شناخت پروتکل ها و استاندارد های شبکه (قسمت اول)

شناخت پروتکل ها

پروتکل، مجموعه ای از قوانین است که باعث ایجاد ارتباط موثر میشود. ما هر روزه با پروتکلها سروکار داریم. برای مثال، شما برای خرید یک وسیله خانگی بوسیله چک، ابتدا در مورد قیمت با 
فروشنده صحبت میکنید. سپس چک می نویسید که شامل اطلاعاتی مانند نام و تاریخ و مبلغ چک است. فروشنده چک را گرفته و وسیله را به شما تحویل میدهد. و نکته پروتکل ها در تبادلات بینابین است. شبکه های کامپیوتری به پروتکل های مختلفی برای کارکرد نیاز دارند. این پروتکل ها صریح و دارای چارچوب مشخص میباشند. کارت های شبکه باید بدانند که چگونه با کارت های دیگر شبکه ارتباط برقرار کنند تا بتوانند اطلاعات تبادل کنند، سیستم عامل نیز باید طرز ارتباط با کارت های شبکه را جهت ارسال و دریافت داده ها بداند و سرانجام برنامه های کاربردی نیز باید باید نحوه تبادل اطلاعات با سیستم عامل را بدانند تا بتوانند برای مثال به فایلهای روی سرویس دهنده فایل دسترسی پیدا کنند.
پروتکل ها در انواع مختلفی وجود دارند. در پایین ترین سطح، پروتکل ها دقیقاً تعریف میکنند که چه نوع سیگنال های الکتریکی مولد 1 و چه نوع آنها مولد 0 میباشند. در بالاترین سطح، پروتکل این امکان را به کاربر کامپیوتر میدهد تا پیغامی را از طریق پست الکترونیکی به دوست خود در آن سوی دنیا ارسال کند. در این میان، سطوح دیگری از پروتکل ها نیز وجود دارند. بعد ها در مورد این لایه های پروتکل بیشتر خواهید خواند. 
نکته : پروتکلهای مختلفی وجود دارند که بصورت سری های هماهنگ کار میکنند و در اصطلاح و Protocol Suite نامیده میشوند. دو Suite معروف پروتکلهای شبکه ، TCP/IP و IPX/SPX میباشند. TCP/IP در اصل برای شبکه های یونیکس ایجاد شد و پروتکل اینترنت است. IPX/SPX برای شبکه های NetWare ایجاد شد که هنوز هم بصورت گسترده ای در شبکه های ویندوز کاربرد دارد. پروتکل مهم سوم ، Ethernet است. پروتکلی سطح پایین که هم با TCP/IP و هم با IPX/SPX مورد استفاده قرار میگیرد.

شناخت استاندارد ها
یک استاندارد، توافقی بر اساس یک پروتکل است. در روزهای آغازین شبکه های کامپیوتری، هر سازنده کامپیوتر پروتکل های شبکه بندی مختص خود را ایجاد میکرد. در نتیجه، امکان ترکیب قطعات از سازندگان مختلف در یک شبکه وجود نداشت. بنابراین استاندارد ها بوجود آمدند. استاندارد ها پروتکل های تعریف شده در مقیاس صنعتی هستند که به یک سازنده خاص محدود نمیشوند. با پروتکلهای استاندارد، میتوانید قطعات ساخت سازندگان مختلف را با همخوانی کامل استفاده کنید. تا زمانی که قطعه ای از استاندارد های خاص پیروی کند، میتواند درون شبکه قرار گرفته و کار کند. 

سازمانهای بسیاری در رابطه را تهیه استاندارد های شبکه بندی فعالیت میکنند که پنج سازمان از مهمترین سازمانهای استاندارد سازی را معرفی میکنیم :

1. انستیتوی استانداردهای ملی امریکا : (ANSI) سازمان رسمی استانداردها در ایالات متحده.
2. انستیتوی مهندسی الکتریک و الکترونیک : (IEEE) سازمانی بین المللی که چندین استاندارد کلیدی شبکه را منتشر کرده است. استاندارد رسمی برای سیستم شبکه بندی اترنت که بطور رسمی 802.3 IEEE نام گرفته است، از این جمله میباشد.
3. سازمان بین المللی استاندارد سازی : (ISO) تشکیلاتی متشکل از بیش از 100 سازمان استانداردسازی از سطح جهان.
4. نیروی کاری مهندسی اینترنت : (IETF) سازمانی که مسئول پروتکلهای کاربردی اینترنت میباشد. 
5. کنسرسیوم وب : (W3C) سازمانی بین المللی که کنترل کننده ایجاد و توسعه استاندارد های وب است.
جدول زیرلیستی از وب سایت های هریک از این سازمانهای استانداردسازی را ارائه میکند :

ANSI     www.ansi.org
IEEE     www.ieee.org
ISO      www.iso.org
IETF      www.ietf.org
W3C     www.w3c.org

هفت لایه مدل مرجع OSI

OSI در دنیای شبکه های کامپیوتر بعنوان ارتباط بینابین آزاد سیستم ها شناخته میشود. مدل OSI مفاهیم مختلف شبکه های کامپیوتری را به هفت لایه مجزا تقسیم میکند. این لایه ها در واقع مانند لایه های پیاز هستند :هر لایه دربر گیرنده لایه زیرین است و جزئیات آنرا از سطوح بالاتر مخفی میکند. مدل OSI از جهت دیگری نیز به پیاز معروف است. چون باید برای دیدن لایه های درونی تر آنرا بشکافید، اشکتان را در خواهد آورد! مدل OSI یک استاندارد شبکه بندی مانند اترنت یا توکن رینگ نیست. در عوض، مدل OSI چارچوبی است که استاندارد های مختلف شبکه در آن قرار میگیرند. مدل OSI نشان میدهد که چه مفاهیمی از هملکرد های شبکه با چه استاندارد های سازگاری دارند. پس، در عمل، مدل OSI نوعی استاندارد استانداردها است.

خلاصه ای از هفت لایه مدل مرجع OSI 

1 فیزیکی : Physical در مورد ساختار کابل ها و ابزار هایی مانند تقویت کننده ها و هاب ها اعمال مدیریت میکند

2 اتصال داده : Data Link آدرس های MAC خاص هر ناد در شبکه را ایجاد میکند و مفهوم پکت را برای ارسال از طریق لایه فیزیکی، فراهم میکند. بریج ها و سویچ ها از دستگاه های این لایه میباشند.

3 شبکه : Network مسیردهی داده ها در بخشهای مختلف شبکه را در اختیار دارد.

4 انتقال : Transport انتقال مطمئن داده ها را تضمین میکند.

5 نشست : Session جلساتی بین برنامه های کاربردی شبکه ترتیب میدهد.

6 نمایش : Presentation داده ها را طوری تبدیل میکند که سیستم هایی که از قالب های مختلف داده استفاده میکنند، بتوانند به تبادل اطلاعات بپردازند.

7 کاربردی : Application به برنامه های کاربردی این امکان را میدهد تا از شبکه درخواست سرویس کنند.

سه لایه اول را گاهی لایه های پایینی نیز مینامند. این لایه ها با مکانیک نحوه ی ارسال اطلاعات از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر روی شبکه سروکار دارند. لایه های 4 تا 7 نیز گاهی لایه های بالایی نامیده میشوند. این لایه ها با نحوه ارتباط برنامه های کاربردی از طریق رابط های برنامه نویسی کاربردی با شبکه سروکار دارند. 
نکته : هفت لایه مدل OSI به نوعی نگاه صحیحی به نحوه کار پروتکل های شبکه میباشد. در دنیای واقعی، پروتکل های واقعی شبکه، مدل مرجع OSI را دنبال نمیکنند. دنیای واقعی همیشه به هم ریخته تر از حالت دلخواه است. با این حال، هنوز مدل OSI نمایی کارآمد از نحوه کار شبکه ارائه میکند. 

لایه فیزیکی
پایین ترین لایه از مدل مرجع OSI ، لایه فیزیکی نامیده میشود. در این لایه خصوصیات فیزیکی شبکه مانند نوع کابل مورد استفاده برای ارتباط، نوع اتصالات مورد استفاده ، طول کابلها، و ... مطرح میشود. برای مثال، استاندارد اترنت BaseT 10 نشانگر خصوصیات الکتریکی کابل جفت تابیده، اندازه و شکل اتصالات، طول حداکثر کابل و ... است. توپولوژی های توضیح داده شده نیز، در این لایه اعمال میشوند.
مفهوم دیگر در لایه فیزیکی، خصوصیات الکتریکی سیگنال هایی است که برای انتقال داده ها در کابل از یک ناد شبکه به ناد دیگر مورد استفاده قرار میگیرد. در این لایه ارزش های اساسی دودویی صفر و یک گنجانده شده در سیگنال ها تعریف میشوند. لایه های بالاتر در مدل OSI به این بیت ها مفهوم میبخشند.
یکی از ابزارهای لایه فیزیکی که معمولاً در شبکه ها استفاده میشود، تقویت کننده نام دارد. تقویت کننده هنگامی استفاده میشود که طول مورد نیاز از حداکثر طول قابل استفاده کابل بیشتر باشد و نیاز به تقویت سیگنال وجود داشته باشد. هاب های BaseT 10 نیز از دستگاه های لایه فیزیکی میباشند. از لحاظ فنی، این دستگاه ها را تقویت کننده های چند درگاهی میگویند چون هاب هر پکت دریافتی را به تمام پورت های خود ارسال میکند. تقویت کننده ها و هاب ها محتویات پکت های دریافتی را کنترل نمیکنند. اگر قرار بود چنین کاری را انجام دهند، در لایه اتصال داده قرار میگرفتند. کارت شبکه، که روی هر کامپیوتر شبکه نصب میشود، در رده ابزارهای لایه فیزیکی قرار میگیرد. میتوانید اطلاعات مربوط به کارت شبکه خود را که در سیستم ویندوز نصب شده است، با نمایش مشخصات کارت در ویندوز مشاهده نمایید. بطوریکه برای دسترسی به این صفحه مشخصات در ویندوز 2000 یا XP، کنترل پنل را باز کرده و روی آیکون سیستم دوبار کلیک میکنیم.سپس وارد بخش سخت افزار شده و روی کلید Device Manager کلیک میکنیم. لیستی از تمام دستگاه های متصل به کامپیوتر نمایش داده میشود. روی قسمت کارت شبکه دوبار کلیک میکنیم تا صفحه مشخصات آن به نمایش درآید.
 

لایه اتصال داده
این لایه پایین ترین لایه ای است که مربوط به بیت های در حال جابجایی روی شبکه میباشد. پروتکل های اتصال داده، مواردی مانند اندازه هرپکت داده، رسیدن پکت ها به مقصد مورد نظر و عدم ارسال پکت ها از سوی ناد ها روی شبکه بصورت همزمان را کنترل میکنند. در این لایه شناسایی و اصلاح خطای ابتدایی نیز انجام میگیرد تا اطمینان حاصل شود که داده های دریافت شده، همان داده های ارسال شده باشند. اگر خطای غیرقابل اصلاحی رخ دهد، استاندارد اتصال داده تعیین میکند که ناد چگونه باید در از خطای رخ داده شده اطلاع پیدا کند و دوباره به انتقال داده ها بپردازد.
در این لایه، هر دستگاه روی شبکه آدرسی بنام آدرس کنترل رسانه یا MAC دارد. این آدرس معمولاً بطور سخت افزاری در هر ابزار شبکه وجود دارد و توسط سازنده در آن تعبیه میشود. آدرس های MAC منحصربفرد هستند. هیچ دو ابزار شبکه ساخت هر سازنده ای در هر جای جهان، نمیتوانند آدرس MAC یکسانی داشته باشند.

برای مشاهده آدرس MAC مربوط به کامپیوتر خود، میتوانید در خط فرمان دستور ipconfig /all را تایپ کنید در این دستور آدرس MAC را بعنوان آدرس فیزیکی نمایش داده است. 

 

یکی از مهمترین عملکردهای لایه اتصال داده، فراهم کردن روشی است که پکت ها بتوانند با امنیت روی رسانه فیزیکی ارسال شوند بدون اینکه ناد های دیگر با ارسال همزمان داده ها، ایجاد مزاحمت نمایند. دو روش از معروف ترین روش های این کار CSMA/CD و Token Passing میباشند. شبکه های اترنت از CSMA/CD استفاده میکنند و شبکه های توکن رینگ از روش توکن پسینگ. دو نوع اصلی ابزارهای لایه اتصال داده که در شبکه ها بطور معمول استفاده میشوند، بریج ها و سویچ ها میباشند. یک بریج تقویت کننده هوشمندی است که آدرس های MAC ناد های آنسوی پل را میشناسد و میتواند پکت ها را با توجه به این آدرس دهی هدایت کند. سویچ، هاب هوشمندی است که آدرس MAC را بررسی میکند و پورتی که باید پکت به آن ارسال شود را شناسایی میکند. 

نحوه کار CSMA/CD
یکی از عملکردهای مهم لایه اتصال داده، حصول اطمینان از عدم ارسال پکت ها از سوی دو کامپیوتر بطور همزمان میباشد. اگر چنین حالتی اتفاق بیفتد، سیگنال ها به یکدیگر برخورد کرده و ارتباط قطع میشود. این مشکل در اترنت به کمک تکنیکی بنام CSMA/CD یا » دسترسی چندگانه حس انتقال با اصلاح تصادم « حل شده است. این اصطلاح با اینکه پیچیده است، ولی اگر آنرا به چند قسمت تقسیم کنیم، مفهوم ساده ای بدست خواهد آمد.
حس انتقال، یعنی هنگامی که دستگاهی میخواهد پکتی را روی شبکه بفرستد، ابتدا رسانه شبکه را بررسی میکند تا ببیند که آیا فرد دیگری در حال ارسال داده روی رسانه هست یا نه. اگر هیچ ارسالی احساس نشد، کامپیوتر به آزاد بودن شبکه پی برده و پکت خود را ارسال میکند. دسترسی چندگانه، یعنی اینکه هیچ چیزی از ارسال پکت ها توسط دو یا چند سیستم بطور همزمان جلوگیری نکند. البته هر وسیله قبل از ارسال داده ها، کابل را از جهت ترافیک کنترل میکند. با این حال، فرض کنید که دو دستگاه هر دو این کنترل را انجام میدهند و بار ترافیکی پیدا نمی کنند و هر دو همزمان پکت های خود را ارسال میکنند. این مانند حالتی است که شما و یک ماشین دیگر همزمان به تقاطع میرسید. بعد از کمی تعارف، هر دوی شما حرکت کرده و از تقاطع عبور خواهید کرد. شناسایی تصادم یعنی اینکه پس از ارسال پکت توسط دستگاه، دستگاه دقت میکند که پکت به پکت دیگری برخورد کرده یا نه. اگر احتمال برخورد وجود داشته باشد یا برخورد انجام شود، دستگاه پس از مدت زمانی تصادفی، دوباره بسته خود را ارسال میکند. چون این زمان تصادفی است، پس هرگز دو پکت به هم برخورد نخواهند کرد. 
CSMA/CD برای شبکه های کوچک بخوبی کار میکند. پس از اینکه شبکه دارای حدود 30 کامپیوتر شد، تصادم پکت ها بسیار بیشتر خواهد شد و شبکه کند خواهد شد. در چنین حالتی شبکه 

باید به دو یا چند بخش مجزا از هم تقسیم شود که اصطلاحاً دامنه های تصادم نامیده میشوند.

لایه شبکه
در لایه شبکه، عمل مسیردهی پیغام های شبکه از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر انجام میشود. دو پروتکل معروف لایه سوم عبارتند از IP : ) که معمولاً همراه با TCP است (،IPX ) که بطور عادی با SPX همراه است که هنگام استفاده از شبکه ناول با ویندوز بکار میرود.( 

ادامه داره...

منبع

 کتاب:مبانی شبکه

نویسنده: هاتوری هانزو

ناشر : شهر مجازی پارسیان