شبکه‌های کامپیوتری به عنوان ستون فقرات ارتباطات مدرن و تبادل اطلاعات در دنیای امروز بازی مهمی ایفا می‌کنند. سخت افزارهای انتقال سیگنال در این شبکه‌ها نقش بسیار مهمی در انتقال داده‌ها و اطلاعات از یک دستگاه به دیگری دارند. در این مقاله، به معرفی و توضیح سخت‌افزارهای انتقال سیگنال در شبکه‌های کامپیوتری پرداخته و اهمیت آنها را بررسی خواهیم کرد.
آشنایی با اصطلاحات لازم برای اطلاع از روشهای انتقال سیگنال و سخت افزارهای آن
برای آشنایی با سخت افزارهای انتقال سیگنال خوب است که با چند عبارت یا اصطلاح در این زمینه بیشتر آشنا شوید.
مفهوم پهنای باند
پهنای باند (Bandwidth) به تفاوت بین بالاترین و پایین‌ترین فرکانسهایی که یک سیستم ارتباطی میتواند ارسال کند گفته می شود. به عبارت دیگر منظور از پهنای باند مقدار اطلاعاتی است که میی تواند در یک مدت زمان معین ارسال شود.
برای وسایل دیجیتال، پهنای باند برحسب بیت در ثانیه و یا بایت در ثانیه بیان می شود.
برای وسایل آنالوگ، پهنای باند، برحسب سیکل در ثانیه بیان می شود.
دو روش برای ارسال اطلاعات از طریق رسانه‌های انتقالی وجود دارد که عبارتند از:
- روش ارسال باند پایه Baseband
در یک شبکه کامپیوتری LAN، کابلی که کامپیوترها را به هم وصل می‌کند، فقط میتواند در یک زمان یک سیگنال را از خود عبور دهد، به این شبکه یک شبکه Baseband می‌گوئیم. به منظور عملی ساختن این روش و امکان استفاده از آن برای همه کامپیوترها، داده‌ای که توسط هر سیستم انتقال می‌یابد، به واحدهای جداگانه‌ای به نام Packet شکسته میشود. در واقع در کابل های شبکه LAN، توالی Packetهای تولید شده توسط سیستم‌های مختلف را شاهد هستیم که به سوی مقاصد گوناگونی در حرکت‌اند.
برای مثال وقتی کامپیوتر شما یک پیام پست الکترونیکی را انتقال می‌دهد، این پیام به Packetهای متعددی شکسته میشود و کامپیوتر هر Packet را جداگانه انتقال می‌دهد. در این شبکه کامپیوتری، کامپیوتر دیگری که بخواهد به انتقال داده بپردازد نیز در یک زمان یک Packet را ارسال می‌کند. وقتی تمام Packetهایی که بر روی هم یک انتقال خاص را تشکیل می‌دهند، به مقصد خود می‌رسند، کامپیوتر دریافت کننده آنها را به شکل پیام الکترونیکی اولیه بر روی هم می‌چیند. این روش پایه و اساس شبکه‌های Packet-Switching می‌باشد.
- روش ارسال باند پهن Broadband
در مقابل روش Baseband، روش Broadband قرار دارد. در روش اخیر، در یک زمان و در یک کابل، چندین سیگنال حمل می‌شوند. از مثالهای شبکه Broadband که ما هر روز از آن استفاده می‌کنیم، شبکه تلویزیون است. در این حالت فقط یک کابل به منزل کاربران کشیده میشود، اما همان یک کابل، سیگنالهای مربوط به کانالهای متعدد تلویزیون را بطور همزمان حمل می‌نماید. از روش Broadband به طور روز افزونی در شبکه‌های WAN استفاده میشود.
از آنجائیکه در شبکه‌های LAN در یک زمان از یک سیگنال پشتیبانی میشود، در یک لحظه داده‌ها تنها در یک جهت حرکت می‌کنند. به این ارتباط half-duplex گفته میشود. در مقابل به سیستم‌هایی که می‌توانند بطور همزمان در دو جهت با هم ارتباط برقرار کننده full-duplex گفته میشود. مثالی از این نوع ارتباط شبکه تلفن می‌باشد. شبکه‌های LAN با داشتن تجهیزاتی خاص بصورت full-duplex عمل کنند.
کابلهای شبکه
پیش از اینکه در مورد انواع کابلها و پهنای باند مربوط به آنها ودیگر سخت افزارهای انتقال سیگنال به بحث بپردازیم، ذکر این نکته ضروری است که نوع کابل انتخابی شما بطور مستقیم به توپولوژی شبکه تان وابسته است. در این قسمت سعی گردیده توپولوژی مناسب با هر نوع کابل ذکر شود.
کابل شبکه یکی از سخت افزارهای انتقال سیگنال است که از طریق آن، اطلاعات از یک دستگاه موجود در شبکه به دستگاه دیگر انتقال می یابد.انواع مختلفی از کابلها بطور معمول در شبکه های LAN استفاده می شوند. در برخی موارد شبکه تنها از یک نوع کابل استفاده می کند، اما گاه انواعی از کابلها در شبکه به کار گرفته می شود. غیر از عامل توپولوژی، پروتکل و اندازه شبکه نیز در انتخاب کابل شبکه مؤثرند. آگاهی از ویژگیهای انواع مختلف کابلها و ارتباط آنها با دیگر جنبه های شبکه برای توسعه یک شبکه موفق ضروری است.
امروزه استفاده از سه گروه از کابلها، در ایجاد شبکه مطرح هستند:
کابل های Coaxial
کابلهای فیبر نوری
کابلهای زوج بهم تابیده یا Twisted Pair
کارت شبکه یا Network Interface Adapter
یکی دیگر از سخت افزارهای انتقال سیگنال کارت شبکه یا NIC است، این قطعه در شیار گسترش کامپیوتر( expansion slot: سوکتی در مادربورد یک کامپیوتر که برای نگهداری بوردهای گسترش و اتصال آنها به باس سیستم (مسیر انتقال داده‌ها) طراحی میشود. شیارهای گسترش روشی برای افزایش یا بهبود ویژگیها و قابلیت‌های کامپیوتر هستند)
قرار می‌گیرد، باعث ارتباط آن کامپیوتر و شبکه‌ای، که کامپیوتر در آن قرار دارد میشود. در شبکه های کامپیوتری هر کامپیوتر می‌بایست حداقل یک کارت شبکه داشته باشد که به باس گسترش سیستم (System’s Expansion Bus) اتصال می‌یابد و برای رسانه شبکه (کابل شبکه) به عنوان یک واسطه عمل می‌کند. در بیشتر مادربوردهای امروزی یک کارت شبکه روی مادربورد قرار دارد که به آن کارت شبکه Onboard گفته می شود و برای نصب کارت شبکه های دیگر بسته به نوع مادربورد کامپیوتر میتوان از اسلاتهای روی مادربورد و یا در صورت عدم وجود اسلات برای کارت شبکه از کارت شبکه های اکسترنال که به پورت USB وصل می شوند میتوان استفاده کرد. اما در بیشتر مواقع شکل یک کارت گسترش (Expansion Card) را به خود می‌گیرد که یا به ISA سیستم (Industry Standard Architecture: مجموعه مشخصاتی برای طراحی باس‌ها که امکان می‌دهد قطعات بصورت کارت به شیارهای گسترش استاندارد کامپیوترهای شخصی آی‌بی‌ام و سازگار با آنها افزوده شوند)، و یا به PCI (Peripheral Component Interconnect: مجموعه مشخصاتی که توسط شرکت اینتل ارائه شده و سیستم باس محلی را تعریف می‌کند که امکان نصب حداکثر 10 کارت گسترش سازگار با PCI را فراهم می‌کند) متصل می‌گردد.
کارت شبکه به همراه نرم‌افزار راه اندازی (device driver) آن، مسئول اکثر کارکردهای لایه data-link و لایه فیزیکی می‌باشد. کارتهای شبکه، بسته به نوع کابلی که پشتیبانی می‌کنند، اتصال دهنده‌های (Connectors) خاصی را می‌طلبند. (کابل شبکه از طریق یک اتصال دهنده به کارت شبکه وصل میشود) برخی کارتهای شبکه بیش از یک نوع اتصال دهنده دارند که این شما را قادر می‌سازد که آنها را به انواع مختلفی از کابلهای شبکه اتصال دهید.
عملکردهای اساسی کارت شبکه
کارت شبکه عملکردهای گوناگونی را که برای دریافت و ارسال داده‌ها در شبکه حیاتی هستند، انجام می‌دهد که برخی از آنها عبارتند از:
1- Data encapsulation: کارت شبکه و درایور (راه‌انداز) آن، مسئول ایجاد فریم در اطراف داده تولید شده توسط لایه شبکه و آماده‌سازی آن برای انتقال هستند.
2- Signal encoding and decoding: در واقع کارت شبکه طرح کدگذاری لایه فیزیکی را پیاده می‌کند و داده‌های دودویی (binary) تولید شده توسط لایه شبکه را به سیگنالهای الکتریکی قابل انتقال بر روی کابل شبکه تبدیل می‌نماید. همچنین سیگنالهای دریافتی از روی کابل را برای استفاده لایه‌های بالاتر به داده‌های دودویی تبدیل می‌سازد.
3- Data transmission and reception: کارکرد اساسی کارت شبکه، تولید و انتقال سیگنالهای متناسب در شبکه و دریافت سیگنالهای ورودی است. طبیعت سیگنال‌ها به کابل شبکه و پروتکل لایه datalink بستگی دارد. در یک LAN فرضی، هر کامپیوتر هم بسته‌های عبوری در شبکه را دریافت می‌کند و کارت شبکه آدرس مقصد لایه datalink را بررسی می‌کند تا ببیند آیا بسته برای کامپیوتر مذکور فرستاده شده یا خیر. در صورت مثبت بودن پاسخ، کارت شبکه بسته را برای انجام پردازش توسط لایه بعدی از کامپیوتر عبور می‌دهد، در غیر اینصورت بسته را به دور می‌افکند.
کارت شبکه قابل نقل و انتقال (Portable Computer Network Adapters)
بسیار احتمال دارد که در شبکه شما یک کامپیوتر کیفی و قابل حمل وجود داشته باشد. گستره وسیعی از کارت شبکه‌های مناسب این کامپیوترها قابل دستیابی است. نوعی از کارت شبکه که در کامپیوترهای کیفی استفاده میشود عبارتست از: کارت PCMCIA یا همان PC Card.
کارت PC در یک شیار و یا در یک جفت شیار موجود در کناره کامپیوتر کیفی جای می‌گیرد. کابل شبکه با استفاده از ابزاری به نام “dongle” به کارت PC متصل میشود. کارتهای PC جز ابزارهای “Plug-and-Play” هستند، و میتوان در حالیکه کامپیوتر روشن و در حال فعالیت است، آنها را نصب یا خارج نمود و پس از نصب آنها نیازی به restart کردن کامپیوتر نیست.