یک شبکه رایانهای، که اغلب به طور خلاصه به آن شبکه گفته میشود، گروهی از رایانهها و دستگاههایی میباشد که توسط کانالهای ارتباطی برای ایجاد ارتباط و تبادل اطلاعات به هم متصل شدهاند. شبکه رایانهای باعث تسهیل ارتباطات میان کاربران شده و اجازه میدهد کاربران منابع خود را به اشتراک بگذارند.
کاربردهای شبکه
کامپیوترهایی که در یک شبکه واقع هستند، میتوانند اطلاعات، پیام، نرم افزار و سخت افزارها را بین یکدیگر به اشتراک بگذارند. به عنوان مثال در یک سازمان معمولاً اطلاعات مربوط به حقوق و دستمزد پرسنل در بخش حسابداری، نگهداری میشود. در صورتی که در این سازمان از شبکه کامپیوتری استفاده شده باشد، مدیر سازمان میتواند از دفتر خود به این اطلاعات دسترسی یابد و آنها را مورد بررسی قرار دهد.
شبکه های کامپیوتری میتوانند تقریباً هر نوع اطلاعاتی را به هر شخصی که به شبکه دسترسی داشته باشد عرضه کنند. این ویژگی امکان پردازش غیر متمرکز اطلاعات را فراهم میکند. در گذشته به علت محدود بودن روشهای انتقال اطلاعات کلیه فرایندهای پردازش آن نیز در یک محل انجام میگرفته است. از کاربردهای شبکه در دنیای امروزی میتوان از مواردی چون: جستجو و تحقیق و دسترسی به اطلاعات به روز پراکنده در دنیا، تجارت الکترونیکی، خرید، فروش و حراج کالا، آموزش از راه دور و دانشگاه مجازی، دولت الکترونیکی، درمان از راه دور، کنفرانس صوتی و تصویری از راه دور، کنترل، مدیریت و نظارت بر سیستمهای صنعتی از راه دور، پست الکترونیکی، پیامرسانی فوری، گروههای خبری، گفتگو و گپ زدن، بازی و سرگرمی تعاملی، پخش فیلمهای درخواستی، کمک به ایجاد واقعیت مجازی و دهها کاربرد دیگر، نام برد.
اجزای شبکه
شبکه های انتقال داده از سه بخش عمده تشکیل میشوند:
- کامپیوترهای میزبان (Host) که هدف اصلی ایجاد شبکه، اتصال کامپیوترهای میزبان به یکدیگر است.
- پردازنده های واسط مانند هابها، تکرار کنندهها، پلها، سوئیچها و مسیریابهای میانی که وظیفه مدیریت شبکه و هدایت ارسال دادهها از مبدأ و مقصد را بر عهده دارند. مدل ریاضی شبکه های کامپیوتری یک گراف است که در آن، گرهها همان پردازندههای واسط هستند.
- لینکهای ارتباطی که در واقع رسانههای انتقال داده هستند و با اتصال گره های شبکه به یکدیگر انتقال دادهها را بر عهده دارند. پردازندههای واسط و لینکهای ارتباطی زیر ساخت شبکه انتقال داده را تشکیل میدهند.
تقسیم بندی شبکه های کامپیوتری بر اساس حوزه جغرافی تحت پوشش
شبکه های کامپیوتری از نظر اندازه و گستردگی جغرافیایی به 3 دسته ی اصلی تقسیم میشوند:
- شبکه های محلی کوچک LAN (Local Area Network)
- شبکه های متوسط MAN (Metropolitan Area Network)
- شبکه های گسترده WAN (Wide Area Network)
شبکه های محلی کوچک (LAN Local Area Network): دارای گستردگی در حد یک محیط کوچک نظیر یک ساختمان اداری است. این نوع از شبکه ها دارای ویژگیهایی از جمله: توانایی ارسال اطلاعات با سرعت بالا، محدودیت فاصله و … میباشند. شبکه های LAN بر اساس مشخصه های مختلف تقسیم بندی میشوند:
تقسیم بندی براساس توپولوژی
سبک هندسی استفاده شده در اتصال کامپیوترها را توپولوژی گویند. ساختار و توپولوژی شبکه های کامپیوتری بر اساس هزینه، امکانات، سرعت شبکه و ماهیت و فناوری انتقال داده تقسیم بندی میشوند.
نوع آرایش یا همبندی اجزای شبکه بر مدیریت و قابلیت توسعه شبکه نیز تاثیر میگذارد. برای طرح بهترین شبکه از جهت پاسخگویی به نیازمندیها، درک انواع آرایش شبکه دارای اهمیت فراوانی است. انواع همبندی شبکه، بر سه نوع توپولوژی استوار شده است. این انواع عبارتند از:
- توپولوژی خطی یا BUS
- حلقه ای یا RING
- ستاره ای یا STAR
- ترکیبی یا HYBRID
توپولوژی BUS ساده ترین توپولوژی مورد استفاده شبکه ها در اتصال کامپیوترها است. در این آرایش تمام کامپیوترها به صورت ردیفی به یک کابل متصل میشوند.
به این کابل در این آرایش، بستر اصلی (Back Bone) یا قطعه (Segment) اطلاق میشود. در این آرایش، هر کامپیوتر آدرس یا نشانی کامپیوتر مقصد را به پیام خودافزوده و این اطلاعات را روی کابل ارسال میکند. این سیگنال توسط کابل به تمام کامپیوترهای شبکه ارسال میشود. کامپیوترهایی که نشانی آنها با نشانی ضمیمه شده به پیام انطباق داشته باشد، پیام را دریافت میکنند. در این آرایش شبکه، در صورت از کار افتادن هر یک از کامپیوترها آسیبی به کارکرد کلی شبکه وارد نخواهد شد. در برابر این مزیت اشکال این توپولوژی در آن است که هر یک از کامپیوترها باید برای ارسال پیام منتظر فرصت باشد. به عبارت دیگر در این توپولوژی در هر لحظه فقط یک کامپیوتر میتواند پیام ارسال کند. اشکال دیگر این توپولوژی در آن است که تعداد کامپیوترهای واقع در شبکه تاثیر معکوس و شدیدی بر کارایی شبکه میگذارد. در صورتی که تعداد کاربران زیاد باشد، سرعت شبکه به مقدار قابل توجهی کند میشود. علت این امر آن است که در هر لحظه یک کامپیوتر باید برای ارسال پیام مدت زمان زیادی به انتظار بنشیند.
آرایش نوع دوم شبکه های کامپیوتری، آرایش ستارهای است. در این آرایش تمام کامپیوترهای شبکه به یک قطعه مرکزی به نام Hub متصل میشوند.
در این نوع همبندی کلیه رایانهها به یک کنترل کنندهی مرکزی به نام هاب متصل میشوند و هرگاه رایانهای بخواهد با رایانه دیگری تبادل اطلاعات کند، رایانه مبدا اطلاعات را به HUB ارسال نموده و اطلاعات از طریق آن به رایانه مقصد انتقال مییابد. در این نوع همبندی در صورت از کار افتادن هاب، کل شبکه از کار خواهد افتاد. سومین نوع توپولوژی، حلقهای نام دارد. در این توپولوژی همانند آرایش BUS، تمام کامپیوترها توسط یک کابل به هم، به صورت یک حلقه، متصل میشوند.
همیشه یک بستهی کوچک با نام نشانه (Token) در داخل شبکه از یک رایانه به دیگری میرود، زمانی که یک رایانه اطلاعاتی جهت ارسال دارد، نشانه را در اختیار گرفته و از چرخش آن داخل شبکه جلوگیری میکند، تا زمانیکه نشانه توسط یک رایانه نگهداشته شده باشد، تمام رایانههای شبکه پذیرای اطلاعاتی خواهند بود که رایانه مالک نشانه ارسال میکند. در این توپولوژی تمام کامپیوترها سیگنال دریافتی را پس از تقویت، آن را به کامپیوتر بعدی ارسال میکنند. به همین جهت به این توپولوژی، توپولوژی فعال یاActive نیز گفته میشود. در این توپولوژی در صورت از کار افتادن هر یک از کامپیوترها، کل شبکه از کار خواهد افتاد، زیرا همانطور که گفته شده هر کامپیوتر وظیفه دارد تا سیگنال ارتباطی را دریافت کرده، تقویت کند و دوباره ارسال نماید.
از ترکیب توپولوژیهای ستارهای، حلقه های و خطی، یک توپولوژی ترکیبی (Hybrid) به دست میآید. از توپولوژی هیبرید در شبکه های بزرگ استفاده میشود. خود توپولوژی هیبرید دارای دو نوع است. نوع اول توپولوژی خطی – ستاره ای نام دارد. همانطور که از نام آن بر میآید، در این آرایش چندین شبکه ستارهای به صورت خطی به هم ارتباط داده میشوند. در این وضعیت اختلال در کارکرد یک کامپیوتر، تاثیر در بقیه شبکه ایجاد نمیکند. ضمن آنکه در صورت از کار افتادن هاب فقط بخشی از شبکه از کار خواهد افتاد. در صورت آسیب دیدگی کابل اتصال دهنده هابها، فقط ارتباط کامپیوترهایی که در گروههای متفاوت هستند قطع خواهد شد و ارتباط داخلی شبکه پایدار میماند. نوع دوم نیز توپولوژی ستاره ای – حلقه ای نام دارد. در این توپولوژی Node های چند شبکه از نوع حلقهای در یک الگوی ستارهای به یک هاب مرکزی متصل میشوند.
تقسیم بندی براساس گره (Node)
این نوع از تقسیم بندی شبکهها براساس ماهیت گرهها یا محلهای اتصال خطوط ارتباطی شبکه ها انجام می شود. در این گروهبندی شبکه ها به دو نوع تقسیم بندی میشوند. تفاوت این دو گروه از شبکه ها در قابلیتهای آن نهفته است. این دو نوع اصلی از شبکه ها، شبکه هایی از نوع نظیر به نظیر (Peer to Peer) و شبکه های مبتنی بر Server یا Server Based نام دارند. در یک شبکه نظیر به نظیر، بین گره های شبکه ترتیب یا سلسله مراتبی وجود ندارد و تمام کامپیوترهای واقع در شبکه از اهمیت یا اولویت یکسانی برخوردار هستند. به شبکه های نظیر به نظیر Workgroup نیز گفته میشود:
در نوع دوم شبکه های کامپیوتری یعنی شبکه های مبتنی بر سرور، به تعداد محدودی از کامپیوترها وظیفه عمل به عنوان سرور داده میشود. در سازمانهایی که دارای تعداد زیادتری کاربر در شبکه خود هستند، استفاده از شبکه های Peer to Peer نامناسب بوده و شبکه های مبتنی بر سرور ترجیح داده میشوند:
در این شبکه ها از سرور اختصاصی برای پردازش حجم زیادی از درخواستهای کامپیوترهای سرویس گیرنده استفاده میشود. در شبکه های مبتنی بر سرور، مدیر شبکه مسئول مدیریت امنیت اطلاعات شبکه است و بر تعیین سطوح دسترسی به منابع شبکه مدیریت میکند. بدلیل این که اطلاعات در چنین شبکه هایی فقط روی کامپیوتر یا کامپیوترهای سرور متمرکز میباشند، تهیه نسخههای پشتیبان از آنها ساده تر بوده و تعیین برنامه زمانبندی مناسب برای ذخیرسازی و تهیه نسخه های پشتیبان از اطلاعات به سهولت انجام میپذیرد. در چنین شبکه هایی میتوان اطلاعات را روی چند سرور نگهداری نمود، یعنی حتی در صورت از کار افتادن محل ذخیره اولیه اطلاعات (کامپیوتر سرور اولیه)، اطلاعات همچنان در شبکه موجود بوده و سیستم میتواند به صورت روی خط به کارکرد خود ادامه دهد. به این نوع از سیستم ها Redundancy Systems یا سیستمهای یدکی می گویند.
شبکه های متوسط (MAN Metropolitan Area Network): دارای گستردگی در حد و اندازه یک شهر و یا شهرستان است . این شبکهها که با ایجاد ارتباط بین چندین شبکه کوچکتر بوجود میآیند، دارای پیچیدگی بیشتری نسبت به شبکه های محلی می باشند. شبکه های تلویزیون کابلی بهترین نمونه MAN هستند.
شبکه های گسترده WAN (Wide Area Network):
داری گستردگی در حد و اندازه کشور و قاره است. اتصال شبکه های محلی از طریق خطوط تلفنی، کابل های ارتباطی ماهواره و یا دیگر سيستمهایی مخابراتی چون خطوط استيجاری در یک منطقه بزرگتر را شبکه گسترده گویند . در این شبکه کاربران یا رایانه ها از مسافت های دور و از طریق خطوط مخابراتی به یکدیگر متصل میشوند . از این فناوری با نام شبکه های راه دور Long Haul Network نيز نام برده میشود . در شبکه گسترده سرعت انتقال داده نسبت به شبکه های محلی خيلی کمتر است. بزرگترین و مهمترین شبکه گسترده، شبکه جهانی اینترنت میباشد.