در قسمت اول آموزش مفاهیم شبکه های کامپیوتری و اینترنت، برای شما به معرفی شبکه ها و اصطلاحات اینترنت و معرفی چندین پروتکل پرداختیم و به شما یاد دادیم که چه پروتکل‌هایی برای چه کاری مناسب هستند و در چه زمان هایی باید از آن استفاده کرد. اما در این مقاله قصد توضیح دادن توپولوژی های شبکه کامپیوتری و اینکه از چه مزیت ها و معایبی برخوردارند و نحوه راه اندازی آنها بپردازیم و همینطور درباره برخی دیگر از اصطلاحات شبکه قرار است، صحبت کنیم.

انواع اصطلاحات شبکه

قبل از اینکه به بررسی انواع اصطلاحات شبکه برسیم، بنده برای شما شبکه را تعریف میکنم تا در مقاله قبلی به برخی چیز ها یادآوری ‌شود .

شبکه چیست؟

شبکۀ رایانه ای از اتصال دو یا چند رایانه برای تبادل اطلاعات و استفادۀ مشترک از منابع سخت افزاری و نرم افزاری ایجاد میشود. منابع سختافزاری شامل چاپگر، دیسک سخت، حافظه، پردازنده و... و منابع نرم افزاری شامل پوشه ها، پرونده ها و نرم افزارها هستند.

شبکۀ کامپیوتری به طور ساده میتواند دو رایانه متصل به یکدیگر باشد یا در حالت پیچیده تر مثل اینترنت میتواند شامل میلیون ها رایانه در سراسر جهان باشد. به هر وسیله ای مانند رایانه و چاپگر که به یک شبکۀ رایانه ای متصل میشود و نشانی منحصر به فرد دارد، یک گره  می نامند. همانطور که هر انسان دارای یک کارت ملی می باشد، توسط سازمان ها شناسایی میشود، در شبکۀ رایانه ای نیز هر رایانه دارای یک نام یکتاست که به این نام آدرس IP میگویند. آدرس IP مجموعه ای از چند عدد است و در شبکه باید آدرسIP هر رایانه یکتا باشد.

مزیت های استفاده از شبکه های کامپیوتری:

مقرون به صرفه بودن

صرفه جویی در زمان

اشتراک گذاری منابع سخت افزاری و نرم افزاری

ارتباطات بر خط (online)

مدیریت و پشتیبانی متمرکز

سرویس دهنده (Server): رایانه‌ای است که خدماتی را به رایانه‌های شبکه ارائه می دهد و به درخواست های آنان به کلاینت برای دسترسی به منابع مورد نیاز پاسخ می‌دهد. به یکی از خدماتی که به وسیله سرویس دهنده ها در اختیار دیگر کاربران یا رایانه‌ای شبکه قرار می گیرد سرویس می گویند.

سرویس گیرنده (Client): رایانه ای است که درخواست استفاده از منابع سخت افزاری و نرم افزاری در دسترس شبکه را دارد که به این رایانه ها ایستگاه کاری (Workstation) می گویند.

محیط انتقال (Communication media): برای برقراری ارتباط بین دو رایانه لازم است تا داده‌ها به وسیله سیگنال های الکتریکی مبادله شوند. سیگنال ها به وسیله محیط یا رسانه انتقال جابه‌جا می‌شوند. به محیطی که اجازه عبور سیگنال ها را می‌دهد، رسانه انتقال گفته می‌شود. رسانه ها به دو نوع کلی هدایت پذیر یا سیمی مثل سیم های مسی و فیبر نوری و هدایت ناپذیر یا بیسیم مانند امواج رادیویی تقسیم می شوند.رسانه‌های انتقال هدایت پذیر زوج سیم به هم تابیده(TP)، کابل کواکسیال و فیبرنوری هستند که آنها را برای شما تعریف می کنم.

زوج سیم به هم تابیده(TP): در زوج سیم به هم تابیده سیم های هادی دو به هم تابیده شده اند. این تابیدگی باعث می‌شود تا اختلالات الکترومغناطیسی و اثرات نویز خنثی شود. همچنین یک لایه محافظ به نام شیلد برای محافظت از داده ها و جلوگیری از نویز های هم شنوایی و القایی روی سیم ها وجود دارد.

کابل کواکسیال: کابل کواکسیال به معنی هم محور است. کابل کواکسیال شامل ۴ بخش است که بخش اصلی آن مغزی مسی نام دارد. وظیفه آن هدایت سیگنال الکتریکی است و می‌تواند مفتولی و یا چند رشته ای باشد. استفاده از این کابل منسوخ شده و می توان به جرات گفت دیگر هیچکس از این کابل استفاده نمی‌کند ولی امروزه بیشتر کابل های زوج به هم تابیده در شبکه استفاده می شود.

فیبر نوری: برخلاف کابلهای TP و کواکسیال که از سیگنال الکتریکی برای انتقال داده استفاده می‌کنند، فیبر نوری داده‌ها را به صورت پالس های نوری و با استفاده از پدیده شکست نور انتقال می دهند. بنابراین در دو سر فیبر نوری باید از مبدل های سیگنال الکتریکی به نور و برعکس استفاده شود تا بتوان از این کابل استفاده کرد. سرعتی که در این کابل منتقل می شود، در گزارش های آمده 10 برابر سرعت های کابل TP است.

سیستم عامل شبکه: سیستم عامل شبکه باید قابلیت های ویژه داشته باشد تا رایانه بتواند از خدمات شبکه استفاده کند. سیستم عامل شبکه، سرویس های شبکه ای را به رایانه های متصل به شبکه ارائه داده و اجازه برقراری ارتباط به آنها می‌دهد.

پروتکل (Protocol): به مجموعه قوانین و قراردادهایی که گفته می‌شود که تعیین می‌کند چگونه رایانه‌های درون شبکه با آن ارتباط برقرار کنند.

یک مثال ساده از سرور و کلاینت که شما را در تعریف این دو یاری می‌کند. فرض کنید شما به رستوران می‌روید و قرار است غذایی را سفارش دهید. شما به عنوان کلاینت یا سرویس گیرنده رستوران سرور یا سرویس دهنده و در آخر گارسون یک محیط انتقال محسوب می‌شود.

انتقال داده در شبکه

هنگام ارسال داده ها در شبکه داده ها به واحدهای کوچک به نام بسته تقسیم می‌شوند. سپس در قالب سیگنال روی رسانه فرستاده می‌شوند. سیگنال‌ها امواجی هستند که به وسیله یک منبع تولید و منتشر می‌شوند. ماهیت سیگنال به رسانه شبکه بستگی دارد که ما اینجا سه نوع متداول سیگنال را برای شما معرفی می کنیم: الکتریکی، نوری، رادیویی.

سیگنال های داده به دو صورت دیجیتال و آنالوگ هستند. سیگنال های آنالوگ در کابل و هوا منتشر می‌شوند. صدای انسان نمونه سیگنال آنالوگ است. هنگام صحبت کردن به وسیله ارتعاش تارهای صوتی سیگنال های رادیویی به صورت آنالوگ ایجاد می‌شود و در فضا حرکت می‌کنند و گوش افراد می‌توانند پس از دریافت و تشخیص سیگنال‌های صوتی بپردازد. این سازوکار توانایی صحبت کردن و شنیدن را برای انسان‌ها فراهم ‌کند. سیگنال های دیجیتال در دستگاه دیجیتال مانند رایانه‌ها، تلفن همراه و... ارسال و دریافت می‌شود. این سیگنال‌ها بیش از دو حالت ندارند و ارزش عددی آنها در واحد های زمانی مختلف صفر و یک است.

فرکانس: تعداد تکرار یک سیگنال در واحد زمان را فرکانس می نامند. فرکانس سیگنال ها با واحد هرتز (Hz) سنجیده می شود. یک فرکانس معادل یک بار تکرار سیگنال در ثانیه است.

باند فرکانسی: به محدوده مشخصی از فرکانس ها یک باند فرکانسی گفته می‌شود.

گوش انسان فقط قادر به شنیدن محدوده مشخصی از فرکانس هاست. برای مثال انسان ها نمی توانند صدای پای مورچه را بشنوند، چون فرکانس آن بسیار پایین است. دستگاه گیرنده الکترونیکی نیز قادر به دریافت محدوده مشخصی از فرکانس ها هستند. برای مثال باند فرکانسی موج FM فرکانس های بین ۸۸ مگاهرتز تا ۱۰۸ مگاهرتز است و دستگاه گیرنده رادیوی FM فقط قادر به دریافت سیگنال های بین این محدوده است.

استفاده از باندهای فرکانسی نیازمند کسب مجوز از دولت است. بیشتر دولت ها باند فرکانسی خاصی را به صورت آزاد در اختیار همه کاربران قرار می دهند که استفاده از آن نیاز به کسب مجوز ندارد و هر کاربر می تواند به شرط تداخل نداشتن، اطلاعات خود را روی آن ارسال و یا دریافت کند. معمولاً کاربران از این باند فرکانسی برای دستگاه های صنعتی و یا کاربردهای پزشکی استفاده می کنند که به آن ISM می گویند.

پهنای باند:  پهنای باند مفهومی است که در علوم مخابرات و رایانه تعاریف متفاوتی دارد. برای مثال در علم مخابرات، پهنای باند بدین صورت تعریف می‌شود: هر سیستم انتقال توانایی محدود در انتقال امواج دارد به صورت که پایین ترین و بالاترین فرکانسی که یک رسانه برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کند. پس فاصله بین پایین ترین و بالاترین فرکانس را پهنای باند رسانه نامیده می شود.

اما در علوم رایانه تعریف پهنای باند به این صورت است: نرخ ارسال اطلاعات در رسانه. به بیان ساده‌تر، پهنای باند حداکثر تعداد بیت هایی است که می تواند به طور همزمان از رسانه منتقل شود. یک خیابان دو طرفه و یک آزادراه را چند بیت در نظر بگیرید بدیهی است که هرچه عرض جاده بیشتر باشد، خودروی بیشتری می تواند در آن حرکت کند. پهنای باند نیز مانند عرض جاده تاثیر زیادی در سرعت تبادل اطلاعات  دارد. در واقع پهنای باند ظرفیت انتقال اطلاعات به وسیله رسانه است که با که با واحد BPS سنجیده می‌شود.

نویز: نویز عامل مخربی است که شکل و مقدار سیگنال ارسالی را تغییر می‌دهد. در این تغییر ممکن است اطلاعات ارسال شده قابل تشخیص نباشد و یا تشخیص آنها مشکل باشد. نسبت سیگنال به نویز یکی از معیارهای ارزیابی سیستم های ارتباطی است. هرچه این عدد بزرگتر باشد، میزان دخالت نویز کمتر است و سیگنال آنها کمتر دچار خرابی می‌شوند. انواع نویز ها شامل: هم شنوایی، القایی،حرارتی.

تا یادم نرفته این را هم اضافه کنم: سرعت انتقال اطلاعات با پهنای باند ارتباط مستقیم و با نویز ارتباط معکوس دارد.

بیشتر بخوانید : خدمات سخت افزاری و نرم افزاری

توپولوژی شبکه چیست؟

چیدمان و اتصال اجزای شبکه طبق یک نقشه مشخص را توپولوژی شبکه می‌گوییم که شامل انواع مختلفی

اعم از خطی، ستاره، حلقوی، مش و ترکیبی می شود.

توپولوژی خطی

توپولوژی خطی یکی از قدیمی‌ترین توپولوژی شبکه است. در این توپولوژی تمامی اجزای شبکه به یک کابل

اصلی متصل می‌شوند و از آن برای انتقال داده استفاده می‌کنند. ویژگی های توپولوژی خطی شامل این موارد می شود:

- نسبت به توپولوژی های دیگر ساختار ساده‌ای دارد و می‌توان گفت ارزانترین توپولوژی است.

- همینطور کابل کمتری مصرف می‌کنند و در افزایش و یا کاهش سیستم براحتی در این توپولوژی قابل پیاده سازی است.

- توپولوژی های دیگر نسبت به این توپولوژی سرعت بیشتری دارند و اگر در این توپولوژی کابل یکی از اعضای

شبکه قطع شود، کل شبکه خراب میشود که یکی از معایب اصلی این توپولوژی محسوب می شود.

توپولوژی حلقوی

در این توپولوژی هر کامپیوتر به صورت منطقی به کامپیوترهای مجاور خود متصل است و آخرین کامپیوتر نیز که اولین کامپیوتر وصل می شود. یک حلقه را تشکیل می‌دهند که این توپولوژی شبیه توپولوژی خطی است با این تفاوت که در آن دو سر کابل به هم متصل شده اند. برای ایجاد ساختار منطقی حلقه از سخت افزاری به نام MAU استفاده می شود.

در این شبکه‌ها وجود عیب MAU  و یا قطعی یک بخش از کابل باعث می شود تا کل شبکه از کار می افتد. در ضمن افزودن و حذف کردن کامپیوترها در شبکه به سادگی ممکن نیست و مصرف کابل و هزینه پیاده سازی این توپولوژی نسبت به توپولوژی خطی کمی گرانتر است.

توپولوژی ستاره ای

در این توپولوژی از سخت افزاری به نام سوئیچ (Switch) استفاده می‌شود. رایانه ها با یک کابل مجزا به سوئیچ متصل می شوند. در این توپولوژی داده ها ابتدا از مبدا به سوئیچ، سپس از سوئیچ به رایانه‌ مقصد ارسال میشود. از مزیت‌های این نوع توپولوژی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

- در این توپولوژی کابل بیشتری استفاده می شود ولی اگر در شبکه اختلال رخ دهد، عیب یابی آن بسیار آسان است.

- اگر در این توپولوژی یک کابل قطع شود، عملکردی روی کل شبکه ندارد و فقط رایانه‌ای که خراب شد از شبکه خارج می‌شود.

- اگر قطعه سخت افزاری به نام سوئیچ در این توپولوژی خراب شود، کل شبکه از دسترس خارج می‌شود.

توپولوژی مش

تمام کامپیوترهای موجود در این توپولوژی به صورت دو به دو و با یک کابل مستقیم و یا به صورت بی سیم به هم متصل می‌شوند؛ که به این حالت شبکه مش کامل می گویند. ولی اگر یک یا تعدادی از اتصالات برقرار نباشد به آن مش ناقص می‌گوییم. مزیت اصلی این همبندی وجود بیش از یک مسیر بین گره های شبکه است و اگر به هر دلیلی بخشی از اجزای شبکه از کار بیفتد باز هم می‌توان ارتباط را حفظ کرد و داده‌ها را منتقل نمود.مطمئن ترین و پایدارترین نوع ارتباط در این توپولوژی به کار رفته است که هزینه پیاده سازی آن بسیار بالاست. یکی از کاربردهای شبکه‌های مش اتصال مراکز تلفنی بین شهری به یکدیگر است.

توپولوژی ترکیبی

توپولوژی شبکه ای که با بیش از یک نوع توپولوژی ایجاد شده باشد، توپولوژی ترکیبی می نامیم. این توپولوژی مزایا و معایب توپولوژی که به کار گرفته شده را دارد. یکی از بهترین مثال ها برای توپولوژی ترکیبی اینترنت است.

سخن آخر

در این مقاله قصد داشتیم شما را بیشتر درباره اصطلاحات شبکه و توپولوژی آشنا کنیم و همین طور در مقاله بعدی که در روزهای آینده منتشر خواهد شد، بیشتر درباره اصطلاحات شبکه صحبت می کنیم و جزئیات دقیق تری از آن به شما خواهیم گفت. پیروز باشید.