شبکه چیست؟

یک شبکه کامپیوتری گروهی از دستگاه‌های محاسباتی متصل به یکدیگر است که داده‌ها و منابع را با هم تبادل می‌کنند. اتصال بین این دستگاه‌ها می‌تواند از طریق کابل یا رسانه بی‌سیم برقرار شود. پس از ایجاد اتصال، پروتکل‌های ارتباطی مانند TCP/IP، پروتکل انتقال ایمیل ساده (SMTP) و پروتکل انتقال ابرمتن (HTTP) برای تبادل داده بین دستگاه‌های شبکه استفاده می‌شوند.

اولین نمونه از یک شبکه کامپیوتری، شبکه ARPANET بود. این شبکه مبتنی بر بسته (Packet-Switched) در اواخر دهه 1960 توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته (ARPA) که متعلق به وزارت دفاع ایالات متحده بود، ایجاد شد.

یک شبکه کامپیوتری می‌تواند به کوچکی اتصال دو لپ‌تاپ از طریق یک کابل اترنت باشد یا به پیچیدگی اینترنت، که یک سیستم جهانی از شبکه‌های کامپیوتری است، گسترش یابد.

شبکه کامپیوتری چگونه کار می‌کند؟

دستگاه‌های متصل به شبکه کامپیوتری از آدرس‌های IP برای ارتباط با یکدیگر استفاده می‌کنند. این آدرس‌ها از طریق سرور سیستم نام دامنه (DNS) به نام‌های میزبان تبدیل می‌شوند تا ارتباط بین دستگاه‌ها در اینترنت و سایر شبکه‌های کامپیوتری ممکن شود. برای انتقال داده بین نقاط پایانی، از مجموعه‌ای از پروتکل‌ها و الگوریتم‌ها نیز استفاده می‌شود.

شبکه‌های کامپیوتری باید از استانداردها و قوانین خاصی پیروی کنند تا عملکرد صحیحی داشته باشند. این استانداردها مجموعه‌ای از قوانین ارتباط داده‌ها هستند که برای تبادل اطلاعات بین دستگاه‌ها ضروری‌اند و توسط سازمان‌های مختلف استانداردسازی، مانند IEEE، سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) و مؤسسه ملی استاندارد آمریکا (ANSI)، توسعه داده شده‌اند.

برای مثال:

• استاندارد Ethernet زبان مشترک ارتباطی را برای شبکه‌های سیمی یا فیزیکی تعریف می‌کند.
• استاندارد 802.11 مشخصات اتصال برای شبکه‌های محلی بی‌سیم (WLANs) را تعیین می‌کند.

طراحی شبکه کامپیوتری

یک شبکه کامپیوتری باید از نظر فیزیکی و منطقی به گونه‌ای طراحی شود که ارتباط بین عناصر شبکه را ممکن سازد. این طراحی به عنوان معماری شبکه کامپیوتری شناخته می‌شود.

دو معماری رایج شبکه عبارت‌اند از:

1. مدل کلاینت-سرور (Client-Server):
   در این مدل، شبکه شامل تعداد زیادی کلاینت (یا گره) است که حداقل یکی از گره‌ها به عنوان سرور مرکزی عمل می‌کند. کلاینت‌ها در این مدل منابع را به اشتراک نمی‌گذارند، بلکه از سرور مرکزی درخواست می‌کنند، زیرا تمام منابع روی آن نصب شده است.
2. مدل همتا به همتا (Peer-to-Peer یا P2P):
   در این مدل، هر دستگاه متصل به شبکه به طور هم‌زمان به عنوان کلاینت و سرور عمل می‌کند و از امتیازات مشابهی برخوردار است. منابع هر همتا، از جمله حافظه، قدرت پردازش و پرینت، در کل شبکه به اشتراک گذاشته می‌شود. بسیاری از شرکت‌ها از معماری P2P برای اجرای برنامه‌های پرحجم مانند رندر سه‌بعدی در چندین دستگاه شبکه استفاده می‌کنند.

ظرفیت شبکه

یک شبکه کامپیوتری خوب طراحی‌شده، ظرفیت شبکه را نیز در نظر می‌گیرد. ظرفیت شبکه به میزان ترافیکی اشاره دارد که شبکه می‌تواند در هر لحظه پشتیبانی کند، در حالی که توافقات سطح خدمات (SLAs) را نیز برآورده می‌کند.

ظرفیت با پهنای باند اندازه‌گیری می‌شود، که نشان‌دهنده حداکثر تعداد بیت‌هایی است که به صورت نظری می‌توانند در هر ثانیه از طریق یک دستگاه شبکه عبور کنند.

این طراحی و استانداردسازی، تضمین‌کننده عملکرد بهینه و ارتباط پایدار بین دستگاه‌های موجود در شبکه است.

اجزای اصلی شبکه کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری با استفاده از اجزای کلیدی زیر کار می‌کنند: دستگاه‌های شبکه، لینک‌ها و پروتکل‌های ارتباطی. این اجزا پایه‌های اصلی عملکرد شبکه محسوب می‌شوند:

1. دستگاه‌های شبکه (Network Devices)

این دستگاه‌های فیزیکی یا گره‌ها تجهیزاتی هستند که برای ارتباط داده‌ها در یک شبکه کامپیوتری متصل می‌شوند.
نمونه‌ها:

• مودم‌ها
• روترها
• کامپیوترها (PC)
• سرورها
• فایروال‌ها
• سوئیچ‌ها
• دروازه‌ها (Gateways)

هر دستگاه در شبکه دارای یک آدرس شبکه است و معمولاً با نام میزبان (Hostname) قابل شناسایی است.

2. لینک‌ها (Links)

لینک رسانه انتقالی است که برای اتصال گره‌ها و ارسال داده بین آن‌ها استفاده می‌شود.

• انواع لینک‌ها:
  • سیمی: مانند کابل اترنت
  • بی‌سیم: مانند سیگنال Wi-Fi
  • نوری: مانند فیبر نوری

پیکربندی لینک‌ها:
لینک‌ها می‌توانند به دو صورت فیزیکی و منطقی پیکربندی شوند. توپولوژی شبکه تعیین می‌کند که چگونه لینک‌ها و گره‌ها با یکدیگر ارتباط دارند.

3. پروتکل‌های ارتباطی (Communication Protocols)

این پروتکل‌ها مجموعه‌ای از قوانین هستند که تمام گره‌های یک شبکه باید برای انتقال اطلاعات رعایت کنند.
پروتکل‌های رایج:

• TCP/IP
• IEEE 802
• Ethernet
• WLAN
• استانداردهای سلولی

مدل TCP/IP

این مدل مفهومی، چهار لایه عملکردی برای ارتباطات شبکه تعریف می‌کند:

1. لایه دسترسی به شبکه (Network Access Layer):

• انتقال فیزیکی داده‌ها از طریق شبکه را تعریف می‌کند.
• ارسال بیت‌ها از طریق رسانه‌های انتقالی مانند کابل‌های هم‌محور، فیبر نوری یا کابل‌های جفت تابیده را مدیریت می‌کند.

2. لایه اینترنت (Internet Layer):

• مسیریابی داده‌ها را انجام می‌دهد.
• داده‌ها را به بسته‌ها تقسیم کرده و امکان ارسال و دریافت آن‌ها را فراهم می‌کند.
• پروتکل‌های این لایه شامل IP، پروتکل تبدیل آدرس (ARP) و پروتکل کنترل پیام اینترنتی (ICMP) هستند.

3. لایه انتقال (Transport Layer):

• تضمین می‌کند که بسته‌های داده پایدار، به ترتیب و بدون خطا تحویل داده شوند.
• از پروتکل‌هایی مانند TCP و UDP استفاده می‌کند.
• داده‌های ازدست‌رفته را دوباره ارسال می‌کند.

4. لایه کاربرد (Application Layer):

• پروتکل‌های امنیتی مانند TLS در این لایه عمل می‌کنند تا امنیت شبکه را تأمین کنند.
• این لایه با برنامه‌ها مستقیماً ارتباط برقرار می‌کند و مشخص می‌کند که داده‌ها چگونه و چه زمانی باید انتقال یابند.

مدل‌های معماری شبکه

اکثر معماری‌های مدرن اینترنت بر اساس مدل TCP/IP بنا شده‌اند، که نسخه ساده‌شده‌ای از مدل مفهومی‌تر OSI است. این ساختار ساده، زیرساختی قوی و کارآمد برای ارتباطات شبکه‌ای ارائه می‌دهد.

مزایای استفاده از شبکه کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری ابزارهایی ایده‌آل برای تبادل سریع اطلاعات و استفاده بهینه از منابع هستند. در ادامه، مهم‌ترین مزایای استفاده از شبکه‌های کامپیوتری آورده شده است:

1. اشتراک منابع (Resource Sharing):

شرکت‌ها و سازمان‌ها می‌توانند با استفاده از شبکه کامپیوتری منابع و دارایی‌های حیاتی خود را به اشتراک بگذارند.

• نمونه‌ها: پرینترها، فایل‌ها، اسکنرها و دستگاه‌های کپی.
• شبکه‌ها به‌ویژه برای سازمان‌های بزرگ و پراکنده در سراسر جهان مفید هستند و امکان اتصال کارکنان را از طریق یک شبکه مشترک فراهم می‌کنند.

2. انعطاف‌پذیری (Flexibility):

شبکه‌های کامپیوتری مدرن روش‌های ارتباطی و اشتراک منابع را بر اساس نیازها و ترجیحات کاربران ارائه می‌دهند.

• مثال: برخی کاربران از ایمیل یا پیام‌رسانی فوری استفاده می‌کنند، درحالی‌که دیگران ممکن است برنامه‌هایی مانند WhatsApp را ترجیح دهند.

3. ارتباطات گسترده‌تر (Higher Connectivity):

شبکه‌های کامپیوتری به افراد امکان می‌دهند تا بدون توجه به موقعیت جغرافیایی خود متصل بمانند.

• مثال: برنامه‌هایی مانند Zoom و Google Docs ارتباط و همکاری از راه دور را برای کارکنان ممکن می‌سازند.

4. امنیت و مدیریت داده‌ها (Data Security and Management):

در یک شبکه کامپیوتری، داده‌ها روی سرورهای مشترک متمرکز می‌شوند.

• این ویژگی به مدیران شبکه اجازه می‌دهد تا داده‌های مهم سازمان را بهتر مدیریت و محافظت کنند.
• آن‌ها می‌توانند از پشتیبان‌گیری‌های منظم و اقدامات امنیتی مانند احراز هویت چندمرحله‌ای استفاده کنند.

5. ظرفیت ذخیره‌سازی (Storage Capacity):

با رشد سازمان‌ها، نیاز به ذخیره‌سازی حجم بالایی از داده‌ها افزایش می‌یابد.

• شبکه‌های کامپیوتری، به‌ویژه آن‌هایی که از فناوری‌های مبتنی بر ابر استفاده می‌کنند، امکان ذخیره حجم زیادی از داده‌ها و نسخه‌های پشتیبان را روی سرورهای راه دور و در دسترس همه کاربران فراهم می‌کنند.

6. سرگرمی (Entertainment):

شبکه‌های کامپیوتری، به‌ویژه اینترنت، منابع مختلفی برای سرگرمی ارائه می‌دهند، از بازی‌های آنلاین گرفته تا پخش موسیقی و ویدئو.

• مثال: بازی‌های چندنفره از طریق شبکه محلی (LAN) یا شبکه گسترده (WAN) مانند اینترنت اجرا می‌شوند.

انواع شبکه‌ های کامپیوتری

نوع شبکه مورد استفاده در یک سازمان به عواملی مانند تعداد دستگاه‌ها، سیستم‌عامل‌ها، رسانه انتقال، توپولوژی شبکه و مقیاس جغرافیایی بستگی دارد. برخی از انواع شبکه‌های کامپیوتری عبارت‌اند از:

1. شبکه محلی (LAN):
   اتصال دستگاه‌ها در یک محیط محدود، مانند مدارس، بیمارستان‌ها و دفاتر.
2. شبکه گسترده (WAN):
   اتصال چندین LAN در مناطق بزرگ‌تر، مانند شهرها، ایالت‌ها یا کشورها.
3. شبکه منطقه شهری (MAN):
   اتصال منابع کامپیوتری در یک منطقه جغرافیایی بزرگ‌تر، مانند یک شهر.
4. شبکه ذخیره‌سازی (SAN):
   شبکه‌های اختصاصی برای اتصال دستگاه‌های ذخیره‌سازی با عملکرد بالا. این شبکه‌ها امنیت داخلی و بازیابی اطلاعات را فراهم می‌کنند.
5. شبکه شخصی (PAN):
   شبکه‌ای که توسط یک فرد برای اتصال دستگاه‌های متعدد، مانند پرینترها و اسکنرها، استفاده می‌شود.
6. شبکه محلی بی‌سیم (WLAN):
   گروهی از دستگاه‌ها که به‌جای اتصال سیمی، از انتقال رادیویی استفاده می‌کنند.
7. شبکه منطقه دانشگاهی (CAN):
   مجموعه‌ای از شبکه‌های LAN متصل که معمولاً توسط سازمان‌های بزرگ، مانند دولت‌ها و دانشگاه‌ها، استفاده می‌شود.
8. شبکه خصوصی مجازی (VPN):
   شبکه‌ای که اتصال خصوصی را از طریق یک شبکه عمومی ایجاد می‌کند و حریم خصوصی و امنیت را افزایش می‌دهد.
9. شبکه نوری غیرفعال (PON):
   شبکه‌ای مبتنی بر فیبر نوری که دسترسی پهن‌باند را به کاربران نهایی ارائه می‌دهد.
10. شبکه‌های ارائه‌دهنده خدمات:
    شبکه‌هایی که ظرفیت و عملکرد شبکه را به مشتریان اجاره می‌دهند، مانند شرکت‌های مخابراتی و ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی.
11. شبکه‌های ابری:
    نوعی WAN که زیرساخت آن توسط یک سرویس مبتنی بر ابر، مانند Amazon Web Services، ارائه می‌شود. این شبکه‌ها استانداردی برای شبکه‌های مدرن هستند.