فرادرسشبکه چیست؟ – از تعریف تا کاربرد شبکه های کامپیوتری به زبان ساده
در این مطلب از مجله فرادرس در مورد مفهوم یک شبکه رایانه‌ای و کاربردهای مختلف آن صحبت می‌کنیم. وقتی که شما یک کامپیوتر جدید را می‌خرید احتمالا اولین کاری که می‌کنید آن است که تلاش کنید تا با استفاده از آن به اینترنت متصل شوید. در این حالت شما در واقع به یک دستگاه روتر (مسیریاب) متصل می‌شوید که اطلاعات را از اینترنت دریافت کرده و به سوی کامپیوتر شما هدایت می‌کند. این کار، مثالی آشنا در مورد استفاده از شبکه است و البته تمام داستان نیست. شما ممکن است گوشی هوشمند یا تلویزیون خود را هم از طریق روتر به اینترنت متصل کنید. یا آن که مثلا به دستگاه چاپگر خود متصل شوید و از آن استفاده کنید. در همه این موارد شما وسایل الکترونیکی مختلف را از طریق یک نقطه دسترسی مرکزی به هم متصل کرده‌اید و به این ترتیب در حال راه‌اندازی یا استفاده از یک شبکه هستید. در ادامه این مطلب دقیق‌تر به این موضوع می‌پردازیم که یک شبکه چیست و چه ویژگی‌ها و کاربردهایی دارد.
تعریف شبکه چیست؟
در حوزه فناوری اطلاعات، اتصال حداقل دو یا چند سیستم کامپیوتری به یکدیگر از طریق کابل یا به صورت بی‌سیم را شبکه می‌نامند. ساده‌ترین نوع شبکه اتصال مستقیم دو کامپیوتر به همدیگر با استفاده از کابل است. چنین شبکه‌ای از نوع شبکههای همتا به همتا (Peer to Peer | P2P) است. در این نوع از شبکه، سلسله مراتبی وجود ندارد و هر دو کامپیوتر به اطلاعات یکدیگر دسترسی داشته و می‌توانند منابع خود را به اشتراک بگذارند. شبکههای امروزی معمولا خیلی پیچیده‌تر از این نوع بوده و در آن‌ها تعداد زیادی سیستم کامپیوتری به صورت یک مدل کلاینت-سرور (Client-server) به همدیگر متصل شده‌اند. در واقع، کامپیوتر مرکزی (سرور) منابع مختلف را برای استفاده سایر کامپیوترها (کلاینت‌ها) به اشتراک می‌گذارد.
کاربردهای شبکه چیست؟
امروزه استفاده از شبکههای کامپیوتری بسیار گسترده شده است؛ به طوری که در بسیاری از سازمان‌ها، مؤسسات، فروشگاه‌ها، مراکز صنعتی، درمانی، آموزشی و ... از این فناوری استفاده میشود. مهم‌ترین کاربرد شبکه در این اماکن تبادل اطلاعات و اشتراک منابع است. این کاربرد برای زندگی و دنیای صنعت امروز ضروری به نظر می‌رسد.
برای مثال، شرکتی را تصور کنید که در هر دفتر کاری‌اش یک یا چند کامپیوتر وجود دارد. بدون داشتن شبکه بسیار مشکل است که یک تیم در این شرکت بتوانند بر روی پروژه‌ای کار کرده و آن را به سرانجام برسانند. زیرا در چنین شرایطی محلی برای اشتراک و ذخیره اسناد و اطلاعات خود ندارند. همچنین اعضای تیم نمی‌توانند اپلیکیشن‌های خود را به اشتراک بگذارند یا آن که به صورت بهینه و با هزینه اندک از منابع سخت‌افزاری مشترک استفاده کنند. مثلا چنانچه یک دستگاه چاپگر در شرکت وجود داشته باشد بدون بهره‌گیری از شبکه، کار دپارتمان IT در اتصال هر کامپیوتر سازمانی به چاپگر مشکل خواهد بود؛ در حالی که وجود شبکه داخلی بین کامپیوترها این مشکل را به راحتی حل کرده و اتصال هر کامپیوتر به چاپگر را از طریق شبکه برقرار می‌سازد.
به طور کلی، کاربردها و مزایای یک شبکه را می‌توان در عناوین زیر خلاصه کرد:
- امکان اشتراک داده‌ها و اطلاعات
- امکان اشتراک منابع
- تسهیل مدیریت داده‌ها و برنامه‌ها با بهره‌گیری از امکان کنترل متمرکز
- ذخیره‌سازی متمرکز و امکان تهیه پشتیبان از داده‌ها
- اشتراک توان محاسباتی و قابلیت ذخیره‌سازی داده‌ها
- مدیریت آسان توانمندی‌ها و مسئولیت‌ها
تجهیزات یک شبکه کامپیوتری کدامند؟
یک دسته از تجهیزات شبکه تجهیزات «Passive» هستند. پسیو به این معنا که اگرچه در انتقال داده‌ها در شبکه نقش دارند، اما تغییری در داده‌ها ایجاد نمی‌کنند و بر آن‌ها تأثیری ندارند. کابل‌های شبکه، «رک» (Rack)، سوکت‌ها و سایر ابزارآلات شبکه از این دسته‌اند. اما دسته دیگر که با داده‌ها سر و کار داشته و بر آن‌ها مؤثرند، تجهیزات اکتیو شبکه هستند. «هاب» (Hub)، سوئیچ، روتر، مودم، فایروال و سرور شبکه از این دسته‌اند.
پیش‌تر در مجله فرادرس در مورد بیشتر این تجهیزات مطالب مفیدی ارائه شده است. مثلا یاد گرفته ایم که روتر چیست و چگونه کار می‌کند. یا آن که تفاوت روتر، هاب و سوئیچ را بیان کردیم و همچنین یاد گرفته‌ایم که سرور چیست و انواع آن کدامند.
مفاهیم و اصطلاحات رایج در شبکه های کامپیوتری کدامند؟
در زیر برخی از مفاهیم و اصطلاحات رایج در شبکههای کامپیوتری را مرور می‌کنیم.
- نود (Node): هر سیستم یا تجهیزی که به شبکه متصل بوده و توانایی ایجاد، دریافت یا انتقال اطلاعات را داشته باشد، نود یا گره نامیده میشود. هر نود شبکه دارای یک آدرس شبکه است (مانند یک آدرس MAC) که به طور منحصر به فرد به آن تجهیز اختصاص داده میشود.
- لینک (Link): محیط انتقال بین نودهای شبکه لینک‌های شبکه هستند که در حالت کلی ممکن است به صورت کابل‌های الکتریکی، فیبر نوری یا فضای آزاد باشند. یکی از فناوری‌های رایج که در شبکههای LAN از کابل‌های مسی یا فیبر نوری استفاده می‌کند اترنت (Ethernet) نامیده میشود.
- بسته (Packet): شبکههای کامپیوتری مدرن از پروتکل‌های مبتنی بر انتقال بسته‌های داده استفاده می‌کنند. بسته‌ها هم شامل داده‌های کاربری و هم اطلاعات کنترلی می‌شوند. اطلاعات کنترلی معمولا در سرآیند (Header) بسته می‌آیند. مثلا آدرس مبدأ و مقصد بسته از این نوع اطلاعات هستند.
- پروتکل شبکه: یک پروتکل شبکه مجموعه‌ای از قوانین برای تبادل اطلاعات در شبکه را شامل میشود. پروتکل‌های بسیاری هستند که استاندارد شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. از انواع پروتکل‌های ارتباطی معروف شبکه می‌توان از HTTP، TCP/IP، DNS، IEEE802 و ... نام برد.
- سرور: به سیستم کامپیوتری گفته میشود که توان سخت افزاری و نرم افزاری بالایی دارد و به عنوان کامپیوتر مرکزی خدماتی را به کلاینت‌ها ارائه می‌دهد.
- کلاینت: به سیستمی گفته میشود که درخواستی از سرور دارد که این درخواست در سرور پردازش شده و پاسخ به سوی کلاینت ارسال میشود.
توپولوژی شبکه چیست و انواع آن کدامند؟
نحوه چینش نودها و لینکها در یک شبکه توپولوژی آن شبکه نامیده میشود. توپولوژی شبکههای کامپیوتری انواع مختلفی دارد که استفاده از هر توپولوژی خاص ممکن است برای شبکه بخصوصی مفیدتر باشد.
رایج‌ترین توپولوژی‌های شبکه عبارتند از:
- توپولوژی باس (BUS): در این توپولوژی هر نود تنها به یک نود دیگر به صورت خطی متصل بوده و انتقال داده‌ها در یک جهت رخ می‌دهد. هزینه راه‌اندازی چنین شبکه‌ای کم اما تعداد نودهای قابل استفاده در آن محدود است.
- توپولوژی حلقوی (Ring): در این توپولوژی هر نود به دو نود دیگر متصل بوده، به طوری که مجموعه نودها یک حلقه دایروی را تشکیل می‌دهند. جریان انتقال داده در دو جهت امکانپذیر است؛ اما در صورت وقوع نقصی در یکی از گره‌ها کل شبکه از کار می‌افتد. نصب این نوع توپولوژی آسان و مدیریت آن نیز به راحتی صورت می‌گیرد.
- توپولوژی ستاره‌ای (Star): در این حالت، یک نود مرکزی به عنوان سرور به همه نودهای دیگر که همان کلاینت‌ها هستند متصل میشود. استفاده از این توپولوژی قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به انتقال داده ایجاد می‌کند. در اینجا اگر ارتباط یکی از نودها با سرور مرکزی قطع شود شبکه به کار خود ادامه می‌دهد. اما چنانچه خود سرور دچار مشکل شود شبکه از کار می‌افتد. هزینه راه‌اندازی شبکه‌ای با این نوع توپولوژی کم و عیب‌یابی آن آسان است.
- توپولوژی مش (Mesh): در این توپولوژی هر نود از شبکه به تعداد زیادی از نودهای دیگر متصل است. در حالت فول مش (Full mesh) هر نود به تمامی نودهای دیگر متصل خواهد بود. مهم‌ترین مزیت این توپولوژی آن است که بین تمامی گره‌ها بیش از یک مسیر وجود دارد. بنابراین اگر یکی از مسیرها به هر دلیلی قطع شد، می‌توان داده‌ها را از مسیری دیگر به سوی مقصد ارسال کرد. این توپولوژی قابلیت اطمینان بالایی را ایجاد کرده و عیب‌یابی آن نیز آسان است. اما با توجه به تعداد زیاد لینک‌های ارتباطی بین نودهای شبکه، هزینه راه‌اندازی این نوع توپولوژی بیشتر است.
- توپولوژی ترکیبی (Hybrid): در این حالت از چند توپولوژی به صورت ترکیبی استفاده میشود. مزیت این روش آن است که می‌توانید با استفاده از آن، توپولوژی‌ها را بر اساس نیازهای خود با هم ترکیب کرده و بهترین عملکرد را از شبکه دریافت کنید. در این نوع توپولوژی ارتقاپذیری شبکه به آسانی قابل انجام است؛ هر چند که نصب و عیب‌یابی شبکه در این روش مشکل خواهد بود. در زیر تصویر شماتیکی از توپولوژی ترکیبی را مشاهده می‌کنید که از ترکیب دو نوع توپولوژی ستاره‌ای و حلقوی ایجاد شده است.
چالش های راه اندازی شبکه چیست؟
در بخش پایانی این نوشته از مجله فرادرس به بیان برخی معایب و چالش‌های شبکههای کامپیوتری می‌پردازیم:
- هزینه بالای راه‌اندازی: برخی از تجهیزات شبکه گرانقیمت هستند. البته قیمت تجهیز مورد نیاز برای هر شبکه بسته به اندازه آن شبکه، پیچیدگی توپولوژی شبکه و نرخ ترافیک ارسالی بر روی شبکه متفاوت است. اما به طور کلی قیمت خیلی از تجهیزات شبکه به خصوص اگر ساخت برندهای معتبری همچون سیسکو باشند زیاد است.
- مدیریت شبکه: مدیریت شبکه خصوصا در مورد شبکههای بزرگ‌تر پیچیدگی‌های زیادی دارد و نیازمند بهره‌گیری از افراد متخصص و سیستم مدیریت شبکه مجزا است.
- امنیت شبکه: یکی از چالش‌های اصلی در شبکه‌ها بحث امنیت شبکه است. ویروس‌ها و بدافزارهای زیادی توسعه یافته‌اند تا به کامپیوترهای شبکه و اطلاعات آن‌ها دسترسی پیدا کنند. در این راستا لازم است که از اصول مختلف امنیت شبکه همچون استفاده از فایروال جهت دفاع در برابر حملات احتمالی به شبکه بهره برد.
