شبکه چیست ؛ تعریف کامل انواع شبکه و توپولوژی های آن؛ ویدئو

در این محتوا به موضوع شبکه چیست و انواع آن می‌پردازیم و انواع شبکه در زمینه‌های مختلف و انواع توپولوژی شبکه را بررسی می‌کنیم. با ما همراه باشید.

• شبکه چیست؟
• کاربرد شبکه چیست؟
• اصطلاحات رایج شبکه های کامپیوتری
• انواع شبکه بر اساس وسعت
• انواع شبکه بر اساس کارکرد
• توپولوژی شبکه و انواع آن

شبکه چیست؟

شبکه در لغت به گروهی از افراد یا اشیاء گفته می شود که می توانند اطلاعات را با یکدیگر به اشتراک بگذارند و با هم در ارتباط باشند. اما در زمینه ی فناوری اطلاعات منظور از شبکه چیست. شبکه های کامپیوتری و یا اصطلاحاً Network، مجموعه ای متشکل از سیستم های کامپیوتری، سخت افزار و نرم افزار های مربوط به شبکه و تجهیزات ارتباطی نظیر کابل های شبکه و یا تجهیزات بی سیم است. شبکه به طور کلی به دو بخش سخت افزار (Passive) و نرم افزار (Active) تقسیم می شود.

برخی از تجهیزات پسیو عبارتند از: انواع کابل، کانکتور، سوکت شبکه، رک و…

همچنین برخی از تجهیزات اکتیو نیز عبارتند از : سوییچ، هاب، روتر، فایروال و… برای آشنایی با این تجهیزات مقاله “تجهیزات اکتیو و پسیو شبکه چیست؟” را مطالعه کنید.

تاریخچه شبکه

اگر بخواهیم به تاریخچه شبکه های کامپیوتری نگاهی بیاندازیم می‌توانیم به اواخر سال ۱۹۶۰ اشاره کنیم، در این سال‌ها، وزارت دفاع امریکا آژانس تحقیقاتی پیشرفته خود را در رقابت با فعالیت های ماهواره‌ای اتحاد جماهیر شوروی راه اندازی کرد. نام این آژانس تحقیقاتی آرپا(Arpa) بود. این آژانس پروژه‌های تحقیقاتی بسیار مهمی را در زمینه‌های استراتژیک و دفاعی انجام می‌داد، یکی از این پروژه ها ایجاد ارتباطات قوی در زمان جنگ های احتمالی بود. برای همین منظور اولین شبکه کامپیوتری بین چهار کامپیوتر راه اندازی شد که دوتای آنها در دانشگاه MIT و یکی از آنها در دانشگاه کالیفرنیا و دیگری در مرکز تحقیقاتی استنفورد قرار داشت. این همان شبکه آرپانت بود.

کاربرد شبکه چیست؟

کار شبکه چیست؟ شبکه کامپیوتری وظیفه دارد تا ارتباطات بین سیستم‌ها را برقرار کند تا کاربران آن شبکه بتوانند داده‌ها و تجهیزات را با یکدیگر به اشتراک بگذارند.

کاربرد شبکه، راه اندازی شبکه های کامپیوتری  و برقراری ارتباط بین سیستم ها است. کاربران شبکه می توانند داده‌ها و دستگاه‌هایی مانند پرینتر را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. مدیران IT می‌توانند به راحتی تعداد زیادی از کامپیوتر‌ها را مدیریت کنند و سیاست‌های خود را اعمال کنند.

شبکه های کامپیوتری فارغ از فاصله فیزیکی می‌توانند از ۲ کامپیوتر و یا از یک سازمان با ۲ میلیون کامپیوتر و یا بیشتر به راحتی پشتیبانی کنند شبکه ها با اهداف گوناگونی راه اندازی می‌شوند با استفاده از شبکه، کاربران می‌توانند به طور مجتمع و سراسری به منابع و داده‌ها دسترسی داشته باشند و یا با یکدیگر تماس صوتی و تصویری برقرار کنند. پرونده‌ها، فایل‌ها، سخت افزارها، نرم افزار و… در شبکه به اشتراک گذاشته می‌شود و کاربران می‌توانند بر اساس سطح دسترسی خود از آن‌ها استفاده کنند.

حال که با هدف و مزایای شبکه های کامپیوتری آشنا شدید، به بررسی کامل مفهوم شبکه کامپیوتری می‌پردازیم.

اصطلاحات رایج شبکه های کامپیوتری

در ادامه به بررسی اصطلاحات و عبارات رایج در دنیای شبکه می‌پردازیم.

کلاینت چیست؟

کلاینت (Client)، به سیستمی گفته می‌شود که درخواست و تقاضایی دارد و این درخواست در سرور مجموعه، پردازش و ارسال می‌شود. برای مثال زمانی که شما با کامپیوتر خود به شبکه ای متصل هستید و از آن بهره می‌برید، سیستم شما نوعی کلاینت است.

سرور چیست؟

سرور – Server، به کامپیوتر همیشه روشنی اطلاق می‌شود که توان سخت افزاری و نرم افزاری بالایی دارد و به عنوان کامپیوتر مرکزی، سرویس و خدماتی را به client‌ها ارائه می‌دهد. در شبکه های کلاینت سروری، هم کلاینت و هم سرور سیستم عامل مختص به خود را دارند، کامپیوترها علاوه بر اینکه به هم متصل هستند از همدیگر مستقلند یعنی اگر یک کامپیوتر یا دستگاه دیجیتالی که به شبکه متصل است، خاموش شود یا به هر دلیل از شبکه خارج شود، همچنان شبکه پابرجاست. اما اگر سرور از مدار خارج شود سرویس‌هایی که ارائه می‌دهد نیز از دسترس خارج می‌شوند و در روال کار شبکه اختلال ایجاد می‌کند. برای مطالعه بیشتر در مورد سرور می‌توانید مقاله فالنیک با عنوان “سرور چیست” مطالعه کنید.

هاست چیست؟

هاست – Host، هر دستگاه یا سیستمی که به شبکه متصل بوده و خدماتی ارائه می‌دهد و یا از خدمات و سرویس‌هایی در داخل شبکه استفاده می‌کند. با این تعریف هم کلاینت و هم سرور، Host محسوب می‌شوند.

انواع شبکه های کامپیوتری

در این قسمت می‌خواهیم انواع شبکه کامپیوتری را بر اساس وسعت و گستردگی بررسی کنیم:

شبکه PAN یا شبکه شخصی چیست؟

PAN مخفف عبارت Personal Area Network بوده و کوچکترین نوع شبکه است. شبکه های شخصی شامل تعداد محدودی از کامپیوتر ها و لوازم دیجیتال هستند که نهایتا چند متر با هم فاصله دارند و به صورت باسیم یا بی سیم به همدیگر متصل و مرتبط می‌شوند.

برای مثال زمانی که شما تلفن همراه خود را از طریق بلوتوث به کامپیوتر متصل نموده اید یک شبکه ی شخصی یا PAN را تشکیل داده‌اید.

LAN یا شبکه محلی چیست؟

LAN مخفف عبارت Local Area Network است و به آن شبکه محلی می‌گویند. شبکه محلی مجموعه دستگاه‌های متصل به هم در یک مکان فیزیکی مثل یک ساختمان یا دفتر یا خانه است. اندازه شبکه لن می‌تواند کوچک یا بزرگ باشد مثلا شبکه خانگی با یک کاربر یا شبکه سازمانی با صدها کاربر و دستگاه. یکی از تکنولوژی های مورد استفاده در این نوع شبکه، تکنولوژی Ethernet – اترنت است.

نکته مهم در تعریف LAN این است که دستگاه‌ها در یک منطقه محدود به هم وصلند. برعکسِ شبکه WAN یا MAN که مناطق جغرافیایی بزرگی را پوشش می‌دهند. برخی WANها و MANها چندین LAN را به هم وصل می‌کنند.

شبکه MAN یا شبکه شهری چیست؟

MAN مخفف عبارت Metropolitan Area Network است و گستردگی به اندازه یک شهر یا مساحتی بزرگ را در محدوده شهر دارد. برای مثال اتصال شعبات یک موسسه به شعبه‌های دیگر در محدوده شهری و شبکه تلویزیون کابلی نمونه‌ای از شبکه MAN هستند.

WAN یا شبکه گسترده چیست؟

WAN مخفف عبارت Wide Area Network است که از به هم پیوستن چند شبکه LAN به وجود می‌آیدیعنی شبکه‌ای از شبکه‌ها است. این شبکه‌ها معمولا بین شهرها، کشورها و یا حتی قاره‌ها استفاده می‌شوند. برای اتصالات داخلی شبکه های WAN باید از ISP ها و زیرساخت های مخابراتی کمک گرفت. از تکنولوژی‌های مورد استفاده در این نوع از شبکه ها می‌توان از تکنولوژی های ISDN – MPLS – ATM و غیره نام برد. از جمله شبکه های WAN عبارتند از اینترنت و سرویس‌های ۳G و ۴G و …

Gan چه نوع شبکه ای است؟

GAN یا شبکه جهانی، کوتاه شده عبارت Global Area Network است و به شبکه‌های سراسری و گسترده جهانی گفته می‌شود که محدودیت جغرافیایی ندارند.

شبکه محلی بی سیم چیست؟

WLAN به شبکه‌های محلی بی سیم گفته می‌شود که مخفف Wireless Local Area Network است. از مزایای این شبکه‌ها این است که کاربران می‌توانند جا به جا شوند و نیازی به اتصال فیزیکی نیست. از جمله استانداردهای این شبکه استاندارد ۸۰۲.۱۱a است.

خواندن محتوای “شبکه وایرلس چیست؟” برای آشنایی بیشتر با این نوع شبکه بسیار مفید است.

گفتگوی تک تاک: شبکه چیست و چه انواعی دارد؟

آنچه در این تک تاک بررسی می‌شود:

۱- شبکه کامپیوتری چیست؟
۲- انواع شبکه از نظر وسعت
۳- انواع شبکه از نظر پیاده سازی
۴- انواع توپولوژی شبکه

انواع شبکه بر اساس کارکرد

در این قسمت به بررسی انواع شبکه از لحاظ کارکرد می‌پردازیم.

شبکه های Peer to Peer چیست؟

در این نوع از شبکه‌ها هیچ مدیریت متمرکزی وجود ندارد و کلاینت‌ها به طور مستقیم به یکدیگر متصل شده‌اند. در این شبکه‌ها هیچ سروری وجود ندارد و هر کلاینت می‌تواند هم نقش سرور را ایفا کند و هم نقش کلاینت. شبکه های peer to peer که برای محیط هایی با کمتر از ۱۰ کلاینت استفاده می‌شود، هزینه راه اندازی نسبتاً کمی دارند. این شبکه در سیستم عامل ویندوز با نام Workgroup شناخته می‌شود. هدف اصلی این نوع شبکه های کامپیوتری ایجاد ارتباط بین سیستم‌ها و دستگاه‌های دیجیتال و اشتراک گذاری فایل و دیتا است.

برای آشنایی با شبکه workgroup، مقاله “چگونه یک شبکه workgroup بسازیم” را مطالعه کنید.

شبکه های client/server چیست؟

این شبکه ها معمولاً در محیط های بزرگ راه اندازی می‌شوند که دو نقش client به عنوان سرویس گیرنده / کاربر شبکه و نقش server به عنوان سرویس دهنده مطرح است. در شبکه های کلاینت سروری، سرورها، محلی برای ذخیره تمام فایل‌های شبکه هستند و همه کاربران شبکه دارای سطح دسترسی معین هستند.

شبکه domain چیست؟

شبکه های Domain از خانواده شبکه های کلاینت سروری هستند که کاربران می‌توانند از سرویس های شبکه استفاده کنند. مدیران شبکه می‌توانند به راحتی تمام کاربران را مدیریت کرده و امنیت و پایداری شبکه را تامین کنند. در حقیقت کامپیوترها و دستگاه‌های دیجیتال در این نوع شبکه عضو دامین می‌شوند و نام و آدرسی تحت نام دامین دریافت می‌کنند.

شبکه‌های internet – intranet – extranet چگونه اند؟

در این قسمت به بررسی شبکه های اینترنت، اینترانت و اکسترانت می‌پردازیم.

تعریف شبکه اینترنت چیست؟

شبکه internet یکی از شبکه‌های بسیار گسترده و جهانی است که افراد می‌توانند انواع داده‌های خود از قاره‌ای به قاره دیگر به راحتی ارسال و دریافت کنند. شبکه‌ای که با تجهیزاتی مانند مودم و یا با استفاده از شبکه اینترنت موبایل می‌توان به آن متصل شد. از پروتکل های معروف اینترنت می توان به HTTP و HTTPS و FTP اشاره کرد.

تعریف شبکه اینترانت چیست؟

شبکه intranet شبکه‌ای محدود و خصوصی که معمولا توسط سازمان یا شرکت‌های بزرگ راه اندازی می‌شود و از پروتکل‌های مشابه شبکه اینترنت استفاده می‌کند. با این تفاوت که داده‌ها خارج از این شبکه قابل دسترسی نیستند و افراد خارج سازمان نمی‌توانند به اطلاعات این شبکه دسترسی داشته باشند. مانند شبکه اتوماسیون بین شعبات یک بانک که فقط کارکنان آن بانک‌ها به این شبکه دسترسی دارند.

تعریف شبکه اکسترانت چیست؟

شبکه اکسترانت یا extranet تلفیقی از دو شبکه اینترنت و اینترانت است. اکسترانت شبکه امن در فضای مجازی است که افراد خاصی از داخل و خارج سازمان می‌توانند به این شبکه دسترسی داشته باشند.

تفاوت اینترانت و اکسترانت در این است که اینترانت معمولا شبکه‌ای داخلی بوده و سرورهای مجموعه در داخل سازمان وجود دارد و افراد خارج از محیط سازمان نمی‌توانند از این شبکه استفاده کنند. اما اکسترانت روی فضای مجازی و به طور سراسری فعالیت می‌کند و افراد خارج سازمان، مانند شرکای تجاری و مشتریان نیز می‌توانند از این شبکه روی محیطی امن استفاده کنند.

توپولوژی شبکه چیست؟

به نحوه قرارگیری و معماری فیزیکی اجزا شبکه و چگونگی اتصال آن‌ها به یکدیگر، توپولوژی یا همبندی شبکه می‌گویند. یکی از عناصر مهم در طراحی و معماری یک شبکه، توپولوژی است و قبل از راه اندازی شبکه باید به معماری شبکه توجه داشت.

انوع توپولوژی شبکه

در این قسمت به بررسی انواع توپولوژی های شبکه می‌پردازیم.

۱- توپولوژی خطی یا BUS

در توپولوژی باس تمام سیستم‌ها به یک مسیر کابلی مستقیم و اصلی به نام Trunk یا Backbone متصل هستند. به دو انتهای کابل، یک ترمیناتور متصل می‌شود تا وقتی سیگنال به آخر کابل رسید، آن‌را جذب و مانع انعکاس سیگنال شود.

برای اتصال کامپیوتر به کابل اصلی از Drop Line استفاده می‌شود. چون تمام ترافیک از کابل اصلی عبور می‌کند، طول کابل و تعداد نودها محدود است و ارتقاپذیری کمی دارد. همچنین در یافتن خطا با سختی روبرو هستید و اگر کابل Trunk قطع شود تمام شبکه از کار می‌افتد یا اصطلاحاً شبکه Down می‌شود. اما از مزایای این شبکه، هزینه راه اندازی پایین به دلیل عدم نیاز به دستگاه خاص است.

در توپولوژی خطی، وقتی یکی از گره‌ها بخواهد برای گره دیگری پیامی ارسال کند، پیام را به شیوه همه‌پخشی (Broadcast) ارسال می‌کند، بنابراین همه کامپیوترهای دیگر در شبکه، پیغام را دریافت می‌کنند، اما پس از بررسی آدرس، آن‌را رها می‌کنند و تنها کامپیوتری قادر به مشاهده پیام است که آدرسش با آدرس مقصد مندرج در پیام یکسان باشد.

۲- توپولوژی ستاره ای یا Star

در توپولوژی ستاره، همه تجهیزات و clientها به یک دستگاه مرکزی که معمولا Switch یا Hub یا سرور است متصل می‌شوند. اگر ارتباط یکی از گره‌ها با سرور مرکزی قطع شود، شبکه به کار خود ادامه می‌دهد، اما اگر سوئیچ یا سرور مرکزی از کار بیافتد، شبکه از کار می‌افتد.

این توپولوژی یکی از رایج ترین توپولوژی های شبکه است. مزایای همبندی ستاره ای عبارتند از:

1. هزینه کم، مهمترین مزیت توپولوژی استار است چون تنها به پورت I/O و اتصال به هاب با یک لینک نیاز داریم.
2. نصب آن آسان است.
3. کابل‌کشی کمی لازم است.
4. اگر یک لینک از کار بیفتد برای سیستم‌های دیگر مشکلی به وجود نخواهد آمد و بقیه شبکه دان نمی‌شود.
5. مدیریت و عیب یابی آن آسان است زیرا لینک به راحتی مشخص است.

معایب همبندی ستاره ای عبارتند از:

1. اگر دستگاه مرکزی دچار مشکل شود، تمام شبکه Down خواهد شد.
2. هاب احتیاج به منابع بیشتر و نگهداری منظم است زیرا سیستم مرکزی توپولوژی Star است.

۳- توپولوژی token ring یا حلقه‌ای

در شبکه های حلقوی، clientها به دستگاهی به نام MAU متصل می‌شوند. در توپولوژی حلقه هر دستگاه از دو طرف به دو دستگاه دیگر وصل است و بین آنها لینک نظیر به نظیر وجود دارد. در نهایت این اتصالات به صورت حلقه هستند و این شبکه ساختار حلقه ای دارد.در توپولوژی رینگ، تمامی تجهیزات شبکه در مسیری دایره‌‌وار به هم متصل می‌شوند و نیازی به مسدودکننده کابل نیست.

در توپولوژی فوق، تمامی گره‌های شبکه برای دسترسی به مسیر ارتباطی فرصت یکسان دارند. وقتی یکی از گره‌ها بخواهد برای گره‌ دیگری در شبکه پیامی ارسال کند، تمامی گره‌هایی که بین گره مبدا و گره مقصد هستند آن پیام را دریافت می‌کنند، اما پس از بررسی آدرس، آن‌را رها می‌کنند. پس تنها گره‌ای می‌تواند پیام را مشاهده کند که آدرسش با آدرس مقصد درج شده در پیام یکسان باشد.

در توپولوژی حلقوی داده‌ها در یک جهت حرکت می‌کنند یعنی اگر دستگاهی بخواهد دیتایی به دستگاه دیگر بفرستد، این دیتا در یک جهت ارسال می‌شود. هر دستگاه دارای ریپیتر است و اگر دیتای دریافتی متعلق به دستگاه دیگری باشد، ریپیتر آن را به دستگاه بعدی می‌فرستد و این کار آنقدر تکرار می‌شود تا دیتا به مقصدش برسید. پس هر بسته‌ای هر کجا که بخواهد برود ابتدا باید token را دریافت کند و سپس تک تک CLIENT‌ها را دور بزند تا به مقصد مورد نظر برسد.

نصب توپولوژی حلقه، آسان است و مدیریت آسانی هم دارد چون برای افزودن و کم کردن دستگاه فقط کافیست دو لینک را تغییر دهیم. اما اگر لینکی خراب شود، کل شبکه دان می‌شود. از طرفی حجم ترافیک داخل شبکه بالاست چون دیتا باید کل حلقه را دور بزند.

اگر یکی از گره‌های شبکه حلقوی از مدار خارج شود یا نقطه‌ای از کابل دچار نقص شود، شبکه قطع می‌شود. ادمین‌ها برای حل این مشکل حلقه دومی به شبکه اضافه می‌کنند تا اگر یکی از حلقه‌ها از دست رفت از حلقه دوم و برعکس جهت پیشین به مقصد ارسال شود. چنین ساختاری را توپولوژی دوحلقه‌ای و دوجهته نام‌گذاری کرده‌اند.

توپولوژی Mesh

در ساختار توری،  هر گره شبکه با چند گره‌ دیگر شبکه مرتبط است یعنی هر client با لینک اختصاصی نقطه به نقطه و به طور مستقیم به همه client های دیگر متصل است. اگر n دستگاه داشته باشیم، هر دستگاه به n-1 دستگاه دیگر وصل است و تعداد لینک ها برابر است با n(n-1)/2.

از مزایای مهم توپولوژی توری این است که بین تمامی گره‌ها یا برخی گره‌ها با گره‌های دیگر بیش از یک مسیر دارد. بنابراین اگر یکی از مسیرها به هر علت قطع شوند، می‌توان داده‌ها را از مسیر دیگری به مقصد ارسال کرد. از دیگر مزایای توپولوژی mesh عبارتند از:

1. لینک اختصاصی یعنی این لینک فقط توسط این دو دستگاه استفاده می‌شود و دیتا فقط بین این دو دستگاه رد و بدل می‌شود در نتیجه مشکل ترافیک نداریم.
2. در صورت خرابی لینک بین دو دستگاه، تاثیری روی شبکه ندارد.
3. امنیت بالایی دارد چون لینک نقطه به نقطه است و دسترسی غیرمجاز به آن وجود ندارد.
4. عیب یابی شبکه راحت است.
5. تحمل خطای بالایی دارد.
6. قابل اطمینان و سریع است.

معایب توپولوژی mesh عبارتند از:

1. به دلیل نیاز به کابل‌ها و پورت‌های بیشتر برای client ها، طبیعتاً هزینه بیشتری در بر خواهد داشت.
2. در زمینه ارتقا با مشکل مواجه می‌شویم چون تعداد زیادی دستگاه با لینک نقطه به نقطه به هم وصلند.

توپولوژی Mesh خود به دو دسته تقسیم می‌شود:

1. Full mesh: اگر هر گره با تمامی گره‌ها متصل باشد، آن شبکه را مش کامل می‌نامند و تمام سیستم‌ها با سیستم های دیگر ارتباط مستقیم دارند. در توپولوژی مش کامل به دلیل این‌که بین هر دو گره، مسیر مستقیمی وجود دارد، ظرفیت پذیرش ترافیک بیشتر است.
2. Partial mesh: اگر فقط برخی از گره‌ها با برخی گره‌های دیگر مرتبط باشند، آن را نیمه‌مش می‌نامند و هر سیستم به چند سیستم متصل است نه همه سیستم‌ها.

توپولوژی Hybrid یا ترکیبی

در این توپولوژی از چند توپولوژی به صورت ترکیبی استفاده می‌شود تا در شرایط مختلف بهترین عملکرد را در شبکه داشته باشیم. از مزایای توپولوژی هیبریدی این است که بر اساس نیازهای خود می‌توانید توپولوژی ها را با هم ترکیب کنید در نتیجه ارتقاپذیری شبکه به راحتی انجام می‌شود چون شبکه موجود با انواع توپولوژی قابل ترکیب است.

مهم‌ترین مزیت توپولوژی هیبریدی این است که بر مبنای نیازهای کاری می‌تواند چند توپولوژی را با یکدیگر ترکیب کرد. به همین دلیل گسترش‌پذیری، ارتقا‌پذیری و دسترس‌پذیری در توپولوژی فوق زیاد است.

برای مثال در تصویر زیر می‌توان ترکیب دو توپولوژی Bus و Star را مشاهده کرد.

معایب توپولوژی عبارتند از:

1. عیب یابی سخت است.
2. نصب آن سخت است.
3. طراحی پیچیده‌ای دارد در نتیجه نگهداری از آن سخت و هزینه‌بر است.

توپولوژی بی سیم Wireless

این توپولوژی مخصوص شبکه‌های بی‌سیم بوده که امروزه بسیار پرکاربرد هستند. یکی از معایب این توپولوژی امنیت پایین آن است. در شبکه وایرلس یا بی سیم دستگاه‌ها به دو صورت زیر می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند:

Ad hoc:

در این توپولوژی دستگاه‌ها بدون هیچگونه تجهیزاتی و فقط از طریق کارت شبکه بی سیم با یکدیگر شبکه‌ای را راه اندازی می‌کنند.

Infrastructure:

در این توپولوژی اجزا شبکه از طریق دستگاهی به نام Access point با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این نوع توپولوژی پایداری و سرعت بیشتری نسبت به توپولوژی ad hoc دارد.

دانلود نسخه PDF این محتوا، شبکه چیست