انتقال داده در شبکه با چه روش هایی انجام می شود؟ – به زبان ساده

برای انتقال داده در شبکه از دو روش سیمی و بی‌سیم استفاده می‌شود. هر کدام از این روش‌ها را می‌توان با کمک رسانه‌های متفاوتی پیاده‌سازی کرد. منظور از رسانه انتقال، ساختار فیزیکی است که داده‌ها را جابه‌جا می‌کند. این ساختار‌ها می‌توانند از جنس کابل‌های مسی، فیبر نوری یا امواج رادیویی باشند. برای نمونه مودم wifi که در منزل استفاده می‌کنیم از امواج رادیویی برای اشتراک‌گذاری اینترنت استفاده می‌کند. اما خود مودم با کمک سیم‌ نازک مسی به خط تلفن وصل می‌شود. نوع این سیم با نوع کابلی که ساختمان را به شرکت مخابرات وصل کرده فرق می‌کند. ارتباطات شبکه‌ای تمام جنبه‌های زندگی انسان‌ها را تغییر داده است. اکنون تقریبا همه چیز به شبکه‌های رایانه‌ای وابسته‌اند. کامپیوتر‌ها و سایر دستگاه‌های ارتباط از راه دور می‌توانند با کمک ارسال داده به شکل سیگنال با همدیگر ارتباط برقرار کنند.

در این مطلب از مجله فرادرس، انواع رسانه‌های انتقال داده در شبکه را بررسی کرده و روش کار آن‌ها را توضیح می‌دهیم. ابتدا انواع روش‌های انتقال داده در شبکه را معرفی می‌کنیم. سپس تمام رسانه‌های انتقال، مانند کابل‌های مسی، فیبر نوری و امواج رادیویی را بررسی کرده و هر کدام را با بیان دقیق ویژگی‌ها، مزایا و معایب تحلیل می‌کنیم. در نهایت هم با کمک جدول‌های شفاف و مختصری تمام روش‌های انتقال داده در شبکه را با همدیگر مقایسه می‌کنیم.

انتقال داده در شبکه با چه روش هایی انجام می شود؟

به طور کلی روش‌های انتقال داده را می‌توان به دو دسته زیر تقسیم کرد.

• انتقال داده به روش سیمی: در این روش انتقال داده، پکت‌ها به شکل هدایت شده از مبدا مشخص به سمت مقصد مشخص و با کمک رسانه‌های سیمی حرکت می‌کنند. در این روش از دو نوع رسانه انتقال اصلی استفاده می‌کنیم.
  • انتقال داده با سیم‌های مسی: برای انتقال داده در این روش‌، سیم‌های کواکسیال و زوج به هم تابیده طراحی شده‌اند. هسته اصلی و مرکزی این سیم‌ها که وظیفه انتقال داده را برعهده دارد، از فلز مس ساخته می‌شود. اما روش طراحی آن‌ها و کاربردهایشان با هم فرق می‌کند.
  • انتقال داده با فیبر نوری: برای انتقال داده با فیبر نوری از دو نوع فیبر تک‌حالته و چندحالته استفاده می‌شود. هسته مرکزی این سیم‌ها که مسئول انتقال اطلاعات است از جنس‌های شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شوند. هر کدام از آن‌ها کاربردهای مختلف و برد متفاوتی دارند.
• انتقال داده به روش بی‌سیم: برای انتقال داده به روش بی‌سیم، داده‌ها در فضا جابه‌جا می‌شوند. برای ارسال اطلاعات با توجه به برد و پهنای باند مورد نیاز می‌توان از امواج رادیویی، امواج مایکروویو یا امواج مادون قرمز استفاده کرد.

نکته: به روش سیمی، روش «هدایت شده» و به روش بی‌سیم، روش «غیرهدایت شده» نیز گفته می‌شود.

در تمام روش‌های بالا داده‌ها به شکل پکت جابه‌جا می‌شوند. پکت یا بسته به واحد کوچکی از داده‌ها گفته می‌شود که با کمک رسانه‌های انتقال در شبکه حرکت می‌کند. برای مثال می‌‌توان به ارسال ایمیل، پخش زنده ویدئو یا بارگذاری صفحات اینترنتی اشاره کرد. در زمان انجام این کار‌ها تمام اطلاعات به صورت یکباره منتقل نمی‌شوند. بلکه با هدف افزایش استحکام و بهره‌وری فرایند انتقال، داده‌ها به پکت‌های کوچکی تقسیم می‌شوند. هر پکتی از سه بخش اصلی تشکیل شده است.

• «سربرگ» (Header): این بخش مانند اطلاعات نوشته شده بر روی پاکت نامه است. در بخش هدر، اطلاعات حیاتی مثل آدرس منبع، آدرس مقصد و روش قرار دادن بخش‌های مختلف داده در کنار هم داخل پکت نوشته شده است.
• «بخش اصلی پیام» (Payload): در این بخش، داده‌های واقعی قرار دارند. هدف از ارسال پکت، انتقال این اطلاعات است. این بخش می‌تواند شامل عکس، متن، ویدئو یا غیره باشد.
• «تریلر» (Trailer): این قسمت از پکت مانند چک‌لیست یا ابزار بررسی خطا عمل می‌کند. وظیفه تریلر این است که از سلامت پکت در زمان حرکت بر روی رسانه انتقال و رسیدن به مقصد مطمئن شود.

در بخش‌های بعدی مطلب، تمام روش‌های بالا را همراه با رسانه انتقال هر کدام به شکل کامل بررسی کرده‌ایم.

رسانه انتقال داده در شبکه‌ چیست؟

«رسانه انتقال» (Transmission Media) ابزاری است که برای ساخت خطوط ارتباطی استفاده می‌شود. برای ارسال و دریافت اطلاعات بر روی رسانه‌ انتقال از امواج الکترومغناطیسی کمک می‌گیریم. از آن‌جا که در ساخت «رسانه انتقال» از دستگاه‌های فیزیکی مختلفی استفاده می‌شود، این تکنولوژی، در لایه فیزیکی قرار می‌گیرد. مدیریت رسانه‌های انتقال هم با ابزارهای همین لایه انجام می‌شود.

«شبکه ناحیه محلی» (Local Area Network | LAN) فضای فیزیکی است که در آن فرستنده‌ها و گیرنده‌ها با کمک رسانه انتقال با همدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. رسانه انتقال سیمی را می‌توان از فیبر نوری یا فلز مس ساخت. در نتیجه می‌توان سیگنال‌ها را به دو روش الکتریکی و نوری انتقال داد. به همین دلیل، رسانه انتقال با نام «کانال ارتباطی» (Communication Channel) هم شناخته می‌شود.

• رسانه‌های بر پایه مس یا فیبر نوری برای جابه‌جایی سیگنال‌های الکترونیکی و نوری به کار برده می‌شوند.
• به طور کلی، لایه انتقال از دو نوع رسانه سیمی و بی‌سیم تشکیل می‌شود. هر دوی این رسانه‌ها برای جابه‌جایی داده استفاده می‌شوند. برای اندازه‌گیری کیفیت داده‌ها با توجه به خواص رسانه و سیگنال می‌توان ویژگی‌های آن‌ها را اندازه‌گیری کرد.
• در رسانه‌های سیمی ویژگی‌های رسانه اهمیت بیشتری دارند. اما در رسانه‌های بی‌سیم، ویژگی‌های خود سیگنال مهم‌تر هستند.
• چند مدل مختلف انتقال داده در شبکه وجود دارد. هر کدام از این مدل‌ها ویژگی‌ها و صفات مختلفی دارند. برای مثال می‌توان به «پهنای باند» (Bandwidth)، سرعت، هزینه راه‌اندازی و راحتی در نصب و نگهداری اشاره کرد. برای انتخاب روش درست انتقال داده در شبکه باید تمام این ویژگی‌ها را در نظر بگیریم.

اصطلاحات تخصصی حوزه انتقال داده

قبل از پرداختن به روش‌های انتقال داده در شبکه بهتر است با اصطلاحات تخصصی این حوزه آشنا شویم. بدون شناخت این عبارت‌ها احتمال دارد در خواندن مطالب مختلف دچار سردرگمی شویم.

در فهرست زیر چند مورد از مهم‌ترین اصطلاحات تخصصی حوزه انتقال داده را تعریف کرده‌ایم.

• «طول سگمنت» (Segment length): تمام سیگنال‌ها بعد از طی کردن مسافت مشخصی شروع به ضعیف شدن می‌کنند. در نتیجه اطلاعات ارسال شده توسط سیگنال، وضوح خود را از دست می‌دهد. به این فاصله «طول سگمنت» گفته می‌شود.
• «میرایی» (Attenuation): به ضعیف شدن قدرت سیگنال هنگام طی کردن مسافت، میرایی می‌گوییم. برای اندازه‌گیری میرایی از واحد دسی‌بل (dB) استفاده می‌کنیم.
• «پهنای باند» (Bandwidth): به حجم داده‌ای که می‌تواند در واحد زمان در طول رسانه جابه‌جا شود، پهنای باند می‌گوییم. برای اندازه‌گیری پهنای باند از واحد‌هایی مانند «کیلوبیت بر ثانیه» (kbps)، «مگابیت بر ثانیه» (Mbps) و غیره استفاده می‌کنیم.
• «تداخل» (Interference): فرق نمی‌کند که از چه رسانه انتقالی استفاده کنیم. داده‌های در جریان، همیشه توسط نویز‌های بیرونی تحت تاثیر قرار می‌گیرند. به این اتفاق «تداخل الکترومغناطیسی» (Electromagnetic Interference | EMI) یا «تداخل فرکانس رادیویی» (Radio Frequency Interference | RFI) گفته می‌شود.
• «مکالمه متقابل» (Cross-Talk): اگر کابل حامل سیگنال، نزدیک به کابل حامل سیگنال دیگری قرار بگیرد، سیگنال‌ها روی هم اثر منفی می‌گذارند. به این پدیده «مکالمه متقابل» یا «Cross-talk» گفته می‌شود.

تا به اینجای مطلب به خوبی با رسانه انتقال و اصطلاحات مربوط به آن آشنا شدیم. در بخش بعدی مطلب، انواع انتقال داده را در شبکه بررسی می‌کنیم.

انواع انتقال داده در شبکه چیست؟

بسته به نوع و کیفیت انتقال داده‌ها، می‌توان روش‌های انتقال را به دو دسته کلی تقسیم کرد:

• انتقال «هدایت شده» (Guided): به انتقال داده با کمک رسانه‌های سیمی مانند کابل‌های مسی و فیبر نوری انتقال هدایت شده گفته می‌شود.

• انتقال «هدایت نشده» (Unguided): به انتقال داده با استفاده از رسانه‌‌ بی‌سیم، انتقال هدایت نشده گفته می‌شود.

رسانه‌های انتقال سیمی و بی‌سیم از انواع مختلفی تشکیل شده‌اند. در ادامه مطلب، تمام آن‌ها را به شکل شفاف توضیح داده‌ایم.

انتقال داده سیمی یا هدایت شده

در این روش، برای انتقال داده و ارسال سیگنال در طول شبکه از کابل استفاده می‌شود. چون مسیر انتقال داده‌ در «رسانه‌‌های سیمی» (Wired Media)‌ مشخص است، آ‌ن‌ها را رسانه «هدایت شده» (Guided Media) نیز می‌نامند. این نوع رسانه‌های انتقال، در پایین‌ترین لایه یا لایه فیزیکی شبکه به کار برده می‌‌شوند. برای فعالیت در حوزه شبکه‌های کامپیوتری باید با این لایه و روش کار آن آشنا باشیم. به این منظور پیشنهاد می‌کنیم که فیلم آموزش رایگان لایه فیزیکی در شبکه های کامپیوتری ۱ را از فرادرس مشاهده کنید. لینک مربوط به این فیلم را در پایین نیز قرار داده‌ایم.

رسانه‌های به کار برده شده در روش انتقال سیمی، برد محدودی دارند. یعنی این که داده‌ها را در فاصله‌های کوتاه جابه‌جا می‌کنند. بنابراین به این رسانه‌ها «رسانه انتقال محدود» (Bounded Transmission Media) نیز می‌گویند. با استفاده از اتصالاتی از جنس سیم‌های مسی یا فیبر نوری، انتقال سیگنال‌ها متمرکز شده و در کانال خاص و محدودی قرار می‌گیرد. یکی از ویژگی‌های بسیار مهم این نوع ارتباط، سرعت بالای انتقال داده در آن است. در روش انتقال سیمی، از سه نوع کابل اصلی استفاده می‌کنیم.

• «کابل کواکسیال» (Coaxial Cable) یا کابل «هم‌محور»
• «زوج‌سیم به هم تابیده» (Twisted-Pair Cable)
• «کابل فیبر نوری» (Fiber-optic Cable)

در بخش‌های بعدی مطلب، تمام موارد بالا را یک به یک توضیح داده‌ایم.

کابل کواکسیال

هسته مرکزی این کابل از فلز مس ساخته می‌شود. وظیفه اصلی کابل‌های کواکسیال انتقال سیگنال است. برای محافظت از داغ شدن هادی مس، از عایق جداکننده‌ای در این سیم استفاده می‌شود. دور این عایق هم با روکش فلزی نازک پوشانده شده است. این روکش فلزی از تداخل بین سیگنال‌های مختلف و تاثیرگذاری نویز‌های ناخواسته جلوگیری می‌کند. تمام این سازوکار‌ها با استفاده از لایه پلاستیکی محافظی پوشانده شده‌اند.

ویژگی‌های کابل کواکسیال

در فهرست پایین مهم‌ترین ویژگی‌های کابل‌های مسی کواکسیال را نوشته‌‌ایم.

• محافظت در مقابل تداخل‌ الکترومغناطیسی، تداخل فرکانس‌های رادیویی و Cross-Talk
• هزینه بالا
• از این کابل‌ها بیشتر برای راه‌اندازی رسانه‌های برادکستی مانند تلویزیون‌های کابلی استفاده می‌شود.
• طول سگمنت این کابل‌ها بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ متر است.

مزایای استفاده از کابل‌های کواکسیال

در فهرست زیر، مهم‌ترین فایده‌های استفاده از کابل‌های مسی کواکسیال را بیان کرده‌ایم.

• نسبت به سایر روش‌های انتقال داده راه‌اندازی ساده‌ای دارد.
• سیستم دفاعی بهتری در مقابل نویز‌ها و تداخلات دارد.
• با کمک این کابل‌ها - نسبت به دیگر کابل‌های مسی - می‌توانیم داده‌ها را در فاصله‌های طولانی‌تری منتقل کنیم.
• این کابل در مقابل مشکلات Cross-Talk بهتر از داده‌ها مراقبت می‌کند.

معایب استفاده از کابل‌های کواکسیال

در فهرست پایین چند مورد از مهم‌ترین نقاط ضعف کابل‌های کواکسیال را نوشته‌ایم.

• کابل‌های کواکسیال نسبت به سایر کابل‌ها گران‌تر هستند.
• از دیگر کابل‌های مورد استفاده برای انتقال داده انعطاف‌پذیری کمتری داشته و ضخیم‌تراند.
• برای جلوگیری از Cross-Talk باید آن‌ها را به زمین متصل کرد.

یادگیری اصول پایه شبکه در فرادرس

فرادرس فیلم‌های آموزش خیلی خوبی برای یادگیری اصول اصلی و مهم شبکه‌های رایانه‌ای تولید کرده است. این فیلم‌ها شامل مباحثی مانند نتورک پلاس و آشنایی با چهارچوب کلی شبکه هستند. همچنین نکات کلیدی مانند ساختار و توپولوژی، نحوه شناخت عناصر شبکه و طبقه‌بندی این دستگاه‌ها را هم پوشش می‌دهند. آشنایی با روش‌های انتقال اطلاعات در شبکه یکی از نکات اولیه و مهم است. این موارد بیشتر به کار در لایه سخت‌افزاری شبکه مرتبط‌اند. اما در همین لایه هم نرم‌افزارهای تخصصی وجود دارند که برای مدیریت روش‌ها و رسانه‌های انتقال به کار برده می‌شوند.

برای کسب تسلط بر روی لایه سخت‌افزاری شبکه لازم است که آموزش‌های مربوط به نتورک‌پلاس را مشاهده کنیم. داشتن مهارت «نتورک پلاس» (+Network) رزومه کارجویان را تقویت می‌کند. بنابراین به راحتی می‌توانند فرصت‌های شغلی بهتری را برای خود پیدا کنند. به‌خصوص اینکه بازار کار شبکه‌های کامپیوتری از اولین بخش‌های آن که مربوط به طراحی و راه‌اندازی است تا بخش‌های انتهایی و پیشرفته آن که شامل امنیت سایبری می‌شود، روز‌به‌روز گسترش بیشتری پیدا می‌کند.

در فهرست زیر، چند مورد از فیلم‌های مجموعه آموزشی نتورک پلاس را معرفی کرده‌ایم. برای مشاهده فیلم‌های بیشتر بر روی تصویر بالا کلیک کنید.

• فیلم آموزش رایگان «نتورک پلاس» (+Network) به صورت سریع و آسان در ۹۰ دقیقه + گواهینامه
• فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری ۱
• فیلم آموزش امنیت شبکه های کامپیوتری
• فیلم آموزش مقدماتی وایرشارک برای آنالیز ترافیک و پروتکل های شبکه
• فیلم آموزش رایگان معرفی دوره شبکه های کامپیوتری

زوج‌سیم به هم تابیده

این نوع کابل‌ها از ۸ سیم عایق ساخته می‌شوند. تمام آن‌ها به شکل دوبه‌دو و با استفاده از کد رنگی مشخصی با همدیگر جفت شده‌‌اند. سیم‌های هرجفت نیز به دور هم تاب خورده‌اند. پیچیده شدن سیم‌ها - به شکل دوتایی - باعث شده است تا در مقابل تداخل فرکانسی سیم‌های دیگر محافظت شوند. در هر جفت سیم، یکی برای ارسال اطلاعات به کار برده می‌شود و سیم دیگر نقش اتصال به زمین را بازی می‌کند. کابل‌های زوج به‌ هم تابیده به دو نوع روکش‌دار و بدون روکش تقسیم می‌شوند.

زوج‌سیم به هم تابیده روکش دار

این نوع از کابل‌های «زوج به هم تابیده» درون محافظ توری‌شکل (شیلد) قرار دارند. یعنی این تور فلزی به دور هسته مرکزی کابل پیچیده شده است. وظیفه اصلی محافظ توری، مراقبت از سیگنال‌ها در مقابل تداخلات ناشی از منابع بیرونی است.

ویژگی‌های زوج‌سیم به‌ هم تابیده روکش‌دار

در فهرست زیر مهم‌ترین ویژگی‌های زوج‌سیم به‌ هم تابیده روکش‌دار را نوشته‌ایم.

• محافظت از سیگنال‌ها در مقابل تداخل‌ الکترومغناطیسی، تداخل فرکانس‌های رادیویی و Cross-Talk
• بسیار گران‌تر از «کابل‌های زوج به هم تابیده بدون محافظ» یا «UTP»
• راه‌اندازی مشکل
• طول سگمنت در بهترین حالت حدود ۱۰۰ متر است.

مزایای زوج‌سیم به هم تابیده روکش دار

در فهرست زیر مهم‌ترین فایده‌های استفاده از زوج‌سیم به هم تابیده روکش‌دار را بیان کرده‌ایم.

• زوج‌سیم به هم تابیده روکش دار به شکل موثری اثرات منفی Cross-Talk را کاهش می‌دهد.
• در مقایسه با «کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش» (Unshielded Twisted Pair | UTP) سرعت بیشتری دارد.

معایب زوج‌سیم به هم تابیده روکش دار

در فهرست پایین، مهم‌ترین نقاط ضعف زوج‌سیم به هم تابیده روکش‌دار را بیان کرده‌ایم.

• بسیار گران هستند.
• ضخامت بیشتری از کابل‌های UTP دارند. بنابراین انعطاف‌پذیری کمتری دارند.
• فرایند تولید و نصب این کابل‌ها مشکل است.

کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش

این نوع از کابل‌های زوج به هم تابیده، دارای محافظ بافته شده یا توری‌شکل نیستند. فقط ۴ جفت سیم به هم تابیده برای حفظ امنیت بیشتر درون یک لایه پوشش پلاستیکی، قرار گرفته‌اند.

ویژگی‌های کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش

در فهرست زیر، مهم‌ترین ویژگی‌های زوج‌سیم به‌ هم تابیده بدون روکش را نوشته‌ایم.

• مستعد آسیب رسیدن به سیگنال در صورت روبه‌رو شدن با تداخل‌های الکترومغناطیسی، تداخل فرکانس‌های رادیویی و Cross-Talk
• ارزان
• بسیار رایج
• نصب راحت
• بیشترین طول سگمنت برابر با ۱۰۰ متر
• این کابل‌ها از کدهای رنگی مشخصی پیروی می‌کنند. در تصویر زیر، کد رنگی استاندارد «568A» را قرار داده‌ایم.

• در تصویر زیر هم کد رنگی استاندارد «TIA/EIA 568B» را نشان داده‌ایم.

این نوع از کابل‌ها به دو دسته مجزا تقسیم می‌شوند.

• کابل‌های «Straight-through»: در زمان کار با این کابل‌ها باید از کدهای رنگی یکسانی در هر دو انتهای کابل، استفاده شود. برای مثال، هر دو طرف باید یا از کد 568A و یا از کد 568B استفاده کنند. این کابل‌ها برای متصل کردن وسایل متفاوت با هم به کار برده می‌شوند. به عنوان مثال از کابل‌های زوج به‌ هم تابیده بدون روکش برای متصل کردن کامپیوتر‌های شخصی به سوییچ‌‌ها و سوییچ‌ها به روتر استفاده می‌شود.
• کابل‌های «Crossover»:‌ در زمان کار با این کابل‌ها، در هر دو انتهای کابل باید از رنگ‌هایی با کدهای مختلف استفاده شود. برای مثال اگر در یک انتهای کابل از کد 568A استفاده کنیم باید در انتهای دیگر آن از سیم‌هایی با کد رنگی 568B استفاده کنیم. از این کابل‌ها برای متصل کردن دستگاه‌های همنوع استفاده می‌شود. برای نمونه اگر بخواهیم کامپیوتر‌های شخصی را به همدیگر متصل کرده یا بین دو سوییچ ارتباط برقرار کنیم باید این نوع کابل‌ها را به کار ببریم.

مزایای کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش

در فهرست زیر، مهم‌ترین مزایای استفاده از «زوج‌سیم به هم تابیده بدون روکش» را نوشته‌ایم.

• نسبت به دیگر کابل‌های شبکه، هزینه کمتری دارند.
• نصب و راه‌اندازی آن‌ها ساده است.

معایب کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش

در فهرست پایین، چند مورد از مهم‌ترین نقاط ضعف کابل‌های زوج به هم تابیده بدون روکش را بیان کرده‌ایم.

• ظرفیت انتقال داده آن‌ها کمتر است.
• برای انتقال داده در فاصله‌های طولانی مناسب نیست.

به عنوان فعال حوزه کامپیوتر باید بتوانیم نیاز‌های خود را تا حد توان برطرف کنیم. یکی از این نیاز‌ها راه‌اندازی شبکه‌های کوچک برای مثال در منزل یا محیط کار است. اگر هنوز نمی‌دانید که چطور کابل اترنت بسازید پیشنهاد می‌کنم مطلب مربوط به آن را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

کابل‌های فیبر نوری

از کابل‌های فیبر نوری برای برقرار کردن اتصالات راه‌دور بین دستگاه‌های گیرنده و فرستنده استفاده می‌شود. کابل‌های فیبر نوری، سیم‌های شفاف و انعطاف‌پذیری هستند که از پلاستیک یا شیشه ساخته می‌شوند. این کابل‌ها از موی سر انسان فقط کمی ضخیم‌ترند. کابل‌های فیبر نوری مانند مسیری برای طی مسافت توسط نور از سر تا انتهای دیگر کابل عمل می‌کنند.

مخابرات فیبر نوری به شدت به کابل‌های فیبر وابسته‌اند. زیرا این کابل‌ها می‌توانند حجم بسیار بیشتری از داده‌ها را در طول مسافت‌های خیلی طولانی‌تر از کابل‌های معمولی جابه‌جا کنند. در داخل کابل‌ها الیاف شیشه‌ای با کمک پوشش مخصوصی محافظت می‌شوند. نور در طول هسته مرکزی کابل - که مانند سیم شیشه‌ای یا پلاستیکی است - جابه‌جا می‌شود. این هسته توسط روکش فلزی، پوشیده شده است. وظیفه این روکش فلزی، انعکاس دادن نور است. انعکاس نور باعث می‌شود که سیگنال‌ها از دست نروند و نور به حرکت خودش ادامه دهد.

کابل‌های فیبر نوری دو نوع اصلی «تک‌حالته» (Single-Mode Fiber) و «چندحالته» (Multi-Mode Fiber) دارند. ویژگی‌های این دو نوع کابل را در ادامه توضیح داده‌ایم.

کابل‌های فیبر نوری تک حالته

در فهرست پایین مهم‌ترین ویژگی‌های کابل‌های فیبر نوری تک‌حالته را نوشته‌ایم.

• فقط از یک رشته فیبر نوری تشکیل شده است.
• هر لحظه فقط یک سیگنال داده را جابه‌جا می‌کند.
• داده‌ها را تا مسافت‌های طولانی منتقل می‌کند.
• در این نوع کابل از لیزر برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود.
• سرعت انتقال داده‌ها بالاتر است.

کابل‌های فیبر نوری چندحالته

در فهرست پایین مهم‌ترین ویژگی‌های کابل‌های فیبر نوری چندحالته را نوشته‌ایم.

• این نوع کابل می‌تواند چندین حالت سیگنال داده را به صورت همزمان جابه‌جا کند.
• قابلیت حمل چندین سیگنال نوری را دارد.
• نسبت به فیبر نوری تک‌حالته مسافت‌های کوتاه‌تری را پوشش می‌‌دهد.
• از LED برای ارسال نور در این کابل‌ها استفاده می‌شود.
• سرعت انتقال داده‌ها نسبت به کابل‌های تک‌حالته کمتر است.

مزایای استفاده از کابل‌های فیبر نوری

در فهرست زیر مهم‌ترین فایده‌های استفاده از کابل‌های فیبر نوری را نوشته‌ایم.

• سرعت انتقال داده‌ها بسیار بالا است.
• با کمک این کابل‌ها می‌توانیم بدون خرابی سیگنال، اطلاعات را بین فاصله‌های طولانی جابه‌جا کنیم.
• از میدان‌های الکترومغناطیسی تاثیر‌پذیری ندارد. یعنی این میدان‌ها باعث خرابی داده‌ها و سیگنال‌های فیبر نوری نمی‌شوند.

معایب استفاده از کابل‌های فیبر نوری

در فهرست زیر معایب استفاده از کابل‌های فیبر نوری را بیان کرده‌ایم.

• نصب و نگهداری این کابل‌ها بسیار گران است.
• جنس این کابل‌ها بسیار شکننده است. بنابراین به دقت بسیار زیادی در زمان جابه‌جایی و استفاده آن‌ها نیاز داریم.

تا اینجای کار، انواع روش‌های انتقال داده را در شبکه به شکل سیمی توضیح داده‌ایم. در بخش بعدی به بررسی روش‌های بی‌سیم برای انتقال داده در شبکه می‌پردازیم.

مقایسه انواع کابل‌های مس و فیبر نوری

در جدول پایین، چند مورد از پرکابردترین کابل‌های مسی را با همدیگر مقایسه کرده‌ایم.

روش انتقال بی‌سیم یا هدایت نشده

در روش انتقال بی‌سیم از فضا برای ارسال سیگنال‌ها استفاده می‌شود. به این فضا، «رسانه هدایت نشده» (Unguided Media) یا «رسانه انتقال بدون محدودیت» (Unbound Transmission Medium) نیز گفته می‌شود. در این روش از سیم‌های مسی و کابل‌های فیبر نوری استفاده نمی‌شود. جغرافیای فیزیکی محیط شبکه هم اثری بر روی رسانه انتقال ندارد.

در روش انتقال بی‌سیم داده می‌توانیم از سه نوع «رسانه هدایت نشده» مختلف استفاده کنیم.

1. «امواج رادیویی» (Radio Waves)
2. امواج «مایکروویو» (Microwave)
3. امواج «مادون قرمز» (Infrared)

در ادامه مطلب، هر کدام از این رسانه‌ها را به ترتیب توضیح داده‌ایم.

انتقال داده با امواج رادیویی

امواج رادیویی نوعی از «تابش‌های الکترومغناطیسی غیر یون‌ساز» (Non-Ionizing Electromagnetic Radiation) هستند. از این امواج برای ارتباطات بی‌سیم استفاده می‌شود. برای نمونه یکی از دستگاه‌هایی که با امواج رادیویی کار می‌کند، مودم‌ wifi است. تقریبا روزانه از این مودم‌ها در منزل، محل کار یا محل تحصیل استفاده می‌کنیم. به عنوان فعال حوزه شبکه بهتر است که روش کار این دستگاه‌ها را بلد باشیم. به همین‌منظور پیشنهاد می‌کنیم که فیلم آموزش رایگان Wi-Fi چیست و چگونه کار می‌کند؟ + عملکرد وای فای را از فرادرس مشاهده کنید. لینک مربوط به این فیلم را در پایین نیز قرار داده‌ایم.

در این بخش از مطلب با مشخصات امواج رادیویی آشنا می‌شویم.

محدوده فرکانس

محدوده فرکانس امواج رادیویی بین «۳ کیلوهرتز» (3kHz) تا «۳۰۰ گیگاهرتز» (300GHz) است. باید توجه کنید که امواج رادیویی با فرکانس پایین بیشتر برای انتشار سیگنال‌های رادیویی موج AM به کار برده می‌شوند. از طرف دیگر از امواج رادیویی با فرکانس بالا برای انتشار رادیو FM استفاده می‌شوند. به عنوان مثالی از امواج رادیویی با فرکانس بالا می‌توان به ارتباطات ماهواره‌ای اشاره کرد.

ارتباط مستقیم

امواج رادیویی را می‌توان به شکل جهت‌دار و مستقیم ارسال کرد. یعنی آن که این امواج بر روی جهت خاصی تمرکز کرده و حرکت می‌کنند. البته می‌توان این امواج را به صورت «چندجهته» (Omnidirectional) هم ارسال کرد. یعنی اینکه بدون مسیر مشخص و در همه جهات پخش بشوند.

نقش آنتن

آنتن یکی از مولفه‌های حیاتی برای انتقال امواج داده رادیویی است. وظیفه اصلی آنتن، تبدیل کردن انرژی الکتریکی به موج رادیویی است.

شکل، اندازه و سمت‌وسوی قرارگیری آنتن تاثیر مستقیمی بر روی جهت حرکت و قدرت امواج رادیویی دارد.

کاربرد‌های امواج رادیویی

در فهرست پایین، چند مورد از مهم‌ترین کاربرد‌های امواج رادیویی را نوشته‌ایم.

• انتشار کانال‌های رادیو
• ارتباطات موبایل
• ساخت شبکه‌های بی‌سیم
• استفاده در حوزه راداری و مسیریابی

تمام روش‌های انتقال داده در شبکه، نکات مثبت و منفی دارند. برای تصمیم‌گیری درباره انتخاب روش درست باید با مزایا و معایب استفاده از آن‌ رسانه انتقال آشنا شویم. در ادامه مطلب این موارد را بررسی کرده‌ایم.

مزایای استفاده از امواج رادیویی

در این بخش از مطلب، مهم‌ترین فایده‌های استفاده از امواج رادیویی را به شکل فهرست مرتبی نوشته‌ایم.

• این امواج برای ارتباطات راه دور مناسب هستند.
• دستگاه‌های گیرنده و فرستنده این امواج را می‌توان در داخل محدوده مشخص به راحتی جابه‌جا کرد.
• ارتباطات قابل اتکا و بدون قطعی هستند.
• نصب و راه‌اندازی آن‌ها ساده است.

معایب استفاده از امواج رادیویی

در این بخش از مطلب، چند مورد از نقاط ضعف مهم در روش استفاده از امواج رادیویی را توضیح داده‌ایم.

• تداخل امواج می‌تواند به سیگنال‌ها آسیب بزند.
• اختلالات جوی باعث کاهش کیفیت امواج می‌شود.
• پهنای باند محدودی دارند.
• می‌تواند به سلامتی افراد آسیب بزند.

انتقال داده با امواج مایکروویو

امواج مایکروویو روشی برای انتقال داده هستند. در این روش از موج‌های الکترومغناطیس با فرکانس بالا استفاده می‌شود. این امواج می‌توانند داده‌ها را در طول فاصله‌های طولانی جابه‌جا کنند.

در ادامه به شکل دقیق‌تری با این رسانه انتقال آشنا می‌شویم.

محدوده فرکانس

در زمینه فرکانس‌ امواج مایکروویو، باید به دو نکته توجه کنیم.

1. به طور کلی امواج مایکروویو در محدوده بین ۱ گیگاهرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز فعالیت می‌کنند.
2. پرکاربردترین محدوده فرکانسی بین ۳ گیگاهرتز تا ۳۰ گیگاهرتز است.

جهت ارتباطات

امواج مایکروویو برای برقرار کردن ارتباط به شکل خط مستقیم حرکت می‌کنند. به این تکنیک، انتشار «خط دید» (Line-Of-Sight | LOS) گفته می‌شود. یعنی آن که آنتن‌های گیرنده و فرستنده باید همدیگر را به طور مستقیم ببینند. امواج مایکروویو «یک‌سویه» (Unidirectional) هستند.

عملکرد آنتن

در تکنیک انتقال داده با کمک امواج مایکروویور آنتن‌ها نقش بسیار مهمی را بازی می‌کنند. وظیفه مهم آنتن تبدیل کردن سیگنال‌های الکتریکی به امواج مایکروویو و انتقال آن‌ها در هوا است.

انواع انتقال امواج مایکروویو

برای انتقال داده با کمک امواج مایکروویو از دو تکنیک اصلی استفاده می‌‌شود. این روش‌ها را در پایین، توضیح داده‌ایم.

• آنتن‌های زمینی یا «مایکروویو زمینی» (Terrestrial Microwaves): از این تکنیک برای برقراری ارتباطات دوطرفه استفاده می‌شود. بیشترین کاربرد این تکنیک در زمان مرتبط کردن دو نقطه مختلف بر روی سطح زمین است. برای نمونه از این آنتن‌ها برای متصل کردن دو برج یا ساختمان مختلف در سطح شهر استفاده می‌شود.

• آنتن‌های ماهواره‌ای یا «مایکروویو ماهواره‌ای» (Satellite Microwaves): از امواج مایکروویو برای مرتبط کردن ایستگاه‌ها و آنتن‌های روی زمین و ماهواره‌های موجود در مدار زمین نیز استفاده می‌شود. بیشترین کاربرد این تکنیک در برقراری ارتباط، بین نقاط مختلف کره زمین یا انتشار اطلاعات به سبک «Broadcasting» است.

در بخش بعدی، چند مورد از رایج‌ترین کاربرد‌های امواج مایکروویو را نام برده‌ایم.

کاربرد‌های امواج مایکروویو

این امواج یکی از پرکاربرد‌ترین رسانه‌های انتقال در دنیا هستند. در فهرست پایین، مهم‌ترین استفاده‌های امواج مایکروویو نوشته شده‌اند.

• راه‌اندازی «شبکه‌های ناحیه محلی بی‌سیم» (Wireless Local Area Networks | WLANs)
• برقراری ارتباطات ماهواره‌ای
• سیستم‌های راداری
• اینترنت پرسرعت بی‌سیم
• مسیر‌های ارتباطی مستقیم بین دو نقطه مختلف یا «Point-To-Point Communication Link»
• «ستاره‌شناسی رادیویی» (Radio Astronomy)
• ارتباطات نظامی
• رادار‌های مخصوص بررسی وضعیت آب‌وهوا

قبل از انتخاب روش انتقال داده مناسب باید با مزایا و معایب استفاده از هر روش، آشنا شویم. در ادامه مطلب، این معیار‌ها را درباره امواج مایکروویو بررسی می‌کنیم.

مزایای استفاده از امواج مایکروویو

در این بخش از مطلب، مهم‌ترین فایده‌های استفاده از امواج مایکروویو را به شکل فهرست مرتبی بیان کرده‌ایم.

• انتقال داده‌ با سرعت بسیار زیاد
• نصب و راه‌اندازی ساده
• روش انتقال داده مقرون‌به‌صرفه
• ارتباط پایدار با کمترین زمان قطعی
• راه‌اندازی سریع

معایب استفاده از امواج مایکروویو

در فهرست پایین، چند مورد از نقاط ضعف امواج مایکروویو را نام برده‌ایم.

• کاهش کیفیت سیگنال‌ها در صورت وجود مانع در مسیر دید آنتن‌ها
• خطرات امنیتی
• برد محدود
• کاهش کیفیت سیگنال‌های مایکروویو با شرایط بد جوی یا آب‌وهوای بد

انتقال داده با امواج مادون قرمز

امواج مادون قرمز، موج‌های انرژی هستند که به راحتی می‌توانند در فضا حرکت کنند. در این بخش از مطلب، این امواج را بررسی می‌کنیم.

• محدوده فرکانس: محدوده فرکانس این امواج بین ۳۰۰ گیگاهرتز تا ۴۰۰ تراهرتز است. یعنی آن که این امواج ابتدا مسافت مشخصی را طی می‌کنند و سپس محو می‌شوند.
• محدوده ارتباطی: به طور کلی از امواج مادون قرمز برای انتقال اطلاعات بین دستگاه‌هایی استفاده می‌شود که نزدیک همدیگر هستند. به این ارتباط، «ارتباط کوتاه بُرد» (Short-Range Communication) گفته می‌شود.

روش کار امواج مادون قرمز چیست؟

برای ارسال اطلاعات با کمک امواج «مادون قرمز» (Infrared) به دستگاه‌های مخصوصی با نام «فرستنده‌ گیرنده» (Transceiver) احتیاج داریم. این دستگاه‌ها به همان خوبی که نور‌ مادون قرمز را جذب می‌کنند، می‌توانند آن را ارسال هم بکنند. برای ایجاد ارتباط با رسانه امواج مادون قرمز، هر دو دستگاه باید به شکل دقیق در مقابل همدیگر قرار بگیرند. اگر این دستگاه‌ها روبه‌روی همدیگر نباشند، نور برای رسیدن از دستگاهی به دستگاه دیگر سطح رنگی برخورد کرده و بازتاب می‌کند. برای مثال ممکن است که به دیوار یا سقف برخورد بکند. این مسئله باعث کاهش کیفیت سیگنال یا از دست رفتن داده‌ها می‌شود.

در بخش بعدی چند مورد از رایج‌ترین کاربرد‌های امواج مادون قرمز را معرفی کرده‌ایم.

کاربرد‌های امواج مادون قرمز

در فهرست پایین، چند مورد از مهم‌ترین کاربرد‌های امواج مادون قرمز نوشته‌ شده‌اند.

• ماوس و کیبورد‌های بی‌سیم
• کنترل تلویزیون
• دوربین‌های دید در شب
• سیستم‌های تسلیحاتی

برای تصمیم‌گیری درباره روش مناسب انتقال داده باید با مزایا و معایب استفاده از رسانه‌های انتقال مختلف، آشنا شویم. در ادامه مطلب، این موارد را بررسی کرده‌ایم.

مزایای استفاده از امواج مادون قرمز

در این بخش از مطلب، مهم‌ترین فایده‌های استفاده از امواج مادون قرمز را بیان کرده‌ایم.

• سرعت و امنیت بالا در انتقال داده
• مصرف برق کمتر
• ارسال داده‌ها در جهت مشخص شده
• سادگی در افزودن ماژول مادون قرمز به دستگاه‌های مختلف

معایب استفاده از امواج مادون قرمز

در این بخش از مطلب، نقاط ضعف مهم امواج مادون قرمز را نام برده‌ایم.

• نیاز به «خط دید» (Line of Sight) - دستگاه‌ها باید روبه‌روی همدیگر باشند.
• برد محدود
• میرایی بالا

تا اینجا تمام موارد مربوط به روش انتقال داده در شبکه به شکل بی‌سیم را بررسی کردیم. در بخش بعد این تکنیک‌ها را با همدیگر مقایسه می‌کنیم.

مقایسه انواع روش‌های انتقال داده در شبکه

در بخش پایین، انواع روش‌های انتقال داده در شبکه را با کمک جدول ساده و واضحی مقایسه کرده‌ایم.

در بخش بعدی مطلب، معیار‌های مهمی را بررسی کرده‌ایم که برای انتخاب روش انتقال داده به کار برده می‌شوند.

چطور بهترین روش انتقال داده در شبکه را انتخاب کنیم؟

برای پیاده‌سازی هر چه بهتر ارتباطات شبکه لازم است که روش مناسب را برای انتقال داده انتخاب کنیم. انتخاب روش درست شامل انتخاب صحیح رسانه انتقال هم است.

در فهرست پایین، مواردی را بررسی کرده‌ایم که در زمان انتخاب رسانه انتقال باید در نظر گرفته شوند.

• فاصله: این معیار به معنای فاصله مورد نیاز برای جابه‌جایی سیگنال است. برای فاصله‌های کوتاه، استفاده از کابل‌های زوج‌ بهم‌ تابیده یا فیبر نوری گزینه مناسبی است. برای فاصله‌های طولانی باید از کابل‌های کواکسیال یا روش‌های انتقال ماهواره‌ای استفاده کنیم.
• پهنای باند: این معیار به معنای حجم داده‌ای است که می‌خواهیم در واحد زمان، جابه‌جا کنیم. برای کارهایی که با پهنای باند کم انجام می‌شوند، مانند تماس‌های صوتی، استفاده از کابل‌های زوج بهم تابیده گزینه خوبی است. برای استفاده از عملیات نیازمند به پهنای باند زیاد - مانند پخش ویدئو‌های آنلاین - لازم است که از کابل‌های کواکسیال یا فیبر نوری استفاده کنیم.
• هزینه: در زمان راه‌اندازی شبکه‌های رایانه ای بسیار مهم است که هزینه پیاده‌سازی روش‌های مختلف انتقال داده را هم در نظر بگیریم. اگر بخواهیم از روش‌های ارزان استفاده کنیم، راه‌اندازی شبکه با کمک کابل‌های زوج بهم تابیده کمترین هزینه را نسبت به دیگران دارد.
• امنیت: برای محافظت از اطلاعات حساس و منابع موجود در شبکه، باید به رعایت اصول امنیتی توجه کنیم. برای مثال استفاده از فیبر نوری یکی از امن‌ترین روش‌های انتقال داده در شبکه‌ها است.

آموزش شبکه‌های بی سیم در فرادرس

به مرور زمان استفاده از تجهيزات بی سيم گسترش زیادی پیدا می‌کند. مهم‌ترین دليل رشد چشمگير شبكه‌های بی سيم، انعطاف‌پذيری و قابليت جابه‌جايی بسيار بالای آن‌ها است. سیستم های «فرکانس رادیویی» (RF) از اجزای اساسی زندگی انسان‌ها شده‌اند. شبکه‌های بی‌سیم در مسافت های طولانی مثل تلفن‌های همراه و شبکه‌های ماهواره‌ای و غیره کاربرد دارند. ظهور فناوری‌های ارتباط بی‌سیم، تحول عظیمی در دنیای شبکه ایجاد کردند. بنابراین فرادرس، مجموعه آموزشی خاصی را برای تولید و انتشار فیلم‌های مربوط به شبکه‌های بی‌سیم تهیه کرده است.

در پایین، فیلم‌های این مجموعه آموزش را معرفی کرده‌ایم. با مشاهده آن‌ها مهارت زیادی در طراحی و راه‌اندازی و مدیریت شبکه‌های بی‌سیم پیدا می‌کنید.

• فیلم آموزش شبکه های بی سیم Wireless Networks
• فیلم آموزش رایگان الگوریتم های رمزگذاری و رمزنگاری شبکه های بی سیم
• فیلم آموزش سیستم های مخابرات بی سیم
• فیلم آموزش امنیت شبکه های بی سیم Wireless Networks، بخش یکم
• فیلم آموزش شبیه‌ سازی شبکه‌ های حسگر بی‌ سیم با متلب + گواهینامه

در قسمت بعد، مهم‌ترین دلایل خرابی سیگنال‌ها در طول طی مسیر از مبدا تا مقصد را بیان کرده‌ایم.

علت های اصلی اخلال در انتقال اطلاعات

«اخلال در انتقال» (Transmission Impairment) به معنای تخریب یا تضعیف سیگنال‌ها در زمان حرکت از سمت فرستنده به گیرنده است. این اتفاق تقریبا در تمام سیستم‌های ارتباطی روی می‌دهد. برای مثال می‌توان به شبکه‌های تلفن، اتصالات اینترنت و دیگر شبکه‌ها اشاره کرد.

در فهرست پایین، چند مورد از رایج‌ترین علت‌های اصلی اخلال در انتقال اطلاعات را نوشته‌ایم.

• ضعیف شدن سیگنال به دلیل وجود موانع فیزیکی
• تداخل با سیگنال‌های دیگر
• خرابی یا درست کار نکردن تجهیزات
• فاکتور‌های محیطی
• محدودیت‌های پهنای باند
• فشرده‌سازی سیگنال
• خطاهای مربوط به پردازش سیگنال‌های دیجیتالی

مقایسه رسانه‌های انتقال هدایت شده و غیرهدایت شده

در جدول پایین مقایسه‌ای بین رسانه‌های انتقال هدایت شده و غیرهدایت شده انجام داده‌ایم. انتقال هدایت شده به روش انتقال با کمک کابل‌های فیزیکی گفته می‌شود. رسانه انتقال غیرهدایت شده به روش بی‌سیم برای انتقال داده گفته می‌شود.

جمع‌بندی

در زمان پیاده‌سازی شبکه‌های رایانه‌ای، توجه به روش درست انتقال داده بسیار مهم است. با این کار می‌توانیم از ارسال و دریافت داده‌ها بدون توقف مطمئن شویم. شبکه‌ها فقط وقتی کار می‌کنند که رسانه‌ مشخصی برای جابه‌جایی داده در آن‌ها وجود داشته باشد. در این مطلب از مجله فرادرس به شکل تخصصی به بررسی روش‌های انتقال داده در شبکه پرداخته‌ایم. همچنین انواع رسانه‌های انتقال را معرفی کردیم. در زمان انتخاب روش مناسب برای انتقال داده باید به موارد مختلفی مانند سرعت، هزینه، سادگی در راه‌اندازی و فاصله تحت پوشش شبکه توجه کنیم.

مهم‌ترین روش‌های انتقال داده شامل روش‌های انتقال سیمی و روش‌های بی‌سیم هستند. در روش سیمی می‌توانیم از انواع کابل‌های مسی و فیبر نوری استفاده کنیم. هر کدام از این رسانه‌ها ویژگی‌ها، نقاط قوت و ضعف خودشان را دارند. در روش بی‌سیم هم از امواج رادیویی، مایکروویو و مادون قرمز استفاده می‌کنیم. هر کدام از این نوع موج‌ها با دستگاه‌های کاملا منحصربه‌فردی کار کرده و کاربرد‌های خاص خود را دارند. در این مطلب، مهم‌ترین ویژگی تمام روش‌ها را بیان کرده‌ایم.