مبانی شبکه های کامپیوتری

مبانی شبکه‌های کامپیوتری

مقدمه

شبکه‌های کامپیوتری یکی از مهم‌ترین دستاورد‌های عصر اطلاعات محسوب می‌شوند که زندگی روزمره ما را به کلی تغییر داده‌اند. از ساده‌ترین تعامل بین دو کامپیوتر تا پیچیده‌ترین سیستم‌های توزیع شده جهانی، همه بر پایه اصول و مفاهیم بنیادین شبکه‌های کامپیوتری استوار هستند.

شبکه کامپیوتری به مجموعه‌ای از دستگاه‌های مستقل گفته می‌شود که برای تبادل اطلاعات و منابع با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این تعریف ساده در عمل شامل مفاهیم پیچیده‌ای از قبیل پروتکل‌ها، توپولوژی‌ها، سخت‌افزار و نرم‌افزارهای تخصصی در حوزه شبکه و امنیت شبکه می‌شود.

تاریخچه و تکامل شبکه‌های کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری ریشه در دهه 1960 دارند زمانی که آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) پروژه  (ARPANET) را آغاز کرد. این شبکه اولیه با هدف ایجاد یک سیستم ارتباطی مقاوم در برابر حملات طراحی شد و پایه‌گذار اینترنت امروزی محسوب می‌شود.

در دهه 1970، اختراع پروتکل TCP/IP انقلابی در عرصه شبکه‌سازی ایجاد کرد. این پروتکل استاندارد، امکان ارتباط بین شبکه‌های مختلف را فراهم آورد و مسیر را برای گسترش جهانی شبکه‌ها هموار کرد.

دهه 1980 شاهد ظهور شبکه‌های محلی (LAN) و گسترش کامپیوترهای شخصی بود. تکنولوژی‌هایی مانند Ethernet و Token Ring در این دوره تکامل یافتند و شبکه‌سازی را از محیط‌های تحقیقاتی به محیط‌های تجاری و خانگی کشاندند.

انواع شبکه‌های کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی می‌شوند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

بر اساس مقیاس جغرافیایی

شبکه محلی (LAN – Local Area Network): این نوع شبکه محدود به یک ساختمان، دفتر یا محوطه کوچک است. سرعت انتقال داده در شبکه‌های محلی بالا و تأخیر کم است. مثال‌های معمول شامل شبکه دفاتر، کافه‌نت‌ها و شبکه‌های خانگی می‌باشد.

شبکه شهری (MAN – Metropolitan Area Network): پوشش جغرافیایی این شبکه‌ها معمولاً یک شهر یا منطقه شهری را در بر می‌گیرد. شرکت‌های ارائه دهنده خدمات اینترنت اغلب از این نوع شبکه برای ارائه خدمات در سطح شهر استفاده می‌کنند.

شبکه گسترده (WAN – Wide Area Network): این شبکه‌ها مناطق جغرافیایی وسیعی از جمله کشورها و حتی قاره‌ها را پوشش می‌دهند. اینترنت بزرگ‌ترین نمونه شبکه گسترده محسوب می‌شود.

بر اساس توپولوژی

توپولوژی خطی (BUS): در این ساختار، تمام گره‌ها به یک خط اصلی متصل می‌شوند. اگرچه پیاده‌سازی آن ساده است، اما در صورت قطعی خط اصلی، کل شبکه از کار می‌افتد.

توپولوژی ستاره‌ای (Star): در این حالت، تمام گره‌ها به یک نقطه مرکزی متصل هستند. این ساختار مدیریت آسان و قابلیت اطمینان بالایی دارد، اما وابستگی به نقطه مرکزی نقطه ضعف آن محسوب می‌شود.

توپولوژی حلقوی (Ring): گره‌ها در یک حلقه بسته به یکدیگر متصل می‌شوند. داده‌ها در جهت مشخصی در حلقه جریان می‌یابند و در صورت قطعی یک اتصال، کل شبکه متأثر می‌شود.

توپولوژی مش (Mesh): در این ساختار، هر گره به چندین گره دیگر متصل است. این توپولوژی حداکثر قابلیت اطمینان را فراهم می‌کند اما پیچیدگی و هزینه بالایی دارد.

پروتکل‌ها و مدل‌های مرجع

مدل OSI

مدل (Open System Interconnection) یکی از مهم‌ترین مدل‌های مرجع در شبکه‌سازی است که فرآیند ارتباط شبکه‌ای را به هفت لایه تقسیم می‌کند:

لایه فیزیکی (Physical Layer): مسئول انتقال بیت‌های خام بر روی رسانه فیزیکی. این لایه مشخصات الکتریکی، مکانیکی و فیزیکی اتصالات را تعریف می‌کند.

لایه پیوند داده (Data Link Layer): وظیف اصلی این لایه تشکیل فریم‌ها و کنترل دسترسی به رسانه است. پروتکل‌های Ethernet و Wifi در این لایه عمل می‌کنند.

لایه شبکه (Network Layer): مسیریابی بسته‌های داده بین شبکه‌های مختلف در این لایه انجام می‌شود. پروتکل IP معروف‌ترین پروتکل این لایه است.

لایه انتقال (Transport Layer): این لایه مسئول ارتباط پایان به پایان بین میزبان‌ها است. پروتکل‌های TCP و UDP در این لایه قرار دارند.

لایه نشست (Session Layer): مدیریت نشست‌ها و کنترل گفتگو بین کاربردها وظیفه اصلی این لایه است.

لایه ارائه (Presentation Layer): تبدیل، رمزگذاری و فشرده‌سازی داده‌ها در این لایه انجام می‌شود.

لایه کاربرد (Application Layer): واسط بین کاربر و شبکه در این لایه قرار دارد. پروتکل‌های  مانند SMTP, HTTP, FTP نمونه هایی از این لایه هستند.

مدل TCP/IP

مدل TCP/IP که در عمل بیشتر از مدل OSI استفاده می‌شود، شامل چهار لایه است:

لایه دسترسی به شبکه: معادل دو لایه اول مدل OSI، شامل لایه فیزیکی (Physical Layer) و پیوند داده (Data Link Layer).

لایه اینترنت: مسئول مسیریابی و آدرس‌دهی منطقی. پروتکل IP در این لایه قرار دارد.

لایه انتقال: مشابه لایه انتقال (Transport Layer) در مدل OSI، شامل پروتکل‌های TCP و UDP.

لایه کاربرد: ترکیبی از سه لایه بالایی مدل OSI که خدمات شبکه‌ای را به کاربران ارائه می‌دهد.

سخت‌افزار شبکه

سوئیچ‌ها

سوئیچ‌ها دستگاه‌هایی هستند که در لایه پیوند داده یعنی لایه دو عمل می‌کنند، عملا با آدرس مک (Mac Address) کار می‌کنند و وظیفه اتصال چندین دستگاه در یک شبکه محلی را بر عهده دارند. برخلاف هاب‌های قدیمی، سوئیچ‌ها قابلیت ایجاد کانال‌های اختصاصی بین پورت‌ها را دارند که باعث افزایش عملکرد و امنیت شبکه می‌شود.

سوئیچ‌ها دارای جدول MAC هستند که آدرس‌های فیزیکی دستگاه‌های متصل را ذخیره می‌کنند. این قابلیت به آن‌ها اجازه می‌دهد فریم‌ها را تنها به پورت مقصد ارسال کنند و از ترافیک غیرضروری جلوگیری کنند.

روترها

روترها در لایه شبکه یعنی لایه سوم عمل می‌کنند و وظیفه اصلی آن‌ها مسیریابی بسته‌ها بین شبکه‌های مختلف است. این دستگاه‌ها دارای جدول مسیریابی هستند که بهترین مسیر برای رسیدن به هر مقصد را مشخص می‌کند.

روترهای مدرن علاوه بر مسیریابی، قابلیت‌های امنیتی مانند فایروال، VPN و کنترل دسترسی را نیز ارائه می‌دهند. در شبکه‌های خانگی، روترها معمولاً با مودم و نقطه دسترسی بی‌سیم ترکیب می‌شوند.

اکسس پوینت ها

اکسس پوینت ها (Access Point) امکان اتصال دستگاه‌های بی‌سیم به شبکه سیمی را به صورت WLAN(Wireless Local Area Network) فراهم می‌کنند.در واقع به عنوان یک پل میان شبکه سیمی و بی‌سیم عمل می‌کند. این دستگاه‌ها از استانداردهای IEEE 802.11 (WiFi) پیروی می‌کنند و در فرکانس‌های 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز عمل می‌کنند.

کابل‌ها و رسانه انتقال

کابل مسی: شامل کابل‌های زوج سیم که دارای مدل های مختلفی هست مانند (UTP, STP) و برای شبکه‌های محلی استفاده می‌شوند. دسته بندی این کابل ها با استاندارد Cat شناخته می‌شود، و از Cat1 تا Cat7 دسته بندی می‌شود.در حال حاضر Cat6 و Cat6a استانداردهای رایج برای شبکه‌های گیگابیتی هستند.

فیبرنوری: فیبرنوری یا (FiberOptic)در اصل به رشته های شفاف شیشه ای درون کابل های فیبرنوری گفته می‌شود، که دارای چندین لایه روکش و محافظت است و انتقال اطلاعات به شکل ارسال و دریافت پالس های نوری در رشته ها انجام می‌شود. از فیبرنوری برای فواصل طولانی و سرعت‌های بالا استفاده می‌شود. فیبر نوری مقاوم در برابر تداخل الکترومغناطیسی است و پهنای باند بسیار بالایی دارد.

ارتباط بی‌سیم: شامل WiFi، بلوتوث، و تکنولوژی‌های سلولی که آزادی حرکت را برای کاربران فراهم می‌کنند.

آدرس‌دهی و مسیریابی

آدرس‌دهی IP

آدرس IP (Internet Protocol) یک شناسه منحصر به فرد است که یک دستگاه را در اینترنت یا شبکه محلی شناسایی می‌کند. دو نسخه اصلی IPv4 و IPv6 وجود دارد:

نسخه 4 (IPV4): Internet Protocol Version 4 یا پروتکل اینترنت نسخه 4 که مختصرا IPV4 نامیده می‌شود، یک رشته 32بیتی از اعداد است که با نقطه از یکدیگر جدا شده‌اند. بصورت مجموعه ای چهار عدد بیان می‌شوند مانند: 192.168.1.1

نسخه 6 (IPV6): Internet Protocol Version 6 یا پروتکل اینترنت نسخه 6 یک طرح جایگزین IPV4 است. زیرا IPV4 با توجه به پیشرفت علم فناوری و تکنولوژی و همچنین بیشتر شدن تعداد دستگاه های متصل به شبکه درحال روبه رویی با کمبود فضای آدرس است. IPV6 یک رشته 128بیتی از اعداد است به صورت 8گروه عدد و حروف با دو نقطه از یکدیگر جدا شده‌اند. مانند: 2001:db8::ff00:42:8329

آدرس‌های IP به دو دسته عمومی (Public) و خصوصی (Private) تقسیم می‌شوند.

عمومی (Public): آدرس های عمومی به دستگاه های متصل به اینترنت اختصاص داده می‌شود.

خصوصی (Private): آدرس های خصوصی در شبکه های محلی به دستگاه ها اختصاص داده می‌شود؛ این دستگاه ها درصورت اتصال به اینترنت نیاز به NAT دارند.

مسیریابی

مسیریابی فرآیند تعیین بهترین مسیر برای انتقال داده‌ها از مبدأ به مقصد است. الگوریتم‌های مسیریابی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

مسیریابی استاتیک (Static Route): در این حالت مدیر شبکه، مسیرها به صورت دستی در روترها تنظیم می‌کند و تغییر نمی‌کنند مگر موارد خاص و عیب یابی. این روش برای شبکه‌های کوچک و پایدار مناسب است.

مسیریابی دینامیک(Dynamic Route): در این حالت روترها با استفاده از پروتکل‌های مسیریابی مانند RIP – OSPF – IGRP - EIGRP به طور خودکار بهترین مسیرها را تعیین می‌کنند. این روش برای شبکه متوسط با کاربران زیاد و شبکه های بزرگ مناسب است.

امنیت شبکه

امنیت شبکه شامل مجموعه‌ای از تکنیک‌ها و فناوری‌ها برای محافظت از داده‌ها و منابع شبکه است:

فایروال

فایروال‌ یک سیستم امنیتی شبکه هست که در لبه شبکه (Edge) نصب می‌شود. فایروال بر ترافیک داخلی و خارجی نظارت می‌کند و بر اساس قوانین از پیش تعریف شده، ترافیک ورودی و خروجی شبکه را کنترل می‌کنند. انواع مختلف فایروال شامل Packet Filtering, Stateful, Application-Level Gateway وجود دارد.

شبکه خصوصی مجازی (VPN)

شبکه خصوصی مجازیVPN یا به اختصار Virtual Private Network، امکان ایجاد اتصال امن بر روی شبکه‌های عمومی را فراهم می‌کند. VPNیک ارتباط نقطه به نقطه را بین دستگاه شما و شبکه اینترنت، با استفاده از پروتکل های تونلینگ (Tunneling) ایجاد می‌کند. با رمزگذاری داده‌ها و ایجاد تونل امن، حریم خصوصی و امنیت کاربران تضمین می‌شود.

رمزگذاری

رمزگذاری داده‌ها در انتقال و ذخیره‌سازی یکی از مهم‌ترین اقدامات امنیتی است. پروتکل‌های SSL/TLS برای امنیت ارتباطات وب استفاده می‌شوند.

کاربردها و خدمات شبکه

خدمات پایه

(Domain Name Services) DNS : سیستم تبدیل نام‌های دامنه به آدرس‌های IP که استفاده از اینترنت را برای انسان‌ها آسان می‌کند.

(Dynamic Host Configuration Protocol) DHCP : خدمت تخصیص خودکار آدرس IP و تنظیمات شبکه به دستگاه‌های متصل در شبکه.

(File Transfer Protocol) FTP : پروتکل انتقال فایل که امکان آپلود و دانلود فایل‌ها بر روی شبکه را فراهم می‌کند.

خدمات پیشرفته

رایانش ابری (Cloud Computing): ارائه منابع محاسباتی به صورت خدماتی بر روی شبکه که انقلاب بزرگی در صنعت IT ایجاد کرده است.

شبکه توزیع محتوا CDN (Content Delivery Network): شبکه‌هایی از سرورها که محتوا را در نقاط مختلف جغرافیایی ذخیره می‌کنند تا سرعت دسترسی را بهبود بخشند.

اینترنت اشیا(Internet Of Things) IOT : اینترنت اشیاء، امکان اتصال اشیاء روزمره به اینترنت است که امکان کنترل و مانیتورینگ از راه دور را فراهم می‌کند.

آینده شبکه‌های کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری در حال تکامل مداوم هستند. فناوری‌های نوظهور مانند:

شبکه های نسل بعد (5G): سرعت بالا، تأخیر کم و قابلیت اتصال همزمان دستگاه‌های متعدد

(Software Defined Networking) SDN : جداسازی لایه کنترل از لایه داده که انعطاف‌پذیری و مدیریت شبکه را بهبود می‌بخشد

Edge Computing: انتقال پردازش به نزدیکی کاربران نهایی برای کاهش تأخیر

Qunatum Networking: استفاده از اصول مکانیک کوانتوم برای ایجاد ارتباطات فوق‌العاده امن

نتیجه‌گیری

شبکه‌های کامپیوتری پایه و اساس جامعه اطلاعاتی امروز را تشکیل می‌دهند. درک صحیح از مبانی و اصول این شبکه‌ها نه تنها برای متخصصان IT بلکه برای هر فردی که با تکنولوژی سروکار دارد، ضروری است.

تکامل مداوم این حوزه، چالش‌ها و فرصت‌های جدیدی را پیش روی جامعه بشری قرار می‌دهد. از امنیت سایبری گرفته تا حفظ حریم خصوصی، همه این موضوعات ریشه در اصول بنیادین شبکه‌سازی دارند.

با پیشرفت فناوری‌های جدید مانند هوش مصنوعی، BlockChain و محاسبات کوانتومی، شبکه‌های کامپیوتری نیز دچار تحولات بنیادین خواهند شد. آمادگی برای این تغییرات مستلزم درک عمیق از مبانی کنونی و پیگیری مداوم تحولات آینده است.

سوالات متداول (FAQ)

شبکه کامپیوتری چیست و چه کاربردی دارد؟

شبکه کامپیوتری مجموعه‌ای از دستگاه‌های متصل است که می‌توانند اطلاعات و منابع را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. کاربردهای آن شامل اشتراک فایل، دسترسی به اینترنت، پرینت شبکه‌ای، بازی‌های آنلاین و ارتباطات تجاری می‌شود.

برای یادگیری شبکه از کجا باید شروع کنم؟

برای یادگیری دوره های شبکه اول باید با مباحث نتورک پلاس (+Network) آشنا باشید که پیشنهاد ما دوره نتورک پلاس (+Network) می‌باشد. بعد از آن برای شروع میتوانید دوره های تخصصی همچون: دوره سیسکو (CCNA)، دوره میکروتیک (MTCNA)، دوره ویندوز سرور مایکروسافت (MCSA)، دوره فیبرنوری (FiberOptic) را شروع کنید. برای اطلاع بیشتر درباره هر دوره میتوانید از طریق وبسایت در دپارتمان شبکه و امنیت درباره تمامی دوره ها و از تقویم آموزشی درباره دوره های درحال ثبت نام و برگزاری آنها اطلاعات لازم را کسب کنید.

دوره های شبکه دارای مدرک هستند؟

بله تمامی دوره های شبکه در آموزشگاه نت کالج برتر دارای مدرک معتبر هستند.

آیا امکان اشتغال بعد از گذراندن دوره ها وجود دارد؟

درباره این موضوع، کاملا بستگی به خود دانشجو دارد. اما این را هم باید بگوییم ویژگی آموزشگاه ما این هست که برخی مواقع از طرف سازمان‌ها، ارگان‌ها، مراکز دولتی یا خصوصی برای ما درخواست نیرو ارسال می‌شود. که سعی آموزشگاه بر این است از افرادی که دوره های مرتبط را گذارنده‌اند برای نیرو کار معرفی کنیم. برای اطلاع از این آگهی‌ها اول در کانال تلگرام آموزشگاه حتما عضو شوید، دوم اینستاگرام آموزشگاه را دنبال کنید تا خبرهای مربوطه را داشته باشید.

برای شروع از کدام دوره باید آغاز کنم؟

همانطور که در سوالات بالاتر گفته شد؛برای یادگیری دوره های شبکه اول باید با مباحث نتورک پلاس (+Network) آشنا باشید و بعد میتوانید دوره های سیسکو، میکروتیک، مایکروسافت و غیره... را ثبت نام کنید. اما ما پیشنهاد میکنیم این دوره ها را بصورت پکیج های آموزشگاه ثبت نام کنید.
پکیج های آموزشگاه شامل:

1. پکیج چهار دوره شبکه (Network+,CCNA,MCSA,MTCNA) (پکیج پرطرفدار و پیشنهادی برای شروع)
2. پکیج سه دوره شبکه (CCNA,MCSA,MTCNA)
3. پکیج سه دوره شبکه و امنیت (CCNA,MCSA,CEH) (برای علاقه مندان به امنیت و شبکه)
4. پکیج سه دوره لینوکس (Network+,Lpic1,Lpic2)
5. پکیج سه دوره لینوکس و هکر اخلاقی (Lpic1,Lpic2,CEH) (برای علاقه مندان به نفوذ و امنیت)

دوره‌ها در کجا برگزار می‌شود؟

در آموزشگاه نت کالج برتر به آدرس: هفت تیر، بلوار بلال، نبش خیابان 13 آبان، ساختمان میلاد، آموزشگاه نت کالج برتر

دوره ها کی برگزار می‌شود؟

میتوانید با مراجعه با تقویم آموزشی، از شروع دوره های جدید و دوره های درحال برگزاری مطلع شوید. و یا میتوانید از طریق شماره تماس های زیر با ما در ارتباط باشید:

مشاور داخلی (روز های شنبه تا چهارشنبه): 09355455050

تلفن ثابت (پاسخگو از 9 صبح تا 20 شب): 02632239460 - 02632207952