بسم الله الرحمن الرحیم

1. بسم الله الرحمن الرحیم

2. عنوان تحقیق : رقیه نوبری ارائه دهنده : آموزش پرورش ناحیه 3

3. فهرست مطالب • مقدمه • مفهوم شبکه هاي کامپيوتري • مزایای استفاده از شبکه هاي کامپيوتري • سخت افزار شبکه • - دسته بندي شبکه ها از ديدگاه تکنولوژي انتقال • - دسته بندي شبکه ها از ديدگاه مقياس بزرگي • طراحی لایه ای شبکه • مدل هفت لايه اي OSI از سازمان جهاني ISO • تاریخچة TCP/IP • مدل چهار لايه اي TCP/IP • پروتکل IP • قالب يک بسته IP • کلاس هاي آدرس IP

4. مقدمه : TCP/IP : Transmission Control Protocol / Internet Protocol TCP/IP تركيبي از دو پروتكل اصلي است: پروتكل كنترل انتقال (TCP ) و پروتكل اينترنت (  (IP. • TCP/IP مجموعه قراردادهايي هستند كه جهت اتصال كامپيوترها در شبكه مورد استفاده قرارمي گيرند. به تعريف ديگر قرارداد كنترل انتقال اطلاعات مي باشد . • اينترنت بعنوان بزرگترين شبکه موجود ، از پروتکل فوق بمنظور دستيابی به اينترنت و استفاده از سرويس های متنوع آن نظير وب و يا پست الکترونيکی و ارتباط دستگاه های متفاوت استفاده می نمايد. • امروزه اکثر شبکه های کامپيوتری بزرگ (WAN) و اغلب سيستم های عامل موجود از پروتکل TCP/IP، استفاده و حمايت می نمايند. TCP/IP ، امکانات لازم بمنظور ارتباط سيستم های غيرمشابه را فراهم می آورد. • از ويژگی های مهم پروتکل فوق : - قابليت اجراء بر روی محيط های متفاوت - ضريب اطمينان بالا - قابليت گسترش و توسعه آن - غیر انحصاری بودن آن

5. فرآيند برقراری يک ارتباط  ، شامل فعاليت های متعددی نظير :  - تبديل  نام کامپيوتر به آدرس IP  معادل - مشخص نمودن موقعيت کامپيوتر مقصد - بسته بندی اطلاعات - آدرس دهی و روتينگ داده ها • برقراری ارتباط از طریق پروتکل های متعددی که در چهارلایه مجزا سازماندهی شده اند ، میسر می گردد. هر یک از پروتکل های موجود در پشته TCP/IP ، دارای وظیفه ای خاص می باشند . • برقراری ارتباط مبتنی بر TCP/IP ، با فعال شدن يک برنامه بر روی کامپيوتر مبدا آغاز می گردد . برنامه فوق ،داده های مورد نظر جهت ارسال را بگونه ای آماده و فرمت می نمايد که برای کامپيوتر مقصد قابل خواندن و استفاده باشند. در ادامه، به داده های مربوطه اطلاعاتی اضافه می گردد. پس از انجام عمليات فوق ، داده به همراه اطلاعات اضافی ، در طول شبکه بحرکت درآمده  تا به مقصد مورد نظر برسد. عمليات فوق ، ارتباطی به محيط انتقال شبکه بمنظور انتقال اطلاعات نداشته و تحقق عمليات فوق با رويکردی مستقل نسبت به محيط انتقال ، انجام خواهد شد.

6. مفهوم شبکه هاي کامپيوتري • شبکه هاي کامپيوتري مجموعه اي از کامپيوترهاي ”مستقل“ است که بنحوي با يکديگر اطلاعات و داده مبادله مي نمايند. • تبادل داده ها: نوع کانال اهميتي ندارد. اين داده ها را ”دانايي و آگاهي“ مي نامند. مانند آگاهي از نرخ سهام

7. مزایای استفاده از شبکه هاي کامپيوتري: • اشتراک منابع: مانند يک چاپگر در شبکه يا يک نرم افزار گرانقيمت مانند سرور فايل. • حذف محدوديت هاي جغرافيايي در تبادل داده ها: مبادله پيام و اطلاعات بدون توجه به فواصل. • کاهش هزينه ها: مانند پست الکترونيک که رايگان است و يا جابجايي پول و اعتبار. • بالا رفتن قابليت اعتماد در سيستم ها: در صورتي خرابی يک سيستم در شبکه مي توان از سيستم هاي پشتيبان استفاده کرد، بدون آنکه وقفه اي در کار ايجاد گردد. • افزايش کارايي سيستم: توزيع وظايف سازماني يک مجموعه به ماشين هاي متفاوت.

8. سخت افزار شبکه – از ديدگاه تکنولوژي انتقال • تکنولوژي انتقال به اين معناست که شبکه از چه نوع کانالي بعنوان واسط انتقال استفاده مي کند. • از اين ديدگاه دو نوع شبکه قابل تعريف است: • شبکه هاي پخش فراگير Broadcast انتقال اطلاعات از طريق يک کانال فيزيکي مشترک انجام مي گيرد. در چنين شبکه اي هر ايستگاه يک آدرس يکتا دارد تا پيام هاي مربوط خود را تشخيص دهد. • شبکه هاي نقطه به نقطه Point to Point بين دو ماشين در شبکه يک کانال فيزيکي و مستقيم وجود دارد.

9. سخت افزار شبکه – از ديدگاه مقياس بزرگي • ديدگاه دوم در دسته بندي و تفکيک شبکه ها، مقياس شبکه و ناحيه تحت پوشش آن مي باشد. • از اين ديدگاه سه نوع شبکه قابل تعريف است: • شبکه هاي محلي LAN (Local Area Network) • شبکه هاي بين شهري MAN ( Metropolitan Area Network) • شبکه هاي گسترده WAN (Wide Area Network)

10. شبکه هاي محلي LAN (Local Area Network) • شبکه اي کوچک از لحاظ طول فيزيکي کانال (حداکثر تا چند کيلومتر) و تعداد ايستگاه ها که مزاياي زيادي دارد از جمله : • با توجه به کوتاه بودن مسير داراي افت سيگنال کم و طبعأ نرخ خطاي بسيار پايين، نرخ ارسال بسيار بالا و تاخير انتشار بسيار ناچيز است. • با توجه به محدود بودن تعداد ايستگاه ها، مديريت شبکه آسانتر است. • هزينه نصب و راه اندازي اين نوع شبکه چندان بالا نيست. • انواع توپولوژي هاي اين نوع شبکه: • توپولوژي خطي يا Bus • توپولوژي حلقه Ring • توپولوژي ستاره Star

11. شبکه هاي بين شهري MAN ( Metropolitan Area Network) • براي ايجاد شبکه در سطح يک شهر يا اتصال چندين شبکه محلي . • تکنولوژي و توپولوژي آن مشابه شبکه هاي محلي است. • بدليل طول زياد کانال( حدود 100 کيلومتر) از فيبر نوري استفاده مي شود.

12. شبکه هاي گسترده WAN (Wide Area Network) • در گستره جغرافيايي يک کشور يا جهان پياده سازي مي شود. • در ادبيات شبکه به ماشينهاي نهايي که در اختيار کاربر قرار دارد و برنامه هاي کاربردي او را اجرا مي کند، ماشين ميزبان مي گويند. • به يک بسته اطلاعاتي که بصورت مستقل توسط يک ماشين توليد مي شود، بسته گفته مي شود که معمولا داراي اندازه هاي متنوع بين چند بايت تا چند کيلو بايت هستند. • زير ساخت ارتباطي (Subnet) در WAN از دو بخش تشکيل شده است: • عناصر سوئيچ – مسير ياب • خطوط ارتباطي يا کانالها

13. طراحي لايه اي شبکه • دلایل لایه بندی کردن شبکه : • هر لايه وظيفه مشخصي دارد و طراح بايد آن را به دقت تشريح نمايد. • سرويس هايي که ماهيتا متفاوتند بايد لايه به لايه و جداگانه طراحي شوند. • وظيفه هر لايه بايد طبق قراردادها و استانداردهاي جهاني مشخص شوند. • تعداد لايه ها نبايد بيش از حد زياد و يا کم باشد. • مرز لايه ها بايد به گونه اي انتخاب شود که جريان اطلاعات بين لايه ها حداقل باشد. • موارد دیگری همچون : ساده سازی پياده سازی، امکان توسعه راحتتر، امکان خطايابی راحتتر، نزديک شدن به رويکردهايی همچون شیء گرايی. • براي آنکه طراحي شبکه ها سليقه اي و پيچيده نشود، سازمان استاندارد ISOمدلي هفت لايه اي در سال 1980 براي شبکه ارائه کرد. اين مدل هفت لايه اي OSI (Open System Interconnection) نام گرفت.

14. مدل هفت لايه اي OSI از سازمان جهاني ISO

15. سلسله مراتب لايه ها • لايه n در هر ماشين با لايه n متناظر در ماشين ديگر مکالمه می کند (قرارداد لايه n). • لايه n در هر فرستنده و گيرنده وظايف مشابهی دارند. • هر لايه از طريق واسط (Interface) با لايه قبل و بعد خود ارتباط دارد. • لايه ها از سخت افزاری ترين لايه شروع و به نرم افزاری ترين خاتمه می يابند. • کاربران از طريق بالاترين لايه شبکه از خدمات استفاده می کنند.

16. مدل ISO - لايه فيزيکي Physical Layer

17. مدل ISO - لايه پيوند داده ها Data Link Layer

18. مدل ISO - لايه شبکه Network Layer

19. مدل ISO - لايه انتقال Transport Layer

20. مدل ISO - لايه جلسه Session Layer

21. مدل ISO - لايه ارائه Presentation Layer

22. مدل ISO - لايه کاربرد Application Layer

23. تاریخچة TCP/IP • مدل TCP/IP زاده جنگ سرد در دهه 60 بود. • در اواخر اين دهه، آژانس پروژه هاي پيشرفته تحقيقاتي دولت ايالات متحده (ARPA) تصميم به پياده سازي يک شبکه WAN در نه ايالت آمريکا گرفت. • براي اوليت بار روش ”سوئيچ-بسته“ در اين شبکه معرفي شد. • موفقيت اين شبکه باعث شد تا ديگر مراکز تحقيقاتي شروع به کار مشترک براي توسعه تکنولوژي شبکه نمايند. • کميته ARPA که به کميته ICCB (Internet control and Configuration Board) مشهور شد با همکاري اين مراکز تحقيقاتي، کار مشترک تبديل ARPA به يک پروتکل شبکه اي استاندارد بنام TCP/IP را شروع کردند. • دانشگاه برکلي در نسخه يونيکس خود که رايگان بود، پروتکل TCP/IP را پياده سازي و ارائه کرد وهمين کار شايد بزرگترين عامل تو سعه و رشد آن شد.

24. مدل چهار لايه اي TCP/IP • TCP/IP مجموعه قراردادهايي هستند كه در جهت اتصال كامپيوتر ها در شبكه مورد استفاده قرار مي گيرند. به تعريف ديگر قرارداد كنترل انتقال اطلاعات مي باشد . • پروتکل TCP/IP از مجموعه پروتکل های ديگر تشکيل شده که هر يک در لايه مربوطه، وظايف خود را انجام می دهند.

25. TCP/IP چگونه كار مي كند؟ • سيستم پروتكلي TCP/IP به لايه هاي مختلفي تقسيم شده است.مدل چهار لايه اي كه در شكل نشان داده شده است مدلي معمولي براي توضيح دادن شبكه بندي در TCP/IP است.

26. مدل TCP/IP– لايه اول: لایه واسطه شبکه: interface network layer

27. مدل TCP/IP – لايه دوم : لایه شبکه – network layer

28. مدل TCP/IP – لايه سوم : لایه انتقال – transport layer

29. مدل TCP/IP– لايه چهارم : لایه کاربرد – application layer

30. وقتي كه نرم افزار پروتكل TCP/IP داده ای را براي ارسال از طريق شبكه آماده مي كند؛ هر لايه در كامپيوتر فرستنده ، لايه اي اطلاعات به اين داده ها مي افزايد تا بدست لايه متناظر در ماشين گيرنده برسد. • براي مثال لايه اينترنت در كامپيوتر فرستنده، سرآيندي (header) به داده مي افزايد كه در آن اطلاعاتي براي لايه اينترنت در كامپيوتر گيرنده قرار داده می شود. اين فرايند گاهي كپسوله سازي (encapsulating) ناميده ميشود. در كامپيوتر گيرنده، سرآيندها زماني كه اطلاعات از پشته پروتكلي به سمت بالا مي روند يكي يكي در هر لايه حذف مي گردند. • داده ها از برنامه كاربردي TCP/IP يا از نرم افزار كاربردي شبكه از طريق پورت TCPيا UDP به يكي از پروتكلهاي لايه انتقال وارد مي شوند. برنامه ها ميتوانند از طريق TCPيا UDP بسته به نياز خود از شبكه استفاده كنند.

31. داده ها به لايه اينترنت مي رسند و پروتكل IP، اطلاعات آدرس دهي منطقي را به آن اضافه مي كند و يك ديتاگرام مي سازد. • ديتا گرام وارد لايه دسترسي به شبكه ميشوند،جايي كه قطعات نرم افزاري مرتبط با شبكه فيزيكي وجود دارند.لايه دسترسي به شبكه يك يا چند فريم داده كه براي ورود به شبكه فيزيكي مناسب هستند مي سازد. • فريم داده ها به يك رشته از بيت هايي كه از طريق واسط انتقال منتقل خواهند شد تبديل مي شوند.

32. مقایسة مدل TCP/IP با مدل OSI

33. پروتکل IP • IP يك آدرس عددي است كه براي ارتباط با شبكه به هر ماشيني در شبكه اختصاص داده مي شود (چون IP براي وسايلي از قبيل ROUTER و MODEM و LAN و … استفاده مي شود • وظيفه پروتكل IP حمل و تردد بسته هاي حاوي اطلاعات و همچنين مسير يابي آنها از مبدا تا مقصد است. • IP پس از دريافت اطلاعات از TCP شروع به قطعه قطعه كردن آن به قطعه هاي كوچك به اسم FRAGMENT مي نمايد، پس از اين مرحله براي هر FRAGMENT يك بسته IP مي سازد كه حاوي اطلاعات مورد نياز بسته براي حركت در طول شبكه مي باشد و بسته IP را به بسته TCP اضافه مي كند و شروع به ارسال بسته هاي تكه تكه شده(FRAGMENT) مي نمايد حال مسير يابها بر اساس تنظيمات قسمت IP بسته ها را به مقصد خود هدايت مي كنند و آن را داخل زير شبكه ها هدايت مي كنند .

34. لايه اينترنت IP (Internet Protocol) • قراردادي که حمل و تردد بسته هاي اطلاعاتي و همچنين مسيريابي صحيح آنها را از مبدا به مقصد، مديريت و سازماندهي مي نمايد. • به اين بسته هاي اطلاعاتي ديتاگرام گفته مي شود. در صورتي که طول اين ديتاگرام بزرگ باشد به واحدهاي کوچکتري بنام قطعه تقسيم مي شوند. • طول بسته هاي IP مي تواند تا حداکثر 64K باشد اما در عمل عموما طول بسته ها حدود 1500 بايت است. • پروتکل IPهنگام قطعه قطعه کردن بسته براي کل آن يک شماره مشخصه و براي هر قطعه يک شماره ترتيب در نظر مي گيرد. • در کنار پروتکل IP چندين پروتکل ديگر تعريف شده است که در عملکرد بهتر، مسيريابي صحيح، مديريت خطاهاي احتمالي يا کشف آدرس هاي ناشناخته کمک مي کنند. مانند: …RIP, PARP, ARP, ACMP • پروتکل IP خاصيت پرتابل بودن را روي شبکه ايجاد کرده است.

35. قالب يک بسته IP

36. خصوصيات IP • بسته IP حد اكثر 64 كيلوبايت فضا را اشغال خواهد كرد ولي موضوع جالب اينجاست كه در حالت عادي حجم بسته حدود 1600 بايت بيشتر نمي شود. • IP در تمامي سيستم هاي عامل با ساختار استانداردي كه دارد به درستي كار مي كنند و نياز به هيچ نوع سخت افزار ندارد . • بسته IP ساخته شده از تعدادي فيلد مجزا مي باشد كه هر كدام اطلاعاتي را در خود دارند كه در زمان مورد نياز اين اطلاعات از داخل بسته ها استخراج مي شود و مورد استفاده قرار مي گيرد اين اطلاعات شامل مواردي مثل :آدرس IP فرستنده . آدرس IP گيرنده و ….. مي باشد .

37. مبحث آدرس ها در اينترنت و اينترانت • همانطور که گفته شد پروتکل اينترنت از آدرسهاي منحصر به فرد و يکتاي 32 بيتي بهره مي برد.(نسل جديد اين آدرس ها 128 بيتي خواهد بود) • در ادامه بحث موارد زير بررسي مي شوند: • قالب هر آدرس IP چگونه سازماندهي مي شود؟ • کلاسهاي مختلف آدرسهاي IP به چه منظور و چگونه سازماندهي مي شوند؟ • چگونه آدرس هاي IP به آدرس هاي سخت افزاري لايه فيزيکي تبديل خواهد شد؟ • يک مسيرياب چگونه مي تواند از يک آدرس 4 بايتي، محل دقيق يک ماشين را بين ميليون ها ماشين متصل به شبکه پيدا نمايد؟ • آدرس هاي IP درون يک عدد 32 بيتي درج مي شوند و ليکن براي سادگي به چهار قسمت هشت بيتي Octet که با نقطه از هم جدا شده اند، نوشته مي شود. • 34.21.225.1 بصورت زیر در فيلد آدرس از يک بسته IP تنظيم مي شود.

38. فرمت آدرس IP Octet (8 bits) . Octet (8 bits) . Octet (8 bits) . Octet (8 bits) 27 26 25 24 23 22 21 20 . 27 26 25 24 23 22 21 20 . 27 26 25 24 23 22 21 20 . 27 26 25 24 23 22 21 20 1 1 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 0 1 . 0 0 1 0 0 1 0 0 . 0 0 0 0 1 0 1 1 برابر است با 192 . 5 . 36 . 11

39. کلاس هاي آدرس IP • از آنجا که TCP/IP براي شبکه هاي با مقياس بزرگ طراحي شده است نمي توان انتظار داشت که حدود 4ميليارد و سيصد ميليون آدرس را بدون هيچ نظم و سياق به ماشين هاي شبکه اختصاص دهد. • همانند آدرس پستي که سلسله مراتبي است و بصورت کشور، استان، شهر، ناحيه،خيابان، کوچه، شماره است فلسفه کلاسهاي IP به اين منظور است: • براي آدرس دادن به ماشين هاي ميزبان بهتر است 32 بايت آدرس IP به قسمت هاي زير تقسيم شود: • آدرس شبکه • آدرس زيرشبکه(در صورت لزوم) • آدرس ماشين ميزبان • هر آدرس IP شامل دو نوع است : network ID و host ID. • آدرس هاي IP در پنج کلاس A, B,C,D,E معرفي شده اند.

40. آدرس هاي کلاس A • در کلاس A، پرارزش ترين بيت از آدرس مقدار صفر دارد.7 بيت بعدي ”مشخصه آدرس شبکه“ و 3 بايت باقيمانده آدرس ماشين ميزبان است. • بايت پرارزش در محدوده صفر تا 127 تغيير مي کند. • چون با 24 بيت مي توان حدود 17 ميليون ماشين ميزبان را آدرس دهي کرد کلاس A بايستي براي آژانس هاي ستون فقرات اينترنت باشد. • مشخصه شبکه نمي تواند اعداد 0 يا127 باشد. بنابراين تعداد شبکه هايي که مي توانند در کلاس A باشند 126 تا است که بسيار کم است. • امروزه اختصاص آدرس هاي کلاس A غيرممکن است. • اگر عدد سمت چپ آدرس بين 0 تا 127 باشد، آن آدرس از کلاس A است. 74.103.14.138

41. آدرس هاي کلاس B • دو بيت پرارزش در اين کلاس مقدار 10 و 14بيت باقيمانده از دو بايت سمت چپ آدرس شبکه و 16 بيت مانده ماشين ميزبان را مشخص مي کند. • در آدرس هاي کلاس B تعداد 16382(214-2) شبکه گوناگون قابل تعريف است و هر شبکه مي تواند 65634 ماشين ميزبان تعريف نمايد. • اختصاص آدرس هاي کلاس B براي شبکه هاي بسيار عظيم مناسب است، هر چند تعداد اين شبکه ها حدود 16000است ولي امروزه همه آنها اختصاص داده شده اند. • اگر آدرس IP بصورت دهدهي نوشته شود، عدد سمت چپ بين 128 تا 198 خواهد بود. 134.64.143.24

42. آدرس هاي کلاس C • مناسب ترين و پرکاربرد ترين کلاس از آدرس هاي IP است. • سه بيت پرارزش تر مقدار110 و 21بيت بعدي از سه بايت سمت چپ آدرس شبکه را مشخص مي کند. • بنابراين در اين کلاس حدود 2ميليون شبکه را درجهان مي توان آدرس دهي کرد و هر شبکه مي تواند حدود 254 عدد ماشين ميزبان را تعريف نمايد. • عدد سمت چپ آدرس IP بين 192 تا 223 خواهد بود. 199.164.78.132

43. آدرس هاي کلاس D • فعلا اين نوع آدرس ها که پنج بيت پرارزش آنها در سمت چپ 11110 است کاربرد خاصي ندارند و براي استفاده در آينده رها شده اند. • البته گاهي بطور آزمايشي از اين آدرس ها استفاده شد و تاکنون جهاني نشده اند.

44. آدرس هاي خاص • پنج گروه از کلاس ها در بين تمامي کلاسها معناي ويژه اي دارند و با آنها نمي توان يک شبکه خاص را تعريف و آدرس دهي کرد که عبارتند از: • آدرس 0.0.0.0: هر ماشيني که از آدرس خودش مطلع نيست اين آدرس را بعنوان آدرس خودش فرض مي کند. البته از اين آدرس فقط به عنوان آدرس مبدا وبراي ارسال يک بسته مي توان استفاده کرد وگيرنده نمي تواندپاسخي به مبدا بفرستد. • آدرس 0.HostID: اين آدرس زماني بکار مي رود که ماشين ميزبان، آدرس مشخصه شبکه اي که به آن تعلق دارد را نداند. در اين حالت در قسمت NetID مقدار صفر و در قسمت HostID شماره مشخصه ماشين خود را قرار مي دهد. • آدرس 255.255.255.255: براي ارسال پيام هاي فراگير براي تمامي ماشين هاي ميزبان بر روي شبکه محلي که ماشين ارسال کننده متعلق به آن است.

45. فهرست منابع • شبکه های کامپیوتری نویسنده :رضا رمضانی • آموزش امنیت و کدگذاری در شبکه نویسنده: گروه اموزشی فرزان • شبکه های کامپیوتری نوشته اندرو اس تننباوم • ترجمه دکتر پدرام