تحقیق دانشجویی

LAN یا شبکه محلی

LAN مخفف عبارت LOCALAREANETWORK یا شبکه کامپیوتری محلی است. LAN یک سیستم ارتباطی سرعت بالاست که برای اتصال کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات ( مانند پرینتر، اسکنر، دستگاه کپی و ...) به یکدیگر طراحی شده است. البته LAN برای یک ناحیه کوچک مانند یک ساختمان یا یک شرکت و مانند آن طراحی شده است. با اتصال چند شبکه محلی یا LAN به یکدیگر می توانید یک شبکه بزرگتر به نام WAN یا WIDE AREA NETWORK بسازید. یک شبکه کامپیوتری به شما اجازه می دهد تا از قطعات و تجهیزات کامپیوتری به طور مشترک استفاده کنید.مثلاً می توانید در خرید تعداد زیادی تجهیزات گرانقیمت از قبیل پرینتر، DVD-WRITER و ... و برنامه های کاربردی صرفه جویی کنید. چون می توانید آنها را بین چند کامپیوتر به اشتراک بگذارید. برتری دیگر شبکه سهولت استفاده گروهی از اطلاعات است. به طوریکه از یک کامپیوتر می توان اطلاعات مورد نظر به همه کامپیوتر ها انتقال داد. شبکه های محلی که گاه به آنها شبکه های خانگی هم گفته می شود تکنولوژی دستیابی اشتراکی را اجرا می کنند. در همه این شبکه ها مسیر انتقال اطلاعات معمولاً کابل کوکسیال، کابل دو سیمه یا کابل فیبر نوری است وجود دارد. ارتباط فیزیکی با شبکه از طریق یک کارت شبکه یا یک کارت رابط شبکه یا NIC که مخفف عبارات NETWORK INTERFACE CARD است انجام می پذیرد. کارت شبکه که یک قطعه سخت افزاری در داخل کامپیوتر است امروزه به شکلهای مختلف در بازار یافت می شود. کابل شبکه در نهایت به کارت شبکه متصل است. بعد از اتصال سخت افزاری نرم افزار شبکه ارتباط بین کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات را که هر کدام را یک ایستگاه می نامیم مدیریت می کند. برای ارسال یک پیغام از یک کامپیوتر یا دریافت آن نرم افزار شبکه پیغام مزبور را به بسته های اطلاعاتی تقسیم می کند. ( البته در صورتیکه پیغام برای قرار گرفتن در یک بسته اطلاعاتی بزرگ باشد.) هر بسته اطلاعاتی غیر از اینکه حامل اطلاعات ماست دارای یک سر برگ و یک دنباله است. که حامل اطلاعاتی خاص آن بسته و مقصد آن است. که بوسیله این اطلاعات مشخص می شود که بسته ها باید کجا بروند و چگونه در مقصد به یکدیگر متصل شوند.

کارت شبکه بسته های اطلاعاتی را روی شبکه با جریانی از اطلاعات با ایجاد تفییرات در سیگنال های الکتریکی ارسال می کند. وقتی اطلاعات روی کابل شبکه در حال انتقال است هر کارت شبکه مقصد بسته های اطلاعاتی را چک می کند. تا در صورت مطابقت آدرس خود با آدرس مقصد بسته اطلاعات آن را کپی کرده و به کامپیوتر یا دستگاه خود منتقل کند.

هر LAN یا شبکه محلی توپولوژی یا چیدمان هندسی خود را دارد. سه توپولوژی پایه وجود دارد: باس (گذرگاه) ، رینگ (حلقوی)، استار(ستاره). بیشتر شبکه های محلی ترکیبی از این سه چیدمان هستند.

در توپولوژی باس همه دستگاهها به کابل مرکزی یا همان باس متصل می شوند.

در توپولوژی رینگ دستگاهها به یک حلقه بسته متصل شده اند. به طوریکه هر دستگاه به دستگاه بعدی متصل می شود. این یک توپولوژی قوی است به طوریکه در صورت بروز اشکال در یک دستگاه به احتمال زیاد کل شبکه دچار مشکل نمی شود.

در توپولوژی استار یا ستاره همه دستگاهها به یک هاب (Hub) مرکزی متصل می شوند. و از طریق آن اطلاعات به مقصد هدایت می شوند. اگر مقصد اطلاعات در داخل شبکه استار باشد هاب آن اطلاعات را به دستگاه مقصد که می تواند یک کامپیوتر، پرینتر یا ... باشد انتقال می دهد ولی اگر مقصد خارج از شبکه استار باشد هاب اطلاعات را به یک روتر ارسال می کند.

بسته به توپولوژی و تجهیزات و فورمت ارسال اطلاعات یک شبکه محلی کامپیوتری می تواند تا سرعت 100Mbps به انتقال اطلاعات بپردازد.

با اين که هر شبکه محلی دارای ويژگی ها و خصايصمنحصربفرد مختص به خود می باشد که به نوعی آن را از ساير شبکه ها متمايز می نمايد ،ولی در زمان پياده سازی و اجرای يک شبکه محلی ، اکثر آنان از استانداردها و عناصرشبکه ای مشابه ای استفاده می نمايند . شبکه های WAN نيز دارای وضعيتی مشابه شبکههای محلی بوده و امروزه در اين نوع شبکه ها از مجموعه ای گسترده از اتصالات (از Dial-up تا broadband ) استفاده می گردد که بر پهنای باند ، قيمت و تجهيزات موردنياز به منظور برپاسازی اين نوع شبکه ها تاثير می گذارد .
در ادامه به برخی ازمهمترين ويژگی ها و عناصر شبکه ای استفاده شده در شبکه های محلی اشاره می گردد :

رسانه های انتقال داده در شبکه های کامپيوتری ، ستون فقرات يک شبکه راتشکيل می دهند . هر شبکه کامپيوتری می تواند با استفاده از رسانه های انتقال دادهمتفاوتی ايجاد گردد . وظيفه رسانه های انتقال داده ، حمل اطلاعات در يک شبکه محلیمی باشد . شبکه های محلی بدون کابل از اتمسفر به عنوان رسانه انتقال داده استفادهمی نمايند . رسانه های انتقال داده عناصر لايه يک و يا فيزيکی شبکه های محلی میباشند .

هر رسانه انتقال داده دارای مزايا و محدوديت های مختص به خود میباشد . طول کابل ، قيمت و نحوه نصب از مهمترين ويژگی های رسانه های انتقال داده میباشند .

اترنت ، متداولترين تکنولوژی استفاده شده در شبکه های محلی می باشدکه اولين مرتبه با همکاری سه شرکت ديجيتال ، اينتل و زيراکس و با نام DIX ارائهگرديد . در ادامه و در سال 1983 موسسه IEEE با استفاده از DIX ، استاندارد IEEE 802.3 را مطرح نمود . در ادامه استانداردهای متعددی توسط کميته های تخصصی IEEE ارائه گرديد .

قبل از انتخاب يک مدل خاص اترنت برای پياده سازی شبکه ، میبايست کانکتورهای مورد نياز برای هر نمونه پياده سازی را بررسی نمود . در اين رابطهلازم است سطح کارآئی مورد نياز در شبکه نيز بررسی گردد .

مشخصه های کابل وکانکتورهای مورد نياز برای پياده سازی هر يک از نمونه های اترنت ، متاثر ازاستانداردهای ارائه شده توسط انجمن های صنايع الکترونيک و مخابرات ( EIA/TIA ) میباشد .

با توجه به لايه فيزيکی مربوطه ، از اتصالات متفاوتی در شبکه هایاترنت استفاده می گردد . کانکتور RJ-45 ( برگرفته از registered jack ) متداولتريننمونه در اين زمينه است .

برای اتصال دستگاه های شبکه ای از کابل ها یمتفاوتی استفاده می گردد . مثلا" برای اتصال سوئيچ به روتر ، سوئيچ به کامپيوتر ،هاب به کامپيوتر از کابل های straight-through و برای اتصال سوئيچ به سوئيچ ، سوئيچبه هاب ، هاب به هاب ، روتر به روتر ، کامپيوتر به کامپيوتر و روتر به کامپيوتر ازکابل های crossover استفاده می گردد .

Repeater ، يک سيگنال را دريافت و باتوليد مجدد آن ، امکان ارسال آن را در مسافت های طولانی تر قبل از تضعيف سيگنالفراهم می نمايد . در زمان توسعه سگمنت های يک شبکه محلی، می بايست از استانداردهایموجود در اين زمينه استفاده نمود . مثلا" نمی توان بيش از چهار repeater را بينکامپيوترهای ميزبان در يک شبکه استفاده نمود .

هاب در واقع repeater هایچند پورته می باشند . در اغلب موارد تفاوت بين دو دستگاه فوق ، تعداد پورت هایارائه شده توسط هر يک از آنان است . با اين که يک repeater معمولا" دارای صرفا" دوپورت می باشد ، يک هاب می تواند دارای چهار تا بيست و چهار پورت باشد . در شبکه های Ethernet 10BAST-T و يا Ethernet 100BASE-T استفاده از هاب بسيار متداول است . بااستفاده از هاب ، توپولوژی شبکه از bus خطی که در آن هر دستگاه مستقيما" به ستونفقرات شبکه متصل می گردد ، به يک مدل ستاره و يا star تبديل می شود . داده دريافتیبر روی يک پورت هاب برای ساير پورت های متصل شده به يک سگمنت شبکه ای مشابه نيزارسال می گردد . ( بجزء پورتی که داده را ارسال نموده است ) . به موازات افزايشدستگاه های متصل شده به يک هاب ، احتمال بروز تصادم و يا Collision افزايش می يابد . يک تصادم زمانی بروز می نمايد که دو و يا بيش از دو ايستگاه در يک لحظه اقدام بهارسال داده در شبکه نمايند . در صورت بروز يک تصادم ، تمامی داده ها از بين خواهدرفت . هر دستگاه متصل شده به يک سگمنت مشابه شبکه ، عضوی از يک collision domain میباشند .

در برخی موارد لازم است که يک شبکه بزرگ محلی به سگمنت های کوچکترو قابل مديريتی تقسيم گردد. هدف از انجام اين کار کاهش ترافيک و افزايش حوزهجغرافيائی يک شبکه است . از دستگاه های شبکه ای متفاوتی به منظور اتصال سگمنت هایمتفاوت يک شبکه به يکديگر استفاده می گردد . Bridge ، سوئيچ ، روتر و gateway نمونههائی در اين زمينه می باشند . سوئيچ و Bridge در لايه Data Link مدل مرجع OSI کارمی کنند . وظيفه Bridge ، اتخاذ تصميم هوشمندانه در خصوص ارسال يک سيگنال به سگمنتبعدی شبکه است . پس از دريافت يک فريم توسط Bridge ، آدرس MAC مقصد فريم در جدول Bridge بررسی تا مشخص گردد که آيا ضرورتی به فيلترينگ فريم وجود دارد و يا می بايستفريم به سمت يک سگمنت ديگر هدايت گردد .
فرآيند تصميم گيری با توجه به مجموعهقوانين زير انجام می شود :
□ در صورتی که دستگاه مقصد بر روی سگمنت مشابه باشد، Bridge فريم دريافتی را بلاک و آن را برای ساير سگمنت ها ارسال نمی نمايد . بهفرآيند فوق، فيلترينگ می گويند .
□ در صورتی که دستگاه مقصد بر روی يک سگمنتديگر باشد ، Bridge آن را به سگمنت مورد نظر فوروارد می نمايد .
□ در صورتی کهآدرس مقصد برای Bridge ناشناخته باشد ، Bridge فريم را برای تمامی سگمنت های موجوددر شبکه بجزء سگمنتی که فريم را از آن دريافت نموده است ، فوروارد می نمايد . بهفرآيند فوق flooding می گويند. استفاده مناسب از Bridge ، افزايش کارآئی يک شبکه رابه دنبال خواهد داشت .

از سوئيچ در برخی موارد به عنوان يک bridge چندپورته نام برده می شود . با اين که يک Bridge معمولی ممکن است دارای صرفا" دو پورتباشد که دو سگمنت شبکه را به يکديگر متصل می نمايد ، سوئيچ می تواند دارای چندينپورت باشد. همانند bridge ، سوئيچ ها دارای دانش و آگاهی لازم در خصوص بسته هایاطلاعاتی دريافتی از دستگاه های متفاوت موجود در شبکه می باشند و دانش خود را نيزمتناسب با شرايط موجود ارتقاء می دهند(يادگيری) . سوئيچ ها از اطلاعات فوق به منظورايجاد جداول موسوم به جداول فورواردينگ استفاده نموده تا در ادامه قادر به تعيينمقصد داده ارسالی توسط يک کامپيوتر برای کامپيوتر ديگر موجود بر روی شبکه باشند .

با اين که سوئيچ و Bridge دارای شباهت هائی با يکديگر می باشند ، ولی سوئيچها دستگاه هائی بمراتب پيشرفته تر و حرفه ای تر نسبت به Bridge می باشند . همانگونهکه اشاره گرديد ، معيار اتخاذ تصميم Bridge برای فورواردينگ يک فريم ، آدرس MAC يکفريم است . سوئيچ دارای چندين پورت است که سگمنت های متفاوت شبکه به آنان متصل میگردند . سوئيچ ها با توجه به تاثير محسوس آنان در افزايش کارآئی شبکه از طريق بهبودسرعت و پهنای باند ، به يکی از متداولترين دستگاه های ارتباطی شبکه تبديل شده اند .

سوئيچينگ ، يک فن آوری است که کاهش ترافيک و افزايش پهنای باند در شبکه هایمحلی اترنت را به دنبال خواهد داشت . سوئيچ ها را بسادگی می توان جايگزين هاب نمود، چراکه آنان از زيرساخت سيستم کابل موجود می توانند استفاده نمايند .

سوئيچ ها دارای سرعتی بمراتب بيشتر از Bridge بوده و قادر به حمايت ازپتانسيل های جديدی نظير شبکه های VLAN می باشند .

يک سوئيچ اترنت دارایمزايای متعددی است ، مثلا" به کاربران متعددی اجازه داده می شود که به صورت موازیاز طريق مدارات مجازی و سگمنت های اختصاصی شبکه در يک محيط عاری از تصادم، بايکديگر ارتباط برقرار نمايند . بدين ترتيب از پهنای باند موجود به صورت بهينهاستفاده می گردد .

روتر مسئوليت روتينگ بسته های اطلاعاتی از مبداء به مقصدرا در شبکه های محلی برعهده دارد و امکان ارتباطی را برای شبکه های WAN فراهم مینمايد . در شبکه های محلی روتر شامل broadcast بوده و سرويس های ترجمه آدرس محلینظير ARP و RARP را ارائه می نمايد و می تواند با استفاده از يک ساختار Subnetwork ، شبکه را سگمنت نمايد . به منظور ارائه سرويس های فوق ، روتر می بايست به LAN و WAN متصل باشد .

وظيفه کارت شبکه ( NIC ) ، اتصال يک دستگاه ميزبان به محيطانتقال شبکه است . کارت شبکه يک برد مدار چاپی است که درون يکی از اسلات های موجودبر روی برداصلی کامپيوتر و يا دستگاه جانبی يک کامپيوتر نصب می گردد . اندازه کارتشبکه بر روی کامپيوترهای Laptop و يا notebook به اندازه يک کارت اعتباری است .

کارت های شبکه به منزله دستگاه های لايه دوم مدل مرجع OSI می باشند ، چراکههر کارت شبکه به همراه خود يک کد منحصربفرد را که به آن آدرس MAC می گويند ، ارائهمی نمايد . از آدرس فوق به منظور کنترل مبادله اطلاعات در شبکه استفاده می گردد .

هر کارت شبکه دارای کانکتورهائی است که امکان اتصال آن را به محيط انتقالفراهم می نمايد . در برخی موارد ممکن است نوع کانکتور موجود بر روی يک کارت شبکه بانوع رسانه انتقال داده مطابقت ننمايد . مثلا" در روترهای سيسکو مدل 2500 از يککانکتور AUI استفاده شده است و برای اتصال به يک کابل اترنت UTP cat 5 می بايست ازيک transmitter/receiver که به آنان transceiver گفته می شود ، استفاده گردد . transceiver ، مسئوليت تبديل يک نوع سيگنال و يا کانکتور به نوع ديگری را برعهدهدارد . به عنوان نمونه ، يک transceiver می تواند يک اينترفيس AUI پانزده پين را بهيک RJ-45 jack متصل نمايد . transceiver ، به عنوان يک دستگاه لايه يک شبکه ايفایوظيفه می نمايد چراکه صرفا" با بيت ها کار می نمايد و دارای اطلاعات آدرس دهی خاصیو يا پروتکل های لايه بالاتر نمی باشد .

در شبکه های LAN و يا WAN ، تعدادیکامپيوتر با يکديگر متصل شده تا سرويس های متفاوتی را در اختيار کاربران قرار دهند . برای انجام اين کار ، کامپيوترهای موجود در شبکه دارای وظايف و يا مسئوليت هایمختص به خود می باشند . در شبکه های نظير به نظير ( peer-to-peer ) ، کامپيوترهایموجود در شبکه دارای وظايف و مسئوليت های معادل و مشابه می باشد( هم تراز ) . هرکامپيوتر می تواند هم به عنوان يک سرويس گيرنده و هم به عنوان يک سرويس دهنده درشبکه ايفای وظيفه نمايد . مثلا" کامپيوتر A می تواند درخواست يک فايل را ازکامپيوتر B نمايد . در اين وضعيت ، کامپيوتر A به عنوان يک سرويس گيرنده ايفایوظيفه نموده و کامپيوتر B به عنوان يک سرويس دهنده رفتار می نمايد . در ادامه ،کامپيوترهای A و B می توانند دارای وظايف معکوسی نسبت به وضعيت قبل باشند .

در شبکه های نظير به نظير ، هر يک از کاربران کنترل منابع خود را برعهدهداشته و می توانند به منظور به اشتراک گذاشتن فايل هائی خاص با ساير کاربران ، خودراسا" تصميم گيری نمايند . کاربران همچنين ممکن است ، به منظور دستيابی به منابعاشتراک گذاشته شده ، ساير کاربران را ملزم به درج رمز عبور نمايند . با توجه به اينکه تمامی تصميمات فوق توسط هر يک از کاربران و به صورت جداگانه اتخاذ می گردد ،عملا" يک نقطه مرکزی برای کنترل و يا مديريت شبکه وجود نخواهد داشت . در اين نوعشبکه ها هر يک از کاربران مسئوليت گرفتن Backup از داده های موجود بر روی سيستم خودرا برعهده داشته تا در صورت بروز مشکل بتوانند از آنان به منظور بازيافت اطلاعاتاستفاده نمايند . زمانی که يک کامپيوتر به عنوان يک سرويس دهنده در شبکه ايفایوظيفه می نمايد ، سرعت و کارآئی آن متناسب با حجم درخواست های دريافتی کاهش خواهديافت .

نصب و عملکرد شبکه های Peer-to-Peer ساده بوده و در اين رابطه بهتجهيزات اضافه ای به جزء نصب يک سيستم عامل مناسب بر روی هر يک از کامپيوترها، نيازنخواهد بود . با توجه به اين که کاربران مسئوليت کنترل منابع خود را برعهده دارند ،به مديريت متمرکز و اختصاصی نياز نمی باشد .

به موازات رشد شبکه های Peer-To-Peer ، تعريف ارتباط بين کامپيوترهای موجود در شبکه و ايجاد يک هماهنگیمنسجم بين آنان ، به يک مشکل اساسی در شبکه تبديل می شود . اين نوع شبکه ها تازمانی که تعداد کامپيوترهای موجود در شبکه کمتر از ده عدد باشد ، به خوبی کار میکنند و همزمان با افزايش تعداد کامپيوترهای موجود در شبکه ، کارآئی شبکه به شدتکاهش پيدا خواهد کرد . با توجه به اين که کاربران مسئوليت کنترل دستيابی به منابعموجود بر روی کامپيوترهای خود را برعهده دارند ، امنيت در اين نوع شبکه ها دارای

دانلود رایگان