آشنایی با استانداردها و سخت افزارهای مهم در ساخت شبکه خانگی

یکی از مسائلی که کاربران امروزی درگیر آن هستند، انجام تحقیقات زیاد در مورد سخت افزارهای مربوط به شبکه برای ایجاد شبکه های خانگی است. اینکه هر قطعه سخت افزاری در شبکه چه کاری را انجام می دهد و ما در شبکه به کدام قطعه نیاز داریم، یا اینکه کدام قطعه در شبکه بهتر عمل می کند و می تواند پاسخگوی نیاز ما باشد امری مهم و ضروری به شمار می آید.برای ساخت یک شبکه خانگی ممکن است کاربر با سؤالات مختلفی روبه رو شود ازجمله اینکه ما چه زمانی به یک سوئیچ شبکه یا هاب نیاز داریم یا یک مسیریاب دقیقاً چه وظیفه ای دارد یا زمانی که یک کامپیوتر داریم آیا نیازی به مسیریاب است یا نه و از این قبیل سؤالات.

سؤالات بسیار در این زمینه باعث شد تا مقاله ای درباره انواع و اقسام سخت افزارهای شبکه ای داشته باشیم تا شاید ایده ای خوب بهمنظور بهینه تر شدن یک شبکه خانگی شکل بگیرد. پرسش های پایه ای شما در زمینه شبکه و سخت افزارهای مرتبط با آن همگی با خواندن ادامه مطلب برطرف خواهند شد!یک روش خوب برای بیان ساختار و مفهوم شبکه، بیان آن از طریق تصاویر و دیاگرام های مرتبط با شبکه است که به خوبی مفاهیم مختلفی را بیان می کند.

شبکه ساده و مبتدی

تصویر یک نمونه ای از یک شبکه بسیار ساده را نشان می دهد. در این شبکه یک کامپیوتر به صورت مستقیم به یک مودم متصل شده است.مودم به نوبه خود می تواند با استفاده از کابل هایی نظیر کابل تلفن، کابل های دیتا و فیبر نوری به سرویس دهنده اینترنت یا همان ISP متصل شود. این پیکربندی در شبکه پیچیدگی بالایی ندارد و می توان گفت ارزان ترین شبکه خانگی قابل راه اندازی با قابلیت اتصال به اینترنت به شمار می آید. در این حالت، کاربر با استفاده از یک کامپیوتر به مودم متصل شده است و فقط می تواند یک ارتباط کابلی داشته باشد. استفاده از این حالت محدودیت هایی هم دارد.

برای مثال کاربر و سیستم متصل به شبکه تحرک نخواهند داشت و در ضمن محدودیت هایی در حداکثر طول کابل وجود دارد. همچنین کاربر نمی تواند یک ارتباط بی سیم با مودم برقرار کند و درنتیجه ما در این نوع شبکه نمی توانیم وسایلی مانند گوشی های هوشمند یا تبلت ها یا هر وسیله دیگری که دارای قابلیت پشتیبانی از ارتباطات بی سیم است را مورداستفاده قرار دهیم. این مشکل به دلیل عدم وجود یک روتر یا اکسس پوینت بی سیم بین مودم و کامپیوتر ایجادشده است؛ بنابراین در یک پیکربندی پیشرفته تر شبکه، می توان از یک روتر بی سیم یا یک اکسس پوینت، جهت ایجاد ارتباطات بی سیم استفاده کرد.

افزودن قابلیت بی سیم با کمک روتر بی سیم

بین مودم و سیستم های کاربران، نتیجه ای مشابه با تصویر زیر ایجاد می شود.در این حالت ما می توانیم هم از ارتباطات کابلی و هم از ارتباطات بی سیم بهره مند شویم. ارتباط کامپیوتر با روتر به صورت کابلی و ارتباط لپ تاپ با روتر به صورت بی سیم است. با این عمل ما توانستیم میزان انعطاف پذیری شبکه را افزایش داده و شبکه را برای استفاده انواع بیشتری از دستگاه ها گسترده تر کنیم. معمولاً روترهای بی سیمی که در شبکه های خانگی مورداستفاده قرار می گیرد، می تواند ترکیبی از چندین قطعه باشد.

همچنین در حال حاضر مودم هایی در بازار وجود دارند که خود نیز دارای یک روتر مجتمع هستند. در اصل کار اصلی روتر یا مسیریاب این است که شبکه خانگی ما را به شبکه دنیای بیرون (که در استفاده خانگی ما همان اینترنت است) و از طریق مودم ADSL متصل کند.یک مسیریاب می تواند وظیفه ها و عملکرد مختلفی داشته باشد و در زمان کار با آن ممکن است با عبارات و کلمات مختلفی روبه رو شوید. برخی از مهم ترین آن ها در ادامه نام برده شده و به قابلیت هر یک اشاره شده است.

1- IP Sharing: هر ISP دارای یک محدوده IP است که آن را به کاربران خود اختصاص می دهد. هر دستگاهی که به اینترنت متصل است اعم از کامپیوتر، لپ تاپ، تبلت، آی پد و دستگاه های چندرسانه ای دیگر متصل به اینترنت (مانند تلویزیون های هوشمند) باید از طریق این IP به اینترنت متصل شوند. در ضمن هر دستگاه نیز برای اتصال به اینترنت به یک IP منحصر به خود نیاز دارد. روتر به کمک قابلیت IP Sharing اتصال بین چندین دستگاه یا کاربر را کنترل و مدیریت کرده و بسته های درخواست شده از طرف کاربران را به مقصد درست ارسال می کند.

2- NAT: یک روتر با استفاده از این قابلیت می تواند آدرس های IP را با توجه به Header یا سرآیند مربوط به بسته های ورودی و خروجی، ترجمه کند. به این صورت می توان IP های معتبر (Public) را که مربوط به ارائه دهنده سرویس اینترنت یا همان ISP است، به IP های Private که مربوط به شبکه داخلی است ترجمه کند (NAT برعکس این کار را نیز انجام می دهد). روتر می تواند با استفاده از این قابلیت، بسته های ارسالی را به مقصد صحیح و درست خود ارسال کند.

3- DHCP: هر سیستم جدیدی که به روتر متصل شود باید یک آدرس IP اختصاصی و یکتا داشته باشد. روترهای مجهز به قابلیت DHCP با دریافت آدرس فیزیکی دستگاه متصل شده (به صورت بی سیم یا کابل)، یک آدرس IP یکتا به آن سیستم اختصاص می دهد. اگر روتر دارای این قابلیت نباشد یا DHCP آن غیرفعال شده باشد، کاربر مجبور است به صورت دستی به سیستم های متصل شده به روتر آدرس IP اختصاص بدهد. همچنین در صورتی که تعداد سیستم های متصل به روتر زیاد باشد، مدیریت سیستم ها و اختصاص آدرس IP به سیستم ها کار سخت و زمان بری خواهد بود.

4- Firewall: به طورمعمول روترها به صورت یک فایروال پایه عمل می کنند. به این صورت که اطلاعات ورودی را که جزو اطلاعات ردوبدل شده بین کامپیوتر و شبکه خارجی یا دنیای بیرون نیست را قبول نمی کند. درصورتی که درخواست های ناگهانی از طرف آدرس های ناشناخته به روتر برسد، روتر آن درخواست ها را رد کرده و امنیت سیستم شما را با استفاده از فایروال در ردوبدل کردن اطلاعات بین شبکه داخلی و خارجی تأمین می کند.

قطعه دیگری که در روترهای خانگی مجتمع شده است سوئیچ است.سوئیچ شبکه می تواند ارتباطات بین دستگاه ها در شبکه را به راحتی فراهم سازد. در صورت عدم وجود سوئیچ، سیستم ها می توانند از طریق مودم، با شبکه خارجی ارتباط برقرارکنند ولی ارتباط بین خود دستگاه ها مقدور نخواهد بود. با استفاده از سوئیچ می توان بین دستگاه های متصل به شبکه ارتباط برقرار کرد و اطلاعات سیستم های مختلف را به اشتراک گذاشت.

معمولاً هر روتر خانگی و اداری دارای چهار پورت اترنت است. اگر هر چهار پورت اشغال شده باشد و نیاز به پورت اضافه داشته باشیم، باید یک روتر با تعداد پورت های بیشتر که البته گران تر است تهیه کنیم. راه دیگر برای اتصال دستگاه های بیشتر به روتر، استفاده از یک سوئیچ اختصاصی است که به روتر موردنظر متصل شده و دستگاه های مختلف از طریق سوئیچ با روتر ارتباط برقرار می کنند.

شاید در ابتدا وجود چهار پورت محدودکننده به نظر برسد، اما در کاربردهای خانگی این تعداد پورت کافی خواهد بود. درگذشته کاربران به دلیل ارزان تر بودن Hub نسبت به سوئیچ ها، بیشتر از هاب استفاده می کردند. هاب ها در عین سادگی مشکلات زیادی به همراه داشتند که از آن جمله می توان به تداخل زیاد بسته ها، استفاده از فضای اشتراکی و وجود ارتباطات به صورت دوطرفه غیرهمزمان (Half Duplex) اشاره کرد. ساختار شبکه از چندین لایه تشکیل شده و هاب ها در لایه یک (که بانام لایه Physical هم شناخته می شود) قرار دارند.

عملکرد Hub به این صورت است که در زمانی که داده ای بخواهد ارسال شود، باید داده در همه پورت ها ارسال گردد و به همین خاطر این موضوع می تواند ترافیک در شبکه را بیشتر کرده و باعث افت کارآیی شبکه شود. ویژگی سوئیچ در مقایسه با هاب این است که در سوئیچ تداخل بسته ها کاهش یافته و ارتباطات به صورت دوطرفه همزمان قابل اجرا هستند.در ضمن هر دستگاه متصل به سوئیچ از یک فضای اختصاصی استفاده می کند که این باعث می شود در ارتباطات شبکه ای کاهش کارآیی وجود نداشته باشد.سوئیچ ها در دو نوع لایه دو و لایه سه دسته بندی می شوند. سوئیچ لایه دو یعنی در لایه دو مدل (TCP/IP(Data link کار می کند. این سوئیچ ها فریم ها را که واحد داده ها در این لایه است ارسال و دریافت می کنند. در بازار نیز دو نوع از این سری موجود است.

سوئیچ های در اصطلاح Manageable که با استفاده از خط دستورهای مربوط به این دستگاه ها می توان آن را پیکربندی کرد و مدل های Unmanageable که این مدل از سوئیچ ها، می توانند در حالت پیش فرض کار خود را انجام داده و نیازی به پیکربندی ندارند (از این نوع سوئیچ ها برای شبکه های کوچک خانگی و اداری استفاده می شود). نوع دیگر سوئیچ ها، سوئیچ های لایه سه هستند. این سوئیچ ها در لایه سوم معماری TCP/IP کار می کنند و واحد داده در این لایه بانام بسته شناخته می شود. سرآیندی (Header) که به بسته ها در این لایه اضافه می شود آدرس IP است. این سوئیچ ها گران تر هستند و بیشتر کاربردی سازمانی دارند. سوئیچ های لایه سوم همگی از نوع Manageable بوده و درصورتی که پیکربندی نشوند در حالت پیش فرض به صورت یک سوئیچ لایه دو عمل می کنند. امروزه دیگر استفاده از هاب ها به دلیل سرعت و کارایی پایینی که دارند توصیه نمی شوند.

سوئیچ ها انتخاب بهتر و به صرفه تری برای شبکه هایی است که کاربر قصد گسترش و توسعه آن ها را دارد؛ بنابراین در زمانی که محدودیت در تعداد پورت یک روتر وجود دارد، می توان دستگاه های مختلف در شبکه را به جای اتصال به روتر، به سوئیچ با تعداد پورت بیشتر (4 الی 64 پورت) متصل کرده، سپس سوئیچ را به روتر متصل کرد.سوئیچ های لایه دو برخلاف روترها، به دلیل اینکه در لایه دو فعالیت می کنند، قادر به انجام عملیات مسیریابی نیستند. سوئیچ های لایه سه، در صورتی که پیکربندی های لازم روی آن ها انجام شود، قادر به انجام عملیات مسیریابی نیز خواهند بود؛ بنابراین ما نیاز به یک روتر یا یک دستگاه با قابلیت استفاده در لایه سوم هستیم که مابین سوئیچ یا دستگاه های متصل به شبکه و اینترنت جهت ارسال و دریافت بسته ها قرار بگیرد.

سرعت ها و استانداردهای شبکه کابلی

تا این قسمت در مورد اینکه چه سخت افزارهایی در یک شبکه خانگی یا بزرگ تر، باید مورداستفاده قرار بگیرد و اینکه چطور پیکربندی شود صحبت شد. حال باید درک درستی در مورد سرعت هایی که کابل های دیتا یا دستگاه های مختلف در شبکه برای ما می توانند فراهم کنند صحبت کنیم. در شبکه های کابلی، از استاندارد اترنت(IEEE 802.3) استفاده می شود.

10BaseT: اولین سرعتی که اترنت داشت ده مگابیت در ثانیه (10 Mbps) بود که 30 سال پیش معرفی شد. این سرعت را با 10BaseT نشان می دهند. حرف T به معنی Twisted pair (یعنی همان زوج های سیمی که به هم تابیده شده اند) است. در دستگاه های شبکه امروزی این نوع پورت کاملاً منسوخ شده است.

100BaseT: سرعت صد مگابیت در ثانیه که در اصلاح Fast Ethernet گفته می شود در سال 1995 معرفی شد. کابل های شبکه از نوع CAT5 از این سرعت بهره برده و دارای استاندارد 100BaseT است.

Gigabit Ethernet: سرعت هزار مگابیت در ثانیه (یک گیگابیت در ثانیه) که Gigabit Ethernet نام گذاری شده، در سال 1998معرفی شد و تا به امروز در شبکه های کامپیوتری مورداستفاده قرار می گیرد. کابل های شبکه سری CAT5e و CAT6 از این استاندارد پشتیبانی می کنند. در حال حاضر استاندارد سرعت 10 گیگابیت در ثانیه نیز معرفی شده که البته در وسایل شبکه مختص امور خانگی یا ادارات کوچک به کار گرفته نمی شود. اتصال های شبکه با چنین سرعت بالایی به کابل های سری CAT6e و CAT7 نیاز دارند.

اگر قصد دارید در شبکه اطلاعات صوتی و تصویری با حجم زیاد ارسال یا دریافت کنید، نیاز به پهنای باند و سرعت بیشتری خواهد بود. استاندارد گیگابیت می تواند برای این نوع از ترافیک ها بهترین گزینه باشد. جهت استفاده از این سرعت علاوه بر اینکه کابل ها باید این سرعت را پشتیبانی کنند، سخت افزارهای شبکه نظیر سوئیچ یا روتر نیز باید این سرعت را پشتیبانی کنند.

درصورتی که از یک کابل Cat6 در شبکه استفاده شود ولی سوئیچی که دستگاه های مختلف به آن متصل شوند، پورت هایش دارای سرعت های 100,10 باشد سرعت شبکه به همان سرعت 100,10 محدود شده و افت پهنای باند در شبکه را داریم.درصورتی که در یک شبکه قرار است فایل های حجیم و فایل های مربوط به ویدئو با استاندار HD منتقل شود، نیاز به یک شبکه گیگابیتی داریم ولی در صورتی که فایل های با حجم کم قرار است در شبکه ارسال و دریافت شوند، یک شبکه مبتنی بر سرعت 10/100 می تواند به راحتی پاسخگو باشد.