فصل دوم

دستگاه های مرکزی شبکه

دستگاه های شبکه ارتباط و تبادل داده را بین دستگاه های مختلف در یک شبکه امکان پذیر می کنند. در این قسمت به معرفی چند دستگاه رایج شبکه و توضیح عملکرد آنها در لایه های TCP/IP و OSI می پردازیم.

استفاده از دستگاه های شبکه مانند روترها، سوئیچ ها، هاب ها و فایروال ها نقش مهمی در ارتباطات و محاسبات مدرن ایفا می کند. در اینجا دلایلی وجود دارد که چرا دستگاه های شبکه ضروری هستند:

1. اتصال و ارتباطات: دستگاه های شبکه امکان اتصال دستگاه های مختلف در یک شبکه و همچنین ارتباط بین شبکه ها را فراهم می کنند. این به افراد و سیستم‌ها اجازه می‌دهد تا اطلاعات را خواه در یک ساختمان یا در قاره‌های مختلف با هم تبادل کنند.
2. اشتراک منابع: شبکه ها به منابعی مانند چاپگرها، سرورهای فایل یا اتصالات اینترنتی اجازه اشتراک گذاری می دهند. این منجر به استفاده کارآمدتر از منابع موجود می شود و می تواند به معنای صرفه جویی قابل توجهی در هزینه باشد.
3. مقیاس پذیری و انعطاف پذیری: دستگاه های شبکه امکان گسترش و سفارشی سازی آسان شبکه ها را فراهم می کنند. سازمان‌ها می‌توانند دستگاه‌های جدید اضافه کنند، ظرفیت شبکه را افزایش دهند و به سرعت نیازهای در حال تغییر را بدون نیاز به ایجاد تغییرات اساسی در زیرساخت شبکه برآورده کنند.
4. افزایش عملکرد و کارایی: دستگاه های شبکه مدرن قادر به کنترل هوشمند ترافیک داده ها هستند که در نتیجه استفاده بهینه از پهنای باند شبکه را به همراه دارد. شما می توانید بسته های داده را به سمت گیرندگان مناسب هدف قرار دهید و عملکرد کلی شبکه را افزایش دهید و کارایی را افزایش دهید.
5. امنیت: دستگاه‌های شبکه مانند فایروال‌ها و سوئیچ‌های دارای قابلیت امنیتی محافظت در برابر دسترسی ناخواسته و حملات سایبری را فراهم می‌کنند. آن‌ها می‌توانند ترافیک را کنترل کنند، فعالیت‌های مشکوک را شناسایی کنند، و تنظیم کنند که چه داده‌هایی اجازه ورود و خروج از شبکه را دارند تا از امنیت اطلاعات درون آن اطمینان حاصل کنند.
6. قابلیت اطمینان و در دسترس بودن: قابلیت اطمینان یک شبکه را می توان از طریق استفاده از دستگاه های شبکه و پیکربندی مربوطه افزایش داد. دستگاه هایی مانند روترها و سوئیچ ها را می توان به گونه ای پیکربندی کرد که در صورت خرابی یک مسیر، مسیر دیگری را به طور خودکار انتخاب کنند و از در دسترس بودن خدمات شبکه اطمینان حاصل شود.
7. مدیریت و نظارت: دستگاه های شبکه امکان مدیریت مرکزی و نظارت بر شبکه را فراهم می کنند. مدیران می توانند سلامت شبکه را در زمان واقعی نظارت کنند، مشکلات را تشخیص داده و عیب یابی کنند و عملکرد شبکه را بهینه کنند.

استفاده از دستگاه های شبکه برای ایجاد سیستم های ارتباطی و اطلاعاتی مدرن، کارآمد و ایمن ضروری است. آنها نه تنها افراد و سیستم ها را قادر می سازند تا در سراسر جهان با هم ارتباط برقرار کنند، بلکه به افزایش بهره وری، کاهش هزینه ها و محافظت از داده های حساس کمک می کنند.

هاب یا جعبه تقسیم(Hub):

 هاب قطعه ای سخت افزاری است که امکان اتصال قسمت های یک شبکه را با هدایت ترافیک در سراسر شبکه فراهم می کند. هاب ها در لایه فیزیکی مدل مرجع OSI  عمل می کنند. عملکرد هاب بسیار ابتدایی است، به این ترتیب که داده رسیده از یک دستگاه را برای تمامی دستگاه های شبکه کپی می کند. هاب ها مانند تکرارگرها، عملیات تقویت سیگنال را نیز انجام می دهند. هاب ها عموما برای متصل کردن بخش های یک شبکه محلی بکار می روند. هر هاب چندین پورت دارد. زمانی که بسته ای از یک پورت می رسد، به دیگر پورت ها کپی می شود. بنابراین همه ی قسمت های شبکه محلی می توانند بسته ها را ببینند.

پل (Bridge):

پل یک دستگاه شبکه است که در لایه حفاظتی داده (لایه 2) مدل OSI کار می کند. وظیفه اصلی آن اتصال دو بخش از یک LAN (شبکه محلی) است که ترافیک داده بین این بخش ها را کنترل می کند. Bridge بسته های داده های دریافتی (فریم ها) را تجزیه و تحلیل می کنند و از آدرس MAC (کنترل دسترسی رسانه ها) استفاده می کنند تا تصمیم بگیرند که آیا یک فریم باید به بخش دیگری ارسال شود یا خیر. با انجام این کار، ترافیک داده های غیر ضروری را در سایر بخش های شبکه کاهش می دهند و کارایی و عملکرد را بهبود می بخشند.

تفاوت بین پل و سوئیچ:

Bridge در اصل برای اتصال دو بخش شبکه و کنترل ترافیک داده بین آنها طراحی شده است. در لایه Data Link عمل می کند و از آدرس های MAC دستگاه ها برای تصمیم گیری در مورد ارسال بسته های داده استفاده می کند. Bridge به طور معمول ساده تر و با پورت های کمتر از یک سوئیچ و در طراحی های قبلی شبکه برای اتصال دو شبکه مجزا یا تقسیم ترافیک شبکه محبوب بودند.

سوئیچ: از نقطه نظر فنی، سوئیچ توسعه بیشتر پل است و می تواند به عنوان یک پل چند پورت در نظر گرفته شود. یک سوئیچ چندین دستگاه را در یک بخش شبکه به هم متصل می کند، بسته های داده را تجزیه و تحلیل می کند و به جای ارسال به همه پورت ها، آنها را فقط به دستگاه مورد نظر ارسال می کند. این امر کارایی و امنیت شبکه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

سوئیچ با قابلیت مدیریت ده ها تا صدها پورت، عملکرد و پیچیدگی بیشتری را ارائه می دهد. سوئیچ ها ستون فقرات شبکه های محلی مدرن هستند و ارتباطات کارآمد و پردازش داده را برای بسیاری از دستگاه های متصل امکان پذیر می کنند. سوئیچ ها به دلیل مقیاس پذیری، عملکرد و انعطاف پذیری، راه حل ترجیحی برای اکثر محیط های شبکه، از دفاتر کوچک گرفته تا شبکه های بزرگ سازمانی هستند.

به طور خلاصه، Bridge و سوئیچ ها با اتصال دستگاه ها و کنترل ترافیک داده، نقش مهمی در شبکه ها ایفا می کنند. در حالی که Bridgeها ساده‌تر هستند و بر اتصال بخش‌های شبکه تمرکز می‌کنند، سوئیچ‌ها عملکرد، کارایی و توانایی بیشتری برای پشتیبانی از بسیاری از دستگاه‌ها در شبکه ارائه می‌دهند. همانطور که فناوری شبکه تکامل یافته است، سوئیچ ها به یک جزء اصلی در زیرساخت های شبکه مدرن تبدیل شده اند، در حالی که Bridge بیشتر در سناریوهای خاص یا در طراحی های شبکه قدیمی استفاده می شوند.

سوئیچ / Switch:

سوئیچ شبکه یک دستگاه ارتباطی مرکزی است که در یک شبکه محلی (LAN) برای انتقال موثر بسته های داده بین دستگاه های متصل استفاده می شود.

یک سوئیچ چندین دستگاه را در یک شبکه محلی (LAN) متصل می کند. این امکان برقراری ارتباط بین دستگاه ها را بدون درگیر کردن روتر فراهم می کند.

لایه TCP/IP: سوئیچ عمدتاً در لایه 1 مدل TCP/IP عمل می کند. از آدرس های MAC برای شناسایی دستگاه های موجود در شبکه استفاده می کند و بسته های داده را به آدرس MAC مقصد صحیح ارسال می کند.

لایه OSI: در لایه OSI سوئیچ در لایه Data Link (لایه 2) کار می کند. از آدرس های MAC دستگاه ها برای هدایت بسته های داده به پورت صحیح استفاده می کند.

مثال:

 برای درک نحوه عملکرد سوئیچ، اجازه دهید به یک مثال ساده نگاه کنیم که در آن یک دستگاه جدید، مثلاً یک لپ تاپ، برای اولین بار به یک سوئیچ متصل می شود.

مرحله 1: اتصال دستگاه

فرض کنید یک سوئیچ در یک شبکه اداری کوچک و دو کامپیوتر داریم که می خواهند به این سوئیچ متصل شوند. آدرس های MAC رایانه ها ساختگی هستند:

• کامپیوتر A: آدرس MAC A: 00:0A:95:9D:68:16
• کامپیوتر B: آدرس MAC B: 00:0B:44:11:3A:B7

مرحله 2: شناسایی آدرس MAC

کامپیوتر A و کامپیوتر B به سوئیچ متصل هستند. در این مرحله، سوئیچ هنوز هیچ اطلاعاتی در مورد اینکه کدام پورت در کدام دستگاه است، ندارد.

سوئیچ دارای یک جدول آدرس MAC (همچنین به عنوان جدول CAM، حافظه آدرس‌پذیر محتوا نیز شناخته می‌شود) دارد که آدرس‌های MAC دستگاه‌های متصل و پورت‌های مربوطه را که به آن‌ها متصل هستند ذخیره می‌کند. سوئیچ با یک جدول آدرس مک خالی شروع می شود. این جدول برای ذخیره آدرس های MAC (یعنی کدام دستگاه ها) به کدام پورت ها استفاده می شود.

هنگام دریافت بسته های داده از لپ تاپ، سوئیچ جدول آدرس MAC خود را با افزودن آدرس MAC لپ تاپ و پورتی که به آن متصل است به روز می کند. این نقشه‌برداری به سوییچ اجازه می‌دهد تا بسته‌های داده آینده را که برای لپ‌تاپ در نظر گرفته شده است، مستقیماً به پورت مناسب ارسال کند.

مرحله 3: کامپیوتر A یک بسته ارسال می کند

فرض کنید کامپیوتر A می خواهد بسته ای را به کامپیوتر B ارسال کند. از آنجایی که سوئیچ هنوز نمی داند کامپیوتر B روی کدام پورت قرار دارد، به اصطلاح عملیات "سیل" را انجام می دهد. این بدان معنی است که سوئیچ بسته را به همه پورت ها به جز پورتی که از آن دریافت شده است، ارسال می کند. در این فرآیند:

• کامپیوتر A بسته حاوی آدرس MAC مقصد کامپیوتر (B (00:0B:44:11:3A:B7 را ارسال می کند.
• سوئیچ این بسته را در پورتی که کامپیوتر A به آن متصل است دریافت می کند. سوئیچ آدرس MAC کامپیوتر A و پورت مربوطه را به جدول آدرس MAC خود اضافه می کند.
• از آنجایی که سوئیچ نمی داند کامپیوتر B به کدام پورت متصل است، بسته را به همه پورت های دیگر ارسال می کند (Broadcast).

در این مرحله سوئیچ متوجه شد که رایانه A با آدرس MAC 00:0A:95:9D:68:16 به پورت 1 متصل است. زمانی که رایانه A بسته خود را ارسال می کند، این ورودی به جدول اضافه می شود. . سوئیچ هنوز نمی داند کامپیوتر B (آدرس MAC 00:0B:44:11:3A:B7) در کجا قرار دارد، زیرا هنوز هیچ بسته ای از کامپیوتر B دریافت نکرده است. بنابراین، سوئیچ یک عملیات "flooding" را انجام می دهد. ، بسته را از طریق همه پورت ها به جز پورت هایی که وارد شده است، در تلاش برای دسترسی به رایانه B می فرستد.

مرحله 4: کامپیوتر B بسته را دریافت می کند

کامپیوتر B بسته را دریافت می کند. وقتی کامپیوتر B پاسخ می دهد:

• سوئیچ پاسخ را از کامپیوتر B دریافت می کند که آدرس MAC کامپیوتر A را به عنوان مقصد دارد.
• سوئیچ اکنون آدرس MAC کامپیوتر B و پورت مربوطه را به جدول آدرس MAC خود اضافه می کند. اکنون سوئیچ ورودی هایی برای هر دو کامپیوتر A و B دارد. می داند که کامپیوتر A به پورت 1 و کامپیوتر B به پورت 2 وصل شده است. با این اطلاعات، سوئیچ می تواند به طور موثر بسته ها را بین دو کامپیوتر بدون نیاز به مسیریابی کند. به همه پورت ها پخش می شود، بنابراین ترافیک غیر ضروری شبکه کاهش می یابد و کارایی کلی شبکه بهبود می یابد.

• از آنجایی که سوئیچ اکنون می داند که کامپیوتر A در کدام پورت قرار دارد (به لطف ورودی های قبلی ایجاد شده در جدول آدرس MAC)، بسته پاسخ را مستقیماً به پورت خاصی که رایانه A در آن متصل است، بدون فرستادن آن به پورت های دیگر ارسال می کند.

یک سوئیچ با ایجاد امکان توزیع هوشمند و کارآمد بسته های داده، نقش مهمی را در شبکه LAN ایفا می کند. سوئیچ با یادگیری و ذخیره آدرس‌های MAC دستگاه‌های متصل در جدول آدرس MAC خود، می‌تواند به طور خاص بسته‌های داده را به گیرندگان صحیح هدایت کند و عملکرد شبکه را بهبود بخشد و امنیت را افزایش دهد.

تفاوت بین هاب و سوئیچ

هاب و سوئیچ هر دو دستگاه هایی هستند که در شبکه ها برای اتصال دستگاه ها به یکدیگر استفاده می شوند، اما به روش های مختلف و در سطوح مختلف شبکه کار می کنند. در اینجا تفاوت های اصلی بین هاب و سوئیچ وجود دارد:

عملکرد و روش کار:

هاب: هاب یک دستگاه شبکه ساده است که در لایه فیزیکی (لایه 1) مدل OSI کار می کند. برای اتصال فیزیکی چندین دستگاه در یک شبکه استفاده می شود. هاب داده‌ها (بسته‌ها) را از یک دستگاه دریافت می‌کند و آن‌ها را به تمام دستگاه‌های متصل دیگر ارسال می‌کند بدون اینکه تشخیص دهد که داده‌ها واقعاً به کدام دستگاه آدرس داده شده‌اند. این اغلب به عنوان "پخش" شناخته می شود.

سوئیچ: در مقابل، یک سوئیچ در لایه پیوند داده (لایه 2) مدل OSI کار می کند و در مسیریابی داده ها بین دستگاه های شبکه هوشمندتر است. یک سوئیچ می تواند آدرس های MAC دستگاه های متصل را شناسایی کند و این اطلاعات را در جدول آدرس MAC ذخیره می کند. هنگامی که سوئیچ داده‌ها را دریافت می‌کند، آدرس MAC مقصد را تجزیه می‌کند و داده‌ها را به جای ارسال به همه پورت‌ها، فقط به دستگاه مناسب ارسال می‌کند. به این "یونیکاست" می گویند.

کارایی و ترافیک شبکه:

هاب: از آنجایی که هاب داده ها را به همه دستگاه ها هدایت می کند، می تواند باعث ترافیک شبکه و برخوردهای غیر ضروری، به خصوص در شبکه های بزرگتر شود. این می تواند عملکرد کلی شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. به دلیل عملکرد ساده و راندمان کمتر، هاب معمولاً در محیط های شبکه کوچکتر یا کم تقاضا یا در شرایطی که هزینه یک نگرانی است و عملکرد شبکه حیاتی نیست استفاده می شود.

سوئیچ: سوئیچ کارآمدتر است زیرا ترافیک داده را فقط به جایی که نیاز است هدایت می کند. این امر ترافیک و برخوردهای غیر ضروری شبکه را کاهش می دهد و در نتیجه عملکرد بهتر و کارایی شبکه بیشتر می شود. سوئیچ ها به دلیل کارایی و کارایی بالاتر، انتخاب ارجح برای اکثر محیط های شبکه، از شبکه های اداری کوچک گرفته تا زیرساخت های بزرگ سازمانی هستند.

امنیت:

هاب: هاب ها هیچ ویژگی امنیتی ارائه نمی دهند زیرا داده ها را به همه دستگاه های متصل ارسال می کنند. این می تواند خطرات امنیتی بالقوه ای ایجاد کند زیرا داده ها می توانند به طور بالقوه توسط گیرندگان ناخواسته رهگیری شوند.

سوئیچ: سوئیچ ها می توانند سطح بالاتری از امنیت را ارائه دهند زیرا آنها فقط داده ها را به دستگاه مورد نظر خاص هدایت می کنند. علاوه بر این، اغلب می‌توان ویژگی‌های امنیتی را روی سوئیچ‌ها پیاده‌سازی کرد، مانند امنیت پورت، که می‌تواند بیشتر از شبکه محافظت کند.

به طور خلاصه، سوئیچ ها با بهبود قابلیت های مسیریابی داده، عملکرد شبکه و امنیت، راه حل کارآمدتر و قدرتمندتری را برای شبکه در مقایسه با هاب ارائه می دهند. هاب ها ساده تر و ارزان تر هستند، اما کارایی و امنیت کمتری دارند.

روترها / Routers:

روتر یک دستگاه شبکه است که دو یا چند شبکه مختلف را به هم متصل می کند. در لایه سوم مدل OSI (لایه شبکه) کار می کند و از آدرس های IP برای تصمیم گیری برای ارسال بسته های داده استفاده می کند. از روترها می توان در شبکه های خانگی، مشاغل و هسته اینترنت برای مسیریابی بسته های داده بین شبکه ها استفاده کرد.

لایه TCP/IP: روتر عمدتاً در لایه شبکه مدل TCP/IP کار می کند. از آدرس های IP برای شناسایی منبع و مقصد بسته های داده استفاده می کند و بهترین مسیر را برای مسیریابی بسته ها از طریق شبکه انتخاب می کند.

لایه OSI: در لایه OSI، روتر در لایه شبکه (لایه 3) کار می کند. در لایه شبکه، از پروتکل های مسیریابی برای تعیین مسیر بهینه بسته های داده استفاده می کند. در لایه شبکه، از آدرس های MAC برای هدایت بسته ها به رابط صحیح استفاده می کند.

مثال:

خانه ای را با چندین کامپیوتر و یک روتر تصور کنید. هنگامی که یک کامپیوتر طبقه بالا می خواهد از یک وب سایت در اینترنت بازدید کند، درخواستی را به روتر ارسال می کند. روتر آدرس مقصد درخواست را تجزیه و تحلیل می کند و آن را به ارائه دهنده خدمات اینترنت (ISP) ارسال می کند. سپس ISP درخواست را به وب سرور صحیحی که وب سایت را میزبانی می کند، ارسال می کند. پاسخ سرور وب توسط ISP به روتر و سپس به رایانه در طبقه بالا هدایت می شود.

روترها دستگاه‌های بسیار مهمی در شبکه‌ها هستند که بسته‌های داده را بین شبکه‌های مختلف ارسال می‌کنند، مانند بین شبکه خانگی و اینترنت. آنها نقش اصلی را در تعیین مسیر بهینه برای ترافیک داده از طریق شبکه پیچیده ای از اتصالات ایفا می کنند. در اینجا مفاهیم کلیدی پیرامون روترها و مسیریابی را توضیح می دهم:

مسیریابی / Routing

مسیریابی فرآیند انتخاب مسیری در شبکه است که بسته های داده از فرستنده به گیرنده ارسال می شود. روترها از جداول مسیریابی و الگوریتم ها برای تعیین بهترین مسیر برای ارسال بسته ها استفاده می کنند. این تصمیمات بر اساس معیارهای مختلفی مانند تعداد پرش، استفاده از شبکه و هزینه مسیر است.

دروازه /  Default Gateway 

دروازه یک نقطه شبکه است که به عنوان ورودی به شبکه دیگری عمل می کند. در اکثر شبکه های خانگی، روتر دروازه ای است که شبکه های محلی (LAN) را به اینترنت (WAN) متصل می کند. دروازه به دستگاه های موجود در شبکه های مختلف اجازه می دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و اغلب به عنوان یک مترجم بین پروتکل های شبکه یا رسانه های مختلف عمل می کند.

پرش بعدی / Next Hop

اصطلاح "next hop" به نقطه پرش بعدی (معمولاً یک روتر) اشاره دارد که یک بسته داده در مسیر خود به مقصد نهایی خود به آن ارسال می شود. جداول مسیریابی، Next Hop را برای هر شبکه مقصد مشخص می کند، که تعیین کننده جهت ارسال بسته بعدی است.

پروتکل های مسیریابی / Routing Protocols

پروتکل های مسیریابی قوانین و الگوریتم هایی هستند که توسط روترها برای تعیین بهترین مسیرها برای انتقال داده ها و تبادل اطلاعات مسیریابی بین روترها استفاده می شود. انواع مختلفی از پروتکل های مسیریابی وجود دارد:

پروتکل های مسیریابی استاتیک: در اینجا مسیرها به صورت دستی پیکربندی می شوند و به طور خودکار تغییر نمی کنند. این در شبکه های کوچکتر عملی است، اما ممکن است در شبکه های بزرگ و پویا غیر عملی باشد.

پروتکل های مسیریابی پویا: این پروتکل ها به طور خودکار با تغییرات توپولوژی شبکه سازگار می شوند. به عنوان مثال RIP (پروتکل اطلاعات مسیریابی)، OSPF (اولین کوتاهترین مسیر باز) و BGP (پروتکل دروازه مرزی) هستند.

وظایف روترها

1. ارسال بسته: روترها بسته های داده را بر اساس آدرس IP مقصدشان ارسال می کنند.
2. مدیریت ترافیک: روترها می توانند ترافیک شبکه را برای اطمینان از استفاده کارآمد از منابع شبکه اولویت بندی و کنترل کنند.
3. امنیت شبکه: بسیاری از روترها ویژگی هایی مانند فایروال و پشتیبانی VPN را برای محافظت از شبکه ها از دسترسی ناخواسته ارائه می دهند.
4. تبدیل پورت: روترها می توانند فناوری های شبکه و رسانه های مختلف (مانند کابل مسی، فیبر نوری، WLAN) را به هم متصل کنند.

بنابراین روترها اجزای ضروری شبکه های مدرن هستند که انتقال داده هوشمند و کارآمد را در مرزهای مختلف شبکه امکان پذیر می کنند.

مثال:

برای این مثال، فرض کنید دو شبکه محلی LAN1 و LAN2 داریم که توسط یک روتر به هم متصل شده اند. رایانه A در LAN1 است و می خواهد داده ها را به رایانه B در LAN2 ارسال کند. ما از آدرس های IP ساختگی هم برای رایانه ها و هم برای روتر استفاده می کنیم که دارای دو پورت است – یکی در هر شبکه LAN.

• رایانه A در LAN1 دارای آدرس IP 192.168.1.10 است.
• کامپیوتر B در LAN2 دارای آدرس IP 192.168.2.20 است.
• پورت روتر (Defaul Gateway) در LAN1 دارای آدرس IP 192.168.1.1 است.
• پورت روتر (Default Gateway) در LAN2 دارای آدرس IP 192.168.2.1 است.

مرحله 1: کامپیوتر A بسته را ارسال می کند

کامپیوتر A می خواهد داده ها را به کامپیوتر B ارسال کند. از آنجایی که رایانه B در شبکه دیگری است، رایانه A بسته را به روتر (Default Gateway) می فرستد زیرا تشخیص می دهد که آدرس IP مقصد خارج از شبکه خودش است.

مرحله 2: روتر بسته را دریافت می کند

روتر بسته را در پورت خود در LAN1 دریافت می کند (192.168.1.1). روتر اکنون باید تصمیم بگیرد که بسته به کدام پورت ارسال شود تا به کامپیوتر B در LAN2 برسد.

جدول مسیریابی روتر

برای اتخاذ این تصمیم، روتر با جدول مسیریابی خود مشورت می کند. در اینجا مثالی از شکل جدول مسیریابی آمده است:

مرحله 3: تصمیم مسیریابی

با استفاده از جدول مسیریابی، روتر تشخیص می دهد که شبکه هدف (192.168.2.0) از طریق پورت 192.168.2.1 در LAN2 قابل دسترسی است. "Next Hop" خاصی برای شبکه های داخلی وجود ندارد زیرا روتر مستقیماً به هر دو شبکه محلی متصل است. روتر بسته را از طریق پورت LAN2 خود ارسال می کند.

مرحله 4: کامپیوتر B بسته را دریافت می کند

بسته از طریق شبکه LAN2 به کامپیوتر B می رسد. اکنون کامپیوتر B می تواند به داده ها پاسخ دهد و هنگامی که پاسخی نیاز است، این فرآیند به صورت معکوس انجام می شود، و روتر دوباره از جدول مسیریابی خود برای مسیریابی بسته به رایانه A استفاده می کند.

در این مثال، دیدیم که چگونه یک روتر از جدول مسیریابی خود برای تصمیم گیری در مورد مسیریابی بسته ها بین شبکه های مختلف استفاده می کند. جدول مسیریابی برای کارایی و دقت انتقال داده در سراسر مرزهای شبکه بسیار مهم است.

Address Resolution Protocol

ARP مخفف Address Resolution Protocol است. این یک پروتکل شبکه است که برای یافتن آدرس فیزیکی MAC (کنترل دسترسی رسانه) دستگاه شبکه (مانند رایانه یا روتر) مرتبط با یک آدرس IP شناخته شده استفاده می شود. ARP بخشی ضروری از ارتباطات IP در شبکه های محلی (LAN) است و برای اطمینان از رسیدن بسته های IP به دستگاه های مقصد صحیح در لایه پیوند داده استفاده می شود.

ARP در شبکه های IPv4 برای تعیین آدرس MAC یک دستگاه در همان شبکه محلی زمانی که آدرس IP آن مشخص است، استفاده می شود. این امر ضروری است زیرا دستگاه‌های روی LAN با استفاده از آدرس‌های MAC خود در لایه پیوند داده (لایه 2 مدل OSI)، در حالی که آدرس‌های IP در لایه شبکه (لایه 3) استفاده می‌شوند، ارتباط برقرار می‌کنند. ARP پل بین این دو سطح را تشکیل می دهد.

چرا ARP ضروری است؟

بدون ARP، ارسال بسته های داده به دستگاه صحیح در سطح پیوند (لایه 2) امکان پذیر نخواهد بود زیرا بسته های IP ارسال شده از طریق یک شبکه نیاز به آدرس فیزیکی (آدرس MAC) دستگاه مقصد برای تحویل صحیح دارند. هنگامی که دستگاهی در شبکه می خواهد با دستگاه دیگری ارتباط برقرار کند، ممکن است آدرس IP خود را بداند، اما آدرس MAC خود را نه. ARP این مشکل را با ترجمه آدرس IP به آدرس MAC مربوطه حل می کند.

ARP چگونه کار می کند؟

هنگامی که دستگاهی می خواهد آدرس MAC دستگاه دیگری را بداند، یک درخواست ARP را به شبکه ارسال می کند. این درخواست حاوی آدرس IP دستگاه مورد نظر است. همه دستگاه‌های موجود در شبکه این درخواست را دریافت می‌کنند، اما فقط دستگاهی با آدرس IP درخواستی با یک پاسخ ARP حاوی آدرس MAC خود پاسخ می‌دهد. هنگامی که دستگاه درخواست کننده این پاسخ را دریافت کرد، می تواند از آدرس MAC برای آدرس دهی صحیح بسته های داده استفاده کند.

جدول ARP چگونه است؟

یک جدول ARP که به آن کش ARP نیز می گویند، فهرستی از نگاشت بین آدرس های IP و آدرس های MAC مرتبط با آنها است. این جدول در هر دستگاه موجود در شبکه ذخیره می شود و با درخواست های ARP و پاسخ به آنها به صورت پویا به روز می شود. یک جدول ARP معمولی ممکن است به شکل زیر باشد:

IP-Address: آدرس IP دستگاه در شبکه.

MAC-Address: آدرس فیزیکی رابط شبکه مرتبط با آدرس IP.

Typ: نشان می دهد که آیا ارتباط پویا (تعیین شده توسط ARP) است یا ایستا (پیکربندی دستی).

کدام دستگاه ها از ARP استفاده می کنند؟

ARP توسط دستگاه های مختلف در یک شبکه محلی (LAN) برای تعیین آدرس MAC دستگاه دیگری در همان شبکه زمانی که آدرس IP آن مشخص است، استفاده می شود. در اینجا برخی از دستگاه های اصلی که از ARP استفاده می کنند آورده شده است:

کامپیوترها و ایستگاه های کاری

هر رایانه یا ایستگاه کاری متصل به شبکه محلی که از ارتباطات مبتنی بر IP استفاده می کند از ARP برای تعیین آدرس MAC سایر دستگاه های موجود در شبکه استفاده می کند. این برای ارتباطات اولیه شبکه، از جمله دسترسی به اینترنت یا منابع مشترک در شبکه محلی ضروری است.

روترها

روترها از ARP برای کشف آدرس MAC دستگاه ها در شبکه هایی که مدیریت می کنند استفاده می کنند. هنگامی که روتر نیاز به ارسال یک بسته به دستگاهی در شبکه محلی خود دارد، از ARP برای یافتن آدرس MAC دستگاه مقصد بر اساس آدرس IP مشخص شده در بسته استفاده می کند.

سوئیچ ها

اگرچه سوئیچ ها عمدتاً در لایه پیوند داده (لایه 2 مدل OSI) کار می کنند و از آدرس های MAC برای ارسال بسته های داده استفاده می کنند، آنها همچنین می توانند از اطلاعات ARP در برخی پیکربندی ها استفاده کنند، به ویژه در شبکه هایی که از شبکه های محلی مجازی (VLAN) استفاده می کنند. یا که در آن سوئیچینگ (مسیریابی) لایه 3 انجام می شود.

چاپگر شبکه

چاپگرهای شبکه و سایر لوازم جانبی فعال شبکه از ARP برای برقراری ارتباط با رایانه ها و سرورهای شبکه استفاده می کنند. این به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد کارهای چاپی و سایر داده‌ها را از رایانه‌های موجود در شبکه دریافت کنند.

دستگاه های ذخیره سازی شبکه

دستگاه های ذخیره سازی متصل به شبکه (NAS) و اجزای شبکه منطقه ذخیره سازی (SAN) از ARP برای برقراری ارتباط در شبکه استفاده می کنند. این به رایانه ها و سایر دستگاه ها اجازه می دهد تا به منابع ذخیره سازی دسترسی پیدا کرده و داده ها را مبادله کنند.

ماشین های مجازی

ماشین‌های مجازی (VM) در یک کامپیوتر میزبان یا سرور از ARP در شبکه‌های مجازی برای کشف آدرس‌های MAC دیگر ماشین‌های مجازی یا دستگاه میزبان استفاده می‌کنند، شبیه به دستگاه‌های فیزیکی در یک LAN سنتی.

فایروال ها و دستگاه های امنیتی

فایروال ها و سایر دستگاه های امنیتی شبکه از ARP برای نظارت و فیلتر کردن ترافیک استفاده می کنند. می توانید از اطلاعات ARP برای اطمینان از اینکه بسته های داده به درستی به دستگاه های مورد نظر در شبکه هدایت می شوند استفاده کنید.

فایروال / Firewall:

فایروال از شبکه در برابر دسترسی غیرمجاز و حملات اینترنت محافظت می کند. ترافیک را کنترل می کند و فعالیت های مشکوک یا خطرناک را مسدود می کند.

لایه TCP/IP: فایروال عمدتاً در لایه انتقال (لایه 4) و لایه کاربردی (لایه 7) مدل TCP/IP عمل می کند. این می تواند پورت ها و پروتکل ها را فیلتر کند تا انواع خاصی از ترافیک را مجاز یا مسدود کند.

لایه OSI: در لایه OSI، فایروال در لایه انتقال (لایه 4)، لایه نشست (لایه 5) و لایه کاربردی (لایه 7) کار می کند. می تواند از معیارهای مختلفی مانند آدرس IP، شماره پورت، پروتکل ها و داده های برنامه برای فیلتر کردن ترافیک استفاده کند.

مثال:

شرکتی را تصور کنید که یک شبکه داخلی متصل به اینترنت دارد. فایروال شرکت را می توان طوری پیکربندی کرد که فقط انواع خاصی از ترافیک از اینترنت را مجاز می کند، مانند: ب. ترافیک HTTP و HTTPS برای دسترسی به وب سایت ها. سایر ترافیک داده ها، مانند برخی از فعالیت ها، مانند انتقال فایل یا اتصالات دسکتاپ از راه دور، ممکن است به دلایل امنیتی مسدود شوند.

نقطه دسترسی (ادامه) / Access Point:

(Access Point (AP دستگاهی در یک شبکه محلی بی سیم (WLAN) است که به عنوان یک هاب ارتباطی برای اتصال دستگاه های بی سیم به یک شبکه سیمی عمل می کند. این اجازه می دهد تا دستگاه های Wi-Fi مانند تلفن های هوشمند، تبلت ها، لپ تاپ ها و دستگاه های هوشمند خانه با ارسال و دریافت سیگنال بی سیم به اینترنت یا یکدیگر متصل شوند. نقاط دسترسی برای ارائه دسترسی به اینترنت بی سیم در محیط های مختلف، از خانه ها گرفته تا ادارات و فضاهای عمومی مانند کافه ها، هتل ها و فرودگاه ها بسیار مهم هستند.

مثال:

خانه ای را با شبکه وای فای تصور کنید. هنگامی که یک گوشی هوشمند به شبکه WiFi متصل می شود، آدرس MAC خود را به نقطه دسترسی ارسال می کند. نقطه دسترسی این اطلاعات را به روتر ارسال می کند، که یک آدرس IP به تلفن هوشمند اختصاص می دهد. سپس گوشی هوشمند می تواند با استفاده از آدرس IP آن دستگاه ها با سایر دستگاه های موجود در شبکه ارتباط برقرار کند.

مودم / Modem:

یک مودم یک شبکه را به یک ارائه دهنده خدمات اینترنتی (ISP) متصل می کند. سیگنال های دیجیتال از شبکه را به سیگنال های آنالوگ تبدیل می کند که می توانند از طریق خطوط تلفن یا کابل های فیبر نوری منتقل شوند و بالعکس.

لایه TCP/IP: مودم عمدتاً در لایه شبکه (لایه 3) مدل TCP/IP کار می کند. از آدرس های IP برای شناسایی منبع و مقصد بسته های داده استفاده می کند و بسته ها را به ISP ارسال می کند.

لایه OSI: مودم در شبکه در لایه OSI کار می کند.

تفاوت بین روتر و مودم چیست؟

اگرچه برخی از ارائه دهندگان خدمات اینترنتی (ISP) ممکن است یک روتر و یک مودم را در یک دستگاه واحد ترکیب کنند، اما آنها یکسان نیستند. هر کدام نقش متفاوت اما به همان اندازه مهم در اتصال شبکه ها به یکدیگر و به اینترنت دارند.

یک روتر شبکه ها را تشکیل می دهد و جریان داده ها را در داخل و بین آن شبکه ها مدیریت می کند، در حالی که یک مودم آن شبکه ها را به اینترنت متصل می کند. مودم ها با تبدیل سیگنال های یک ISP به سیگنال دیجیتال که می تواند توسط هر دستگاه متصل تفسیر شود، به اینترنت متصل می شوند. یک دستگاه ممکن است برای اتصال به اینترنت به یک مودم متصل شود. به طور متناوب، یک روتر می تواند به توزیع این سیگنال به چندین دستگاه در یک شبکه مستقر کمک کند و به همه آنها اجازه دهد به طور همزمان به اینترنت متصل شوند.

اینطور فکر کنید: اگر باب روتر داشته باشد، اما مودم نداشته باشد، می‌تواند یک LAN ایجاد کند و داده‌ها را بین دستگاه‌های موجود در آن شبکه ارسال کند. با این حال، او نمی تواند آن شبکه را به اینترنت متصل کند. از طرف دیگر آلیس مودم دارد اما روتر ندارد. او می‌تواند یک دستگاه را به اینترنت متصل کند (مثلاً لپ‌تاپ محل کارش)، اما نمی‌تواند آن اتصال اینترنت را بین چندین دستگاه (مثلاً لپ‌تاپ و تلفن هوشمندش) توزیع کند. در ضمن کارول یک روتر و یک مودم دارد. با استفاده از هر دو دستگاه، او می تواند با رایانه رومیزی، تبلت و گوشی هوشمند خود یک شبکه LAN تشکیل دهد و همه آنها را همزمان به اینترنت متصل کند.

Repeater / تکرار کننده (تقویت کننده سیگنال)

تکرار کننده یک دستگاه شبکه است که در لایه فیزیکی (لایه 1) مدل OSI کار می کند. وظیفه اصلی آن تقویت یا بازسازی سیگنال هایی است که دریافت می کند قبل از ارسال. این ویژگی به ویژه در شبکه های سیمی و بی سیم مهم است، جایی که سیگنال ها می توانند در فواصل طولانی تر قدرت خود را از دست بدهند یا تحت تأثیر انواع تداخل قرار گیرند.

تصور کنید در یک راهروی طولانی سعی می کنید چیزی برای کسی فریاد بزنید. اگر فرد دور ایستاده باشد، صدای شما با دوری ضعیف تر می شود تا جایی که دیگر شنیده نمی شود. یک تکرارکننده در شبکه مانند شخصی عمل می کند که در وسط راهرو ایستاده و پیام شما را با صدای بلند و واضح تکرار می کند تا به انتهای دیگر راهرو برسد.

 در زمینه شبکه ها، داده ها به صورت سیگنال های الکتریکی، پالس های نور یا امواج رادیویی از طریق کابل ها یا از طریق هوا منتقل می شوند. مانند صدای انسان در راهرو، با افزایش فاصله، این سیگنال ها قدرت خود را از دست می دهند یا در اثر تداخل مخدوش می شوند. یک تکرار کننده سیگنال ضعیف یا خراب را دریافت می کند و آن را بازسازی می کند – یعنی سیگنال را تقویت می کند یا قبل از ارسال مجدد آن را به شکل اصلی خود باز می گرداند. این به سیگنال اجازه می دهد تا فواصل بیشتری را بدون از دست دادن کیفیت یا یکپارچگی داده های ارسال شده طی کند.