مقدمه ای بر شبکه های بی سیم و کابلی

مقدمه ای بر شبکه های بی سیم و کابلی

هسته اصلی سیستم های توزیع اطلاعات را  تشکیل می دهند. مفهوم شبکه های کامپیوتری بر پایه اتصال کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات سخت افزاری به یکدیگر برای ایجاد امکان ارتباط و تبادل اطلاعات استوار شده است. گروهی از کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات متصل به هم را یک شبکه می نامند. کامپیوتر هایی که در یک شبکه واقع هستند، میتوانند اطلاعات، پیاشبکه های کامپیوتریم، نرم افزار و سخت افزارها را بین یکدیگر به اشتراک بگذارند. به اشتراک گذاشتن اطلاعات، پیام ها و نرم افزارها، تقریباً برای همه قابل تصور است در این فرایند نسخه ها یا کپی اطلاعات نرم افزاری از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل می شود. هنگامی که از به اشتراک گذاشتن سخت افزار سخن می گوییم به معنی آن است که تجهیزاتی نظیر چاپگر یا دستگاه مودم را می توان به یک کامپیوتر متصل کرد و از کامپیوتر دیگر واقع در همان شبکه، از آن ها استفاده نمود.

-1- شبکه های کابلی

LANیا همان شبکه محلی، در توصیف مجموعه ای رایانه هایی به کار می رود که توسط یک یا چند ابزار رسانه ای و ارتباطی به یکدیگر متصل شده و منابعی را برای استفاده درون شبکه ای به اشتراک گذاشته اند. قبل از ظهور رایانه های شخصی، این ارتباط ممکن بود بین دو یا چند رایانه مرکزی وجود داشته باشد که با سرعت پائین فعالیت می کردند. با ظهور رایانه های شخصی و گسترش روز افزون سیستم عامل هایی که کاربرد گسترده تری در بین کاربران پیدا می کردند، زمینه های رشد شبکه های محلی فراهم شد. در ابتدا این ارتباط جهت به اشتراک گذاری فضای هارد و یا چاپگرها بود، ولی طولی نکشید که ایده توسعه شبکه های به گونه ای گشت که کارشناسان در همان ایام، دوره بعدی را دوره شبکه های محلی نام گذاری کردند.

در میان مزایایی که برای شبکه های محلی از آن نام برده شده است می توان به موارد زیر اشاره کرد:

قابلیت به اشتراک گزاری فضای هارد

قابلیت به اشتراک گزاری انواع دستگاه های کاربردی شامل چاپگر، دورنگار، اسکنر و …

قابلیت بهره گیری از سیستم های نرم افزاری یکپارچه اتوماسیون اداری

صرفه جویی در زمان کاربران نسبت به شیوه استفاده انفرادی

امروزه این کاربرد فراتر از موارد ذکر شده رفته و در بسیاری جنبه های فناوری اطلاعات جای خود را باز کرده است.

یکی از اصلی ترین مفاهیم مطرح در شبکه های محلی، رسانه های ارتباطی می باشد. این رسانه ها شامل موارد زیر می باشند:

کابل های کواکسیال

کابل های زوج به هم تابیدهTwisted pair

فیبر نوری

امواج بی سیم

در این میان کابل های زوج به هم تابیده که در انواع مختلف در بازار عرضه می شوند، بیشترین گستردگی و استفاده را در استقرار و پیاده سازی شبکه های محلی دارند. بهای تمام شده پائین، پشتیبانی از سرعت بالا، بهره داشتن از امنیت بیشتر، و عمر بالای تجهیزات از جمله مزایایی است که در استفاده از این رسانه می توان به آن اشاره کرد. مهمترین استانداردهای پیاده سازی که در این زمینه عرضه شده است، مبتنی بر روش های کابل کشی ساخت یافته (Structured Cabling) است. در این استانداردها، کلیه پارامترهای لازم جهت استقرار شبکه های بهینه و قابل اطمینان مطرح شده است.

نیاز شما برای استقرار چه پهنای باند و یا چه میزان امنیت می باشد فرقی نمی کند، بهترین روش برای پاسخگویی به آن توسط کارشناسان ما طراحی و عرضه خواهد شد. کلیه روش ها مبتنی بر اصول کابل کشی ساخت یافته خواهد بود، به گونه ای که شبکه ای کارا و مطمئن عرضه نماید.

رسانه های انتقال داده در شبکه های کامپيوتری

امروزه از رسانه های متفاوتی به عنوان محيط انتقال در شبکه های کامپيوتری استفاده می شود که از آنان با نام ستون فقرات در يک شبکه ياد می شود . کابل های مسی، فيبرنوری و شبکه های بدون کابل نمونه هائی متداول در اين زمينه می باشند.

• کابل های مسی : از کابل های مسی تقريبا” در اکثر شبکه های محلی استفاده می گردد . اين نوع کابل ها دارای انواع متفاوتی بوده که هر يک دارای مزايا و محدوديت های مختص به خود می باشند . انتخاب مناسب کابل، يکی از پارامترهای اساسی در زمان پياده سازی يک شبکه کامپيوتری است که بر نحوه عملکرد يک شبکه تاثير مستقيم خواهد داشت . اطلاعات در کابل های مسی با استفاده از جريان الکتريکی حمل می گردد .
• فيبر نوری : فيبر نوری يکی از رسانه های متداول انتقال داده با ويژگی های متعددی نظير قابليت ارسال داده در مسافت های طولانی ، ارائه پهنای باند بالا ، انتقال اطلاعات نظير به نظير مورد نياز بر روی ستون فقرات شبکه های محلی و شبکه های WAN می باشد . با استفاده از رسانه های نوری ، از نور برای انتقال داده بر روی فيبرهای نازک شيشه ای و يا پلاستيک استفاده می گردد . فرستنده فيبر نوری ، سيگنال های الکتريکی را به سيگنال های نوری تبديل و در ادامه آنان را بر روی فيبر ارسال می نمايد . در نهايت ، دريافت کننده سيگنال های نوری آنان را به سيگنال های الکتريکی تبديل خواهد کرد . در کابل های فيبرنوری ، الکتريسته ای وجود نداشته و شيشه استفاده شده در کابل فيبر نوری يک عايق مناسب الکتريکی است .
• شبکه های بدون کابل : نوع و نحوه ارتباط فيزيکی عناصر موجود در يک شبکه کامپيوتری می تواند تاثير مستقيمی در نحوه اشتراک فايل ها ، عملکرد سرويس دهندگان و سرويس های ارائه شده بر روی يک شبکه را به دنبال داشته باشد . در شبکه های سنتی انعطاف لازم برای جابجائی يک کامپيوتر، محدود به ساختمان محل نصب شبکه و نوع رسانه استفاده شده برای محيط انتقال است . با معرفی شبکه های بدون کابل ، امکان ارتباط کامپيوترها در محدوده بيشتری فراهم و سناريوئی ديگر به منظور برپاسازی شبکه های کامپيوتری مطرح گرديد. انعطاف شبکه های بدون کابل يکی از مهمترين ويژگی های اين نوع شبکه ها محسوب می گردد ، گرچه همچنان اين نوع شبکه های دارای چالش هائی در زمينه امنيت و سرعت بالای انتقال داده می باشند .

کابل ها دارای مشخه های متفاوتی می باشند که اهم آنان عبارتند از :

• سرعت انتقال داده : نرخ انتقال داده از طريق کابل را مشخص می نمايد که يکی از پارامترهای بسيار مهم در شبکه های کامپيوتری است .
• نوع انتقال داده : نحوه ارسال اطلاعات ( ديجيتال و يا آنالوگ ) را مشخص می نمايد .انتقال اطلاعات به صورت ديجيتال يا Baseband و يا آنالوگ يا Broadband دارای تاثيری مستقيم بر نحوه ارسال اطلاعات در يک شبکه کامپيوتری است .
• حداکثر مسافت انتقال داده : حداکثر مسافت ارسال يک سيگنال بدون اين که تضعيف و يا دچار مشکل گردد را مشخص می نمايد .

متداولترین روش اتصال کامپیوترها در یک شبکه استفاده از کابل است. کابل ها علی رغم ساده و ارزان بودن دارای محدودیت هایی نیز هستند. مثلاً نمی توان دو دفتر یک شرکت را که در دو نقطه از یک شهر واقع هستند، توسط کابل به هم ارتباط داد. به علاوه استفاده از کابل در بسیاری از مواقع دست و پاگیر است. برای غلبه بر این محدودیت ها در بعضی از شبکه ها، از محیط واسطه انتقال رادیویی یا بی سیم استفاده می شود. تکنولوژی بی سیم به عنوان جایگزین سیستم کابل کشی به سرعت در صنعت نرم افزار و سخت افزار مطرح شده است. در بعضی از شبکه ها، از سیستم بی سیم برای پشتیبانی از شبکه در هنگام آسیب دیدگی کابل ها استفاده می شود. شبکه هایی که از تکنولوژی بی سیم برای ارتباط استفاده می کنند، شبکه های بی سیم (Wireless) نام دارند. در شبکه های بی سیم از امواج رادیویی به عنوان محیط انتقال استفاده می شود. امواج رادیویی مورد استفاده در شبکه های بی سیم را از نظر فرکانس به کار رفته به سه گروه تقسیم می کنند. امواج رادیویی، مایکروویو و مادون قرمز.

• امواج رادیویی (Radio Frequency): فرکانس امواج رادیویی (RF) به کار رفته در شبکه های بی سیم بین محدوده ۱۰ کیلوهرتز تا چند گیگاهرتز قرار می گیرند. امواج RF به خودی خود در تمام جهت ها منتشر می شوند، اما می توان به کمک آنتن های ویژه جهت انتشار این امواج را محدود به یک سمت خاص نمود. برد انتشار امواج رادیویی بسیار زیاد است ضمن آنکه می توان به کمک دستگاه های فرستنده – گیرنده (Transceiver) رادیویی، این امواج را برای ارسال به نقاط دورتر تقویت کرد. سرعت انتقال داده در سیستم های رادیویی بین ۱ تا ۱۱ مگابیت برثانیه است. سیستم رادیویی RF می تواند در سیستم های شبکه ای سیار یا Mobile نیز مورد استفاده قرار گیرد. ارتباطات در این محدوده نیاز به مجوز ندارند.
• مایکروویو (Microwave): نوع دیگر شبکه های بی سیم از امواج رادیویی در باند فرکانسی مایکروویو برای محیط انتقال استفاده می کنند. امواج مایکروویو برخلاف امواج RF فقط در یک جهت منتشر می شوند. این امواج در برابر تداخل حاصل از فعالیت های الکتریکی اتمسفری نظیر رعد و برق بسیار حساس هستند. در سیستم های مایکروویو نیز همانند امواج RF سرعت انتقال داده به فرکانس سیگنال بستگی داشته و در ناحیه ای بین یک تا ده Mbps قرار می گیرد. فرکانس سیگنال در سیستم های مایکروویو بین ۴ تا ۱۴ گیگاهرتز می باشد. سیستم های مایکروویو به دو صورت مورد استفاده قرار می گیرند: سیستم های زمینی و سیستم های ماهواره ای. سیستم های مایکروویو زمینی از آنتن های بشقابی دو طرفه برای رله امواج استفاده می کنند و باید دارای مجوز باشند. سیستم های ماهواره ای مایکروویو از طیف فرکانس باند کوتاه استفاده کرده و برای رله آن ها از ماهواره ها کمک گرفته می شود. تضعیف در سیستم های رادیویی RF و مایکروویو نیز وجود دارد. در این سیستم ها، تضعیف به اندازه آنتن و فرکانس سیگنال بستگی دارد.
• مادون قرمز (IR): نوع سوم شبکه های بی سیم از امواج رادیویی در فرکانس امواج نور در ناحیه مادون قرمز برای محیط انتقال استفاده می کنند. برای تولید امواج مادون قرمز از دیود های نور گسیل (LED) یا دیودهای لیزری (ILD) استفاده می شود. استفاده از امواج نوری مادون قرمز برای محیط های سربسته بسیار مناسب است. هزینه تجهیزات این سیستم به کیفیت مورد استفاده و تولید کننده آنها بستگی دارد. از آنجایی که فرکانس امواج رادیویی در ناحیه مادون قرمز بالا است، سرعت انتقال داده در سیستم های مادون قرمز نیز بالا بوده و بین یک مگابیت بر ثانیه تا ۱۶ مگابیت برثانیه می باشد.

علت مقبولیت شبکه های WLAN:

شبکه های Wireless LAN شبکه محلی بدون کابل است که همان مزایا و وضعیت تکنولوژی LAN را دارد.شبکه های محلی بی سیم به جای استفاده از کابل های هم محور، به هم تابیده یا فیبر نوری از فرکانس های رادیویی RF استفاده می کند. شبکه های بی سیم با اتکا به امواج گسترده (Spreed Spectrum) که حساسیت کمتری نسبت به نویز رادیویی و تداخل دارند عمل می کنند. لذا برای انتقال اطلاعات بسیار مناسب می باشند.

2-1- حرکت از LAN کابلی به بی سیم:

اترنت تکنولوژی حکمفرما در دنیای کابلی است که توسط سازمان IEEE با استاندارد ۸۰۲.۳ تعریف شده است. و یک استاندارد کامل با سرعت بالا و قابلیت دسترسی گسترده می باشد. اترنت امکان انتقال اطلاعات باا سرعت ده مگابیت در ثانیه را دارد و نوع سریع تر آن با سرعت صد مگابیت در ثانیه اطلاعات را انتقال می دهد. اولین فناوری شبکه محلی بی سیم در باند ۹۰۰ مگاهرتز و سرعت پایین (۱ تا ۲ مگابیت برثانیه) متولد شد. علیرغم کمبودها و بخصوص سرعت پایین، آزادی و انعطاف پذیری بی سیم باعث شد این فناوری تاز
ه راه خود را به خرده فروشی ها و انبارهایی که دستگاه های قابل حمل در دست را برای مدیریت و دریافت اطلاعات استفاده می کردند، باز کند. در سال ۱۹۹۱ شبکه های بی سیم از اقبال عمومی گسترده برخوردار شدند. یک سال بعد شرکت ها به تولید دستگاه های شبکه های بی سیم که در باند ۲/۴ گیگاهرتزی کار می کردند، روی آورند. در ژوئن ۱۹۹۷، IEEE استاندارد ۸۰۲.۱۱ را برای شبکه های محلی بی سیم ارائه داد. استاندارد ۸۰۲.۱۱ از انتقال با نور مادون قرمز و دو نوع انتقال رادیویی با پهنای باند ۲/۴ گیگاهرتز و سرعت انتقال داده ۲ مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کند.

در سپتامبر سال ۱۹۹۹ نیز استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱b برای انتقال اطلاعات بصورت بی سیم با سرعت ۱۱

مگابیت برثانیه معرفی گردید.

شبكه‌هاي محلي(LAN)  براي خانه و محيط کار مي توانند به دو صورت کابلي(Wired)  يا بي سيم   Wireless) ) طراحي گردند . درابتدا اين شبكه ها به روش کابلي با استفاده از تكنولوژي Ethernet  طراحي مي شدند اما اکنون با روند رو به افزايش استفاده از شبكه هاي بي سيم با تكنولوژي Wi-Fi مواجه هستيم .

شکل 1-1- شبکه بی سیم

در شبكه هاي کابلی (که در حال حاضر بيشتر با توپولوژي ستاره اي بكار مي روند )بايستي از محل هر ايستگاه کاري تا دستگاه توزيع کننده(هاب يا سوئيچ ) به صورت مستقل کابل کشي صورت پذيرد(طول کابل ازنوع CAT5 نبايستي 100 متر بيشتر باشد در غير اينصورت از فيبر نوري استفاده ميگردد) که تجهيزات بكار رفته از دونوع غير فعال(Passive ) مانند کابل ، پريز، داکت ، پچ پنل …. . و فعال (Active) مانند هاب ،سوئيچ ،روتر ، کارت شبكه و…  هستند .

موسسه مهندسي IEEE استانداردهاي 802.3u  را براي Fast Ethernet و802.3ab و 802.3z را براي Gigabit Ethernet (مربوط به کابلهاي الكتريكي و نوري ) در نظر گرفته است.

شبكه هاي بي سيم نيز شامل دستگاه مرکزي (Access Point) که هر ايستگاه آاري مي تواند حداآثر تا فاصله 30 متر ي آن (بدون مانع ) قرار گيرد. شبكه هاي بي سيم(Wlan) يكي از سه استاندارد ارتباطي Wi-Fi زير را بكار مي برند:

802.11 b • كه اولين استانداردي است که به صورت گسترده بكار رفته است .

802.11 a • سريع‌تر اما گرانتر از 802.11 b مي باشد.

802.11 g • جديدترين استاندارد که شامل هر دو استاندارد قبلي بوده و از همه گرانتر ميباشد.

هر دونوع شبكه هاي کابلي و بي سيم ادعاي برتري بر ديگري را دارند اما انتخاب صحيح با در نظر گرفتن قابليتهاي آنها ميسر مي باشد.

3-1- عوامل مقايسه

در مقايسه شبكه هاي بي سيم و کابلي مي تواند قابليتهاي زير مورد بررسي قرار گيرد:

• نصب و راه اندازي
• هزينه
• قابليت اطمينان
• کارائی
• امنيت

*نصب و راه اندازي

در شبكه هاي کابلي بدليل آنكه به هر يك از ايستگاههاي کاري بايستي از محل سويئچ مربوطه کابل کشيده شود با مسائلي همچون سوارخ‌كاري، داکت‌کشي ، نصب پريز و…  مواجه هستيم در ضمن اگر محل فيزيكي ايستگاه مورد نظر تغيير يابد بايستي که کابل کشي مجدد و  …صورت پذيرد شبكه‌هاي بي سيم از امواج استفاده نموده و قابليت تحرك بالائي را دارا هستند بنابراين تغييرات در محل فيزيكي ايستگاه‌هاي کاري به راحتي امكان پذير مي باشد براي راه اندازي آن کافيست که از روشهاي زير بهره برد:

Ad hoc • که ارتباط مستقيم يا همتا به همتا (peer to peer) تجهيزات را با يكديگر ميسرمي‌‌سازد.

Infrastructure • که باعث ارتباط تمامي تجهيزات با دستگاه مرکزي مي شود.

بنابراين ميتوان دريافت که نصب و راه اندازي شبكه هاي کابلي يا تغييرات در آن بسيار مشكل تر نسبت به مورد مشابه يعني شبكه هاي بي سيم است .

* هزينه

تجهيزاتي همچون هاب ، سوئيچ يا کابل شبكه نسبت به مورد هاي مشابه در شبكه هاي بي سيم ارزانتر مي باشد اما درنظر گرفتن هزينه هاي نصب و تغييرات احتمالي محيطي نيز قابل توجه است . قابل به ذکر است که با رشد روز افزون شبكه هاي بي سيم ، قيمت آن نيز در حال کاهش است .

* قابليت اطمينان

تجهيزات کابلي بسيار قابل اعتماد ميباشند که دليل سرمايه گذاري سازندگان از حدود بيست سال گذشته نيز همين مي‌باشد فقط بايستي در موقع نصب و يا جابجائي ، اتصالات با دقت کنترل شوند.

تجهيزات بي سيم همچون Broadband Router ها مشكلاتي مانند قطع شدن هاي پياپي ، تداخل امواج الكترومغناظيس، تداخل با شبكه‌هاي بي سيم مجاور و …  را داشته اند که روند رو به تكامل آن نسبت به گذشته (802.11 g) باعث بهبود در قابليت اطمينان نيز داشته است .

* کارائي

شبكه هاي کابلي داراي بالاترين کارائي هستند در ابتدا پهناي باند  Mbps 10  سپس به پهناي باندهاي بالاتر (100 Mbps و1000 Mbps ) افزايش يافتند حتي در حال حاضر سوئيچ‌هائي با پهناي باند 1 Gbps  نیز ارائه شده است . شبكه هاي بي سيم با استاندارد 802.11 b حداکثر پهناي باند 11 Mbps و 802.11 a  و 802.11g پهنای باند 54 Mbps  را پشتيباني مي کنند حتي در تكنولوژيهاي جديد اين روند با قيمتي نسبتا بالاتر به 108Mbps نيز افزايش داده شده است علاوه بر اين کارایی wi-fi   نسبت به فاصله حساس مي باشد يعني حداکثر فاصله نسبت به Access Point پايين خواهد آمد. اين پهناي باند براي به اشتراك گذاشتن اينترنت يا فايلها کافي بوده اما براي برنامه‌هايي که نياز به رد و بدل اطلاعات زياد بين سرور و ايستگاهاي کاری( Client to Server )دارند کافي نيست.

* امنيت

بدليل اينكه در شبكه هاي کابلي که به اينترنت هم متصل هستند، وجود ديواره آتش از الزامات است و تجهيزاتي مانند هاب يا سوئيچ به تنهايي قادر به انجام وظايف ديواره آتش نميباشند، بايستي در چنين شبكه هايي ديواره آتش مجزايي نصب شود.

تجهيزات شبكه هاي بي‌سيم مانند Broadband Routerديواره آتش به صورت نرم افزاري وجود داشته و تنها بايستي تنظيمات لازم صورت پذيرد. از سوي ديگر به دليل اينكه در شبكه هاي بي سيم از هوا بعنوان رسانه انتقال استفاده ميشود، بدون پياده سازي تكنيك هاي خاصي مانند رمزنگاري، امنيت اطلاعات بطور آمل تامين نمي گردد استفاده از رمزنگاري ( Wired Equivalent Privacy) WEPباعث بالا رفتن امنيت در اين تجهيزات گرديده است .

انتخاب صحيح کدام است؟

با توجه به بررسي و آناليز مطالبي که مطالعه کرديد بايستي تصميم گرفت که در محيطي که اشتراك اطلاعات وجود دارد و نياز به ارتباط احساس مي شود کدام يك از شبكه هاي بي سيم و کابلي مناسبتر به نظر مي رسند . جدول زير خلاصه اي از معيارهاي در نظر گرفته شده در اين مقاله مي باشد . بعنوان مثال اگر هزينه براي شما مهم بوده و نياز به استفاده از حداکثر کارائي را داريد ولي پويائي براي شما مهم نمي باشد بهتر است از شبكه کابلي استفاده کنيد.

بنابراين اگر هنوز در صدد تصميم بين ايجاد يك شبكه کامپيوتري هستيد جدول زير انتخاب را براي شما ساده تر خواهد نمود.

جدول مقايسه‌اي :