سخت افزارهای انتقال سیگنال در شبکه‌ های کامپیوتری

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 بين بالاترين و پايين‌ترين فركانسهايی كه يك سيستم ارتباطی میتواند ارسال كند گفته مي شود. به عبارت ديگر منظور از پهنای باند مقدار اطلاعاتی است كه ميی تواند در يك مدت زمان معين ارسال شود.

برای وسايل ديجيتال، پهنای باند برحسب بيت در ثانيه و يا بايت در ثانيه بيان می شود.

براي وسايل آنالوگ، پهنای باند، برحسب سيكل در ثانيه بيان مي شود.

دو روش برای ارسال اطلاعات از طريق رسانه‌های انتقالی وجود دارد كه عبارتند از:

• روش ارسال باند پايه Baseband

در يك شبكه کامپیوتری LAN، كابلي كه كامپيوترها را به هم وصل مي‌كند، فقط مي‌تواند در يك زمان يك سيگنال را از خود عبور دهد، به اين شبكه يك شبكه Baseband مي‌گوئيم. به منظور عملي ساختن اين روش و امكان استفاده از آن براي همه كامپيوترها، داده‌اي كه توسط هر سيستم انتقال مي‌يابد، به واحدهاي جداگانه‌اي به نام Packet شكسته مي‌شود. در واقع در کابل های شبکه LAN، توالي Packetهاي توليد شده توسط سيستم‌هاي مختلف را شاهد هستيم كه به سوي مقاصد گوناگوني در حركت‌اند.

براي مثال وقتي كامپيوتر شما يك پيام پست الكترونيكي را انتقال مي‌دهد، اين پيام به Packetهاي متعددي شكسته مي‌شود و كامپيوتر هر Packet را جداگانه انتقال مي‌دهد. در این شبکه کامپیوتری، كامپيوتر ديگري كه بخواهد به انتقال داده بپردازد نيز در يك زمان يك Packet را ارسال مي‌كند. وقتي تمام Packetهايي كه بر روي هم يك انتقال خاص را تشكيل مي‌دهند، به مقصد خود مي‌رسند، كامپيوتر دريافت كننده آنها را به شكل پيام الكترونيكي اوليه بر روي هم مي‌چيند. اين روش پايه و اساس شبكه‌هاي Packet-Switching مي‌باشد.

• روش ارسال باند پهن Broadband

در مقابل روش Baseband، روش Broadband قرار دارد. در روش اخير، در يك زمان و در يك كابل، چندين سيگنال حمل مي‌شوند. از مثالهاي شبكه Broadband كه ما هر روز از آن استفاده مي‌كنيم، شبكه تلويزيون است. در اين حالت فقط يك كابل به منزل كاربران كشيده مي‌شود، اما همان يك كابل، سيگنالهاي مربوط به كانالهاي متعدد تلويزيون را بطور همزمان حمل مي‌نمايد. از روش Broadband به طور روز افزوني در شبكه‌هاي WAN استفاده مي‌شود.

از آنجائيكه در شبكه‌هاي LAN در يك زمان از يك سيگنال پشتيباني مي‌شود، در يك لحظه داده‌ها تنها در يك جهت حركت مي‌كنند. به اين ارتباط half-duplex گفته مي‌شود. در مقابل به سيستم‌هايي كه مي‌توانند بطور همزمان در دو جهت با هم ارتباط برقرار كننده full-duplex گفته مي‌شود. مثالي از اين نوع ارتباط شبكه تلفن مي‌باشد. شبكه‌های LAN با داشتن تجهيزاتی خاص بصورت full-duplex عمل كنند.

كابلهای شبكه

پيش از اينكه در مورد انواع كابل‌ها و پهناي باند مربوط به آنها ودیگر سخت افزارهای انتقال سیگنال به بحث بپردازيم، ذكر اين نكته ضروري است كه نوع كابل انتخابي شما بطور مستقيم به توپولوژي شبكه تان وابسته است. در اين قسمت سعي گرديده توپولوژي مناسب با هر نوع كابل ذكر شود.
كابل شبكه یکی از سخت افزارهای انتقال سیگنال است كه از طريق آن، اطلاعات از يك دستگاه موجود در شبكه به دستگاه ديگر انتقال مي يابد.انواع مختلفي از كابلها بطور معمول در شبكه هاي LAN استفاده مي شوند. در برخي موارد شبكه تنها از يك نوع كابل استفاده مي كند، اما گاه انواعي از كابلها در شبكه به كار گرفته مي شود. غير از عامل توپولوژي، پروتكل و اندازه شبكه نيز در انتخاب كابل شبكه مؤثرند. آگاهي از ويژگيهاي انواع مختلف كابلها و ارتباط آنها با ديگر جنبه هاي شبكه براي توسعه يك شبكه موفق ضروري است.

امروزه استفاده از سه گروه از كابل‌ها، در ايجاد شبكه مطرح هستند:

كابل های Coaxial

کابلهای فیبر نوری

کابلهای زوج بهم تابیده یا Twisted Pair

كارت شبكه یا Network Interface Adapter

یکی دیگر از سخت افزارهای انتقال سیگنال كارت شبكه يا NIC است، این قطعه در شيار گسترش كامپيوتر( expansion slot: سوكتي در مادربورد يك كامپيوتر كه براي نگهداري بوردهاي گسترش و اتصال آنها به باس سيستم (مسير انتقال داده‌ها) طراحي مي‌شود. شيارهاي گسترش روشي براي افزايش يا بهبود ويژگيها و قابليت‌هاي كامپيوتر هستند)
قرار مي‌گيرد، باعث ارتباط آن كامپيوتر و شبكه‌ای، كه كامپيوتر در آن قرار دارد میشود. در شبکه های کامپیوتری هر كامپيوتر مي‌بايست حداقل يك كارت شبكه داشته باشد كه به باس گسترش سيستم (System’s Expansion Bus) اتصال مي‌يابد و براي رسانه شبكه (كابل شبكه) به عنوان يك واسطه عمل مي‌كند. در بیشتر مادربوردهای امروزی یک كارت شبكه 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 بيشتر مواقع شكل يك كارت گسترش (Expansion Card) را به خود مي‌گيرد كه يا به ISA سيستم (Industry Standard Architecture: مجموعه مشخصاتي براي طراحي باس‌ها كه امكان مي‌دهد قطعات بصورت كارت به شيارهاي گسترش استاندارد كامپيوترهاي شخصي آي‌بي‌ام و سازگار با آنها افزوده شوند)، و يا به PCI (Peripheral Component Interconnect: مجموعه مشخصاتي كه توسط شركت اينتل ارائه شده و سيستم باس محلي را تعريف مي‌كند كه امكان نصب حداكثر 10 كارت گسترش سازگار با PCI را فراهم مي‌كند) متصل مي‌گردد.
كارت شبكه به همراه نرم‌افزار راه اندازي (device driver) آن، مسئول اكثر كاركردهاي لايه data-link و لايه فيزيكي مي‌باشد. كارت‌هاي شبكه، بسته به نوع كابلي كه پشتيباني مي‌كنند، اتصال دهنده‌هاي (Connectors) خاصي را مي‌طلبند. (كابل شبكه از طريق يك اتصال دهنده به كارت شبكه وصل مي‌شود) برخي كارت‌هاي شبكه بيش از يك نوع اتصال دهنده دارند كه اين شما را قادر مي‌سازد كه آنها را به انواع مختلفي از كابلهاي شبكه اتصال دهيد.

عملكردهای اساسی كارت شبكه

كارت شبكه عملكردهاي گوناگوني را كه براي دريافت و ارسال داده‌ها در شبكه حياتي هستند، انجام مي‌دهد كه برخي از آنها عبارتند از:
1- Data encapsulation: كارت شبكه و درايور (راه‌انداز) آن، مسئول ايجاد فريم در اطراف داده توليد شده توسط لاية شبكه و آماده‌سازي آن براي انتقال هستند.
2- Signal encoding and decoding: در واقع كارت شبكه طرح كدگذاري لايه فيزيكي را پياده مي‌كند و داده‌هاي دودويي (binary) توليد شده توسط لايه شبكه را به سيگنال‌هاي الكتريكي قابل انتقال بر روي كابل شبكه تبديل مي‌نمايد. همچنين سيگنال‌هاي دريافتي از روي كابل را براي استفاده لايه‌هاي بالاتر به داده‌هاي دودويي تبديل مي‌سازد.
3- Data transmission and reception: كاركرد اساسي كارت شبكه، توليد و انتقال سيگنال‌هاي متناسب در شبكه و دريافت سيگنال‌هاي ورودي است. طبيعت سيگنال‌ها به كابل شبكه و پروتكل لايه datalink بستگي دارد. در يك LAN فرضي، هر كامپيوتر هم بسته‌هاي عبوري در شبكه را دريافت مي‌كند و كارت شبكه آدرس مقصد لايه datalink را بررسي مي‌كند تا ببيند آيا بسته براي كامپيوتر مذكور فرستاده شده يا خير. در صورت مثبت بودن پاسخ، كارت شبكه بسته را براي انجام پردازش توسط لايه بعدي از كامپيوتر عبور مي‌دهد، در غير اينصورت بسته را به دور مي‌افكند.
كارت شبكه قابل نقل و انتقال (Portable Computer Network Adapters)
بسيار احتمال دارد كه در شبكه شما يك كامپيوتر كيفي و قابل حمل وجود داشته باشد. گستره وسيعي از كارت شبكه‌هاي مناسب اين كامپيوترها قابل دستيابي است. نوعي از كارت شبكه كه در كامپيوترهاي كيفي استفاده مي‌شود عبارتست از: كارت PCMCIA يا همان PC Card.
كارت PC در يك شيار و يا در يك جفت شيار موجود در كناره كامپيوتر كيفي جاي مي‌گيرد. كابل شبكه با استفاده از ابزاري به نام “dongle” به كارت PC متصل مي‌شود. كارتهاي PC جز ابزارهاي “Plug-and-Play” هستند، و مي‌توان در حاليكه كامپيوتر روشن و در حال فعاليت است، آنها را نصب يا خارج نمود و پس از نصب آنها نيازي به restart كردن كامپيوتر نيست.