معرفی و بررسی شبکه های محلی LAN – بخش دوم

در مقاله قبل به کلیات شبکه ، مفهوم و طبقه بندی آن پرداختیم . در این مقاله به اجزا و تاریخچه آن اشاره خواهد شد.

اجزای اصلی سخت‌افزاری
همه شبکه‌ها از اجزای سخت‌افزاری پایه‌ای تشکیل شده‌اند تا گره‌های شبکه را به یکدیگر متصل کنند، مانند «کارت‌های شبکه»، «تکرارگر»ها، «هاب»ها، «پل»ها، «راهگزین»ها و «مسیریاب»ها. علاوه بر این، بعضی روشها برای اتصال این اجزای سخت‌افزاری لازم است که معمولاً از کابلهای الکتریکی استفاده می‌شود (از همه رایجتر «کابل رده ?» (کابل Cat5) است)، و کمتر از آنها، ارتباطات میکروویو (مانند IEEE 802.11) و («کابل فیبر نوری» Optical Fiber Cable) بکار می‌روند.

کارت شبکه
«کارت شبکه»، «آداپتور شبکه» یا « کارت واسط شبکه» (Network Interface Cardd) قطعه‌ای از سخت‌افزار رایانه‌است و طراحی شده تا این امکان را به رایانه‌ها بدهد که بتوانند بر روی یک شبکه رایانه‌ای با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این قطعه دسترسی فیزیکی به یک رسانه شبکه را تامین می‌کند و با استفاده از «آدرسهای MAC»، سیستمی سطح پایین جهت آدرس دهی فراهم می‌کند. این شرایط به کاربران اجازه می‌دهد تا به وسیله کابل یا به صورت بی‌سیم به یکدیگر متصل شوند.

تکرارگر یا repeater
«تکرارگر» تجهیزی الکترونیکی است که سیگنالی را دریافت کرده و آن را با سطح دامنه بالاتر، انرژی بیشتر و یا به سمت دیگر یک مانع ارسال می‌کند. بدین ترتیب می‌توان سیگنال را بدون کاستی به فواصل دورتری فرستاد. از آنجا که تکرارگرها با سیگنال‌های فیزیکی واقعی سروکار دارند و در جهت تفسیر داده‌ای که انتقال می‌دهند تلاشی نمی‌کنند، این تجهیزات در «لایه فیزیکی» یعنی اولین لایه از «مدل مرجع OSI» عمل می‌کنند.

هاب (جعبه تقسیم) یا hub
«هاب» قطعه‌ای سخت‌افزاری است که امکان اتصال قسمت‌های یک شبکه را با هدایت ترافیک در سراسر شبکه فراهم می‌کند. هاب‌ ها در «لایه فیزیکی» از «مدل مرجع OSI» عمل می‌کنند. عملکرد هاب بسیار ابتدایی است، به این ترتیب که داده رسیده از یک گره را برای تمامی گره‌های شبکه کپی می‌کند. هاب‌ها عموماً برای متصل کردن بخش‌های یک «شبکه محلی» بکار می‌روند. هر هاب چندین «درگاه» (پورت) دارد. زمانی که بسته‌ای از یک درگاه می‌رسد، به دیگر درگاه‌ها کپی می‌شود، بنابراین همه قسمت‌های شبکه محلی می‌توانند بسته‌ها را ببینند.

پل یا bridge
یک «پل» دو «زیرشبکه» (سگمنت) را در «لایه پیوند داده» از «مدل مرجع OSII» به هم متصل می‌کند. پل‌ها شبیه به «تکرارگر»ها و «هاب»های شبکه‌اند که برای اتصال قسمت‌های شبکه در «لایه فیزیکی» عمل می‌کنند، با این حال پل با استفاده از مفهوم پل زدن کار می‌کند، یعنی به جای آنکه ترافیک هر شبکه بدون نظارت به دیگر درگاه‌ها کپی شود، آنرا مدیریت می‌کند.

پل‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
پل‌های محلی: مستقیما به «شبکه‌های محلی» متصل می‌شود.
پل‌های دوردست: از آن می‌توان برای ساختن «شبکه‌های گسترده»، جهت ایجاد ارتباط بین «شبکه‌های محلی» استفاده کرد. پل‌های دور دست در شرایطی که سرعت اتصال از شبکه‌های انتهایی کمتر است با «مسیریاب»ها جایگزین می‌شوند.
پل‌های بی‌سیم: برای «اتصال شبکه‌های محلی» به «شبکه‌های محلی بی‌سیم» یا «شبکه‌های محلی بی‌سیم» به هم یا ایستگاه‌های دوردست به «شبکه‌های محلی» استفاده می‌شوند.

راهگزین یا switch
«راهگزین» که در پارسی بیشتر واژه «سوئیچ» برای آن بکار برده می‌شود، وسیله‌ای است که قسمت‌های شبکه را به یکدیگر متصل می‌کند. راهگزین‌های معمولی شبکه تقریباً ظاهری شبیه به «هاب» دارند، ولی یک راهگزین در مقایسه با هاب از هوشمندی بیشتری (و همچنین قیمت بیشتری) برخوردار است. راهگزین‌های شبکه این توانمندی را دارند که محتویات بسته‌های داده‌ای که دریافت می‌کنند را بررسی کرده، دستگاه فرستنده و گیرنده بسته را شناسایی کنند، و سپس آن بسته را به شکلی مناسب ارسال نمایند. با ارسال هر پیام فقط به دستگاه متصلی که پیام به هدف آن ارسال شده، راهگزین «پهنای باند» شبکه را به شکل بهینه‌تری استفاده می‌کند و عموماً عملکرد بهتری نسبت به یک هاب دارد.

از نظر فنی می‌توان گفت که راهگزین در «لایه پیوند داده» از «مدل مرجع OSI» عمل کنند. ولی بعضی انواع راهگزین قادرند تا در لایه‌های بالاتر نیز به بررسی محتویات بسته بپردازند و از اطلاعات بدست آمده برای تعیین مسیر مناسب ارسال بسته استفاده کنند. به این راه گزین‌ها به اصطلاح «راهگزین‌های چندلایه» (Multiplayer Switch) می‌گویند.

مسیریاب یا router
«مسیریاب»ها تجهیزات شبکه‌ای هستند که بسته‌های داده را با استفاده از «سرایند»ها و «جدول ارسال» تعیین مسیر کرده، و ارسال می‌کنند. مسیریاب‌ها در «لایه شبکه» از «مدل مرجع OSI» عمل می‌کنند. همچنین مسیریاب‌ها اتصال بین بسترهای فیزیکی متفاوت را امکان‌پذیر می‌کنند. این کار با چک‌ کردن سرایند یک بسته داده، انجام می‌شود.
مسیریاب‌ها از «قراردادهای مسیریابی» مانند OSPFF استفاده می‌کنند تا با یکدیگر گفتگو کرده و بهترین مسیر بین هر دو ایستگاه را پیکربندی کنند. هر مسیریاب دسته کم به دو شبکه، معمولاً شبکه‌های محلی، شبکه‌های گسترده و یا یک شبکه محلی و یک سرویس دهنده اینترنت متصل است. بعضی انواع مودم‌های DSL و کابلی جهت مصارف خانگی درون خود از وجود یک مسیریاب نیز بهره می‌برند.

شبکه محلی چیست؟
«شبکه محلی» (Local Area Networkk) یک «شبکه رایانه‌ای» است که محدوده جغرافیایی کوچکی مانند یک خانه، یک دفتر کار یا گروهی از ساختمان‌ها را پوشش می‌دهد. در مقایسه با «شبکه‌های گسترده» (WAN) از مشخصات تعریف‌شده شبکه‌های محلی می‌توان به سرعت (نرخ انتقال) بسیار بالاتر آنها، محدوده جغرافیایی کوچکتر و عدم نیاز به «خطوط استیجاری» مخابراتی اشاره کرد.
دو فناوری «اترنت» (Ethernet) روی کابل «جفت به هم تابیده بدون محافظ» (UTP) و «وای‌فای» (Wi-Fii) رایج‌ترین فناوری‌هایی هستند که امروزه استفاده می‌شوند، با این حال فناوری‌های «آرکنت» (ARCNET) و «توکن رینگ» (Token Ring) و بسیاری روشهای دیگر در گذشته مورد استفاده بوده‌اند.

تاریخچه شبکه محلی
در روزهای قبل از ظهور «رایانه‌های شخصی» (PCC) ممکن بود که یک محل فقط یک «رایانه مرکزی» داشته باشد که کاربران به‌وسیله «پایانه» ها از طریق کابل‌کشی ساده و کم‌سرعتی به آن دسترسی داشتند. شبکه‌هایی مانند SNA متعلق به شرکت «آی‌بی‌ام» (IBM) جهت ارتباط پایانه‌ها یا دیگر رایانه‌های مرکزی در محل‌های دوردست از طریق «خطوط استیجاری» بکارگرفته شدند، از این رو این ارتباطات «شبکه‌های گسترده» (WAN) بودند.
اولین شبکه محلی در دهه ۱۹۷۰۰ ساخته شد و به منظور ارتباطات پرسرعت بین چند رایانه بزرگ در یک محل بکار گرفته شد. از میان بسیاری سیستم‌های رقیب که در این دوران ساخته شدند، «اترنت» و «آرکنت» مشهورترین‌ها هستند.
توسعه و ازدیاد رایانه‌های شخصی که با «سیستم عاملهای» CP/M و DOSS کار می کردند این حقیقت را با خود به همراه آوردند که خیلی زود هر مکان به تنهایی پر از ده‌ها و صدها رایانه گردد. اولین انگیزه برای شبکه‌کردن این محل‌ها عموماً به اشتراک گذاشتن فضای «دیسک» و «چاپگرهای لیزری» بود، که هر دو در آن زمان بسیار گران بودند. برای چندین سال این ایده بسیار مورد توجه و علاقه بود، طوری که از سال ۱۹۸۳ به بعد، متخصصان صنعت رایانه مرتبا اظهار می‌داشتند که سال بعدی سال شبکه محلی است.
در واقع زیاد شدن تنوع «لایه فیزیکی» و «قرارداد»های شبکه ناسازگار، و چندگانگی در تعیین بهترین روش به اشتراک گذاشتن منابع، به ایده فوق صدمه زد. به تبع هر فروشنده کارت شبکه، کابل شبکه، قرارداد و سیستم عامل شبکه خودش را عرضه می کرد. با ظهور سیستم عامل Netware محصول شرکت «ناول» (Novel) راه حلی پدید آمد، به این ترتیب که این سیستم عامل ۴۰ نوع کابل و کارت شبکه رقیب را پشتیبانی می‌کرد و علاوه بر آن از دیگر سیستم عامل های رقیب بسیار حرفه‌ای‌تر بود. سیستم عامل Netware از همان آغاز پیدایش شبکه‌های محلی رایانه‌های شخصی در سال ۱۹۸۳ تا اواسط دهه ۱۹۹۰ براین بازار حکمرانی می کرد، تا آنکه شرکت «مایکروسافت» سیستم عامل Windows NT Advanced Server و Windows for Workgroups را عرضه کرد.
از رقبای سیستم عامل Netware فقط VINES ساخت شرکت «بانیان» (Banyan) از نظر قدرت فنی با آن قابل مقایسه بود، ولی شرکت Banyan هرگز بنیان استواری پیدا نکرد. شرکتهای «مایکروسافت» و «تریکام» (۳COM) با یکدیگر همکاری کردند تا یک سیستم عامل شبکه ساده بسازند که حاصل آن شد اساس سیستم عاملهای ۳+Share محصول «تریکام»، LAN Manager محصول «مایکروسافت» و LAN Server محصول شرکت «آی‌بی‌ام» که هیچ کدام ازین سیستم عامل ها موفقیت قابل ملاحضه‌ای به دست نیاوردند.
در همین دوران «ایستگاه‌های کاری» (Workstation) (رایانه‌های) مبتنی بر سیستم عامل «یونیکس» (Unixx) از فروشندگانی مانند شرکتهای «سان مایکروسیستمز» (Sun Microsystems)، «هیولت پکارد» (Hewlett Packard)، «سیلیکن گرافیکز» (Silicon Graphics)، «اینترگراف» (Intergraph)، «نکست» (NeXT) و «آپلو» (Apollo) از شبکه‌سازی مبتنی بر قرارداد TCP/IP استفاده می‌کردند. اگرچه اعضای این گروه از شرکتهای تجاری که به تولید چنین محصولی می‌پرداختند کمتر شده‌اند، ولی ادامه یافتن توسعه فناوری در این زمینه، بر روی «اینترنت» و همچنین دو سیستم عامل «لینوکس» (Linux) و Mac OS X محصول شرکت «اپل» (Apple) تأثیر گذاشت و امروزه قرارداد TCP/IP تقریباً به طور کامل جایگزین قراردادهای IPX، AppleTalk، NBF و دیگر قراردادهایی که در شبکه‌های محلی اولیه رایانه‌های شخصی به کار می‌رفت شده است.

جنبه‌های فنی
با وجود اینکه امروزه قرارداد راهگزینی اترنت رایج‌ترین قرارداد «لایه پیوند داده» و قرارداد IPP رایج‌ترین قرارداد «لایه شبکه» است، در گذشته گزینه‌های بسیار دیگری مورد استفاده بودند و بعضی از آنها هنوز در بعضی نواحی کوچک مشهور مانده‌اند.
شبکه‌های محلی کوچکتر عموماً از یک یا چند «راهگزین» (Switchh) (در پارسی بیشتر رایج است که به آن سوئیچ می‌گویند) تشکیل شده‌اند که به یکدیگر متصل شده‌اند. جهت دسترسی به اینترنت غالبا یکی از این راهگزین‌ها به یک «مسیریاب»، «مودم کابلی» یا «مودم ADSL» متصل می‌شود.
شبکه‌های محلی بزرگ‌تر به واسطه این ویژگی‌ها شناخته می‌شوند: استفاده از اتصالات اضافی (بیش از یکی جهت پشتیبان) بین راهگزین‌ها، استفاده از «قرارداد درخت پوشا» (STP) جهت جلوگیری از ایجاد «حلقه»، توانایی راهگزین‌ها جهت مدیریت انواع مختلف ترافیک با استفاده از استاندارد «کیفیت خدمات» و همچنین استفاده از «شبکه‌های محلی مجازی» (VLAN) جهت جداسازی ترافیکها از یکدیگر.
شبکه‌های محلی ممکن است به‌وسیله «خطوط استیجاری»، «خدمات استیجاری» و یا به روش «تونل‌زنی» (Tunnelingg) بر روی اینترنت با بهره‌جویی از فناوری «شبکه‌های مجازی خصوصی» (VPN) اتصالاتی به دیگر شبکه‌های محلی داشته باشند.

منبع