مبانی شبکه : سخت افزار شبکه ( بخش اول )

تاکنون مقالات متعددی در رابطه با شبکه و تجهیزات سخت افزاری بکار گرفته شده در آن بر روی سایت منتشر شده است . در تهیه مقالات فوق ، فرض ما بر این بوده است که خوانندگان محترم از جمله کاربران آشنا به دنیای شبکه های کامپیوتری می باشند .شاید نوبت آن باشد که مطالبی برای علاقه مندانی که اخیرا" قدم در این عرصه گذاشته اند نیز بر روی سایت منتشر شود . در مجموعه مطالبی که با این هدف بر روی سایت منشتر خواهد شد با مفاهیم مهم و کلیدی شبکه آشنا خواهیم شد تا از این رهگذر بتوانیم یک شبکه عملیاتی را ایجاد نمائیم .
در اولین بخش به بررسی سخت افزار شبکه خواهیم پرداخت .

 کارت شبکه
اولین عنصر سخت افزاری که به تشریح جایگاه و عملکرد آن در یک شبکه خواهیم پرداخت ، کارت شبکه است . به کارت شبکه ، کارت اینترفیس شبکه و یا NIC ( برگرفته از Network Interface Cards ) نیز گفته می شود . مهمترین رسالت و یا وظیفه کارت شبکه ، اتصال فیزیکی یک کامپیوتر به شبکه است تا امکان مبادله اطلاعات برای وی فراهم گردد .
کارت شبکه می بایست با نوع محیط انتقال مطابقت و به نوعی با آن سازگار باشد . منظور از محیط انتقال ، نوع کابلی است که از آن در شبکه استفاده می گردد ( شبکه های بی سیم شرایط مختص به خود را دارند که در مطالب جداگانه ای به تشریح آنها خواهیم پرداخت ) .
با توجه به وجود استانداردهای متعدد ، تشخیص سازگاری کارت شبکه با محیط انتقال ، کار چندان مشکلی بنظر نمی آید . قبل از ایجاد شبکه و خرید تجهیزات سخت افزاری مورد نیاز( نظیر کارت شبکه و کابل ) ، می بایست در ابتدا مشخص گردد که قصد استفاده از کدام استاندارد شبکه را داریم . اترنت ، Token ring و Arcnet نمونه هائی از استانداردهای مختلف شبکه می باشند . توجه داشته باشید که هر فناوری شبکه دارای نقاط قوت و ضعف مختص به خود می باشد و همواره می بایست گزینه ای انتخاب گردد که قادر یه تامین نیازهای یک سازمان با شرایط مطلوب تری باشد .
اکثر فناورهای شبکه که به آنها اشاره گردید ، منسوخ و در حال حاضر تقریبا" اترنت تنها گزینه برای ایجاد شبکه های کابلی در اکثر سازمان ها (صرفنظر از ابعاد آنها ) می باشد .

در شبکه های اترنت پیشرفته ، از کابل های بهم تابیده موسوم به twisted pair با هشت رشته سیم استفاده می شود  که با یک نظم خاص سازماندهی می گردند . از یک کانکتور RJ-45 در دو سر کابل استفاده می گردد . کانکتور RJ-45 نظیر کانکتورهای استفاده شده در خطوط تلفن است با این تفاوت که اندازه آن بزرگتر می باشد . در خطوط تلفن از کانکتورهای RJ-11 استفاده می شود .

هاب و سوئیچ
کامپیوتر های موجود در یک شبکه  از کارت شبکه به منظور ارسال و دریافت داده استفاده می نمایند. داده بر روی کابل های اترنت منتقل می گردد . معمولا" نمی توان صرفا" از یک کابل اترنت بین دو کامپیوتر استفاده نمود و نام آن را هم شبکه گذاشت .
همزمان با گسترش و عمومیت دستیابی سریع به اینترنت ، احتمالا" با واژه broadband بدفعات برخورد نموده اید . در شبکه های broadband ، ارسال و دریافت داده بر روی رشته سیم های مشابه انجام می شود . در شبکه های اترنت از  فناوری Baseband به منظور مبادله اطلاعات استفاده می گردد . در این نوع شبکه ها به منظور ارسال و دریافت داده از رشته سیم های جداگانه ای استفاده می گردد . این بدان معنی است که اگر کامپیوتری در حال ارسال داده از طریق رشته سیم هائی خاص از یک کابل اترنت باشد ، کامپیوتر دریافت کننده داده نیازمند رشته سیم هائی است که به پورت دریافت هدایت شده اند.
با استفاده از روش فوق می توان دو دستگاه کامپیوتر را به یکدیگر متصل نمود . در چنین مواردی می بایست از یک کابل کراس ( cross ) استفاده نمود . کابل کراس ، یک کابل شبکه است که رشته سیسم های ارسال و دریافت آن بصورت معکوس بسته شده اند . بدین ترتیب ، می توان دو کامپیوتر را مستقیما" به یکدیگر متصل نمود .
با استفاده از کابل کراس نمی توان شبکه ای با بیش از دو دستگاه کامپیوتر را ایجاد نمود . در مقابل استفاده از کابل کراس ، در اکثر شبکه ها از کابل های اترنت معمولی استفاده می گردد . در این نوع کابل ها رشته سیم های ارسال و دریافت بصورت معکوس نخواهند بود .
به منظور مبادله موفقیت آمیز داده ، رشته سیم های دریافت و ارسال می بایست در نقاط خاصی معکوس گردند . این وظیفه بر عهده هاب و یا سوئیچ است . در ابتدای شکل گیری شبکه های کامپیوتری ، استفاده از هاب بسیار متداول بود ولی امروزه این وضعیت وجود ندارد و سوئیچ جایگزین آن شده است . به منظور تشریح عملکرد سوئیچ ، بد نیست که در ابتدا با نحوه عملکرد هاب آشنا شویم .
با این که هاب در شکل و اندازه های متعددی تولید و ارائه شده است ولی آنها چیزی بیشتر از یک جعبه به همراه تعداد محدودی پورت RJ-45 نمی باشند .هر کامپیوتر موجود در شبکه از طریق یک کابل اترنت به هاب متصل می شود . 

 هاب دارای دو وظیفه عمده در شبکه است :

  • ارائه یک نقطه مرکزی برای اتصال تمامی کامپیوترهای موجود در شبکه . هر کامپیوتر موجود در شبکه به هاب متصل می گردد . در صورت نیاز می توان چندین هاب را به یکدیگر متصل تا بتوان کامپیوترهای بیشتری را به شبکه متصل نمود .

  • سازماندهی پورت های ارسال و دریافت داده . در صورتی که یک کامپیوتر اقدام به ارسال داده نماید ، داده بر روی رشته سیم های دریافت کننده ارسال گردد .

شاید برای شما این سوال مطرح شده باشد که در صورت اتصال بیش از دو دستگاه کامپیوتر به هاب ، چگونه و بر اساس چه مکانیزمی داده به مقصد مورد نظر خواهد  رسید . رمز این کار در کارت شبکه است . هر کارت شبکه اترنت در کارخانه تولید کننده برنامه نویسی شده و  یک آدرس MAC ( برگرفته از Media Access Control   ) منحصربفرد در آن نوشته می گردد . زمانی که یک کامپیوتر موجود در یک شبکه اترنت که شامل چندین دستگاه متصل به هاب است ، اقدام به ارسال داده می نماید ، داده برای هر یک از کامپیوترها ارسال خواهد شد . کامپیوترهای دریافت کننده پس از دریافت داده ، آدرس مقصد آن را با آدرس MAC خود مقایسه می نمایند و در صورت مطابقت دو آدرس ( آدرس ارسالی موجود در بسته اطلاعاتی با آدرس کامپیوتر دریافت کننده ) ،‌ مقصد داده مشخص خواهد شد و در صورتی که دو آدرس اشاره شده با یکدیگر مطابقت ننمایند ، کامپیوتر دریافت کننده از داده صرفنظر خواهد کرد .
همانگونه که اشاره گردید ، در مواردی که کامپیوترهای موجود در یک شبکه از طریق هاب به یکدیگر متصل می گردند ، هر بسته اطلاعاتی برای هر یک از کامپیوترهای موجود در شبکه ارسال خواهد شد . یکی از نکات قابل تامل در این سناریو ، ارسال فرازمانی داده توسط هر کامپیوتر است ( در هر زمان دلخواه امکان ارسال داده وجود خواهد داشت ) . این وضعیت مشابه طرح سوال همزمان از طرف دو دانشجو در یک کلاس درس است که قصد استفاده از یک منبع مشترک ( معلم ) را دارند . وضعیتی اینچنین بدفعات در شبکه اتفاق می افتد .
زمانی که یک کامپیوتر قصد ارسال داده را داشته باشد ، در ابتدا بررسی می نماید که سایر کامپیوترها چنین قصدی را نداشته باشند و در صورت آزاد بودن محیط انتقال ، اقدام به ارسال داده مورد نظر می نماید . در صورتی که کامپیوتری دیگر سعی در مبادله اطلاعات و در زمان مشابه را داشته باشد ، بسته های اطلاعاتی حاوی داده در طول شبکه با یکدیگر برخورد و از بین خواهند رفت . به همین علت است که به این نوع شبکه ها یک collision domain نیز گفته می شود . در صورت بروز تصادم ، دو کامپیوتر مجبور خواهند بود که پس از یک مدت زمان کاملا" تصادفی ، مجددا" تلاش نمایند تا داده خراب شده را ارسال نمایند . 
به موازات افزایش کامپیوترهای موجود در یک collision domain ، احتمال بروز تصادم نیز افزایش خواهد یافت . وضعیت فوق کارآئی شبکه را به شدت کاهش خواهد داد . به همین علت است که سوئیچ در شبکه مطرح و جایگزین هاب گردید .

عملکرد سوئیچ ، همانند هاب است و تمامی کارهای مشابه یک هاب را انجام می دهد با این تفاوت که زمانی که یک کامپیوتر نیازمند مبادله داده با کامپیوتر دیگر باشد ، سوئیچ از مجموعه ای مدارات منطقی داخلی به منظور ایحاد یک مسیر منطقی و اختصاصی بین دو کامپیوتر استفاده می نماید . این بدان معنی است  که دو کامپیوتر بدون نگرانی در خصوص بروز یک تصادم می توانند با یکدیگر داده مبادله نمایند .
استفاده از سوئیچ بطرز کاملا" محسوسی افرایش کارآئی شبکه را به دنبال خواهد شد و باعث حذف تصادم در یک شبکه می گردد . ویژگی فوق تنها مزیت سوئیچ محسوب نمی گردد و علاوه بر آن می تواند مسیرهای مبادله داده موازی را ایجاد نمایند . به عنوان نمونه زمانی که کامپیوتر A با کامپیوتر B ارتباط برقرار می نماید ، دلیلی ندارد که کامپیوتر C نتواند با کامپیوتر D داده مبادله نماید . در یک collision domain این نوع مبادله داده موازی امکان پذیر نمی باشد .
در این مقاله ، با برخی از عناصر پایه و کلیدی که از آنها به منظور ایجاد یک شبکه استفاده می گردد ، آشنا شدیم . در بخش دوم به بررسی سایر عناصر سخت افزاری یک شبکه خواهیم پرداخت .

  
نویسنده : ali gooliof ; ساعت ۱٢:۳٢ ‎ق.ظ روز ۱۳۸٧/٢/٢