اصول شبکه های کامپیوتری: راهنمای جامع برای مبتدیان

شبکه‌های کامپیوتری، از ارتباطات اینترنتی گرفته تا کسب‌وکارهای مرتبط با فناوری و مدیریت داده، نقش بسیار مهمی در دنیای دیجیتال دارند. در واقع، می‌توان این شبکه‌ها را پایه و اساس دنیای دیجیتال دانست. اصول شبکه (Network Principles) در این زمینه به معنای چارچوب‌هایی است که به تبادل اطلاعات در مقیاس‌های مختلف کمک می‌کنند. به عبارت دیگر، شبکه‌های کامپیوتری علاوه بر تسهیل ارتباطات، در پیشبرد پژوهش‌ها و افزایش بهره‌وری سازمان‌ها نیز نقش دارند. آشنایی با اصول شبکه و مفاهیم پایه آن می‌تواند به درک بهتر نحوه عملکرد این سیستم‌ها کمک کند.

تعریف شبکه کامپیوتری

شبکه کامپیوتری به مجموعه‌ای از دستگاه‌های متصل به هم گفته می‌شود که به وسیله پروتکل‌های خاصی قادر به تبادل اطلاعات هستند. اصول شبکه و آموزش شبکه در اینجا به روش‌های اتصال دستگاه‌ها و نحوه تعامل آن‌ها در یک شبکه اشاره دارد. به طور ساده‌تر، یک شبکه کامپیوتری به اتصال دستگاه‌ها و اشتراک منابع و داده‌ها در یک محیط مشترک می‌پردازد. این ارتباط می‌تواند در سطح محلی (LAN)، سازمانی یا حتی سراسری (WAN) برقرار شود.

همچنین از نظر فنی، مبانی شبکه های کامپیوتری شامل تکنولوژی‌های مختلفی از جمله پروتکل‌های انتقال داده، نرم‌افزار‌های متنوع و تجهیزات سخت‌افزاری است.

مزایای استفاده از شبکه‌های کامپیوتری

اصول شبکه نه‌تنها بر مبنای ارتباطات کار می‌کند، بلکه بسیاری از مزایای کاربردی مانند اشتراک‌گذاری منابع و مدیریت متمرکز را نیز فراهم می‌کند:

اشتراک‌گذاری منابع: مهم‌ترین و اصلی‌ترین کاربرد شبکه کامپیوتر، انتقال داده و ایجاد ارتباطات است. بنابراین کار‌بران که می‌توانند افراد یا سازمان‌ها باشند از طریق این شبکه در سراسر جهان با یکدیگر در ارتباط بوده و اطلاعات را به اشتراک می‌گذارند.

ارتباطات آسان‌تر: شبکه کامپیوتری امکان انتقال اطلاعات را به صورت موثر و با سرعت بیشتر فراهم می‌کند. فرقی نمی‌کند محیط مورد استفاده تجاری یا فردی باشد. ‌

مدیریت متمرکز: یکی از ویژگی‌های شبکه کامپیوتری امکان استفاده از منابع به صورت مشترک است. این ویژگی کاربردی باعث شده تا مدیریت منابع بهبود پیدا کرده و بهره‌وری نیز افزایش پیدا کند. اعضا در شبکه‌ها قادر هستند به صورت مشترک از منابع مختلف مانند دستگاه‌های چاپگر، دستگاه‌های ذخیره‌سازی، فایل‌ها و... ‌استفاده کنند.

انواع شبکه‌های کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری در دسته‌های مختلفی قرار می‌گیرند که بسته به نیاز و اندازه، نوع‌های مختلفی از آن‌ها ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. این تقسیم‌بندی‌ها شامل شبکه محلی (LAN)، شبکه گسترده (WAN) و دیگر انواع مختلف مانند MAN و PAN است.

شبکه محلی (LAN)

شبکه محلی LAN یک نوع شبکه کامپیوتر بسیار رایج ست که در بین دیگر شبکه‌های کامپیوتری بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. منظور از یک شبکه کامپیوتری محلی مجموعه‌ای از رایانه‌ها است که در محدوده کوچکی از قبیل یک ساختمان، یک دفتر اداری و...  از طریق Ethernet به یکدیگر متصل شده‌اند. به عنوان مثال شبکه‌های رایج خانگی یا هر شبکه‌ای که بین دو کامپیوتر برقرار شده باشد را می‌توان یک شبکه کامپیوتری محلی در نظر گرفت. 

شبکه گسترده (WAN)

این نوع شبکه کامپیوتری نسبت به نوع محلی گسترده‌تر بوده و در یک منطقه جغرافیایی بزرگتر قرار دارد. به همین دلیل امکان پشتیبانی از اتصال دستگاه‌های بیشتری را فراهم می‌کند. به عنوان مثال می‌توان اینترنت و دستگاه‌های ATM را به عنوان شبکه‌های WAN در نظر گرفت. در این شبکه، داده‌ها به صورت متمرکز قرار دارند. بنابراین نیازی به خرید فایل یا سرور‌های پشتیبان نبوده و امکان دریافت فایل‌ها را در عرض چند ثانیه خواهیم داشت. البته هزینه این شبکه با توجه به فناوری‌های قرار گرفته در آن نسبت به شبکه‌های دیگر بیشتر است.

سایر انواع شبکه MAN، PAN، WLAN

انواع شبکه‌های کامپیوتری گسترده‌تر بوده و ممکن است از نظر فناوری نیز متفاوت باشند. شبکه WLAN در واقع همان شبکه محلی یا LAN است که در آن از فناوری بی‌سیم مانند  Wi-Fiاستفاده شده است. شبکه شهری یا MAN نوع دیگری از شبکه کامپیوتری است که نسبت به LAN منطقه وسیع‌تری را پوشش خواهد داد. در واقع شبکه شهری MAN شامل اتصال چندین شبکه محلی در یک شهر یا روستا است. نوع دیگری از شبکه کامپیوتری، PAN است که به عنوان کوچک‌ترین و ساده‌ترین نوع شبکه تنها بین یک لپ‌تاپ یا دستگاه‌های اطراف آن در فاصله ۱۰ متری ایجاد شده است.

توپولوژی شبکه

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های اصول شبکه، توپولوژی شبکه است. منظور از توپولوژی در شبکه‌های کامپیوتری همبندی یا نحوه چیدمان تجهیزات در شبکه است. پیش از راه‌اندازی یک شبکه کامپیوتری، ابتدا باید توپولوژی را مشخص کرد. توپولوژی در شبکه در دنیای فیزیکی و منطقی، تعیین‌کننده چیدمان عناصر شبکه و نحوه ارتباط بین آن‌ها خواهد بود. توپولوژی منطقی به نحوه انتقال اطلاعات گفته می‌شود، در حالی که توپولوژی فیزیکی تنها چیدمان فیزیکی عناصر را بر عهده دارد. در ادامه به معرفی انواع توپولوژی شبکه های کامپیوتری خواهیم پرداخت.

انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی ستاره‌ای (Star): در این نوع توپولوژی، هر دستگاه به یک هاب مستقل متصل است. ‌هاب را می‌توان برای ارتقای شبکه تغییر داد.

توپولوژی حلقوی (Ring): توپولوژی مورد نظر شامل اعضای شبکه به صورت حلقوی است که به همین شکل به یکدیگر متصل شده و داده‌ها نیز در جهت عقربه‌های ساعت به گردش در می‌آیند. در نهایت داده‌ها پس از گذشت از کامپیوتر‌های مختلف به مقصد می‌رسند. این تکنولوژی اصطلاحا توکن رینگ نام دارد. زیرا هر کامپیوتر روشن سیگنالی را با نام توکن ایجاد کرده و این سیگنال نشان دهنده شروع حرکت است.

توپولوژی خطی (Bus): انتقال اطلاعات فقط در یک جهت و به صورت لحظه‌ای انجام می‌شود. همچنین در این نوع توپولوژی ارتباط نود‌ها از طریق کابل است.

توپولوژی درختی (Tree): در این توپولوژی یک دستگاه مرکزی قرار دارد و دیگر دستگاه‌ها درون شبکه با یک نظم خاص به آن متصل شده‌اند. از این توپولوژی در شبکه‌های بزرگ کامپیوتری استفاده می‌شود و می‌تواند دستگاه‌های بیشتری را نسبت به دیگر توپولوژی‌ها در بر بگیرد.

توپولوژی ترکیبی (Hybrid): در صورتی که چند توپولوژی شبکه متفاوت با یکدیگر ترکیب شوند، توپولوژی ترکیبی ایجاد خواهد شد.

توپولوژی توری (Mesh): در توپولوژی توری یا مش تمامی نود‌ها به یکدیگر متصل بوده و امکان ارسال و دریافت داده‌ها توسط آن‌ها وجود دارد. معمولاً از این نوع توپولوژی در شبکه‌های مهم استفاده می‌شود.

مزایا و معایب توپولوژی ستاره‌ای

در این نوع توپولوژی تمامی دستگاه‌ها به صورت مستقل به هاب متصل هستند. ممکن است اتصال از طریق فیبر نوری یا کابل کواکسیال باشد. هاب در این توپولوژی در مرکز شبکه قرار داشته و به عنوان یک تکرار‌کننده عمل می‌کند. به دلیل وجود اتصال مستقل، خرابی نت‌ها اختلالی در روند کار شبکه ایجاد نخواهد کرد. همچنین پیاده‌سازی راه‌اندازی و تعمیر این شبکه بسیار آسان است.

با وجود مزایای فراوان در صورت خرابی هاب، شبکه از مدار خارج شده و این موضوع از معایب اصلی این نوع توپولوژی محسوب می‌شود. هزینه راه‌اندازی توپولوژی ستاره بالا بوده و عملکرد آن به ظرفیت هاب وابسته است.

مزایا و معایب توپولوژی حلقوی

در این نوع توپولوژی، به دلیل وجود جریان دایره‌ای شکل امکان برخورد بسته‌های داده کاهش پیدا می‌کند. همچنین انتقال داده به صورت یک طرفه و با سرعت بالا انجام می‌گیرد. اتصال حلقوی به دلیل وجود یک سیستم قوی امکان مدیریت نود‌ها و ترافیک سنگین را فراهم خواهد کرد. علاوه بر آن، از دست دادن اطلاعات در فواصل طولانی به حداقل می‌رسد. از معایب اتصال حلقوی می‌توان به امکان اختلال در عملکرد کلی شبکه به دلیل خرابی کابل‌ها، عبور از نود‌های متعدد قبل از رسیدن به مقصد، دشواری در اصلاح، افزودن یا حذف گره‌ها اشاره کرد.

مزایا و معایب توپولوژی خطی

از مهم‌ترین مزایای این نوع اتصال می‌توان به امکان افزودن دستگاه‌های جدید، جایگزینی یا حذف دستگاه موجود بدون ایجاد اختلال در شبکه و کابل کشی کمتر نسبت به سایر توپولوژی‌ها اشاره کرد. البته این نوع اتصال دارای معایبی نیز خواهد بود. به عنوان مثال تشخیص خرابی دستگاه در این شبکه دشوار بوده و در صورت خرابی کابل اصلی نیز ممکن است کل شبکه متوقف شود. در صورت افزایش مصرف پهنای باند چند دستگاه عملکرد کل شبکه تحت تاثیر قرار می‌گیرد. همچنین امنیت و حریم خصوصی در این نوع اتصال در معرض خطر قرار دارد. زیرا کلیه کاربر‌ها می‌توانند سیگنال‌های ارسالی توسط سرور را دریافت کنند.

مزایا و معایب توپولوژی درختی

این نوع توپولوژی دارای مقیاس‌پذیری بیشتر بوده و می‌توان به بدون ایجاد اختلال در شبکه سلسله مراتب بیشتری را با گروهبندی در آن ایجاد کرد. همچنین در صورتی که بخشی از شبکه دچار آسیب شود، دیگر گره‌ها تحت تاثیر این اختلال قرار نمی‌گیرند. شناسایی و رفع عیب در این نوع اتصال آسان بوده و سرعت انتقال داده در سلسله مراتب بالا است. البته این نوع اتصال به حجم زیادی از کابل کشی نیاز داشته و در صورت خرابی پیکربندی، تعمیر و نگهداری مجدد آن دشوار است. همچنین در صورت خرابی لایه هسته ممکن است کل شبکه از دسترس خارج شود.

مزایا و معایب توپولوژی ترکیبی

توپولوژی ترکیبی را می‌توان با توجه به نیاز‌های شبکه ساخت. بنابراین بسیار انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر است. البته پیکربندی‌های متنوع باعث خواهد شد تا نگهداری و یا ایجاد منابع با محدودیت همراه شود. از طرفی وجود طراحی‌های پیچیده می‌تواند عیب‌یابی این نوع شبکه را دشوارتر کند. برای ایجاد ارتباط در این نوع توپولوژی به کابل کشی و سخت‌افزار‌های متعددی نیاز خواهد بود.

مزایا و معایب توپولوژی توری

این نوع توپولوژی ساختار بسیار قوی داشته و در صورت حذف هر یک از گره‌ها، تاثیر آن روی نقاط دیگر بسیار اندک است. همچنین عملکرد انتقال داده بسیار کارآمد بوده، امنیت حریم خصوصی در آن حفظ می‌شود. هرگونه عیب در شبکه نیز در این نوع اتصال سریعاا شناسایی خواهد شد. از معایب اتصال مش می‌توان به وجود کابل‌ها و پورت‌های ورودی و خروجی زیاد، نصب و نگهداری طولانی و هزینه بالا اشاره کرد.

پروتکل‌های شبکه

در واقع یک پروتکل ارتباطی به سیگنال‌هایی گفته می‌شود که کامپیوتر می‌تواند برای کامپیوتر دیگر ارسال کند. قوانین در یک پروتکل جزئیاتی مانند نحوه آغاز یا پایان ارتباط را نیز مشخص می‌کند. به بیان ساده‌تر، یک پروتکل شبکه به مجموعه قواعد و خط مشی‌هایی گفته می‌شود که باید در برقراری ارتباط در دستگاه‌های مختلف رعایت شود.

پروتکل TCP/IP

این پروتکل یکی از پرکاربردترین پروتکل‌های شبکه است و وظیفه آن ارسال و دریافت اطلاعات خواهد بود. در پروتکل TCP/IP چند پروتکل مختلف قرار دارد که مهم‌ترین آن TCP و IP است. لایه‌های مختلفی نیز در این مدل قرار دارد که مهم‌ترین آن‌ها شامل موارد زیر هستند.

لایه‌های TCP/IP

لایه واسط شبکه: این لایه وظیفه بررسی مک آدرس‌ها و مسیریابی آن‌ها را بر عهده خواهد داشت. همچنین لایه واسط شبکه، مسئول ارسال و دریافت فیزیکی بیت‌ها است.

لایه اینترنت: این لایه وظیفه مسیریابی و آدرس دهی آی‌پی را بر عهده دارد. مهم‌ترین پروتکل آن نیز اینترنت یا همان آی پی است.

لایه انتقال: در این لایه ارتباط بین دو میزبان با کمک لایه‌های زیرین برقرار می‌شود. بنابراین امکان تبادل اطلاعات در لایه‌های مختلف با کمک پروتکل‌های اصلی یعنی TCP و UDP امکان‌پذیر خواهد شد.

لایه کاربرد: وظیفه این لایه ایجاد تعامل بین کاربران و دستگاه‌های تحت شبکه است. با کمک این لایه کاربران می‌توانند نسبت به ارسال و دریافت داده‌ها اقدام کنند.

پروتکل OSI

در ادامه آموزش گام به گام اصول شبکه های کامپیوتری به پروتکل OSI می‌رسیم. این پروتکل دارای یک معماری هفت لایه است که هر کدام از لایه‌ها در زمینه انتقال داده در شبکه کامپیوتری وظیفه خاصی را بر عهده دارند. در این مدل، لایه‌ها شامل پروتکل‌ها، استاندارد‌ها و فرایند‌های مختلفی هستند و باید سرویس خاصی را به لایه بالاتر خود ارائه کنند. در نتیجه سرویسی را نیز از لایه پایینی دریافت می‌کنند. لایه‌های OSI Model شامل موارد زیر هستند.

لایه فیزیکی: این لایه پایین‌ترین لایه در OSI بوده و تجهیزات فیزیکی و برقی مانند روتر‌ها و سوئیچ‌ها را شامل می‌شود. در این لایه، داده به رشته‌های ساده از اعداد باینری صفر و یک تبدیل شده و وظیفه حفظ و پایان دادن به ارتباطات فیزیکی نیز بر عهده این لایه قرار دارد.

لایه داده لینک: این لایه وظیفه اتصال دو دستگاه از یک شبکه را بر عهده داشته و یا به آن پایان می‌دهد. در واقع لایه داده لینک بسته‌های داده را از لایه شبکه دریافت کرده و به قطعات کوچکی به نام فریم تبدیل می‌کند. مهم‌ترین وظیفه این لایه انتقال بدون مشکل داده میان دستگاه‌ها در شبکه است.

لایه شبکه: این لایه وظیفه ارتباط بین دو یا چند شبکه متفاوت را بر عهده دارد. لایه شبکه می‌تواند سگمنت‌های لایه انتقال در شبکه مبدا را به بسته‌های کوچکی به نام پکت تبدیل کرده و مجددا در مقصد به هم متصل کند.

لایه انتقال: چهارمین لایه در مدل osi لایه انتقال است و وظیفه آن برقراری ارتباط دو طرفه میان دو دستگاه از یک شبکه است. داده‌ها در این لایه به واحد‌هایی به نام سگمنت تبدیل می‌شوند که در نهایت در لایه انتقال دستگاه مقصد مجددا سرهم‌بندی شده و به داده‌های قابل استفاده در لایه نشست تبدیل می‌شوند.

لایه نشست: لایه پنجم از مدل osi به ایجاد و پایان دادن اتصالات بین دستگاه‌های یک شبکه می‌پردازد. مدت زمان ایجاد و پایان یک اتصال Session نام دارد. این لایه به شکلی تضمینی از باز بودن سشن‌ها تا زمان رد و بدل شدن داده‌ها اطمینان حاصل می‌کند و از طرف دیگر به محض پایان یافتن ارتباط و با هدف جلوگیری از هدر رفت منابع، آن‌ها را می‌بندد.

لایه نمایش: لایه ترجمه یا لایه نمایش ششمین لایه از مدل osi است و وظیفه آن آماده‌سازی داده برای لایه اپلیکیشن است. این وظایف شامل ترجمه، رمزنگاری، رمزگشایی و فشرده‌سازی داده‌ها خواهد بود.

لایه اپلیکیشن: این لایه بالاترین لایه محسوب شده و تنها لایه‌ای است که با داده‌های کاربران تعامل دارد. البته کلاینت‌های نرم‌افزاری بخشی از لایه اپلیکیشن محسوب نمی‌شوند. بلکه لایه اپلیکیشن فرایند Data Manipulation را بر عهده دارد که در آن کاربر نهایی می‌تواند داده‌های قابل فهم و خوانا را دریافت کند.

مقایسه بین مدل OSI و TCP/IP

هر دو مدل از پرکاربردترین پروتکل‌های ارتباطی در شبکه هستند، با این تفاوت که osi به عنوان یک مدل مفهومی تنها برای ارتباط استفاده نمی‌شود. بلکه می‌تواند نحوه ارتباط برنامه از طریق شبکه را نیز مشخص کند. در مقابل TCP/IP برای ایجاد ارتباط به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و وظیفه تعامل در شبکه را بر عهده دارد.

پروتکل‌های TCP/IP شامل استاندارد‌هایی هستند که اینترنت بر اساس آن‌ها ایجاد شده، در حالی که مدل osi به دستورالعمل‌های مربوط به نحوه برقراری ارتباط می‌پردازد. از این رو TCP/IP کاربردی است. TCP/IP دارای یک لایه نرم‌افزاری برای لایه بالایی است در حالی که OSI دارای سه لایه بالایی است.

البته این دو مدل شباهت‌هایی نیز با یکدیگر دارند. شباهت این دو مدل در ساختار لایه‌ای است. همچنین هر دو مدل از چارچوب‌هایی برای ایجاد و پیاده‌سازی استاندارد‌ها و دستگاه‌ها بهره می‌برند و با دستگاه و تجهیزات شبکه نیز سازگار هستند.

پروتکل‌های دیگر شبکه

پروتکل HTTP: این پروتکل سطح بالا بیشتر توسط اپلیکیشن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مهم‌ترین استفاده از این پروتکل در تونل‌های وی پی ان، وب سوکت‌ها، صفحات وب و وب سرویس‌ها است. همچنین درصد زیادی از خدمات آنلاینی با استفاده از این نوع پروتکل شبکه انجام می‌شود.

پروتکل HTTPS: این پروتکل از نوع پروتکل امنیتی و برای انتقال امن اطلاعات در شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. در واقع این نوع پروتکل را می‌توان نسخه امنیتی پروتکل HTTP دانست. زیرا اطلاعات رد و بدل شده به صورت رمز‌نگاری شده منتقل خواهند شد.

پروتکل FTP: این پروتکل انتقال فایل، از قدیمی‌ترین انواع پروتکل‌های شبکه است که اجازه می‌دهد فایل‌ها را از یک سرویس گیرنده به یک سرور و یا بالعکس منتقل کنید. FTP برای انتقال فایل‌ها معمولاً به نام کاربری و رمز عبور نیاز دارد.

پروتکل SMTP: این پروتکل از پروتکل‌های ‌ایمیل بوده و به طور خاص برای انتقال فایل طراحی شد. SMTP می‌تواند پیام را در برنامه ‌ایمیل سرویس گیرنده دریافت کند. سپس آن را به سرور رسال می‌کند. این پروتکل اطلاعات را برای سرور‌هایی ارسال خواهد کرد که از پروتکل‌های POP و IMAP برخوردار هستند.

پروتکل DNS: این پروتکل یکی از پروتکل‌های مهم در اینترنت است که وظیفه ترجمه نام‌های دامنه به آدرس‌های آی پی و برعکس را بر عهده دارد. در واقع این پروتکل می‌تواند دامنه‌های example.com را به آدرس آی پی تبدیل کند. بدین ترتیب دستگاه‌های شبکه می‌توانند از این طریق به یک سرور خاص در اینترنت به صورت مستقیم متصل شوند. سرور‌های دی‌ان‌اس نیز امکان استفاده از نام‌های مستعار به جای آدرس‌های آی پی برای دسترسی به منابع مختلف را فراهم خواهند کرد.

پروتکل DHCP: از این پروتکل می‌توان برای آدرس دهی و تنظیمات شبکه دستگاه‌ها در شبکه LAN استفاده کرد. مدیران شبکه با استفاده از این پروتکل می‌توانند به طور خودکار و بهینه آدرس آی پی و دیگر پارامتر‌های شبکه را به دستگاه‌های موجود در شبکه محلی اختصاص دهند. همچنین نظارت بر تخصیص و مصرف آدرس‌های آی پی در شبکه نیز از طریق DHCP بهبود پیدا می‌کند.

تجهیزات شبکه

تجهیزات شبکه به دستگاه‌های مختلفی گفته می‌شود که هرکدام از این تجهیزات مطابق با اصول شبکه به تبادل داده‌ها و مدیریت ترافیک شبکه کمک می‌کنند. تجهیزات شبکه به طور کلی در دو دسته تجهیزات اکتیو و پسیو قرار می‌گیرند. تجهیزات اکتیو به تجهیزاتی گفته می‌شوند که برای کارکرد در یک شبکه به برق و توان الکتریکی وابسته هستند. مهم‌ترین وظیفه این تجهیزات، هدایت، تقویت یا تولید سیگنال است. منظور از تجهیزات پسیو یا غیر فعال تجهیزاتی است که برای کارکرد خود به برق و توان الکتریکی نیاز ندارند. این تجهیزات بیشتر به عنوان ابزار‌های زیرساختی و انتقال اطلاعات به کار ‌می‌روند. 

کارت شبکه Network Interface Card (NIC)

کارت شبکه یکی از سخت‌افزار‌های مهم در زمان راه‌اندازی شبکه است که وظیفه آن ایجاد ارتباط میان رایانه و محیط انتقال خواهد بود. این تجهیزات در نوع بیسیم و کابلی موجود هستند و با توجه به نیاز کاربر، هر کدام از آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هاب Hub

یک هاب شبکه به عنوان دستگاه ارتباطی می‌تواند بسیاری از تجهیزات فیزیکی مانند دسکتاپ، دستگاه‌های ذخیره‌سازی، سرور‌های دیتاسنتر، چاپگر و دستگاه‌های ورودی و خروجی را به هم متصل کند. این دستگاه از نظر سخت‌افزاری بسیار ساده بوده و یک دستگاه هوشمند محسوب نمی‌شود. اما می‌توان آن را با توجه به نیاز‌های مختلف در شبکه پیکربندی کرد. اغلب از این سخت‌افزار برای شبکه‌های کوچک با جریان داده اندک استفاده می‌شوند

سوئیچ Switch

وظیفه سوئیچ در یک شبکه برقراری ارتباط بین چندین دستگاه است. با کمک این دستگاه، کاربران می‌توانند به صورت همزمان اطلاعات را دریافت و ارسال کنند. همچنین سوئیچ‌ها امکان ایجاد گره‌های متفاوت از یک شبکه را فراهم می‌کنند.

روتر Router

یک روتر در شبکه می‌تواند اتصال شبکه به شبکه‌های دیگر را فراهم کند. معمولا این دستگاه در شبکه‌های LAN و WLAN استفاده می‌شود. از دیگر وظایف یک روتر می‌توان به مدیریت ترافیک داده‌ها، تعیین مسیر بهینه برای انتقال داده و انتقال آن را در شبکه‌های محلی و گسترده اشاره کرد.

مودم Modem

مودم یکی دیگر از تجهیزات اکتیو شبکه است که از طریق آن می‌توان به دنیای اینترنت متصل شد. وظیفه این دستگاه تبدیل سیگنال‌های دیجیتال به آنالوگ و بالعکس است. مودم‌ها می‌توانند اطلاعات را در پهنای شبکه ارسال کرده و به راحتی اطلاعات متفاوت مانند متن، عکس و فیلم را از شبکه به شبکه دیگر در بستر اینترنت منتقل کنند.

آدرس دهی در شبکه

آدرس‌دهی شبکه، مانند آدرس IP، یکی از مباحث کلیدی در اصول شبکه است که تعیین می‌کند چگونه دستگاه‌ها در شبکه به یکدیگر متصل شوند. آدرس‌دهی به دو صورت IPv4 و IPv6 انجام می‌شود که در آن، هر دستگاه به‌طور منحصر به فرد شناسایی می‌شود.

آدرس IP

آدرس IP چیست و چه کاربردی در شبکه دارد؟ این آدرس به نشانی پروتکل اینترنت یا به اختصار آی پی گفته می‌شود که شامل چند عدد است. کلیه دستگاه‌ها و رایانه‌های متصل به شبکه که بر مبنای پروتکل تی سی پی آی پی مانند اینترنت کار می‌کنند به آی پی مجهز هستند. کلیه داده‌هایی که از رایانه‌های دیگر برای یک رایانه فرستاده می‌شود همراه با IP Address بوده و به طور همزمان توسط روتر مسیریابی شده و در نهایت به شبکه رایانه مورد نظر خواهند رسید.

معرفی IPv4 و IPv6

منظور از نشانی آی پی نسخه چهارم یک عدد ۳۲ بیتی است که آن را به شکل چهار بخش عددی در مبنای ۱۰ نوشته و از طریق نقطه آن را جدا می‌کنند. به عنوان مثال 192.211.45.6 یک آدرس آی پی از ورژن ۴ است. در این روش آدرس دهی، هر یک از چهار بخش شامل یک هشت تایی به نام Octet خواهد بود که طول آن ۸ بیت یا یک بایت است و می‌تواند بین صفر تا ۲۵۵ باشد. بنابراین ۲ به توان ۳۲ آدرس مختلف در این روش ایجاد خواهد شد.

با وجود آدرس‌های آی پی ورژن ۴ مختلف، امکان جا دادن تمام دستگاه‌های متصل در سراسر جهان در این نسخه آی پی وجود ندارد. بنابراین آی پی ورژن ۶ برای آدرس‌های اینترنتی بیشتر استفاده می‌شود. به عنوان مثال بسیاری از ارائه‌دهندگان محتوا مانند فیسبوک و نتفلیکس از آی‌پی ورژن ۶ استفاده می‌کنند. با وجود این، هنوز به آدرس‌های اینترنتی آی پی ورژن ۴ نیاز است.

مهم‌ترین تفاوت بین آی پی ورژن ۴ و ورژن ۶ در قالب آدرس و فضای آدرس موجود است. آی پی ورژن ۴ دارای فرمت آدرس ۳۲ بیتی است. در حالی که آی پی ورژن ۶ از یک فرمت آدرس ۱۲۸ بیتی پشتیبانی می‌کند که در آینده می‌تواند آدرس‌های نامحدودی را ایجاد کند. همچنین در آی پی ورژن ۶ ویژگی‌های امنیتی، پیکربندی خودکار شبکه به صورت بهبود یافته، امنیت داخلی و پشتیبانی از مسیریابی ارائه می‌شود که می‌توان آن را یک پروتکل پیشرفته‌تر و ایمن‌تر در نظر گرفت.

کلاس‌های IP چیست؟

به طور کلی آی پی آدرس‌ها به ۵ کلاس مختلف A، B، C، D، و E تقسیم می‌شوند. در این بین کلاس‌های D و E برای کار‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بین دیگر کلاس‌ها می‌توان کلاس A را انتخاب کرد. چون می‌تواند ۲ به توان ۲۴ حالت آی پی ارائه کرده و تعداد هاست بیشتری را می‌توان آی پی دهی کرد.

Subnet Mask

یک سیستم از مفهومی به نام Subnet Mask برای تشخیص تعلق یا عدم تعلق به یک شبکه استفاده می‌کند. برای این کار همه بیت‌های نتورک را ۱ و تمام بیت‌های هاست را صفر در نظر می‌گیرد و در نهایت Subnet Mask را خواهد ساخت. هر کلاس برای ساخت آدرس دارای یک Subnet Mask استاندارد بوده و به عبارت دیگر هر آی پی دارای Subnet Mask جداگانه است.

Gateway

گیت وی به معنای درگاه برای ارتباط کلاینت‌ها یا سرور‌های عضو شبکه با یک شبکه دیگر خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین کلاینت‌های یک شبکه نیازی به گیت وی ندارند. تنها زمانی که بخواهند به شبکه‌های دیگر خارج از محدوده دسترسی پیدا کنند به Gateway نیاز خواهد بود. با استفاده از گیتوی می‌توان مشخص کرد که کلاینت‌ها باید از چه مسیری برای برقراری ارتباط استفاده کنند. در واقع گیتوی روا می‌توان مسیر‌هایی دانست که برای ارتباط‌های خارج از شبکه مورد استفاده است.

DNS

سرور DNS یا نیم سرور همانند یک دفترچه تلفن عمل کرده و نام‌های مربوط به آی‌پی‌های مختلف و DNSها را ثبت می‌کند. زمانی که آدرس وب سایتی را وارد می‌کنید، باید به آی پی سرور مرتبط با دامین متصل شوید. این اطلاعات از طریق سرور DNS دریافت می‌شود. مدیریت سرور DNS توسط سرویس‌های میزبانی وب انجام می‌شود. کلیه هاست یا سرور‌های خریداری شده دارای آدرس آی پی مخصوص هستند که باید در سرور‌های دی‌ان‌اس ثبت شوند. دی ان اس‌ها درون Name serever‌ها در سراسر جهان پخش شده و برای فراخوانی باید اطلاعات مربوط به دامنه در اختیار آن‌ها قرار بگیرد. به همین دلیل ممکن است ثبت یک دی‌ان‌اس مربوط به دامنه تا ۴۸ ساعت طول بکشد.

DHCP

DHCP به عنوان یک پروتکل می‌تواند بدون نیاز به تنظیمات خاص دستی یک آی‌پی یکتا به همه دستگاه‌ها اختصاص دهد. این پروتکل به نام پروتکل پیکربندی پویای میزبان در شبکه به صورت خودکار آدرس آی‌پی‌ها را ساخته و به دستگاه‌ها اختصاص می‌دهد. به دلیل وجود نسخه‌های مختلف برای DHCP امکان ساخت و تخصیص آی پی نسخه ۶ علاوه بر آی‌پی نسخه ۴ نیز وجود دارد.

جمع‌بندی

اصول شبکه (Network Principles) از اجزای حیاتی هر سیستم فناوری اطلاعات به شمار می‌روند. این اصول به ایجاد ارتباطات موثر در دنیای دیجیتال کمک می‌کنند و بدون آن‌ها، فعالیت‌های مختلف در زمینه‌های تجاری، علمی و اجتماعی به درستی انجام نمی‌شود. برای فهم بهتر این اصول و پیاده‌سازی آن‌ها، درک صحیح از توپولوژی‌ها، پروتکل‌ها و تجهیزات شبکه ضروری است.

آموزش مداوم در حوزه شبکه برای افرادی که قصد دارند در این زمینه به متخصصان شبکه تبدیل شوند، بسیار حیاتی است. حال که دانستید شبکه های کامپیوتری چیست؟ باید گفت، با توجه به پیشرفت سریع تکنولوژی و ظهور تجهیزات خاص و تهدیدات امنیتی، یادگیری شبکه های کامپیوتری و مهارت‌های جدید می‌تواند یک امر ضروری باشد.