كابل BUS :
در شبكه هاي محلي اترنت اوليه براي ارتباط از كابل كواكسيال استفاده ميشود. (اين كابل ها همان كابل هايي هستند كه براي اتصال آنتن به تلويزيون استفاده مي شوند.) اين كابل از يك كامپيوتر به كامپيوتر ديگر رفته و تمام دستگاه ها رابه هم متصل ميكند. بنابراين هر سيگنالي كه در كابل BUS وجود دارد در تمام دستگاه ها قابل مشاهده است. اين روش ساده ترين روش ايجاد شبكه ي كامپيوتري است. البته در ظاهر ساده به نظر ميرسد اما در واقع پر از اشكال است. چون وقتي كه تعداد سيستم ها زياد مي شود ، كار كابل كشي بسيار پر زحمت است. تازه وقتي بخواهيد دستگاهي را از مدار خارج كنيد و يا يك دستگاه جديد اضافه كنيد مشكلات ظهور ميكنند. البته امروزه به ندرت مي توانيد يك شبكه محلي LAN پيدا كنند كه با كابل كواكسيال درست شده باشد.

HUB :
به طور خلاصه بايد بگوييم هاب يك جعبه است كه داراي تعدادي ورودي بنام پورت (PORT) مي باشد. تعداد اين ورودي ها بسته به تعداد كامپيوترهايي است كه مي خواهيم در يك شبكه باشند، در هر طبقه يك هاب قرار مي دهند و تمام دستگاههاي آن طبقه با كابل به هاب مورد نظر وصل مي شوند كه بعد هر كدام از اين هاب ها به طريقي به كامپيوتر سرور متصل مي شوند. اگر اطلاعاتي به داخل اين جعبه آمد توسط كابل وارد تمام كامپيوترها مي شود. شايد بگوييد پس چه فرقي بين اين روش و روش اوليه وجود دارد؟ در جواب بايد گفت بزرگترين فرق در اين است كه شما مي توانيد هر زمان كه بخواهيد به راحتي يك كامپيوترجديد را با اتصال به اين جعبه به شبكه اضافه كنيد و يا با خارج كردن كابل يك دستگاه از اين جعبه آن را از شبكه خارج كنيد بدون اين كه كل شبكه تحت تاثير قرار بگيرد. اكثر هاب ها يك چراغ نمايشگر دارند كه نشان مي دهد هر كابل به خوبي دستگاه را به شبكه متصل كرده است و يك چراغ ديگر وضعيتي را نشان مي دهد كه دو سيستم سعي مي كنند در يك زمان اطلاعات را به اشتراك بگذارند و در نتيجه باعث تصادف داده ها (DATA COLLISION) مي شوند.

به طور كلي هاب به دو دسته تقسيم مي شود:
1-ACTIVE: اين نوع هاب ، سيگنال هايي را كه از درون آن مي گذرند تقويت مي كند.
2-PASSIVE: اين هاب هيچ عمل تقويتي روي سيگنال انجام نمي دهد و صرفا آن را از خود عبور مي دهد. در مسافت هاي طولاني زياد بودن طول كابل باعث ضعيف شدن سيگنال مي شود و با تقويت آن ، قدرت اوليه را به آن بر مي گرداند.
نوع ديگري هم از هاب وجود دارد كه هوشمند ناميده مي شود كه به مسوول شبكه اجازه كنترل از راه دور اتصالات را مي دهد.

تكرار كننده (REPEATER):
اين وسيله در واقع نوع خاصي HUB است كه فقط داراي 2 پورت است. كار آن تقويت سيگنال هاي بين دو شبكه يا سگمنت هاي يك شبكه كه فاصله ي زيادي از هم دارند مي باشد. مثل هاب داراي 2 نوع PASSIVE و ACTIVE مي باشد. نوع اول علاوه بر سيگنال هر چيز ديگري حتي نويز (NOISE: امواج نا خواسته كه به همراه سيگنال اصلي كه داراي اطلاعات است مي باشند. مثلا در امواج صوتي نويز باعث افت كيفيت صدا و شنيدن اصوات اضافه مي شود) را هم تقويت مي كند. اما تكرار كننده ي نوع اكتيو سيگنال را قبل از ارسال بازديد كرده و چيز هاي اضافه را خارج مي كند و مثلا ديگر نويز را تقويت نمي كند.

پل (BRIDGE):
مثل تكرار كننده داراي دو پورت است و براي اتصال گروهي از كامپيوترها به كار مي رود. تفاوت آنها در اين است كه پل ليستي دارد كه نشان مي دهد در هر سمت چه كامپيوترهايي قرار دارند و به بسته هايي (در اينترنت و هر شبكه اي اطلاعات براي اينكه فرستاده شوند به قطعات كوچكتري تقسيم مي شوند ، هر قطعه را بسته مي ناميم) كه بايد بطرف ديگر شبكه بروند اجازه ي عبور مي دهد.

سوئيچ (SWITCH):
تقريبا مثل هاب است اما به جاي دو پورت داراي چندين پورت است. درون خود يك جدولي دارد و نشان مي دهد كه چه سيستم هايي به هر پورت متصلند و بسته ها را به جايي كه بايد بروند مي فرستد. بر خلاف هاب سيگنال ها فقط به درون پورتي كه بايد بروند مي روند نه به تمام پورت ها. جداول(و شبكه) بايد به قدر كافي ساده باشند چرا كه فقط يك مسير ممكن براي هر بسته وجود دارد. اگر دقت كرده باشيد متوجه خواهيد شد كه سوئيچ از هاب سريعتر است چون احتياجي نيست كه هر پورت كل ترافيك ارسال و دريافت اطلاعات را متحمل شود و فقط آنچه كه مخصوص خود است را دريافت مي كند. البته سوئيچ از پل هم سريعتر است و درضمن گران تر از هر دوي آنها. بعضي سوئيچ ها و پل ها مي توانند براي اتصال شبكه هايي كه پروتكل هاي فيزيكي مختلفي دارند استفاده شوند. مثلا براي اتصال شبكه اترنت يا شبكه TOKENRING.
هر دوي اين شبكه ها مي توانند به اينترنت متصل شوند. در شبكه TOKENRING اطلاعات به صورت نشانه (TOKEN) هايي از يك كامپيوتر به كامپيوتر ديگر به صورت ستاره يا حلقه منتقل مي شوند. شبكه اترنت را هم قبلا توضيح داديم. اين قطعات به صورت ويژه هستند و در همه ي شبكه ها استفاده نمي شوند.

مسير ياب (ROUTER):
مسير ياب از دو يا چند پورت براي ورود و خروج اطلاعات تشكيل شده است در واقع كنترل ترافيك در اينترنت به عهده آنها مي باشد. مسيرياب را مي توان مرتب كننده ي هوشمند بسته ها ناميد . همان طور كه از نامش پيدا است ، بهترين مسير را براي فرستادن قطعات به مقصد انتخاب مي كند و چك مي كند تا ببيند آيا بسته ها به مقصد رسيده اند يا نه. بر اساس مقصد داده ها ، بسته ها از يك مسير ياب ديگر از طريق بهترين راه فرستاده مي شوند . اين موضوع باعث مي شود تا به عنوان يك وسيله ي قدرت مند در شبكه هاي پيچيده مثل اينترنت استفاده شود در واقع مي توان اينترنت را به عنوان شبكه اي از مسير ياب ها توصيف كرد. انواع مسير ياب ها با جداول و پروتكل هاي مختلفي كار مي كنند اما حداقل اين كه هر مسير ياب در اينترنت بايد با پروتكل TCP/IP كار كند.

BROUTER:
اين وسيله تركيبي از پل و مسير ياب مي باشد.(BRIDGT+ROUTER) بسته هاي محلي مي توانند از يك طرف شبكه به طرف ديگر با توجه به آدرس مقصد هدايت شوند حتي اگر ازهيچ پروتكل ارسالي هم پيروي نكنند. بسته هايي كه داراي پروتكل مناسب هستند مي تواند طبق مسير خود به دنياي خارج از شبكه محلي فرستاده شوند.

دروازه (GATEWAY):
دليل اصلي پيچيدگي موضوع در دروازه ها از اين حقيقت ناشي مي شود كه اين كلمه دو عملكرد مختلف را توصيه مي كند. يك نوع آن ، يك شبكه را به يك شبكه يا دستگاه هاي مختلف ديگر ارتباط مي دهد. مثلا يك شبكه از كامپيوترهايي كه به يك سيستم ابر كامپيوتر IBM متصل هستند.
كاربرد معمولي آن در گره (NODE) يك شبكه مي باشد كه امكان دستيابي به اينترنت و يا كامپيوترهاي ديگر در يك شبكه پيچيده LAN را مي دهد. در شبكه هايي كه بيش از يك دروازه وجود دارد معمولا يكي از آنها به عنوان دروازهي پيش فرض انتخاب مي شود.
قبلا يك دروازه تقريبا شبيه به چيزي بود كه ما امروزه مسير ياب مي ناميم.

سرور پراكسي (PROXY SERVER):
اين سيستم بين يك سرور و يك كامپيوتر WORK STATION (يعني كامپيوتري كه به كامپيوتر اصلي يا همان سرور متصل است) برقرار است.
ملموس ترين مثال در مورد اينترنت ، مرورگري كه شما با آن كار مي كنيد است. اين مرورگر ظاهرا در حال برقراري ارتباط با يك سرور خارج از وب است اما در واقع به يك سرورپراكسي محلي متصل است.
شايد بگوييد اين كار چه مزيتي دارد ؟
مزيت اول: اين سيستم باعث افزايش سرعت دسترسي به اينترنت مي شود. چون سرور پراكسي صفحات وبي كه قبلا باز شده اند را در حافظه ذخيره ميكند ، هنگامي كه شما به اين صفحات اختياج داريد به جاي اينكه آن را از سايت اصلي و از محلي دور پيدا كنيد به راحتي و به سرعت آنها را از اين دستگاه برميذاريد. حال ببينيم نحوه ي كار به چه صورت است.
وقتي شما در يك شبكه ي مخلي مثلا شبكه ي شركت مي خواهيد به يك سرويس دهنده در شبكه دسترسي داشته باشيد ، يك در خواست از كامپيوتر شما به سرور پراكسي (سرويس دهنده پراكسي) فرستاده مي شود . سرور پراكسي با سرور اصلي در اينترنت ارتباط برقرار مي كند و سپس سرور پراكسي اطلاعات را از سرور اينترنت به كامپيوتر شما درون شبكه شركت مي فرستد و در ضمن يك كپي از اين اطلاعات در سرور پراكسي ذخيره مي شود.

مزيت دوم: با كمي دقت مي بينيد كه سرور پراكسي به عنوان يك واسطه بين شبكه ي شركت شما عمل مي كند. به عبارتي باعث امنيت در شبكه ي ذاخلي شركت مي شود. چون به جاي اينكه چندين كامپيوتر در شبكه ي داخلي به اينترنت متصل باشند فقط يك سرور پراكسي با اينترنت در ارتباط است. امنيت شبكه از لحاظ ويروس و هك شدن و... تا حدود زيادي تامين مي شود.

اما اين كار چگونه انجام مي شود؟
معمولا در شركت ها براي محافظت از شبكه ي خود از ديواره هاي آتش (FIREWALLS) استفاده مي كنند. ديواره هاي آتش به كاربر در شبكه امكان مي دهند به اينترنت دسترسي داشته باشد، ولي جلوي هكرها و هر كس در اينترنت كه مي خواهد به شبكه آن شركت دسترسي داشته باشد و باعث خسارت شود را مي گيرند. ديواره هاي آتش مجموعه اي از سخت افزارها و نرم افزارهايي مثل مسير ياب ها ، سرويس دهنده ها و نرم افزارهاي مختلف هستند. انواع مختلفي دارند و بسته به كاربردشان مي توانند ساده و يا پيچيده باشند.

توپولوژی star:

در این توپولوژی مانند توپولوژی bus   دیگر backbone  نداریم بلکه یک device وجود دارد که همه device هایی که قرار است  به شبکه متصل شوند را متمرکز می کند.

اولین device که متمرکز کننده است hub می باشد. نوع کابلها در این نوع مدیا twisted paire یا زوج های به هم تابیده می باشد.

به این کابل کانکتوری متصل می شود  به نام rj-45

 

که دارای 8 بیت می باشد. Hub های اولیه 4 پورت داشتند اما بعدا به 8 پورت و 16 پورت و 24 پورت ارتقا پیدا کردند.

زمانی که تصمیم داشتیم pc ها را به hub متصل کنیم باید یک کابل twistedpaire تهیه کرده و دو سر آن را کانکتور rj-45 متصل می کردیم سپس یک سر کابل به hub متصل می شد و سر دیگر آن به کارت شبکه کامپیوتر هابه کارت شبکه هایی که کانکتور های rj-45 را ساپورت می کنند کارت شبکه های Ethernet گفته می شود.

 

و بر اساس  سرعتی که ساپورت می کنند به کارت شبکه های fast eternet, giga eternet و ... دسته بندی می شوند.

تعداد پورت هایی که بر روی hub می باشد باید با تعداد کامپیوتر هایی که قرار است به آن متصل باشند برابر باشد

با توجه به ساختار داخلی که در hub قرار دارد متوجه می شویم که  یک backbone  در آن وجود دارد و تمام این پورت ها به این backbone متصل شده اند. یا به عبارت دیگر زمانی که  می خواهیم  یک pc را به hub متصل کنیم در واقع به صورت توپولوژی bus عمل می کنیم.

پس با توجه به این ساختار اگر جایی از مدار قطع شود کل پورت های hub قطع می شود.

با توجه به این ساختار اگر یک pc در  حین فرستادن اطلاعات بر روی backbone  باشد باید بقیه ی  pc  ها باید منتظر بمانند تا اینکه pc که مشغول فرستادن اطلاعات خود می باشد کارش تمام شود تا بتوانند بقیه ی pc ها به کار خود ادامه دهند.

پس نحوه ی فرستادن اطلاعات در این قسمت half duplex می باشد.

 شبکه های star که از hub  استفاده می کنند در اصطلاح به انها star bus گفته می شود. زیرا ساختار داخلی hub مانند bus می باشد.

برخی از مشکلاتی که hub آنها را بر طرف نمود عبارتند از :

1-      قطعی  یا خرابی یک pc  باعث قطع شدن کل شبکه نمی شد زیرا هنوز مدار قطع نشده بود و سالم بود

2-       برای اضافه کردن یک node دیگر نیازی به محاسبات الکترونیکی نداشتیم. زیرا  یک پورت درون hub تمام محاسبات آن انجام شده بود  و با اضافه شدن یا کم شدن یک node به صورت اتوماتیک تمام محاسبات آن انجام می شد و با کم شدن یا اضافه شدن یک node میزان مقاومت را کم یا زیاد می کرد. این ویژگی در hub نسبت به bus بهتر بود اما مشکلاتی را که در bus بود حل نکرد.

برای مثال اگر پورتی در درون hub قطع شود تمام پورت ها قطع می شود.

داخل یک hub تمام پورت ها داخل یک collision هستند در واقع به صورت hulfduplex کار می کنند و کسی fullduplex نبود و همین امر باعث می شد که performance  سیستم پایین بیاید.

arbitration در داخل شبکه ی star  زمانی که از hub استفاده می شود csma/cd می باشد.

به دلیل مشکلاتی که   hub   داشتند خیلی زود منسوخ شدند زیرا با گسترش شبکه collision domain ها نیز افزایش پیدا می کردند.

فرض کنید که به هر کدام از hub ها  تعدادی pc متصل است  و هر کدام از آنها در طبقات مختلفی قرار دارند حال اگر این hub ها را به یکدیگر متصل کنیم تمام این hub ها داخل یک collision domain میباشند.

زمانی که یک hub را به hub دیگری متصل  می کنیم به آن لینک اتصال دهنده ی hub ها به یکدیگر uplink گفته می شود.

توپولوژی ستاره ای یا star

به دلایل افزایش مشکلات  و افزایش collision ها و کاهش پیدا کردن performance دستگاهی به نام bridge ساخته شد.هدف از ساختن bridge  جدا کردن collision ها از یکدیگر بود. برای مثال برای اتصال دو  hub به یکدیگر از uplink  دیگر استفاده نمی شد بلکه  از bridge استفاده می شد.

و تفاوت آن با hub  در هوشمندی در دستگاه بود.

 در واقع می توانست process انجام دهد برای مثال uplink طبقه ی اول به port1  در bridge متصل می شد و uplink  هاب دوم به پورت 2 در bridge  متصل می شد.

هوشمندی bridge   به این دلیل بود که در درون خود یک جدول داشت که مشخص می کرد که هر پورت  از bridge که به کدام hub متصل شده است.

 زمانی که یک collision  در طبقه ی اول رخ می داد  در نهایت به پورت 1 در bridge می رسید. و bridge  آن collision (ولتاژ ) را به پورت بعدی انتقال نمی داد   و collision رخ داده به pc های متصل به hub طبقات بعدی انتقال نمی یافت و این امر باعث افزایش performance  شد.

Bridge در ابتدا با 2 پورت ساخته شد سپس به 4 پورت و 8 پورت و 16 پورت ارتقا یافت.

 و در نهایت به این نتیجه رسیدند که اگر  قرار باشد bridge 24پورت داشته باشد cpu ایی که بر روی دستگاه قرار می گیرد خیلی خیلی گران می شود  و از آنجا به فکر یک تکنولوژی دیگری به نام سوئیچ افتادند.

برای حساب کردن collision domain ها باید از فرمول زیر استفاده کرد:

uplinkتعداد-(تعداد hub *تعداد پورت) شبکه های star زمانی که از سوئیچ استفاده می شود بی معنا می باشد زیرا هیچ collision رخ نمی دهد  و هر پورت داخل collision domain خودش قرار می گیرد.

ساختار داخلی سوئیچ همانند ماتریس (mesh)  می باشد  در این ساختار هر پورت برای ارتباط با پورت های دیگر

یک مسیر جدا گانه دارد  برای مثال هر پورت برای ارتباط با پورت های دیگر یک مسیر جدا گانه دارد. برای مثال پورت 1 با 3 یک مسیر جدا دارد و پورت 3 ب 1 هم یک مسیر دیگر دارد.

در این حالت هر پورت می تواند fullduplex باشد و باعث می شود.که performance آن فوق العاده افزایش پیدا کند.

اصطلاحا به ساختار داخل سوئیچ mesh گفته می شود.یعنی هر پورت از سوئیچ برای ارتباط با پورت دیگر یک مسیر جداگانه دارد. یعنی هر پورت از سوئیچ داخل یک collision domain  قرار دارد.