‫پروژه شبکه های کامپیوتری

سخت افزار شبکه

با توجه به جنبه تکنیکی شبکه طبقه بندی خاصی وجود ندارد که تمام شبکه های کامپیوتری را در برگیرد، اما دو بعد قضیه مهم است : فناوری انتقال و مقیاس. اکنون هر کدام از آن ها را به نوبت بررسی می کنیم . دو نوع فناوری انتقال به وفور مورد استفده قرار می گیرد:

1. شبکه های پخشی .                                 2.شبکه های نقطه به نقطه .

شبکه های پخشی کانال ارتباطی منفردی دارن که بین تمام ماشین های موجود در شبکه مشترک است . پیام های کوتاهی که یک ماشین در شبکه ارسال می کند ، تمام ماشین های موجود در شبکه می توانند ان را دریافت کنند. این پیام های کوتاه ، بسته نام دارد . فیلد آدرس موجود در بسته ، مشخص می کند که بسته برای چه کسی ارسال شده است. ماشین پس از دریافت بسته ، فیلد آدس را کنترل می کند اگر بسته ای برای وی ارسال شده باشد ، ان را پردازش می کند ، اگر بسته برای ان ماشین نباشد ان را نادیده می گیرد.در سیستم ها پخشی می توان کاری کرد که یک بسته به تمام ماشین های موجود در شبکه ارسال شود . این کار با کد خاصی در فیلد آدرس صورت می گیرد ، وقتی بسته این با این کد ارسال می شود تمام ماشین های موجود در شبکه ان را دریافت کرده پردازش می کنند این حالت را حالت پخشی می گویند . بعضی از سیستم های پخش امکان انتقال به زیر مجموعه ای از ماشین را فراهم می کنند که گاهی به آن ها چند پخشی می گویند . یک روش این است که بیتی را به حالت چند پخشی اختصاص داد n-1بیت باقیمانده آدرس ، می تواند بیانگر شماره گروهی از ماشین ها باشد .هر ماشین می تواند عضو یک یا تمام گروه ها شود . وقتی بسته ای به گروه خاصی ارسال شد، به تمام ماشین های عضو آن گروه تحویل داده می شود.

بر عکس در شبکه های نقطه به نقطه اتصال های زیادی بین جفتهایی از ماشین ها وجود دارد . بسته در چنین شبکه ای برای رفتن از منبع به مقصد ممکن است از چند ماشین میانی بگذرد . اغلب مسیرهای گوناگون با طول های متفاوتی را می تواند طی کند؛ لذا الگوریتم مسیر یابی نقش مهمی را در این شبکه ها بازی می کند وبه عنوان یک قاعده کلی (گرچه استثناهای زیادی وجود دارد)، در شبکه های کوچک ، از پخش و در شبکه های بزرگ از نقطه به نقطه استفاده می شود . انتقال نقطه به نقطه ای که دارای یک فرستنده و یک گروه است ، تک پخشی نام دارد .

معیار دیگر طبقه بندی شبکه ها مقیاس آن ها است سیستم های چند پردازنده ای براساس اندازه فیزیکی طبقه بندی شده اند . در بالای همه آن ها ، شبکه های شخصی قرار دارند . این شبکه ها به یک نفر تعلق دارند . به عنوان مثال شبکه بی سیمی که کامپیوتری را به ماوس ، صفحه کلید و چاپگر وصل می کند، یک شبکه شخصی است. علاوه بر این ، یک pda که به شنیدن افرد کمک می کند یا ضربان قلب او را تنظیم می کند ، در این دسته می گنجد . بعد از آن شبکه های بزرگ تری قرار می گیرند . این ها را می توان بهش بکه های محلی ، شبکه های محلی ، شهری و گسترده به عنوان معیاری برای طبقه بندی شبکه است ، زیرا در مقیاس های مختلف ، فناوری های مختلفی به کار گرفته می شود ،

شبکه های محلی

شبکه های محلی (LAN ) ، در داخل یک ساختمان و در فواصل کم ( در حد چند کیلومتر) مورد استفاده قرار می گیرند.

این نوع شبکه ها برای اتصال کامپیوترهای شخصی  و ایستگاه های کاری در دفاتر شرکت ها و کاخانه ها به کار می روند تا منابع ( مثل چاپگر) را به طور اشتراکی استفده کرد ه اطلاعات را مبادله کنند. شبکه های محلی با سه ویژگی از سایر شبکه ها مجزا شده اند : 1.اندازه 2.فناوری انتقال 3.توپولوژی.

اندازه شبکه های محلی محدود است یعنی زمان انتقال بدترین حالت ، محدود بوده از قبل مشخص است .دانستن این زمان موجب شد تا بعضی از طراحی ها امکان پذیر شود . مدیریت شبکه را نیز آسان می کند.

فناوری انتقال در شبکه های محلی حاوی کابل منفردی است که تمام ماشین ها به آن وصل شده اند ؛ مثل خطوط تلفنی که در نواحی روستایی مورد استفاده قرار می گیرد . شبکه های محلی قدیمی با سرعت 10تا 100 مگابایت در ثانیه کار کرده ، تأخیرآن ها کم بوده (میکرو ثانیه یا نانوثانیه) و خطای آن بسیار اندک بود . شبکه های محلی جدید تر با سرعت بیشتری کار کرده اند ( تا 10گیگا بایتدر ثانیه ). هر مگابایت 1000.000بیت بر ثانیه و یک گیگا بیت 1000.000.000 بیت بر ثانیه است.

توپولوژی‌های گوناگونی برای شبکه های محلی پخش فراهم است. در شبکه خطی ( مثل کابل خطی ) در هر لحظه یک ماشین اجازه انتقال را دارد. سایر ماشین ها از ارسال اطلاعات خودداری می کنند اگر دو یا چند ماشین ، همزمان بخواهند عمل انتقال را انجام دهند ، برای جلوگیری از این وضعیت  نیاز به یک راهکار داوری است . این راهکار داوری ممکن است متمرکز یا توزیع شده باشد.که اترنت نامیده می شود، شبکه پخشی خطی با کنترل غیر متمرکز است که در 10مگابایت در ثانیه تا 10 گیگا بیت در ثانیه عمل می کند . کامپیوترها در اترنت ، هر وقت در یک زمان تصادفی منتظر می ماند و مجدداً تلاش می کند.

سیستم پخش نوع دوم ، حلقوی است در حلقه هر بیت دور خودش انتشار می یابد و منتظر بقیه بیت هایی که متعلق به آن بسته هستند نمی ماند. هر بیت ، در مدت زمانی که برای انتقال تعدادی از بیت ها لازم است ، حلقه را می پیماید ( اغلب ، قبل از این که بسته کاملاً منتقل شده باشد). همچون سایر سیستم های پخشی ، برای دستیابی همزمان به حلقه ، به راهکار داوری نیاز است .

شبکه های پخشی بر اساس چگونگی تخصیص کانال می توانند به شبکه ایستا و پویا تقسیم شوند .تخصیص ایستا زمان را به فواصلی تقسیم کرده الگوریتم نوبتی سازی را اجرا می کند ، هر ماشین فقط وقتی که به فاصله زمانی به وی اختصاص یافت ، اجازه پخش دارد . در تخصیص ایستا چنانچه حین اختصاص فاصله زمانی به یک ماشین ، آن ماشین چیزی برای انتقال نداشته باشد، کل ظرفیت به هدر می رود لذا، اغلب سیستم ها کانال را به طوری پویا تخصیص می دهند.

روش های تخصیص پویا برای کانال مشترک ، متمرکز یا غیر متمرکزاند . در روش تخصیص متمرکز کانال ، نهادی مثل داوری خط وجود دارد که نفر بعدی را مشخص می کند . برای این کار درخواست ها را می پذیرد و براساس الگوریتم های داخلی تصمیم می گیرد. در روش تخصیص غیر متمرکز کانال ، نهادی مرکزی وجود ندارد ؛ هر ماشین باید خودش تصمیم بگیرد که انتقال صورت گیرد یا خیر ، ممکن است تصور شود که این کار موجب آشوب گردد، اما این طور نیست در ادامه ،، الگوریتم هایی در این زمینه مطالعه خواهیم کرد.

شبکه های شهری

شبکه شهری یا MAN  یک شهر را تحت پوشش قرار می دهند بهترین مثال شبکه شهری ، شبکه تلویزیون کابلی است که در بسیاری از شهرها وجود دارد . این سیستم ناشی از رشد سیستم های آنتنی اولیه است که برای مناطقی که دریافت برنامه های تلویزیونی دشوار بود ، استفاده شده است . در این سیستم های اولیه ، یک انتن بزرگ د بالای تپه ای نصب می شد و سیگنال ها به خانه های مشترکین ارسال می شد.

در آغاز این سیستم ها به طور محلی طراحی شده اند . سپس شرکت هایی وارد تجارت شده اند و از مسئولین شهر اجازه گرفتند تا کل شهر را سیم کنند . مرحله بعدی ، تهیه برنامه های تلویزیونی بود و حتی تمام کانال ها فقط  برای کابل ها طراحی شدند . اغلب این کابل ها اختصاصی بودند مثل اخبار ، ورزش ها اشپزی ، باغ داری و غیره .اما در دهه 1990 فقط برای دریافت برنامه های تلویزیونی اختصاص یافتند .

وقتی اینترنت طرفداران زیادی پیدا کرد ، گردانندگان شبکه تلویزیونی کابلی به این نتیجه رسیدند که ب تغییراتی در سیستم می توانند در بخش های بلااستفاده طیف ، خدمات دو طرفه اینترنت را ارائه کنند . از آن زمان سیستم تلویزیون کابلی از حالت پخش تلویزیونی به شبکه شهری گرایش پیداکرد . در شبکه شهری سیگنال های تلویزیونی و اینترنت به یک ایستگاه اصلی متمرکز می روند تا بعداً به خانه های مردم توزیع شوند .

تلویزیون کابلی ، تنها شبکه شهری نیست . توسعه های اخیر در دستیابی و بی سیم به اینترنت ، شبکه شهری دیگری ایجاد کرد که به صورت استاندارد IEEE 802.16  در آمد.

شبکه های گسترده

در اعلب شبکه های گسترده ، زیر شبکه از دو مؤلفه مجزا تشکیل می شود : خطوط انتقال و عناصر راه گزینی . خطوط انتقال بیت ها را بین ماشین ها منتقل می کنند . این ها از سیم های مسی فیبر نوری یا خطوط انتقال به کار می ورند. وقتی داده ها به خط ورودی می رسند ، عناصر راه گزینی باید خطوط خروجی را برای پیشروی آن ها انتخاب کنند . این کامپیوترها در گذشته به نام های مختلفی خوانده می شدند ولی اکنون بیشتر به مسیریاب خوانده می شوند .

در اغلب شبکه های گسترده ، کابل ها یا خطوط تلفن متعددی وجود دارد که هر کدام دو تا از مسیریاب ها ر به هم وصل می کنند . اگر دو مسیریابی که با کابلی به هم  وصل نیستند بخواهند ؛ با هم ارتباط برقرار کنند ، باید این کار را از طریق مسیریاب های دیگر به طور غیر مستقیم انجام دهند . وقتی بسته ای ، از یک مسیریاب ، از طریق یک یا چند مسیریاب میانی ، برای مسیریاب دیگر ارسال می شود و سپس ارسال می شود ، توسط هر مسیریاب میانی به طور کامل دریافت شده ، در آنجا سازمان دهی شده است ، زیرا شبکه ذخیره و ارسال یا راه گزینی بسته ای نام دارند. اگر بسته های کوچک و یکسان باشند، معمولاً سلول نامیده می شوند.

شبکه راه گزینی بسته ای ارزش آن را دارد که بحث بیشتری راجع به ان ارائه شود. به طور کلی ، وقتی فرآیندی در میزبان ، پیامی دارد که می خواهد به فرآیندی در میزبان دیگر بفرستد ، میزبان فرستنده ابتدا پیام را به بسته ها تبدیل میکند که هر کدام دارای یک شماره است . سپس این بسته ها یکی یکی و پشت سرهم در شبکه قرار میگیرند بسته ها به طور انفرادی در شبکه منتقل می شوند و به میزبان گیرنده می رسند این بسته ها در میزبان گیرنده به هم وصل می شوند تا پیام اصلی را ایجاد کنند وسپس به فرآیند دیگری تحویل داده می شوند .

تصمیمات مسیریابی به طور محلی اتخاذ می گردد . وقتی بسته ای به مسیریاب A می رسد ،A تصمیم می گیرد آن را به خط B بفرستد یا C . چگونگی تصمیم گیری A ، الگوریتم مسیریابی نام دارد.

تمام شبکه های گسترده ، به روش راه گزینی بسته ای عمل نمی کنند امکان دوم برای شبکه های گسترده ، سیستم ماهواره است . تمام موارد می توانند انتقال های روبه بالای مسیریاب های همتای خود را که به ماهواره ارسال می شود دریافت نمایند . گاهی مسیریاب ها به زیر شبکه نقطه به نقطه وصل می شوند که  فقط بعضی از آنها آنتن ماهواره دارند. شبکه های ماهواره ای پخشی هستند و هنگامی مفید واقع می شوند که ویژگی پخشی مهم باشد.

شبکه های بی سیم

ارتباط بی سیم دیجیتال یک ایده جدید نیست در اوایل سال 1901فیزیکدان ایتالیائی گوگایلمومارکونی ، با استفاده از کدمورس تلگراف بی سیم کشتی  به ساحل را تشریح کرد . کارایی سیستم های بی سیم دیجیتال نوین بهترین است.

ایده آن ها یکسان است . شبکه های بی سیم را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

1.اتصال سیستم          2. LAN بی سیم               3.WAN بی سیم

اتصال سیستم ، مربوط به اتصال مؤلفه های یک کامپیوتر با استفاده از امواج رادیویی برد کوتاه است . تقریباً هر کامپیوتر دارای مانیتور ، صفحه کلید ، ماوس و چاپگر است که به وسیله کابل به کامپیوتر وصل می شوند. بنابراین کاربران جدید در اتصال آن ها به کامپیوتر با مشکل مواجه خواهند شد. به همین دلیل ، اغلب فروشندگان کامپیوتر، فردی را به خانه کسی ک کامپیوتر را خریده است می فرستند تا ای خدمات را ارائه کند. در نتیجه بعضی از شرکت ها دست به دست هم دادند تا یک شبکه بی سیم کوچک به نام  BLUETOOTH طراحی کنند تا این مؤلفه ها را بدون سیم به هم وصل کند. BLUETOOTH اجازه می دهد که دوربین های دیجیتال ، گوشی ها ، اسکنرها و سایر دستگاه ها نیز به کامپیوترها وصل شوند. یعنی نیاز به اتصال کابل نیست ، باید  آن ها را تهیه کرد و در کنار کامپیوتر قرار داد، روشن کردو استفاده نمود. این موضوع ، برای بسیاری از افراد مناسب است.

در ساده ترین شکل ، شبکه های اتصال سیستم ، از الگوی رئیس / مرئوس پیروی می کنند. واحد سیستم به عنوان رئیس است و به صفحه کلید ، ماوس و غیره به عنوان مرئوس دستور می دهد . رئیس به مرئوسین می گوید از چه آدرس هایی استفاده کنند ، کی می توانند کار کنند ، چه مدت می توانند عمل انتقال را انجام دهند ، از چه فرکانسی استفاده کنند و غیره.

دسته بعدی ، LAN های بی سیم هستند در این سیستم ها هر کامپیوتر دارای یک مودم رادیویی و آنتن است که از طریق آن می تواند با کامپیوترهای دیگر ارتباط برقرار کند . معمولاً یک آنتن سقف وجود دارد که ماشین با آن ارتباط برقرار می کند اما اگر سیستم ها به اندازه کافی به هم نزدیک باشند ، می توانند به صورت پیکر بندی نظیر به نظیر ، مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. LAN  های بی سیم به طور فزاینده ای در دفاتر کوچک پیکر بندی نظیر به نظیر ، مستقیماً با یکدیگر اراتباط برقرار می کنند .lan های بی سیم به طور فزاینده ای در دفاتر کوچک و خانه ها مورد استفاده قرار می گیرند. در حالی که نصب اترنت در این محل ها دشوار است . علاوه بر این در ساختمان های قدیمی ، اتاق کنفرانس ، غذا خوری شرکت و غیره به کار می آید.

سومین نوع شبکه بی سیم در سیستم های گسترده مورد استفده قرار می گیرد . شبکه رادیویی که برای تلفن های سلولی استفاده شده است . نمونه ای از سیستم بی سیم با پهنای باند اندک است. این سیستم دارای سه نسل است . نسل اول آن آنالوگ و فقط برای صوت بود . نسل دوم دیجیتال و فقط برای صوت بود . نسل سوم دیجیتال است و برای صوت و داده ها است . شبکه های بی سیم سلولی از جهاتی شبیه lan های بی سیم است ، با این تفاوت که مسافت های طولانی اند و نرخ انتقال بیت ها کند تر است . lan های بی سیم می توانند در مسافت های بیش از ده ها متر ، با نرخ mbps50 کار کنند. سیستم های سلولی با نرخ کمتر از mbps1 کار می کنند، اما فاصله بین ایستگاه اصلی و کامپیوتر یا تلفن ، برحسب کیلومتر اندازه گیری می شود، نه متر.

شبکه های خانگی

شبکه بندی خانگی در افق است. تصور می شود که در آینده اغلب خانه ها برای شبکه بندی مهیا می شوند . هر دستگاه موجود در خانه قادر است با هر دستگاه دیگری ارتباط برقرار کند و تمام آن ها از طریق اینترنت قابل دستیابی اند . این موضوع ، یک مفهوم بصری است که هیچ کس در مورد ان سئوال نمی کند (مثل کنترل را ه دور تلویزیون یا تلفن های همراه) ، اما وقتی این کار صورت گرفت ، هیچ کس نمی تواند تصور کند که چگونه با ان ها زندگی کند. بسیاری دستگاه ها قابلیت شبکه شدن را دارند . بعضی از ان ها عبارتند از :

1.کامپیوترها (pc رومیزی ،pc کیفی ، pad، دستگاه های جانبی اشتراکی).

2.تفریح (tv،dvd،vcr، دوربین ، استریو ، mp3 و دوربین ویدیویی)

3. ارتباطات راه دور (تلفن ، تلفن همراه ، آیفون ، فاکس).