Computer Networking

1. اینترنت: شبکه‌ای از شبکه‌ها که خدمات ارائه می‌دهد

اینترنت یک شبکه کامپیوتری است که میلیاردها دستگاه محاسباتی را در سرتاسر جهان به هم متصل می‌کند.

اتصال جهانی. اینترنت یک سیستم وسیع و به هم پیوسته است که میلیاردها دستگاه را از کامپیوترهای سنتی تا گوشی‌های هوشمند، دستگاه‌های اینترنت اشیا و سرورها به هم متصل می‌کند. این تنها به سخت‌افزار محدود نمی‌شود؛ بلکه زیرساختی است که خدماتی را به برنامه‌های توزیع‌شده ارائه می‌دهد.

معماری مبتنی بر خدمات. اینترنت یک رابط سوکت ارائه می‌دهد، مجموعه‌ای از قوانین که برنامه‌ها باید برای درخواست تحویل داده به سایر برنامه‌ها از آن پیروی کنند. این رابط به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا برنامه‌های توزیع‌شده‌ای ایجاد کنند بدون اینکه نیاز به درک پیچیدگی‌های زیرساخت شبکه داشته باشند.

پروتکل‌ها و استانداردها. اینترنت به پروتکل‌هایی مانند TCP/IP متکی است که انتقال داده را مدیریت می‌کنند. استانداردهایی که توسط سازمان‌هایی مانند IETF توسعه یافته‌اند، اطمینان از تعامل‌پذیری را فراهم می‌کنند و به سیستم‌های متنوع اجازه می‌دهند به طور مؤثر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

2. لبه شبکه: سیستم‌های انتهایی، شبکه‌های دسترسی و رسانه‌های فیزیکی

در اصطلاحات اینترنت، تمام این دستگاه‌ها به عنوان میزبان یا سیستم‌های انتهایی شناخته می‌شوند.

سیستم‌های انتهایی و میزبان‌ها. دستگاه‌های متصل به اینترنت که به عنوان سیستم‌های انتهایی یا میزبان‌ها شناخته می‌شوند، شامل کامپیوترها، گوشی‌های هوشمند و دستگاه‌های اینترنت اشیا هستند. این میزبان‌ها برنامه‌هایی را اجرا می‌کنند و به عنوان مشتری (درخواست‌دهنده خدمات) یا سرور (ارائه‌دهنده خدمات) دسته‌بندی می‌شوند.

شبکه‌های دسترسی. سیستم‌های انتهایی از طریق شبکه‌های دسترسی به اینترنت متصل می‌شوند، مانند DSL، کابل، FTTH، اترنت، WiFi و شبکه‌های سلولی. این شبکه‌ها از رسانه‌های فیزیکی مختلفی استفاده می‌کنند، از جمله سیم مسی، کابل کواکسیال، فیبر نوری و طیف رادیویی.

رسانه‌های فیزیکی. رسانه‌های فیزیکی، چه هدایت‌شده (مانند کابل‌های فیبر نوری) و چه غیرهدایت‌شده (مانند امواج رادیویی)، داده‌ها را بین دستگاه‌ها منتقل می‌کنند. انتخاب رسانه بر نرخ‌های انتقال، هزینه‌ها و مناسب بودن برای محیط‌های مختلف تأثیر می‌گذارد.

3. هسته شبکه: سوئیچینگ بسته، سوئیچینگ مدار و اتصالات

یک سوئیچ بسته، بسته‌ای را که از یکی از لینک‌های ارتباطی ورودی خود می‌رسد، دریافت کرده و آن بسته را به یکی از لینک‌های ارتباطی خروجی خود ارسال می‌کند.

سوئیچینگ بسته. داده‌ها به بسته‌هایی تقسیم می‌شوند که از طریق شبکه توسط سوئیچ‌های بسته (روترها و سوئیچ‌های لایه لینک) منتقل می‌شوند. این رویکرد اجازه می‌دهد تا از منابع شبکه به طور مؤثر استفاده شود و مسیریابی انعطاف‌پذیری را فراهم کند.

سوئیچینگ مدار. در مقابل، سوئیچینگ مدار یک اتصال اختصاصی بین سیستم‌های انتهایی برای مدت زمان یک جلسه ارتباطی برقرار می‌کند. در حالی که پهنای باند تضمین شده‌ای را فراهم می‌کند، ممکن است برای ترافیک ناگهانی کمتر کارآمد باشد.

شبکه‌ای از شبکه‌ها. اینترنت یک شبکه از ISPهای به هم متصل است که از ارائه‌دهندگان محلی دسترسی تا ارائه‌دهندگان بین‌المللی و ملی سطح یک را شامل می‌شود. این ISPها در نقاط تبادل اینترنت (IXP) با یکدیگر همتا می‌شوند تا ترافیک را مبادله کنند.

4. تأخیر، از دست رفتن و توان عملیاتی: درک عملکرد شبکه

یک بسته در یک میزبان (منبع) شروع می‌شود، از طریق یک سری روترها عبور می‌کند و سفر خود را در یک میزبان دیگر (مقصد) به پایان می‌رساند.

منابع تأخیر. بسته‌ها در حین عبور از شبکه با تأخیرهای مختلفی مواجه می‌شوند، از جمله تأخیر پردازش، تأخیر صف، تأخیر انتقال و تأخیر انتشار. درک این تأخیرها برای بهینه‌سازی عملکرد شبکه بسیار مهم است.

صف و از دست رفتن. تأخیر صف زمانی رخ می‌دهد که بسته‌ها در بافرهای خروجی در روترها منتظر بمانند. اگر بافرها پر شوند، از دست رفتن بسته اتفاق می‌افتد که بر عملکرد برنامه تأثیر می‌گذارد. شدت ترافیک (La/R) یک عامل کلیدی در تعیین تأخیر صف و از دست رفتن بسته است.

توان عملیاتی انتها به انتها. توان عملیاتی، نرخ انتقال داده بین سیستم‌های انتهایی، به وسیله لینک گلوگاه در مسیر محدود می‌شود. عواملی مانند ظرفیت لینک و ترافیک مداخله‌گر بر توان عملیاتی انتها به انتها تأثیر می‌گذارند.

5. لایه‌های پروتکل: ساختاردهی ارتباطات شبکه

یک پروتکل فرمت و ترتیب پیام‌های مبادله شده بین دو یا چند موجودیت ارتباطی را تعریف می‌کند و همچنین اقداماتی که در هنگام ارسال و/یا دریافت یک پیام یا رویداد دیگر انجام می‌شود را مشخص می‌کند.

معماری لایه‌ای. پروتکل‌های شبکه به صورت لایه‌ای سازماندهی شده‌اند که هر کدام خدمات خاصی را به لایه بالاتر ارائه می‌دهند. پشته پروتکل اینترنت شامل پنج لایه است: فیزیکی، لینک، شبکه، حمل و نقل و کاربرد.

پشته پروتکل اینترنت. هر لایه مسئولیت‌های خاصی دارد:

• کاربرد: برنامه‌های شبکه و پروتکل‌های آن‌ها (مانند HTTP، SMTP)
• حمل و نقل: پیام‌های لایه کاربرد را منتقل می‌کند (TCP، UDP)
• شبکه: بسته‌های لایه شبکه (دیتاگرام‌ها) را از یک میزبان به میزبان دیگر منتقل می‌کند (IP)
• لینک: فریم‌ها را از یک عنصر شبکه به عنصر شبکه مجاور منتقل می‌کند (اترنت، WiFi)
• فیزیکی: بیت‌های فردی را درون فریم از یک گره به گره دیگر منتقل می‌کند

کپسوله‌سازی. هنگامی که داده‌ها به سمت پایین پشته پروتکل حرکت می‌کنند، هر لایه اطلاعات هدر را اضافه می‌کند و داده‌ها را از لایه بالاتر کپسوله می‌کند. این فرآیند اطمینان می‌دهد که هر لایه اطلاعات لازم برای انجام وظایف خود را دارد.

6. تهدیدات امنیتی: دفاع در برابر حملات شبکه

تمام فعالیت‌ها در اینترنت که شامل دو یا چند موجودیت ارتباطی از راه دور است، تحت حاکمیت یک پروتکل قرار دارد.

بدافزار. نرم‌افزارهای مخرب، از جمله ویروس‌ها و کرم‌ها، می‌توانند از طریق اینترنت به دستگاه‌ها آسیب برسانند، داده‌ها را سرقت کنند یا دستگاه‌ها را در بات‌نت‌ها ثبت‌نام کنند.

حملات انکار خدمات (DoS). حملات DoS به دنبال غیرقابل استفاده کردن شبکه‌ها یا میزبان‌ها برای کاربران قانونی هستند. این حملات شامل حملات آسیب‌پذیری، سیلاب پهنای باند و سیلاب اتصال می‌شوند. حملات DDoS توزیع‌شده، که از بات‌نت‌ها استفاده می‌کنند، به ویژه چالش‌برانگیز هستند.

گرفتن بسته. مهاجمان می‌توانند از ابزارهای گرفتن بسته برای ضبط اطلاعات حساس منتقل شده در شبکه‌ها، به ویژه شبکه‌های بی‌سیم، استفاده کنند. رمزنگاری یک دفاع کلیدی در برابر گرفتن بسته است.

7. تاریخچه‌ای مختصر: از ARPANET تا اینترنت امروز

اینترنت امروز به‌طور قابل‌توجهی بزرگ‌ترین سیستم مهندسی شده‌ای است که تاکنون توسط بشر ایجاد شده است.

ریشه‌های سوئیچینگ بسته. ریشه‌های اینترنت به اوایل دهه 1960 و توسعه سوئیچینگ بسته به عنوان یک جایگزین برای سوئیچینگ مدار برمی‌گردد. شخصیت‌های کلیدی شامل لئونارد کلینراک، پل باران و دونالد دیویس هستند.

ARPANET و TCP/IP. ARPANET، اولین شبکه سوئیچینگ بسته، پیش‌درآمدی برای اینترنت بود. توسعه TCP/IP در دهه 1970 پایه‌ای برای اتصال شبکه‌ها فراهم کرد.

انفجار اینترنت. دهه‌های 1980 و 1990 شاهد گسترش شبکه‌ها و تجاری‌سازی اینترنت بودند. ظهور وب جهانی در دهه 1990 اینترنت را به عموم مردم معرفی کرد.

آخرین به‌روزرسانی:: February 25, 2025