شبکه کامپیوتری به زبان ساده: انواع، اجزا و کاربرد

شبکه کامپیوتری مجموعه‌ای از دستگاه‌ها (مانند کامپیوترها، سرورها، دستگاه‌های IoT، چاپگرها و دیگر تجهیزات) است که برای به اشتراک‌گذاری داده‌ها و منابع به‌هم‌متصل شده‌اند. این ارتباطات می‌توانند به‌صورت سیمی یا بی‌سیم برقرار شوند. هدف اصلی شبکه، ساده‌سازی ارتباطات و افزایش بهره‌وری از طریق اشتراک‌گذاری منابع است.

بخوانید: تفاوت شبکه اینترنت اشیاء IoT با شبکه ساده

اجزای اصلی شبکه کامپیوتری

برای راه‌اندازی و مدیریت یک شبکه، دستگاه‌های متعددی نقش دارند که در ادامه توضیح داده می‌شود:

        1. تجهیزات متصل‌کننده

• هاب (Hub):
  یک دستگاه ساده برای اتصال چندین دستگاه در شبکه کامپیوتری است. هاب داده‌ها را به همه دستگاه‌ها ارسال می‌کند، اما فاقد هوشمندی برای مدیریت ترافیک است.
• سوییچ (Switch):
  مشابه هاب، اما بسیار هوشمندتر. سوییچ داده‌ها را تنها به دستگاه مورد‌نظر ارسال می‌کند که باعث کاهش ترافیک شبکه کامپیوتری و افزایش امنیت و بازده می‌شود.

• روتر (Router):
  دستگاهی که شبکه‌های مختلف را به‌هم‌متصل کرده و داده‌ها را از بهترین مسیر به مقصد می‌رساند.
• بریج (Bridge):
  شبکه‌های کوچک را به هم متصل کرده و مشابه روتر عمل می‌کند با این تفاوت که در مقیاس محدودتر عمل می‌کند.
• اکسس پوینت (Access Point):
  نقطه‌ای در شبکه‌های بی‌سیم که دستگاه‌ها می‌توانند به آن متصل شوند.
• تکرارکننده (Repeater):
  تقویت‌کننده‌ای است برای سیگنال‌هایی که در مسافت‌های طولانی ضعیف می‌شوند.

      2. تجهیزات انتقال داده

کابلی:

• کابل زوج تابیده (Twisted-Pair Cable):
  سیم‌های مسی رنگی که برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی به دور یکدیگر تابیده شده‌اند. به‌طور گسترده در خطوط تلفن و شبکه‌های LAN استفاده می‌شود.
• کابل کواکسیال (Coaxial Cable):
  کابلی با یک هادی مرکزی که توسط لایه‌ای از عایق و محافظ رسانا احاطه شده است. در تلویزیون‌های کابلی و برخی شبکه‌ها به کار می‌رود.
• 

 

• کابل فیبر نوری (Fiber Optic Cable):

داده‌ها را به‌صورت پالس‌های نوری منتقل می‌کند. این کابل‌ها نرخ انتقال داده بالایی دارند و تحت تاثیر نیروهای الکترومغناطیسی قرار نمی‌گیرند. اگرچه گران‌قیمت هستند، اما ظرفیت و سرعت بالاتری ارائه می‌دهند و عمدتاً برای ارتباطات دوربرد استفاده می‌شوند.

 

بی‌سیم (Wireless):
انتقال داده بدون نیاز به کابل، با استفاده از امواج الکترومغناطیسی مانند امواج رادیویی، مایکروویو و مادون قرمز.

• امواج رادیویی: این امواج برای پخش برنامه‌های تلویزیونی و رادیویی و همچنین در اتصالات شبکه بی‌سیم مانند WiFi و بلوتوث به کار می‌روند.
• امواج مایکروویو: امواجی که برای انتقال داده در فواصل طولانی استفاده می‌شوند، به‌ویژه در شرایطی که استفاده از کابل، عملی یا اقتصادی نیست. این امواج معمولاً در ارتباطات ماهواره‌ای و موبایلی کاربرد دارند.
• امواج مادون قرمز: بیشتر در ارتباطات کوتاه‌برد استفاده می‌شوند، مانند ریموت کنترل تلویزیون یا دستگاه‌هایی که به فناوری مادون قرمز مجهز هستند (نود IR).

سرورها و کلاینت‌ها

• سرور (Server):
  یک کامپیوتر قدرتمند که داده‌ها را ذخیره، مدیریت و توزیع می‌کند. سرورها معمولاً وظایف خاصی را برعهده دارند، مانند:
  • سرور فایل (File Server): برای ذخیره‌سازی فایل‌ها.
  • سرور وب (Web Server): برای میزبانی وب‌سایت‌ها.
  • سرور پایگاه داده (Database Server): برای مدیریت پایگاه‌های داده.
  • سرور ایمیل (Mail Server): برای مدیریت ایمیل‌ها.
  • سرور پایگاه داده (Database Server): سروری که به کاربران خدمات پایگاه داده ارائه می‌دهد
  • سرور بازی (Game Server): سروری که برای بازی‌های آنلاین استفاده می‌شود و مسابقات چندنفره را میزبانی می‌کند.
  • سرور DNS:سروری که نام‌های دامنه (Domain Names)  را به آدرس‌های IP ترجمه می‌کند.

هر سرور می‌تواند به‌صورت سرور اختصاصی (که تنها یک وظیفه خاص را انجام می‌دهد) یا سرور مشترک (که چندین وظیفه را به‌طور هم‌زمان انجام می‌دهد) باشد.
در شبکه‌های بزرگ، سرورها معمولاً در مکان‌های ویژه‌ای به نام اتاق سرور یا دیتاسنتر نگهداری می‌شوند.

• کلاینت (Client):
  دستگاه‌هایی که از خدمات و منابع سرور استفاده می‌کنند، مانند کامپیوترهای شخصی، تبلت‌ها، دستگاه‌های اینترنت اشیا و گوشی‌های هوشمند. هر کلاینت نرم‌افزاری دارد که موجب برقراری ارتباط با سرور میشود که به ان برنامه کلاینت می‌گویند.

توپولوژی شبکه کامپیوتری : ساختار و معماری

نحوه قرارگیری اجزا در یک شبکه کامپیوتری و چگونگی اتصال آن‌ها به یکدیگر به‌عنوان توپولوژی شبکه شناخته می‌شود. این معماری می‌تواند به شکل‌های مختلفی باشد:

• توپولوژی ستاره‌ای (Star): تمام دستگاه‌ها به یک دستگاه مرکزی متصل می‌شوند.
• توپولوژی خطی (Bus): تمام دستگاه‌ها به یک کابل اصلی متصل هستند.
• توپولوژی حلقه‌ای (Ring): دستگاه‌ها به‌صورت یک حلقه به هم متصل‌اند.

شبکه‌های همتا به همتا  (P2P)

در این نوع شبکه کامپیوتری ، تمام دستگاه‌ها نقش کلاینت و سرور را به‌طور هم‌زمان ایفا می‌کنند. این شبکه‌ها برای اشتراک‌گذاری داده‌ها بین تعداد محدودی دستگاه مناسب هستند.

مجموعه پروتکل (Protocol Suite)

مجموعه پروتکل‌ها شامل مجموعه‌ای از پروتکل‌های ارتباطی است که برای پیاده‌سازی ارتباطات شبکه کامپیوتری یا فناوری‌های ارتباطی استفاده می‌شود. این پروتکل‌ها با تعامل با یکدیگر، عملکرد شبکه کامپیوتری را ممکن می‌سازند.

هر پروتکل در این مجموعه مسئول بخشی خاص از فرایند ارتباطات شبکه است و این پروتکل‌ها با همکاری یکدیگر باعث عملکرد صحیح شبکه کامپیوتری می‌شوند.

نمونه‌ها:

• TCP/IP : پایه تمام ارتباطات مدرن اینترنت است و وظایفی مانند مسیریابی ترافیک شبکه، آدرس‌دهی میزبان، نام‌گذاری و مدیریت خطا را انجام می‌دهد.
• مدل OSI: چارچوب مفهومی 7 لایه‌ای که برای آموزش نحوه تعامل پروتکل‌های شبکه کامپیوتری استفاده می‌شود و فرایند ارسال و دریافت داده‌ها را شرح می‌دهد.

آدرس‌دهی IP

آدرس‌دهی IP یکی از پایه‌های شبکه‌های IoT است، چرا که هر دستگاه نیاز به یک شناسه منحصر‌به‌فرد برای برقراری ارتباط دارد. با افزایش تعداد دستگاه‌های IoT، اهمیت انتقال از IPv4 به IPv6 بیشتر شده است:

• IPv4: تعداد آدرس‌های محدود (تقریباً 4.3 میلیارد آدرس) که برای IoT کافی نیست.
• IPv6: فضای گسترده‌تری برای آدرس‌دهی (340 تریلیون تریلیون آدرس)، فراهم می‌کند.

آدرس‌دهی MAC

در شبکه‌های محلی (LAN)، آدرس MAC نقش مهمی در شناسایی دستگاه‌ها در لایه پیوند داده در OSI ایفا می‌کند.

• برخلاف آدرس‌های IP که منطقی و قابل تغییر هستند، آدرس‌های MAC به‌صورت سخت‌افزاری و منحصربه‌فرد برای هر دستگاه تعریف می‌شوند.
• این آدرس‌ها با همکاری با آدرس‌های IP برای شناسایی دقیق‌تر دستگاه‌ها ایجاد شده‌اند.

شبکه‌ کامپیوتری اینترنت اشیا

اینترنت اشیا (IoT) تحولات چشمگیری در زمینه شبکه‌سازی ایجاد کرده است. در مقالات بسیاری راجع به اینترنت اشیا صحبت کرده‌ایم.

پروتکل‌های کلیدی

• LoRaWAN (شبکه‌های وسیع برد و کم‌مصرف): پروتکل ارتباطی بلندبرد و کم‌مصرف برای کاربردهایی همچون کشاورزی هوشمند و مدیریت محیط زیست.
• Zigbee: پروتکلی کم‌مصرف و بی‌سیم که بیشتر در دستگاه‌های خانه هوشمند و ارتباطات کوتاه‌برد استفاده می‌شود.
• CoAP (پروتکل کاربردی محدود): پروتکلی با سبک مبتنی بر وب که از UDP استفاده کرده و برای محیط‌های محدود و دستگاه‌های کوچک مناسب است
• MIOTY
• MODBUS

ابزارهای پایش شبکه کامپیوتری

پایش شبکه‌های IoT برای اطمینان از عملکرد مناسب و امنیت بسیار مهم است. ابزارهای زیر به مدیریت و تحلیل شبکه کمک می‌کنند:

• SNMP (پروتکل مدیریت ساده شبکه): نظارت بر وضعیت دستگاه‌ها، عملکرد و خطاهای شبکه.

بخوانید: نرم افزار مانیتورینگ شبکه

• NetFlow: ابزاری برای تحلیل جریان ترافیک شبکه و ارائه الگوهای کاربردی برای بهبود عملکرد.
• Wireshark: یک تحلیل‌گر قدرتمند برای بررسی بسته‌های داده و عیب‌یابی ارتباطات IoT.

نتیجه‌گیری

شبکه کامپیوتری رکن اصلی ارتباطات مدرن هستند. با استفاده از اجزا، دستگاه‌های مناسب و طراحی اصولی، می‌توان شبکه‌هایی سریع، پایدار و امن ایجاد کرد که زندگی روزمره و کسب‌وکارها را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشند. سپهر انفورماتیک درخشان با طراحی و اجرای شبکه‌ای اصولی برای سازمان شما با پیشرفته‌ترین دستگاه‌های اینترنت اشیا و نرم‌افزار مانیتورینگ به‌روز، شرایطی ایده‌آل و کارآمد را برای بهبود عملکرد و بهره‌وری فراهم می‌کند.