آموزش مفاهیم اولیه شبکه Network+ (بخش دوم)

آموزش مفاهیم اولیه شبکه Network+ (بخش دوم)

- درآموزش, مقالات
348
۲

سلام امروز بخش دوم مفاهیم اولیه‎ی شبکه را ادامه می‎دهیم.

بخش دوم

  • معرفی مدل‎های OSI
  • مدل OSI
  • لایه اول(Physical)
  • لایه دوم(Data Link)
  • لایه سوم(Network)

 مدل OSI یا Open Systems Interconnection

مدل 7 لایه‎ای OSI یک راهنما، و الگو است که عملکردهای شبکه را به 7 بخش که لایه نامیده می‎شوند تقسیم بندی می‎کند. اگر شما می‎خواهید به دنیای شبکه وارد شوید، باید مدل 7 لایه‎ای OSI را با جزئیات بالا و بخوبی درک کنید. مدل 7 لایه‎ای OSI مدلی عملی را برای شبکه فراهم می‎کند. این مدل دو چیز را فراهم می‎کند. برای تکنسین‎های شبکه، مدل OSI ابزاری قدرتمند را به منظور تشخیص خطاهای شبکه فراهم می‎کند. درک مدل OSI تکنسین را قادر می‎سازد تا به سرعت تشخیص دهد که در چه لایه‎ای ممکن است مشکل پیش آمده باشد و بنابراین هدر رفتن زمان زیاد در مسیرهای غلط را به صفر می‎رساند. همچنین مدل OSI زبان رایجی را برای توضیح شبکه فراهم می‎کند، راهی برای ما که درمورد عملکرد شبکه‎ها با دیگران بحث‎وگفتگو کنیم.

بهترین راه برای یادگرفتن مدل 7 لایه‎ای OSI این است که آن را در عمل ببینید. به همین جهت من به شما یک شبکه‎ی کوچک را نشان می‎دهم که نیاز به انتقال یک فایل از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر را دارد. این مثال مروری بر هر یک از لایه‎های مورد نیاز برای انتقال فایل می‎باشد، توضیح دادن هر گام و بیان علت ضروری بودن آن زمانی را نیاز دارد. با اتمام این فصل شما یاد می‎گیرید که چگونه از طریق مدل 7 لایه‎ای OSI مفهوم شبکه‎ را درک کنید.

مدل 7 لایه‎ای OSI در عمل

هر یک از لایه‎ها در مدل OSI چالش‎هایی را در شبکه‎های کامپیوتر مشخص می‎کند، و Protocol هایی که در هر لایه وجود دارد راه‎حل‎هایی را برای آن چالش‎ها معرفی می‎کنند. Protocolها قوانین، مقررات، استانداردها، و روش‎ها را مشخص می‎کنند تا توسعه دهندگان نرم‎افزارها و سخت‎افزارها بتوانند دستگاه‎ها و برنامه‎هایی را ایجاد کنند که عملکرد مناسبی داشته باشند. مدل OSI نیازمندی لایه‎ها به یکدیگر در شبکه را طراحی می‎کند، به این معنی که هر پروتکل طراحی شده، با لایه‎ای مشخص قرارداد دارد، و کمی هم با عملکرد لایه‎های دیگر در ارتباط است. هر پروتکل نیاز دارد پروتکل‎هایی را که لایه‎های بالایی و پایینی خودش به شکل مستقیم با آن سروکار دارند را شناخته و درک کند، اما آن می‎تواند، و باید،به پروتکل‎هایی که لایه‎های دیگر از آن استفاده می‎کنند بی‎توجه باشد.

توجه داشته باشید که این لایه‎ها قانون فیزیک نبوده و هر شخصی که در نظر دارد شبکه‎ای را طراحی کند می‎تواند هرطوری که در نظر دارد از آن استفاده کند.

این لایه‎ها عبارت‎اند از:

  • Layer 7     Application
  • Layer 6     Presentation
  • Layer 5     Session
  • Layer 4     Transport
  • Layer 3     Network
  • Layer 2     Data Link
  • Layer 1     Physical

این واضح است که شبکه به یک کانال فیزیکی نیاز دارد، تا بتواند از طریق آن بیت‎های داده را بین سیستم‎ها جابجا کند. بسیاری از شبکه‎ها کاز کابلی استفاده می‌‎کنند که نمونه‎ای از آن در (تصویر 2.5) آمده است. در صنعت شبکه این کابل با نام Unshielded Twisted Pair یا UTP شناخته می‎شود، و معمولا دارای 4 جفت سیم است که داده‎ها را انتقال می‎دهد. یکی دیگر از قطعات کلیدی سخت‎افزاری که شبکه استفاده می‎کند یک دستگاه جعبه‎ای شکل است که Hub نامیده می‎شود(تصویر2.6)، و اغلب در یک مکان در بسته و یا اتاق تجهیزات نگهداری می‌شود. هر سیستم در شبکه کابلی مخصوص به خود را دارد که توسط آن به Hub متصل می‎شود. Hub را همانند یکی از آن صفحه تقسیم‎های تلفن‎های قدیمی در نظر بگیرید، که تلفن‎چی ها ارتباطات را بین اشخاصی که مایل به تماس با تلفن‎های دیگر افراد بودند، برقرار می‎کردند.

aلایه‎ی 1 (Physical Layer)

لایه‎ی 1 از مدل OSI روش حرکت داده‎ها بین کامپیوترها را مشخص می‎کند. بنابراین کابل‎کشی‎ها و Hubها بخشی از لایه‎ی فیزیکی (Physical Layer) می‎باشند. هر چیزی که داده‎ را از یک سیستم به سیستم دیگری انتقال دهد، مثل کابل‎های مسی(Copper Cabling)، فیبرهای نوری(Fiber Optic)، و حتی امواج رادیویی بخشی از لایه‎ی فیزیکی به حساب می‎آید. لایه‎ی‎(Physical Layer)1 به نوع داده‎ای که از آن عبور می‎کند اهمیت نداده، و فقط داده را از سیستمی به سیستنم دیگر انتقال می‎دهد. (تصویر2.7) نمایی از شبکه‎ در مدل 7 لایه‎ای OSI را از نزدیک نشان می‎دهد. توجه داشته باشید که هر سیستم تمام 7 لایه را دارد، پس داده‎ها از کامپیوتر Janelle به کامپیوتر Tiffany خواهند رفت.

wجادوی واقعی شبکه به وسیله‎ی کارت رابط شبکه(Network Interface Card) یا NIC آغاز می‎شود، که به عنوان رابط میان کامپیوتر و شبکه عمل می‎کند. با این که NIC ها در مجموعه‎ی وسیعی از اشکال و اندازه‎های مختلف موجود است، کارت شبکه‎ای که ما استفاده می‎کنیم مانند (تصویر 2.8) می‎باشد. در کامپیوترهای قدیمی‎تر، کارت‎های شبکه یک کارت جداگانه بود که در یک درگاه بزرگ Expansion، چفت می‎شد. کابل‎کشی ها و Hubها لایه‎ی فیزیکی شبکه را مشخص می‎کنند، و کارت شبکه رابطی را برای کامپبوتر فراهم می‎کند. تصویر 2.10 طرحی از سیستم کابل‎کشی شبکه را نشان ‎می‎دهد.

r

در این نقطه ممکن است شما کارت شبکه را به عنوان بخشی از لایه‎ی فیزیکی طبقه‎بندی کرده، و استدلال معتبری هم برای آن داشته باشید. کارت شبکه برای برقرار کردن اتصال فیزیکی به وضوح لازم است!! ولی در امتحانات +CompTIA Network و بیشتر نویسندگان کارت شبکه را در لایه‎ی 2 (Data Link Layer) قرار می‎دهند، پس واضح است که چیز دیگری در کارت شبکه اتفاق می‎افتد. بریم و نگاهی نزدیکتر به آن داشته باشیم.

برای درک شبکه، شما باید درک کنید که یک کارت شبکه کار می‎کند. شبکه باید مکانیزمی را فراهم کند که به هر سیستم یک شناسه‎ی منحصر به فرد بدهد( مانند شماره‎ی تلفن) تا این که داده‎ها به سیستم مورد نظر برسد. این یکی از مهمترین وظایف برای کارت شبکه است. در داخل هر کارت شبکه، نوعی از تراشه‎ی ROM تعبیه شده است،(سیستم عامل مخصوصی که شامل یک شناسه‏‎ی منحصر به فرد 48 بیتی می‎باشد و آدرس کنترل دسترسی رسانه(Media Access Control Address) یا MAC Address نامیده‎ می‎شود).

هیچگاه دو کارت شبکه دارای Mac Address شبیه و یکسان نخواهند بود. هر کمپانی که کارت شبکه تولید می‎کند باید با موسسه‎ی مهندسان برق و الکترونیک(IEEE) تماس گرفته و بلوکی از MAC Address ها را درخواست کند و بعد آن‎ها را برروی ROM کارت‎های شبکه‎ای که تولید کرده قرار دهد. حتی بسیاری از تولیدکنندگان کارت شبکه MAC Addressها را برروی کارت چاپ می‎کنند، که در تصویر (2.11) نشان داده شده.

reتوجه داشته باشید این کارت MAC Address را در مبنای 16 نمایش داده است. تعداد کاراکترهای Hex را بشمارید. چون که هر کاراکتر Hex برابر با 4 بیت می‎باشد. تعداد آن‎ها 12 کاراکتر Hex می‎باشد که 48 بیت را نشان می‎دهد.(12×4=48).

در تصویر بالا MAC Address برابر با 004005607D49 می‎باشد. شش رقم اول کد شرکت سازنده‎ی کارت را نمایش می‎دهد. شش رقم دوم شماره سریال منحصربفردی است که سازنده برای کارت شبکه درنظر گرفته. اغلب این بخش از MAC Address به عنوان شناسه‏‎ی دستگاه اشاره می‏‎کند.

لایه‎ی 2 (Data Link Layer)

لایه‎ی دوم از مدل OSI لایه‎ی Data Link می‎باشد. مهمترین وظیفه‎ی این لایه آدرس‎دهی فیزیکی(Physical Addressing) است. علاوه بر این وظایف Encapsulation، تشخیص خطا(Error Detection)، و کنترل جریان بین فرستنده و گیرنده(Flow Control) نیز بر عهده‏‎ی این لایه می‎باشد. لایه‎ی Data Link لایه‎ی شلوغی می‎باشد و وظایف زیادی را بر عهده دارد. با نصب کارت شبکه(NIC) و درایو مربوط به آن، این لایه ایجاد شده و وظایفش انجام می‎شود. تصویر 2.24 ترتیب قرار گرفتن Hub و کارت شبکه را در مدل OSI نشان می‎دهد.

ds

پس ماهیت لایه‎ی 2 یا Data Link، کارت شبکه و درایور آن است و به دلیل این که لایه‎ی شلوغی است وظایف خود را به 2 زیرلایه تقسیم می‎کند.

1- زیرلایه‎ی MAC یا Media Access Control

2- زیرلایه‎ی LLC یاLogical Link Control

در تصویر 2.25 شما نمایی از زیرلایه‎های لایه‎ی دوم در مدل OSI، یعنی Data Link را مشاهده می‎کنید.

llc

وظیفه‎ی آدرس دهی فیزیکی که مهمترین وظیفه‎ی لایه‎ی Data Link است، بر عهده‎ی زیرلایه‎ی MAC می‎باشد. در زیرلایه‎ی MAC کاملا مشخص است که چه کسی با چه کسی کار دارد. وظیفه‎ی Encapsulation نیز بر عهده‎ی زیرلایه‎ی MAC می‎باشد که در آن با اضافه کردن آدرس مبدا‎ و مقصد به Frame می‎رسیم.

زیرلایه‎ی LLC وظیفه‎ی Error Detection(تشخیص خطا) را برعهده دارد و این مسئولیت را با دو روش انجام می‎دهد.

1- روش CRC یا Cyclic Redundancy Code

2- روش FCS یا Frame Check Sequence

در روش CRC بر اساس یک فرمول توافق شده بین گیرنده و فرستنده یک CRC ایجاد می‎شود و همراه با داده به گیرنده می‎رسد. گیرنده نیز براساس فرمول مشخص شده، CRC دریافتی را با CRC که خودش در اختیار دارد مقایسه می‎کند، که اگر هر دو یکسان باشند یعنی داده بدون خطا بوده و در غیر اینصورت داده دور انداخته می‎شود و درخواست ارسال مجدد می‎دهد.

در روش FCS برای ایجاد کد خطا، به جای فرمول خاص، از جمع با یک عدد مشخص استفاده می‎کنیم.

لایه‎ی 3 (Network Layer)

در یک شبکه‎ی ساده انتقال داده‎ها از یک سیستم به سیستم‎های دیگر نسبتا نیاز به تلاش کمتری برای بخش NIC یا کارت شبکه ها دارد. اما مشکلی که با شبکه‎های ساده وجود دارد آن است که کامپیوترها برای دریافت MAC Addressها نیاز دارند تا عمل Broadcast انجام دهند. این روش برای شبکه‎های کوچک کارایی دارد، اما چه اتفاقی می‎افتد زمانی که شبکه بزرگ باشد، مثل مقیاس کل اینترنت؟ آیا می‎توانید درخواست کردن همزمان میلیون‎ها کامپیوتر برای دریافت MAC Address را فرض کنید؟

هیچ داده‎ای عبور نخواهد کرد. زمانی که شبکه‎ها بزرگ می‎شوند، شما دیگر نمی‎توانید از MAC Addressها استفاده کنید. شبکه‎های بزرگ نیاز به یک روش آدرس‎دهی منطقی دارند که دیگر سخت‎افزار برایش اهمیت نداشته باشد و ما را قادر سازد تا سراسر شبکه‎ی بزرگ را به شبکه‎های کوچکتر که Subnet (زیرشبکه) نامیده می‎شوند تقسیم کنیم. (تصویر 2.26) دو روش را برای برپا کردن شبکه نشان می‎دهد. در سمت چپ، تمامی کامپیوترها به یک Hub متصل شده‎اند. اما در سمت راست، شبکه‎ی LAN به 2 زیرشبکه‎ی 5 کامپیوتری تقسیم بندی شده است.

ewبرای گذشتن از آدرس‎دهی های فیزیکی و استفاده از آدرس‎‎دهی منطقی نیاز به یک‎سری نرم‎افزار خاص می‎باشد، که معمولا Network Protocol(پروتکل شبکه) نامیده می‎شود. پروتکل‎ها در تمام سیستم‎عامل‎ها وجود دارند. یک پروتکل شبکه نه‎تنها باید یک شناسه‎ی متحصر‎به‎فرد برای هر سیستم ایجاد کند، بلکه باید مجموعه‎ای از قوانین ارتباطی برای مسائلی مانند چگونگی رسیدگی به داده‏‎های خرد‎شده به چندین بسته کوچکتر، و چگونگی اطمینان از آنکه آن بسته‎ها از زیرشبکه‎ای به زیرشبکه‎ی دیگر می‎رسند را ایجاد کند. اجازه دهید که دقیقه‎ای در مورد مشهورترین پروتکل شبکه (TCP/IP) و سیستم جهانی منحصربه‎فرد آدرس‎دهی آن صحبت کنیم. به طور دقیق، پروتکل TCP/IP واقعا چند پروتکل شبکه می‎باشند که برای کارکردن با یکدیگر طراحی شده‎اند، TCP و IP. اشخاصی که این پروتکل‎ها را اختراع کرده و تمامی چیز‎ها را TCP/IP نام نهادند کار بسیار بزرگی کرده‎اند. TCP مخفف Transmission Control Protocolبوده، و واژه‎ی IP مخفف Internet Protocol می‎باشد. IP پرتکل اولی است که من می‎خواهم درمورد آن صحبت کنم. مطمئن باشید که در مورد TCP نیز در آینده بحث خواهیم کرد.

پرتکل IP، اصلی‎تربن پروتکلی است که TCP/IP در لایه‎ی سوم OSI(لایه‎ی Network) از آن استفاده می‎کند. پروتکل IP از آن اطمینان حاصل می‎کند که یک قطعه‎ای از داده به جایی در شبکه می‎رود که به آن نیاز دارد. آن این کار را با دادن یک شناسه‎ی عددی منحصر‎به‎فرد به هر دستگاه در شبکه، که IP Address نامیده می‎شود، انجام می‎دهد. IP Address به عنوان آدرس منطقی شناخته می‎شود تا بتوان آن را از آدرس فیزیکی یا MAC Address تشخیص داد.

هر پروتکل شبکه از نوعی نامگذاری استفاده می‎کند، اما هیچ دو پروتکلی از نام یکسان استفاده نمی‎کنند. IP از یک نماد اعشاری نقطه‎چین غیرانحصاری براساس 4 شماره‏‎ی 8 بیتی استفاده می‎کند. هر عدد 8 بیتی دارای محدوده‎ای از 0 تا 255 بوده و 4 شماره به وسیله‎ی نقاط از هم جدا شده‎اند.

یک IP Address شبیه به این است.

ipهیچ دو سیستمی در یک شبکه از IP Address یکسان استفاده نمی‎کنند؛ اگر تصادفا دو سیستم آدرس یکسانی دریافت کنند، آن‎ها نخواهند توانست داده‎ها را انتقال دهند. این آدرس‎های IP به صورت جادویی ظاهر نمی‎شوند، آن‎ها باید به وسیله‏‎ی یک کاربر سیستم یا مدیر شبکه پیکربندی شوند. نگاهی به (تصویر 2.26) بیاندازید، چیزی که آدرس‎دهی منطقی را به این اندازه قدرتمند کرده، جعبه‎های جادویی هستند که Router(مسیریاب) نامیده می‎شوند و زیرشبکه‎ها را از یکدیگر جدا می‎کنند. Routerها مانند Hub عمل می‎کنند، اما بجای ارسال بسته‎ها توسط آدرس فیزیکی(MAC Address)، آن‎ها از IP Address استفاده می‎کنند. Router‎ها شما را قادر می‎سازند تا یک شبکه‎ی بزرگ را به تعدادی شبکه‎ی کوچکتر تقسیم کنید. همچنین Routerها یک ویژگی بسیار مهم دومی هم دارند. آن‎ها شما را قادر به اتصال شبکه هایی با انواع مختلف کابل‎کشی یا چارچوب می‎سازند. (تصویر 2.27) یک Router معمولی را نمایش می‎دهد.

roاین Router شمارا قادر می‎سازد تا شبکه‎ای را که از MAC Addressها استفاده می‎کند را به یک شبکه‎ی مودم‎های کابلی متصل کنید. شما این کار را با یک Hub نمی‎توانید انجام دهید، کابل‎ها چارچوب، و آدرس‎دهی فیزیکی درکل متفاوتند!

چیزی که در این‎جا برای شما مهم است، آن است که یک شبکه‏‎ی TCP/IP را درک کنید. (تصویر 2.28) دوباره نمودار شبکه را نشان می‎دهد، این بار با نمایش

IP Address و MAC Address برای هر سیستم.

ndاین سیستم دو-آدرسی، شبکه‎ی IP را قادر می‎سازد تا یک کار واقعا جالب و قدرتمند را انجام دهد: با استفاده از IP آدرس‎ها، سیستم ها می‎توانند بدون درنظر گرفتن اتصال فیزیکی به یکدیگر داده ارسال کنند!! این قابلیت، نیاز بیشتر از انتساب یک IP Address ساده برای هر سیستم دارد. همچنین پروتکل شبکه باید بداند که Frame را به کجا بفرستد، اهمتی ندارد که کامپیوترهای مختلف از چه نوع سخت‎افزارهایی استفاده می‎کنند. برای انجام این کار، یک پروتکل شبکه همچنین از Frameها استفاده ‎می‎کند. Frameها درون Frameهای دیگر. هرکاری که مبنی بر آدرسی‎دهی منطقی باید انجام شود در لایه‎ی Network از مدل OSI صورت می‎پذیرد.

در این مرحله ما تنها دو مورد از عملیات در Routerهای لایه‎ی Network و بخشی از Protocolهای شبکه در کامپیوترهایی که آدرس‎دهی منطقی را درک می‎کنند، را می‎دانیم. (تصویر 2.29)

l3

 نرم‎افزار پروتکل شبکه را به عنوان لایه‎ای بین نرم‎افزار سیستم و کارت شبکه تجسم کنید. زمانی که پروتکل شبکه‎ی IP، داده را که از نرم‎افزار سیستم شما دریافت می‎کند، آن، Frame مربوط به خودش را برروی داده قرار می‎دهد. ما این Frame داخلی را IP Packet می‎نامیم، بنابراین، با Frame که بعدها توسط کارت شبکه به آن اضافه می‎شود اشتباه گرفته نمی‎شود. بجای اضافه کردن آدرس‎ فیزیکی به آن Packet، پروتکل شبکه آدرس‎های IP فرستنده و گیرنده را به آن اضافه می‎کند. (تصویر 2.30) یک IP Packet معمولی را نمایش می‎دهد.

ippاما IP Packetها کامپیوتر خودشان را عادی و بسادگی ترک نمی‎کنند. هر IP Packet به کارت شبکه می‎رود، که پس از آن IP Packet به طور منظم، محصور یا ایجاد  می‎شود، در اصل، بسته‎ای درون یک Frame(قاب). من دوست دارم بسته‎ای را به عنوان یک پاکت نامه تجسم کنم، پاکت نامه‎ای در یک قوطی (شکل 2.31).

cccیک طراحی متداول‎تر در (تصویر 2.32) قابل مشاهده است.

sssهمه‎ی این‎ها خوب است، اما چرا باید این  مقدار خودمان را با بسته‎ها در Frame به زحمت بیاندازیم، زمانی که می‎شود از MAC Address استفاده کرد؟

سوال خوبی است! اجازه دهید به صحبت درمورد Routerها برگردیم.

می‎خواهیم با کامپیوتری که از خطوط کابلی استفاده می‎کند به اینترنت دسترسی داشته باشیم. یک تکنسین می‎تواند مستقیما یک مودم کابلی را به کامپیوتر خود وصل کند، اما رئیس آن تکنسین می‎خواهد که تمامی کامپیوترها در شبکه با استفاده از اتصال یک مودم کابلی به اینترنت دسترسی داشته باشند. برای ممکن ساختن این، تمامی کامپیوترها از طریق یک Router به اینترنت متصل خواهند شد. (تصویر 2.33)

mhtمسیریابی که در این شبکه استفاده شده دارای 2 اتصال می‎باشد. یکی تنها یک کارت شبکه‎ی توکار است که از Router به Hub متصل شده است. اتصال دیگر Router را به یک مودم کابلی متصل می‎کند. این پاسخ نادرست است: شبکه‎های کابلی از MAC Address استفاده نمی‎کنند. آن‎ها از frameهای نوع خودشان استفاده می‎کنند که ربطی به MAC Address ندارد. اگر شما سعی کنید یک Frame شبکه عادی را به شبکه‏‎ی مودم‎کابلی ارسال کنید، من به درستی نمی‎دانم که چه اتفاقی خواهد افتاد، اما به شما اطمینان می‎دهم، آن کار نخواهد کرد!

به همین دلیل، زمانی که Router بسته‎‎ی IP را درون یک لایه‎ای(Frame) که توسط کارت شبکه اضافه شده، دریافت می‎کند، آن لایه را برداشته و آن را با نوعی از Frameای که شبکه‏‎ی کابلی نیاز دارد جایگزین می‎کند(تصویر 2.34).

 reدوستان به پایان بخش دوم این آموزش رسیدیم.

1+

2 نظر

  1. سلام واقعا ممنون
    ان شاءالله سربلند باشید

    0

    1. محمدرضا پاشازاده

      سلام دوست عزیز.
      خواهش می‎کنم، امیدوارم برای همه سودمند باشه.

      0

ارسال یک دیدگاه

همچنین ممکن است دوست داشته باشید

کمپانی One Plus درحال فروش قاب SandStone برای IPhone 6 و IPhone 6s با قیمت 19.99$

کمپانی چینی One Plus از قاب SandStone خود