکه های WAN مجموعه ای از LANهای مختلف میباشد که از طریق لینکهای پرسرعت بهم متصل میشوند.
  • لینکهای شبکه WAN حتی می توانند خطوط ماهواره ای باشند.

شبکه های وایر لس :

  • وجود کامپیوترهای کیفی و قابل حمل لزوم ایجاد شبکه بی سیم را ایجاد می کند.
  • مزایا :

       عدم نیاز به کابل کشی

       نصب و راه اندازی ساده

  • معایب :

     هزینه نسبتا بالا

       نرخ ارسال و دریافت پایین

       بالا بودن نرخ خطا

       نبودن امنیت در این کانال ارتباطی (استراق سمع )

شبکه های بی سیم نیز از نظر جغرافیایی دسته بندی میشوند:

  • wpan: مثل ارتباط از طریق blutooth
  • Wlan:مثل یک کافی نت مبتنی بر ieee 802.11
  • wman: مثل یک شبکه مبتنی بر wiimax

نرم افزار شبکه:مدل لایه ای

  • برای کاهش پیچیدگیهای طراحی شبکه ها را بصورت لایه ای طراحی میکنند.
  • وظیفه هر لایه ارایه سرویس های خاص به لایه های بالاتر است.(سرویس مجموعه ای از عملکردهای پایه است)
  • مدل لایه ای بر روی همه ماشینها باید نصب باشند.
  • لایه n یک ماشین همیشه با لایه n ماشین دیگر حرف می زند.
  • قوائد و قرار دادهای این ارتباط را پروتکل لایه n می نامند.
  • در واقع داده ها هرگز مستقیما از لایه n یک ماشین با لایه n ماشین دیگر حرف نمی زنند بلکه هر لایه داده ها را به لایه زیرین خود تحویل میدهد تا به پایین ترین لایه برسد.
  • بین هر زوج از لایه های مجاور واسط (interface)قرار دارد.
  • به مجموعه لایه ها و پروتکلها معماری شبکه گویند.

طراحی شبکهها و اصول لایهبندی :

مسائلی که باید در لایه های مختلف حل شود

  • چگونگی ارسال و دریافت بیتهای اطلاعات بصورت یک سیگنال الکتریکی الکترومغناطیسی یا نوری بسته به اینکه آیا کانال انتقال سیم مسی ، فیبر نوری ، کانالماهوارهای یا خطوط مایکروویو است.
  • ماهیت انتقال
  1. Simplex
  2. Half duplex
  3. Full duplex
  4. وجود خطا و نویز روی کانالهای ارتباطی
  5. آدرسدهی
  6. پیدا کردن بهترین مسیر و هدایت بسته ها
  7. مالتی پلکسینگ و دی مالتی پلکسینگ
  8. کنترل جریان (هماهنگی سرعت بین یک فرستنده سریع و یک گیرنده کند)
  9. ازدحام و تصادم
  10. تکه تکه سازی و بازسازی پیامها
  11.    مدل هفت لایهایOSIاز سازمان استاندارد جهانی ISO
  12. در این استاندارد کل وظائف و خدمات یک شبکه در هفت لایه تعریف شده است :

Physical Layer                 لایه 1 - لایه فیزیکی

Data link Layer         ها لایه 2 - لایه پیوند داده

Network Layer لایه 3 - لایه شبک                 ه

Transport Layer                   لایه 4 - لایه انتقال

Session Layer                       لایه 5 - لایه جلسه

Presentation Layer (لایه 6 - لایه ارائه (نمایش

Application Layer             لایه 7 - لایه کاربرد

وظایف لایه ها :

  • لایه فیزیکی: وظیفه انتقال بیتهای خام را روی کانال بعهده دارد.تعیین سطوح ولتاژ برای ارسال 0و1 ، تعیین ماهیت انتقال، رسانه فیزیکی ارسال و تعیین کانکتورهای شبکه از دیگر وظایف این لایه است.
  • لایه پیوند داده ها: تبدیل خط فیزیکی پر از خطا به یک خط عاری از خطا برای لایه های بالاتر-ایجاد یک ارتباط نقطه به نقطه کنترل جریان و مدیریت کانال در شبکه های پخشی
  • لایه شبکه: عملکرد زیر شبکه را کنترل میکند، عملیاتی مثل: مسیریابی و آدرسدهی و کنترل ازدحام.
  • لایه انتقال: کنترل خطا- ایجاد یک ارتباط انتها به انتها- ارائه سرویس به لایه نشست(یعنی اطلاعات را ازاین لایه گرفته و به لایه نشست در سمت مقابل تحویل میدهد).
  • لایه نشست: تشخیص کاربران و کنترل نشست بین کاربران در ماشینهای مختلف، سنکرونیزاسیون ،مدیریت tokenواز سرگیری مجدد نشست از جاییکه قطع شده.لایه نشست با مسائل مدیریتی شبکه سر و کار دارد و در صورت بروز اشکال در سیستم این لایه رفع اشکال میکند.در این لایه کاربران از نظر مقدار و چگونگی استفاده از شبکه کنترل میشوند.
  • لایه نمایش: کنترل ساختارهای پیغام متفاوت- مثلا تبدیل کد ASCIIبه EBCDICبر عهده این لایه است .همچنین با امنیت اطلاعات و رمزگذاری و رمز گشایی اطلاعات سر و کار دارد.
  • لایه کاربرد: پروتکلهای کاربردی در این لایه قرار دارند.مثل HTTPبرای سرویس وب
  • برای اینکه لایه n بتواند وظایف خود را انجام دهد باید یکسری اطلاعات (مثلا اطلاعاتی برای تشخیص خطا)از لایه n سمت فرستنده برای لایه n سمت گیرنده ارسال شود.
  • در سمت فرستنده این اطلاعات به انتهای داده هایی که از لایه بالاتر دریافت میشود افزوده شده (بعنوان هدر و یا تریلر) برای گیرنده ارسال میشود. در سمت گیرنده لایه n ام این اطلاعات را برداشته ،پردازش میکند و داده باقی مانده را به لایه بالایی تحویل میدهد.
  • هر میزبان شبکه باید تمامی لایه ها را داشته باشد.
  • در مسیریابها فقط لایه های 1و2و3 باید وجود داشته باشد چونکه وظیفه آنها مسیریابی است و این بعهده لایه 3 (یعنی لایه شبکه ) است. لایه های پایینی(1و2) هم که برای تبادل داده ها با مسیریابهای بعدی و قبلی مورد نیاز هستند.
  • مسیریاب به ازای هر پورت باید این لایه ها را داشته باشد.

مدل چهار لایه ای TCP/IP :

  • متولد جنگ سرد در اواخر دهه
  • آژانس پروژه های پیشرفته تحقیقاتی بزرگ آمریکا (ARPA)با بودجه دولتی تصمیم به ایجاد یک شبکه WAN درنه ایالت بزرگ آمریکا گرفت .
  • صرفاٌ اهداف نظامی را دنبال می کرد .
  • دانشگاه برکلی در اوایل دهه هشتاد پروژه ARPA را که کم کم به یک پروتکل استاندارد شبکه ای تبدیل می شد را به صورت رایگان بر روی نسخه لینوکس عرضه نمود.

عامل موفقیت اتصال شبکه های مختلف دنیا :

  • تبعیت از مجموعه پروتکلی به نام TCP/IPمی باشد.
  • کلمه TCP/IP به دو مفهوم اشاره دارد :
  • 1- مدل TCP/IP : یک ساختار چهار لایه ای برای ارتباطات گسترده فراهم می نماید.
  • 2- پشته پروتکل های TCP/IP : مجموعه ای بیش از یکصد پروتکل متفاوت است که برای سازماندهی کلیه اجزای شبکه اینترنت بکار می رود.

مدل TCP/IP :

  • مدل چهار لایه ای است .
  • لایه اول تلفیقی است از لایه فیزیکی و لایه انتقال داده ها .
  • لایه دوم از TCP/IP معادل لایه سوم از مدل OSI می باشد.
  • لایه سوم از TCP/IP معادل و همنام بالایه چهارم از مدل OSI می باشد.
  • وظایف لایه های پنجم و ششم در مدل OSI در لایه چهارم TCP/IP در صورت لزوم ادغام شده است .
  • لایه هفتم در مدل OSI معادل بخشی از لایه چهارم در مدل TCP/IP می باشد.
  • لایه فیزیکی( وظایف و تعاریف)
  • رسانه های انتقال
  • رسانه های هدایت پذیر

       - کابل UTP

       - کابل کواکسیال

       - کابل فیبرنوری

  • رسانه های هدایت ناپذیر

       - Radio transmission

       - Microwave Transmission      

       - Infrared and Millimeter Waves

       - Light wave Transmission(نور مریی)

  • شبکه های ماهواره ای
  • زیرساختهای آماده برای شبکه

   - شبکه های تلفن ثابت

     - شبکه های تلفن همراه

     - شبکه های تلویزیون کابلی

لایه فیزیکی :

مشخصات فیزیکی،مکانیکی و الکتریکی شبکه در این لایه تعریف می شود .

مسائلی که باید در این لایه حل شود:

  • تعیین سطوح سیگنال(مثلا +5v)
  • تعیین نوع کانکتور (مثلا v92 يا RG45)
  • نوع رسانه(مثلا فیبرنوری)
  • نوع مادولاسیون(FM,AM,QPSK)
  • کدینگ(RZ,NRZ,Manchester)

پهنای باند :

  • طیف فرکانسی که موج می تواند بدون تضعیف منتشر شود را پهنای باند گویند .
  • پهنای باند از خواص فیزیکی رسانه انتقال است و به نوع، شکل، ضخامت و طول آن بستگی دارد .
  • پهنای باند یک خط تلفن 1MHz است ولی شرکتهای تلفن برای جلوگیری از هدر رفتن منابع با قرار دادن فیلترهای ویژه آنرا به 3100KHz محدود میکنند که برای انتقال واضح صوت کافیست.
  • هر سیگنال از چندین مولفه فرکانسی تشکیل میشود،اگر پهنای باند کانالی کم باشد فقط مولفه های فرکانسی پایین را از خود عبور میدهد و این باعث میشود که تشخیص بیتهای دیجیتال در سمت گیرنده مشکل شود.در ضمن سرعت هم محدود میشود.

مثال:»حرف B ..... با کد اسکی 8 بیتی برابر 98 یا 01100010

رسانه های انتقال :

  1. رسانه های هدایت پذیر : داده ها در امتداد رسانه انتقال بسمت جلو هدایت میشوند.
  2. رسانه های هدایت ناپذیر: داده ها در یک خط امتداد نمی یابند.

انواع رسانه های انتقال هدایت پذیر :

زوج سیم بهم تابیده : هر یک از زوج سیمهای بهم تابیده دارای هسته مسی میباشد. بنابراین سیگنالهای دیجیتال برای اینکه در آن ارسال شوند باید تبدیل به سیگنالهای الکتریکی شوند.

زوج سیم بهم تابیده : هر یک از زوج سیمهای بهم تابیده دارای هسته مسی میباشد. بنابراین سیگنالهای دیجیتال برای اینکه در آن ارسال شوند باید تبدیل به سیگنالهای الکتریکی شوند.Twisted pair دارای 2 نوع میباشد:

                 UTP: دارای زره اضافی نیست.برای مسافتهای کوتاه کاربرد دارد.

                   STP: دارای زره اضافی است بنابراین مقاومت بیشتری در برابر نویز دارد.برای        

                           مسافتهای طولانی و محیطهای نویز دار کاربرد دارد.

كابل UTP داراي پنج طبقه مختلف است (كه البته امروزه CAT6 و CAT7 هم اضافه شده است):

- CAT1 يا نوع اول كابل UTP براي انتقال صدا بكار مي‌رود، اما CAT2‌تا CAT5 براي انتقال ديتا در شبكه‌هاي كامپيوتري مورد استفاده قرار مي‌گيرند .

Cat1:1 زوج - 1Mbps

Cat2:2 زوج - 4Mbps

.

Cat3: چهار زوج تابیده در یک غلاف پلاستیکی – تا چهار خط تلفن را ساپورت می کند.سرعت 16MHZ

Cat5 : تعداد دورها در واحد طول بیشتر است در نتیجه تداخل سیگنال کمتر است –100MHZ

Cat6 : 250MHZ        

Cat7 : 600MHZ

STP( (Shielded Twisted Pair : در اين كابل سيم‌هاي انتقال ديتا مانند UTP‌ هشت سيم و يا چهار جفت دوتايي هستند. بايد دانست كه تفاوت آن با UTP‌ در اين است كه پوسته‌اي به دور آن پيچيده شده كه از اثرگذاري امواج بر روي ديتا جلوگيري مي‌كند. از لحاظ قيمت،‌ اين كابل از UTP گرانتر و از فيبر نوري ارزان‌تر است. مقدار مسافتي كه كابل مذكور بدون افت سيگنال طي مي كند، برابر با 500 متر معادل 1640 فوت است.

در شبكه‌هايي با توپولوژي Busو Ring از دو نوع اخير استفاده مي‌شود. گفته شد كه در اين نوع كابل، 4 جفت سيم بهم تابيده بكار مي‌رود كه از دو جفت آن يكي براي فرستادن اطلاعات و ديگري براي دريافت اطلاعات عمل مي‌كنند.

کابل کواکسيال:

   كابلهاي Coaxial زماني بيشترين مصرف را در ميان كابلهاي موجود در شبكه داشت.

مزايای استفاده زياد از اين نوع كابل :
1- قيمت ارزان آن.
2- سبكي و انعطاف‌پذيري.
3- اين نوع كابل به نسبت زيادي در برابر سيگنالهاي مداخله‌گر مقاومت مي نمايد.
4- مسافت بيشتري را بين دستگاههاي موجود در شبكه، نسبت به كابل UTP پشتيباني مي‌نمايد.

انواع جدید آن پهنای باندی تا 1GHz نیز دارند.

 

فیبر نوری :

در این نوع کابل سیگنالهای دیجیتال باید تبدیل به نور شوند.

فیبر نوری سه مؤلفه دارد :

رسانه انتقال ... یک فیبر فوق العاده نازک از جنس شیشه میباشد.

آشکار ساز ... دستگاهی است که با برخورد نور به آن یک پالس الکتریکی تولید می شود .

منبع نور ... سیگنال الکتریکی را تبدیل به نور می کند .

در فیبر نوری از قانون شکست نوراستفاده می شود : وقتی که پرتو نور از یک محیط وارد محیط دیگری می شود در مرز این دو دچار شکست می شود اگر زاویه برخورد نور از یک حدی بیشتر باشد پرتو نور دچار شکست کلی شده و دوباره به داخل شیشه بر می گردد و هرگز وارد هوا نمی شود .

Single Mode:دراين كابل فقط یک پرتو نور در داخل فیبر تابانده میشود و ديتا با كمك ليزر انتقال مي‌يابد و بصورت 8.3/125 نشان داده مي‌شود كه در آن 8.3 ميكرون قطر فيبر نوري و 125 ميكرون مجموع قطر فيبر نوري و محافظ آن مي‌باشد. بنا براین قطر فقط چند برابر طول موج نور است. اين نوع كه خاصيت انعطاف‌پذيري كم و قيمت بالايي دارد براي شبكه‌هاي تلويزيوني و تلفني در فواصل طولانی استفاده مي‌گردد.این نوع فیبر با ظرفیتهایی تا 50 GBPS و بطول 100 کیلومتر امروزه ساخته شده است.

multi Mode:در هر لحظه پرتوهای متعددی با زاویه های مختلف در داخل فیبر تابانده میشود و اصطلاحا گفته میشود که هر پرتو دارای مد خاص خود است.معمولا در فواصل کوتاه استفاده میشود.

  

رسانه های انتقال هدایت ناپذیر: انتقال بی سیم

برخی معتقدند که در آینده فقط دو نوع مخابرات خواهیم داشت : فیبر نوری (برای ارتباطات راه دور) و بی سیم.(برای ارتباطات مسافت کوتاه).

امروزه عصرمعتادان اینترنتی است که انتظار دارند حتی در داخل اتومبیل و هواپیما هم به اینترنت متصل باشند،بنابراین دیگر کابلها پاسخگوی نیازهای این کاربران نیستند.

امواج الکترو مغناطیس: حاصل حرکت الکترونها هستند که می توانند در فضا منتشر شوند.سرعت آنها در خلا         میباشد ولی در محیطهای دیگر سرعت کمتری دارند.

انواع ارتباطات بی سیم :

  • Radio transmission
  • Microwave Transmission
  • Infrared and Millimeter Waves
  • Light wave Transmission(نور مریی)

DSL:ارائه سرویس دیجیتال روی مدارهای پایانی

در خطوط تلفن در نقطه ای که مدار پایانی وارد ایسگاه پایانی میشود فیلترهایی قرار دارد تا فرکانسهای بالای 3400 هرتز را تضعیف کند ولی در DSL بدون عبور از فیلتر خط به سوییچهای خاصی متصل میشودتا از تمام ظرفیت مدار پایانی استفاده شود.

شرایط DSL :

  1. بتوانند با Cat3 کار کنند
  2. نباید در دستگاههای تلفن و فکس معمولی اختلالی ایجاد کنند .
  3. سریعتر از 56Kbps باشد.
  4. دائماً بر قرار باشند هزینه شان ثابت باشد(مثلاً ماهانه)

ADSL چیست :

نسخه نامتقارن DSL است یعنی پهنای باند ارسال و دریافت یکسان نیست.

اولین ورژن آن توسط AT&T ارائه شد که به 3 باند تقسیم می شود :

  1. سرویس تلفن معمولی ( POTS)
  2. باند ارسال حداکثرتا       1MBPS             معمولاً 64kbps
  3. باند دریافت حداکثرتا 8Mbps     معمولاً 512kbps

ADSL با پهنای باند 1.1MHz که به 256 کانال 4khz تقسیم شده بود . مودم ADSL در واقع یک DSP است که بگونه ای تنظیم شده که بعنوان 256 تا مودم QAM موازی کار کند .

تجهیزات: NID یا دستگاه واسط شبکه،مودمADSLوتقسیم کننده در سمت مشتری-تقسیم کننده و DSLAM در سمت ایستگاه شرکت مخابرات.

ADSL2 و ‌‌+‌ADSL2 چیست؟:

  • در سال ‌‌2002‌ و ‌‌2003‌‌ استاندارهاي جديدي براي اين فناوري با نام 2 ADSL و ‌‌+‌ADSL2 تعريف شد. در يك نگاهي كلي ADSL2 امكان حركت بسمت سرعتهاي نجومي مانند 24mbps را فراهم مي كند و‌‌+2 ADSL بر مسافت موثر اين تكنولوژي تا مرز‌‌6‌‌ كيلومتر مي‌افزايد. اين همه ماجرا نيست، امكان انتقال صوت و تصوير، افزايش بهره‌وري از پهناي‌باند و كاهش اتلاف باند‌فركانسي، تفكيك‌پذيري بهتر باند‌فركانسي مكالمات تلفني با باند ADSLومديريت‌توان‌الكتريكي نيز از مهمترين دستاوردهاي فناوري‌هاي جديد‌ADSL هستند.
  • در ADSL2+ افزایش دو برابری پهنای باند از 1/1 مگاهرتز به 2/2 مگاهزتز می دهد . طیف فرکانسی بزرگتر ، همچنین ADSL2+ را نسبت به معضل همشنوایی مقاومترمی کند .