مبانی و اصول شبکه های کامپیوتری

برای ایجاد ارتباط و تبادل داده ها، دو یا چند سیستم را به همدیگر متصل می کنیم تا کاربران به راحتی بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند که این چیدمان رایانه ها و اتصال آنها به یکدیگر برای هدایت اطلاعات را شبکه های کامپیوتری می نامیم.

قبل از تشریح کامل شبکه های کامپیوتری باید اصول ابتدایی دانش شبکه را به تفصیل شرح دهیم تا به درک دقیق تری از شبکه های کامپیوتری برسید.

شبکه های کامپیوتری چگونه کار می کنند؟

ساختمان اصلی یک شبکه را node ها وLink ها تشکیل می دهند؛ نود ها یا گره های شبکه را می توان به عنوان تجهیزات تبادل کننده دیتا و اطلاعات در نظر گرفت که شامل تجهیزاتی مانند مودم، روتر و تجهیزات پایانه داده یا Data terminal و... است.

Linkها را در شبکه های کامپیوتری را به دو شکل می توان تعریف کرد؛ حالت اول به صورت سیم یا کابل و حالت دوم به صورت شبکه های بی سیم.

شبکه های کامپیوتری را می توان به صورت قوانین یا پروتکل هایی تعریف کنیم که به دریافت و ارسال داده ها و اطلاعات از طریق لینک ها می پردازند. در ادامه توضیح خواهیم داد که هر دستگاه با داشتن آدرسی به نام IP توسط شبکه شناسایی می شود.

اصطلاحات پایه شبکه های کامپیوتری

Network:

شبکه مجموعه‌ای از رایانه‌ها و دستگاه‌هایی است که برای برقراری ارتباط و تبادل اطلاعات به یکدیگر متصل شده‌اند.

Nodes:

گره ها دستگاه هایی هستند که به یک شبکه متصل هستند. نودها می توانند شامل رایانه ها، سرورها، چاپگرها، روترها، سوئیچ ها و سایر دستگاه ها باشند.

Protocol:

 پروتکل مجموعه ای از قوانین و استانداردهایی است که نحوه انتقال داده ها از طریق شبکه را کنترل می کند. نمونه هایی از پروتکل ها عبارتند از TCP/IP، HTTP و FTP.

Topology:

 توپولوژی شبکه به آرایش فیزیکی و منطقی گره ها در یک شبکه اشاره دارد. توپولوژی های رایج شبکه شامل اتوبوس، ستاره، حلقه، مش و درخت است.

Service Provider Networks:

این نوع شبکه‌ها اجازه می‌دهند تا ظرفیت و عملکرد شبکه را به صورت اجاره از ارائه‌دهنده دریافت کنند. شبکه های ارائه دهنده خدمات شامل ارتباطات بی سیم، حامل های داده و غیره است.

آدرس IP: 

آدرس IP یک شناسه عددی منحصر به فرد است که به هر دستگاه در یک شبکه اختصاص داده می شود. آدرس های IP برای شناسایی دستگاه ها و فعال کردن ارتباط بین آنها استفاده می شود.

DNS:

 سیستم نام دامنه (DNS) پروتکلی است که برای ترجمه نام‌های دامنه قابل خواندن توسط انسان (مانند www.google.com) به آدرس‌های IP که رایانه‌ها می‌توانند آن را درک کنند، استفاده می‌شود.

Firewall:

 فایروال یک وسیله امنیتی است که برای نظارت و کنترل ترافیک ورودی و خروجی شبکه استفاده می شود. فایروال ها برای محافظت از شبکه ها در برابر دسترسی غیرمجاز و سایر تهدیدات امنیتی استفاده می شوند.

انواع شبکه های کامپیوتری سازمانی

LAN: 

یک شبکه محلی (LAN) شبکه ای است که یک منطقه کوچک مانند یک دفتر یا یک خانه را پوشش می دهد. شبکه های محلی معمولاً برای اتصال رایانه ها و سایر دستگاه ها در یک ساختمان یا محوطه دانشگاه استفاده می شوند.

WAN: 

شبکه گسترده (WAN) شبکه ای است که یک منطقه جغرافیایی بزرگ مانند یک شهر، کشور یا حتی کل جهان را پوشش می دهد. شبکه های WAN برای اتصال شبکه های LAN به یکدیگر استفاده می شوند و معمولاً برای ارتباطات از راه دور استفاده می شوند.

شبکه‌های ابری: 

ابر یا کلاد در دنیای کامپیوتر، یک فضای مجازی برای ذخیره سازی اطلاعات است و چون شامل توده ای عظیم از دیتا و داده ها می باشد ابر نامیده می شود. انتخاب این شکل از فضای ذخیره سازی اطلاعات به جای استفاده از حافظه های فیزیکی و local  انتخاب عاقلانه تری است. شبکه های ابری از روترهای مجازی، فایروال ها و غیره تشکیل شده اند. سیستم های ابری شامل سه مدل هستند؛ ابر عمومی، ابر خصوصی و ابر ترکیبی.

گوگل داکس و گوگل درایو نمونه هایی از سیستم ابر یا cloud می باشند. 

مواردی که شرح دادیم تنها چند مفهوم اساسی از شبکه های کامپیوتری هستند. شبکه یک حوزه وسیع و پیچیده است و مفاهیم و فناوری های بیشتری در ساخت و نگهداری شبکه ها دخیل هستند.

انواع معماری شبکه های کامپیوتری

شبکه های کامپیوتری معمولا در این دو دسته اصلی قرار می گیرند:

معماری مشتری-سرور یا Client-Server Architecture:

 معماری سرویس گیرنده-سرور نوعی از معماری شبکه های کامپیوتری است که در آن نود ها می توانند سرور یا کلاینت باشند. در این معماری، سرور می تواند رفتار کلاینت یا مشتری را مدیریت کند.

معماری Peer-to-Peer: 

در معماری P2P (Peer-to-Peer) هیچ مفهومی از سرور مرکزی وجود ندارد. هر دستگاه برای کار به عنوان مشتری یا سرور آزاد است.

دستگاه های شبکه

اتصالی از چندین دستگاه، که به عنوان میزبان نیز شناخته می شود، که با استفاده از مسیرهای متعدد به منظور ارسال/دریافت داده یا رسانه به هم متصل می شوند. شبکه‌های کامپیوتری همچنین می‌توانند شامل چندین دستگاه/رسانه باشند که به ارتباط بین دو دستگاه مختلف کمک می‌کنند. این ها به عنوان دستگاه های شبکه شناخته می شوند و شامل مواردی مانند روترها، سوئیچ ها، هاب ها و پل ها می شوند.

توپولوژی شبکه

توپولوژی شبکه آرایش چیدمان دستگاه های مختلف در یک شبکه است. نمونه های متداول عبارتند از اتوبوس، ستاره، مش، حلقه و زنجیر دیزی.

مدل OSI

OSI مخفف Open Systems Interconnection است. این یک مدل مرجع است که استانداردهای پروتکل های ارتباطی و همچنین عملکردهای هر لایه را مشخص می کند. OSI توسط سازمان بین المللی استاندارد توسعه داده شده است و دارای معماری 7 لایه است. هر لایه OSI عملکردهای متفاوتی دارد و هر لایه باید پروتکل های متفاوتی را دنبال کند. 7 لایه به شرح زیر است:

1. Physical Layer
2. Data link Layer
3. Network Layer
4. Transport Layer
5. Session Layer
6. Presentation Layer
7. Application Layer

OSI protocol:

یک پروتکل مجموعه ای از قوانین یا الگوریتم هایی است که نحوه ارتباط دو دستگاه در سراسر شبکه را مشخص می کند. پروتکل متفاوتی در هر لایه از مدل OSI تعریف شده است. چند پروتکل از این دست عبارتند از TCP، IP، UDP، ARP، DHCP، FTP و غیره.

شناسه های منحصر به فرد شبکه یا Unique Identifiers of Network:

Hostname:

 هر دستگاه در شبکه با یک آدرس منحصر به فرد به نام Hostname مرتبط است. "Hostname" را cmd یا کامند پرامپت (Administrator Mode) تایپ کنید و "Enter" را فشار دهید، تا Hostname دستگاه شما را نشان دهد.

IP Address (Internet Protocol address):

آدرس آی پی به عنوان یک آدرس منطقی شناخته می شود که همان آدرس اینترنتی دستگاه در سراسر شبکه است. در شبکه جهانی وب برای شناسایی هر دستگاه، مرجعی از اعداد به نام IPV4 (Version 4) اختصاص داده می شود. آدرس IPV4 (Version 4) ، شناسه ایی منحصر به فرد برای هر دستگاه در سطح شبکه است. هر آدرس IPV4 (Version 4) ، به میزان 32بیت به خود اختصاص می دهد، به عبارتی دیگر 232 آدرس برای IPV4 (Version 4) ممکن است. نوعی دیگر از آدرس دهی به نام IPv6 128 بیت فضا را در بر می گیرد.

برای دسترسی به آدرس IP، در صفحه ی کامند پرامپت ipconfig را تایپ کنید و سپس Enter را بزنید تا این آدرس برای شما نمایش داده شود.

MAC Address (Media Access Control address):

آدرس MAC  یک آدرس فیزیکی منحصر به فرد به هر دستگاه است ؛ در واقع آدرس MAC برای شناسایی و برقراری ارتباط با یک دستگاه خاص در شبکه استفاده می شود. این یک عدد هگزادسیمال 12 کاراکتری است که معمولاً توسط سازنده  NIC یا Network Interface  Card اختصاص داده می شود و برای اطمینان از ارسال داده ها به مقصد صحیح، در شبکه استفاده می شود.

Port:

پورت ، یک ساختاری است که برای دریافت یا ارسال داده ها و اطلاعات کاربرد دارد، به همین جهت است در دانش شبکه آن را به عنوان ساختاری منطقی برای تبادل داده های 0 و 1 تعریف می کنند.

هر پورت می تواند چندین برنامه ی در حال اجرا داشته باشد و هر یک از برنامه ها با استفاده از شماره پورتی که روی آن در حال اجرا هستند، شناسایی می شوند. 

یک شماره پورت یک عدد صحیح 16 بیتی است به همین جهت، 216  یا 216 پورت در دسترس داریم.

·"netstat -a" را در خط فرمان تایپ کنید و "Enter" را فشار دهید، این لیست تمام پورت های استفاده شده را نشان می دهد.

Socket : 

سوکت (Socket) در شبکه‌های کامپیوتری به ترکیب منحصر به فردی از آدرس IP و شماره پورت اشاره دارد. سوکت‌ها نقاط پایانی ارتباطات دوطرفه در یک شبکه رایانه‌ای هستند. به عبارت دیگر، سوکت مشخص می‌کند که کدام دستگاه با کدام دستگاه در شبکه در حال ارتباط است. سوکت‌ها از طریق کانال‌های ارتباطی بسته‌های داده‌ای را توزیع می‌کنند. در واقع، سوکت‌ها به عنوان نقاط پایانی از ارتباطات شبکه عمل می‌کنند و برنامه‌های کاربردی می‌توانند از آنها برای مبادله داده‌ها استفاده کنند. سوکت‌ها به دو نوع استریم و دیتاگرام تقسیم می‌شوند.

سایر مفاهیم مرتبط

DNS Server:

واژه DNS برگرفته از  Domain Name System است.  Domain Name System اساسا سروری است که آدرس های اینترنتی یا URLها به IP address متناظر آن ها  ترجمه می کند. ما مجبور نیستیم تمام آدرس های IP هر وب سایت را به خاطر بسپاریم. دستور 'nslookup' آدرس IP دامنه مورد نظر را به شما می دهد.

ARP:

ARP مخفف Address Resolution Protocol است. برای تبدیل یک آدرس IP به آدرس فیزیکی مربوطه آن  یعنی آدرس MAC استفاده می شود ARP .توسط لایه پیوند داده برای شناسایی آدرس MAC دستگاه گیرنده استفاده می شود.

RARP:

 RARP مخفف Reverse Address Resolution Protocol است. همانطور که از نام آن پیداست، آدرس IP دستگاه را با یک آدرس فیزیکی به عنوان ورودی ارائه می دهد. اما RARP از زمانی که DHCP وارد عمل شد منسوخ شده است.

مقاله ایی که خواندید ترجمه ای از مقاله ی Basics of Computer Networking از سایت https://www.geeksforgeeks.org بود.

گروه آموزشی لنایزر ضمن تولید محتوای ویدئویی و متنی تیم لنایزر،  ترجمه ی مجموعه وبلاگ های معروف در حوزه شبکه را برای ارتقا و به روزرسانی دانش شبکه شما عزیزان، ارائه دهد.