نکات کلیدی
1. اصول ارتباطات داده: سیگنال‌ها، رسانه و کدگذاری
مشکل اساسی در ارتباطات، بازتولید پیام انتخاب شده در یک نقطه به‌طور دقیق یا تقریبی در نقطه‌ای دیگر است.
سیگنال‌ها و انتقال. ارتباطات داده به سیگنال‌های الکترومغناطیسی متکی است که می‌توانند آنالوگ (پیوسته) یا دیجیتال (گسسته) باشند. این سیگنال‌ها از طریق رسانه‌های مختلفی از جمله گزینه‌های هدایت‌شده (جفت تابیده، کابل کواکسیال، فیبر نوری) و غیرهدایت‌شده (بی‌سیم) منتقل می‌شوند. ویژگی‌های سیگنال، مانند فرکانس، دامنه و فاز، و خصوصیات رسانه، مانند پهنای باند و تضعیف، کیفیت و کارایی انتقال داده را تعیین می‌کنند.
تکنیک‌های کدگذاری. برای انتقال اطلاعات، داده‌ها باید به سیگنالی مناسب برای رسانه انتخاب شده کدگذاری شوند. داده‌های دیجیتال می‌توانند با سیگنال‌های دیجیتال (مانند NRZ، منچستر) یا سیگنال‌های آنالوگ (مانند ASK، FSK، PSK) نمایش داده شوند. به‌طور مشابه، داده‌های آنالوگ می‌توانند با سیگنال‌های آنالوگ (مانند AM، FM، PM) یا سیگنال‌های دیجیتال (مانند PCM) نمایش داده شوند. انتخاب تکنیک کدگذاری بر پهنای باند سیگنال، همزمانی و قابلیت‌های تشخیص خطا تأثیر می‌گذارد.
نقص‌های انتقال. سیگنال‌ها در حین انتقال تحت تأثیر نقص‌هایی قرار می‌گیرند، از جمله تضعیف (کاهش سیگنال)، اعوجاج (تغییر شکل سیگنال) و نویز (سیگنال‌های ناخواسته). این نقص‌ها می‌توانند کیفیت سیگنال را کاهش دهند و خطاهایی را معرفی کنند. درک این نقص‌ها برای طراحی سیستم‌های ارتباطی مؤثر بسیار مهم است.
2. مبانی شبکه: LANها، WANها و اینترنت
تسهیلات ارتباطات داده و شبکه‌سازی مؤثر و کارآمد برای هر شرکتی حیاتی است.
شبکه‌های محلی (LAN). LANها دستگاه‌ها را در یک منطقه محدود، مانند یک ساختمان یا دانشگاه، متصل می‌کنند. این شبکه‌ها با نرخ‌های بالای داده، نرخ‌های خطای پایین و رسانه‌های مشترک مشخص می‌شوند. توپولوژی‌های رایج LAN شامل باس، حلقه، ستاره و درخت است. LANها برای اتصال رایانه‌های شخصی، ایستگاه‌های کاری و سرورها در یک سازمان ضروری هستند.
شبکه‌های گسترده (WAN). WANها مناطق جغرافیایی بزرگ‌تری را پوشش می‌دهند و معمولاً شامل استفاده از خطوط ارتباطی عمومی یا اجاره‌ای هستند. WANها برای اتصال LANهای جغرافیایی پراکنده و فراهم کردن دسترسی به اینترنت استفاده می‌شوند. فناوری‌های رایج WAN شامل سوئیچینگ مدار، سوئیچینگ بسته، فریم رله و ATM است.
اینترنت. اینترنت یک شبکه جهانی از شبکه‌های متصل به هم است. این شبکه از مجموعه پروتکل TCP/IP برای امکان‌پذیر کردن ارتباط بین سیستم‌های مختلف استفاده می‌کند. اینترنت به یک نیروی غالب در زندگی تجاری و شخصی تبدیل شده و دسترسی به اطلاعات، خدمات و برنامه‌ها را فراهم می‌کند.
3. معماری پروتکل‌ها: مدل‌های TCP/IP و OSI
برای نابود کردن کامل ارتباط، باید هیچ قانونی بین فرستنده و گیرنده مشترک نباشد—نه از نظر الفبا و نه از نظر نحو.
رویکرد لایه‌ای. یک معماری پروتکل عملکردهای ارتباطی را به مجموعه‌ای از لایه‌ها سازماندهی می‌کند که هر کدام مجموعه خاصی از وظایف را انجام می‌دهند. این رویکرد مدولار طراحی، پیاده‌سازی و نگهداری را ساده می‌کند. هر لایه به خدمات لایه زیرین خود متکی است و خدماتی به لایه بالایی خود ارائه می‌دهد.
مدل TCP/IP. مجموعه پروتکل TCP/IP پایه اینترنت است. این مجموعه شامل پنج لایه است: فیزیکی، دسترسی به شبکه، اینترنت، حمل و نقل و کاربرد. لایه اینترنت از IP برای ارائه مسیریابی در چندین شبکه استفاده می‌کند و لایه حمل و نقل از TCP یا UDP برای ارائه انتقال داده قابل اعتماد یا غیرقابل اعتماد از انتها به انتها استفاده می‌کند.
مدل OSI. مدل ارتباطات سیستم‌های باز (OSI) یک مدل مرجع هفت لایه‌ای برای پروتکل‌های شبکه است. این مدل شامل لایه‌های فیزیکی، پیوند داده، شبکه، حمل و نقل، جلسه، ارائه و کاربرد است. اگرچه مدل OSI به‌طور گسترده‌ای پیاده‌سازی نشده است، اما چارچوب مفیدی برای درک عملکردهای شبکه ارائه می‌دهد.
4. کنترل پیوند داده: اطمینان از انتقال قابل اعتماد
گیرنده باید قادر باشد تشخیص دهد که یک سیگنال چه زمانی شروع به ورود می‌کند و چه زمانی به پایان می‌رسد.
همزمانی. پروتکل‌های کنترل پیوند داده تبادل داده‌ها را بین دو دستگاه متصل به‌طور مستقیم مدیریت می‌کنند. یک عملکرد کلیدی همزمانی است که اطمینان می‌دهد گیرنده می‌تواند به‌طور دقیق جریان بیت ورودی را تفسیر کند. انتقال غیرهمزمان از بیت‌های شروع و توقف برای هر کاراکتر استفاده می‌کند، در حالی که انتقال همزمان از سیگنال ساعت و فریم‌بندی استفاده می‌کند.
کنترل خطا. پروتکل‌های کنترل پیوند داده همچنین مکانیزم‌های کنترل خطا را فراهم می‌کنند، از جمله تشخیص و اصلاح خطا. تکنیک‌های تشخیص خطا، مانند بررسی‌های پاریتی و بررسی‌های افزونگی دورانی (CRC)، برای شناسایی خطاها استفاده می‌شوند. تکنیک‌های اصلاح خطا، مانند اصلاح خطای پیشرو (FEC)، می‌توانند برخی از خطاها را بدون نیاز به ارسال مجدد اصلاح کنند.
کنترل جریان. مکانیزم‌های کنترل جریان از غرق شدن گیرنده با داده‌ها توسط فرستنده جلوگیری می‌کنند. کنترل جریان توقف و انتظار نیاز به تأیید برای هر فریم دارد، در حالی که کنترل جریان پنجره لغزشی اجازه می‌دهد چندین فریم به‌طور همزمان در حال انتقال باشند.
5. چندپخشی و طیف گسترده: استفاده مؤثر از منابع
خدمات انتقال همچنان گران‌ترین جزء بودجه ارتباطات برای اکثر کسب‌وکارها باقی می‌ماند.
چندپخشی. چندپخشی اجازه می‌دهد چندین جریان داده یک رسانه انتقال واحد را به اشتراک بگذارند. چندپخشی تقسیم فرکانس (FDM) پهنای باند موجود را به چندین باند فرکانسی تقسیم می‌کند که هر کدام سیگنال جداگانه‌ای را حمل می‌کنند. چندپخشی تقسیم زمان (TDM) زمان انتقال را به اسلات‌هایی تقسیم می‌کند که هر کدام به یک منبع مختلف اختصاص داده می‌شود. TDM آماری به‌طور پویا اسلات‌های زمانی را بر اساس تقاضا تخصیص می‌دهد.
طیف گسترده. تکنیک‌های طیف گسترده پهنای باند یک سیگنال را افزایش می‌دهند تا مقاومت آن را در برابر تداخل و اختلال افزایش دهند. طیف گسترده پرش فرکانس (FHSS) سیگنال را به‌سرعت در چندین فرکانس تغییر می‌دهد. طیف گسترده توالی مستقیم (DSSS) از یک کد گسترش برای افزایش پهنای باند سیگنال استفاده می‌کند.
دسترسی چندگانه تقسیم کد (CDMA). CDMA یک تکنیک دسترسی چندگانه است که از طیف گسترده برای اجازه دادن به چندین کاربر برای به اشتراک‌گذاری همزمان همان پهنای باند استفاده می‌کند. هر کاربر یک کد منحصر به فرد دریافت می‌کند که به گیرنده اجازه می‌دهد سیگنال‌ها را از کاربران مختلف جدا کند.
6. فناوری‌های سوئیچینگ: مدار، بسته و ATM
اینترنت، وب و برنامه‌های مرتبط به عنوان ویژگی‌های غالب در دنیای تجاری و شخصی ظهور کرده‌اند.
سوئیچینگ مدار. سوئیچینگ مدار یک مسیر اختصاصی بین دو ایستگاه برای مدت زمان ارتباط برقرار می‌کند. این روش معمولاً در شبکه‌های تلفن استفاده می‌شود. سوئیچینگ مدار برای ترافیک داده‌ای که به‌صورت ناگهانی و متناوب است، ناکارآمد است زیرا منابع حتی زمانی که داده‌ای منتقل نمی‌شود، اختصاص داده می‌شوند.
سوئیچینگ بسته. سوئیچینگ بسته داده‌ها را در بلوک‌های کوچک به نام بسته‌ها منتقل می‌کند. هر بسته شامل اطلاعات آدرس‌دهی است و به‌طور مستقل از طریق شبکه مسیریابی می‌شود. سوئیچینگ بسته برای ترافیک داده‌ای که به‌صورت ناگهانی و متناوب است، کارآمدتر از سوئیچینگ مدار است. سوئیچینگ بسته داتاگرام هر بسته را به‌طور مستقل در نظر می‌گیرد، در حالی که سوئیچینگ بسته مدار مجازی یک مسیر از پیش برنامه‌ریزی شده برای تمام بسته‌ها برقرار می‌کند.
حالت انتقال غیرهمزمان (ATM). ATM یک فناوری سوئیچینگ بسته با سرعت بالا است که از بسته‌های با اندازه ثابت به نام سلول‌ها استفاده می‌کند. ATM برای پشتیبانی از انواع مختلف ترافیک، از جمله صدا، ویدئو و داده طراحی شده است. ATM تضمین‌های کیفیت خدمات (QoS) را برای انواع مختلف ترافیک فراهم می‌کند.
7. مسیریابی و کنترل ترافیک: ناوبری در شبکه
هدف اساسی یک سیستم ارتباطی تبادل داده بین دو طرف است.
مسیریابی. الگوریتم‌های مسیریابی مسیرهایی را که بسته‌ها از طریق یک شبکه طی می‌کنند، تعیین می‌کنند. الگوریتم‌های مسیریابی می‌توانند بر اساس معیارهای عملکرد (مانند حداقل پرش، کمترین هزینه)، منبع اطلاعات (محلی، مجاور، تمام گره‌ها) و زمان تصمیم‌گیری (بسته، جلسه) طبقه‌بندی شوند. الگوریتم‌های مسیریابی رایج شامل الگوریتم دیکسترا و الگوریتم بلمن-فورد است.
کنترل ترافیک. ترافیک زمانی که شبکه با بار ترافیکی بیش از حد بارگذاری می‌شود، دچار ازدحام می‌شود. مکانیزم‌های کنترل ترافیک برای جلوگیری یا کاهش ازدحام استفاده می‌شوند. تکنیک‌ها شامل فشار معکوس، بسته‌های خفه‌کننده، سیگنال‌دهی ازدحام ضمنی (مانند TCP) و سیگنال‌دهی ازدحام صریح (مانند FECN، BECN) هستند.
مدیریت ترافیک. تکنیک‌های مدیریت ترافیک برای ارائه سطوح مختلف خدمات به انواع مختلف ترافیک استفاده می‌شوند. این تکنیک‌ها شامل پلیس ترافیک، شکل‌دهی ترافیک و مکانیزم‌های کیفیت خدمات (QoS) هستند.
8. شبکه‌های بی‌سیم: فناوری‌های سلولی و LAN
در دهه‌های اخیر، روندی به سمت افزایش تحرک وجود داشته است که کارگران را از محدودیت‌های سازمان‌های فیزیکی آزاد کرده است.
شبکه‌های سلولی. شبکه‌های سلولی یک منطقه جغرافیایی را به سلول‌هایی تقسیم می‌کنند که هر کدام توسط یک ایستگاه پایه سرویس‌دهی می‌شوند. استفاده مجدد از فرکانس‌ها اجازه می‌دهد تا همان فرکانس‌ها در سلول‌های غیرمجاور استفاده شوند. شبکه‌های سلولی از تکنیک‌های مختلفی برای مدیریت تحرک، انتقال و تداخل استفاده می‌کنند.
LANهای بی‌سیم. LANهای بی‌سیم از امواج رادیویی یا نور مادون قرمز برای انتقال داده‌ها در فواصل کوتاه استفاده می‌کنند. فناوری‌های رایج LAN بی‌سیم شامل مادون قرمز، طیف گسترده و میکروویو باریک‌باند است. LANهای بی‌سیم برای فراهم کردن تحرک، انعطاف‌پذیری و سهولت نصب استفاده می‌شوند.
IEEE 802.11. استاندارد IEEE 802.11 مجموعه‌ای از خدمات و گزینه‌های لایه فیزیکی برای LANهای بی‌سیم را تعریف می‌کند. این استاندارد شامل مشخصات برای کنترل دسترسی به رسانه (MAC)، احراز هویت، مدیریت کلید و حریم خصوصی انتقال داده است.
9. پروتکل‌های اینترنت: IP، IPv6 و ICMP
اینترنت از ARPANET تکامل یافته است که در سال 1969 توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته (ARPA) وزارت دفاع ایالات متحده توسعه یافت.
پروتکل اینترنت (IP). IP پایه مجموعه پروتکل‌های اینترنت است. این پروتکل یک سرویس بدون اتصال و با بهترین تلاش برای انتقال بسته‌های داده در شبکه‌ها فراهم می‌کند. IP شامل عملکردهای آدرس‌دهی، مسیریابی و تکه‌تکه کردن است.
IPv6. IPv6 نسخه نسل بعدی IP است. این پروتکل از آدرس‌های 128 بیتی استفاده می‌کند، مکانیزم‌های گزینه بهبودیافته‌ای را فراهم می‌کند و از پیکربندی خودکار آدرس پشتیبانی می‌کند. IPv6 برای رفع محدودیت‌های IPv4 و پشتیبانی از تقاضاهای رو به رشد اینترنت طراحی شده است.
پروتکل کنترل پیام اینترنت (ICMP). ICMP بخشی جدایی‌ناپذیر از IP است. این پروتکل وسیله‌ای برای تبادل پیام‌های کنترل و خطا بین روترها و میزبان‌ها فراهم می‌کند. ICMP برای مدیریت شبکه، عیب‌یابی و کنترل ازدحام استفاده می‌شود.
10. پروتکل‌های حمل و نقل: TCP و UDP
صرف‌نظر از ماهیت برنامه‌هایی که داده‌ها را تبادل می‌کنند، معمولاً الزامی وجود دارد که داده‌ها به‌طور قابل اعتماد تبادل شوند.
پروتکل کنترل انتقال (TCP). TCP یک پروتکل حمل و نقل مبتنی بر اتصال و قابل اعتماد است. این پروتکل کنترل جریان، کنترل خطا و تحویل مرتب داده‌ها را فراهم می‌کند. TCP توسط بسیاری از برنامه‌هایی که نیاز به انتقال داده قابل اعتماد دارند، مانند انتقال فایل، پست الکترونیکی و دسترسی به وب استفاده می‌شود.
پروتکل دیتاگرام کاربر (UDP). UDP یک پروتکل حمل و نقل بدون اتصال و غیرقابل اعتماد است. این پروتکل مکانیزمی ساده برای ارسال داده‌ها بدون بار اضافی مدیریت اتصال و کنترل خطا فراهم می‌کند. UDP توسط برنامه‌هایی که نیاز به انتقال داده قابل اعتماد ندارند، مانند پخش صوت و ویدئو استفاده می‌شود.
کنترل ازدحام TCP. TCP از تکنیک‌های مختلفی برای مدیریت ازدحام در اینترنت استفاده می‌کند، از جمله شروع آهسته، اجتناب از ازدحام، ارسال مجدد سریع و بازیابی سریع. این تکنیک‌ها به TCP اجازه می‌دهند تا به شرایط متغیر شبکه سازگار شود و از غرق شدن شبکه با ترافیک جلوگیری کند.
11. امنیت شبکه: حفاظت از داده‌ها و سیستم‌ها
فرستنده داده ممکن است بخواهد اطمینان حاصل کند که تنها گیرنده مورد نظر واقعاً داده‌ها را دریافت می‌کند.
محرمانگی. محرمانگی از طریق رمزگذاری به‌دست می‌آید که داده‌ها را به فرمت غیرقابل خواندن تبدیل می‌کند. رمزگذاری متقارن از یک کلید واحد برای هر دو فرایند رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کند، در حالی که رمزگذاری کلید عمومی از دو کلید، یکی برای رمزگذاری و دیگری برای رمزگشایی استفاده می‌کند.
احراز هویت پیام. احراز هویت پیام اطمینان می‌دهد که یک پیام تغییر نکرده و از منبع ادعایی آمده است. کدهای احراز هویت پیام (MAC) و توابع هش برای تولید برچسب‌های احراز هویت که به پیام‌ها الحاق می‌شوند، استفاده می‌شوند.
لایه سوکت‌های امن (SSL) و امنیت لایه انتقال (TLS). SSL و TLS پروتکل‌هایی هستند که ارتباطات امن را بر روی TCP فراهم می‌کنند. این پروتکل‌ها از رمزگذاری و احراز هویت برای حفاظت از داده‌های منتقل شده بین مرورگرهای وب و سرورهای وب استفاده می‌کنند.
امنیت IP (IPSec). IPSec مجموعه‌ای از پروتکل‌ها است که امنیت را در لایه IP فراهم می‌کند. IPSec می‌تواند برای ایجاد شبکه‌های خصوصی مجازی (VPN) و تأمین امنیت ارتباطات بین میزبان‌ها و روترها استفاده شود.
12. برنامه‌های اینترنتی: پست الکترونیکی، وب و چندرسانه‌ای
اینترنت، وب و برنامه‌های مرتبط به عنوان ویژگی‌های غالب در دنیای تجاری و شخصی ظهور کرده‌اند.
پست الکترونیکی (SMTP و MIME). پروتکل انتقال پست ساده (SMTP) برای انتقال پیام‌های پست الکترونیکی بین میزبان‌ها استفاده می‌شود. استاندارد گسترش پست اینترنت چندمنظوره (MIME) SMTP را برای پشتیبانی از محتوای چندرسانه‌ای، مانند تصاویر، صدا و ویدئو گسترش می‌دهد.
وب جهانی (HTTP). پروتکل انتقال ابرمتن (HTTP) پایه وب جهانی است. این پروتکل برای انتقال صفحات وب و سایر منابع بین مرورگرهای وب و سرورهای وب استفاده می‌شود. HTTP یک پروتکل بدون حالت و درخواست/پاسخ است.
خدمات دایرکتوری اینترنت (DNS). سیستم نام دامنه (DNS) یک سرویس جستجوی دایرکتوری است که نام‌های دامنه را به آدرس‌های IP نگاشت می‌کند. DNS یک پایگاه داده توزیع‌شده و سلسله‌مرات
آخرین به‌روزرسانی::
نقد و بررسی
کتاب داده‌ها و ارتباطات کامپیوتری به‌طور کلی مورد توجه خوانندگان قرار گرفته و میانگین امتیاز آن ۳.۸۹ از ۵ است. بسیاری از خوانندگان این کتاب را جامع و عملی می‌دانند و به پوشش گسترده‌ای که در زمینه‌ی شبکه‌های کامپیوتری و ارتباطات دارد، اشاره می‌کنند. دانشجویان از توضیحات دقیق و نمودارهای مفید آن قدردانی می‌کنند. برخی خوانندگان معتقدند که این کتاب نقطه‌ی شروع خوبی برای مبتدیان در حوزه‌ی فناوری اطلاعات است، در حالی که دیگران اشاره می‌کنند که ممکن است محتوای آن فنی و پر از ریاضیات باشد. به‌طور کلی، این کتاب به‌عنوان منبعی ارزشمند برای درک مفاهیم ارتباطات کامپیوتری شناخته می‌شود، هرچند که برخی از نقدها آن را گیج‌کننده یا بیش از حد سطحی توصیف کرده‌اند.
