شبکه

رئوس مطالب یادگیری :

•           مفاهیم شبکه‌های کامپیوتری

•           کاربردهای شبکه‌های کامپیوتری

•          سخت‌افزار شبکه

•           دسته‌بندی شبکه‌ها

•           روشهای برقراری ارتباط دو ماشین در شبکه

•           مدل هفت‌لایه‌ای OSI

•           مدل چهارلایه‌ای TCP/ IP

فصل اول: مفاهیم شبکه‌های کامپیوتری

هدفهای آموزشی :

•          مفهوم شبکه و کاربردهای آن

•           سخت‌افزار شبکه

•          طراحی شبکه و اصول لایه‌بندی

•           مدل هفت‌لایه‌ای OSI از سازمان استاندارد جهانی

•           مدل چهارلایه‌ای TCP/IP

شبکـه‌های کامـپـیــوتـری مجموعه‌ای از کامپیوترهای مستقل است که به نحوی با یکدیگر اطلاعات و داده مبادله می‌نمایند.         

استقلال کامپیوترها

0کارکردن هر ماشین به تنهایی در صورت نبودن در شبکه

0تبادل داده
0رد‌و‌بدل‌نمودن داده بدون توجه به نوع کانال انتقال

 کاربردهای شبکه‌های کامپیوتری

ü       اشتراک منابع

ü       حذف محدودیت‌های جغرافیایی در تبادل داده‌ها

ü       کاهش هزینه‌ها

ü       بالا رفتن قابلیت اعتماد سیستمها

ü       افزایش کارایی سیستم        

  خدمات معمول در شبکه

ü      دسترسی به بانکهای اطلاعاتی راه دور

ü      پست الکترونیکی

ü      خدمات انتقال فایل

ü      ورود به  سیستم از راه دور

ü      گروههای خبری

ü      جستجوی اطلاعات مورد نیاز

ü      تبلیغات

ü      تجارت الکترونیکی

ü      بانکداری الکترونیکی 

ü      سرگرمی و محاوره

ü      مجلات و روزنامه‌های الکترونیکی

ü      محاوره مستقیم و چهره به چهره از راه دور

ü      کنفرانس از راه دور

ü      یافتن اشخاص مورد نظر در جهان

ü      تلفن ودور‌نگار از طریق شبکه

ü      رادیو از طریق شبکه

ü      آموزش از راه دور

ü      ارائه مدون اطلاعات  فنی و علمی

ü      اخبار مربوط به هنر ، ورزش ، سیاست ، تجارت و…

ü      کاریابی و اشتغال

ü      درمان از راه دور

ü      خرید و فروش روزمره با استفاده از کارت اعتباری

ü      انجمن‌های خیریه                                                 

ü      مشاوره از راه دور

                          دسته بندی سخت افزار شبکه‌های   کامپیوتری   

از دیدگاه تکنولوژی انتقال :

شبکه‌های نقطه به نقطه

شبکه‌های پخش   فراگیر

از دیدگاه    مقیاس  بزرگی :

1-شبکه های LAN

2-شبکه های MAN

3-شبکه های WAN

                                          شبکه پخش فراگیر(Broadcast)

انتقال اطلاعات از طریق یک کانال فیزیکی مشترک توسط تمام ایستگاهها.

معایب شبکه‌های پخش فراگیر :

1- مدیریت پیچیده کانال

2- امنیت کم

3- کارآیی پایین

                                   شبکه‌های نقطه به نقطه (point to point)

وجود فقط و فقط  یک کانال فیزیکی  و مستقیم بین دو ماشین در شبکه .

شبکه محلی LAN:

1- فواصل جغرافیایی محدود

2- تعداد ایستگاهها کم

3- کوتاه بودن طول کانال انتقال

محاسن شبکه‌های LAN:

1. افت سیگنال کم, نرخ خطای پایین, نرخ ارسال بالا و تأخیر انتشار بسیـار ناچیـز به دلیل کوتاه‌بودن طول کانال .

2. مدیریت  آسانتر شبکه به علت محدود بودن تعداد ایستگاهها.

3. هزینه پایین نصب و راه‌اندازی این نوع شبکه.

انوع شبکه‌های محلی:

BUS

STAR

RING

                                             توپولوژی خطی - Bus

☻اتصال تمام ایستگاهها از طریق یک کانال فیزیکی مشترک

☻سادگی در نصب و راه اندازی و ارزان بودن

                                               توپولوژی حلقه -Ring) )

☻ اتصال ایستگاهها در یک ساختار حلقوی به یکدیگر

☻ یکطرفه بودن ارتباط هر ایستگاه با ایستگاه بعدی خود

☻ دریافت بسته های اطلاعاتی توسط تمام ایستگاههای بین مسیر دو ایستگاه غیر مجاورجهت انتقال اطلاعات بین آن دو  ایستگاه.

                                             توپولوژی ستاره- (Star)

☻ اتصال تمام ماشینهای شبکه توسط یک گره مرکزی

☻ گره مرکزی میتواند سوئیچ سریع یا هاب (Hub)  ویا کامپیوتر باشد.

                               شبکه‌ های بین شهری (MAN)

برای ایجاد شبکه در سطح یک منطقه وسیع درحد یک شهـر یا تصال چندین شبکه محلی ، از شبکه MAN استفـاده مـی‌شود .  این شـبکه   تکنولوژی و توپولوژی مشابه با شبکه‌های محلی دارد. بدلیل طول زیاد کانال معمولا از فیبر نوری استفاده می‌شود.                         

                                   شبکه‌های گسترده (WAN)

☻ پیاده سازی در گستره جغرافیایی یک کشور یا جهان

☻ اتصال شبکه های محلی و بین شهری

☻ ساختار ناهمگون

  توپولوژیهای مختلف شبکه های محلی : 

   تنوع در سخت افزار و نرم افزار ماشینهای موجود دراین شبکه ها.

                          دو بخش زیر ساخت ارتباطی در شبکـه‌  WAN

1 ) خطوط ارتباطی یاکانالها

☻ خطوط انتقال با پهنای باند بـالا

☻برقرار کننده ارتباط عناصر سوییچ

2) عناصر سوییچ

☻مسیریابها: کامپیوترهای ویژه ای که پس از دریافت بسته, با درنظرگرفتن مقصد آن, کانال خروجی مناسب  برای انتقال بسته به مقصد را انتخاب می نمایند.

                                شبکه های بی سیم  (Wireless)

موارد  استفاده:

☻ایجاد شبکه‌ای با وجود ایستگاههای  متحرک

☻ استفاده در مکانهایی که کابل‌کشی در آن مقرون به صرفه و یا عقلانی نیست.

مزایا:

☻ساده بودن نصب و راه اندازی این نوع شبکه

معایب:

☻ نرخ ارسال و دریافت پایین

☻ نرخ خطا نسبتاً بالا

☻ امنیت اطلاعات کم

                                                    طراحی شبکه ها و اصول لایه بندی

برخی از مسائل قابل توجه در طراحی شبکه‌ها:

☻چگونگی ارسال و دریافت بیتهای اطلاعات

 (تبدیل بیتها به یک سیگنال متناسب با کانال انتقال)

☻ ماهیت انتقال 

☻خطا و وجود نویز در کانالهای ارتباطی

☻ پیدا کردن بهترین مسیر و هدایت بسته‌ها

☻تقسیم یک پیام بزرگ به واحدهای کوچکتر و بازسازی پیام

☻طراحی مکانیزمهای حفظ هماهنگی بین مبدأ و مقصد

☻ازدحام ، تداخل و تصادم در شبکه‌ها

                              انواع ارتباط میان دو ایستگاه :

☻:Simplex ارتباط یکطرفه -
یکطرف همیشه گیرنده و یکطرف همیشه فرستنده

 ☻ Half duplexارتباط دوطرفه غیرهمزمان - 
هر دو ماشین هم می‌توانند فرستنده باشند و هم گیرنده ولی نه بصورت همزمان

Full duplex☻ ارتباط دوطرفه همزمان -

ارتباط دو طرفه همزمان  مانند خطوط ماکروویو

                                       مدل هفت لایه‌ای Open Systems Interconnect OSI از سازمان استاندارد جهانی ISO

☻ لایه فیزیکی  Physical layer

☻ لایه پیوند داده‌ها  Data link layer

☻ لایه شبکه  Network layer

☻ لایه انتقال  Transport layer

☻لایه جلسه  Session layer

☻ لایه ارائه ( نمایش )  Presentation layer

☻ لایه کاربرد  Application layer

                لایه فیزیکی    Physical Layer

انتقال بیتها به صورت سیگنال .... و ارسال آن بر روی کانال ☻

واحد اطلاعات : بیت ☻

پارامترهای قابل توجه :

  ظرفیت کانال فیزیکی و نرخ ارسال ☻

  نوع مدولاسیون ☻

مسائل مکانیکی و الکتریکی مانند نوع کابل، باند فرکانسی، نوع ☻

 رابط (کانکتور) کابل

Cables,Rg45,Repeater

             لایه پیوند داده    Data Link Layer - 

وظایف :

•            به مقصد رساندن داده‌ها روی یک کانال انتقال بدون خطا و مطمئن با استفاده از مکانیزمهای کشف و کنترل خطا.

•            شکستن اطلاعات ارسالی از لایه بالاتر به واحدهای استاندارد و کوچکتر و مشخص نمودن ابتدا و انتهای آن از طریق نشانه‌های خاصی بنام Delimiter.

•           کشف خطا از طریق اضافه کردن بیتهای کنترل خط)ا Parity Check  و Checksum  و CRC Cyclic Redundancy Check

•           کنترل جریان یا تنظیم جریان ارسال فریمها (مکانیزمهای هماهنگی بین مبدأ و مقصد)

•           اعلام وصول یا عدم رسیدن داده‌ها به فرستنده

•           لایه‌های فرعی از لایۀ دوم عبارتند از: لایه ‌‌‌LLC یا‌ ‌Logical link control و لایه ‌‌MAC یا Control Media Access

MAC
این لایه فرعی دستیابی به شبکه فیزیکی را مدیریت میکند قاب ها را از یکدیگر جدا میکند و خطاها را مدیریت میکند.

‌ LLC
مسئولیت مدیریت پیوندهای ارتباطاتی و ترافیک قاب ها را بر عهده دارد.

Bridge, switch,….

                                             لایه شبکه

•          سازماندهی اطلاعات بصورت بسته و ارسال جهت  انتقال مطمئن به لایه پیوند داده‌ها

•           تعیین مسیـر هـر بستـه ارسـالی بـرای رسیدن به مقصد

•           جلوگیری از ازدحام و ترافیک در بین مسیریابها و سوئیچها

•           اختصـاص آدرسـهـای مشخص و استاندارد بـرای هر بستة آماده ارسال

•           این لایه بدون اتصال است. Connectionless

•          IP,IPX.APPLETALK

       لایه انتقال

•          ارسال یک بسته ویژه قبل از ارسال بسته‌ها برای اطمینان از آمادگی گیرنده برای دریافت اطلاعات         Connection Orientedیک سرویس انتقال بسیار مطمئن و ”اتصالگرا

•            شماره‌گذاری بسته‌های ارسالی برای جلوگیری از گم‌شدن یا ارسال دوباره بسته‌ها

•            حفظ ترتیب جریان بسته‌های ارسالی

•            آدرس‌دهی پروسه‌های مختلفی که روی یک ماشین واحد اجرا می‌شوند.

•            تقسیم پیامهای بزرگ به بسته‌های اطلاعاتی کوچکتر

•            بازسازی بسته‌های اطلاعاتی و تشکیل یک پیام کامل

•            شماره‌گذاری بسته‌های کوچکتر جهت بازسازی

•            تعیین و تبیین مکانیزم نامگذاری ایستگاههای موجود در شبکه

TCP/UDP      

         لایه جلسه Session Layer

•          برقراری و مدیریت یک جلسه

•            شناسائی طرفین

•            مشخص نمودن اعتبار پیامها

•            اتمام جلسه‌ها

SQL servers, Oracle servers

     لایه ارائه (نمایش)   

•          فشرده‌سازی فایلData Compression

•           رمزنگاری برای ارسال داده‌های محرمانه Encryption

•           رمزگشائیDecryption

•           تبدیل کدها به یکدیگر هنگام استفاده دو ماشین از استانداردهای مختلفی برای متن

•          Jpeg ,text, bmp

لایه کاربرد  Application Layer

تعریف استانداردهائی نظیر :

•            انتقال نامه‌های الکترونیکی

•            انتقال مطمئن فایل

•            دسترسی به بانکهای اطلاعاتی راه دور

•            مدیریت شبکه

•            انتقال صفحه وب

•          http,ftp,telnet,pop3,smtp

روند حذف و اضافه شدن سرآیند در هر لایه

 مدل چهارلایه‌ای TCP/IP

لایه‌ها	نامهای معادل در برخی از کتب
لایه کاربرد Application layer	لایه سرویسهای کاربردی
لایه انتقال Transport layer	لایه ارتباط میزبان به میزبان (Host to Host)         لایه ارتباط عناصر انتهائی (End to End Connection)
لایه شبکه Network layer	لایه اینترنت         لایه ارتباطات اینترنت
لایه دسترسی به شبکه Network Interface	لایه میزبان به شبکه (Host to Network)         لایه رابط شبکه

لایه اول از مدل TCP/IP : لایه واسط شبکه

تعریف لایه‌های استاندارد سخت‌افزار، نرم‌افزارهای راه‌انـداز (کارت شبکه ،نوع کارت شبکه ...)و پـروتـکلـهای شبـکه. این لایه درگیر با مسائل فیزیکی ، الکتریکی و مخابراتی کانال انتقال است.

پروتکلهائی که در لایه اول از مدل TCP/IP تعریف می‌شوند، می‌توانند مبتنی بر ارسال رشته

بیت یا مبتنی بر ارسال رشته بایت باشند. تمام پروتکلهای MAN و LAN در این لایه قابل استفاده  است.

لایه دوم از مدل TCP/IP : لایه شبکه

•          ادرس دهی ،بسته بندی وData routing

•            هدایت بسته‌های IP روی شبکه از مبدأ تا مقصد که این عمل از نوع بدون اتصال می‌باشد. اطلاعاتی که تحویل مقصد شود ، دیتاگرام( Datagram) نامیده می شود

•           ویژگی ارسال چندپخشی یعنی ارسال یک یا چند بسته اطلاعاتی به چنـدین مقصـد گوناگون در قالب یک گروه سازماندهی‌شده

•           پروتکلهائی که در این لایه استفاده می‌شوند عبارتند از:

IP , IGMP , BOOTP , ARP , RARP , RIP , ICMP و . .

لایه سوم از مدل TCP/IP :  لایه انتقال

برقراری ارتباط از طـریق یـک سرویس اتصال‌گرا و مطمئـن با ماشینهای انتهایی یا میزبان. . البته در این لایه برای عملیاتی نظیر ارسال صوت و تصویر که سرعت مهمتر از دقت و خطا است سرویسهای بدون اتصالِ سریع ونامطمئن نیز فراهم شده است

ارسال و یا دریافت داده‌های تحویلی به این لایه توسط برنامه‌های کاربردی و از طریق توابع سیستمی

    لایه چهارم از مدل TCP/IP : لایه کاربرد

خدماتی که در این لایه صورت می‌گیرد در قالب پروتکلهای استاندارد زیر به کاربر ارائه می‌شود :

  انتقال فایل یا FTP

  مدیریت پست الکترونیکی

  خدمات انتقال صفحات ابرمتنی

 APPLICATION

این لایه دارای دو پروتکل اساسی است که نحوه توزیع داده را کنترل می نمایند

پروتکل HTTP)Hypertext Transfer Protocol) از پروتکل فوق ، بمنظور ارسال فایل های صفحات وب مربوط به وب ، استفاده می گردد

  پروتکل FTP)File Transfer Protocol) از پروتکل فوق برای ارسال و دریافت فایل استفاده می گردد .

TRANSPORT

این لایه دارای دو پروتکل اساسی است که نحوه توزیع داده را کنترل می نمایند

•          پروتکل  TCP) Transmission Control Protocol ) پروتکل فوق ، مسئول تضمین صحت توزیع  اطلاعات است

TCP و بکمک فرآیندی با نام : Three-Way handshake ، با یکدیگر مرتبط و هر یک پایبند به رعایت اصول مشخص شده در الگوریتم مربوطه خواهند بود . فرآیند فوق ، در سه مرحله صورت می پذیرد :

مرحله اول : کامپیوتر مبداء ، اتصال مربوطه را از طریق ارسال اطلاعات مربوط به Session ، مقداردهی اولیه می نماید ( عدد مربوط به موقعیت یک بسته اطلاعاتی بین تمام بسته های اطلاعاتی و اندازه مربوط به بسته اطلاعاتی )

مرحله دوم : کامپیوتر مقصد ، به اطلاعات Session ارسال شده ، پاسخ مناسب را خواهد داد .

مرحله سوم: کامپیوتر مبداء ، از شرح واقعه بکمک Acknowledgment ارسال شده توسط کامپیوتر مقصد ، آگاهی پیدا خواهد کرد .

•          پروتکل (UDP) User Datagram Protocol پروتکل فوق ، امکان عرضه سریع اطلاعات بدون پذیرفتن مسئولیتی در رابطه با تضمین صحت توزیع اطلاعات را برعهده دارد .(انتقال اطلاعات به چندین کامپیوتر با استفاده از Broadcast و یا Multicast )

INTERNET

مسئول آدرس دهی ، بسته بندی و روتینگ داده ها   است. لایه فوق ، شامل چهار پروتکل اساسی است:

•          پروتکل  IP)Internet Protocol) پروتکل فوق ، مسئول آدرسی داده ها بمنظور ارسال به مقصد مورد نظر است .)

•          پروتکل ل: (ARP)Address Resolution Protocol پروتکل فوق مسئول مشخص  نمودن آدرس  MAC Access ( Media Access Control) آداپتور شبکه بر روی کامپیوتر مقصداست

•          (CMP)Internet Control Message Protocol                                                         پروتکل فوق ، مسئول ارائه توابع عیب یابی و گزارش خطاء در صورت عدم توزیع  صحیح  اطلاعات است .

•           (GMP) Internet Group Management Protocol                                          پروتکل فوق ، مسئول مدیریت Multicasting   در TCP/IP را برعهده دارد.

Network Interface

پروتکل های  Ethernet و ATM)Asynchronous Transfer Mode)  ، نمونه هائی از پروتکل های موجود در لایه Network Interface می باشند . پروتکل های فوق ، نحوه ارسال داده در شبکه را مشخص می نمایند.

      پروتکلهای رایج در لایه ها