סדרת התקשורת של מוי
"Knowledge is the small
part of ignorance that
we arrange and classify"
(Ambrose bierce)
דברי הכותב:
מה המצב אנשים?(איתי הכל בסדר)
קיצר חברה התחלתי מן פרויקט קטן\גדול.
חשבתי על הפרויקט הזה מהודעה שהייתה בפורום, של מישהו שרוצה ללמוד רשתות.
אז אמרתי לעצמי, רגע אני יודע טוב רשתות, אני במקביל לומד חומר מתקדם בצבא, אז אני יכול לשתף אותכם בהרבה ידע.
אז ככה אנחנו נלמד כאן על הכל ממש הכל... מהמטרה של רשתות עד לאבטחת מידע של רשתות וכו... המון מידע אני אלמד כאן.
אז לכל הליטים למינהם שיגידו מה זה כל הבולשיט הזה של ההתחלה, ולמה אני צריך לדעת את המטרה של הרשתות את חלוקת העומסים וכו.. את מי זה
מעניין, בואו נגיע לתכלס, אז לא, אני רוצה ללמד את כל החומר מהמטרה ועד לכל פרט קטן שאני יודע ולומד.
זה בסוף יהיה ספר מקיף ושלם, ולכל המתלוננים שחושבים שההתחלה לא מעניינת אז תרפרפו את ההתחלה ותגיעו לחומר שאתם רוצים ללמוד.
הפרויקט הזה יחולק להמון גליונות אני ינסה לרשום כמה שאני יכול על כל נושא, אבל זה יהיה קשה קצת כי כמו שכולכם יודעים אין לי זמן כל כך, בגלל הצבא.
אז אני אעשה כמיטב יכולתי, וינסה ללמד אותכם בצורה הקלה ביותר שאפשר.
אז יאללה בואו נתחיל.
הקדמה:
תקשורת אנושית קיימת מאז ומתמיד, עניינה העיקרי היה מאז ומעולם העברת מידע.
בהיסטוריה האנושית מוכרות דרכים רבות להעברת מידע, ציורי המערות של האדם הקדמון, שימוש באותות אש, יוני דואר וכו...
במשך השנים לא השתנתה המטרה ורק האמצעים שופרו ושוכללו.
בימינו ה"תקשורת האלקטרונית" היא האמצעי בוא אנו עושים שימוש כדי להעביר מידע.
מה שמייחד אותה זה - המהירות הגבוהה והמרחקים העצומים שעל פניהם ניתן להעביר מידע.
בסדרה הזאת אני אתמקד ביסודות התקשורת האלחוטית, במיוחד בכל הקשור לתקשורת נתונים בין ובאמצעות מערכות מחשב.
בעבר התפתחו מערכות המחשב ותשתיות התקשורת כמעט ללא קשר ביניהם.
היום הם כרוכים ומשולבים זה בזה באופן כמעט מוחלט.
לא תמצאו כיום מערכת מידע שאין בה שימוש משולב של תשתיות תקשורת.
תקשורת נתונים:
תקשורת מחשבים היא העברת נתונים בין מחשב למחשב, לצורך הדיון נגדיר מחשב כציוד קצה, שבו מעובדים או נאגרים נתונים.
אני גם אשתמש במושג "צומת" כדי לתאר מחשב ביניים המשמש לצורך העברת נתונים בין שני מחשבי קצה.
לפני שנבחן בפירוט את הצדדים הטכניים של רשתות מחשבים, ננסה להבין, מדוע מתעניינים בהן, ולמה הן משמשות.
מטרות של רשתות מחשבים:
בארגונים רבים פועלים היום מספר רב של מחשבים ולעיתים קרובות ממוקמים במקומות שונים, מרוחקים פיזית זה מזה.
לדוגמא: בחברה שבבעלותה מספר מפעלים שבכל אחד מהם מותקנת מערכת מחשוב.
באמצעות המחשב המקומי עוקבים אחרי המלאי, מפקחים על העבודה ומבצעים תשלומי שכר מקומיים.
כל אחד ממחשבים אלו יכול לעבוד בנפרד מן האחרים אך ההנהלה יכולה להחליט לקשר ביניהם, כדי לאפשר שליפה ושילוב של מידע אודות החברה כולה.
שיתוף משאבים:
המטרה הראשונה של רשתות מחשבים היא שיתוף משאבים כלומר יש לאפשר למשתמשים גישה לתכניות, לנתונים ולמשאבי הרשת, בלא תלות במיקום הפיזי של המשאבים או של המשתמש.
במילים אחרות, העובדה שהמשתמש נמצא במרחק 1000 קילומטר מן הנתונים לא תמנע ממנו להשתמש בהם, כאילו היו במחשב המקומי שבו הוא משתמש.
עיבוד מבוזר:
במערכת מבוזרת מדובר על אוסף של תכניות ותהליכים המבוצעים במחשבים שונים שהם כולם חלק ממערכת גדולה יותר או חלק ממטלה גדולה.
הסיבה לביזור יכולה להיות מטלה שהיא מעבר ליכולתו של המחשב יחיד או שיקולים ארגוניים ועסקיים שונים.
אנו נמצאים כיום בעידן העיבוד המבוזר , בצורת עיבוד זו הולך ומתרחב חלקם של מחשבים יעודיים מתוחכמים(מחשבי על) ושל מחשבים אישיים, הנמצאים על שולחנו של המשתמש (או בביתו).
תקשורת הנתונים הופכת להיות מרכיב הכרחי בקידום המחשוב ובהבאתו אל המשתמש.
חלוקת עומסים:
שיתוף משאבים מאפשר גם חלוקה טובה יותר של העומס בין המחשבים השונים ברשת, כך למשל, בחברה בין לאומית, ניתן לנצל את שעות הלילה בצרפת,
שבהן קטן העומס של המחשבים המקומיים כדי להעביר מערכי יישום מארה"ב, שם קיים עומס של שעות בוקר.
תוצאות העיבוד יועברו חזרה לאחר השלמתן.
אמינות עסקית ומבצעית:
מטרה נוספת של רשתות מחשבים היא להבטיח אמינות (reliability) גבוהה ע"י יצירת מקורות חלופיים. לדוגמא, אפשר לשמור כמה עותקים של כל קובץ במספר מחשבים שונים.
אם אחד המחשבים אינו זמין(למשל, כתוצאה מתקלות חומרה), אפשר להשתמש בעותקים האחרים.
קיומם של מעבדים רבים מאפשר גם המשך עבודה,אם כי לעיתים ביעילות נמוכה יותר, כאשר קורות תקלות בחלק מן המחשבים.
ביישומים רבים (לדוגמא, יישומים צבאיים, יישומים בנקאיים, בקרה של תחבורה אווירית ועוד), יש חשיבות רבה ליכולת להמשיך ולתפקד למרות תקלה בחומרה.
גידול הדרגתי:
המטרה הרביעית היא לאפשר הגדלה הדרגתית של ביצוע המערכת, כאשר עומס עבודה גדל, על ידי הוספת מעבדים בלבד.
הוספה מדורגת זו של כוח מחשוב מאפשר לארוגן תכנון כלכלי והתאמה לגידול ולצורכי העיבוד של הארגון.
שיפור תקשורת בין אנשים וקבוצות עבודה:
רשת מחשבים מספקת אמצעי תקשורת רב עוצמה לאנשים שנמצאים במרחק זה מזה, לדוגמא, השימוש ברשת מחשבים מקל על אנשים המרוחקים זה מזה, לנסח מסמך משותף.
כאשר אחד הכותבים עורך שינוי במסמך, יכולים הכותבים האחרים לראות את השימוש מייד, במקום להמתין ימים אחדים למסמך. העברת שרטוטים ותמונות יכולים לראות בו זמנית במספר מקומות
(לדוגמא, צילום רפואי של חולה) ובך מתאפשר שיתוף פעולה מקצועי ואחר בין אנשים מרוחקיםף במהירות ובדרך שלא היו אפשריים בעבר.
יישומים של רשתות מחשבים:
הזמינות של רשתות תקשורת מאפשרת יישומים רבים וחדשים.
כדי להמחיש את החשיבות הרבה של האופקים החדשים שפותחות מערכות מערכות המידע המבוססות על רשתות תקשורת. לדוגמא:
1. גישה אל תכניות מרוחקות.
2. גישה אל בסיסי- נתונים מרוחקים.
3. דואר אלקטרוני ומשרד ממוחשב.
4. שירותי איסוף מידע מרחוק.
מערכות תקשורת נתונים:
מערכת בסיסית לתקשורת נתונים מאפשרת להעביר נתונים מנקודה אחת (המקור) לנקודה אחרת (היעד) בצורה ישירה או דרך מערכות ביניים.
מערכת תקשורת בסיסית תכלול את המרכיבים הבאים:
מקור מידע
התקן מקור
משדר
תווך תקשורת
מקלט
התקן היעד
יעד מידע
המקור יכול להיות הודעה של אדם,קובץ מידע וכו..
התקן מקור הוא על פי רוב מסוף (המופעל בידי אדם),מחשב, או ציוד מדידה כלשהו.
התקן הקלט הופף את ההודעה שקלט מהמקור לאוסף הנתונים.
המשדר משדר את הנתונים אל תווך התקשורת, בדרך כלל הנתונים כמות שהם אינם מתאימים לשידור (לדוגמא, כאשר הנתונים הם ספרתיים ואילו הערוץ אנלוגי ביסודו),
ויש להמיר אותם באות, המתאים לאופי הערוץ, המרה זו נעשית כחלק מתהליך השידור.
תווך התקשורת שבו משודר האות יכול להיות קו טלפון, כבל קואקסיאלי, סיב אופטי או תווך אלחוטי.
המקלט קולט את האות מתווך התקשורת(לעיתים בתוספת רעש...) המקלט אמור להמיר את האות(בניקוי הרעשים) באוסף נתונים.
התקן היעד יכול להיות מסוף(בדומה להתקן הקלט) המחובר למחשב, או כל ציוד אחר שלו מיועדים הנתונים.
התקן זה הופך את אוסף הנתונים להודעה משמעותית לצד המקבל.
דוגמא דואר אלקטרוני:
נציג כל אחד מהמרכיבי מערכת באמצעות דוגמא של יישום דואר אלקטרוני.
דואר אלקטרוני הוא מערכת, המאפשרת להעביר הודעות-מכתבים, מסמכים וכו... בין אנשים שמשתמשים במסופים.
המסופים מחוברים למחשבים, הקשורים ביניהם בעזרת קווי תקשורת:
מקור - אדם המעוניין לשלוח הודעה לאדם אחר (היעד).
התקן מקור - מקלדת המסוף המשמש את המקור.
ההודעה המשודרת היא אוסף הסיביות המייצג את הודעת המקור בזיכרון המחשב.
ההודעה תתורגם לאות אנלוגי(בהנחה שזה תואם את דרישות הערוץ).
האות האנלוגי משודר ונקלט ע"י המקלט בצידו השני של הערוץ. שם מתבצע תרגום לאוסף הסיביות המייצג בזיכרון המחשב של התקן היעד את ההודעה שנשלחה,
וזאת לאחר שהמקלט ניפה (באמצעות מנגנון מיוחד) שגיאות שהרעש הכניס לקו.
התקן היעד - במקרה זה הוא מרקע המסוף המשמש את האדם, שאליו נשלחה ההודעה(היעד).
מבנה של רשתות מחשבים:
נעבור עכשיו מן המטרות וסוגי יישומים(אני חושב שמספיק לא? :) ) אל הבעיות הטכניות הכרוכות בתכנון רשת מחשבים והמבנה הכרוני שלהן.
מערכת תקשורת מחשבים מורכבת בד"כ מכמה מחשבים (או תחנות ), שמיועדים להרצת תכניות של משתמשים(תכניות יישום).
מקובל לכנות כל מחשב כזה כמחשב מארח(host).
משתמשים בספרות גם במונח מערכת קצה(system end).
המחשבים המארחים מקושרים ביניהם ע"י רשת תקשורת(network communication), מהווים חלק מרשת תקשורת כוללת.
תפקיד הרשת להעביר הודעות ממחשב מארח אחד לאחר, ממש כמו שמערכת הטלפונים מעבירה מילים ממדבר למאזין.
הפרדה זו היא ההיבטים של התקשורת(הרשת) לבין ההיבטים של היישומים(המופעלים במחשבים המארחים) מפשטת את התכנון הכולל של רשת מחשבים.
ברוב רשתות ארוכות הטווח(את המונח הזה אני אגדיר בהמשך P: ), הרשת מורכבת משני רכיבים נפרדים:
קווי תמסורת(transmission lines) ויחידת מיתוג(switching elements) קווי התמסורת הם קווי שידור, המכונים גם מעגלים(circuits)
ערוצים(channels), או עורקים(trunks), והם מעבירים סיביות בין תחנות(לאחר המרתן למבנה הנתמך ע"י הערוץ).
יחידות מיתוג הן מחשבים ייעודיים(צמתים), המשמשים לקישור בין שני קווי תמסורת או יותר.
לכל יחידת מיתוג יש קווים נכנסים וקווים יוצאים.
נתונים מגיעים ליחידת המיתוג דרך קו נכנס, וממשיכים בדרכם דרך הקו היוצא שיחידת המיתוג בוחרת עבורם.
שמות מקובלים אחרים ליחידת מיתוג הם: צומתי מיתוג או צומת מיתוג מנות(switch node packet) מערכת ביניים(intermediate system) ומרכזיית מיצוג
נתונים(data switch exchange).
ערוצי נקודה לנקודה:
התקשורת יכולה להתבצע על ידי קישור ישיר בקו מנקודה לנקודה (נל"ן), או בדומה למקובל ברשת הטלפונים באמצעות רשת ממותגת(שבה כל מנוי יכול לחייג את המספר הרצוי לו).
כל ציוד הקשור לרשת יכול להתחבר אל כל ציוד אחר באותה רשת, על ידי שימוש בסטנדרטים שונים המגדירים כללי הידברות כגון ניהול מערכות כתובות, בדומה לחיוג ברשת טלפונים.
כאשר משתמשים בערוצי נל"ן, יש צורך במספר רב של כבלים או של קווי טלפון חכורים, שכל אחד מהם מחבר שני מחשבים או צומתי מיתוג.
אם שני צמתים שאינם מחוברים ישירות רוצים להתקשר, הם חייבים לעשות זאת בדרך עקיפה, דרך צומתי מיתוג אחרים.
ערוצי הפצה:
האפשרות השניה לתכנון רשת תקשורת היא באמצעות ערוצי הפצה.
ברוב רשתות התקשורת המקומיות ובחלק מהרשתות ארוכות הטווח משתמשים בערוצי הפצה.
ברשתות תקשורת מקומיות, צומת המיתוג הוא כרטיס תקשורת יחיד שמשובץ בתוך המחדב המארח, כך שלכל צומת מיתוג מחובר תמיד מחשב מארח אחד.
לעומת זאת ברשתות ארוכות טווח יכולים כמה מחשבים מארחים להיות מחוברים לאותו צומת מיתוג.
ערוץ הפצה הוא ערוץ תקשורת אחד, שמשותף לכל התחנות ברשת.
שדר, שנשלח על ידי מחשב או תחנה כלשהי, מתקבל על ידי כל התחנות האחרות.
בכל שדר יש שדה כתובת, שמציין למי הוא מיועד.
תחנה שמקבל שדר, תבדוק את שדה הכתובת, ותתעלם ממנו אם אינו מיועד אליה.
ברשת הפצה אפשר בדרך כלל לשלוח מנה, המיועדת אל כל היעדים, על ידי ציון קוד מיוחד בשדה הכתובת.
כאשר מועברת מנה עם קוד מיוחד זה, היא מטופלת על ידי כל אחד מהמחשבים ברשת.
יש רשתות הפצה שתומכות גם בהפצת מנות לקבוצה מוגדרת של תחנות.
בערוץ הפצה יכולה לשדר בו זמנית רק תחנה אחת, ואילו כל שאר התחנות נדרשות להימנע משידור.
דרוש מנגנון הכרעה למצב שבו שתי תחנות או יותר רוצות לשדר בעת ובעונה אחת.
מנגנון ההכרעה יכול להיות מרכזי או מבוזר.
בהמשך נכיר אלוגוריתמים שמונעים אפשרות של אי סדר.
סוף חלק א' המשך יבוא.....
שיהיה לכם מוייייי כיף!!!
MOi