اصول مفاهیم شبکه سازی و پروتکل های ارتباطی در شبکه صنعتی

اصول مفاهیم شبکه سازی و پروتکل های ارتباطی در شبکه بخش اول

173

شبکه سازی و پروتکل های ارتباطی در شبکه صنعتی نیاز مند بررسی مختصری در موضوع کبانی شبکه است .به زبان ساده شبـکه گروهی از رایــانه است که با کابل ویا وسیله دیگری به هم متصل شده اند.

کامپیوترها به روشهای مختلفی میتوانند با هم ارتباط بر قرار کنند که می تواند شامل استفاده اشتراکی از منابع یکدیگر ،توزیع بار کاری بین یکدیگرو یاتبادل پیام باشد.

مصداق تشریک مساعی در عملیات رایانه ای می تواند شامل یک کامپیوتر بزرگ بوده که به چند پایانه (ترمینال) وصل است . که هر یک در اختیار یک کاربر است .

این عمل اشتراک زمانی (Time Sharing ) نامیده می شود . زیرا کامپیوتر اصلی زمان خود را بین چند پایانه تقسیم می کند .در این شبکه ارتباط فقط بین کاربر ورایانه اصلی وجود دارد ولی بین کاربرها هیچ ارتباطی وجود ندارد.

شبکه محلی Local Area Network (LAN)

با گذشت زمان و پیشرفت فناوری مهندسان شروع به متصل کردن کامپیوتر ها به یکدیگر کردند در عین حال کامپیوترها شروع به کوچکتر شدن و ارزانتر شدن نمودند.

پس از ظهور PC در سالهای 1980 مزایای وصل کردن کامپیوترها به یکدیگر بیشتر آشکار شد .مثلاٌ به جای اینکه هر کامپیوتر به صورت مستقل یک چاپگر داشته باشد .

چند کامپیوتر می توانند به صورت اشتراکی از یک چاپگر استفاده کنند .ولی در این میان ارتباط یک دو جین رایانه کم دارای ارتباط نقطه به نقطهPOINT TO POINT بایکدیگر باشند بسیار مشگل می نمود.تا اینکه راحل LAN ارائه گردید.
LAN شامل گروهی از رایانه هاست که با یک رسانه اشتراکی که معولاٌ یک کابل است به هم وصل می شوند .

با وجود یک کابل هر کامپیوترتنها به یک اتصال نیاز خواهد داشت و خواهد توانست به شکل مطلوبی با هر کامپیوتر با هر کامپیو تر دیگر در شبکه ارتباط بر قرارکند.

هر LAN به واسطه خصوصیات الکتریکی کابل ها و تعداد نسبتاٌ کم کامپیوتر هایی که می توانندیک رسانه به اشتراک بگذارندمی تواند تنها در یک فضای محلی گسترده شود. LAN ها معمولاٌ به کار در یک ساختمان یا حداکثر در چند ساختمان مجاور محدود هستند.

اگر چه فناوری هایی مثل فیبر نوری محدوده LAN را تا چند کیلومتر گسترش داده است اما استفاده از LAN برای وصل کردن مثلاًکامپیوترهای شهرهای دور از هم ممکن نیست. معمولاً LAN یک شبکه باند پایه با تبادل بسته ای است.

باند پایه وباند پهن Broad band,Base band

شبکه باند پایه شبکه ای است که در آن کابل یا رسانه شبکه هر بار تنها یک سیگنال را می تواند منتقل کند.
شبکه باند پهن شبکه ای است که چند سیگنال را می تواند به طور همزمان منتقل کند.ربای این منظور برای هر سیگنال از یک قسمت مجزای عرض باند کابل استفاده می کند .مثالی از شبکه تلویزیون کابلی گویای شبکه باند پهن است که شما با در اختیار داشتن یک کابل تعداد زیادی کانال را در یافت می کنید .

در شبکه باند پایه از اعمال پالسهای مستقیم به شبکه استفاده می شود.واطلاعات مستقیماًبه صورت باینری در شبکه منتقل می شود در مقایسه با باند پهن شبکه باند پایه در فواصل کوتاهتری گسترده می شوند زیرا به دلیل تداخل الکتریکی و عوامل دیگر در معرض تضعیف سیگنال هستند که با افزایش نرخ انتقال Bit/S حداکثر طول کابل شبکه کاهش میابد از این رو است که پروتکل های شبکه های محلی مثل اترنت Ethernet دستورالعملهای قاطعی برای نصب کابل دارند.

تبادل بسته ای در مقابل تبادل مداری

LAN ها شبکه هایی با تبادل بسته ای هستندpacket switching زیرا کامپیوترهای آنها داده هایشـــان را پیش از ارســال به واحدهای کوچک مجزایی به نام بـسته تبدیل می کنند.تکنولوژی دیگر نیز وجود دارد که به آن تبادل سلولی می گویند .

و تفاوت آن با تبادل بسته ای آن است که سلولها اندازه ثابتی دارند ومتحد الشکل هستند در حالی که اندازه بسته ها متغیر است .بیشتر فناوریهای LAN از جمله اترنت token ring ءFDDI Fiber Distributed Data Interface از تبادل بستهای استفاده می کنند. تنها پروتکل سللولی LAN در حال حاضر انتقال نا هماهنگ یا ATM است.
Asynchronous Transfer Mode
از آنجا که رایانه های یک LAN فقط یک کابل اشتراکی دارند و بدین لحاظ هر گاه کامپیوتری بخواهد یک رشته داده پیوسته را ارسال کند شبکه رابه مدت طولانی در اختیار خود می گیرد به این منظور قطعه بندی داده ها ضروری است .

هر گاه داده هایی را که در یک شبکه با تبادل بسته ای ارسال میشوند را ملاحظه کنید خواهید دید که رشته داده شامل بسته هایی است که توسط سیستم های مختلف تولید شده و روی کابل در هم آمیخته است .

در این نوع شبکه ممکن است بسته های مربوط به یک پیغام واحد مسیر های مختلفی را به سوی مقصدشان در پیش بگیرند .وحتی به ترتیبی به غیر از آنکه ارسال شده بودند به مقصد برسند.

بنابر این سیستم دریافت کننده باید بتواند به طریقی ترتیب صحیح بسته ها را بازیابی کند وغیبت بسته هایی که ممکن است در حین انتقال مفقود شده یا آسیب دیده باشند را تشخیص دهد.
نقطه مقابل تبادل بسته ای تبادل مداری است circuit switching که در آن یک سیستم برای ارسال داده یک کانال ارتباطی اختصاصی را به سوی سیستم دیگر می گشاید.

در صنعت داده های شبکه تبادل مداری برای انواع خاصی از فناوری های شبکه گسترده WAN ورله فریم بکار می رود. شبکه تلفن عمومی را می توان یک مثال قدیمی از شبکه با تبادل مداری دانست .

کابل و همبندی Topology

بیشتر LAN ها با استفاده از کابل های مس ساخته می شوند که برای تقویت سیگنال هایشان از جریانهای استاندارد الکتریکی استفاده می کنند .در آغاز بیشتر LAN ها از کامپیوتر هایی که با کابل های کواکسیال به هم وصل شده بود ند تشکیل شده بودند.

اما سرانجام استفاده از کابل زوج به هم تابیده Twisted-pair که در سیستم های تلفنی بکار می رفت رواج یافت .

چاره دیگر استفاده از کابل فیبر نوری است که برای کد کردن داده های باینری نه از سیگنال های الکتریکی بلکه از پالسهای نور استفاده میکند .در انواع دیگر ساختار شبکه کلاً از کابل استفاده نمی شود بلکه از آنچه که رسانه نامحدود نامیده می شود مثل امواج رادیویی ،مادون قرمز،مایکروویو استفاده می شود.
در LAN ممکن است کامپیوتر ها با کابل به شکل های مختلفی به وصل شوند که هر یک همبندی Topology نامیده می شوند . و به نوع کابل بکار رفته و پروتکل هایی که روی کامپیوترها اجرا می شود بستگی دارد .
رایج ترین همبندی ها عبارتند از :

باس BUS

در همبندی باس یک کابل به صورت زنجیر وار از همه کامپیوترها عبور میکند مانند ریسه چراغ همه سیگنال هایی که توسط کامپیوترها روی شبکه ارسال میشوند در هر دو جهت برای همه کامپیوتر های دیگر ارسال می شود.

بدین لحاظ دو انتهای باس باید به مقاومت هایی الکتریکی که ولتاژ های رسیده را خنثی میکنند ختم شود .

تا سیگنال ها در جهت مخالفدر باس منعکس نشوند مهمترین عیب همبندی باس آن است که در صورت بروز اشکال در هر جای کابل، شبکه دو تکه می شود و سیستم های دو تکه از ارتباط با یکدیگر باز می مانند.

علاوه براین فقدان مقاومت انتهایی در یکسر هر نیم شبکه می تواند کامپیوترهایی که هنوز به هم وصل هستند را نیز از ارتباط صحیح باز دارد.در یک شبکه باس بزرگ حتی خرابی یک اتصال هم می تواند مشکل ایجاد کند ودر نتیجه موجب اتلاف وقت گردد.

بیشتر شبکه های باس با کابل کواکسیال واترنت های اولیه ایجاد شده بودند. این توپولوژی دارای کاربرد بیشتری در شبکه سازی و پروتکل های ارتباطی در شبکه صنعتی است .

در عمل تنها توپولوژی موزد استفاده است .

ستاره STAR

در همبندی ستاره هر کامپیوتر یک کابل دارد که به یک اتصال به نام هاب Hub یا متمرکزکننده Concentrator وارد می شود.هاب سیگنال هایی که از هر یک از درگاههایش وارد می شود را به همه درگاهها دیگر ارسال میکند تا سیگنال هایی که هر کامپیوتر ارسال میکند به همه
کامپیوترهای دیگر برسد .هاب سیگنالها را تقویت نیز می کند.تا بتواند بدون آنکه تضعیف شوند مسافت های طولانی را بپیماند.تحمل خرابی در شبکه ستاره از باس بیشتر است زیرا هر خرابی کابل تنها روی کامپیوتری که به آن وصل است اثر می گذارد .

نه روی همه شبکه.بیشتر پروتکل های شبکه از جمله اترنت های 10BaseT و100BaseT که به کابل زوج به هم تابیده نیاز دارند از همبندی ستاره استفاده می کنند.

باس ستاره

همبندی باس ستاره روشی است برای توسعه اندازه LANبه بیش از یک ستاره.در این همبندی تعدادی شبکه ستره با استفاده از یک قطعه باس جدا گانه که هاب های آنها را به هم متصل می کند به هم وصل می شوند.در این ساختار هر کامپیوتر می تواندبا تمام کامپیوتر های دیگر شبکه ارتباط بر قرار کند.

زیرا هر هاب ترافیک ورودی خود را علاوه برسایر درگاه های ستارهبه درگاه باس نیز می فرستد . باس ستاره که برای توسعه شبکه های طراحی شده است در حال حاضر به دلیل محدودیت سرعت شبکه های با باس کواکسیال که می تواند موجب کاهش کار آیی فناوری های ستاره سریعتر از جمله FastEthernet شود به ندرت به کار می رود.

ستاره سلسله مراتبی Hierarchical Star


همبندی ستاره سلسله مراتبی رایجترین توسعه شبکه ستاره به فراتر از ظرفیت هاب اصلی آن می باشد .اگر همه درگاه های هاب اشغال شده باشد ولی هنوز کامپیوترهایی باقی مانده باشد که به شبکه متصل نیستند .

می توان هاب اصلی را با استفاده از کابلی که به درگاه خاصی که به همین منظور طراحی شده است دارد می شود به هاب دیگری وصل کرد به این ترتیب باری که به هر هاب می رسد علاوه بر کامپیوتر های وصل شده به آن به هاب دیگر نیز ارسال میگردد.

تعداد ها بهایی که یک LAN می تواند پشتیبانی کند به پروتکل آن وابسته است . این توپولوژی کمتر در شبکه سازی و پروتکل های ارتباطی در شبکه صنعتی مورد استفاده قرار دارد.

حلقه Ring

همبندی حلقه از نظر عملکرد معادل باسی است که دو سر آن به هم وصل شده باشد .تا حرکت سیگنالها از کامپیوتری به کامپیوتر دیگر به صورت چرخشی تا ابد ادامه یابد .

اما حلقه تنها یک ساختار منطقی است نه یک ساختار فیزیکی .کابل بندی فیزیکی شبکه در واقع با استفاده از همبندی ستاره است و هاب خاصی که واحد دستیابی چند ایستگاهی (MAU) Multistation Access Unit نامیده می شود با گرفتن هر سیگنال ورودی و ارسال آن فقط از طریق درگاه بعدی (به جای همه درگاه های دیگر مثل هاب ستاره )حلقه منطقی را پیاده سازی میکند .

هر کامپیوتر با دریافت یک سیگنال ورودی آنرا (در لزوم) پردازش نموده وبرای ارسال به ایستگاه بعدی حلقه به هاب پس می فرستد .

از آنچه گفته شد چنین بر می آید که سیستم هایی که بر شبکه سیگنال می فرستند باید پس از آنکه سیگنال تمام حلقه را پیمود آ« را از روی شبکه بردارند .

شبکه هایی که همبندی حلقه دارند می توانند از انواع مختلف کابل استفاده کنند مثلاً Token Ring از کابل زوج به هم تابیده استفاده می کنند در حالی که شبکه FDDI از همبندی حلقه فیبر نوری استفاده می کند.

کنترل دستیابی به رسانه Media Access Control

برای چند کامپیوتر که به یک رسانه باند پایه متصل هستند باید مکانیزم کنترل دستیابی به رسانه وجود داشته باشد تا برای جلوگیری از اینکه سیستم ها همزمان به روی شبکه داده بفرستند در مورد دستیابی به شبکه داوری کند . مکانیزم MAC یک بخش اساسی همه پروتکل های شبکه محلی است که از یک رسانه شبکه اشتراکی استفاده می کنند .
دو مکانیزم رایج عبارتند از :

CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection که در شبکه های اترنت استفاده می شود ودر تبادل Token Passing که توسط Token Ring و FDDIوسایر پروتکل مورد استفاده قرار می گیرد .

این دو مکانیزم اساساً با هم فرق دارند ولی به این لحاظ که به تمام سیستم های شبکه شلانس یکسانی برای ارسال داده هایشان می دهند کار واحدی را انجام می دهند .

آدرس دهی Addressing

برای آنکه سیستم هایی که از یک رسانه اشتراکی شبکه استفاده می کنند با هم ارتباط موثری برقرار کنند باید به طریقی یکدیگر را شناسائی کنند.

که معمولاً این کار از طریق نوعی ادرس عددی انجام می شود.معمولاًکارت واسط شبکه NIC که روی هر کامپیوتر نصب شده است آدرسی دارد که در کارخانه به صورت سخت افزاری در آن حک شده است که آدرس MAC یا آدرس سخت افزاری آن نامیده می شود و موجب شناسائی منحصر به فرد آن کارت در بین بقیه کارت ها می شود .

هر بسته که هر کامپیوتر به روی شبکه میفرستد حاوی آدرس کامپیوتر فرستنده وآدرس کامپیوتر مقصد است .علاوه بر آدرس MAC سیستم ها می توانند آدرس های دیگری نیز برای سایر لایه ها داشته باشند.

مثلاًدر پروتکل TCP/IP نیاز است که علاوه بر آدرس MAC که هر سیستم دارد یک آدرس IP منحصر به فرد نیز به آن اختصاص داده شود .سیت هابرای انواع ارتباط از این آدرس های مختلف استفاده میکنند.

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.