شبکه چیست؟ آشنایی کامل با شبکه‌های کامپیوتری و انواع آن
در دنیای امروز تقریباً تمام سازمان‌ها، شرکت‌ها، مراکز داده، فروشگاه‌ها و حتی بسیاری از خانه‌ها به نوعی از شبکه کامپیوتری استفاده می‌کنند. از اتصال دو کامپیوتر به یکدیگر گرفته تا زیرساخت‌های عظیم اینترنت و دیتاسنترها، همه بر پایه مفهوم شبکه شکل گرفته‌اند.
اما واقعاً شبکه چیست؟ شبکه چگونه کار می‌کند؟ چه تجهیزاتی در یک شبکه استفاده می‌شوند؟ تفاوت LAN، WAN، MAN و WLAN چیست؟ سوئیچ، روتر، مودم، Access Point و فایروال چه نقشی دارند؟
در این مقاله قصد داریم مفهوم شبکه را از پایه و به زبان ساده بررسی کنیم.
شبکه چیست؟
به مجموعه‌ای از دو یا چند دستگاه که به یکدیگر متصل شده‌اند و می‌توانند اطلاعات و منابع را با هم به اشتراک بگذارند، شبکه کامپیوتری (Computer Network) گفته می‌شود.
این دستگاه‌ها می‌توانند شامل موارد مختلفی باشند، از جمله:
- کامپیوتر
- لپ‌تاپ
- سرور
- پرینتر
- دوربین مداربسته
- تلفن IP
- اکسس‌پوینت
- تجهیزات صنعتی
- گوشی موبایل
- تجهیزات IoT
- سوئیچ و روتر
ارتباط بین این تجهیزات می‌تواند از طریق کابل شبکه، فیبر نوری، Wi-Fi یا سایر روش‌های ارتباطی برقرار شود.
به زبان ساده، شبکه باعث می‌شود دستگاه‌های مختلف بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و اطلاعات یا منابع را به اشتراک بگذارند.
یک مثال ساده از شبکه
فرض کنید در یک شرکت 20 کامپیوتر وجود دارد.
اگر هر کامپیوتر به‌صورت مستقل کار کند، برای انتقال فایل بین سیستم‌ها ممکن است مجبور باشید از فلش یا روش‌های دیگر استفاده کنید.
اما اگر این کامپیوترها به یک شبکه متصل شوند، می‌توانند:
- فایل‌ها را به اشتراک بگذارند.
- از یک پرینتر مشترک استفاده کنند.
- به سرور شرکت متصل شوند.
- به اینترنت دسترسی داشته باشند.
- با یکدیگر ارتباط داشته باشند.
- از نرم‌افزارهای تحت شبکه استفاده کنند.
در این حالت، شبکه باعث می‌شود منابع مختلف بین کاربران قابل استفاده و مدیریت باشند.
اجزای اصلی یک شبکه چیست؟
یک شبکه کامپیوتری از بخش‌های مختلفی تشکیل می‌شود. مهم‌ترین اجزای آن عبارت‌اند از:
1. تجهیزات انتهایی یا End Device
این تجهیزات معمولاً مصرف‌کننده یا تولیدکننده اطلاعات در شبکه هستند.
مانند:
- کامپیوتر
- لپ‌تاپ
- سرور
- پرینتر
- دوربین IP
- تلفن IP
- گوشی موبایل
2. سوئیچ شبکه
Switch یکی از مهم‌ترین تجهیزات شبکه‌های LAN است.
سوئیچ چندین دستگاه را به یکدیگر متصل می‌کند و فریم‌های شبکه را به مقصد مناسب ارسال می‌کند.
برای مثال، در یک شرکت ممکن است 30 کامپیوتر، چند پرینتر، سرور و دوربین مداربسته به یک یا چند سوئیچ متصل باشند.
سوئیچ‌ها در مدل‌های مختلفی مانند:
- سوئیچ Unmanaged
- سوئیچ Managed
- سوئیچ PoE
- سوئیچ صنعتی
- سوئیچ لایه 2
- سوئیچ لایه 3
تولید می‌شوند.
سوئیچ PoE چیست؟
سوئیچ PoE علاوه بر انتقال داده، می‌تواند برق موردنیاز برخی تجهیزات را نیز از طریق کابل شبکه تأمین کند.
PoE مخفف Power over Ethernet است.
برای مثال می‌توان دوربین IP، تلفن تحت شبکه یا Access Point را با یک کابل شبکه به سوئیچ PoE متصل کرد و هم‌زمان:
Data + Power
را روی همان کابل منتقل کرد.
این ویژگی باعث ساده‌تر شدن کابل‌کشی در بسیاری از پروژه‌ها می‌شود.
3. روتر چیست؟
Router وظیفه اصلی مسیریابی بسته‌های شبکه بین شبکه‌های مختلف را بر عهده دارد.
برای مثال، هنگامی که یک کامپیوتر در شبکه داخلی می‌خواهد با یک سرور در شبکه دیگری ارتباط برقرار کند، روتر می‌تواند مسیر مناسب را انتخاب کند.
روترها همچنین در بسیاری از شبکه‌ها برای اتصال شبکه داخلی به اینترنت استفاده می‌شوند.
4. Access Point چیست؟
Access Point یا AP دستگاهی است که امکان اتصال بی‌سیم دستگاه‌ها به شبکه را فراهم می‌کند.
برای مثال، گوشی موبایل و لپ‌تاپ شما می‌توانند از طریق Wi-Fi به Access Point متصل شوند و از منابع شبکه استفاده کنند.
در شبکه‌های سازمانی معمولاً چندین Access Point برای پوشش یک ساختمان استفاده می‌شود.
5. مودم چیست؟
مودم وسیله‌ای است که در بسیاری از سناریوها برای برقراری ارتباط با سرویس‌دهنده اینترنت استفاده می‌شود.
مودم می‌تواند بسته به نوع سرویس، ارتباط شبکه را از طریق فناوری‌هایی مانند DSL، فیبر، کابل یا شبکه موبایل برقرار کند.
در تجهیزات امروزی ممکن است عملکرد مودم، روتر، سوئیچ و Wi-Fi در یک دستگاه ترکیب شده باشد.
6. فایروال چیست؟
Firewall برای کنترل و فیلتر کردن ترافیک شبکه استفاده می‌شود.
فایروال می‌تواند بر اساس قوانین تعریف‌شده مشخص کند چه ترافیکی اجازه عبور داشته باشد و چه ترافیکی مسدود شود.
در شبکه‌های سازمانی، فایروال یکی از اجزای مهم معماری امنیت شبکه محسوب می‌شود.
7. کابل شبکه
برای اتصال تجهیزات در شبکه‌های سیمی از رسانه‌های انتقال مختلفی استفاده می‌شود.
رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
- کابل مسی Twisted Pair
- کابل فیبر نوری
- کابل کواکسیال در برخی کاربردها
کابل‌های شبکه مسی نیز در دسته‌هایی مانند Cat5e، Cat6، Cat6a و Cat8 وجود دارند.
انواع شبکه از نظر محدوده جغرافیایی
شبکه‌ها را می‌توان بر اساس محدوده پوشش به انواع مختلف تقسیم کرد.
LAN چیست؟
LAN مخفف Local Area Network است.
LAN معمولاً برای ایجاد شبکه در یک محدوده نسبتاً کوچک مانند:
- خانه
- دفتر
- شرکت
- مدرسه
- آزمایشگاه
- یک ساختمان
استفاده می‌شود.
برای مثال شبکه داخلی یک شرکت یک LAN محسوب می‌شود.
WLAN چیست؟
WLAN مخفف Wireless Local Area Network است.
در واقع WLAN یک شبکه محلی بی‌سیم است که معمولاً با فناوری Wi-Fi ایجاد می‌شود.
برای مثال، شبکه Wi-Fi یک دفتر یا خانه نمونه‌ای از WLAN است.
MAN چیست؟
MAN مخفف Metropolitan Area Network است.
MAN برای پوشش محدوده‌ای بزرگ‌تر از LAN و معمولاً در سطح یک شهر یا منطقه شهری طراحی می‌شود.
شبکه‌های شهری می‌توانند ساختمان‌ها یا مراکز مختلف را به یکدیگر متصل کنند.
WAN چیست؟
WAN مخفف Wide Area Network است.
WAN برای اتصال شبکه‌هایی در فاصله‌های جغرافیایی بزرگ استفاده می‌شود.
این فاصله می‌تواند بین:
- شهرها
- استان‌ها
- کشورها
- قاره‌ها
باشد.
اینترنت یکی از بزرگ‌ترین نمونه‌های شبکه‌ای در مقیاس بسیار وسیع است.
شبکه PAN چیست؟
PAN مخفف Personal Area Network است.
این نوع شبکه برای ارتباط دستگاه‌های نزدیک به یک فرد استفاده می‌شود.
برای مثال ارتباط بین:
- گوشی موبایل
- ساعت هوشمند
- هدفون
- لپ‌تاپ
از طریق فناوری‌هایی مانند Bluetooth می‌تواند نمونه‌ای از PAN باشد.
انواع شبکه از نظر نوع ارتباط
شبکه‌ها از نظر روش انتقال اطلاعات نیز به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
شبکه سیمی
در شبکه سیمی، تجهیزات از طریق کابل به یکدیگر متصل می‌شوند.
مزایای شبکه سیمی:
- سرعت بالا
- پایداری مناسب
- تأخیر کم
- امنیت فیزیکی بیشتر در بسیاری از سناریوها
- مناسب برای سرورها و تجهیزات ثابت
شبکه بی‌سیم
در شبکه بی‌سیم، اطلاعات از طریق امواج رادیویی منتقل می‌شود.
مهم‌ترین نمونه آن Wi-Fi است.
مزیت اصلی شبکه بی‌سیم، انعطاف‌پذیری و حذف یا کاهش نیاز به کابل‌کشی برای دستگاه‌های متحرک است.
توپولوژی شبکه چیست؟
Network Topology به نحوه اتصال و آرایش تجهیزات در یک شبکه گفته می‌شود.
توپولوژی‌های معروف عبارت‌اند از:
- Bus
- Star
- Ring
- Mesh
- Tree
- Hybrid
توپولوژی Star
در توپولوژی Star تجهیزات مختلف به یک نقطه مرکزی متصل می‌شوند.
در شبکه‌های اترنت امروزی، سوئیچ معمولاً نقش نقطه مرکزی را ایفا می‌کند.
مزیت این ساختار، مدیریت و عیب‌یابی نسبتاً ساده آن است.
توپولوژی Mesh
در توپولوژی Mesh بین تجهیزات مسیرهای ارتباطی متعددی وجود دارد.
این ساختار می‌تواند افزونگی و قابلیت تحمل خرابی را افزایش دهد.
Mesh در برخی شبکه‌های بی‌سیم و زیرساخت‌های حساس کاربرد دارد.
پروتکل شبکه چیست؟
دستگاه‌های موجود در شبکه برای برقراری ارتباط باید از قوانین و استانداردهای مشخصی پیروی کنند.
این قوانین در قالب Network Protocol یا پروتکل شبکه تعریف می‌شوند.
برخی از پروتکل‌های مهم عبارت‌اند از:
Ethernet
برای ارتباط شبکه‌های سیمی استفاده می‌شود.
IP
برای آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌ها در شبکه استفاده می‌شود.
TCP
برای انتقال قابل‌اعتماد داده در بسیاری از ارتباطات شبکه‌ای استفاده می‌شود.
UDP
برای انتقال داده بدون ایجاد سازوکارهای قابلیت اطمینان TCP استفاده می‌شود و در کاربردهای مختلفی مانند برخی سرویس‌های بلادرنگ کاربرد دارد.
DNS
نام دامنه را به اطلاعات آدرس‌دهی مربوط به آن تبدیل می‌کند.
برای مثال زمانی که نام یک وب‌سایت را وارد می‌کنید، DNS در فرآیند پیدا کردن مقصد نقش دارد.
DHCP
به‌صورت خودکار اطلاعاتی مانند IP Address را در اختیار کلاینت‌های شبکه قرار می‌دهد.
HTTP و HTTPS
برای ارتباطات وب استفاده می‌شوند.
SSH
برای مدیریت و دسترسی امن به تجهیزات و سیستم‌های شبکه استفاده می‌شود.
IP Address چیست؟
هر دستگاه برای برقراری ارتباط در یک شبکه IP معمولاً به یک IP Address نیاز دارد.
IP Address مانند یک آدرس منطقی برای شناسایی دستگاه در شبکه عمل می‌کند.
دو نسخه اصلی IP عبارت‌اند از:
IPv4
و
IPv6
یک نمونه آدرس IPv4:
192.168.1.10
البته آدرس‌دهی شبکه فقط به IP محدود نیست و مفاهیمی مانند Subnet Mask، Default Gateway و MAC Address نیز در ارتباطات شبکه نقش دارند.
MAC Address چیست؟
MAC Address یک شناسه سخت‌افزاری یا لینک‌لایه‌ای برای رابط شبکه است.
در شبکه‌های Ethernet، سوئیچ‌ها برای تصمیم‌گیری درباره ارسال فریم‌ها از جدول MAC خود استفاده می‌کنند.
برای مثال، سوئیچ می‌تواند تشخیص دهد یک MAC Address مشخص از طریق کدام پورت قابل دسترسی است.
سرور در شبکه چه نقشی دارد؟
Server سیستمی است که یک یا چند سرویس را برای سایر دستگاه‌های شبکه ارائه می‌کند.
برخی نمونه‌های سرور عبارت‌اند از:
- File Server
- Web Server
- DNS Server
- DHCP Server
- Database Server
- Mail Server
- Application Server
- Backup Server
در شبکه‌های سازمانی، سرورها می‌توانند بخش مهمی از زیرساخت فناوری اطلاعات باشند.
کلاینت چیست؟
به دستگاه یا نرم‌افزاری که از سرویس ارائه‌شده توسط سرور استفاده می‌کند، معمولاً Client گفته می‌شود.
برای مثال، کامپیوتر کاربر می‌تواند Client باشد و از یک File Server فایل دریافت کند.
در یک شبکه ممکن است یک سیستم در یک سرویس نقش Client و در سرویس دیگری نقش Server داشته باشد.
شبکه چه کاربردهایی دارد؟
شبکه‌های کامپیوتری تقریباً در تمام حوزه‌های فناوری اطلاعات کاربرد دارند.
اشتراک فایل
کاربران می‌توانند فایل‌ها را از طریق شبکه با یکدیگر به اشتراک بگذارند.
اشتراک پرینتر
چندین کاربر می‌توانند از یک پرینتر شبکه استفاده کنند.
دسترسی به اینترنت
شبکه داخلی می‌تواند دستگاه‌های مختلف را به اینترنت متصل کند.
دوربین مداربسته
دوربین‌های IP از شبکه برای ارسال تصویر و دریافت تنظیمات استفاده می‌کنند.
VoIP
تلفن‌های تحت شبکه از بستر IP برای انتقال صدا استفاده می‌کنند.
دیتاسنتر
سرورها و تجهیزات ذخیره‌سازی از طریق شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
اتوماسیون صنعتی
شبکه‌ها در ارتباط بین PLC، HMI، کنترلرها، سنسورها و سایر تجهیزات صنعتی کاربرد دارند.
رایانش ابری
ارتباط بین کاربران، سرورها، دیتاسنترها و سرویس‌های Cloud بر پایه شبکه انجام می‌شود.
امنیت شبکه چیست؟
هرچه وابستگی سازمان‌ها به شبکه بیشتر شود، امنیت آن نیز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
Network Security مجموعه‌ای از روش‌ها و فناوری‌هایی است که برای محافظت از شبکه و اطلاعات در برابر دسترسی غیرمجاز، حملات و اختلالات استفاده می‌شود.
برخی راهکارهای امنیت شبکه عبارت‌اند از:
- Firewall
- VLAN
- Access Control
- VPN
- احراز هویت
- رمزنگاری
- IDS/IPS
- Network Monitoring
- کنترل دسترسی فیزیکی
- به‌روزرسانی تجهیزات
VLAN چیست؟
VLAN مخفف Virtual Local Area Network است.
VLAN امکان تقسیم منطقی یک شبکه فیزیکی به چند شبکه مجزا را فراهم می‌کند.
برای مثال در یک شرکت می‌توان VLANهای جداگانه‌ای برای:
- واحد مالی
- واحد فروش
- مدیریت
- دوربین‌ها
- تلفن‌های IP
- مهمانان
ایجاد کرد.
این جداسازی می‌تواند به مدیریت، امنیت و کنترل ترافیک شبکه کمک کند.
تفاوت شبکه داخلی و اینترنت
شبکه داخلی یا LAN معمولاً در یک محیط محدود و تحت مدیریت یک سازمان یا فرد ایجاد می‌شود.
اما اینترنت یک شبکه جهانی متشکل از شبکه‌های بسیار زیادی است.
به زبان ساده:
LAN = شبکه محلی
Internet = شبکه‌ای از شبکه‌ها در مقیاس جهانی
البته معماری اینترنت بسیار پیچیده‌تر از این تعریف ساده است و شامل مجموعه بزرگی از شبکه‌ها، روترها، پروتکل‌ها، مراکز داده و ارائه‌دهندگان خدمات ارتباطی می‌شود.
سرعت شبکه به چه عواملی بستگی دارد؟
سرعت واقعی شبکه فقط به سرعت درج‌شده روی سوئیچ یا کارت شبکه وابسته نیست.
عوامل مختلفی می‌توانند روی عملکرد شبکه تأثیر بگذارند، از جمله:
- سرعت پورت‌ها
- کیفیت کابل
- نوع کابل
- طول لینک
- کارت شبکه
- ظرفیت سوئیچ
- پردازنده و منابع تجهیزات
- میزان ترافیک
- پروتکل‌های مورد استفاده
- کیفیت تجهیزات
- وضعیت لینک‌های Uplink
- طراحی شبکه
برای مثال، داشتن یک سوئیچ Gigabit به‌تنهایی تضمین نمی‌کند که انتقال فایل همیشه با سرعت کامل 1Gbps انجام شود.
شبکه 1G، 2.5G، 10G و بیشتر چیست؟
یکی از پارامترهای مهم در شبکه، سرعت لینک است.
برخی سرعت‌های رایج عبارت‌اند از:
- 100Mbps
- 1Gbps
- 2.5Gbps
- 5Gbps
- 10Gbps
- 25Gbps
- 40Gbps
- 100Gbps
- 400Gbps
انتخاب سرعت مناسب به نیاز پروژه، تعداد کاربران، نوع سرویس‌ها، سرورها و حجم ترافیک بستگی دارد.
شبکه کامپیوتری چگونه کار می‌کند؟
به‌صورت ساده، زمانی که یک دستگاه قصد ارسال اطلاعات دارد، داده به بخش‌های مختلف شبکه منتقل می‌شود.
برای مثال وقتی کامپیوتر شما قصد دارد اطلاعاتی را برای یک سرور ارسال کند:
- برنامه اطلاعات موردنظر را تولید می‌کند.
- داده در قالب‌های مناسب پروتکل‌های شبکه قرار می‌گیرد.
- اطلاعات از طریق کارت شبکه ارسال می‌شود.
- سوئیچ یا تجهیزات میانی فریم را دریافت می‌کنند.
- روتر در صورت نیاز مسیر شبکه را انتخاب می‌کند.
- بسته‌ها از شبکه عبور می‌کنند.
- مقصد اطلاعات را دریافت و پردازش می‌کند.
در پشت این فرآیند ساده، پروتکل‌ها و مکانیزم‌های متعددی در لایه‌های مختلف شبکه فعالیت می‌کنند.
مدل OSI چیست؟
برای درک بهتر نحوه عملکرد شبکه، از مدل‌های لایه‌ای استفاده می‌شود.
یکی از معروف‌ترین آن‌ها مدل OSI است که دارای 7 لایه است:
- Physical
- Data Link
- Network
- Transport
- Session
- Presentation
- Application
این مدل کمک می‌کند وظایف مختلف شبکه را بهتر درک کنیم و هنگام عیب‌یابی، مشکل را در لایه مناسب بررسی کنیم.
چرا شبکه برای سازمان‌ها اهمیت دارد؟
شبکه بخش مهمی از زیرساخت فناوری اطلاعات بسیاری از سازمان‌ها است.
با استفاده از شبکه می‌توان:
- منابع را به اشتراک گذاشت.
- ارتباط بین کاربران را برقرار کرد.
- سرورها را در اختیار کاربران قرار داد.
- سیستم‌های نظارتی را مدیریت کرد.
- سرویس‌های سازمانی را ارائه کرد.
- دسترسی به اینترنت را کنترل کرد.
- تجهیزات مختلف را مدیریت کرد.
- اطلاعات را منتقل و ذخیره کرد.
در سازمان‌های بزرگ، طراحی صحیح شبکه می‌تواند روی عملکرد، امنیت، دسترس‌پذیری و قابلیت توسعه زیرساخت تأثیر مستقیم داشته باشد.
جمع‌بندی شبکه چیست؟
شبکه کامپیوتری مجموعه‌ای از دستگاه‌های متصل به یکدیگر است که برای ارتباط، انتقال اطلاعات و اشتراک منابع با هم همکاری می‌کنند.
از یک شبکه ساده خانگی گرفته تا زیرساخت یک دیتاسنتر بزرگ، اصول پایه شبکه شامل مفاهیمی مانند IP، MAC، Switch، Router، Protocol، Server، Client، VLAN و Firewall است.
شبکه‌ها می‌توانند از نظر محدوده به دسته‌هایی مانند PAN، LAN، MAN و WAN تقسیم شوند و از نظر نوع ارتباط نیز می‌توانند سیمی یا بی‌سیم باشند.
امروزه شبکه فقط محدود به کامپیوترها نیست و تجهیزاتی مانند دوربین‌های IP، تلفن‌های VoIP، اکسس‌پوینت‌ها، تجهیزات IoT و دستگاه‌های صنعتی نیز بخش مهمی از شبکه‌های مدرن را تشکیل می‌دهند.
به همین دلیل، شناخت مفاهیم پایه شبکه برای افرادی که در حوزه‌های شبکه، امنیت، سرور، دوربین مداربسته، زیرساخت، دیتاسنتر و اتوماسیون صنعتی فعالیت می‌کنند، اهمیت زیادی دارد.