اینترنت
اینترنت در واقع اصلا یک شبکه نیست، بلکه مجموعه ایست از شبکه های مختلف که از پروتکلهای خاصی استفاده کرده، و سرویسهای مشخصی را ارائه می کند. ویژگی غیرعادی اینترنت اینست که توسط فرد خاصی طراحی نشده، و هیچکس هم آنرا کنترل نمی کند. برای درک بهتر این مطلب، اجازه دهید ببینیم اینترنت از کجا شروع شد، و علت آن چه بود. یکی از جالبترین تاریخچه های اینترنت را می توانید در کتاب جان نافتون- 2000- ببینید. این کتاب نه تنها برای افراد عادی، بلکه برای مورخان نیز جالب است، برخی از مطالب ذیل از این کتاب اقتباس شده است. البته کتابهای فنی بیشماری نیز درباره اینترنت و پروتکلهای آن نوشته شده، که از آن میان میتوان به
(Maufer, 1999) اشاره کرد.
آرپانت (ARPANET)
داستان ما از اواخر دهه 1950 شروع میشود . در اوج جنگ سرد وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا به فکر ایجاد یک شبکه فرماندهی و کنترل افتاد که بتواند حتی در مقابل حملات هسته ای دوام بیاورد. در آن زمان تمامی مخابرات نظامی به شبکه تلفن عمومی متکی بود، که مستعد آسیب تشخیص داده شده بود. با یک نگاه به شکل زیر (الف) می توانید مبنای این استدلال را دریابید. در این شکل نقاط سیاه نماینده مراکز سوئیچینگ شهری هستند که هزاران خط تلفن از آنها منشعب میشود. این مراکز نیز به نوبه خود به مراکز بین شهری بزرگتر متصل هستند، که در مجموع شبکه تلفن کشوری را می سازند. آسیب پذیری این سیستم از آنجا ناشی می شد که تخریب چند مرکز بین شهری کلیدی می توانست تماس تلفنی را در کل کشور مختل کند.
در سال 1960 وزارت دفاع قراردادی را با شرکت راند امضاء کرد که در ان وظیفه یافتن یک راه حل به آن محول شده بود. یکی از متخصصان این شرکت، بنام پل بارن طرح یک شبکه توزیع شده (distributed) و تحمل پذیر خطا (fault- tolerant) را پیشنهاد کرد، که آنرا در شکل (ب) می بینید. از آنجائیکه در این شبکه طول مسیر بین مراکز سوئیچینگ طولانیتر از آن بود که بتوان از سیگنالهای آنالوگ استفاده کرد، بارن پیشنهاد کرد در این سیستم از تکنولوژی سوئیچینگ بسته دیجیتالی (digital packet- switching) استفاده شود. بارن گزارشات متعددی برای وزارت دفاع نوشت، و جزئیات سیستم پیشنهادی خود را تشریح کرد. مقامات رسمی پنتاگون به ایده نهفته در این سیستم علاقمند شدند و از AT&T (که در آن زمان انحصار شبکه تلفن کشوری را در دست داشت) خواستند که یک نمونه اولیه از آن بسازد. AT&T طرح بارن را رد کرد. بزرگترین و ثروتمندترین شرکت دنیا تحمل نمی کرد که یک جوان تازه از راه رسیده به آنها بگوید چگونه شبکه تلفن بسازند! آنها ادعا کردند که طرح بارن قابل اجرا نیست و بدین ترتیب ایده آن را در نطفه خفه کردند.
سالها گذشت، و وزارت دفاع همچنان به دنبال سیستم فرماندهی و کنترل ایده آل خود بود. برای درک بهتر اتفاقات بعدی، باید کمی به عقب برگردیم: به اکتبر 1957، زمانی که اتحاد جماهیر شوروی (سابق) با پرتاب اولین قمر مصنوعی به نام اسپوتنیک در مسابقه فضایی از ایالات متحده پیشی گرفت. آیزنهاور، رئیس جمهور وقت ایالات متحده در جستجو برای یافتن علت عقب افتادگی کشورش با وحشت دریافت که نیروهای زمینی، دریایی و هوایی آمریکا مشغول دعوا بر سر تقسیم بودجه تحقیقاتی پنتاگون هستند. وی بلافاصله تصمیم گرفت که یک مرکز واحد برای تحقیقات نظامی بوجود آورد، مرکزی که آرپا (آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته Advanced Research Projects Agency- ARPA نام گرفت. آرپا هیچ دانشمند یا آزمایشگاهی نداشت در واقع آرپا چیزی نبود جز یک دفتر هماهنگی کوچک با بودجه ای ناچیز (البته با معیارهای پنتاگون). آرپا کارش را با عقد قرارداد یا واگذاری امتیاز به شرکتها یا دانشگاه هایی که ایده های جالبی داشتند، انجام می داد.
در سالهای اول، آرپا بیشتر سعی داشت خطوط کلی ماموریت خود را روشن و ترسیم کند، ولی در سال 1967 توجه مدیرعامل آن، لاری رابرتس، به موضوع شبکه جلب شد. او با متخصصان بسیاری مشورت کرد و یکی از همین متخصصان بنام وسلی کلارک بود که پیشنهاد ایجاد یک زیر شبکه سوئیچینگ بسته را مطرح کرد.
بعد از مقداری بحثهای اولیه رابرتس ایده را پسندید و آنرا طی یک مقاله نسبتاً مبهم به گردهمایی اصول سیستم عامل (که در اواخر 1967 در گاتلین بورگ، تنسی برگزار شده بود) ارائه کرد (Roberts, 19670 . در میان ناباوری رابرتس مقاله دیگری نیز به این کنفرانس ارائه شده بود که نه تنها سیستم مشابهی را توصیه می کرد بلکه حتی صحبت از پیاده سازی آن تحت مدیریت فردی بنام دونالد دیویس در آزمایشگاه ملی فیزیک (NPL) در انگلستان به میان آمده بود. سیستم NPL در واقع سیستمی در سطح ملی نبود، بلکه فقط چند کامپیوتر را در محوطه NPL به هم متصل می کرد، اما نکته مهم این بود که نشان می داد سوئیچینگ بسته در عمل کار می کند. از همه جالبتر اینکه سیستم NPL براساس کارهای بارن پایه گذاری شده بود. وقتی رابرتس از گاتلین بورگ برگشت دیگر مصمم بود چیزی را بسازد که بعدها به آرپانت (ARPANET) معروف شد.
این زیرشبکه تعدادی مینی کامپیوتر به نام (Interface Message Processor)IMP را با خطوط انتقال 56- kbps به هم متصل می کرد. برای رسیدن به قابلیت اعتماد بالا، هر IMP به حداقل دو IMP دیگر متصل می شد. این زیرشبکه در واقع یک زیر شبکه دیتاگرام (datagram subnet) بود بنابراین اگر تعدادی از خطوط یا IMP ها از بین می رفتند پیامها می توانستند از طریق مسیرهای جایگزین به مقصد برسند.
هر گره (node) این شبکه عبارت بود از یک کامپیوتر میزبان و یک IMP، که با سیمی کوتاه به هم وصل می شدند. هر میزبان می توانست پیامهایی تا سقف 8063 بیت به IMP خود بفرستد و این IMP سپس پیام را به بسته های 1008 بیتی شکسته و آنها را به صورت مستقل به سمت مقصد می فرستاد. هر بسته قبل از اینکه به گره بعدی هدایت شود بایستی به طور کامل دریافت می شد، بدین ترتیب آرپانت اولین زیرشبکه سوئیچینگ بسته بود که به صورت ذخیره- هدایت (store- and- forward) کار می کرد.
پس از آن آرپا مناقصه ای برای ساخت این زیرشبکه اعلام کرد که دوازده شرکت اسناد آنرا خریدند. بعد از بررسی پیشنهادات رسیده در دسامبر 1968 آرپا شرکت BBN را (که یک شرکت مشاوره در کمبریج، ماساچوست بود) برای ساخت این زیرشبکه و نوشتن نرم افزارهای آن برگزید. شرکت BBN مینی کامپیوترهای اصلاح شده هانی ول DDP-316 را (که 12 کیلو بایت حافظه 16 بیتی داشت) بعنوان IMP انتخاب کرد. از آنجائیکه قطعات مکانیکی ذاتاً غیرقابل اعتماد فرض می شدند، این IMPها اصلا دیسک نداشتند، و با خطوط اجاره ای 56-kbps به هم متصل می شدند. با اینکه امروزه حتی بچه ها هم دیگر خطوط 56-kbps را قبول ندارند (و به کمتر از ADSL راضی نمیشوند). آنروزها خطوط 56-kbps بالاترین چیزی بود که می شد آرزو کرد.
نرم افزار نیز در دو بخش مجزا طراحی شد: زیر شبکه، میزبان . نرم افزار زیرشبکه عبارت بود از پروتکل ارتباط IMP با میزبان، پروتکل IMP-IMP و نرم افزاری برای بهبود ارتباط IMP مبدا با IMP مقصد. در شکل 1-26 طراحی اولیه آرپانت را ملاحظه میکنید.
در خارج از زیرشبکه، میزبانها نیز به نرم افزار نیاز داشتند: پروتکل ارتباط میزبان با IMP ، پروتکل میزبان- میزبان، و نرم افزارهای کاربردی. به زودی معلوم شد که BBN احساس می کند با گرفتن پیام در نقطه واسط میزبان- IMP و تحویل آن در نقطه IMP میزبان سمت مقابل کارش پایان یافته است.
اما رابرتس مشکل دیگری داشت: کامپیوترهای میزبان هم نیازمند نرم افزار بودند. برای حل این مشکل، در تابستان 1969 رابرتس همایشی از متخصصان شبکه (که عمدتاً دانشجویان تازه فارغ التحصیل بودند) در اسنوبرد یوتا تشکیل داد. این دانشجویان فکر می کردند کسی وجود دارد که طرح کلی شبکه را برای آنها توضیح دهد و بعد از آن می توانستند نوشتن نرم افزار را شروع کنند. آنها بسیار شگفت زده شدند وقتی فهمیدند که نه متخصصی برای توضیح طرح شبکه وجود دارد و نه اساساً چیزی به نام طرح شبکه! آنها دریافتند که باید کار را از صفر شروع کنند.
با وجود همه این مشکلات، بالاخره آرپا موفق شد در دسامبر 1969 یک شبکه آزمایشی متشکل از چهار گره (دانشگاههای UCSB ، SRI , UCLA و یوتا) راه اندازی کند. علت انتخاب این چهار دانشگاه آن بود که همگی آنها قراردادهای متعددی با آرپا داشتند و از طرف دیگر (صرفاً برای زورآزمایی فنی) کامپیوترهای آنها به کلی با هم ناسازگار بود. با نصب IMP های جدید این شبکه گسترش یافت، و به زودی سراسر ایالات متحده را تحت پوشش گرفت. در شکل صفحه قبل رشد آرپانت را در طی سه سال پس از تولد آن ملاحظه میکنید.
آرپا برای کمک به رشد این نوزاد تازه متولد شده (آرپانت)، در زمینه شبکه های ماهواره ای و مخابرات رادیویی نیز سرمایه گذاری هایی انجام داد. در یک آزمایش معروف، با استفاده از یک شبکه رادیویی پیامهایی از یک کامیون در حال حرکت در جاده های کالیفرنیا به دانشگاه SRI ، و از آنجا از طریق آرپانت به ساحل شرقی ایالات متحده فرستاده شد، که سپس از آنجا از طریق شبکه ماهواره ای به دانشگاه کالج در لندن هدایت شد. بدین ترتیب محققانی که در کامیونی در جاده های کالیفرنیا نشسته بودند، توانستند با کامپیوترهایی در لندن کار کنند.
این آزمایش همچنین نشان داد که پروتکلهای موجود آرپانت برای کار روی شبکه های مختلف مناسب نیستند. این نتایج منجر به تحقیقات بیشتر روی پروتکلها شد که با اختراع TCP/IP و پروتکلهای آن به اوج رسید (Cerf and Kahn, 1974) . مدل TCP/IP بویژه برای ارتباطات روی شبکه های مختلف و ناهمگن (که آرپانت روز به روز به سمت آن حرکت می کرد) طراحی شده بود.
به منظور تشویق و ترغیب پذیرش این پروتکلهای جدید، آرپا قراردادهایی با شرکت BBN و دانشگاه کالیفرنیا در برکلی (UCB) منعقد کرد، تا این پروتکلها را با یونیکس برکلی یکپارچه کنند. محققان برکلی هم کار خود را با نوشتن برنامه های واسط شبکه (که به سوکت- socket- معروف شدند)، و برنامه های کاربردی و مدیریتی به نحو احسن انجام دادند.
زمانه نیز با TCP/IP یار بود؛ بسیاری از دانشگاهها تازه کامپیوترهای جدید VAX را خریده و آنها را در شبکه های LAN به هم متصل کرده بودند، اما هیچ نرم افزاری برای شبکه کردن آنها نداشتند. وقتی یونیکس 4.2BSD (با پروتکلهای TCP/IP، سوکتها و نرم افزارهای کمکی خود) بعنوان یک بسته نرم افزاری کامل به بازار آمد، بلافاصله مورد قبول جامعه دانشگاهی قرار گرفت. از همه مهمتر اینکه با TCP/IP می شد به آرپانت وصل شد، اتفاقی که بسیاری منتظر آن بودند.
در دهه 1980شبکه های بسیاری (بویژه شبکه های محلی) به آرپانت ملحق شدند. با افزایش تعداد کامپیوترهای آرپانت مشکل جدیدی پدید آمد و آن پیدا کردن یک کامپیوتر در میان خیل عظیم کامپیوترها بود. برای حل این مشکل سیستم نام ناحیه (Domain Name System- DNS) ابداع شد، که نام کامپیوترها را به آدرس IP آنها تبدیل می کرد. از آن به بعد، DNS تبدیل به یک پایگاه داده عمومی و توزیع شده شد، که علاوه بر آدرس IP کامپیوترها، اطلاعات دیگری را نیز در اختیار کاربران خود قرار می داد.
NSFNET
در اواخر دهه 1970 بنیاد ملی علوم ایالات متحده (U.S. National Science Foundation- NSF) شاهد تاثیر روزافزون آرپانت بر تحقیقات دانشگاهی بود. اما هر دانشگاهی که می خواست به آرپانت دسترسی داشته باشد، بایستی قراردادی با وزارت دفاع داشته باشد (که بسیاری از آنها نداشتند.) پاسخ NSF به این وضعیت، راه اندازی شبکه ای مشابه آرپانت بود که تمام دانشگاهها به آن دسترسی داشته باشند. به منظور ایجاد زیربنایی محکم برای این شبکه، NSF با متصل کردن شش ابر کامپیوتر خود در دانشگاههای سان دیه گو، بولدر، کامپاین، پیتسبورگ، ایتاکا و پرینستون، یک ستون فقرات (backbone) بوجود آورد. هر یک از این ابرکامپیوترها یک برادر کوچکتر (یک مینی کامپیوتر LSI 11، معروف به فازبال) داشت. این فازبال ها به خطوط اجاره ای 56-kbps متصل بودند و زیر شبکه را می ساختند- یعنی شبکه NSF از نظر سخت افزاری شبیه آرپانت بود. اما تکنولوژی نرم افزاری آن با آرپانت متفاوت بود. فازبال ها از همان ابتدا به TCP/IP صحبت می کردند، که آنرا تبدیل به این اولین شبکه گسترده TCP/IP می کرد.
بعدها NSF تعداد زیادی شبکه منطقه ای تاسیس کرد که به هزاران دانشگاه، آزمایشگاه تحقیقاتی، کتابخانه و موزه اجازه می داد تا به هر یک از ابرکامپیوترهای آن دسترسی داشته باشند یا اینکه مستقیماً با یکدیگر تماس برقرار کنند. این شبکه (شامل ستون فقرات و شبکه های محلی) NSFNET نامیده شد. از طریق لینکی بین یک IMP و یک فازبال در دانشگاه کارنگی- ملون NSFNET به آرپانت نیز متصل شده بود. اولین ستون فقرات NSFNET را در شکل زیر مشاهده میکنید.
NSFNET یک موفقیت آنی بود و از همان ابتدا با تراکم کاری روبرو شد. NSF بلافاصله به فکر گسترش NSFNET افتاد، و به همین منظور قراردادی با کنسرسیوم MERIT بست. برای ایجاد دومین ستون فقرات، کانالهای فیبر نوری با ظرفیت 448-kbps از MCI (که اکنون در WorlCom ادغام شده است) اجاره شد. برای مسیریاب های شبکه نیز از IBM PC- RT استفاده شد. این شبکه نیز بسیار زود با تراکم کاری روبرو شد، و در سال 1990 ظرفیت ستون فقرات آن به 1.5Mbps ارتقا داده شد.
با ادامه رشد NSFNET، به زودی NSF متوجه شد که دولت نمی تواند برای همیشه به سرمایه گذاری در شبکه ادامه دهد. از طرف دیگر، شرکتهای تجاری نیز مایل بودند به شبکه NSFNET ملحق شوند، ولی مقررات NSF کاربردهای انتفاعی شبکه را ممنوع کرده بود. متعاقب آن NSF بعنوان اولین قدم به سوی تجاری کردن شبکه شرکتهای MCI , MERIT , IBM را به ایجاد یک موسسه غیرانتفاعی (بنام Advanced Networks and Services- ANS ) ترغیب کرد. در سال 1990، ANS کنترل NSFNET را به دست گرفت، و با ارتقا لینکهای 1.5 Mbps به 45-Mbps شبکه ANSNET را به وجود آورد. این شرکت بعد از 5 سال کار به America) AOL Online فروخته شد. اما در آن زمان دیگر شرکتهای بسیاری سرویسهای تجاری IP ارائه می کردند، و روشن شده بود که دولت باید پای خود را از تجارت شبکه بیرون بکشد.
برای تسهیل امور (و اطمینان از اینکه تمام شبکه های منطقه ای میتوانند با هم تماس بگیرند)، NSF چهار قرارداد با شرکتهای بزرگ برای ایجاد نقطه دسترسی شبکه (Network Access Poin- NAP) امضاء کرد. این چهار شرکت عبارت بودند از : PacBell (در منطقه سانفرانسیسکو) Ameritech (در منطقه شیکاگو)، MFS (در منطقه واشنگتن دی. سی.)، Sprint (در منطقه نیویورک). هر اپراتور شبکه که بخواهد سرویسهای ستون فقرات به شبکه های منطقه ای NSF بدهد، بایستی به تمام NAP ها متصل باشد.
بدین ترتیب هر بسته که بخواهد از یک منطقه به منطقه دیگر برود، میتواند از هر یک از این ستونهای فقرات استفاده کند، که نتیجه آن ایجاد رقابت برای سرویس بهتر و قیمت کمتر است. با این تمهید، ستون فقرات منحصر به فرد دولتی جای خود را به یک زیر ساخت متنوع و رقابتی داد. بسیاری از افراد دولت فدرال را به گناه عدم خلاقیت سرزنش می کنند، ولی در واقع این بنیاد ملی علوم و وزارت دفاع بودند که زیرساختهای اینترنت را شکل داده و سپس اداره آنرا به بخش خصوصی سپردند.
در دهه 1990 مناطق و کشورهای بسیاری با تاثیر پذیری از الگوی آرپانت و NSFNET شبکه های ملی تحقیقاتی خود را به وجود آوردند. در اروپا این شبکه ها (که EuropaNET و EBONE نام داشتند) از لینکهای 2-Mbps شروع کردند، و به 34-Mbps ارتقا یافتند. در آنجا نیز زیرساخت های شبکه به تدریج به بخش خصوصی محول شد.
کاربردهای اینترنت
بعد از آنکه در اول ژانویه 1983 TCP/IP بعنوان تنها پروتکل رسمی آرپانت معرفی شد، تعداد شبکه ها، کامپیوترها و کاربران متصل به آن به سرعت افزایش یافت؛ و وقتی آرپانت و NSFNET به هم متصل شدند، رشد آن حالت نمایی به خود گرفت. بسیاری از مناطق و کشورها (از جمله کانادا، اروپا و اقیانوسیه) به شبکه ملحق شدند.
در اواسط دهه 1980 دیگر افراد به این مجموعه به عنوان شبکه ای از شبکه ها (که بعدها به اینترنت معروف شد) نگاه کردند، بدون آنکه هیچگونه بخشنامه رسمی در کار باشد، یا حتی مراسم افتتاحیه ای (با قیچی و نوارهای رنگی، و تشویق و هورا) برگزار شده باشد.
چسبی که اینترنت را به هم متصل نگه می دارد، مدل TCP/IP و مجموعه پروتکلهای آن است، پذیرش TCP/IP باعث شد تا سرویسهای جهانی بتوانند جنبه عملی به خود بگیرند.
اما واقعاً "روی اینترنت بودن" چه معنایی دارد؟ طبق تعریف ما، ماشینی روی اینترنت است که مجموعه پروتکلهای TCP/IP را اجرا کند، یک آدرس IP داشته باشد و بتواند بسته های IP را به تمام ماشینهای دیگری که روی اینترنت هستند بفرستد. صرف توانایی ارسال و دریافت ایمیل به معنای بودن روی اینترنت نیست، چون سرویسهای ایمیل میتواند به شبکه های خارج از اینترنت هدایت شود. با این حال اوضاع با وضعیتی که در حال حاضر وجود دارد (میلیونها کامپیوتر شخصی میتوانند با مودم به یک ISP وصل شده یک آدرس IP موقتی بگیرند، و بسته های IP در و بدل کنند) کمی مغشوش و مبهم است. اما مادامیکه این کامپیوترها به مسیریاب ISP متصل هستند پر بیراه نیست که آنها را روی اینترنت بدانیم.
اینترنت سنتی (از 1970 تا اوایل دهه 1990) چهار کاربرد عمده داشت:
1- ایمیل (e- mail) – نوشتن، ارسال و دریافت نامه های پست الکترونیک از همان روزهای اول آرپانت جز سرویسهای آن بود، و همچنان یکی از محبوبترین هاست. امروزه بسیاری از افراد روزانه دهها و صدها ایمیل دریافت می کنند و به آن به عنوان دریچه ای برای ارتباط با دنیای خارج نگاه می کنند- بسیار بیشتر از تلفن یا پست معمولی.
2- اخبار (news)- گروه خبری (newsgroup) یک محفل اختصاص یافته برای تبادل پیام در یک زمینه خاص است. امروزه هزاران گروه خبری در زمینه های فنی و غیرفنی (از جمله کامپیوتر، علوم، هنر و سیاست) وجود دارند. هر گروه خبری برای خود قواعد و مقرراتی دارد که سرپیچی از آنها را برنمی تابد.
3- ورود از راه دور (remote login) – هر روز هزاران نفر در سراسر دنیا برای ورود به کامپیوترهای دیگر از طریق اینترنت (البته آنهایی که حق ورود به آنها را داشته باشند) از برنامه هایی مانند rlogin , telnet یا ssh استفاده می کنند.
4- انتقال فایل (file transfer)- با استفاده از برنامه های FTP ، کاربران اینترنت میتوانند فایلهای خود را از یک ماشین به ماشین دیگر کپی کنند. جریان انتقال دانش از این طریق بسیار گسترده و متنوع است.
تا اوایل دهه 1990 اینترنت جولانگاه دانشگاهیان، کارمندان دولت و محققان صنعتی بود، اما یک برنامه کاربردی جدید بنام (World Wide Web)WWW این وضعیت را به کلی تغییر داد و میلیونها نفر افراد عادی نیز توانستند به کاربران حرفه ای اینترنت ملحق شوند. این برنامه که توسط تام برنرز- لی (Tom Berners Lee) از فیزیکدانان مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) ابداع شد، هیچ یک از سرویسهای اینترنت را عوض نکرد، ولی کاربرد آنها را ساده تر کرد. به کمک این تکنولوژی جدید و برنامه مرورگر موزائیک (Mosaic browser)، که توسط مارک آندرسن در مرکز ملی کاربردهای ابرکامپیوتر (NCSA) نوشته شد، WWW ایجاد سایتهایی متشکل از صفحات مختلف (و با اطلاعاتی در قالبهای متن، تصویر، صدا و حتی ویدئو)، با لینکهایی به صفحات دیگر را امکانپذیر کرد. با کلیک کردن روی یک لینک (link) کاربر مستقیما به صفحه ای که مشخص شده می پرد. حتماً سایتهای بسیاری متعلق به شرکتهای بزرگ را دیده اید، که می توانید با کلیک کردن هر یک از لینکهای آن به صفحه مربوطه (مثلاً صفحه مربوط به محصولات شرکت ، لیست قیمتهای آن، پشتیبانی فنی، فروش و غیره) وارد شوید.
در زمانی کوتاه صفحات جدید و متنوعی به WWW اضافه شد، صفحاتی مانند نقشه شهرها و کشورها، جدول قیمت سهام، کاتالوگ کارتهای کتابخانه ها، برنامه های رادیویی، و حتی متن کامل کتابهایی که از شمول قانون حق التالیف خارج شده اند (مانند کتابهای مارک تواین، چارلز دیکنز، و امثالهم). حتی بسیاری از افراد عادی نیز برای خود سایت (صفحات خانگی) ساخته اند.
موتور محرکه این رشد، شرکتهای ارائه دهنده سرویس اینترنت (Internet Service Provider- ISP) بودند. این شرکتها به افراد اجازه می دادند تا از خانه و با کامپیوترهای شخصی خود به اینترنت متصل شده و از سرویسهای آن استفاده کنند. در دهه 1990، این شرکتها هر ساله برای دهها میلیون نفر امکان دسترسی اینترنت فراهم کردند، و چهره آنرا از محیطی دانشگاهی و نظامی به یک شبکه عمومی تغییر دادند. تعداد دقیق کاربران اینترنت در حال حاضر معلوم نیست، ولی محققاً سر به صدها میلیون نفر می زند، و خیلی زود از مرز یک میلیارد خواهد گذشت.
معماری اینترنت
در این قسمت سعی می کنیم تصویری کلی از اینترنت به دست دهیم (شکل 1-29 را ببینید). به دلیل شباهتها و تداخل وظایف زیادی که بین شرکتهای مخابرات و ISP ها وجود دارد، امروزه اوضاع بسیار درهم و مغشوش است و به سختی میتوان گفت کی چکاره است- به همین دلیل توضیحات ذیل ساده تر از آن چیزیست که در واقعیت وجود دارد. اجازه دهید شکل زیر را جز به جز بررسی کنیم.
بهترین نقطه برای شروع خانه مشتری (client) است. در اینجا فرض را بر این گذاشته ایم که مشتری با استفاده از یک مودم و خط تلفن به ISP متصل میشود. مودم وسیله ایست که سیگنالهای دیجیتالی کامپیوتر را به سیگنالهای آنالوگ تبدیل می کند، تا این سیگنالها بتوانند بدون اعوجاج روی خطوط تلفن منتقل شوند. این سیگنالها در نطقه تماس ISP (که به Point Of Presence – POP معروف است) مجدداً تبدیل به سیگنالهای دیجیتال شده، و وارد شبکه منطقه ای ISP میشود. از این نقطه به بعد سیستم کاملاً دیجیتال است و بر مبنای سوئیچ بسته کار می کند. اگر این ISP همان شرکت مخابرات باشد POP در مرکز سوئیچینگ تلفن واقع خواهد بود، اما اگر ISP و شرکت مخابرات یکی نباشند POP یک مرکز سوئیچینگ کوچک بین راهی خواهد بود که از آنجا به شبکه تلفن وصل میشود.
شبکه منطقه ای ISP از چند مسیریاب که به شهرهای مختلف تحت پوشش آن ISP سرویس می دهند تشکیل میشود. اگر مقصد بسته ارسال شده از مشتری یکی از کامپیوترهای واقع در همان شبکه منطقه ای ISP باشد بلافاصله به آن تحویل داده میشود. ولی اگر چنین نباشد بسته به اپراتور ستون فقرات ISP داده خواهد شد.
اپراتور ستون فقرات (backbone operator) بالاترین نقطه این زنجیره است (شرکتهای Spritn , At&T جز اپراتورهای عمده هستند) . هر اپراتور یک شبکه بزرگ از ستونهای فقرات بین المللی (متشکل از هزاران مسیریاب که با فیبرهای نوری پرسرعت به هم متصلند) را اداره می کند. شرکتهای بزرگ و آنهایی که سرویسهای میزبانی اینترنت ارائه می کنند، معمولاً مستقیما به ستون فقرات متصل هستند. اپراتورهای ستون فقرات این نوع خدمات را تشویق می کنند و برای آن تسهیلات ویژه ای به نام کاریر کرایه ای فراهم می آورند، که به علت ارتباط نزدیک با ستون فقرات از سرعتهای بسیار بالایی برخوردار است.
اگر مقصد بسته ارسال شده یکی از ISPهای متصل به ستون فقرات باشد به نزدیکترین مسیریاب فرستاده میشود و از آنجا بدست وی خواهد رسید. با این حال در دنیا ستونهای فقرات متعددی (با سرعتهای مختلف) وجود دارند و احتمال دارد که این بسته وارد یکی از این شاهراههای رقیب شود. برای اینکه بسته ها بتوانند به راحتی بین شاهراهها حرکت کنند تمام آنها باید به یک NAP متصل باشند- NAP چیزی نیست بیش از اتاقی پر از مسیریاب های متعدد (حداقل یکی به ازای هر شاهراه)، که در یک LAN ساده به هم متصل شده اند. شاهراههای بزرگ غیراز اتصال از طریق NAP معمولاً به صورت مستقیم نیز به شاهراههای دیگر راه دارند (که به آن ارتباط دوجانبه گفته میشود) یکی از تناقضهای بزرگ اینترنت آن است که شرکتهایی که در انظار عموم با هم رقابت سخت دارند در خفا با یکدیگر ارتباطات نزدیک و تنگاتنگ برقرار می کنند. (Metz, 2001).
این هم از مروری اجمالی بر اینترنت. نکته ای که جالبست بدانید اینست که امروزه بسیاری از شرکتها ارتباطات داخلی شبکه خود را براساس مدل و تکنولوژیهای اینترنت بنا می کنند، چیزی که به اینترانت (interanet) معروف است.
شبکه های اتصال گرا: ATM , Frame Relay, X.25
از همان اولین روزهایی که شبکه پا به عرصه وجود گذاشت، جنگ بین طرفداران زیرشبکه های اتصال گرا و شبکه های غیرمتصل (دیتاگرام) نیز شروع شد. مهمترین برگ برنده طرفداران زیر شبکه های غیرمتصل همان آرپانت/ اینترنت است. بیاد دارید که قصد اولیه وزارت دفاع آمریکا از بنیانگذاری آرپانت، ایجاد شبکه ای بود که بتواند در مقابل ضربات هسته ای (و منهدم شدن بخش بزرگی از خطوط و تجهیزات انتقال) دوام بیاورد (در واقع، هدف اصلی این طرح بالا بردن ضریب تحمل خرابی شبکه بود). این رهیافت منجر به طراحی شبکه ای شد که در آن هر بسته راه خود را مستقل از بسته های دیگر طی می کند. بدین ترتیب اگر تعدادی از مسیریاب های شبکه از مدار خارج شوند، مادامی که شبکه بتواند مسیرهای جدید خود را از نو پیکربندی کند، در ارسال بسته ها از مبدا به مقصد خللی پیش نخواهد آمد.
طرفداران زیرشبکه های اتصال گرا معمولاً همان شرکتهای تلفن هستند. در این سیستم آغاز کننده ارتباط قبل از آنکه بتواند ارسال اطلاعات را شروع کند بایستی منتظر برقراری ارتباط مستقیم با طرف مقابل بماند. این ارتباط فیزیکی در تمام طول تماس برقرار می ماند، و تمام بسته های اطلاعات از همین مسیر واحد عبور خواهند کرد. اگر هر یک از تجهیزات این مسیر به هر دلیلی از کار بیفتد، تماس قطع خواهد شد- چیزی که وزارت دفاع مسلماً نمی پسندد.
پس علت علاقه شرکتهای تلفن به این سیستم چیست؟ دو دلیل اصلی این علاقه عبارتند از:
1- کیفیت سرویس
2- حسابرسی مصرف کنندگان
در شبکه های اتصال- گرا هر تماس مقداری از منابع زیرشبکه (از قبیل توان پردازشی مسیریاب ها) را به خود اختصاص میدهد و در صورتیکه این منابع به حالت اشباع برسند تماس جدید امکانپذیر نبوده، و کاربر با بوق اشغال روبرو خواهد شد. در این روش تماس ها (به دلیل اختصاص منابع کافی) از کیفیت بالایی برخوردار هستند. از طرف دیگر، اگر در شبکه های غیرمتصل تعداد زیادی بسته به یکباره وارد یک مسیریاب شوند، ممکنست برخی از آنها (به دلیل کمبود امکانات پردازشی) در داخل رواتر از بین بروند. البته فرستنده متوجه این نقص خواهد شد و بسته های گمشده را از نو ارسال خواهد کرد، ولی همین موضوع باعث افت کیفیت شبکه (بویژه در مورد صدا و تصویر) میشود. لازم به گفتن نیست که شرکتهای تلفن بیش از هر چیز نگران کیفیت صدا هستند، و به همین دلیل همچنان زیرشبکه های اتصال- گرا را ترجیح می دهند.
دلیل دومی که شرکتهای تلفن سرویسهای اتصال- گرا را بیشتر می پسندند امکان صدور صورتحساب برای مشترکان است (کاری که مدتهاست به آن عادت کرده اند). هزینه تماس های بین شهری و خارج از کشور معمولاً بر حسب مدت مکالمه محاسبه میشود (علت اتخاذ این روش هم بیشتر سادگی آن بوده است). اگر تماس مستقیمی بین دو طرف مکالمه برقرار نباشد، طبعا این شرکتها نمی توانند برای مشترکان خود صورتحساب صادر کنند.
سیستمهای محاسبه صورتحساب هزینه بسیار سنگینی به شرکتهای تلفن تحمیل می کند. اگر یک شرکت تلفن براساس یک شارژ ثابت ماهیانه از مشترکان خود پول دریافت کند علیرغم بالا رفتن مصرف مشترکان، میتواند پول زیادی صرفه جویی کند. اما عوامل زیادی (که بیشتر آنها هم سیاسی هستند) با اتخاذ این روش مخالفت می کنند. جالبست بدانید که در اغلب سیستمهای مشابه (مانند تلویزیونهای کابلی و برخی پارکهای تفریحی) از روش محاسبه ثابت استفاده میشود. در این سیستمها هم امکان پرداخت به ازای مصرف وجود دارد ولی به دلیل هزینه بالای صدور صورتحساب معمولاً از آن اجتناب میشود.
به دلایل فوق، جای تعجب نیست که شرکتهای تلفن طرفدار زیر شبکه های اتصال- گرا باشند، اما تعجب برانگیز این است که اینترنت هم دارد به همین سمت پیش می رود- البته با این استدلال که این کار باعث بالا رفتن کیفیت سرویسهای صدا و تصویر آن خواهد شد. اکنون اجازه دهید چند شبکه اتصال- گرا را بهتر بشناسیم.
Frame Relay , X.25
اولین شبکه اتصال- گرا که وارد سرویس عمومی شد، شبکه X.25 بود. این شبکه در اوایل دهه 1970، و در زمانی طراحی شد که شرکتهای تلفن به صورت انحصاری عمل می کردند، و هر کشور شبکه ملی خاص خود را داشت. برای استفاده از X.25 ابتدا کامپیوتر مبدا با ماشین مقصد تماس تلفنی برقرار می کرد. از آنجائیکه در آن واحد تماسهای مختلفی می توانست وجود داشته باشد، به هر تماس تلفنی یک شماره داده می شد. بسته های داده بسیار ساده بودند : یک سرآیند 3 بایتی و بدنه ای متشکل از 128 بایت. سرآیند (header) تشکیل می شد از یک شماره تماس 12 بیتی، یک شماره ترتیب بسته (packet sequence number) یک عدد تصدیق دریافت (acknowledgement number) و چند بیت متفرقه. شبکه های X.25 به مدت نزدیک به یک دهه با موفقیتی نسبی کار کردند.
در دهه 1980 شبکه های X.25 جای خود را به نوع جدیدی از شبکه های اتصال- گرا به نام frame relay (رله فریم) دادند. این شبکه جدید اساساً هیچ نوع کنترل خطا و کنترل جریانی نداشت، و بسته ها به همان ترتیب دریافت در مقصد تحویل می شدند (البته اگر به مقصد می رسیدند). این سه خصوصیت (فقدان کنترل خطا، فقدان کنترل جریان و تحویل ترتیبی بسته ها) شبکه های frame relay را بسیار شبیه یک LAN بزرگ می کند و در واقع بزرگترین کاربرد آن هم همین است: اتصال چند LAN دور از هم، و ایجاد یک LAN بزرگ. شبکه های frame relay هم نسبتاً موفق بودند و هنوز در برخی جاها از آنها استفاده میشود.
حالت انتقال آسنکرون (ATM)
یکی دیگر از شبکه های اتصال- گرا (که اهمیت بسیار بیشتری نیز دارد) شبکه حالت انتقال آسنکرون (Asynchronous Transfer Mode- ATM) است. علت این نامگذاری عجیب آن است که در شبکه های تلفن اکثر تماسها به صورت سنکرون (synchronous- وابسته به پالس ساعت) هستند، در حالیکه ATM چنین نیست.
شبکه ATM در اوایل دهه 1990 طراحی شد، و سروصدای زیادی نیز به پا کرد:
(Ginburg, 1996 , Gorlaski, 1995, Ibe, 1997, Kime et al., 1994, Stallings, 2000) . شبکه های ATM با ادعای ادغام تمام انواع شبکه و سیستمهای مخابراتی (صدا، داده، تلویزیون کابلی، تلکس، تلگراف، کبوترهای نامه بر، قوطیهای حلبی سیمی، طبلهای آفریقایی، علامتهای دودی سرخپوستان، و خلاصه هر چیزی که به نوعی اطلاعات منتقل می کند) به میدان آمدند- اتفاقی که هرگز نیفتاد. علت آن هم تا تقریباً شبیه همان بلایی بود که سر OSI آمد (زمان نامناسب، تکنولوژی بد، پیاده سازی مناسب، و سیاستهای غلط). شرکتهای اینترنتی که منتظر وسیله ای بودند تا شرتکهای تلفن را در همان راند اول از پا درآورند، به ATM امید بستند. اما این امید دیری نپائید، و شرکتهای اینترنتی (حتی سرسخت ترین آنها) بزودی دریافتند که تا رسیدن به سرویسهای مطلوب راه درازی در پیش دارند. البته ATM از OSI بسیار موفقتر بود، و حتی امروز هم در شبکه های تلفن (و برای انتقال بسته های IP) مورد استفاده قرار میگیرد. از آنجائیکه این زیرشبکه فقط برای ارتباطات داخلی به کار می رود، اغلب کاربران معمولی از وجود آن اطلاعی ندارد، ولی ATM زنده و سرحال است.
مدار مجازی ATM
از آنجائیکه شبکه های ATM از نوع اتصال- گرا هستند، برای برقراری ارتباط اولیه ابتدا باید یک بسته خاص بفرستند. با عبور این بسته از زیر شبکه تمام مسیریاب هایی که در مسیر آن قرار دارند آنرا در جدولهای خود ثبت می کنند و منابع لازم را برای آن کنار می گذارند. به ارتباطی که بدین طریق برقرار میشود مدار مجازی (virtual circuit) می گویند، چون بسیار شبیه مدارهای فیزیکی در شبکه های تلفن است (شکل صفحه بعد را ببینید). سیاری از شبکه های ATM از مدارهای مجازی دائمی بین دو نقطه پشتیبانی می کنند (که بسیار شبیه خطوط اجاره ای در سیستم تلفن معمولی است). هر اتصال (موقت یا دائم) دارای یک شماره شناسایی است.
بعد از برقراری ارتباط دو طرف میتوانند شروع به فرستادن داده کنند. ایده اصلی در ATM ارسال داده ها در بسته های کوچک و با اندازه ثابت، بنام سلول (cell) است. هر سلول 53 بایت طول دارد که 5 بایت آن سرآیند و 48 بایت باقیمانده داده هاست. شماره شناسایی اتصال در سرآیند سلولها نوشته میشود بطوریکه تمام مسیریاب های مسیر میتوانند تشخیص دهند که هر سلول متعلق به کدام اتصال است، و چگونه باید آنرا هدایت کنند. هدایت سلولها به صورت سخت افزاری (و با سرعت فوق العاده بالا) صورت میگیرد- در واقع علت اصلی اندازه ثابت سلولها در شبکه های ATM اینست که ساخت مسیریاب های سخت افزاری برای آن بسیار ساده است (هدایت بسته های IP با اندازه متغیر به مسیریاب های نرم افزاری نیاز دارد که بسیار کندتر هستند).
مزیت دیگر ATM توانایی آن در ارسال همزمان یک سلول به مسیرهای مختلف است- که این ویژگی در سیستمهای پخش تلویزیونی بسیار مفید است. از طرف دیگر کوچک بودن سلولها باعث میشود تا هیچ خطی برای مدت طولانی اشغال نشود و کیفیت سرویس افزایش یابد.
در ATM تمام سلولها از یک مسیر به مقصد هدایت میشوند. البته تضمینی برای رسیدن یک سلول به مقصد وجود ندارد ولی ترتیب آنها حتماً رعایت میشود. اگر سلول 2 بعد از سلول 1 فرستاده شده باشد به همان ترتیب به مقصد می رسند و هرگز سلول 2 پیش از سلول 1 به مقصد نخواهد رسید. اگر هر یک از این سلولها (یا هر دوی آنها) در بین راه از بین بروند، این بر عهده پروتکلهای لایه های بالاتر است که آنها را ارزیابی کنند. از این نظر ATM حداقل یک پله بالاتر از اینترنت می ایستد (که نه ترتیب بسته ها ضخامت میشود نه حتی رسیدن صحیح و سالم آنها).
سازماندهی شبکه های ATM شبیه WAN های قدیمی (متشکل از خطوط تلفنی و سوئیچها) است. متداولترین سرعتها در شبکه های ATM عبارتند از 155-Mbps و 622-Mbps (البته ATM از سرعتهای بالاتر هم پشتیبانی می کند). علت انتخاب سرعت 155-Mbps آنست که تلویزیونهای با وضوح بالا (HDTV) به چنین سرعتی نیاز دارند- مقدار دقیق این سرعت 155.52-Mbps است که دقیقا معادل سرعت AT&T SONET میباشد. علت انتخاب سرعت 622-Mbps نیز اینست که از ترکیب چهار کانال 155.52-Mbps یک کانال 622-Mbps بوجود میآید.
مدل مرجع ATM
شبکه ATM برای خود یک مدل مرجع مستقل دارد که با مدلهای TCP/IP , OSI فرق دارد- این مدل را در شکل 1-32 ملاحظه میکنید. این مدل سه لایه دارد: لایه فیزیکی، لایه ATM، لایه انطباق ATM (و هر چند لایه که کاربرمایل باشد روی این لایه ها سوار کند).
لایه فیزیکی با مشخصات فیزیکی سیستم (ولتاژها، زمانبندی بیت ها و غیره) سروکار دارد. مدل ATM هیچ پیشنیازی در مورد این مشخصات ندارد و می گوید که ارسال سلولها میتواند به صورت مستقیم یا از طریق سیستمهای انتقال دیگر انجام شود. بعبارت دیگر ATM مستقل از سیستم انتقال است.
لایه ATM با خود سلولها و انتقال آنها سروکار دارد. ایجاد و رها کردن مدار مجازی، تعریف فیلدهای سرآیند سلول، و کنترل ازدحام (congestion control) از وظایف این لایه است.
از آنجائیکه اکثر برنامه های کاربردی تمایلی به کار کردن با بسته هایی به کوچکی سلولهای ATM ندارند یک لایه دیگر بالای لایه ATM تعبیه شده تا این قبیل برنامه ها بتوانند بسته های بزرگتری به ATM بفرستند. این لایه (در سمت فرستنده)بسته های داده را به سلولهای 53 بایتی
می شکند و در طرف گیرنده آنها را دوباره سرهم می کند. نام این لایه لایه انطباق
(ATM Adaptation Layer- AAL)ATM است.
برخلاف مدلهای قبلی که دوبعدی بوند مدل ATM یک مدل مرجع سه بعدی است (شکل صفحه بعد را ببینید). صفحه کاربر (user plane) با انتقال داده، کنترل جریان، تصحیح خطا، و دیگر عملکردهای کاربر سروکار دارد. از طرف دیگر، صفحه کنترل (control plane) مدیریت اتصال را بر عهده دارد. وظیفه صفحه های مدیریت لایه (layer management) و مدیریت صفحه (plane management) مدیریت منابع سیستم و هماهنگ کردن لایه های بینابینی است.
لایه های فیزیکی و AAL هر یک به دو زیر لایه تقسیم شده اند یکی در پائین برای انجام عملکردهای محوله، و دیگری در بالا برای ارتباط با لایه بالاتر (که زیر لایه همگرایی- convergence sublayer- خوانده میشود). وظیفه هر یک از این لایه ها و زیرلایه ها را در شکل زیر ملاحظه میکنید.
زیرلایه (Physical Medium Dependent) PMD مستقیما به کابل شبکه وصل میشود و کار آن ارسال و دریافت بیت ها و ایجاد همزمانی بین آنهاست. هر نوع کابل و سیستم انتقال زیرلایه PMD خاص خود را دارد.
زیرلایه دیگر لایه فیزیکی، (Transmission Convergence) TC نام دارد. وقتی یک سلول ارسال می شود، لایه TC آنرا به صورت جریانی از بیت ها به لایه PMD می فرستد- که این کاری ساده است. در طرف گیرنده، لایه TC باید جریان بیت هایی را که از لایه PMD دریافت می کند، دوباره به صورت سلول درآورد- بعبارت دیگر باید بتواند ابتدا و انتهای هر سلول را به درستی تشخیص دهد. در مدل ATM این کار در لایه فیزیکی انجام می شود، وظیفه ای که در مدل OSI (و تقریباً تمام مدلهای دیگر) بر عهده لایه پیوند داده است.
همانطور که قبلا هم گفتیم، لایه ATM مدیریت ایجاد و انتقال سلولها را بر عهده دارد. مهمترین بخش از وظایف ATM نیز در همین لایه صورت میگیرد. این لایه تلفیقی است از لایه های لینک داده و شبکه در مدل OSI که در ضمن هیچ زیرلایه ای هم ندارد.
لایه AAL به دو زیر لایه (Convergence Sublayer) CS , (Segmentation And Reassembly) SAR تقسیم شده است. لایه پائینی (SAR) در طرف فرستنده بسته های داده را به سلول می شکند، و در طرف گیرنده دوباره آنها را به هم می چسباند. لایه بالایی (CS) وظیفه ارائه سرویسهای مختلف به برنامه های کاربردی را بر عهده دارد.
سوئیچینگ
از دید اکثر مهندسان مخابرات شبکه تلفن دو بخش عمده دارد: خارجی (مدارهای پایانی و ترانک ها، تجهیزاتی که در فضای باز و بیرون مرکز تلفن نصب میشوند) و داخلی (سوئیچها- تجهیزاتی که در فضای بسته و داخل مرکز تلفن نصب میشوند). تا اینجا با بخش خارجی آشنا شدیم، اکنون وقت آنست که نگاهی به داخل مرکز تلفن بیندازیم.
امروزه از دو تکنیک متفاوت سوئیچینگ استفاده میشود: سوئیچینگ مداری (circuit switching) و سوئیچینگ بسته ای (packet switching) . ابتدا هر دو تکنیک را مختصرا معرفی می کنیم و سپس مفصلا به سوئیچینگ مداری (که تکنیک اصلی شبکه تلفن است) میپردازیم.
سوئیچینگ مداری
وقتی یک تماس تلفنی می گیرید، دستگاههای سوئیچینگ سیستم تلفن درصدد یافتن یک مسیر فیزیکی بین شما و تلفن مقصد برمی آیند. به این تکنیک که آنرا در شکل 2-38 (الف) ملاحظه میکنید سوئیچینگ مداری گفته میشود. هر یک از مستطیلهایی که در این شکل می بینید، یک مرکز سوئیچینگ (شهری، بین شهری، و غیره) است. در این مثال، هر مرکز سوئیچینگ سه خط ورودی و سه خط خروجی دارد. وقتی تماس تلفنی از یکی از این مراکز سوئیچینگ می گذرد، یک ارتباط فیزیکی بین آن خط ورودی و یکی از خطوط خروجی برقرار می شود، که در این شکل با خط چین نشان داده شده است.
در روزهای اولیه تلفن، این ارتباط توسط اپراتور و به کمک یک سیم فنری که پریز ورودی را به خروجی متصل می کرد انجام می شد. اختراع دستگاه سوئیچینگ خودکار تلفن داستان جالبی دارد: این دستگاه در قرن نوزدهم در ایالت میسوری توسط فردی به نام آلمون ب. استراوگر، که شغل وی کفن و دفن بود اختراع شد. در آن روزها وقتی کسی می مرد یکی از بازماندگان وی با اپراتور تلفن شهر تماس میگ رفت و می گفت، "لطفا مرا به یک موسسه کفن و دفن وصل کنید." در شهر آقای استراوگر دو موسسه کفن و دفن وجود داشت و از شانس بد این آقا اپراتور تلفن همسر رقیب بود. آقای استراوگر خیلی زود دریافت که اگر می خواهد ورشکست نشود باید یک دستگاه سوئیچینگ خودکار تلفن اختراع کند- و این کار را کرد. همه آنهایی که در سراسر دنیا با دستگاههای سوئیچینگ خودکار تلفن سروکار دارند آنها را با نام دستگاه استراوگر می شناسند. (تاریخ نمی گوید آیا این خانم بعد از بیکار شدن توانست شغلی مانند اپراتور اطلاعات تلفن- که باید به سوالاتی از قبیل "لطفاً شماره یک موسسه کفن و دفن را بدهید"، پاسخ دهد- بدست آورد یا خیر؟)
البته شکل الف بسیار ساده شده است، چون مسیر فیزیکی بین دو تلفن میتواند از لینکهای مایکروویو یا فیبر نوری (که هزاران تماس تلفنی روی آنها مالتی پلکس میشود) عبور کند. با این حال مفهوم کلی آن همچنان معتبر است وقتی تماس تلفنی برقرار میشود یک مسیر فیزیکی بین دو دستگاه تلفن به وجود میآید که تا آخر تماس باقی می ماند.
در شکل ب روش جایگزین سوئیچینگ مداری که سوئیچینگ بسته ای نام دارد را می بینید. در این تکنولوژی هر بسته مستقلا فرستاده میشود بدون آنکه از قبل مسیری به آن اختصاص داده شده باشد این بر عهده هر بسته است که راه خود را به سمت مقصد پیدا کند.
مهمترین ویژگی سوئیچینگ بسته ای اینست که قبل از ارسال هرگونه داده ای بایستی یک مسیر نقطه به نقطه بین مبدا و مقصد برقرار شده باشد. فاصله زمانی بین شماره گیری در مبدا و زنگ خوردن تلفن مقصد به راحتی میتواند به 10 ثانیه برسد (که این زمان در تماسهای راه دور و بین المللی حتی بیشتر است). در این مدت سیستم تلفن به دنبال یافتن یک مسیر مناسب است (شکل 2-38 الف را ببینید. توجه داشته باشید که قبل از شروع ارسال داده، سیگنال درخواست (request) باید تمام مسیر را تا مقصد طی کرده و تصدیق (acknowledgement) آن بازگردد. این تاخیر در بسیاری از کاربردهای کامپیوتری (مانند بررسی اعتبار مشتری در خریدهای اعتباری) قابل قبول نیست.
اما به محض آنکه مدار برقرار شد، دیگر تاخیر چندانی بین گیرنده و فرستنده وجود ندارد (فقط زمان تاخیر انتشار امواج الکترومغناطیس، که آن هم چیزی در حدود 5 است). دیگر اینکه (به دلیل وجود مدار اختصاصی)، در سوئیچینگ مداری پدیده ای به نام ازدحام (congestion) وجود ندارد (البته به دلیل اینکه ظرفیت خطوط و مراکز سوئیچینگ نامحدود نیست، قبل از برقراری مدار همیشه احتمال شنیدن بوق اشغال وجود دارد).
سوئیچینگ پیام
یکی دیگر از اشکال سوئیچینگ، که آنرا در شکل ب ملاحظه میکنید سوئیچینگ پیام
(message switching) است. در این نوع از سوئیچینگ نیز مسیر فیزیکی ثابتی بین فرستنده و گیرنده وجود ندارد. وقتی فرستنده یک بلوک از داده ها را ارسال می کند، این داده ها در اولین مرکز سوئیچینگ (که همان راوتر است) ذخیره شده (store) و سپس به مرکز بعدی هدایت (forward) میشود. هر بلوک ابتدا به طور کامل دریافت شده، از نظر خطا بررسی و سپس ارسال میشود. همانطور که در فصل قبل هم گفتیم، به شبکه ای که با این روش کار می کند شبکه ذخیره- هدایت (store- and – forward) گفته میشود.
اولین تجهیزات مخابرات الکترومغناطیسی تجهیزات سوئیچینگ پیام بودند، که برای ارسال تلگرام به کار گرفته شدند. پیام ابتدا در اداره تلگراف روی نوارهای کاغذی سوراخ می شد و بعد از خوانده شدن توسط دستگاههای خاص به مرکز بعدی فرستاده می شد که در آنجا به صورت یک نوار کاغذی سوراخ شده از دستگاه بیرون می آمد. اپراتور مسئول دستگاه کاغذ را پاره کرده و در یک دستگاه نوارخوان (tape reader) می گذاشت تا بتواند پیام را بخواند (هر خط مخابراتی یک دستگاه نوارخوان داشت). این هم در واقع نوعی سوئیچینگ است که به سوئیچینگ نوار پاره
(torn tape switching) معروف بود. نوارهای کاغذی و سوئیچینگ پیام مدتهاست که از دور خارج شده اند و ما هم بیش از این درباره آنها صحبت نخواهیم کرد.
سوئیچینگ بسته ای
اندازه پیام در شبکه سوئیچینگ پیام هیچ محدودیتی ندارد، و این به آن معناست که دستگاههای مسیریاب برای نگهداری پیامها به وسایل ذخیره سازی (ازقبیل، دیسک) نیاز دارند. پیامد دیگر این روش آنست که یک پیام واحد می تواند آنقدر بزرگ باشد که برای دقایقی خط مسیریاب – مسیریاب را اشغال کند، کد بدین ترتیب کاربرد سوئیچینگ پیام را در ارتباطات تعاملی (interactive) بشدت محدود می ند. برای حل این مشکل، سوئیچینگ بسته ای (packet switching) اختراع شد. در شبکه های سوئیچینگ بسته ای بروی اندازه بسته ها محدودیت شدیدی اعمال می شود، و به همین دلیل مسیریاب ها نیازی به دیسک برای ذخیره کردن بسته ها ندارند، و می توانند آنها در حافظه کنند. با محدود کردن اندازه بسته ها، و اطمینان از اینکه یک کاریر نمی تواند خط انتقال را برای مدتی طولانی – که البته در اینجا منظور از طولانی بیش از چند میلی ثانیه است – به انحصار خود در آورد، شبکه های سوئیچینگ بسته ای برای کاربردهای تعاملی بسیار مناسبند. با مقایسه شکلهای (ب) و (ج) یکی دیگر از مزایای روش سوئیچینگ بسته ای بر سوئیچینگ پیام را مشاهده می کنید: که این زمان تاخیر را کاهش داده و کارایی سیستم را بالا می برد. به دلایل فوق، شبکه های کامپیوتری اغلب از سوئیچینگ بسته ای بسته ای استفاده می کنند، سوئیچینگ مداری نیز در موارد خاصی بکار برده می شود، ولی سوئیچینگ پیام هیچ کاربردی در شبکه های کامپیوتری ندارد.
سوئیچینگ مداری و سوئیچینگ بسته ای تفاوتهای زیادی با یکدیگر دارند. برای مثال، در یک شبکه سوئیچینگ مداری از ارسال اطلاعات بایستی مدار فیزیکی بین فرستنده و گیرنده برقرار شده باشد، در حالیکه در شبکه های سوئیچینگ بسته ای چنین الزامی وجود ندارد و ارسال بسته های می تواند بلافاصله شروع شود.
پیامد لزوم برقراری مدار ثابت در سوئیچینگ مداری، اختصاص پهنای باندد در تمام طول مسیر بین فرستنده و گیرنده است: تمام بسته ها باید از این مسیر عبور کنند. از طرف دیگر وقتی تمام بسته ها مجبور به عبور از یک مسیر باشند، نمی توانند خارج از ترتیبی که ارسال شده اند، به مقصد برسند. در سوئیچینگ بسته ای هیچ مسیر ثابتی وجود ندارد، و بسته ها می توانند از هر مسیری که (در آن لحظه خاص) در شبکه موجود است عبور کنند، و حتی خارج از نظم و ترتیب اولیه به مقصد برسند.
ویژگی تحمل خطا در شبکه های سوئیچینگ بسته ای بسیار بهتر از شبکه های سوئیچینگ مداری است – و در واقع دلیل اختراع آن هم همین بوده است. وقتی در شبکه سوئیچینگ بسته ای یک مسیریاب از کار می افتد، بسته ها می توانند از مسیرهای دیگری که وجود دارد، استفاده کرده و مسیریاب مرده را دور بزنند.
البته وجود یک پهنای باند اختصاصی در شبکه های سوئیچینگ مداری این مزیت را دارد که بسته ها بمحض رسیدن به یک مسیریاب به مسیریاب بعدی فرستاده می شود، و زمان تاخیر ارسال بشدت کاهش می یابد، در حالیکه در شبکه های سوئیچینگ بسته ای چنین پهنای باندی اختصاصی وجود ندارد، و بسته ها باید تا رسیدن نوبت ارسال در صف منتظر بمانند.
وجود ندار اختصاصی در شبکه های سوئیچینگ مداری بدان معناست که (بعد از برقراری مدار) دیگر حالت ازدحام – انتظار باز شدن راه – بروز نخواهد کرد. البته همیشه این احتمال وجود دارد که در شروع ارتباط بدلیل شلوغی شبکه، امکان اختصاص مدار وجود نداشته باشد: این نوع دیگری از ازدحام – انتظار برای تخصیص مدار – است.
پهنای باندی که به یک کاریر تخصیص داده می شود، در تمام مدت در اختیار وی است، حتی اگر هیچ چیز برای ارسال نداشته باشد. امکان استفاده از این مدار برای کاربران دیگر وجود ندارد. در شبکه های سوئیچینگ بسته ای اتلاف پهنای باند به شکل فوق وجود ندار، و بهمین دلیل کارایی کلی آن بسیار بهتر است. درک این تفاوت بین سوئیچینگ بسته ای و سوئیچینگ مداری بسیار مهم است: تفاوت تضمین سرویس به قیمت اتلاف منابع، با استفاده بهینه از منابع به قیمت عدم تضمین سرویس.
سوئیچینگ بسته ای از تکنیک ذخیره – هدایت استفاده می کند. در این روش هر بسته قبل از ارسال به مسیریاب بعدی باید بطور کامل دریافت و حافظه مسیریاب ذخیره شود. این روش تاخیر نسبتاً قابل ملاحظه ای ایجاد می کند، در حالیکه در سوئیچینگ مداری، بیت ها بطور پیوسته روی مدار منتقل می شوند و چنین تاخیری وجود ندارد.
تفاوت دیگر اینست که سوئیچینگ مداری بطور کامل شفاف است: فرستنده و گیرنده می توانند از هر نرخ بیت، فرمت، و یا روش فریم بندی که می خواهند استفاده کنند؛ کاریر در این مورد هیچ چیز نمی داند، و به آن اهمیتی هم نمی دهد. اما در سوئیچینگ بسته ای این کاریر است که پارامترهای اصلی را تعیین می کند. تفاوت این دو تقریباً مانند جاده و راه آهن است: در جاده این مسافر است که سرعت، اندازه و نوع وسیله نقلیه را انتخاب می کند، در حالیکه در راه آهن انتخاب این پارامترها بر عهده شرکت مسافربری (کاریر) است. همین شفافیت است که به سیستم تلفن اجازه می دهد انواع اطلاعات (صوت، فکس و داده) را منتقل کند.
آخرین تفاوت سوئیچینگ مداری و سوئیچینگ بسته ای روش محاسبه هزینه است. در سوئیچینگ مدرای (بدلیل تاریخی) هزینه براساس مسافت و مدت محاسبه می شود. در تلفنهای همراه، مسافت (البته باستثنای مکالمات بین المللی) نقشی ندارد، و مدت مکالمه نیز نقش ناچیزی دارد (برای مثال، تفاوت هزینه مکالمه در روز، شب یا ایام تعطیل). در سوئیچینگ بسته ای، اساساً چیزی بنام مدت مکالمه وجود ندار، و فقط گاهی حجم ترافیک نقشی در هزینه ها بازی می کند. در مصارف خانگی، معمولاً هزینه ها بصورت ماهیانه ثابت اخذ می شود، چون این روش برای ISPها ساده تر است و کاربران نیز راحتتر با آن کنار می آیند، ولی کاریرهای اصلی شبکه هزینه ها را براساس حجم ترافیک دریافت می کنند. تفاوت هایی را که در این قسمت بر شمردیم، بصورت خلاصه در شکل زیر ملاحظه می کنید.
سوئیچینگ مداری و بسته آنقدر مهم هستند که بزودی دوباره به این مبحث برگشته، و تکنولوژیهای مختلف آنها را به تفصیل بررسی خواهیم کرد.
فهرست
آشنایی با عملکرد و کاربردهای یک ISP
مفهوم شبکه
مفهوم مدیا
انواع شبکه
LAN . 1
CAN . 2
MAN . 3
WAN . 4
ISP تعریف
ISP معرفی اجزای تشکیل دهنده ی یک
1. ارتباط با شبکه های جهانی اینترنت
2. ارتباطات داخلی سیستمهای مدیریت و کنترل کاربران
3. ارتباط کاربران با شبکه (Dial Access Networking)
4. فیلترها
تعریف روتر
تعریف سویچ
Access Router . 1
Accounting Server . 2
(DHCP Server) . 3
DNS Server . 4
Cache Server . 5
تعریف انواع فیلتر
1. فیلترهای سخت افزاری
2. فیلترهای نرم افزاری
3. Proxy Server
اینترنت
آرپانت (ARPANET)
NSFNET
کاربردهای اینترنت
معماری اینترنت
شبکه های اتصال گرا: ATM , Frame Relay, X.25
Frame Relay , X.25
حالت انتقال آسنکرون (ATM)
مدار مجازی ATM
مدل مرجع ATM
سوئیچینگ
سوئیچینگ مداری
سوئیچینگ پیام
سوئیچینگ بسته ای
دانشگاه غیر انتفاعی علم و فرهنگ
رشته: ICT
موضوع:
ISP
INTERNET SERVICE PROVIDE
استاد راهنما
جناب آقای نوری
محقق:
زیبا عبادی
شماره دانشجویی: 842111699
بهار 87
به دلیل گم کردن آدرس اینترنتی شما با تاخیر توانستم برایتان بفرستم.
با تشکر
عبادی
46