انتقال داده ها، شبکه های کامپیوتری و سیستم های توزیع شده

در دنیای امروز که می­توان آن را عصر اطلاعات نامید، انتقال داده­ها (Data Commonication) و شبکه­های کامپیوتری (Computer Networks) که حاصل پیوند دو صنعت کامپیوتر و مخابرات است، از اهمیت ویژه­ای برخوردار می­باشد. هدف از پیدایش شبکه­های کامپیوتری، اتصال کامپیوترهای مستقل از طریق یک فناوری واحد و قوانین مشخص به منظور انتقال داده­ها و اشتراک منابع است. منظور از انتقال داد­ه­ها، ارسال و دریافت داده­ها به صورت پیوسته آنالوگ یا گسسته دیجیتال بر روی رسانه­های مختلف انتقال مانند زوج سیم به هم تابیده، فیبر نوری، هوا و غیره می­باشد.

توجه کنید که اینترنت و وب، هیچکدام یک شبکه کامپیوتری نمی­باشند. اینترنت (Internet)، شبکه شبکه­ها است و از به هم پیوستن هزاران شبکه نامتجانس و گوناگون که هر کدام از آنها فناوری و قوانین مخصوص به خودش را دارد به وجود آمده است. اما وب گسترده جهانی (WWW. World Winde Web) نمونه­ای از یک سیستم توزیع شده است. یک سیستم توزیع شده، مجموعه­ای از چندین کامپیوتر مستقل است که از دید کاربر به صورت یک سیستم نامرئی (Transparent)، متمرکز (Centeralized) و متجانس به نظر می­رسد و کاربر به جای نگرانی در مورد به خاطر سپردن آدرس­ها (مثلا آدرس اینترنتی IP)، هر چیز را از طریق نام آن فراخوانی می­نماید (مثلا در وب همه چیز به صورت سند یا صفحه وب است و از طریق نام URL قابل دستیابی است و این نام­ها به صورت خودکار توسط خدمت­گزارهای نام حوزه به آدرس IP تبدیل می­شوند.) همچنین دقت کنید که وب، میان افزار (Middleware) است و یک لایه نرم­افزاری می­باشد که در یک محیط ناهمگن بر روی سیستم عامل­های متنوع مستقل قرار دارد، اما ایده سیستم­های عامل توزیع شده، وظیفه ایجاد یک تصویر متمرکز از کامپیوترهای مستقل را بر عهده سیستم عامل واحد توزیع شده می­سپارد.

کاربردهای شبکه

امروزه با گسترش اینترنت و جهانی شدن وب، کاربردهای شبکه­های کامپیوتری از تنوع زیادی برخوردار است که برای نمونه، چند مورد از آنها عبارتند از: جستجو و تحقیق و دسترسی به اطلاعات به روز پراکنده در دنیا، تجارت الکترونیکی، خرید، فروش و حراج کالا، آموزش از راه دور و دانشگاه مجازی، دولت الکترونیکی، درمان از راه دور، کنفرانس صوتی و تصویری از راه دور، کنترل، مدیریت و نظارت بر سیستم­های صنعتی از راه دور، پست الکترونیکی، پیام­رسانی فوری، گروه­های خبری، گفتگو و گپ زدن، بازی و سرگرمی تعاملی، پخش فیلم­های درخواستی، کمک به ایجاد  واقعیت مجازی و ده­ها کاربرد دیگر.

اجزای شبکه

شبکه­های انتقال داده از سه بخش عمده تشکیل می­شوند:

کامپیوترهای میزبان (Host) که هدف اصلی ایجاد شبکه، اتصال کامپیوترهای میزبان به یکدیگر است.

پردازنده­های واسط مانند هاب­ها (Hub)، تکرار کننده­ها (Repeater)، پل­ها (Bridge)، سوئیچ­ها (Switch) و مسیر­یاب­های (Router) میانی که وظیفه مدیریت شبکه و هدایت ارسال داده­ها از مبدأ و مقصد را بر عهده دارند. مدل ریاضی شبکه­های کامپیوتری یک گراف است که در آن، گره­ها (Nodes) همان پردازنده­های واسط هستند.

لینک­های ارتباطی (Link) که در واقع رسانه­های انتقال داده هستند و با اتصال گره­های شبکه به یکدیگر انتقال داده­ها را بر عهده دارند.

پردازنده­های واسط و لینک­های ارتباطی زیر شبکه انتقال داده (Communication Subnet) را تشکیل می­دهند.

1-1           طبقه­بندی شبکه­ها

شبکه­های کامپیوتری از نظر اندازه و گستردگی جغرافیایی به 5 دسته تقسیم می­شوند:

شبکه­های شخصی (PAN: Personal Area Networks) که بر روی میز کار یا فاصله چند متری یک شخص هستند. مانند ارتباط بی­سیم  اجزای کامپیوتر با کامپیوتر شخصی (PC) و دستیار دیجیتالی (PDA) و یا حتی کامپیوتر پوشیدنی (Wearable Computer) شخص.

شبکه­های محلی (LAN: Local Area Networks) که دارای گستردگی در حد یک ساختمان یا یک کمپ کوچک می­باشند.

شبکه­های شهری (MAN: Metropolitan Area Networks) که دارای گستردگی در حد یک شهر می­باشند.

شبکه­های گسترده (WAN: Wide Area Networks) که دارای گستردگی بیش از حد یک شهر ( در حد استان، کشور یا قاره) می­باشند.

شبکه­های جهانی که همان شبکه شبکه­ها یا اینترنت است.

انواع فناوری انتقال

به طور کلی دو نوع فناوری انتقال داده وجود دارد:

نقطه به نقطه (Point to point) یا همتا به همتا (Peer to peer) یا تک پخشی (Unicast) که داده­های ارتباطی از طریق لینک­ها و گره­های میانی به طور مستقیم بین دو ماشین مبدأ و مقصد مبادله می­شود. (مانند شبکه­های تلفنی)

انتشاری (Broadcast) که به آن داده پراکن یا پخشی نیز می­گویند و در آن همه ماشین­ها به یک کانال مشترک متصل شده و داده­ها بر روی کانال انتقال داده منتشر می­شود و کلیه ماشین­ها به داده­ها روی کانال دسترسی دارند (مانند انتشار رادیویی). این ماشین­ها با توجه به آدرس مقصد بسته­ها آن­ها را برداشته یا دور می­اندازند.

البته در بعضی از شبکه­های انتشاری امکان ارسال داده­ها از مبدأ به گروهی از مقصدها وجود دارد که به آن پخش گروهی یا چند پخشی (Multicast) یا (Point to Mutltipoint) گویند.

همبندی (Topology)

منظور از همبندی یا توپولوژی نحوه اتصال گره­های تشکیل دهنده گراف شبکه از طریق لینک­های ارتباطی است. ساختار و توپولوژی شبکه­های کامپیوتری بر اساس ماهیت کانال­های (Channel) انتقال داده و فناوری انتقال به دو دسته اصلی (نقطه به نقطه و انتشاری) تقسیم می­شود.

انواع توپولوژی Point to point

چندین نوع توپولوژی در شبکه­های نقطه به نقطه مورد استفاده قرار می­گیرد، مانند:

انواع توپولوژی Broadceast

چندین نوع توپولوژی در شبکه­های انتشاری مورد استفاده قرار می­گیرد، مانند:

2-1 روند پیشرفت شبکه­های کامپیوتری

در ابتدا طراحی شبکه­های کامپیوتری به صورت موردی و خاص و با معماری­های گوناگون و ناسازگار با یکدیگر انجام می­شد و هر شرکت معماری و روش غیر استاندارد خودش را داشت. بنابراین قابلیت اتصال به کامپیوترهای شرکت­های دیگر وجود نداشت و به همین دلیل به آن­ها شبکه­های بسته (Closed Networks) گفته می­شد. برای مثال شکل 1 دو کامپیوتر را نشان می­دهد که به طور مستقیم به یکدیگر متصل شده­اند. این­گونه شبکه­ها از نوع شبکه­های خصوصی با وسعت یک شرکت (Enterprise Networks) بودند.