شبکه‌های کامپیوتری و اینترنت

اینترنت امروزی بی‌تردید بزرگ‌ترین سیستم مهندسی‌شده‌ای است که بشر تاکنون ساخته است؛ با صدها میلیون کامپیوتر متصل، لینک‌های ارتباطی و سوئیچ‌ها؛ با میلیاردها کاربر که از طریق لپ‌تاپ، تبلت و تلفن‌های هوشمند به آن متصل می‌شوند؛ و با مجموعه‌ای از «اشیاء» جدید متصل به اینترنت شامل کنسول‌های بازی، سیستم‌های نظارتی، ساعت‌ها، عینک‌ها، ترموستات‌ها و خودروها. با توجه به اینکه اینترنت تا این حد بزرگ است و اجزا و کاربردهای متنوعی دارد، آیا امیدی به درک نحوه کارکرد آن وجود دارد؟ آیا اصول راهنما و ساختاری وجود دارد که بتواند پایه‌ای برای درک چنین سیستم شگفت‌انگیز بزرگ و پیچیده‌ای فراهم کند؟ و اگر چنین است، آیا ممکن است یادگیری شبکه‌های کامپیوتری واقعاً هم جالب باشد و هم لذت‌بخش؟ خوشبختانه پاسخ همه این سؤالات یک «بله» قاطع است! در واقع، هدف ما در این کتاب این است که مقدمه‌ای مدرن از حوزه پویای شبکه‌های کامپیوتری به شما ارائه دهیم و اصول و بینش‌های عملی‌ای به شما بدهیم که نه فقط برای درک شبکه‌های امروزی، بلکه برای شبکه‌های فردا نیز به آن نیاز خواهید داشت.

این فصل اول، یک نمای کلی و گسترده از شبکه‌های کامپیوتری و اینترنت ارائه می‌دهد. هدف ما در اینجا ترسیم یک تصویر کلی و تعیین بستر مناسب برای بقیه کتاب است؛ دیدن جنگل به‌جای تمرکز بر تک‌درخت‌ها. در این فصل مقدماتی، مطالب زیادی را پوشش خواهیم داد و بسیاری از اجزای یک شبکه کامپیوتری را بررسی خواهیم کرد، بدون آنکه تصویر بزرگ را از نظر دور نگه داریم.

ساختار نمای کلی شبکه‌های کامپیوتری در این فصل به این صورت خواهد بود. پس از معرفی برخی اصطلاحات و مفاهیم پایه، ابتدا اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری اساسی تشکیل‌دهنده یک شبکه را بررسی می‌کنیم. از لبه شبکه شروع می‌کنیم و به سیستم‌های پایانی (End Systems) و برنامه‌های شبکه‌ای در حال اجرا در شبکه نگاه می‌کنیم. سپس به کاوش در هسته یک شبکه کامپیوتری می‌پردازیم و لینک‌ها و سوئیچ‌هایی که داده را منتقل می‌کنند و همچنین شبکه‌های دسترسی و رسانه‌های فیزیکی که سیستم‌های پایانی را به هسته شبکه متصل می‌کنند، بررسی می‌کنیم. خواهیم آموخت که اینترنت شبکه‌ای از شبکه‌هاست و یاد می‌گیریم که این شبکه‌ها چگونه به یکدیگر متصل می‌شوند.

پس از تکمیل این نمای کلی از لبه و هسته یک شبکه کامپیوتری، در نیمه دوم این فصل دیدگاهی گسترده‌تر و انتزاعی‌تر اتخاذ خواهیم کرد. تأخیر، اتلاف و توان عملیاتی داده در یک شبکه کامپیوتری را بررسی می‌کنیم و مدل‌های کمّی ساده‌ای برای تأخیر و توان عملیاتی انتها به انتها ارائه می‌دهیم: مدل‌هایی که تأخیرهای ارسال، انتشار و صف را در نظر می‌گیرند. سپس برخی از اصول کلیدی معماری در شبکه‌های کامپیوتری، یعنی لایه‌بندی پروتکل و مدل‌های سرویس را معرفی خواهیم کرد. همچنین خواهیم آموخت که شبکه‌های کامپیوتری در برابر انواع مختلفی از حملات آسیب‌پذیر هستند؛ برخی از این حملات را مرور می‌کنیم و بررسی می‌کنیم که چگونه می‌توان شبکه‌های کامپیوتری را امن‌تر کرد. در نهایت، این فصل را با تاریخچه مختصری از شبکه‌های کامپیوتری به پایان می‌رسانیم.

۱.۱ اینترنت چیست؟

در این آموزش، از اینترنت عمومی — که یک شبکه کامپیوتری مشخص است — به عنوان ابزار اصلی خود برای بحث درباره شبکه‌های کامپیوتری و پروتکل‌های آن‌ها استفاده خواهیم کرد. اما اینترنت چیست؟ برای پاسخ به این سؤال چند راه وجود دارد. اول، می‌توانیم اجزای فنی و عینی اینترنت را توصیف کنیم؛ یعنی همان اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری پایه‌ای که اینترنت را می‌سازند. دوم، می‌توانیم اینترنت را به صورت یک زیرساخت شبکه‌ای توصیف کنیم که به برنامه‌های کاربردی توزیع‌شده سرویس ارائه می‌دهد. بیایید با توصیف فنی و عینی شروع کنیم و از شکل ۱.۱ برای توضیح بحث خود استفاده کنیم.