شبکه چیست؟ آشنایی با شبکه کامپیوتری
آیا میدانستید که همه دستگاههای دیجیتال اطراف شما، از تلفنهای همراه هوشمند گرفته تا آن سرورهای بزرگ، از طریق یک مفهوم جادویی به نام شبکه کامپیوتری به یکدیگر متصلاند؟
اگر ما اینترنت را یک شهر بزرگ در نظر بگیریم، شبکههای کامپیوتری همان خیابانهایی هستند که راه اتصال چیزهای مختلف به یکدیگرند. اما سوال اینجاست: این شبکهها چگونه کار میکنند؟ چرا برخی از آنها از دیگری سریعتر و ایمنترند؟
شبکه کامپیوتری چیست؟
شبکه کامپیوتری مجموعهای از دستگاههای مختلف است که به یکدیگر وصل شدهاند و میتوانند دادهها و منابع را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. این اتصال میتواند هم به صورت کابلی باشد و هم به صورت بی سیم. زمانی که این دستگاهها به هم متصل میشوند از پروتکلهایی مثل TCP/IP برای تبادل اطلاعات استفاده میشود.
نخستین شبکه کامپیوتری در دهه 1960 توسط آژانس تحقیقاتی وزارت دفاع آمریکا (ARPA) ساخته و پایه و اساسی برای بسیاری از شبکه های امروزی بود.
یک شبکه کامپیوتری چگونه کار میکند؟
ببینید در یک شبکه کامپیوتری، دستگاههای متصل به شبکه از ای پی آدرسها برای شناسایی و ارتباط با یکدیگر استفاده میکند. این آدرسها توسط سیستمهای نام دامنه (DNS) به نامهای میزبان تبدیل میشوند تا ارتباطات میان دستگاهها برقرار شود.
برای اینکه سیستمهای شبکه به خوبی عمل کنند به چه چیزی نیاز داریم؟ آفرین به پیروی از استانداردها یا دستورالعملهای خاص. این استانداردها مجموعهای از قوانین هستند که برای تبادل اطلاعات میان دستگاهها ضروریاند و توسط سازمانهایی مثل IEEE، سازمان بینالمللی استاندارد و مؤسسه استاندارد ملی آمریکا تدوین میشوند.
معماریهای رایج در شبکه کامپیوتر
این معماریها به نحوه ارتباط و تعامل دستگاهها با یکدیگر اشاره دارند. اگر بخواهیم دو معماری رایج در شبکههای کامپیوتری را نام ببریم باید گفت:
- معماری مشتری – سرور (Client-Server): در این مدل تعداد زیادی دستگاه به عنوان کلاینت به شبکه متصل میشوند و حداقل یک دستگاه به عنوان سرور مرکزی عمل میکند. در این نوع از شبکه، کلاینت منابع خود را به اشتراک نمیگذارد و به جای آن از سرور مرکزی درخواست منبع میکند.
- مدل همتا به همتا (P2P): در این مدل هر دستگاه به صورت همزمان هم نقش مشتری را دارد و هم سرور. به این معنا که هر دستگاه میتواند هم از منابع دستگاههای دیگر استفاده کند و هم منابع خود را با دیگر دستگاهها به اشتراک بگذارد.
4 مزیت اصلی استفاده از شبکه کامپیوتری
استفاده از شبکههای کامپیوتری به عنوان روشی سریع و کارامد برای تبادل اطلاعات به حساب میآید. 4 مزیت کلیدی این شبکه عبارتاند از:
- انتقال سریع و آسان دادهها: به این صورت که شبکهها امکان ارسال ایمیل، به اشتراک گذاری فایلها، پخش آنلاین و غیره را فراهم میکنند. این امر روند ارتباطات را سریعتر میسازد.
- ذخیره سازی بهتر اطلاعات: اگر شبکه نباشد هر سازمان باید دادهها را جداگانه ذخیره کند که مدیریت را سخت و پیچیده میسازد.
- به اشتراک گذاری ساده اطلاعات: شبکه به سازمانها کمک میکند تا منابع را به راحتی به اشتراک بگذارند. این امر همکاری تیمی را تقویت و بهره وری را افزایش میدهد.
- امنیت بالاتر: یک شبکه قوی نه تنها سرعت و انعطاف پذیری، بلکه امنیت بالاتری نیز دارد که از اطلاعات حساس محافظت و از نفوذ هکرها جلوگیری میکند.
در کل با استفاده از شبکههای کامپیوتری، مشاغل سریعتر، امنتر و کارآمدتر عمل میکنند.
اجزای اصلی یک شبکه کامپیوتری
شبکههای کامپیوتری از بخشهای مختلفی تشکیل شدهاند که با کمک همدیگر عملکرد شبکه را ممکن میسازند. این اجزا شامل دستگاههای شبکه، پیوندها و پروتکلهای ارتباطی هستند:
1. دستگاههای شبکه
دستگاهها یا همان گرهها، تجهیزات فیزیکی هستند که برای برقراری ارتباط در شبکههای کامپیوتری به یکدیگر وصل میشوند. این دستگاهها شامل مواردی مانند مودمها، روترها، کامپیوترهای شخصی، سرورها، فایروالها، سوئیچها و… هستند. هر دستگاه در شبکه، دارای آدرس IP منحصر به فرد خود است که روند شناسایی آن را آسانتر میسازد.
2. پیوندها
پیوندها همان رشتههایی هستند که برای اتصال دستگاهها و انتقال دادهها بین آنها استفاده میشوند. این رشته یا پیوند میتواند سیمی، بی سیم یا نوری باشد. پیوندها به شکلهای مختلفی از نظر فیزیکی و منطقی پیکربندی میشوند و توپولوژی شبکه نحوه ارتباط گرهها و پیوندها را مشخص میکند.
3. پروتکلهای ارتباطی
پروتکلها مجموعهای از قواعد و قوانین هستند که همه گرههای شبکه برای انتقال اطلاعات باید از آنها پیروی کنند. یکی از پروتکلهای رایج در این زمینه، TCP/IP است.
مدل TCP/IP
مدل TCP/IP یک مدل مفهومی است که برای مدیریت پیوندهای ارتباطی استفاده میشود. این مدل در شبکه، چهار لایه اصلی دارد:
لایه نرم افزار (Application Layer)
این لایه رابطی میان کاربران و سرویسهای شبکه است و امکان تبادل استاندارد دادهها میان برنامههای مختلف را فراهم میکند. نرمافزارهای کاربردی از طریق پروتکلهای اختصاصی در این لایه با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. از جمله پروتکلهای رایج در این لایه میتوان به HTTP (برای مرور وب)، FTP (برای انتقال فایلها)، POP3 (برای دریافت ایمیل)، SMTP (برای ارسال ایمیل) و SNMP (برای مدیریت شبکه) اشاره کرد.
لایه انتقال (Transport Layer)
وظیفه حفظ ارتباطات از نقطهای به نقطه دیگر را بر عهده دارد. مهمترین پروتکل در این لایه، TCP (پروتکل کنترل انتقال) است که ارتباط میان دستگاههای مختلف را مدیریت میکند. علاوه بر آن، این لایه مسئول کنترل جریان دادهها در شبکه، Multiplexing و قابلیت اطمینان است.
- Multiplexing: سیگنالهای مختلف را بر روی یک بستر مشترک پردازش میکند.
- قابلیت اطمینان: تضمین میکند دادهها بدون خطا و به ترتیب صحیح ارسال و دریافت شوند.
لایه شبکه (Network Layer)
به آن لایه اینترنت نیز میگویند. این لایه وظیفه جا به جایی بستههای داده میان شبکههای مختلف را بر عهده دارد. لایه شبکه امکان اتصال شبکههای مستقل را فراهم میکند تا دادهها بتوانند بدون مشکل از یک شبکه به شبکه دیگر منتقل شده و به مقصد برسند.
مهمترین پروتکلهای این لایه عبارتند از:
- IP یا پروتکل اینترنت که وظیفه مسیریابی بستههای داده و هدایت آنها به مقصد را بر عهده دارد.
- ICMP (پروتکل کنترل پیام اینترنت) که برای گزارش خطاها و تشخیص مشکلات ارتباطی در شبکه استفاده میشود.
بدون وجود این لایه، ارتباط بین شبکههای مختلف امکانپذیر نخواهد بود.
لایه فیزیکی (Physical Layer)
این لایه که به آن لایه پیوند یا لایه رابط شبکه نیز گفته میشود، وظیفه انتقال دادهها در قالب سیگنالهای فیزیکی را بر عهده دارد.
این لایهها با هم به طور هماهنگ کار میکنند تا ارتباطات شبکه به شکلی پایدار، کارآمد و بدون خطا برقرار شوند.
انواع شبکههای کامپیوتری
دستهبندی شبکههای کامپیوتری بسته به ابعاد، نوع کاربرد و محدوده جغرافیایی آنها متنوع است. در ادامه، مهمترین انواع شبکههای کامپیوتری معرفی شدهاند:
شبکه محلی (LAN – Local Area Network)
برای اتصال دستگاههای کوچک در محدودهای کوچک استفاده میشود. این شبکه معمولا از طریق کابلهای شبکه یا ارتباط بیسیم (Wi-Fi) ایجاد و دارای سرعت بالایی است.
شبکه گسترده (WAN – Wide Area Network)
اتصال چندین شبکه محلی به یکدیگر و برقراری ارتباط در فواصل دورتر و بزرگتر را فراهم میکند. اینترنت نمونهای از شبکه WAN است که از خطوط ارتباطی مخابراتی مثل فیبر نوری و ماهوارهای برای انتقال دادهها استفاده میکند.
شبکه شهری (MAN – Metropolitan Area Network)
Metropolitan Area Network، مجموعهای از شبکههای محلی است که در سطح یک شهر یا منطقه جغرافیایی وسیعتر (اما کوچکتر از WAN) گسترش یافته است. این نوع شبکه برای سازمانهای دولتی، دانشگاهها و شرکتهای بزرگ کاربرد دارد و میتواند از فناوریهای بی سیم یا فیبر نوری برای ارتباط استفاده کند.
شبکه شخصی (PAN – Personal Area Network)
برای اتصال چندین دستگاه یک فرد مثل گوشی، لپتاپ، چاپگر یا تبلت استفاده میشود. این شبکه برد کوتاهی دارد و از طریق بلوتوث یا Wi-Fi ایجاد میشود.
شبکه بی سیم محلی (WLAN – Wireless LAN)
مشابه شبکه محلی است، ولی ارتباط میان دستگاهها بدون استفاده از کابل و از طریق امواج رادیویی برقرار میشود. این شبکه انعطاف پذیری بالایی دارد و در مراکز آموزشی و اماکن عمومی استفاده میشود.
شبکه محوطهای (CAN – Campus Area Network)
مجموعهای از شبکههای محلی متصل به هم است که در یک مجموعه مثل دانشگاه، اداره یا صنعت استفاده میشود. این شبکه سرعت بالایی دارد و امکان مدیریت متمرکز اطلاعات را برای شما فراهم میآورد.
شبکه ذخیره سازی (SAN – Storage Area Network)
به صورت اختصاصی برای مدیریت و انتقال دادههای ذخیره شده در سرورها طراحی شده است. این نوع شبکه در مراکز و سازمانهایی که نیاز به ذخیره سازی حجم بالایی از اطلاعات دارند، استفاده میشود.
شبکه خصوصی مجازی (VPN – Virtual Private Network)
امکان ایجاد یک ارتباط ایمن و رمزگذاریشده را در یک شبکه عمومی فراهم میکند. از این شبکه برای افزایش امنیت ارتباطات سازمانی و دسترسی امن کاربران به دادهها از راه دور استفاده میشود.
شبکه فیبر نوری غیرفعال (PON – Passive Optical Network)
بر پایه فناوری فیبر نوری بوده و برای ارائه خدمات اینترنتی پرسرعت برای موارد تجاری و کاربران خانگی استفاده میشود.
شبکه ارائه دهنده خدمات (Service Provider Network)
توسط شرکتهای مخابراتی و ارائهدهندگان خدمات اینترنتی ایجاد و امکان دسترسی کاربران به اینترنت، تلفن و سایر خدمات ارتباطی را فراهم میکند.
شبکه ابری (Cloud Network)
یک نوع شبکه گسترده است که زیرساخت آن توسط ارائهدهندگان خدمات ابری مثل آمازون، گوگل و مایکروسافت مدیریت میشود. این شبکه امکان دسترسی به منابع و ذخیره سازی از طریق اینترنت را فراهم کرده و به عنوان یکی از رویکردهای نوین در حوزه شبکههای کامپیوتری شناخته میشود.
| نوع شبکه | توضیحات |
|---|---|
| شبکه محلی (LAN) | برای اتصال دستگاهها در محدودهای کوچک، معمولا از کابل یا Wi-Fi استفاده میشود. |
| شبکه گسترده (WAN) | اتصال چندین شبکه محلی و برقراری ارتباط در فواصل دورتر، مانند اینترنت. |
| شبکه شهری (MAN) | مجموعهای از شبکههای محلی در سطح یک شهر یا منطقه جغرافیایی وسیعتر. |
| شبکه شخصی (PAN) | اتصال دستگاههای شخصی مثل گوشی و لپ تاپ در برد کوتاه، معمولا از بلوتوث یا Wi-Fi. |
| شبکه بیسیم محلی (WLAN) | مشابه LAN ولی ارتباط به صورت بیسیم از طریق امواج رادیویی. |
| شبکه محوطهای (CAN) | مجموعهای از شبکههای محلی در یک مجموعه مثل دانشگاه یا شرکت. |
| شبکه ذخیرهسازی (SAN) | برای مدیریت و انتقال دادههای ذخیرهشده در سرورها طراحی شده است. |
| شبکه خصوصی مجازی (VPN) | ایجاد ارتباط امن و رمزگذاری شده در شبکه عمومی برای دسترسی از راه دور. |
| شبکه فیبر نوری غیرفعال (PON) | بر پایه فیبر نوری برای ارائه خدمات اینترنت پرسرعت به کاربران خانگی و تجاری. |
| شبکه ارائهدهنده خدمات | توسط شرکتهای مخابراتی برای فراهم کردن دسترسی به اینترنت و خدمات ارتباطی. |
| شبکه ابری (Cloud Network) | شبکهای گسترده که زیرساخت آن توسط ارائه دهندگان خدمات ابری برای ذخیره سازی و دسترسی به منابع مدیریت میشود. |
انواع توپولوژیهای شبکه
برای ایجاد و مدیریت شبکههای کامپیوتری، روشهای مختلفی برای اتصال دستگاهها به یکدیگر وجود دارد که به عنوان توپولوژی شبکه شناخته میشوند. توپولوژیها ساختار فیزیکی یا منطقی ارتباط میان دستگاهها را تعیین کرده و نقش مهمی در عملکرد، ایمنی و هزینههای شبکه دارند. انواع توپولوژیهای شبکه به شرح زیر هستند:
توپولوژی نقطه به نقطه (Point-to-Point Topology)
در توپولوژی نقطه به نقطه، ارتباط تنها میان دو دستگاه برقرار میشود؛ یکی فرستنده و دیگری گیرنده. این روش سادهترین نوع ارتباط بوده و پهنای باند بالایی را ارائه میدهد.
توپولوژی مش (Mesh Topology)
در توپولوژی مش، هر دستگاه به وسیله لینکهای اختصاصی به دیگر دستگاهها متصل میشود. این نوع از شبکه امنیت بالایی دارد و ارتباط سریع را میان کاربران فراهم میکند. اما هزینه کابلکشی و نگهداری آن زیاد بوده و نصب و پیکربندی دشواری دارد. به همین دلیل، در سیستمهای حیاتی مثل ارتباطات نظامی و ناوبری هوایی استفاده میشود.
توپولوژی ستاره (Star Topology)
در این نوع توپولوژی، همه دستگاهها به یک هاب مرکزی متصل هستند. این ویژگی باعث میشود که اگر یکی از دستگاهها دچار مشکل شود، دیگر بخشها به کار خود ادامه دهند. (نکته: خرابی هاب باعث اختلال کلی در شبکه میشود.) هزینه نصب توپولوژی ستاره نسبتا بالاست، اما مدیریت و عیبیابی آن بسیار آسانتر از دیگر مدلهاست. از Star Topology در شبکههای LAN و ارتباطات بیسیم مثل Wi-Fi استفاده میشود.
توپولوژی اتوبوس (Bus Topology)
در توپولوژی باس، همه دستگاهها به وسیله یک کابل اصلی به یکدیگر متصل هستند. این مدل ساده و کم هزینه است، اما اگر کابل اصلی خراب شود، کل شبکه از کار میافتد. (در Bus Topology اطلاعات در دو جهت روی این کابل حرکت میکند.) علاوه بر آن، افزایش تعداد دستگاهها میتواند منجر به کاهش سرعت و افزایش تداخل دادهها شود.
از توپولوژی اتوبوس بیشتر در شبکههای کوچک و قدیمی استفاده میشود.
توپولوژی حلقه (Ring Topology)
همانطور که از نام آن پیداست، دستگاهها دایره وار به یکدیگر متصل هستند و هر دستگاه تنها با دو دستگاه همسایه خود در ارتباط است. در توپولوژی حلقه، معمولا دادهها در یک جهت حرکت میکنند، ولی در مدل حلقه دوگانه امکان انتقال از هر دو جهت وجود دارد.
توپولوژی درختی (Tree Topology)
نسخه تعمیم یافتهای از توپولوژی ستاره است. در این مدل، یک هاب مرکزی به چندین هاب فرعی وصل میشود و هرکدام از این هابهای فرعی نیز دستگاههای شبکه را مدیریت میکنند. این ساختار باعث میشود شبکه مقیاس پذیر شده و دستگاههای زیادی را پشتیبانی کند. در این روش، عیب یابی آسان است، اما به شدت به هاب مرکزی وابسته است. یعنی اگر این هاب از کار بیوفتد، کل شبکه دچار مشکل میشود.
توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology)
انعطاف پذیرترین نوع توپولوژیها است و ترکیبی از چندین توپولوژی مختلف در یک شبکه واحد محسوب میشود. این ساختار به سازمانها اجازه میدهد تا بهترین ویژگیهای هر توپولوژی را ترکیب کرده و شبکهای متناسب با نیازهای خود طراحی کنند. از طرفی، این توپولوژی به راحتی گسترش مییابد و میتوان دستگاههای جدید را بدون مشکل به شبکه اضافه کرد.
با این وجود، طراحی و مدیریت یک شبکه ترکیبی پیچیده و هزینهبر نیز هست.
کاربردهای استفاده از شبکههای کامپیوتری
نقش شبکه در زندگی روزمره چیزی نیست که بتوان از آن چشم پوشی کرد. اگر بخواهیم برخی از این کاربردها را نام ببریم، باید گفت:
- برقراری ارتباط میان افراد و سازمانها
- به اشتراک گذاری منابع و کاهش هزینهها و افزایش بهره وری
- دسترسی از راه دور به اطلاعات و سیستمها
- فراهم کردن امکان همکاری تیمی روی پروژهها
- فروش محصولات به صورت آنلاین، پرداختهای ایمن و ارائه خدمات بهتر به مشتریان
- فراهم کردن امکان سرگرمیهای متنوع، از بازیهای آنلاین گرفته تا پخش فیلم و موسیقی و غیره
این کاربردها نشان دهنده اهمیت روزافزون شبکههای کامپیوتری در تمامی جنبههای زندگی مدرن هستند.
خلاصه کلام
در دنیای دیجیتالی امروز، شبکههای کامپیوتری مثل شریانهای حیاتی برای ارتباط و تبادل اطلاعات هستند. به وسیله این شبکهها شما میتوانید در کمترین زمان ممکن به اطلاعات خود دسترسی، با دیگران ارتباط برقرار کنید و یا منابع را به اشتراک بگذارید. خلاصه که درک نحوه عملکرد این شبکهها و اهمیت آنها برای دنیای مدرن، به شما کمک میکند تا بهتر از فناوریهایی که در اختیار دارید استفاده کنید و دنیای دیجیتال را با دقت و ایمنی بیشتری بررسی نمایید.
سوالات متداول
- Clientها یک عنصر ارتباطی بوده که خدمات شبکه را درخواست میکنند. مثل دسترسی به یک صفحه از وب یا غیره.
- Server عنصری است که به درخواستهای مشتریان پاسخ داده و خدمات مورد نیاز کلاینت را ارائه میدهد.
شبکه از مجموعه از دو یا چند دستگاه مجزا تشکیل شده که به یک دیگر متصل اند و میتوانند با یک دیگر ارتباط برقرار کنند. شبکه ها را میتوان بر اساس معیار های مختلفی مثل محدوده، نوع اتصال، رابطه عملکردی، توپولوژی یا عملکرد طبقه بندی کرد.
منابع
- https://www.geeksforgeeks.org/types-of-network-topology/
- https://www.geeksforgeeks.org/uses-of-computer-network/
- https://www.ibm.com/think/topics/networking
