تحقیق مقاله شبکه های کامپیوتری

اصول و مبانی شبکه ها

در مدل مرجع OSI که بیشتر جهت مقاصد آموزشی ار آن استفاده می شود ما پروتکلهای مختلف را در قالب 7 لایه تقسیم بندی می کنیم

در عمل اغلب از مدل مرجع Tcp/IP استفاده میشود.

همانطور که اطلاعات  از  برنامه کاربر در لایه کاربرد به لایه های پایینتر میروند، پرتکلهای هر لایه اطلاعاتی را به داده ها اضافه میکنند تا در کامپیوتر گیرنده پروتکلها با استفاده از این اطلاعات اضافه شده آنها را به شکل اول تبدیل و در اختیار برنامه کاربر قرار دهند. چنین عملی را کپسوله کردن اطلاعات می نامند.

به اطلاعاتی که در ابتدای داده های لایه بالاتر قرار میگیرد،اصطلاحا header و اطلاعاتی که در انتها اضافه می شود footer می گویند.

از نظر فرآیند عملیاتی شبیه به فرآیند آماده کردن یک نامه بری پست می باشد.درخواست برنامه را میتوان به خود نامه تشبیه کرد و header های پروتکلها مسئول قرار دادن نامه در پاکت، نوشتن آدرس روی آن، قرار دادن تمبر و نهایتا پست نامه می باشد.

لایه های مدل osi

اکنون قصد داریم لایه های مدل مرجع OSI را بررسی کنیم:

لایه فیزیکی

لایه فیزیکی که پایین ترین لایه مدل osIمی باشد، همانطور که از نام آن معلوم است، لایه ای است که ماهیت عناصر سخت افزاری شبکه، مثل رسانه ای که شبکه از آن استفاده می کند، روشی که شبکه نصب میشود و ماهیت سیگنال هایی که برای انتقال اطلاعات باینری استفاده میشود را مشخص می کند.

این لایه همچنین نوع آداپتور رابط شبکه ای (یا کارت شبکه) که روی هر کامپیوتر باید نصب شود و نوع هاب مناسب (در صورت نیاز) را تعیین می کند.

در یک شبکه LANمشخصات لایه فیزیکی باید مستقیما"بنابر پروتکلی که در لایه پیوند – داده (data-link) استفاده می شود، تعیین شوند یا به عبارت دیگر پروتکل لایه پیوند – داده باید از لایه فیزیکی منتخب پشتیبانی کند.

مورد دیگری که در لایه فیزیکی از اهمیت خاصی برخوردار است روش و نوع تولید سیگنالی می باشد که برای انتقال اطلاعات روی رسانه شبکه استفاده می شود.

 در کابل های مسی ، این سیگنال ها به صورت بارهای الکتریکی و در کابلهای فیبر نوری بصورت پالس های نوری می باشند.

انواع دیگر رسانه های شبکه می توانند از فرکانسهای رادیویی، پالسهای مادون قرمز، و انواع دیگر سیگنال ها استفاده کنند.

علاوه بر ماهیت فیزیکی سیگنال ها، لایه فیزیکی روش سیگنال دهی که کامپیوترها استفاده می کنند را هم تعیین میکند.

لایه پیوند داده

وظیفه اصلی لایه پیوند داده، بسته بندی اطلاعاتی است که از لایه شبکه در اختیار آن قرار می گیرد.به هرکدام از این بسته ها در پیوند داده یک فریم می گویند.

در طرف دیگر لایه پیوند داده کامپیوتر گیرنده این فریمها را دریافت میکند و آنها را در اختیار لایه شبکه قرار میدهد.

MACآدرس، یک آدرس 12رقمی هگزا دسیمال بوده که توسط کارخانه سازنده به آداپتور رابط شبکه اختصاص می یابد.

یکی از وظایف لایه پیوند داده میسیر یابی در طول شبکه با استفاده از mac address می باشد.

وظیفه دیگر در این لایه ، ایجاد مکانیزمی جهت کنترل دستیابی به رسانه شبکه میباشد.

خطا یابی از دیگر وظایف این لایه از مدل OSI است.به این معنی که اطلاعات مربوط به تشخیص خطا به فرم خاصی محاسبه می شود و در قسمت header فریم ازسالی قرار می گیرد تا در کامپیوتر مقصد، لایه پیوند داده بنواند صحت اطلاعات دریافتی را بررسی کند.

اگر اطلاعات به درستی دریافت نشوند ، دور(drop) ریخته میشوند

کنترل دستیابی شبکه

این امکان وجود دارد که دو کامپیوتر همزمان اطلاعاتی را بفرستند.در این حالت گفته می شود که یک برخورد بسته رخ داده است و داده های هر دو بسته از بین می رود.در این حالتها یکی از وظایف لایه پیوند داده ارائه مکانیزمی برای نظم بخشیدن برای دستیابی به رسانه است.

معروفترین این مکانیزم CSMA/CD است.

مکانیزم CSMA/CD

در این مکانیزم وقتی سیستمی یک برخورد را تشخیص می دهد فورا انتقال اطلاعات را متوقف می کند و در عوض شروع به فرستادن یک الگوی هشدار دهنده میکند.این الگوی هشدار دهنده به تمامی کامپیوتر های شبکه میرسد و و به سیستمی که بسته فرستاده شده را به صورت نا تمام دریافت کرده است می گوید که باید آن بسته را دور بیندازد..بعد ا زفرستادن الگوی هشدار دهنده، سیستم برای مدت زمان معینی منتظر می ماند و انتقال اطلاعات را مجدد شروع می کند.

این مدت زمان معین را درره عقب نشینی مینامند.دو کامپیوتری که مشغول ارسال اطلاعات بودند با الگوریتمی تصادفی این دوره عقب نشینی را محاسبه می کنند تا دوباره همزمان اطلاعات را با هم ارسال نکنند.

لایه شبکه

در نگاه اول بنظر می رسد که این لایه بعضی از کارهای لایه پیوند – داده را دوباره انجام می دهد . اما اینطور نیست چون پروتکل های شبکه مسئول ارتباطات end-to-end(انتهایی) هستند، در صورتی که پروتکل های لایه پیوند- داده فقط در شبکه های محلی (LAN) کار می کنند.

منظور از مسئولیت ارتباطات end-to-end اینست که پروتکل لایه شبکه مسئول اتمام سیر یک بسته از سیستمی که آنرا تولید کرده تا به مقصد نهایی، می باشد. بنا بر ماهیت شبکه، سیستم های مبدا و مقصد می توانند روی یک LAN،LANهای مجزا در یک ساختمان یا LANهایی با فاصله هزاران مایل از همدیگر، مستقر باشند.

بعنوان مثال وقتی به سروری که در اینترنت است متصل می شوید، بسته هایی که کامپیوتر شما ایجاد میکند ممکن است قبل ازرسیدن به مقصد از میان چندین شبکه مجزا بگذرند.

پروتکل لایه پیوند- داده ممکن است در طول این سفر برای سازگاری با شبکه های مختلف بارها تغییر کند، اما پروتکل لایه شبکه دست نخورده باقی می ماند.

پروتکل اینترنت (IP) که شالوده بسته TCP/IPمی باشد، متداولترین پروتکل لایه شبکه است.

آدرس دهی

هدر(header) پروتکل لایه شبکه همانند پروتکل لایه پیوند- داده، حاوی آدرس مبدا و مقصد می باشد با این تفاوت که در اینجا آدرس مقصد، آدرس مقصد نهایی بسته می باشد و ممکن است با آدرس مقصدی که در هدر پروتکل لایه پیوند-داده مشخص شده است متفاوت باشد. بعنوان مثال وقتی آدرس یک سایت را در مرورگر خود تایپ می کنید، بسته ای که سیستم شما تولید می کند در مقصد لایه شبکه خود حاوی آدرس سرور وب می باشد، اما مقصد لایه پیوند-داده، آدرس مسیریابی (router) است که در شبکه LANشما وجود دارد و برای شما امکان دستیابی به اینترنت را بر قرار میکند.

به عنوان یک مثال فرض کنید که قصد ارسال نامه ای به کشور آمریکا را داشته باشید.در این حالت آدرس گیرنده نامه در کشور آمریکا مشابه آدرس استفاده شده در لایه شبکه است.اداره پست نامه شما را در چندین مرحله از مسیر های مناسب ،به ادارات دیگر کشورها ارسال میکند تا در نهایت به مقصد برسد.در هر مرحله آدرس اداره پستی که نامه را باید دریافت و دوباره ارسال کند مشابه mac address لایه پیوند داده عمل می کند.

لایه شبکه

IPدارای سیستم آدرس دهی مخصوص به خود می باشد که با آدرس لایه پیوند- داده کاملا" متفاوت است. هر کامپیوتر موجود در یک شبکه IP دارای یک آدرس IP بطول 32 بیت می باشد که بوسیله یک سرویس اتوماتیک (dns)یا مدیر شبکه به آن کامپیوتر واگذار شده است. این آدرس هم شبکه ای را که کامپیوتر در آن است و هم خود کامپیوتر را مشخص میکند، به این صورت ، این آدرس به تنهایی می تواند هر کامپیوتری را مشخص کند.

مسیر دهی

مسیر دهی به فرایندی اطلاق میشود که طی آن یک دیتا گرام از طریق کاراترین مسیر ممکن و با گذشت از شبکه های میانی از مبدا به مقصد نهایی خود فرستاده می شود. در شبکه های بسیار پیچیده مثل اینترنت، اغلب مسیرهای متفاوتی برای رسیدن به یک مقصد وجود دارد. طراحان شبکه لینک هایی اضافی در شبکه ایجاد می کنند که اگر زمانی یکی از مسیریابهای شبکه از کار افتاد، ترافیک شبکه هنوز قابل انتقال به مقصد باشد.

سخت افزار و توپولوژی شبکه

انواع توپولوژیها

همانطور که در فصل قبل نیز بیان شد توپولوژی الگویی است برای متصل کردن کامپیوترها و دستگاه های دیگر بوسیله کابل یا یکی دیگر از رسانه های شبکه.( ما در اینجا قصد داریم فقط توپولوژیهای پرکاربرد را بررسی نماییم.)

توپولوژی ستاره ای

در توپولوژی ستاره ای از یک وسیله مرکزی برای کابل کشی استفاده می شود که هاب یا تمرکز دهنده (concentrator) نامیده میشود.

در یک شبکه ستاره ای هر یک از کامپیوترها توسط یک کابل مجزا به هاب متصل میشوند. اغلب LANهای اترنتی امروزی و بسیاری از LANهایی که از پروتکل های دیگری استفاده میکنند، از توپولوژی  ستاره ای بهره می برند

—            LANهای ستاره ای می توانند از چندین نوع کابل متفاوت ، که شامل کابلهای فیبر نوری و زوج مارپیچ میشوند، استفاده کنند.