تحقیق مقاله شبکه های کامپیوتری

معرفی شبکه کامپیوتری و اجزاء و مدل های شبکه

بطور کلی قبل از طراحی فیزیکی یک شبکه کامپیوتری ، ابتدا باید خواسته ها شناسایی وتحلیل شوند، مثلا در یک کتابخانه چرا قصد ایجاد یک شبکه را داریم واین شبکه باید چه سرویس ها وخدماتی را ارائه نماید؛ برای تامین سرویس ها وخدمات مورد نظر اکثریت کاربران ، چه اقداماتی باید انجام داد ؛ مسائلی چون پروتکل مورد نظر برای استفاده از شبکه ، سرعت شبکه واز همه مهمتر مسائل امنیتی شبکه ، هریک از اینها باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد. سعی شده است پس از ارائه تعاریف اولیه ، مطالبی پیرامون کاربردهای عملی آن نیز ارائه شود تا  در تصمیم گیری بهتر یاری کند.

● تاریخچه پیدایش شبکه
در سال 1957 نخستین ماهواره یعنی اسپوتنیک توسط اتحاد جماهیر شوروی سابق به فضا پرتاب شد . در همین دوران رقابت سختی از نظر تسلیحاتی بین دو ابر قدرت آن زمان جریان داشت و دنیا در دوران جنگ سرد به‌سر می برد. وزارت دفاع آمریکا ‌‌ ‌در واکنش به این اقدام رقیب نظامی خود ،آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته یا آرپا‌‌‌‌
(ARPA) را تأسیس کرد.

یکی از پروژه های مهم این آژانس تأمین ارتباطات در زمان جنگ جهانی احتمالی تعریف شده بود. در همین سال‌ها در مراکز تحقیقاتی غیرنظامی که  در امتداد دانشگاه‌ها بودند، تلاش برای اتصال کامپیوترها به یکدیگر در جریان بود .در آن زمان کامپیوترها‌‌ی ‌Mainframe از طریق ترمینال‌ها به کاربران سرویس می‌دادند.
 
در اثر اهمیت یافتن این موضوع آژانس آرپا‌‌ ‌‌(ARPA) منابع مالی پروژه اتصال دو کامپیوتر از راه دور به یکدیگر را در دانشگاه‌‌ ‌MIT بر عهده گرفت . در اواخر سال 1960 اولین شبکه کامپیوتری بین چهار کامپیوتر که دو تای آنها در ‌‌MIT،  یکی  در دانشگاه کالیفرنیا و دیگری در مرکز تحقیقاتی استنفورد قرار داشتند، راه‌اندازی شد. این شبکه آرپانت‌‌
 ‌‌(ARPAnet) نامگذاری شد . در سال 1965 نخستین ارتباط راه دور بین دانشگاه ‌MIT و یک مرکز دیگر نیز بر قرار گردید .

در سال 1970 شرکت معتبر زیراکس، یک مرکز تحقیقاتی در پالوآلتو تأسیس کرد. این مرکز در طول سال‌ها مهمترین فناوری‌های مرتبط با کامپیوتر را معرفی کرده است و از این نظر به یک مرکز تحقیقاتی افسانه ای بدل گشته است. این مرکز تحقیقاتی که پارک ‌‌‌(PARC‌) نیز نامیده می شود، به تحقیقات در زمینه شبکه‌های کامپیوتری پیوست. تا این سال‌ها شبکه آرپانت‌‌ به امور نظامی اختصاص داشت، اما در سال 1972 به عموم معرفی شد. در این سال شبکه آرپانت  مراکز کامپیوتری بسیاری از دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی را به هم متصل کرده بود.  در سال 1972 نخستین نامه الکترونیکی از طریق شبکه منتقل گردید.

در این سال‌ها حرکتی غیرانتفاعی به‌نام‌‌ ‌MERIT که چندین دانشگاه بنیان‌گذار آن بوده‌اند، مشغول توسعه روش‌های اتصال کاربران ترمینال‌ها به کامپیوتر مرکزی یا میزبان بود. مهندسان پروژه ‌‌‌MERIT در تلاش برای ایجاد ارتباط بین کامپیوترها، مجبور شدند تجهیزات لازم را خود طراحی کنند. آنان با طراحی تجهیزات واسطه برای
 مینی‌کامپیوتر ‌‌‌DECPDP-11 نخستین بستر اصلی یا‌‌ ‌Backbone شبکه‌های کامپیوتری را ساختند. تا سال‌ها نمونه‌های اصلاح شده این کامپیوتر با نام ‌PCP یا‌ ‌Primary Communications Processor نقش میزبان را در شبکه‌ها ایفا می کرد.

نخستین شبکه از این نوع که چندین ایالت را به هم متصل می کرد‌‌ ‌Michnet نام داشت.

در سال 1973 موضوع رساله دکترای آقای باب مت‌کالف‌‌ ‌‌(Bob Metcalfe) درباره مفهوم اترنت در مرکز پارک مورد آزمایش قرار گرفت. با تثبیت اترنت تعداد شبکه های کامپیوتری رو افزایش گذاشت .

روش اتصال کاربران به کامپیوتر میزبان در آن زمان به این صورت بود  که یک نرم افزار خاص بر روی کامپیوتر مرکزی اجرا می‌شد و ارتباط کاربران را برقرار می کرد. اما در سال 1976 نرم‌افزار جدیدی به‌نام ‌‌Hermes عرضه شد که برای نخستین بار به کاربران اجازه می‌داد تا از طریق یک ترمینال به‌صورت تعاملی مستقیماً  به سیستم‌ ‌MERIT متصل شوند. این،  نخستین باری بود که کاربران می‌توانستند در هنگام برقراری ارتباط از خود بپرسند: <کدام میزبان؟>
از وقایع مهم تاریخچه شبکه‌های کامپیوتری ،  ابداع روش سوئیچینگ بسته‌ای یا ‌‌‌Packet Switching است.
 
قبل از معرفی شدن این روش از سوئیچینگ مداری یا‌‌ ‌Circuit Switching برای تعیین مسیر ارتباطی استفاده می شد. اما در سال 1974 با پیدایش پروتکل ارتباطی‌‌ TCP/IP از مفهوم ‌‌Packet Switching استفاده گسترده‌تری شد‌. این پروتکل در سال 1982 جایگزین پروتکل ‌NCP شد و به پروتکل استاندارد برای آرپانت تبدیل گشت. در همین زمان یک شاخه فرعی بنام ‌‌ ‌MILnet در آرپانت، همچنان از پروتکل قبلی پشتیبانی می‌کرد و به ارائه خدمات نظامی می پرداخت. با این تغییر و تحول، شبکه‌های زیادی به بخش تحقیقاتی این شبکه متصل شدند و آرپانت به اینترنت تبدیل گشت . در این سال‌ها حجم ارتباطات شبکه‌ای افزایش یافت و مفهوم ترافیک شبکه مطرح شد .

مسیریابی در این شبکه به‌کمک آدرس‌های IP به‌صورت 32 بیتی انجام می‌گرفته است. هشت بیت اول آدرس‌‌ ‌IP به شبکه‌های محلی تخصیص داده شده بود که به سرعت مشخص گشت تناسبی با نرخ رشد شبکه‌ها ندارد و باید در آن تجدید نظر شود. مفهوم شبکه‌های ‌‌‌LAN و شبکه‌های‌‌ ‌WAN در سال دهه 70  میلاادی  از یکدیگر تفکیک شدند.
در آدرس‌دهی 32 بیتی اولیه، بقیه 24 بیت آدرس به میزبان در شبکه اشاره می کرد.

 در سال‌‌ ‌‌1983‌‌ ‌‌سیستم نامگذاری دامنه‌ها‌ ‌‌‌(Domain Name System) به‌وجود آمد و اولین‌‌ سرویس‌دهنده نامگذاری(‌Name server) راه‌اندازی شد و استفاده از نام به‌جای آدرس‌های عددی معرفی شد. در این سال تعداد میزبان‌های اینترنت از مرز‌‌ ‌ده هزار عدد فراتر رفته بود.

● شبکه کامپیوتری چیست ؟

اساسا یک شبکه کامپیوتری شامل دو یا بیش از دو کامپیوتر وابزارهای جانبی مثل چاپگرها، اسکنرها ومانند اینها هستند که بطور مستقیم بمنظور استفاده مشترک از سخت افزار ونرم افزار، منابع اطلاعاتی ابزارهای متصل ایجاده شده است توجه داشته باشید که به تمامی تجهیزات سخت افزاری ونرم افزاری موجود در شبکه منبع (Source) گویند.
در این تشریک مساعی با توجه به نوع پیکربندی کامپیوتر ، هر کامپیوتر کاربر می تواند در آن واحد منابع خود را اعم از ابزارها وداده ها با کامپیوترهای دیگر همزمان بهره ببرد.
 دلایل استفاده از شبکه را می توان موارد ذیر عنوان کرد :
1 - استفاده مشترک از منابع :
استفاده مشترک از یک منبع اطلاعاتی یا امکانات جانبی رایانه ، بدون توجه به محل جغرافیایی هریک از منابع را استفاده از منابع مشترک گویند.
2 - کاهش هزینه :
متمرکز نمودن منابع واستفاده مشترک از آنها وپرهیز از پخش آنها در واحدهای مختلف واستفاده اختصاصی هر کاربر در یک سازمان کاهش هزینه را در پی خواهد داشت .
3 - قابلیت اطمینان :
این ویژگی در شبکه ها بوجود سرویس دهنده های پشتیبان در شبکه اشاره می کند ، یعنی به این معنا که می توان از منابع گوناگون اطلاعاتی وسیستم ها در شبکه نسخه های دوم وپشتیبان تهیه کرد ودر صورت عدم دسترسی به یک از منابع اطلاعاتی در شبکه " بعلت از کارافتادن سیستم " از نسخه های پشتیبان استفاده کرد. پشتیبان از سرویس دهنده ها در شبکه کارآیی، فعالیت وآمادگی دایمی سیستم را افزایش می دهد.
4 - کاهش زمان :
یکی دیگر از اهداف ایجاد شبکه های رایانه ای ، ایجاد ارتباط قوی بین کاربران از راه دور است ؛ یعنی بدون محدودیت جغرافیایی تبادل اطلاعات وجود داشته باشد. به این ترتیب زمان تبادل اطلاعات و استفاده از منابع خود بخود کاهش می یابد.
5 - قابلیت توسعه :
یک شبکه محلی می تواند بدون تغییر در ساختار سیستم توسعه یابد و تبدیل به یک شبکه بزرگتر شود. در اینجا هزینه توسعه سیستم هزینه امکانات وتجهیزات مورد نیاز برای گسترش شبکه مد نظر است.
6 - ارتباطات :
کاربران می توانند از طریق نوآوریهای موجود مانند پست الکترونیکی و یا دیگر سیستم های اطلاع رسانی پیغام هایشان را مبادله کنند ، حتی امکان انتقال فایل نیز وجود دارد.

در طراحی شبکه مواردی که قبل از راه اندازی شبکه باید مد نظر قرار دهید شامل موارد ذیل هستند:
1 - اندازه سازمان
2 - سطح امنیت
3 - نوع فعالیت
4 - سطح مدیریت
5 - مقدار ترافیک
6 - بودجه

● مفهوم گره " Node" وایستگاههای کاری ( Work Stations ) در شبکه :

هرگاه شما کامپیوتری را به شبکه اضافه می کنید ، این کامپیوتر به یک ایستگاه کاری یا گره تبدیل می شود.
یک ایستگاه کاری ، کامپیوتری است که به شبکه وصل شده است و در واقع واژه ایستگاه کاری روش دیگری است برای اینکه بگوییم یک کامپیوتر متصل به شبکه است. یک گره چگونگی و ارتباط شبکه یا ایستگاه کاری و یا هر نوع ابزار دیگری است که به شبکه متصل است وبطور ساده تر هر چه را که به شبکه متصل  شده است یک گره گویند.
برای شبکه جایگاه و آدرس یک ایستگاه کاری مترادف با هویت گره اش است.

● مدل های شبکه :

در یک شبکه ، یک کامپیوتر می تواند هم سرویس دهنده و هم سرویس گیرنده باشد. یک سرویس دهنده (Server) کامپیوتری است که فایل های اشتراکی وهمچنین سیستم عامل شبکه که مدیریت عملیات شبکه را بعهده دارد ، را نگهداری می کند.
برای آنکه سرویس گیرنده (Client و یا User) بتواند به سرویس دهنده دسترسی پیدا کند ، ابتدا سرویس گیرنده باید اطلاعات مورد نیازش را از سرویس دهنده تقاضا کند. سپس سرویس دهنده اطلاعات در خواست شده را به سرویس گیرنده ارسال خواهد کرد.

سه مدل از شبکه هایی که مورد استفاده قرار می گیرند ، عبارتند از :
1 - شبکه نظیر به نظیر " Peer- to- Peer "
2 - شبکه مبتنی بر سرویس دهنده " Server- Based "
3 - شبکه سرویس دهنده / سرویس گیرنده " Client Server"

● مدل شبکه نظیر به نظیر" Peer- to- Peer " :

در این شبکه ایستگاه ویژه ای جهت نگهداری فایل های اشتراکی و سیستم عامل شبکه وجود ندارد. هر ایستگاه می تواند به منابع سایر ایستگاه ها در شبکه دسترسی پیدا کند. هر ایستگاه خاص می تواند هم بعنوان Server وهم بعنوان Client عمل کند. در این مدل هر کاربر خود مسئولیت مدیریت وارتقاء دادن نرم افزارهای ایستگاه خود را بعهده دارد. از آنجایی که یک ایستگاه مرکزی برای مدیریت عملیات شبکه وجود ندارد ، این مدل معمولا برای شبکه ای با کمتر از 10 ایستگاه بکار می رود .