آموزش رایگان CCNA Enterprise؛ قسمت چهارم: شبکه‌های LAN و WAN

در مقاله آموزش رایگان cisco ccna enterprise ؛ قسمت سوم: معماری leaf spine به معرفی معماری برگ ستون فقرات (spine leaf) پرداختیم و در مورد معماری‌های سه لایه در سیسکو و روش‌های غلبه کردن بر محدودیت‌های موجود در پروتکل stp صحبت کردیم.

در قسمت پیش رو توضیحی کوتاه در ارتباط با شبکه‌ها و برخی از اصطلاحات و مفاهیم اولیه پر کاربرد در دنیای شبکه‌ها ارایه می‌کنیم که برای موفقیت در آزمون CCAN Enterprise باید آن‌ها را درک کنید. ممکن است در گذشته این مفاهیم را شنیده یا در مورد آن‌ها خوانده باشید، اما مهم است که بدانید برای آزمون CCNA Enterprise باید درباره توپولوژی‌های مختلف قابل استفاده در شبکه‌ها و همچنین انواع مختلف شبکه‌ها مثل شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های گسترده (WAN) اطلاعات کافی داشته باشید.

• مفهوم شبکه
• شبکه چه ویژگی‌هایی دارد؟
• مولفه‌های ساخت شبکه
• معرفی برنامه‌ها و پروتکل‌های شبکه
• معرفی شبکه محلی – LAN
• معرفی شبکه گسترده – WAN
• انواع اتصال و مدار در WAN
• تفاوت WAN و LAN

مفهوم شبکه

شبکه ماهیتی است شامل تمام مولفه‌هایی (سخت‌افزار و نرم‌افزار) که در اتصال کامپیوترها و برنامه‌ها در فواصل کوچک و بزرگ به یکدیگر نقش دارند. از شبکه‌ها برای به اشتراک‌گذاری اطلاعات و خدمات با کاربران استفاده می‌شود تا به آن‌ها کمک کند بهره‌وری خود در انجام کارها را افزایش دهند. به‌عنوان مثال، در شبکه‌ای ممکن است چاپگری را به‌اشتراک بگذارید تا همه افراد دفتر بتوانند به آن دسترسی داشته باشند. این‌کار به مراتب بهتر از آن است که برای هر کاربر چاپگر جداگانه‌ای خریداری کنید.

شبکه چه ویژگی‌هایی دارد؟

برای پیاده‌سازی موفقیت‌آمیز یک شبکه ابتدا باید نیازها و اهداف سازمان را درک کنید. به همین دلیل هنگام طراحی شبکه بهتر است به ویژگی‌های زیر دقت کنید:

•   مخارج: شامل هزینه مولفه‌های شبکه، نصب و نگهداری از آن‌ها می‌شود.

•   امنیت: شامل محافظت از مؤلفه‌های شبکه و داده‌های موجود در آن‌ها و/یا داده‌های منتقل شده بین مولفه‌ها است.

•   سرعت: شامل توان عملیاتی شبکه است که اجازه می‌دهد داده‌ها در کوتاه‌ترین زمان از مبدا به مقصد برسند.

•   توپولوژی: طرح‌بندی (Schema) کابل‌کشی فیزیکی و روش منطقی انتقال داده‌ها بین مولفه‌ها را توصیف می‌کند.

•   مقیاس‌پذیری: تعیین می‌کند که شبکه چقدر می‌تواند رشد کند و به نیازهای کاربران، برنامه‌ها، و مولفه‌های جدید پاسخ دهد.

•   قابلیت اطمینان: توانایی مولفه‌های شبکه در پاسخ‌گویی به نیازها و پشتیبانی مناسب از اطلاعات و ارتباطات را شامل می‌شود. برای این منظور از سنجه متوسط زمان بین دو خرابی (MTBF) استفاده می‌شود که معمولاً برای نشان دادن احتمال خرابی یک قطعه استفاده می‌شود.

•   دسترس‌پذیری: مدت زمانی را نشان می‌دهد که شبکه در دسترس کاربران قرار داشته است. دسترس‌پذیری به مدت زمانی بر حسب دقایق در سال اشاره دارد که شبکه در دسترس قرار داشته است. این مفهوم ارتباط مستقیمی با Uptime دارد که بیان‌گر مدت زمانی است که شبکه بدون مشکل و خرابی قابل استفاده بوده است. فرمول محاسبه دسترس‌پذیری به شرح زیر است:

مدت زمان در دسترس بودن  =  مدت زمان بالا بودن سیستم / مجموع زمان در یک بازه مشخص

نکته: برای آزمون CCNA Enterprise باید شناخت درستی از مفاهیم یاد شده (هزینه، امنیت، سرعت، توپولوژی، مقیاس پذیری، قابلیت اطمینان و دسترس‌پذیری) داشته باشید تا بتوانید به سوالات به درستی پاسخ دهید. 

مولفه‌های ساخت شبکه

به‌طور معمول برای ساخت یک شبکه به سه مولفه زیر نیاز دارید:

1. نرم‌افزار شبکه: اشاره به دو نوع مؤلفه نرم‌افزاری دارد که به‌نام نرم‌افزار کلاینت و سرور شناخته می‌شود. نرم‌افزار سرور خدمات کاربردی را به کلاینت‌ها در شبکه ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، نرم‌افزار سرور ممکن است فایل‌ها را به اشتراک بگذارد یا قابلیت‌هایی در ارتباط با ارسال، دریافت و مدیریت ایمیل‌ها ارایه کند. نرم‌افزار کلاینت برای ارسال درخواست استفاده از خدمات به سرورها استفاده می‌شود.
2. سخت‌افزار شبکه: مولفه‌های سخت‌افزاری شبکه مواردی مثل هاب‌ها، سوئیچ‌ها، مسیریاب‌ها، فایروال‌ها، نقاط دسترسی بی‌سیم، مودم‌ها و واحدهای سرویس کانال/واحدهای سرویس داده (CSUs/DSU) و… را شامل می‌شوند که مسئول انتقال اطلاعات بین LAN و WAN هستند.
3. نوع رسانه انتقال: کابل‌های مسی یا فیبر را شامل می‌شود که برای اتصال کامپیوترها و مولفه‌های شبکه مورد نیاز هستند تا بتوان اطلاعات را بین مولفه‌ها به اشتراک گذاشت. ارتباطات بی سیم نیز در این دسته قرار می‌گیرند، زیرا برای انتقال داده‌ها از یک سیستم به سیستم دیگر در شبکه استفاده می‌شوند.

معرفی برنامه‌ها و پروتکل‌های شبکه

یکی از مهم‌ترین مولفه‌های دنیای شبکه برنامه‌های کاربردی هستند که برای کاربردهای مختلفی در نظر گرفته شده‌اند. برخی از این برنامه‌ها شبکه-آگاه (network-aware) هستند، به این معنی که شما را قادر می‌سازند به منابعی دسترسی داشته باشید که مستقیماً روی کامپیوتر محلی قرار ندارند یا به مدیریت سامانه‌هایی بپردازید که چندین کیلومتر از شما دور هستند. امروزه هزاران برنامه شبکه در دسترس سرپرستان شبکه قرار دارند، اما برخی از برنامه‌ها کاربرد بیشتری دارند که از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

1. برنامه‌های ایمیل برای ارسال و دریافت ایمیل
2. برنامه‌های پروتکل انتقال فایل (FTP) برای ارسال و دریافت فایل‌ها
3. برنامه‌های کاربردی وب که نمایش گرافیکی از اطلاعات و منابع را ارایه می‌کنند.

پروتکل‌ها زبان تجهیزات شبکه هستند و راهکاری در اختیار آن‌ها قرار می‌دهند تا بتوانند با یکدیگر گفت‌وگو کنند. برخی از پروتکل‌ها استاندارد باز هستند، به این معنی که فروشندگان می‌توانند بر مبنای نیازهای کاری خود تغییراتی در آن‌ها اعمال کنند و پروتکل‌ها را به گونه‌ای ویرایش کنند که با سایر برنامه‌های فروشنده هماهنگ شوند. برخی دیگر از پروتکل‌ها اختصاصی هستند، به این معنی که قابل استفاده با تجهیزات و زیرساخت‌های ارایه شده توسط یک فروشنده خاص هستند. در ادامه فهرستی از پروتکل‌های اینترنتی رایج را مشاهده می‌کنید که روزانه برای برقراری ارتباط با شبکه محلی یا اینترنت از آن‌ها استفاده می‌کنیم:

1. Simple Mail Transfer Protocol: پروتکل انتقال نامه ساده (SMTP) مکانیزمی است که برای ارسال ایمیل استفاده می‌شود.
2. Post Office Protocol 3 (POP3): پروتکلی است که اجازه دانلود ایمیل از سرور ایمیل در سامانه‌های کاربری را می‌دهد.
3. Internet Message Access Protocol: پروتکل دسترسی به پیام اینترنتی نسخه ۴ (IMAP4) پروتکلی است که برای خواندن ایمیل استفاده می‌شود. IMAP4 ضمن ارایه قابلیت‌های کاربردی اضافی از پوشه‌های POP3 نیز پشتیبانی می‌کند.
4. File Transfer Protocol: پروتکل انتقال فایل (FTP) یکی از پر کاربردترین پروتکل‌های اینترنتی برای انتقال فایل‌ها در بستر اینترنت بود که امروزه با نمونه‌‌های بهتری جایگزین شده است.
5. Hypertext Transfer Protocol: پروتکل انتقال ابرمتن (HTTP) راهکاری است که برای ارسال صفحات وب از وب‌سرور برای مرورگرهای وب استفاده می‌شود. همه وب‌سرورهای محبوب مثل خدمات اطلاعات اینترنتی (IIS) و Apache از پروتکل مذکور پشتیبانی می‌کنند هرچند امروزه به دلایل امنیتی این پروتکل به ندرت استفاده می‌شود و جای خود را به HTTPS داده است.

هر برنامه‌ کاربردی تحت وب از پروتکل‌ها برای کاربردهای خاصی استفاده می‌کند و بنابراین همگی عملکرد یکسانی ندارند. به بیان دقیق‌تر:

1. برخی از برنامه‌ها مانند ایمیل به پهنای باند کمی نیاز دارند.
2. برخی دیگر مانند نرم‌افزارهای پشتیبان‌گیری، نرم‌افزارهای ویدئویی و نرم‌افزارهای انتقال فایل به پهنای باند زیادی نیاز دارند.
3. برخی دیگر از برنامه‌ها عملکرد بلادرنگ دارند مانند انتقال صدا VoIP و استریم‌های ویدیویی.
4. برخی دیگر تعاملی هستند، مانند پیام‌رسان‌های فوری و اجرای پرس‌و‌جوها روی پایگاه‌های داده.
5. و برخی دیگر به شکل دسته‌ای عمل می‌کنند و به تعامل کمی به کاربر نیاز دارند مثل پروتکل TCP/IP که مجموعه‌ای متشکل از پروتکل‌های مختلف است که هماهنگ با هم کار می‌کنند.

تقریبا در شبکه‌های سازمانی بزرگ تمامی این برنامه‌ها و پروتکل‌ها به روش‌های مختلف استفاده می‌شوند و هر یک الزامات خاص خود را دارند. به‌طوری که برخی از آن‌ها به پهنای باند زیادی برای انتقال‌ فایل‌های بزرگ نیاز دارند (مثل شبکه‌های نظارت تصویری)، برخی دیگر به حداقل پهنای باند نیاز دارند (مثل برنامه‌های چت آنلاین) و برخی دیگر حساس به زمان هستند (مثل VoIP و ویدیو کنفرانس‌ها). برای پاسخ‌گویی به تمامی این نیازها مفهومی به‌نام کیفیت خدمات (QoS) ابداع شد تا به همه این الزامات پاسخ دهد.

نکته امتحانی: برای آزمون ccna به یاد داشته باشید که ترافیک VoIP و ویدیو حساس به زمان و تأخیر هستند. بنابراین، QoS معمولاً برای اطمینان از این‌که برنامه‌های مذکور پهنای باند کافی دارند و اولویت‌بندی در شبکه به درستی اعمال شده استفاده می‌شود تا میزان تاخیر را به کمترین مقدار ممکن برساند.

تجهیزات در مکان‌های مختلفی نصب و استفاده می‌شوند. جدول زیر مهم‌ترین و پر کاربردترین اصطلاحات رایج مرتبط با محیط قرارگیری تجهیزات شبکه – network location را نشان می‌دهد.

معرفی شبکه محلی – LAN

شبکه‌های محلی (LAN) به منظور مرتبط کردن تجهیزات تحت شبکه‌ای استفاده می‌شوند که در یک منطقه جغرافیایی نزدیک، مانند طبقه یک ساختمان، خود یک ساختمان یا در محیط دانشگاه قرار دارند. در lan، طیف وسیع و متنوعی از دستگاه‌ها مانند رایانه‌های شخصی، سرورها، سوئیچ‌ها، روترها، سوئیچ‌های چندلایه، دروازه‌های صوتی (Voice Gateways)، فایروال‌ها و سایر دستگاه‌ها را مشاهده می‌کنید. از رسانه‌های ارتباطی پر کاربرد در شبکه‌های lan کابل‌های مسی و فیبر هستند.

این شبکه‌ها می‌توانند از توپولوژی‌های مختلف مثل اترنت، اترنت سریع (Fast Ethernet)، اترنت گیگابیتی (Gigabit Ethernet)، حلقه توکن (Token Ring) و رابط داده توزیع شده فیبر (FDDI) سرنام Fiber Distributed Data Interface استفاده کنند که هر یک از این فناوری‌ها توصیف‌کننده معماری‌های مختلف شبکه هستند.

امروزه، بخش عمده‌ای از شبکه‌های سازمانی مبتنی بر پروتکل اترنت هستند که در شماره‌های آتی و هنگامی که به سراغ معماری شبکه خواهیم رفت درباره آن‌ها بیشتر صحبت می‌کنیم.

نکته امتحانی: اترنت یکی از مهم‌ترین استانداردهای شبکه است که در شبکه‌های lan از آن استفاده می‌شود. بنابراین، درک توپولوژی و عملکرد آن هنگام پیاده سازی شبکه در یک سازمان بسیار مهم است. امروزه هاب‌ها و پل‌ها به ندرت در شبکه‌های مدرن استفاده می‌شوند و سوییچ‌ها جایگزین آن‌ها شده‌اند.

معرفی شبکه گسترده – WAN

شبکه‌های گسترده (WAN) برای برقراری ارتباط چند شبکه محلی به یکدیگر استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، فرض کنید یک دفتر در تهران (یک شبکه lan) و یک دفتر در اصفهان (یک شبکه محلی دیگر) دارید. یک WAN برای اتصال این دو lan به یکدیگر استفاده می‌شود تا کاربران بتوانند با سایر کاربران و سیستم‌های هر دو lan ارتباط برقرار کنند.

به‌طور معمول، شبکه‌های wan زمانی استفاده می‌شوند که شبکه‌های محلی که باید به یکدیگر متصل شوند در فاصله زیادی از هم قرار داشته باشند. فرایند پیاده‌سازی شبکه lan بر عهده یک شرکت است ولی شبکه‌های wan که شبکه‌های حامل نام دارند توسط شرکت‌های ارایه‌دهنده خدمات اینترنتی پیاده‌سازی می‌شوند و به شرکت‌ها اجازه می‌دهند از فناوری‌هایی مثل adsl و vdsl و 4g و اینترنت ماهواره‌ای و نمونه‌های دیگر برای برقراری ارتباط دو lan با یکدیگر استفاده کنند.

ویژگی‌های اصلی شبکه WAN عبارتند از:

1. شبکه‌های wan عموماً دستگاه‌هایی را به هم متصل می‌کنند که در منطقه جغرافیایی وسیع‌تری نسبت به شبکه lan قرار دارند و از یکدیگر جدا هستند.
2. شبکه‌های wan از خدمات شرکت‌های مخابراتی، شرکت‌های سیار یا سیستم‌های ماهواره‌ای استفاده می‌کنند.
3. شبکه‌های wan از انواع مختلف مکانیزم‌های ارتباطی سریال برای ارایه سرویس‌های پرسرعت یا به اصطلاح پهن‌باند در مناطق جغرافیایی بزرگ استفاده می‌کنند.

کلید درک درست فناوری‌های wan، آشنایی با توپولوژی‌ها، اصطلاحات و انواع اتصالات مختلف wan است که معمولاً توسط ارائه‌دهندگان خدمات برای مرتبط کردن شبکه‌های lan به یکدیگر استفاده می‌شود.

انواع اتصال و مدار در wan

به‌طور معمول، چهار نوع اصلی اتصال یا مدار توسط WAN ارایه می‌شوند:

1. مدارگزینی یا سوییچینگ مداری (circuit switching)
2. سوئیچ سلولی یا سوییچینگ مداری (cell-switched)
3. سویچینگ بسته کوچک یا تعویض بسته (packet-switched)
4. اتصالات اختصاصی (dedicated connections)

نکته امتحانی: برای آزمون به یاد داشته باشید که شبکه‌های lan اتصالاتی با پهنای باند زیاد و پرسرعت برای مولفه‌هایی که در مکان جغرافیایی نزدیک مانند ساختمان یا محوطه دانشگاه قرار دارند فراهم می‌کنند. شبکه‌های wan اتصالات با پهنای باند کمتری را برای ارتباط چند مکان یا سایت فراهم می‌کنند. برای دسترسی به شبکه‌های wan باید ماهانه هزینه‌ای به یک ارائه‌دهنده خدمات پرداخت کنید.

شبکه‌های wan با ارایه طیف گسترده‌ای از خدمات کاربردی مثل سرویس اینترنتی dialup، حالت انتقال غیرهمزمان (ATM)، شبکه‌ها/مدارهای اختصاصی، خط مشترک دیجیتال (DSL)، رله فریم، شبکه دیجیتال خدمات مجتمع (ISDN) و X.25 سرویس dialup و ISDN نمونه‌هایی از خدمات سوئیچینگ مداری هستند که امروزه دیگر از آن‌ها استفاده نمی‌شود. ATM نمونه‌ای از خدمات سوئیچ سلولی است و Frame Relay و X.25 نمونه‌هایی از خدمات سوئیچینگ بسته‌ای هستند.

خدمات سوئیچینگ مداری (Circuit-switched) روشی برای پیاده‌سازی شبکه مخابراتی است که در آن دو گره شبکه قبل از برقراری ارتباط گره‌ها، یک کانال ارتباطی (مدار) اختصاصی را از طریق شبکه ایجاد می‌کنند.

امروزه از خدمات بیسیم سلولی (4G، 5G) به عنوان یک مکانیزم ارتباطی پشتیبان استفاده می‌شود.

مدار اختصاصی (dedicated circuit) یک ارتباط دائمی بین دو سایت برقرار می‌کند که در آن پهنای باند منحصر به شرکتی می‌شود که آن‌را اجاره کرده است. این مدارها یا به عبارت دقیق‌تر شبکه‌ها، هنگامی کاربرد دارند که قرار است سرویس‌های مختلفی مانند صدا، ویدیو و داده به شکل گسترده در سازمانی استفاده شوند که خواهان یک پهنای باند تضمین شده در دسترس است.

سرویس‌های سوئیچ سلولی (cell-switched) می‌توانند ویژگی‌هایی تقریبا یکسان با شبکه‌های/مدارهای اختصاصی ارائه دهند که داشتن یک لینک ارتباطی اختصاصی از جمله آن‌ها است. مزیت اصلی این نوع سرویس‌های ارتباطی در این است که یک دستگاه به تنهایی قادر است به چند دستگاه از طریق رابط‌های موجود روی آن متصل شود، اما بزرگ‌ترین نقطه ضعف این سرویس عدم پشتیبانی از آن در موقعیت‌های جغرافیایی مختلف است. علاوه بر این، هنگامی که این سرویس‌ها را با سرویس اختصاصی مقایسه کنید مشاهده می‌کنید که نصب، راه‌اندازی و رفع اشکال تجهیزات این سرویس گرا‌نتر از سرویس‌های مدار اختصاصی (Dedicated Circuit) است. لازم به توضیح است که سرویس‌های ATM و SMDS از انواع سرویس‌های سویچینگ سلولی هستند.

سرویس‌های سویچینگ بسته (Packet Switching Services) تا حدودی مشابه سرویس سوئیچینگ سلولی هستند، با این تفاوت که بسته‌های اطلاعاتی در سرویس‌های سلولی در قالب بسته‌هایی با اندازه ثابت به‌نام سلول (cell) انتقال پیدا می‌کنند، در حالی‌که در سرویس‌های سوئیچینگ بسته این داده‌ها در قالب بسته‌هایی ارسال می‌شوند که طول آن‌ها می‌تواند متغیر باشد. همین متغیر بودن طول بسته‌های اطلاعاتی باعث می‌شود این نوع سرویس‌ها برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های WAN مناسب باشند، اما در عین حال برخی از امکاناتی که سرویس‌های سلولی در ارایه آن‌ها عملکرد خوبی دارند مثل کیفیت خدمات در این سرویس‌ها عملکرد چندان جالبی ندارد. Frame Relay و X.25 از سرویس‌های سوئیچینگ بسته هستند.

سرویس‌های دیگری نیز در این زمینه وجود دارند که مهم‌ترین آن‌ها خطوط مشترک دیجیتال (DSL) است. سرویس‌های DSL ضمن این‌که دستیابی به سرعت‌های چند مگابیت بر ثانیه را ارایه می‌کنند هزینه‌ کمتری نسبت به سرویس‌های مداری همچون ارتباطات سلولی دارند. این سرویس‌ها حداکثر می‌توانند مسافتی تا 6 کیلومتر را پوشش‌دهی کنند و بیشتر از این فاصله را قادر به سرویس‌دهی نیستند. دومین نقطه ضعف این سرویس این است که در تمامی نقاط جغرافیایی در دسترس نیستند و یک نوع سرویس اشتراکی هستند. دسترسی به این شبکه‌ها از طریق کابل مسی انجام می‌شود. بنابراین هر چه تعداد کاربرانی که از اینترنت DSL مثل ADSL استفاده کنند بیشتر باشد پهنای باند هر کاربر کمتر است. البته در ایران از قاعده یک هشتم برای کاربران ADSL استفاده می‌شود. از دستگاه‌های شبکه‌ای که در ارتباطات WAN استفاده می‌شوند عبارتند از:

1. مودم‌های کابلی و DSL
2. سوئیچ‌های حامل
3. CSU/DSU
4. فایروال‌ها
5. مودم‌های آنالوگ
6. روترها

تفاوت WAN و LAN

مهم‌ترین تفاوت wan و lan این است که زیرساخت lan در اختیار شما است و خودتان آن‌را پیاده‌سازی می‌کنید، در حالی که زیرساخت wan در اختیار شرکت ارایه‌دهنده خدمات اینترنتی است. دلایل زیادی وجود دارد که وجود WANها در محیط‌های سازمانی امروزی را ضروری می‌کنند.

فناوری‌های lan با ارایه سرعت‌های 10/25/40/100 گیگابیت بر ثانیه، سریع‌ترین سرعت انتقال را ارایه می‌کنند اما مشکل بزرگی که دارند این است که تنها در مناطق جغرافیایی نسبتاً کوچک عملکرد خوبی دارند. به همین دلیل نیازمند شبکه‌های WAN در محیط‌های سازمانی هستیم تا بتوانیم فعالیت‌های تجاری را بدون مشکل انجام دهیم و سایت‌های دور از هم را به یکدیگر متصل کنیم. به‌طور معمول شبکه‌های WAN به دلایل زیر استفاده می‌شوند:

1. افراد در دفاتر منطقه‌ای یا شعب یک سازمان بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و داده‌ها را به اشتراک بگذارند.
2. سازمان‌ها بتوانند اطلاعات را در فواصل دور با سایر سازمان‌ها و شرکای تجاری به اشتراک بگذارند.
3. کارمندانی که به‌طور مکرر در سفر هستند و نیاز به دسترسی به اطلاعاتی دارند که در شبکه‌های شرکتی میزبانی می‌شود با سهولت به منابع اطلاعاتی سازمان متصل شوند.

در شماره آینده مبحث فوق را ادامه می‌دهیم.