معرفی سخت افزارهای شبکه

مقدمه

در اولین بخش به بررسی سخت افزار شبکه خواهیم پرداخت . این مباحث معمولآ در دوره network plus مورد بحث قرار می گیرد. این مقاله برای آشنا شدن افراد مبتدی و تازه کار با سخت افزار شبکه LAN مفید است.

تجهیزات سخت افزاری شبکه بسیار متنوع هستند. با این وجود به هنگام پیکربندی سخت افزاری شبکه های محلی اترنت و شبکه های بدون سیم در عمل با تعداد محدودی سخت افزار سرو کار خاهید داشت. این تجهیزات عبارتند از: کارت شبکه، هاب یا سوئیچ، کابلهای شبکه، روتر و اکسس پوینت. در این بخش توضیحات در مورد این سخت افزارهای ارائه شده است.

کارت شبکه

کارت شبکه، یکی از مهمترین عناصر سخت افزاری در زمان پیاده سازی یک شبکه کامپیوتری است. هر کامپیوتر موجود در شبکه، نیازمند استفاده از یک کارت شبکه است. کارت شبکه، ارتباط بین کامپیوتر و محیط انتقال ( نظیر کابل ها ی مسی و یا فیبر نوری ) را فراهم می نماید. اکثر مادربردهای جدیدی که از آنان در کامپیوترهای شخصی استفاده می گردد ، دارای کارت شبکه onboard می باشند.

کارت شبکه با پورت RJ-45

کارت شبکه PCMCIA بیسیم



کارت شبکه بی سیم

به کارت شبکه ، کارت اینترفیس شبکه و یا NIC مخفف Network Interface Cards نیز گفته می شود . وظیفه اصلی کارت شبکه ، اتصال فیزیکی یک کامپیوتر به شبکه است تا امکان مبادله اطلاعات برای وی فراهم گردد . هر کارت شبکه دارای یک آدرس فیزیکی (MAC) است. آدرس فوق یک عدد شش بایتی بوده که سه بایت اول آن مشخص کننده سازنده کارت شبکه و سه بایت دوم، شماره سریال کارت شبکه است.

کارت شبکه می بایست با نوع محیط انتقال مطابقت و به نوعی با آن سازگار باشد . اترنت ، Token ring و Arcnet نمونه هائی از استانداردهای مختلف شبکه می باشند . شکل زیر یک نمونه کارت شبکه را نشان می دهد .

کابل شبکه

از کابل های شبکه تحت عنوان محیط انتقال نیز یاد می شود. اما به خاطر داشته باشید ممحیط انتقال فقط کابل نیست. امواج مختلف مانند امواج رادیوئی، microwave و infrared نیز محیط انتقال محسوب می شوند.

در شبکه های اترنت پیشرفته ، از کابل های بهم تابیده موسوم به twisted pair با هشت رشته سیم استفاده می شود  که با یک نظم خاص سازماندهی می گردند . از یک کانکتور RJ-45 در دو سر کابل استفاده می گردد . کانکتور RJ-45 نظیر کانکتورهای استفاده شده در خطوط تلفن است با این تفاوت که اندازه آن بزرگتر می باشد . در خطوط تلفن از کانکتورهای RJ-11 استفاده می شود . شکل زیر یک کابل اترنت به همراه یک کانکتور RJ-45 را نشان می دهد. ادامه مطلب...

کابل اترنت به همراه یک کانکتور RJ-45

هاب و سوئیچ
با استفاده از کابل کراس نمی توان شبکه ای با بیش از دو دستگاه کامپیوتر را ایجاد نمود . هاب یک قطعه سخت افزاری است که در شبکه های محلی استفاده می شود و هر یک از کامپیوترهای عضو شبکه با اتصال به هاب با سرور شبکه ارتباط برقرار می کنند. استفاده از هاب در متن مباحث شبکه ستاره ای قرار دارد که قبلا توضیح داده شد.

بیشتر هابهای مورد استفاده در شبکه های محلی یک جعبه به همراه تعدادی پورت RJ-45 هستند. هر کامپیوتر موجود در شبکه از طریق یک کابل اترنت به هاب متصل می شود . شکل زیر یک نمونه هاب را نشان می دهد . سوئیچ نوعی هاب پیشرفته است که اکنون جای هابهای قدیمی را گرفته است.

یک نمونه هاب

وظیفه اصلی هاب ارائه یک نقطه مرکزی برای اتصال تمامی کامپیوترهای موجود در شبکه است. هر کامپیوتر موجود در شبکه به هاب متصل می گردد . در صورت نیاز می توان چندین هاب را به یکدیگر متصل تا بتوان کامپیوترهای بیشتری را به شبکه متصل نمود .

در صورت اتصال بیش از دو دستگاه کامپیوتر به هاب ، چگونه و بر اساس چه مکانیزمی داده به مقصد مورد نظر خواهد  رسید . رمز این کار در کارت شبکه است . هر کارت شبکه اترنت در کارخانه تولید کننده برنامه نویسی شده و  یک آدرس MAC ( برگرفته از Media Access Control   ) منحصربفرد در آن نوشته می گردد. زمانی که یک کامپیوتر موجود در یک شبکه اترنت که شامل چندین دستگاه متصل به هاب است ، اقدام به ارسال داده می نماید ، داده برای هر یک از کامپیوترها ارسال خواهد شد. کامپیوترهای دریافت کننده پس از دریافت داده ، آدرس مقصد آن را با آدرس MAC خود مقایسه می نمایند و در صورت مطابقت دو آدرس ( آدرس ارسالی موجود در بسته اطلاعاتی با آدرس کامپیوتر دریافت کننده ) ،‌ مقصد داده مشخص خواهد شد و در صورتی که دو آدرس اشاره شده با یکدیگر مطابقت ننمایند ، کامپیوتر دریافت کننده از داده صرفنظر خواهد کرد .
همانگونه که اشاره گردید ، در مواردی که کامپیوترهای موجود در یک شبکه از طریق هاب به یکدیگر متصل می گردند ، هر بسته اطلاعاتی برای هر یک از کامپیوترهای موجود در شبکه ارسال خواهد شد . یکی از نکات قابل تامل در این سناریو ، ارسال فرازمانی داده توسط هر کامپیوتر است ( در هر زمان دلخواه امکان ارسال داده وجود خواهد داشت ). این وضعیت مشابه طرح سوال همزمان از طرف دو دانشجو در یک کلاس درس است که قصد استفاده از یک منبع مشترک ( معلم ) را دارند . وضعیتی اینچنین بدفعات در شبکه اتفاق می افتد .
زمانی که یک کامپیوتر قصد ارسال داده را داشته باشد ، در ابتدا بررسی می نماید که سایر کامپیوترها چنین قصدی را نداشته باشند و در صورت آزاد بودن محیط انتقال ، اقدام به ارسال داده مورد نظر می نماید . در صورتی که کامپیوتری دیگر سعی در مبادله اطلاعات و در زمان مشابه را داشته باشد ، بسته های اطلاعاتی حاوی داده در طول شبکه با یکدیگر برخورد و از بین خواهند رفت . به همین علت است که به این نوع شبکه ها یک collision domain نیز گفته می شود . در صورت بروز تصادم ، دو کامپیوتر مجبور خواهند بود که پس از یک مدت زمان کاملا" تصادفی ، مجددا" تلاش نمایند تا داده خراب شده را ارسال نمایند . 
به موازات افزایش کامپیوترهای موجود در یک collision domain ، احتمال بروز تصادم نیز افزایش خواهد یافت . وضعیت فوق کارآئی شبکه را به شدت کاهش خواهد داد . به همین علت است که سوئیچ در شبکه مطرح و جایگزین هاب گردید .
شکل زیر یک نمونه سوئیچ را نشان می دهد.

یک نمونه سوئیچ

عملکرد سوئیچ ، همانند هاب است و تمامی کارهای مشابه یک هاب را انجام می دهد با این تفاوت که زمانی که یک کامپیوتر نیازمند مبادله داده با کامپیوتر دیگر باشد ، سوئیچ از مجموعه ای مدارات منطقی داخلی به منظور ایحاد یک مسیر منطقی و اختصاصی بین دو کامپیوتر استفاده می نماید . این بدان معنی است  که دو کامپیوتر بدون نگرانی در خصوص بروز یک تصادم می توانند با یکدیگر داده مبادله نمایند .
استفاده از سوئیچ بطرز کاملا" محسوسی افرایش کارآئی شبکه را به دنبال خواهد شد و باعث حذف تصادم در یک شبکه می گردد . ویژگی فوق تنها مزیت سوئیچ محسوب نمی گردد و علاوه بر آن می تواند مسیرهای مبادله داده موازی را ایجاد نمایند . به عنوان نمونه زمانی که کامپیوتر A با کامپیوتر B ارتباط برقرار می نماید ، دلیلی ندارد که کامپیوتر C نتواند با کامپیوتر D داده مبادله نماید . در یک collision domain این نوع مبادله داده موازی امکان پذیر نمی باشد .

 

روتر یا مسیریاب
از روتر جهت اتصال شبکه ها به یکدیگر استفاده می شود. بویژه برای ارتباط اینترنت در یک شبکه محلی از روتر استفاده می شود. کار روتر مسیر یابی برای بسته های اطلاعاتی در شبکه است. روتر کوتاه ترین مسیر را برای رساندن اطلاعات به مقصد انتخاب می کند. یک روتر هم چنین می تواند دو شبکه مجزا که هر کدام node هایی برای خودشان دارند به هم وصل کند.
به عبارت دیگر برای انتقال و مسیر یابی اطلاعات در شبکه از دستگاهی مسیر یاب به نام روتر استفاده می گردد. برای مثال روی شبکه اینترنت امکان ارسال اطلاعات از مسیرهای زیادی وجود دارد و انتخاب بهینه ترین مسیر به عهده روتر است. وظیفه اصلی روتر آن است که دو زیر شبکه را به هم متصل کند که لزوما از نظر فیزیکی مستقیما به هم متصل نیستند. معمولا از اصطلاح سوییچ لایه نیز برای روتر استفاده می کنند اما سوییچ کردن اصطلاح غیر فنی و بازاری است. روتر با هاب تفاوت دارد. هرچند که هاب ها بین دوشبکه مختلف قرار می گیرند اما مسیریابی صورت نمی دهند و تنها بسته ها را از یک شبکه به شبکه دیگر می فرستند.

روتر های سخت افزاری

براساس مدل مرجع OSI روترها دستگاههای لایه سوم می باشند. مسیریاب ها شبکه هایی که دارای یک رنج آدرس شبکه (IP Address) نیستند را به هم متصل می کنند. مانند ارتباط کامپیوترهای یک شبکه به سرورهای اینترنت.
هر روتر حداقل دارای یک پورت LAN جهت اتصال به شبکه محلی و یک پورت WAN جهت اتصال به شبکه دور دست می باشد. مسیریابها بهترین مسیر را برای فرستادن بسته ها به مقصد انتخاب می کند و چک می کند تا ببیند آیا بسته ها به مقصد رسیده اند یا نه. بر اساس مقصد داده ها، بسته ها از یک مسیر یاب دیگر از طریق بهترین راه فرستاده می شوند. این موضوع باعث می شود تا به عنوان یک وسیله ی قدرتمند در شبکه های پیچیده مثل اینترنت استفاده شود، در واقع می توان اینترنت را به عنوان شبکه ای از مسیر یاب ها توصیف کرد. انواع مسیر یاب ها با جداول و پروتکل های مختلفی کار می کنند اما حداقل این که هر مسیر یاب در اینترنت باید با پروتکل TCP/IP کار کند.

یک نمونه روتر

روتر های نرم افزاری

روترهای نرم افزاری دارای عملکردی مشابه با روترهای سخت افزاری بوده و مسئولیت اصلی آنان نیز ارسال داده از یک شبکه به شبکه دیگر است. یک روتر نرم افزاری می تواند یک سرویس دهنده NT، یک سرویس دهنده نت ور و یا یک سرویس دهنده لینوکس باشد. تمامی سیستم های عامل شبکه ای مطرح ،دارای قابلیت های روتینگ از قبل تعبیه شده می باشند.

در اکثر موارد از روترها به عنوان فایروال و یا gateway اینترنت، استفاده می گردد. در این خصوص لازم است به یکی از مهمترین تفاوت های موجود بین روترهای نرم افزاری و سخت افزاری ، اشاره گردد: در اکثر موارد نمی توان یک روتر نرم افزاری را جایگزین یک روتر سخت افزاری نمود، چرا که روترهای سخت افزاری دارای سخت افزار لازم و از قبل تعبیه شده ای می باشند که به آنان امکان اتصال به یک لینک خاص WAN ( از نوع Frame Relay ، ISDN و یا ATM ) را خواهد داد. یک روتر نرم افزاری ( نظیر سرویس دهنده ویندوز ) دارای تعدادی کارت شبکه است که هر یک از آنان به یک شبکه LAN متصل شده و سایر اتصالات به شبکه های WAN از طریق روترهای سخت افزاری ، انجام خواهد شد.

پرینت سرور

این دستگاه جهت به اشتراک گذاشتن پرینترهایی که دارای پورت و کارت شبکه نمی باشند استفاده می شود. این دستگاه، یک وسیله کوچک است که به عنوان یک Node به شبکه متصل می شود (یعنی آدرس IP می گیرد) و چاپگر و یا چاپگرها به آن وصل می شود.

Access Point
نقطه دسترسی یا AP به عنوان یک پل ارتباطی بین شبکه های کابلی و دستگاههای بدون کابل عمل می نماید . با استفاده از سخت افزار فوق ، امکان ارتباط چندین دستگاه به منظور دستیابی به شبکه فراهم می گردد .access point می تواند دارای عملکردی مشابه یک روتر نیز باشد . در چنین مواردی انتقال اطلاعات در محدوده وسیعتری انجام شده و داده از یک access point به access point دیگر ارسال می گردد.

 
                                                                                        یک نمونه اکسس پوینت

دقت کنید مواردی مانند داکت، سوکت، محفظه های فلزی و از این دست نیز بعضاً به عنوان سخت افزارهای کامپیوتری معرفی می شوند که به زعم نویسنده صحیح نیست.