هدف شبکه رایانه ای
هدف
شبکههای رایانهای را میتوان برای اهداف مختلف استفاده کرد:
تسهیل ارتباطات: با استفاده از شبکه، افراد میتوانند به آسانی از طریق رایانامه (E-mail)، پیامرسانی فوری، اتاق گفتگو (Chat room)، تلفن، تلفن تصویری و ویدئو کنفرانس، ارتباط برقرار کنند.
اشتراک گذاری سخت افزارها: در یک محیط شبکهای، هر کامپیوتر در شبکه میتواند به منابع سخت افزاری در شبکه دسترسی پیدا کرده و از آنها استفاده کند؛ مانند چاپ یک سند به وسیله چاپگری که در شبکه به اشتراک گذاشته شدهاست.
اشتراک گذاری پروندهها، دادهها و اطلاعات: در یک محیط شبکهای، هر کاربر مجاز میتواند به دادهها و اطلاعاتی که بر روی رایانههای دیگر موجود در شبکه، ذخیره شدهاست دسترسی پیدا کند. قابلیت دسترسی به دادهها و اطلاعات در دستگاههای ذخیره سازی اشتراکی، از ویژگیهای مهم بسیاری از شبکههای است.
اشتراک گذاری نرمافزارها: کاربرانی که به یک شبکه متصل اند، میتوانند برنامههای کاربردی موجود روی کامپیوترهای راه دور را اجرا کنند.
تعریف
شبکههای کامپیوتری مجموعهای از کامپیوترهای مستقل متصل به یکدیگرند که با یکدیگر ارتباط داشته و تبادل داده میکنند. مستقل بودن کامپیوترها بدین معناست که هر کدام دارای واحدهای کنترلی و پردازشی مجزا بوده و بود و نبود یکی بر دیگری تاثیرگذار نیست.
متصل بودن کامپیوترها یعنی از طریق یک رسانه فیزیکی مانند کابل، فیبر نوری، ماهوارهها و... به هم وصل میباشند. دو شرط فوق شروط لازم برای ایجاد یک شبکه کامپیوتری میباشند اما شرط کافی برای تشکیل یک شبکه کامپیوتری داشتن ارتباط و تبادل داده بین کامپیوترهاست.
این موضوع در بین متخصصین قلمرو شبکه مورد بحث است که آیا دو رایانه که با استفاده از نوعی از رسانه ارتباطی به یکدیگر متصل شدهاند تشکیل یک شبکه میدهند. در این باره بعضی مطالعات میگویند که یک شبکه نیازمند دست کم ۳ رایانه متصل به هم است. یکی از این منابع با عنوان «ارتباطات راه دور: واژهنامه اصطلاحات ارتباطات راه دور»، یک شبکه رایانهای را این طور تعریف میکند: «شبکهای از گرههای پردازشگر دیتا که جهت ارتباطات دیتا به یکدیگر متصل شدهاند». در همین سند عبارت «شبکه» این طور تعریف شدهاست: «اتصال سه با چند نهاد ارتباطی». رایانهای که به وسیلهای غیر رایانهای متصل شدهاست (به عنوان نمونه از طریق ارتباط «اترنت» به یک پرینتر متصل شدهاست) ممکن است که یک شبکه رایانهای به حساب آید،
در مورد تعداد بیشتری رایانه که به هم متصل هستند عموماً توابع پایهای مشترکی دیده میشود. از این بابت برای آنکه شبکهای به وظیفهاش عمل کند، سه نیاز اولیه بایستی فراهم گردد، «اتصالات»، «ارتباطات» و «خدمات». اتصالات به بستر سختافزاری اشاره دارد، ارتباطات به روشی اشاره میکند که بواسطه آن وسایل با یکدیگر صحبت کنند و خدمات آنهایی هستند که برای بقیه اعضای شبکه به اشتراک گذاشته شدهاند.
دسته بندی شبکههای رایانهای
فهرست زیر، دستههای شبکههای رایانهای را نشان میدهد.
بر اساس نوع اتصال
شبکههای رایانهای را میتوان با توجه به تکنولوژی سخت افزاری و یا نرمافزاری که برای اتصال دستگاههای افراد در شبکه استفاده میشود، دسته بندی کرد؛ مانند فیبر نوری، اترنت، شبکه محلی بیسیم، HomePNA، ارتباط خط نیرو یا G.hn.
اترنت با استفاده از سیم کشی فیزیکی دستگاهها را به هم متصل میکند. دستگاههای مستقر معمول شامل هابها، سوئیچها، پلها و یا مسیریابها هستند.
تکنولوژی شبکه بیسیم برای اتصال دستگاهها، بدون استفاده از سیم کشی طراحی شدهاست. این دستگاهها از امواج رادیویی یا سیگنالهای مادون قرمز به عنوان رسانه انتقال استفاده میکنند.
فناوری ITU-T G.hn از سیم کشی موجود در منازل (کابل هممحور، خطوط تلفن و خطوط برق) برای ایجاد یک شبکه محلی پر سرعت (تا۱ گیگا بیت در ثانیه) استفاده میکند.
بر اساس تکنولوژی سیم کشی
زوج بههمتابیده: زوج بههمتابیده یکی از بهترین رسانههای مورد استفاده برای ارتباطات راه دور میباشد. سیمهای زوج بههمتابیده، سیم تلفن معمولی هستند که از دو سیم مسی عایق که دو به دو به هم پیچ خوردهاند درست شدهاند. از زوج بههمتابیده برای انتقال صدا و دادهها استفاده میشود. استفاده از دو سیم بههمتابیده به کاهش تداخل و القای الکترومغناطیسی کمک میکند. سرعت انتقال داده، دامنهای از ۲ میلیون بیت درهر ثانیه تا ۱۰۰ میلیون بیت در هر ثانیه، دارد.
کابل هممحور: کابل هممحور به طور گستردهای در سیستمهای تلویزیون کابلی، ساختمانهای اداری، و دیگر سایتهای کاری برای شبکههای محلی، استفاده میشود. کابلها یک رسانای داخلی دارند که توسط یک عایق منعطف محصور شدهاند، که روی این لایهٔ منعطف نیز توسط یک رسانای نازک برای انعطاف کابل، به هم بافته شدهاست. همهٔ این اجزا، در داخل عایق دیگری جاسازی شدهاند. لایه عایق به حداقل رساندن تداخل و اعوجاج کمک میکند. سرعت انتقال داده، دامنهای از ۲۰۰ میلیون تا بیش از ۵۰۰ میلیون بیت در هر ثانیه دارد.
فیبر نوری: کابل فیبر نوری شامل یک یا چند رشته از الیاف شیشهای پیچیده شده در لایههای محافظ میباشد. این کابل میتواند نور را تا مسافتهای طولانی انتقال دهد. کابلهای فیبر نوری تحت تاثیر تابشهای الکترومغناطیسی قرار نمیگیرند. سرعت انتقال ممکن است به چند تریلیون بیت در ثانیه برسد.
بر اساس تکنولوژی بی سیم
ریزموج (مایکروویو) زمینی: ریزموجهای زمینی از گیرندهها و فرستندههای زمینی استفاده میکنند. تجهیزات این تکنولوژی شبیه به دیشهای ماهوارهاست. مایکروویو زمینی از دامنههای کوتاه گیگاهرتز استفاده میکند، که این سبب میشود تمام ارتباطات به صورت دید خطی محدود باشد. فاصله بین ایستگاههای رله (تقویت سیگنال) حدود ۳۰ مایل است. آنتنهای ریزموج معمولاً در بالای ساختمانها، برجها، تپهها و قله کوه نصب میشوند.
ماهوارههای ارتباطی: ماهوارهها از ریزموجهای رادیویی که توسط جو زمین منحرف نمیشوند، به عنوان رسانه مخابراتی خود استفاده میکنند.
ماهوارهها در فضا مستقر هستند؛ به طور معمول ۲۲۰۰۰ مایل (برای ماهوارههای geosynchronous) بالاتر از خط استوا. این سیستمهای در حال چرخش به دور زمین، قادر به دریافت و رله صدا، دادهها و سیگنالهای تلویزیونی هستند.
تلفن همراه و سیستمهای پی سی اس: تلفن همراه و سیستمهای پی سی اس از چندین فناوری ارتباطات رادیویی استفاده میکنند. این سیستمها به مناطق مختلف جغرافیایی تقسیم شدهاند. هر منطقه دارای فرستندههای کم قدرت و یا دستگاههای رله رادیویی آنتن برای تقویت تماسها از یک منطقه به منطقه بعدی است.
شبکههای محلی بی سیم: شبکه محلی بی سیم از یک تکنولوژی رادیویی فرکانس بالا (مشابه سلول دیجیتالی) و یک تکنولوژی رادیویی فرکانس پایین استفاده میکند. شبکههای محلی بی سیم از تکنولوژِی طیف گسترده، برای برقراری ارتباط میان دستگاههای متعدد در یک منطقه محدود، استفاده میکنند. نمونهای از استاندارد تکنولوژی بی سیم موج رادیویی، IEEE است.
ارتباطات فروسرخ: ارتباط فروسرخ، سیگنالهای بین دستگاهها را در فواصل کوچک (کمتراز ۱۰ متر) به صورت همتا به همتا (رو در رو) انتقال میدهد؛ در خط انتقال نباید هیچ گونه شی ای قرار داشته باشد.
بر اساس اندازه
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس اندازه یا گستردگی ناحیهای که شبکه پوشش میدهد طبقهبندی شوند. برای نمونه «شبکه شخصی» (PAN)، «شبکه محلی» (LAN)، «شبکه دانشگاهی» (CAN)، «شبکه کلانشهری» (MAN) یا «شبکه گسترده» (WAN).
بر اساس لایه شبکه
ممکن است شبکههای رایانهای مطابق مدلهای مرجع پایهای که در صنعت به عنوان استاندارد شناخته میشوند مانند «مدل مرجع ۷ لایه OSI» و «مدل ۴ لایه TCP/IP»، بر اساس نوع «لایه شبکه»ای که در آن عمل میکنند طبقهبندی شوند.
بر اساس معماری کاربری
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس معماری کاربری که بین اعضای شبکه وجود دارد طبقهبندی شود، برای نمونه معماریهای Active Networking، «مشتری-خدمتگذار» (Client-Server) و «همتا به همتا» Peer-to-Peer (گروه کاری).
بر اساس همبندی (توپولوژی)
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس نوع همبندی شبکه طبقهبندی شوند مانند: «شبکه باس» (Bus)، «شبکه ستاره» ((Star، «شبکه حلقهای» (Ring)، «شبکه توری» (Mesh)، «شبکه ستاره-باس» (Star-Bus)، «شبکه درختی» (Tree) یا «شبکه سلسله مراتبی» (Hierarchical) و ترکیبی و غیره.
همبندی شبکه را میتوان بر اساس نظم هندسی ترتیب داد. همبندیهای شبکه طرحهای منطقی شبکه هستند. واژه منطقی در اینجا بسیار پرمعنی است. این واژه به این معنی است که همبندی شبکه به طرح فیزیکی شبکه بستگی ندارد. مهم نیست که رایانهها در یک شبکه به صورت خطی پشت سر هم قرار گرفته باشند، ولی زمانیکه از طریق یک «هاب» به یکدیگر متصل شده باشند تشکیل همبندی ستاره میکنند نه باس. و این عامل مهمی است که شبکهها در آن فرق میکنند، جنبه ظاهری و جنبه عملکردی.
بر اساس قرارداد
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس «قرارداد» ارتباطی طبقهبندی شوند.
انواع شبکههای رایانهای از نظر اندازه
شبکه شخصی (PAN)
«شبکه شخصی» (Personal Area Network) یک «شبکه رایانهای» است که برای ارتباطات میان وسایل رایانهای که اطراف یک فرد میباشند (مانند «تلفن»ها و «رایانههای جیبی» (PDA) که به آن «دستیار دیجیتالی شخصی» نیز میگویند) بکار میرود. این که این وسایل ممکن است متعلق به آن فرد باشند یا خیر جای بحث خود را دارد. برد یک شبکه شخصی عموماً چند متر بیشتر نیست. موارد مصرف شبکههای خصوصی میتواند جهت ارتباطات وسایل شخصی چند نفر به یکدیگر و یا برقراری اتصال این وسایل به شبکهای در سطح بالاتر و شبکه «اینترنت» باشد.
ارتباطات شبکههای شخصی ممکن است به صورت سیمی به «گذرگاه»های رایانه مانند USB و فایروایر برقرار شود. همچنین با بهرهگیری از فناوریهایی مانند IrDA، «بلوتوث» (Bluetooth) و UWB میتوان شبکههای شخصی را به صورت بیسیم ساخت.
شبکه محلی (LAN)
«شبکه محلی» (Local Area Network) یک «شبکه رایانهای» است که محدوده جغرافیایی کوچکی مانند یک خانه، یک دفتر کار یا گروهی از ساختمانها را پوشش میدهد. در مقایسه با «شبکههای گسترده» (WAN) از مشخصات تعریفشده شبکههای محلی میتوان به سرعت (نرخ انتقال) بسیار بالاتر آنها، محدوده جغرافیایی کوچکتر و عدم نیاز به «خطوط استیجاری» مخابراتی اشاره کرد.
دو فناوری «اترنت» (Ethernet) روی کابل «جفت به هم تابیده بدون محافظ» (UTP) و «وایفای» (Wi-Fi) رایجترین فناوریهایی هستند که امروزه استفاده میشوند، با این حال فناوریهای «آرکنت» (ARCNET) و «توکن رینگ» (Token Ring) و بسیاری روشهای دیگر در گذشته مورد استفاده بودهاند.
شبکه کلانشهری (MAN)
«شبکه کلانشهری» (Metropolitan Area Network) یک «شبکه رایانهای» بزرگ است که معمولاً در سطح یک شهر گسترده میشود. در این شبکهها معمولاً از «زیرساخت بیسیم» و یا اتصالات «فیبر نوری» جهت ارتباط محلهای مختلف استفاده میشود.
شبکه گسترده (WAN)
«شبکه گسترده» (Wide Area Network) یک «شبکه رایانهای» است که نسبتاً ناحیه جغرافیایی وسیعی را پوشش میدهد (برای نمونه از یک کشور به کشوری دیگر یا از یک قاره به قارهای دیگر). این شبکهها معمولاً از امکانات انتقال خدمات دهندگان عمومی مانند شرکتهای مخابرات استفاده میکند. به عبارت کمتر رسمی این شبکهها از «مسیریاب»ها و لینکهای ارتباطی عمومی استفاده میکنند.
شبکههای گسترده برای اتصال شبکههای محلی یا دیگر انواع شبکه به یکدیگر استفاده میشوند. بنابراین کاربران و رایانههای یک مکان میتوانند با کاربران و رایانههایی در مکانهای دیگر در ارتباط باشند. بسیاری از شبکههای گسترده برای یک سازمان ویژه پیادهسازی میشوند و خصوصی هستند. بعضی دیگر بهوسیله «سرویس دهندگان اینترنت» (ISP) پیادهسازی میشوند تا شبکههای محلی سازمانها را به اینترنت متصل کنند.
شبکه متصل (Internetwork)
دو یا چند «شبکه» یا «زیرشبکه» (Subnet) که با استفاده از تجهیزاتی که در لایه ۳ یعنی «لایه شبکه» «مدل مرجع OSI» عمل میکنند مانند یک «مسیریاب»، به یکدیگر متصل میشوند تشکیل یک شبکه از شبکهها یا «شبکه متصل» را میدهند. همچنین میتوان شبکهای که از اتصال داخلی میان شبکههای عمومی، خصوصی، تجاری، صنعتی یا دولتی به وجود میآید را «شبکه متصل» نامید.
در کاربردهای جدید شبکههای به هم متصل شده از قرارداد IP استفاده میکنند. بسته به اینکه چه کسانی یک شبکه از شبکهها را مدیریت میکنند و اینکه چه کسانی در این شبکه عضو هستند، میتوان سه نوع «شبکه متصل» دسته بندی نمود:
شبکه داخلی یا اینترانت (Intranet)
شبکه خارجی یا اکسترانت (Extranet)
شبکهاینترنت (Internet)
شبکههای داخلی یا خارجی ممکن است که اتصالاتی به شبکه اینترنت داشته و یا نداشته باشند. در صورتی که این شبکهها به اینترنت متصل باشند در مقابل دسترسیهای غیرمجاز از سوی اینترنت محافظت میشوند. خود شبکه اینترنت به عنوان بخشی از شبکه داخلی یا شبکه خارجی به حساب نمیآید، اگرچه که ممکن است شبکه اینترنت به عنوان بستری برای برقراری دسترسی بین قسمتهایی از یک شبکه خارجی خدماتی را ارائه دهد.
شبکه داخلی (Intranet)
یک «شبکه داخلی» مجموعهای از شبکههای متصل به هم میباشد که از قرارداد IP و ابزارهای مبتنی بر IP مانند «مرورگران وب» استفاده میکند و معمولاً زیر نظر یک نهاد مدیریتی کنترل میشود. این نهاد مدیریتی «شبکه داخلی» را نسبت به باقی قسمتهای دنیا محصور میکند و به کاربران خاصی اجازه ورود به این شبکه را میدهد. به طور معمولتر شبکه درونی یک شرکت یا دیگر شرکتها «شبکه داخلی» میباشد.
به طور مثال شبکه ملی در ایران نوعی از شبکههای داخلی (اینترانت) میباشد.
شبکه خارجی (Extranet)
یک «شبکه خارجی» یک «شبکه» یا یک «شبکه متصل» است که به لحاظ قلمرو محدود به یک سازمان یا نهاد است ولی همچنین شامل اتصالات محدود به شبکههای متعلق به یک یا چند سازمان یا نهاد دیگر است که معمولاً ولی نه همیشه قابل اعتماد هستند. برای نمونه مشتریان یک شرکت ممکن است که دسترسی به بخشهایی از «شبکه داخلی» آن شرکت داشته باشند که بدین ترتیب یک «شبکه خارجی» درست میشود، چراکه از نقطهنظر امنیتی این مشتریان برای شبکه قابل اعتماد به نظر نمیرسند. همچنین از نظر فنی میتوان یک «شبکه خارجی» را در گروه شبکههای دانشگاهی، کلانشهری، گسترده یا دیگر انواع شبکه (هر چیزی غیر از شبکه محلی) به حساب آورد، چراکه از نظر تعریف یک «شبکه خارجی» نمیتواند فقط از یک شبکه محلی تشکیل شده باشد، چون بایستی دست کم یک اتصال به خارج از شبکه داشته باشد.
شبکه اینترنت (Internet)
شبکه ویژهای از شبکهها که حاصل اتصالات داخلی شبکههای دولتی، دانشگاهی، عمومی و خصوصی در سرتاسر دنیا است. این شبکه بر اساس شبکه اولیهای کار میکند که «آرپانت» (ARPANET) نام داشت و بهوسیله موسسه «آرپا» (ARPA) که وابسته به «وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا» است ایجاد شد. همچنین منزلگاهی برای «وب جهانگستر» (WWW) است. در لاتین واژه Internet برای نامیدن آن بکار میرود که برای اشتباه نشدن با معنی عام واژه «شبکه متصل» حرف اول را بزرگ مینویسند.
اعضای شبکه اینترنت یا شرکتهای سرویس دهنده آنها از «آدرسهای IP» استفاده میکنند. این آدرسها از موسسات ثبت نام آدرس تهیه میشوند تا تخصیص آدرسها قابل کنترل باشد. همچنین «سرویس دهندگان اینترنت» و شرکتهای بزرگ، اطلاعات مربوط به در دسترس بودن آدرسهایشان را بواسطه «قرارداد دروازه لبه» (BGP) با دیگر اعضای اینترنت مبادله میکنند.
اجزای اصلی سختافزاری
همه شبکهها از اجزای سختافزاری پایهای تشکیل شدهاند تا گرههای شبکه را به یکدیگر متصل کنند، مانند «کارتهای شبکه»، «تکرارگر»ها، «هاب»ها، «پل»ها، «راهگزین»ها و «مسیریاب»ها. علاوه بر این، بعضی روشها برای اتصال این اجزای سختافزاری لازم است که معمولاً از کابلهای الکتریکی استفاده میشود (از همه رایجتر «کابل رده ۵» (کابل Cat5) است)، و کمتر از آنها، ارتباطات میکروویو (مانند آیتریپلئی ۸۰۲٫۱۱) و («کابل فیبر نوری» Optical Fiber Cable) بکار میروند.
کارت شبکه (network adapter)
«کارت شبکه»، «آداپتور شبکه» یا «کارت واسط شبکه» (Network Interface Card) قطعهای از سختافزار رایانهاست و طراحی شده تا این امکان را به رایانهها بدهد که بتوانند بر روی یک شبکه رایانهای با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این قطعه دسترسی فیزیکی به یک رسانه شبکه را تامین میکند و با استفاده از «آدرسهای MAC»، سیستمی سطح پایین جهت آدرس دهی فراهم میکند. این شرایط به کاربران اجازه میدهد تا به وسیله کابل یا به صورت بیسیم به یکدیگر متصل شوند.
تکرارگر (repeater)
«تکرارگر» تجهیزی الکترونیکی است که سیگنالی را دریافت کرده و آن را با سطح دامنه بالاتر، انرژی بیشتر و یا به سمت دیگر یک مانع ارسال میکند. بدین ترتیب میتوان سیگنال را بدون کاستی به فواصل دورتری فرستاد. از آنجا که تکرارگرها با سیگنالهای فیزیکی واقعی سروکار دارند و در جهت تفسیر دادهای که انتقال میدهند تلاشی نمیکنند، این تجهیزات در «لایه فیزیکی» یعنی اولین لایه از «مدل مرجع OSI» عمل میکنند.
هاب (جعبه تقسیم)- hub
«هاب» قطعهای سختافزاری است که امکان اتصال قسمتهای یک شبکه را با هدایت ترافیک در سراسر شبکه فراهم میکند. هابها در «لایه فیزیکی» از «مدل مرجع OSI» عمل میکنند. عملکرد هاب بسیار ابتدایی است، به این ترتیب که داده رسیده از یک گره را برای تمامی گرههای شبکه کپی میکند. هابها عموماً برای متصل کردن بخشهای یک «شبکه محلی» بکار میروند. هر هاب چندین «درگاه» (پورت) دارد. زمانی که بستهای از یک درگاه میرسد، به دیگر درگاهها کپی میشود، بنابراین همه قسمتهای شبکه محلی میتوانند بستهها را ببینند.
پل (bridge)
یک «پل» دو «زیرشبکه» (سگمنت) را در «لایه پیوند داده» از «مدل مرجع OSI» به هم متصل میکند. پلها شبیه به «تکرارگر»ها و «هاب»های شبکهاند که برای اتصال قسمتهای شبکه در «لایه فیزیکی» عمل میکنند، با این حال پل با استفاده از مفهوم پلزدن کار میکند، یعنی به جای آنکه ترافیک هر شبکه بدون نظارت به دیگر درگاهها کپی شود، آنرا مدیریت میکند. بستههایی که از یک طرف پل وارد میشوند تنها در صورتی به طرف دیگر انتشار مییابند که آدرس مقصد آنها مربوط به سیستمهایی باشد که در طرف دیگر پل قرار دارند. پل مانع انتشار پیغامهای همگانی در قطعههای کابل وصلشده به آن نمیشود.
پلها به سه دسته تقسیم میشوند:
پلهای محلی: مستقیماً به «شبکههای محلی» متصل میشود.
پلهای دوردست: از آن میتوان برای ساختن «شبکههای گسترده» جهت ایجاد ارتباط بین «شبکههای محلی» استفاده کرد. پلهای دور دست در شرایطی که سرعت اتصال از شبکههای انتهایی کمتر است با «مسیریاب»ها جایگزین میشوند.
پلهای بیسیم: برای «اتصال شبکههای محلی» به «شبکههای محلی بیسیم» یا «شبکههای محلی بیسیم» به هم یا ایستگاههای دوردست به «شبکههای محلی» استفاده میشوند.
راهگزین (switch)
«راهگزین» که در پارسی بیشتر واژه «سوئیچ» برای آن بکار برده میشود، وسیلهای است که قسمتهای شبکه را به یکدیگر متصل میکند. راهگزینهای معمولی شبکه تقریباً ظاهری شبیه به «هاب» دارند، ولی یک راهگزین در مقایسه با هاب از هوشمندی بیشتری (و همچنین قیمت بیشتری) برخوردار است. راهگزینهای شبکه این توانمندی را دارند که محتویات بستههای دادهای که دریافت میکنند را بررسی کرده، دستگاه فرستنده و گیرنده بسته را شناسایی کنند، و سپس آن بسته را به شکلی مناسب ارسال نمایند. با ارسال هر پیام فقط به دستگاه متصلی که پیام به هدف آن ارسال شده، راهگزین «پهنای باند» شبکه را به شکل بهینهتری استفاده میکند و عموماً عملکرد بهتری نسبت به یک هاب دارد.
از نظر فنی میتوان گفت که راهگزین در «لایه پیوند داده» از «مدل مرجع OSI» عمل کنند. ولی بعضی انواع راهگزین قادرند تا در لایههای بالاتر نیز به بررسی محتویات بسته بپردازند و از اطلاعات بدست آمده برای تعیین مسیر مناسب ارسال بسته استفاده کنند. به این راه گزینها به اصطلاح «راهگزینهای چندلایه» (Multilayer Switch) میگویند.
مسیریاب (router)
«مسیریاب»ها تجهیزات شبکهای هستند که بستههای داده را با استفاده از «سرایند»ها و «جدول ارسال» تعیین مسیر کرده، و ارسال میکنند. مسیریابها در «لایه شبکه» از «مدل مرجع OSI» عمل میکنند. همچنین مسیریابها اتصال بین بسترهای فیزیکی متفاوت را امکانپذیر میکنند. این کار با چک کردن سرایند یک بسته داده انجام میشود.
مسیریابها از «قراردادهای مسیریابی» مانند ابتدا کوتاهترین مسیر را انتخاب کردن استفاده میکنند تا با یکدیگر گفتگو کرده و بهترین مسیر بین هر دو ایستگاه را پیکربندی کنند. هر مسیریاب دسته کم به دو شبکه، معمولاً شبکههای محلی، شبکههای گسترده و یا یک شبکه محلی و یک سرویس دهنده اینترنت متصل است. بعضی انواع مودمهای DSL و کابلی جهت مصارف خانگی درون خود از وجود یک مسیریاب نیز بهره میبرند.
مخابرات
مُخابـِرات یا ارتباط از دور انتقال سیگنالها از فواصل به منظور ارتباط است. در زمانهای گذشته، از سیگنالهای دود ، طبل ، سمافوریا (مخابره به وسیله پرچم)، هلیوگراف (مخابره به وسیله نور خورشید) استفاده میشد.
در دوران مدرن، مخابرات شامل استفاده از انتقال دهندههای الکترونیکی مانند تلفن ، تلویزیون ، رادیو یا کامپیوتر است. اولین مخترعان در زمینه مخابرات آنتونی میوسی، الکساندر گراهام بل، گوگلیلمو مارکونی و جان لوگی برد هستند.
مخابرات بخش مهمی از اقتصاد جهانی است و سود صنعت مخابرات ۳ درصد محصولات عمده دنیا است.
مفهوم کلیدی
اجزاء اصلی
سیستمهای مخابراتی شامل سه جزء اصلی است :
فرستنده : اطلاعات را گرفته و آن را به سیگنال تبدیل میکند.
کانال مخابراتی : سیگنال را حمل میکند و شامل محیط انتقال نیز می گردد .هوا و فضا ، کابل مسی و فیبر نوری
گیرنده : سیگنال را دریافت نموده و آن را به اطلاعات قابل استفاده تبدیل میکند.
به طور مثال : دکلرادیویی در ارسال های رادیویی ، شامل یک رادیوی فرستنده، فضای آزاد به عنوان کانال مخابراتی و رادیوی گیرندهاست.
معمولاً سیستمهای مخابراتی دو طرفه هستند، و یک دستگاه واحد، نقش فرستنده و گیرنده را ایفا میکند(ترانسیور).
مثلاً، تلفن همراه یک دستگاه ترانسیور است. مخابره پیام از طریق خطوط تلفن را ارتباط نقطه به نقطه میگویند، زیرا بین یک فرستنده و یک گیرندهاست.
مخابرات از طریق ارسال رادیویی را ارتباط پخشی مینامند زیرا بین یک فرستنده قوی و گیرندههای بسیاراست.
آنالوگ و دیجیتال
سیگنالها به صورت آنالوگ و یا دیجیتال هستند. در سیگنال آنالوگ، سیگنال در حوزه زمان به طور پیوسته وجود دارد. اطلاعات در سیگنال دیجیتال به صورت دستهای از ارزش های گسسته (مثلاً یک و صفر) کدگذاری میشود. هر سیگنال چه آنالوگ و چه دیجیتال حاوی اطلاعات خاص است.
اطلاعات موجود در سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال هنگام انتقال با نویز مخلوط میشوند و باعث از بین رفتن اطلاعات موجود در سیگنال میشوند.
شبکهها
مجموعهای از فرستندهها، گیرندهها یا ترانسیورها که با هم ارتباط دارند را شبکه مینامند. شبکههای دیجیتالی حاوی یک یا دو مسیریاب هستند که اطلاعات را به کاربر هدایت میکنند.
یک شبکه آنالوگ ممکن است شامل یک یا دو سوئیچ باشد که ارتباط بین یک یا دو کاربر را برقرار میکنند. در هر دو نوع شبکه، ممکن است تکرار کنندهها لازم باشند تا سیگنال را در زمانی که در فواصل دور منتقل میشود، تقویت کنند. این برای مقابله با تضعیفی است که مانع از تشخیص سیگنال از نویز میشوند.
کانال ها
کانال یک بخش در زمینه انتقال است که میتوان برای فرستادن جریانهای چندگانه اطلاعات از آن استفاده کرد. مثلاً یک ایستگاه رادیویی ممکن است در MHz ۹۶ پخش شود در حالیکه ایستگاه رادیویی دیگر ممکن است در MHz ۹۴۵ پخش شود.
در این حالت محیط را بر حسب فرکانس قسمت بندی میکنیم و هر کانال ، فرکانس جداگانهای را برای پخش دارد.
به صورت متناوب، هر سیگنالی میتوانند به هر کانالی برای پخش دسترسی پیدا کنند. این را تقسیم زمانی چندگانه مینامند و گاهی در ارتباط دیجیتالی استفاده میشود.
مدولاسیون
شکل گیری سیگنال برای انتقال اطلاعات را مدولاسیون مینامند.مدولاسیون یعنی سوار کردن موج متغیر اطلاعات بر روی یک موج ثابت.به موج ثابت در اصطلاح موج حامل گفته می شود . میتوان از مدولاسیون برای نمایش یک پیغام دیجیتالی از طریق موج آنالوگ استفاده کرد. این عمل را کلید زنی گویند و تکنیکهای کلید زنی فراوانی وجود دارند. (شامل کلید زنی تغییر فازی، کلید زنی تغییر فرکانس، و کلید زنی تغییر دامنه).
مثلاً بلوتوث از کلید زنی تغییر فازی برای انتقال اطلاعات بین دستگاهها استفاده میکند.
از مدولاسیون میتوان برای انتقال اطلاعات سیگنالهای آنالوگ با فرکانسهای بالا نیز استفاده کرد. این کمک بزرگی است زیرا سیگنالهای آنالوگ با فرکانس پایین نمیتوانند در فضای آزاد، به خوبی منتقل شوند. از این رو اطلاعات یک سیگنال آنالوگ با فرکانس پایین باید قبل از انتقال بر یک سیگنال، با فرکانس بالاتر (که موج حامل نامیده میشود) سوار شود.
روشهای مدولاسیون متفاوتی برای انجام این کار وجود دارند. (دو مورد از مهمترین آنها مدولاسیون دامنه و مدولاسیون فرکانس هستند).
مثال این روش صدای یک دی جی است که با استفاده از مدولاسیون فرکانس به فرکانس مرکزی ۹۶MHZ منتقل میشود (سپس این صدا در کانال «FM ۹۶»دریافت میشود).
جامعه و مخابرات
مخابرات بخش مهمی از جامعه مدرن است. در سال ۲۰۰۶ تخمین زدهاند که سود سالانه صنعت مخابرات ۲/۱ تریلیون دلار است که جزو ۳٪ سود خالص جهان (نرخ تبادل اداری) قرار دارد.
شرکتها در سطح اقتصاد خرد از مخابرات، برای ایجاد امپراتوریهای جهانی استفاده کردهاند. این در مورد خرده فروشی شبکهای Amazon.com واضح است.
اما طبق نظر ادوارد لنرت، حتی یک خرده فروش معمولی مثل وال-مارت نیز با استفاده از مخابرات بهتر در زیرساختهایش به سود بیشتری در مقایسه با رقبایش دست پیدا کردهاست.
صاحب خانهها در شهرها در سراسر جهان از تلفن هایشان برای انجام سرویسهای خانه از تحویل پیتزا گرفته تا سیم کش استفاده میکنند.
حتی جوامع فقیر نیز برای استفاده از تلفن به خاطر مزیت های آن تشویق شدهاند. در ناحیه نارشینگدی بنگلادش، روستاییهای جدا از هم از تلفنهای همراه برای ارتباط مستقیم با عمده فروشان و معامله بهتر کالاهایشان استفاده میکنند. در ساحل عاج، تولید کنندگان قهوه از تلفن همراه برای دنبال کردن ساعتی تغییرات قیمت قهوه استفاده میکنند و محصولاتشان را با بهترین قیمت میفروشند. لارنس هندریک رولر و لئونارد ویورمان در سطح اقتصاد کلان ارتباط علّی را بین زیر ساختهای مناسب مخابراتی و رشد اقتصادی پیدا کردهاند. بعضیها ارتباطی را بین آنها بیان میکنند اما برخی عقیده دارند این ارتباط علّی نیست. با توجه به مزایای اقتصادی زیر ساختهای مناسب مخابراتی، این نگرانی فزاینده در باره جدایی دیجیتالی وجود دارد. زیرا همه جمعیت جهان دسترسی برابری به سیستمهای مخابراتی ندارند. یک تحقیق در سال ۲۰۰۳ توسط اتحادیه بینالمللی مخابراتITU))) مشخص کرد که حدود یک سوم کشورها کمتر از ۱ اشتراک تلفن همراه برای هر ۲۰ نفر و یک سوم کشورها ۱ اشتراک خط ثابت برای هر ۲۰ نفر دارند. در مورد دسترسی به اینترنت، تقریباً نیمی از کشورها ۱ از ۲۰ نفر امکانات اینترنت دارند. از این اطلاعات و اطلاعات آموزشی، سازمانITU توانست شاخصی را ایجاد کند که توانایی کلی شهروندان به دستیابی و استفاده از اطلاعات و تکنولوژی ارتباطات را مشخص کرد. کشورهایی مانند سوئد، دانمارک و ایسلند با استفاده از این اطلاعات بالاترین رتبه را داشتند در حالیکه کشورهای آفریقایی مانند نیجر، بورکینا فاسو و مالی پایین تین رتبه را کسب کردند.
تاریخچه
مخابرات اولیه
اشکال اولیه مخابرات شامل سیگنالهای دود و طبل بودند. طبل را بومیهای آفریقا، گینه نو و آمریکای جنوبی استفاده میکردند در حالیکه سیگنالهای دود را بومیهای آمریکای شمالی و چین استفاده میکردند.
بر خلاف تصور این سیستمها معمولاً هدفشان بیش از تنها آگاهی از مکان اقامت بود.
در قرون وسطی حلقههایی از آتش را بر سر تپهها ایجاد میکردند. تا پیغامی را مخابره کنند. در قرون وسطی، حلقههای آتش این نکته منفی را داشتند که تنها میتوانستند قطعه کوچکی از اطلاعات را منتقل کنند، بنابراین معنای پیغامی مانند «دشمن دیده شد» باید از قبل مورد توافق قرار میگرفت. یکی از موارد قابل توجه استفاده از آنها در طول جنگ اسپانیا بود که یک حلقه آتش پیغامی را از بندر پلای موت به لندن فرستاد.
در طول تاریخ در بعضی از فرهنگها کبوترهای خانگی برای ارسال خبر مورد استفاه قرار میگرفتند. ایستگاههای کبوتری فکری است که ریشه ایرانی دارد، و همچنین رومیها نیز برای کمک به ارتش خود از آن استفاده میکردند.
فرانتینوس میگوید که ژولیوس سزار از کبوتر به عنوان پیک در فتح گل (کشور باستانی فرانسه) استفاده میکرد.
یونانیان اسامی برندههای بازیهای المپیک را به این طریق به شهرهای مختلف میفرستادند.
تا قبل از آمدن تلگراف، این روش از ارتباطات بین تجار و سرمایه دارها رایج بود. دولت هلند در اوایل قرن ۱۹ با کمک پرندههایی که از بغداد میآورد، از این سیستم در جاوه و سوماترا استفاده میکرد.
رویتر در سال ۱۸۴۹ از پیکهای کبوتری برای اطلاع از قیمت سهام کالاها بین آخن (شهری در آلمان) و بروکسل استفاده میکرد، شیوهای که تا آمدن تلگراف رایج بود.
کلاد چاپ، مهندس فرانسوی، در سال ۱۷۹۲ اولین سیستم تلگرافی بصری ثابت (خط مخابره به وسیله علایم(سمافور)) را بین لیل و پاریس ساخت.
البته سمافور نیازمند کاربران متخصص و برجهای گران در فواصل ده تا سی کیلومتری (شش تا نوزده مایل) بود. در رقابت با تلگراف الکتریکی، آخرین خط تجاری آن در سال ۱۸۸۰ از رده خارج شد.
در ایران قدیم از نور برای مخابره اطلاعات استفاده میشده به این صورت که : برجهایی آجری با فواصل معین از یکدیگر میساختند و در این برجها دو آتش با دو رنگ متفاوت روشن میکردند که این کار با متفاوت بودن سوخت هریک از مشعلها امکان پذیر بودهاست. پیام را با پوشاندن نور یکی از مشعل ها توسط سیستمی شبیه به سیستم مرس، میفرستادند.
تلگراف و تلفن
اولین تلگراف الکتریکی تجاری را سر چارلز ویت ستون و سرویلیام فوترگیل کوک ساختند و در ۹ آوریل ۱۸۳۹ آن را افتتاح کردند. ویت ستون و کوک هر دو، وسیله خود را «پیشرفتی در تلگراف الکترو مغناطیسی (موجود)» و نه یک ابزار جدید میدانستند. ساموئل مورس جداگانه نوعی از تلگراف الکتریکی را ساخت و آن را به طور ناموفقی در ۲ سپتامبر ۱۸۳۷ به ثبت رساند.
کدهای مورس پیشرفت بزرگی نسبت به روش سیگنالی ویت استون بود. اولین کابل تلگراف بین اقیانوسی در ۲۷ ژوئیه ۱۸۶۶ کامل شد که مخابرات با آنسوی اقیانوس اطلس را برای اولین بار امکان پذیر کرد.
تلفن متداول به طور جداگانه توسط الکساندر گراهام بل و الیستا گری در سال ۱۸۷۶ ساخته شد.
آنتوینو میوسی اولین دستگاهی را که انتقال الکتریکی صدا را در طول یک خط امکان پذیر میساخت، در سال ۱۸۴۹ ساخت. اما وسیله میوسی ارزش کاربردی کمی داشت زیرا به اثر الکتروفونیک وابسته بود و بنابر این کاربران باید گوشی را در دهانشان میگذاشتند تا صدا را بشنوند. اولین سرویس تجاری تلفن در سالهای ۱۸۷۸ و ۱۸۷۹ در دو طرف اقیانوس اطلس در شهرهای نیوهاون و لندن ارائه شد.
رادیو و تلویزیون
جیمز لیندسی در سال ۱۸۳۲ یک نمایش کلاسی از تلگراف بدون سیم برای دانشجویانش برگزار کرد. در سال ۱۸۵۴ او قادر به مخابره از طریق مصب رود تِی از شهر داندی در اسکاتلند به وودهون بود که مسافتی حدود دو مایل (۳ کیلومتر) است. او از آب به عنوان دالان مخابراتی استفاده کرد. گوگلیلمو مارکونی در دسامبر ۱۹۰۱ مخابرات بی سیمی بین سنت جانز در نیوفندلاند (کانادا) و پولدهو در کورنوال (انگلیس) ایجاد کرد که جایزه نوبل سال ۱۹۰۹ در رشته فیزیک را از آن خود کرد (که او این جایزه را با کارل براون سهیم شد).
البته مخابرات رادیویی در سطح محدود را نیکولا تسلا در سال ۱۸۹۳ در انجمن ملی نور الکتریکی معرفی کرده بود.
جان لوگی برد در ۲۵ مارس ۱۹۲۵ توانست انتقال تصاویر متحرک را در یک فروشگاه زنجیرهای در لندن نشان دهد. وسیله بِرد بر دسیک نیپکو استوار بود و بنابر این به عنوان تلویزیون مکانیکی معروف شد.
این ها اساس پخش برنامههای آزمایشی بنگاه سخنپراکنی بریتانیا (BBC) شد که در ۳۰ سپتامبر سال ۱۹۲۹ آغاز شد. اما در سراسر قرن بیستم تلویزیون به اشعه لامپ کاتدی که کارل براون اختراع کرده بود، وابسته بودند.
اولین نوع از چنین تلویزیونی که قول داده شده بود به نمایش در آید، توسط فیلو فارنزورس ساخته شد و در ۷ سپتامبر ۱۹۲۷ به خانواده او نمایش داده شد.
شبکههای کامپیوتری و اینترنت
در ۱۱ سپتامبر ۱۹۴۰ جرج استیبیتس (پدر کامپیوترهای دیجیتال) موفق شد با استفاده از ماشین تحریر معادلات پیچیدهای را در نیویورک بفرستد و جواب آن رادر کالجی در نیوهمپشایر دریافت کند.
این شیوه کامپیوترهای مرکزی تا دهه ۱۹۵۰ نیز محبوب بود. تا این که در دهه ۶۰ تحقیقات در مورد گزینش بستهای (ارسال دادهها به صورت بستههای مجزا) آغاز شد، این تکنولوژی، به دادهها اجازه رفتن به کامپیوترهای دیگر را میداد بدون اینکه از یک کامپیوتر مرکزی عبور داده شود.
در ۵ دسامبر ۱۹۶۹ ، ۴ گره(نقاط اتصال در شبکهها) به وجود آمد، این شبکه که مبنای به وجود آمدن ارپانت (آژانس پژوهشهای پیشرفته تحقیقاتی) شد، در سال ۱۹۸۱ شامل ۲۱۳ گره شبکهای شد.
توسعه ارپانت بر روی RFC Request for Comments)RFC متنی که حاوی اطلاعاتی درباره استانداردهای مطرح شدهاست، و هر RFC مثل سریال نامبر برنامه unic میباشد و قابل تغییر یا از بین بردن نیست.) متمرکز بود.(چون در حین تشکیل از همگان میخواستند که نظرات خود را در مورد آنها بدهند، به مدارک درخواست برای اعلامنظر یا (RFCs) معروف شدند.). در ۷ آوریل ۱۹۶۹ RFC1 ساخته شد. این عمل مهم بود زیراکه آرپانت سرانجام در دیگر شبکهها ادغام شد و اینترنت را به وجود آورد و بسیاری از قراردادها که اکنون اینترنت بر آن استوار است توسط RFCها مشخص شدهاست.
در سپتامبر ۱۹۸۱، RFC۷۹۱، پروتکل اینترنت(IPv4)را و RFC۷۹۳ قرارداد کنترل انتقال را معرفی کرد و بدین گونه مجموعه قراردادهای اینترنت (غالباً شامل این دو) که اینترنت امروزی بر آن اساس است به وجود آمد.
اما تنها پیشرفتهای مهم حول RFC نبود.۲ قرارداد مهم برای شبکههای محلی در دهه ۷۰ به وجود آمد.
اولاف سودربرم در ۲۹ اکتبر ۱۹۷۴ قرارداد حلقه رمزی را به ثبت رساند و قرارداد اترنت را رابرت متکالف و قرارداد ارتباطات انجمن ماشین آلات کامپیوتر را دیوید باگز نوشتند.
کاربرد مدرن
تلفن
در شبکههای تلفن آنالوگ، تماس گیرنده به کمک گزینش تلفن خانههای مختلف به کسی که میخواهد با او صحبت کند وصل میشود. سوئیچها یک ارتباط الکتریکی را بین کاربرها برقرار میکنند و این تنظیمات سوئیچها وقتی که تماس گیرنده شماره میگیرد به صورت وقتی که تماس برقرار شد، به کمک میکروفن جاگذاری شده در گوشی تلفن، صدای گیرنده تماس به امواج الکتریکی تبدیل میشود. سپس این موج(سیگنال) از طریق شبکه به مقصد فرستاده میشود و در آنجا به کمک یک بلندگو به صوت تبدیل میشود. مشابه این عملیات در آن طرف هم انجام میشود و به این صورت یک مکالمه انجام میشود. خطوط تلفن ثابت در بیشتر مناطق مسکونی به صورت آنالوگ میباشد، که در آن صدا در گیرنده مستقیماً به ولتاژ سیگنال بستگی دارد.
با اینکه در تماسهای مسافت کوتاه صدا در تمام مدت به صورت آنالوگ است، با افزایش مسافت، مراکز خدمات تلفن، سیگنالها را قبل از رسیدن به مقصد به دیجیتال تبدیل میکنند. مزیت این کار این است که اطلاعات صوتی دیجیتال شده را می توان در کنار اطلاعات اینترنتی فرستاد و میتواند در انتقالهای راه دور جایگزین مناسبی شود. علاوه بر این از نویز کمتری هم برخوردار میباشد.
تلفن همراه تاثیر زیادی بر شبکههای تلفن گذاشت. در حال حاضر پذیره نویسی تلفنهای همراه از تلفنهای ثابت در بیشتر مناطق فزونی یافتهاست. فروش تلفنهای همراه در سال ۲۰۰۵، ۸۱۶ میلیون خط بود که تقریباً به صورت برابری در مناطق مختلف جهان صورت گرفته بود. از سال ۱۹۹۹ بیشترین رشد خرید خط تلفن همراه مربوط به آفریقا با رقم ۵۸ درصد رشد بود.
به طور افزایندهای این تلفنها از سیستمهایی استفاده میکنند که صدا را به صورت دیجیتال مخابره میکند، مثل GSM(سامانه جهانی ارتباطات سیار) یا W_CDMA، و سیستمهای آنالوگ مانند AMPS رو به اضمحلال میروند.
همچنین تغییرات جالبی در پشت پرده ماجرای ارتباطات تلفن روی داد. که با عملکردTAT-۸ در سال ۱۹۸۸ شروع شد و در دهه ۹۰ ، ما شاهد استفاده گسترده از سیستمهایی هستیم، که بر پایه فیبر نوری میباشد. فایده استفاده از فیبر نوری این است که حجم بالایی از اطلاعات را میتواند ارسال کند.
TAT-۸ میتواند تا ۱۰ برابر تلفنهای زمان خود که از سیمهای مسی استفاده مس کردند، انتقال اطلاعات داشته باشد. فیبرهای نوری در حال حاضر ۲۵ برابر TAT-8 انتقال اطلاعات دارند. این افزایش حجم انتقال، تابع عوامل متعددیست.
فیبر نوری در مقایسه با تکنولوژیهای هم تراز از اندازه کوچکتری برخوردار است، همچنین فیبر نوری از تداخل ایمن میباشد، یعنی میتوان چندین رشته فیبر نوری را در کنار هم قرار داد بدون اینکه بروی هم تاثیر بگذارند. و نهایتاً پیشرفت در تسهیم(چند خبر راهمزمان بر روی یک سیمفرستادن) سبب رشد زیادی در حجم اطلاعات در فیبرهای منفرد شد.
همکاری ارتباطات در کنار شبکههای متعدد و پیشرفته فیبر نوری پروتکلی را که به انتقال حالت آسنکرون مشهور است به وجود آورد(ATM).
پروتکل ATM به انتقال اطلاعات پیوسته که در چند خط بالا به آن اشاره شد، اجازه میدهد. ATM برای شبکههای عمومی تلفن مناسب است، زیرا گذرگاهی را برای اطلاعات در شبکه به وجود میآورد و پیمان ترافیک را با این گذرگاه مرتبط میسازد.
پیمان ترافیک توافقی است بین کاربر و شبکه، که مشخص میکند شبکه اطلاعات را چگونه در دست بگیرد. اگر شبکه نتواند وضعیت پیمان ترافیک را ببیند، اتصال را قبول نمیکند. این مهم است زیرا تلفن میتواند توافقی را برای تضمین به دست آوردن نرخ بیت ثابت به دست آورد. یعنی اطمینان دهند که صداها نه با تاخیر ارسال شود و نه قطع شود. ATM رقبایی از جمله MPLS دارد که پیش بینی میشود که در آینده جایگزین آن شود.
رادیو و تلویزیون
در سیستمهای رسانهای، دکلهای مخابراتی پر قدرت مرکزی امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا را، به گیرندههای متعدد ارسال میکنند. امواج فرکانس بالا با سیگنالهایی که حاوی اطلاعات صوتی تصویری هستند تلفیق (مدوله) میشوند و توسط این دکلها فرستاده میشوند.
آنتنهای گیرنده سپس خود را تنظیم میکنند تا امواج فرکانس بالا دریافت کنند و با استفاده از تفکیک کننده(دمدولاتور) اطلاعات را بازیابی میکند. سیگنالها میتوانند آنالوگ (سیگنالهای متنوع پیوسته مرتبط با اطلاعات) یا دیجیتال (اطلاعات رمزی شده با مقادیر گسسته)باشد.
صنعت پخش رسانهای در زمینه گسترش خود با حرکت بسیاری از کشورها به سمت پخش دیجیتال در مرحله حساسی قرار دارد. این حرکت با تولید مدارهای مجتمع(IC) ارزان تر، سریع تر و قابل تر ممکن میشود. مزیت مهم پخش دیجیتال این است که از بسیاری از شکایتهای پخش آنالوگ جلوگیری میکند. در تلویزیون، این شامل رفع مشکلاتی همچون تصاویر برفک و دیگر اعوجاجها میباشد، اینها به دلیل خصوصیات ذاتی انتقال آنالوگ میباشد. به این معنی که این اختلالها ناشی از نویزی است که در خروجی آشکار می شود. انتقال دیجیتال بر این مشکل فایق آمد، زیرا سیگنالهای دیجیتال در هنگام دریافت به صورت گسسته میباشند و در نتیجه اختلالات ناچیز تاثیری در خروجی نهایی ندارد.
در شبکههای دیجیتالی تلویزیون، سه استاندارد ATSC,DVB,ISDB در حال رقابت برای به دست آوردن مقبولیت جهانی هستند. مقبولیت این استانداردها در زیر نویس شکل دیده میشود. هر سه این استانداردها از MPEG-2 برای فشرده سازی فایلهای تصویری استفاده مس کنند.ATSC از Dolby Digital AC-3 برای فشرده سازی فایلهای صوتی استفاده میکند.ISDB از Advanced Audio Coding و DVB از استاندارد خاصی استفاده نمیکند ولی بیشتر از MPEG-1 Part 3 Layer 2 استفاده میکند.
در شبکههای دیجیتالی رادیویی، هماهنگی بیشتری در انتخاب استاندارد وجود دارد و آن پخش رادیویی دیجیتال میباشد.(البته به استاندارد Eureka ۱۴۷ نیز شهرت دارد.)
استثنای آن آمریکا میباشد که از HD Radio استفاده میکند. HD Radio بر خلاف پخش رادیویی دیجیتال بر پایه روشی است که به IBOC مشهور است. در این روش اطلاعات دیجیتال بروی امواج FM و AM سوار میشوند.
به هر حال در حالی که در حال گذار به دیجیتال هستیم، گیرندههای آنالوگ هنوز در همه جا رایج میباشد. تلویزیونهای آنالوگ همچنان در تمام کشورها برای مخابره تصویر استفاده میشود.
آمریکا امیدوار بود که پخش آنالوگ خود را تا پایان ۲۰۰۶ پایان دهد. که این امر به اوایل ۲۰۰۹ موکول شد. برای تلویزیون آنالوگ، سه استاندارد در حال حاضر موجود میباشد:NTSC,PAL,SECAM. اینجا. برای رادیو آنالوگ، تبدیل به دیجیتال سخت است زیرا که گیرندههای آنالوگ قسمتی از کل قیمت یک رادیو دیجیتال میباشد. حالتهای مدولاسیون برای رادیو آنالوگ، مدولاسیون دامنه(AM) و مدولاسیون فرکانس میباشد(FM). برای داشتن پخش استریو، زیر حامل مدوله شده AM در FM استفاده میشود.
اینترنت
اینترنت شبکه جهانی کامپیوترها و کامپیوترهای شبکهای است که از طریق پروتکل اینترنت(IP) با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. هر کامپیوتر دارای یک نشانی پروتکل اینترنت واحد است، که از این طریق، کامپیوترهای دیگر میتواند اطلاعات را به آن ارسال نمایند.
از این رو هر کامپیوتری در اینترنت میتواند با استفاده از این نشانی پروتکل اینترنت هر پیامی را مخابره کند. از این منظر میتوان اینترنت را یک رابط بین کامپیوترها نامید.
در ۲۰۰۸، برآورد شدهاست که ۲۱٫۹ % مردم دنیا به اینترنت با سرعت بالا دسترسی دارند. در آمریکای شمالی ۷۳٫۶%، در اقیانوسیه و استرالیا ۵۹٫۵% و در اروپا ۴۸٫۱%.
در دسترسی به اینترنتهای پر سرعت، کشورهای ایسلند (۲۶٫۷%)، کره جنوبی (۲۵٫۴%)، هلند(۲۵٫۳%) در جهان پیشرو میباشند.
بخشی از عملکرد اینترنت به خاطر پروتکل هاییست که ارتباط بین کامپیوترها و مسیریاب ها را تعیین میکنند. ماهیت شبکههای کامپیوتری دارای ساختار لایه به لایهاست، به طوری که پروتکلهای مجزا در میان انبوهی از پروتکلها تقریباً به صورت مجزا اجرا میشوند.
این مسئله به پروتکلهای سطح پایین تر اجازه میدهد، برای موقعیت شبکه مناسب باشند، هنگامی که پروتکلهای سطح بالا تر مسیر را تغییر نمیدهند.
شبکههای رایانهای را میتوان برای اهداف مختلف استفاده کرد:
تسهیل ارتباطات: با استفاده از شبکه، افراد میتوانند به آسانی از طریق رایانامه (E-mail)، پیامرسانی فوری، اتاق گفتگو (Chat room)، تلفن، تلفن تصویری و ویدئو کنفرانس، ارتباط برقرار کنند.
اشتراک گذاری سخت افزارها: در یک محیط شبکهای، هر کامپیوتر در شبکه میتواند به منابع سخت افزاری در شبکه دسترسی پیدا کرده و از آنها استفاده کند؛ مانند چاپ یک سند به وسیله چاپگری که در شبکه به اشتراک گذاشته شدهاست.
اشتراک گذاری پروندهها، دادهها و اطلاعات: در یک محیط شبکهای، هر کاربر مجاز میتواند به دادهها و اطلاعاتی که بر روی رایانههای دیگر موجود در شبکه، ذخیره شدهاست دسترسی پیدا کند. قابلیت دسترسی به دادهها و اطلاعات در دستگاههای ذخیره سازی اشتراکی، از ویژگیهای مهم بسیاری از شبکههای است.
اشتراک گذاری نرمافزارها: کاربرانی که به یک شبکه متصل اند، میتوانند برنامههای کاربردی موجود روی کامپیوترهای راه دور را اجرا کنند.
تعریف
شبکههای کامپیوتری مجموعهای از کامپیوترهای مستقل متصل به یکدیگرند که با یکدیگر ارتباط داشته و تبادل داده میکنند. مستقل بودن کامپیوترها بدین معناست که هر کدام دارای واحدهای کنترلی و پردازشی مجزا بوده و بود و نبود یکی بر دیگری تاثیرگذار نیست.
متصل بودن کامپیوترها یعنی از طریق یک رسانه فیزیکی مانند کابل، فیبر نوری، ماهوارهها و... به هم وصل میباشند. دو شرط فوق شروط لازم برای ایجاد یک شبکه کامپیوتری میباشند اما شرط کافی برای تشکیل یک شبکه کامپیوتری داشتن ارتباط و تبادل داده بین کامپیوترهاست.
این موضوع در بین متخصصین قلمرو شبکه مورد بحث است که آیا دو رایانه که با استفاده از نوعی از رسانه ارتباطی به یکدیگر متصل شدهاند تشکیل یک شبکه میدهند. در این باره بعضی مطالعات میگویند که یک شبکه نیازمند دست کم ۳ رایانه متصل به هم است. یکی از این منابع با عنوان «ارتباطات راه دور: واژهنامه اصطلاحات ارتباطات راه دور»، یک شبکه رایانهای را این طور تعریف میکند: «شبکهای از گرههای پردازشگر دیتا که جهت ارتباطات دیتا به یکدیگر متصل شدهاند». در همین سند عبارت «شبکه» این طور تعریف شدهاست: «اتصال سه با چند نهاد ارتباطی». رایانهای که به وسیلهای غیر رایانهای متصل شدهاست (به عنوان نمونه از طریق ارتباط «اترنت» به یک پرینتر متصل شدهاست) ممکن است که یک شبکه رایانهای به حساب آید،
در مورد تعداد بیشتری رایانه که به هم متصل هستند عموماً توابع پایهای مشترکی دیده میشود. از این بابت برای آنکه شبکهای به وظیفهاش عمل کند، سه نیاز اولیه بایستی فراهم گردد، «اتصالات»، «ارتباطات» و «خدمات». اتصالات به بستر سختافزاری اشاره دارد، ارتباطات به روشی اشاره میکند که بواسطه آن وسایل با یکدیگر صحبت کنند و خدمات آنهایی هستند که برای بقیه اعضای شبکه به اشتراک گذاشته شدهاند.
دسته بندی شبکههای رایانهای
فهرست زیر، دستههای شبکههای رایانهای را نشان میدهد.
بر اساس نوع اتصال
شبکههای رایانهای را میتوان با توجه به تکنولوژی سخت افزاری و یا نرمافزاری که برای اتصال دستگاههای افراد در شبکه استفاده میشود، دسته بندی کرد؛ مانند فیبر نوری، اترنت، شبکه محلی بیسیم، HomePNA، ارتباط خط نیرو یا G.hn.
اترنت با استفاده از سیم کشی فیزیکی دستگاهها را به هم متصل میکند. دستگاههای مستقر معمول شامل هابها، سوئیچها، پلها و یا مسیریابها هستند.
تکنولوژی شبکه بیسیم برای اتصال دستگاهها، بدون استفاده از سیم کشی طراحی شدهاست. این دستگاهها از امواج رادیویی یا سیگنالهای مادون قرمز به عنوان رسانه انتقال استفاده میکنند.
فناوری ITU-T G.hn از سیم کشی موجود در منازل (کابل هممحور، خطوط تلفن و خطوط برق) برای ایجاد یک شبکه محلی پر سرعت (تا۱ گیگا بیت در ثانیه) استفاده میکند.
بر اساس تکنولوژی سیم کشی
زوج بههمتابیده: زوج بههمتابیده یکی از بهترین رسانههای مورد استفاده برای ارتباطات راه دور میباشد. سیمهای زوج بههمتابیده، سیم تلفن معمولی هستند که از دو سیم مسی عایق که دو به دو به هم پیچ خوردهاند درست شدهاند. از زوج بههمتابیده برای انتقال صدا و دادهها استفاده میشود. استفاده از دو سیم بههمتابیده به کاهش تداخل و القای الکترومغناطیسی کمک میکند. سرعت انتقال داده، دامنهای از ۲ میلیون بیت درهر ثانیه تا ۱۰۰ میلیون بیت در هر ثانیه، دارد.
کابل هممحور: کابل هممحور به طور گستردهای در سیستمهای تلویزیون کابلی، ساختمانهای اداری، و دیگر سایتهای کاری برای شبکههای محلی، استفاده میشود. کابلها یک رسانای داخلی دارند که توسط یک عایق منعطف محصور شدهاند، که روی این لایهٔ منعطف نیز توسط یک رسانای نازک برای انعطاف کابل، به هم بافته شدهاست. همهٔ این اجزا، در داخل عایق دیگری جاسازی شدهاند. لایه عایق به حداقل رساندن تداخل و اعوجاج کمک میکند. سرعت انتقال داده، دامنهای از ۲۰۰ میلیون تا بیش از ۵۰۰ میلیون بیت در هر ثانیه دارد.
فیبر نوری: کابل فیبر نوری شامل یک یا چند رشته از الیاف شیشهای پیچیده شده در لایههای محافظ میباشد. این کابل میتواند نور را تا مسافتهای طولانی انتقال دهد. کابلهای فیبر نوری تحت تاثیر تابشهای الکترومغناطیسی قرار نمیگیرند. سرعت انتقال ممکن است به چند تریلیون بیت در ثانیه برسد.
بر اساس تکنولوژی بی سیم
ریزموج (مایکروویو) زمینی: ریزموجهای زمینی از گیرندهها و فرستندههای زمینی استفاده میکنند. تجهیزات این تکنولوژی شبیه به دیشهای ماهوارهاست. مایکروویو زمینی از دامنههای کوتاه گیگاهرتز استفاده میکند، که این سبب میشود تمام ارتباطات به صورت دید خطی محدود باشد. فاصله بین ایستگاههای رله (تقویت سیگنال) حدود ۳۰ مایل است. آنتنهای ریزموج معمولاً در بالای ساختمانها، برجها، تپهها و قله کوه نصب میشوند.
ماهوارههای ارتباطی: ماهوارهها از ریزموجهای رادیویی که توسط جو زمین منحرف نمیشوند، به عنوان رسانه مخابراتی خود استفاده میکنند.
ماهوارهها در فضا مستقر هستند؛ به طور معمول ۲۲۰۰۰ مایل (برای ماهوارههای geosynchronous) بالاتر از خط استوا. این سیستمهای در حال چرخش به دور زمین، قادر به دریافت و رله صدا، دادهها و سیگنالهای تلویزیونی هستند.
تلفن همراه و سیستمهای پی سی اس: تلفن همراه و سیستمهای پی سی اس از چندین فناوری ارتباطات رادیویی استفاده میکنند. این سیستمها به مناطق مختلف جغرافیایی تقسیم شدهاند. هر منطقه دارای فرستندههای کم قدرت و یا دستگاههای رله رادیویی آنتن برای تقویت تماسها از یک منطقه به منطقه بعدی است.
شبکههای محلی بی سیم: شبکه محلی بی سیم از یک تکنولوژی رادیویی فرکانس بالا (مشابه سلول دیجیتالی) و یک تکنولوژی رادیویی فرکانس پایین استفاده میکند. شبکههای محلی بی سیم از تکنولوژِی طیف گسترده، برای برقراری ارتباط میان دستگاههای متعدد در یک منطقه محدود، استفاده میکنند. نمونهای از استاندارد تکنولوژی بی سیم موج رادیویی، IEEE است.
ارتباطات فروسرخ: ارتباط فروسرخ، سیگنالهای بین دستگاهها را در فواصل کوچک (کمتراز ۱۰ متر) به صورت همتا به همتا (رو در رو) انتقال میدهد؛ در خط انتقال نباید هیچ گونه شی ای قرار داشته باشد.
بر اساس اندازه
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس اندازه یا گستردگی ناحیهای که شبکه پوشش میدهد طبقهبندی شوند. برای نمونه «شبکه شخصی» (PAN)، «شبکه محلی» (LAN)، «شبکه دانشگاهی» (CAN)، «شبکه کلانشهری» (MAN) یا «شبکه گسترده» (WAN).
بر اساس لایه شبکه
ممکن است شبکههای رایانهای مطابق مدلهای مرجع پایهای که در صنعت به عنوان استاندارد شناخته میشوند مانند «مدل مرجع ۷ لایه OSI» و «مدل ۴ لایه TCP/IP»، بر اساس نوع «لایه شبکه»ای که در آن عمل میکنند طبقهبندی شوند.
بر اساس معماری کاربری
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس معماری کاربری که بین اعضای شبکه وجود دارد طبقهبندی شود، برای نمونه معماریهای Active Networking، «مشتری-خدمتگذار» (Client-Server) و «همتا به همتا» Peer-to-Peer (گروه کاری).
بر اساس همبندی (توپولوژی)
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس نوع همبندی شبکه طبقهبندی شوند مانند: «شبکه باس» (Bus)، «شبکه ستاره» ((Star، «شبکه حلقهای» (Ring)، «شبکه توری» (Mesh)، «شبکه ستاره-باس» (Star-Bus)، «شبکه درختی» (Tree) یا «شبکه سلسله مراتبی» (Hierarchical) و ترکیبی و غیره.
همبندی شبکه را میتوان بر اساس نظم هندسی ترتیب داد. همبندیهای شبکه طرحهای منطقی شبکه هستند. واژه منطقی در اینجا بسیار پرمعنی است. این واژه به این معنی است که همبندی شبکه به طرح فیزیکی شبکه بستگی ندارد. مهم نیست که رایانهها در یک شبکه به صورت خطی پشت سر هم قرار گرفته باشند، ولی زمانیکه از طریق یک «هاب» به یکدیگر متصل شده باشند تشکیل همبندی ستاره میکنند نه باس. و این عامل مهمی است که شبکهها در آن فرق میکنند، جنبه ظاهری و جنبه عملکردی.
بر اساس قرارداد
ممکن است شبکههای رایانهای بر اساس «قرارداد» ارتباطی طبقهبندی شوند.
انواع شبکههای رایانهای از نظر اندازه
شبکه شخصی (PAN)
«شبکه شخصی» (Personal Area Network) یک «شبکه رایانهای» است که برای ارتباطات میان وسایل رایانهای که اطراف یک فرد میباشند (مانند «تلفن»ها و «رایانههای جیبی» (PDA) که به آن «دستیار دیجیتالی شخصی» نیز میگویند) بکار میرود. این که این وسایل ممکن است متعلق به آن فرد باشند یا خیر جای بحث خود را دارد. برد یک شبکه شخصی عموماً چند متر بیشتر نیست. موارد مصرف شبکههای خصوصی میتواند جهت ارتباطات وسایل شخصی چند نفر به یکدیگر و یا برقراری اتصال این وسایل به شبکهای در سطح بالاتر و شبکه «اینترنت» باشد.
ارتباطات شبکههای شخصی ممکن است به صورت سیمی به «گذرگاه»های رایانه مانند USB و فایروایر برقرار شود. همچنین با بهرهگیری از فناوریهایی مانند IrDA، «بلوتوث» (Bluetooth) و UWB میتوان شبکههای شخصی را به صورت بیسیم ساخت.
شبکه محلی (LAN)
«شبکه محلی» (Local Area Network) یک «شبکه رایانهای» است که محدوده جغرافیایی کوچکی مانند یک خانه، یک دفتر کار یا گروهی از ساختمانها را پوشش میدهد. در مقایسه با «شبکههای گسترده» (WAN) از مشخصات تعریفشده شبکههای محلی میتوان به سرعت (نرخ انتقال) بسیار بالاتر آنها، محدوده جغرافیایی کوچکتر و عدم نیاز به «خطوط استیجاری» مخابراتی اشاره کرد.
دو فناوری «اترنت» (Ethernet) روی کابل «جفت به هم تابیده بدون محافظ» (UTP) و «وایفای» (Wi-Fi) رایجترین فناوریهایی هستند که امروزه استفاده میشوند، با این حال فناوریهای «آرکنت» (ARCNET) و «توکن رینگ» (Token Ring) و بسیاری روشهای دیگر در گذشته مورد استفاده بودهاند.
شبکه کلانشهری (MAN)
«شبکه کلانشهری» (Metropolitan Area Network) یک «شبکه رایانهای» بزرگ است که معمولاً در سطح یک شهر گسترده میشود. در این شبکهها معمولاً از «زیرساخت بیسیم» و یا اتصالات «فیبر نوری» جهت ارتباط محلهای مختلف استفاده میشود.
شبکه گسترده (WAN)
«شبکه گسترده» (Wide Area Network) یک «شبکه رایانهای» است که نسبتاً ناحیه جغرافیایی وسیعی را پوشش میدهد (برای نمونه از یک کشور به کشوری دیگر یا از یک قاره به قارهای دیگر). این شبکهها معمولاً از امکانات انتقال خدمات دهندگان عمومی مانند شرکتهای مخابرات استفاده میکند. به عبارت کمتر رسمی این شبکهها از «مسیریاب»ها و لینکهای ارتباطی عمومی استفاده میکنند.
شبکههای گسترده برای اتصال شبکههای محلی یا دیگر انواع شبکه به یکدیگر استفاده میشوند. بنابراین کاربران و رایانههای یک مکان میتوانند با کاربران و رایانههایی در مکانهای دیگر در ارتباط باشند. بسیاری از شبکههای گسترده برای یک سازمان ویژه پیادهسازی میشوند و خصوصی هستند. بعضی دیگر بهوسیله «سرویس دهندگان اینترنت» (ISP) پیادهسازی میشوند تا شبکههای محلی سازمانها را به اینترنت متصل کنند.
شبکه متصل (Internetwork)
دو یا چند «شبکه» یا «زیرشبکه» (Subnet) که با استفاده از تجهیزاتی که در لایه ۳ یعنی «لایه شبکه» «مدل مرجع OSI» عمل میکنند مانند یک «مسیریاب»، به یکدیگر متصل میشوند تشکیل یک شبکه از شبکهها یا «شبکه متصل» را میدهند. همچنین میتوان شبکهای که از اتصال داخلی میان شبکههای عمومی، خصوصی، تجاری، صنعتی یا دولتی به وجود میآید را «شبکه متصل» نامید.
در کاربردهای جدید شبکههای به هم متصل شده از قرارداد IP استفاده میکنند. بسته به اینکه چه کسانی یک شبکه از شبکهها را مدیریت میکنند و اینکه چه کسانی در این شبکه عضو هستند، میتوان سه نوع «شبکه متصل» دسته بندی نمود:
شبکه داخلی یا اینترانت (Intranet)
شبکه خارجی یا اکسترانت (Extranet)
شبکهاینترنت (Internet)
شبکههای داخلی یا خارجی ممکن است که اتصالاتی به شبکه اینترنت داشته و یا نداشته باشند. در صورتی که این شبکهها به اینترنت متصل باشند در مقابل دسترسیهای غیرمجاز از سوی اینترنت محافظت میشوند. خود شبکه اینترنت به عنوان بخشی از شبکه داخلی یا شبکه خارجی به حساب نمیآید، اگرچه که ممکن است شبکه اینترنت به عنوان بستری برای برقراری دسترسی بین قسمتهایی از یک شبکه خارجی خدماتی را ارائه دهد.
شبکه داخلی (Intranet)
یک «شبکه داخلی» مجموعهای از شبکههای متصل به هم میباشد که از قرارداد IP و ابزارهای مبتنی بر IP مانند «مرورگران وب» استفاده میکند و معمولاً زیر نظر یک نهاد مدیریتی کنترل میشود. این نهاد مدیریتی «شبکه داخلی» را نسبت به باقی قسمتهای دنیا محصور میکند و به کاربران خاصی اجازه ورود به این شبکه را میدهد. به طور معمولتر شبکه درونی یک شرکت یا دیگر شرکتها «شبکه داخلی» میباشد.
به طور مثال شبکه ملی در ایران نوعی از شبکههای داخلی (اینترانت) میباشد.
شبکه خارجی (Extranet)
یک «شبکه خارجی» یک «شبکه» یا یک «شبکه متصل» است که به لحاظ قلمرو محدود به یک سازمان یا نهاد است ولی همچنین شامل اتصالات محدود به شبکههای متعلق به یک یا چند سازمان یا نهاد دیگر است که معمولاً ولی نه همیشه قابل اعتماد هستند. برای نمونه مشتریان یک شرکت ممکن است که دسترسی به بخشهایی از «شبکه داخلی» آن شرکت داشته باشند که بدین ترتیب یک «شبکه خارجی» درست میشود، چراکه از نقطهنظر امنیتی این مشتریان برای شبکه قابل اعتماد به نظر نمیرسند. همچنین از نظر فنی میتوان یک «شبکه خارجی» را در گروه شبکههای دانشگاهی، کلانشهری، گسترده یا دیگر انواع شبکه (هر چیزی غیر از شبکه محلی) به حساب آورد، چراکه از نظر تعریف یک «شبکه خارجی» نمیتواند فقط از یک شبکه محلی تشکیل شده باشد، چون بایستی دست کم یک اتصال به خارج از شبکه داشته باشد.
شبکه اینترنت (Internet)
شبکه ویژهای از شبکهها که حاصل اتصالات داخلی شبکههای دولتی، دانشگاهی، عمومی و خصوصی در سرتاسر دنیا است. این شبکه بر اساس شبکه اولیهای کار میکند که «آرپانت» (ARPANET) نام داشت و بهوسیله موسسه «آرپا» (ARPA) که وابسته به «وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا» است ایجاد شد. همچنین منزلگاهی برای «وب جهانگستر» (WWW) است. در لاتین واژه Internet برای نامیدن آن بکار میرود که برای اشتباه نشدن با معنی عام واژه «شبکه متصل» حرف اول را بزرگ مینویسند.
اعضای شبکه اینترنت یا شرکتهای سرویس دهنده آنها از «آدرسهای IP» استفاده میکنند. این آدرسها از موسسات ثبت نام آدرس تهیه میشوند تا تخصیص آدرسها قابل کنترل باشد. همچنین «سرویس دهندگان اینترنت» و شرکتهای بزرگ، اطلاعات مربوط به در دسترس بودن آدرسهایشان را بواسطه «قرارداد دروازه لبه» (BGP) با دیگر اعضای اینترنت مبادله میکنند.
اجزای اصلی سختافزاری
همه شبکهها از اجزای سختافزاری پایهای تشکیل شدهاند تا گرههای شبکه را به یکدیگر متصل کنند، مانند «کارتهای شبکه»، «تکرارگر»ها، «هاب»ها، «پل»ها، «راهگزین»ها و «مسیریاب»ها. علاوه بر این، بعضی روشها برای اتصال این اجزای سختافزاری لازم است که معمولاً از کابلهای الکتریکی استفاده میشود (از همه رایجتر «کابل رده ۵» (کابل Cat5) است)، و کمتر از آنها، ارتباطات میکروویو (مانند آیتریپلئی ۸۰۲٫۱۱) و («کابل فیبر نوری» Optical Fiber Cable) بکار میروند.
کارت شبکه (network adapter)
«کارت شبکه»، «آداپتور شبکه» یا «کارت واسط شبکه» (Network Interface Card) قطعهای از سختافزار رایانهاست و طراحی شده تا این امکان را به رایانهها بدهد که بتوانند بر روی یک شبکه رایانهای با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این قطعه دسترسی فیزیکی به یک رسانه شبکه را تامین میکند و با استفاده از «آدرسهای MAC»، سیستمی سطح پایین جهت آدرس دهی فراهم میکند. این شرایط به کاربران اجازه میدهد تا به وسیله کابل یا به صورت بیسیم به یکدیگر متصل شوند.
تکرارگر (repeater)
«تکرارگر» تجهیزی الکترونیکی است که سیگنالی را دریافت کرده و آن را با سطح دامنه بالاتر، انرژی بیشتر و یا به سمت دیگر یک مانع ارسال میکند. بدین ترتیب میتوان سیگنال را بدون کاستی به فواصل دورتری فرستاد. از آنجا که تکرارگرها با سیگنالهای فیزیکی واقعی سروکار دارند و در جهت تفسیر دادهای که انتقال میدهند تلاشی نمیکنند، این تجهیزات در «لایه فیزیکی» یعنی اولین لایه از «مدل مرجع OSI» عمل میکنند.
هاب (جعبه تقسیم)- hub
«هاب» قطعهای سختافزاری است که امکان اتصال قسمتهای یک شبکه را با هدایت ترافیک در سراسر شبکه فراهم میکند. هابها در «لایه فیزیکی» از «مدل مرجع OSI» عمل میکنند. عملکرد هاب بسیار ابتدایی است، به این ترتیب که داده رسیده از یک گره را برای تمامی گرههای شبکه کپی میکند. هابها عموماً برای متصل کردن بخشهای یک «شبکه محلی» بکار میروند. هر هاب چندین «درگاه» (پورت) دارد. زمانی که بستهای از یک درگاه میرسد، به دیگر درگاهها کپی میشود، بنابراین همه قسمتهای شبکه محلی میتوانند بستهها را ببینند.
پل (bridge)
یک «پل» دو «زیرشبکه» (سگمنت) را در «لایه پیوند داده» از «مدل مرجع OSI» به هم متصل میکند. پلها شبیه به «تکرارگر»ها و «هاب»های شبکهاند که برای اتصال قسمتهای شبکه در «لایه فیزیکی» عمل میکنند، با این حال پل با استفاده از مفهوم پلزدن کار میکند، یعنی به جای آنکه ترافیک هر شبکه بدون نظارت به دیگر درگاهها کپی شود، آنرا مدیریت میکند. بستههایی که از یک طرف پل وارد میشوند تنها در صورتی به طرف دیگر انتشار مییابند که آدرس مقصد آنها مربوط به سیستمهایی باشد که در طرف دیگر پل قرار دارند. پل مانع انتشار پیغامهای همگانی در قطعههای کابل وصلشده به آن نمیشود.
پلها به سه دسته تقسیم میشوند:
پلهای محلی: مستقیماً به «شبکههای محلی» متصل میشود.
پلهای دوردست: از آن میتوان برای ساختن «شبکههای گسترده» جهت ایجاد ارتباط بین «شبکههای محلی» استفاده کرد. پلهای دور دست در شرایطی که سرعت اتصال از شبکههای انتهایی کمتر است با «مسیریاب»ها جایگزین میشوند.
پلهای بیسیم: برای «اتصال شبکههای محلی» به «شبکههای محلی بیسیم» یا «شبکههای محلی بیسیم» به هم یا ایستگاههای دوردست به «شبکههای محلی» استفاده میشوند.
راهگزین (switch)
«راهگزین» که در پارسی بیشتر واژه «سوئیچ» برای آن بکار برده میشود، وسیلهای است که قسمتهای شبکه را به یکدیگر متصل میکند. راهگزینهای معمولی شبکه تقریباً ظاهری شبیه به «هاب» دارند، ولی یک راهگزین در مقایسه با هاب از هوشمندی بیشتری (و همچنین قیمت بیشتری) برخوردار است. راهگزینهای شبکه این توانمندی را دارند که محتویات بستههای دادهای که دریافت میکنند را بررسی کرده، دستگاه فرستنده و گیرنده بسته را شناسایی کنند، و سپس آن بسته را به شکلی مناسب ارسال نمایند. با ارسال هر پیام فقط به دستگاه متصلی که پیام به هدف آن ارسال شده، راهگزین «پهنای باند» شبکه را به شکل بهینهتری استفاده میکند و عموماً عملکرد بهتری نسبت به یک هاب دارد.
از نظر فنی میتوان گفت که راهگزین در «لایه پیوند داده» از «مدل مرجع OSI» عمل کنند. ولی بعضی انواع راهگزین قادرند تا در لایههای بالاتر نیز به بررسی محتویات بسته بپردازند و از اطلاعات بدست آمده برای تعیین مسیر مناسب ارسال بسته استفاده کنند. به این راه گزینها به اصطلاح «راهگزینهای چندلایه» (Multilayer Switch) میگویند.
مسیریاب (router)
«مسیریاب»ها تجهیزات شبکهای هستند که بستههای داده را با استفاده از «سرایند»ها و «جدول ارسال» تعیین مسیر کرده، و ارسال میکنند. مسیریابها در «لایه شبکه» از «مدل مرجع OSI» عمل میکنند. همچنین مسیریابها اتصال بین بسترهای فیزیکی متفاوت را امکانپذیر میکنند. این کار با چک کردن سرایند یک بسته داده انجام میشود.
مسیریابها از «قراردادهای مسیریابی» مانند ابتدا کوتاهترین مسیر را انتخاب کردن استفاده میکنند تا با یکدیگر گفتگو کرده و بهترین مسیر بین هر دو ایستگاه را پیکربندی کنند. هر مسیریاب دسته کم به دو شبکه، معمولاً شبکههای محلی، شبکههای گسترده و یا یک شبکه محلی و یک سرویس دهنده اینترنت متصل است. بعضی انواع مودمهای DSL و کابلی جهت مصارف خانگی درون خود از وجود یک مسیریاب نیز بهره میبرند.
مخابرات
مُخابـِرات یا ارتباط از دور انتقال سیگنالها از فواصل به منظور ارتباط است. در زمانهای گذشته، از سیگنالهای دود ، طبل ، سمافوریا (مخابره به وسیله پرچم)، هلیوگراف (مخابره به وسیله نور خورشید) استفاده میشد.
در دوران مدرن، مخابرات شامل استفاده از انتقال دهندههای الکترونیکی مانند تلفن ، تلویزیون ، رادیو یا کامپیوتر است. اولین مخترعان در زمینه مخابرات آنتونی میوسی، الکساندر گراهام بل، گوگلیلمو مارکونی و جان لوگی برد هستند.
مخابرات بخش مهمی از اقتصاد جهانی است و سود صنعت مخابرات ۳ درصد محصولات عمده دنیا است.
مفهوم کلیدی
اجزاء اصلی
سیستمهای مخابراتی شامل سه جزء اصلی است :
فرستنده : اطلاعات را گرفته و آن را به سیگنال تبدیل میکند.
کانال مخابراتی : سیگنال را حمل میکند و شامل محیط انتقال نیز می گردد .هوا و فضا ، کابل مسی و فیبر نوری
گیرنده : سیگنال را دریافت نموده و آن را به اطلاعات قابل استفاده تبدیل میکند.
به طور مثال : دکلرادیویی در ارسال های رادیویی ، شامل یک رادیوی فرستنده، فضای آزاد به عنوان کانال مخابراتی و رادیوی گیرندهاست.
معمولاً سیستمهای مخابراتی دو طرفه هستند، و یک دستگاه واحد، نقش فرستنده و گیرنده را ایفا میکند(ترانسیور).
مثلاً، تلفن همراه یک دستگاه ترانسیور است. مخابره پیام از طریق خطوط تلفن را ارتباط نقطه به نقطه میگویند، زیرا بین یک فرستنده و یک گیرندهاست.
مخابرات از طریق ارسال رادیویی را ارتباط پخشی مینامند زیرا بین یک فرستنده قوی و گیرندههای بسیاراست.
آنالوگ و دیجیتال
سیگنالها به صورت آنالوگ و یا دیجیتال هستند. در سیگنال آنالوگ، سیگنال در حوزه زمان به طور پیوسته وجود دارد. اطلاعات در سیگنال دیجیتال به صورت دستهای از ارزش های گسسته (مثلاً یک و صفر) کدگذاری میشود. هر سیگنال چه آنالوگ و چه دیجیتال حاوی اطلاعات خاص است.
اطلاعات موجود در سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال هنگام انتقال با نویز مخلوط میشوند و باعث از بین رفتن اطلاعات موجود در سیگنال میشوند.
شبکهها
مجموعهای از فرستندهها، گیرندهها یا ترانسیورها که با هم ارتباط دارند را شبکه مینامند. شبکههای دیجیتالی حاوی یک یا دو مسیریاب هستند که اطلاعات را به کاربر هدایت میکنند.
یک شبکه آنالوگ ممکن است شامل یک یا دو سوئیچ باشد که ارتباط بین یک یا دو کاربر را برقرار میکنند. در هر دو نوع شبکه، ممکن است تکرار کنندهها لازم باشند تا سیگنال را در زمانی که در فواصل دور منتقل میشود، تقویت کنند. این برای مقابله با تضعیفی است که مانع از تشخیص سیگنال از نویز میشوند.
کانال ها
کانال یک بخش در زمینه انتقال است که میتوان برای فرستادن جریانهای چندگانه اطلاعات از آن استفاده کرد. مثلاً یک ایستگاه رادیویی ممکن است در MHz ۹۶ پخش شود در حالیکه ایستگاه رادیویی دیگر ممکن است در MHz ۹۴۵ پخش شود.
در این حالت محیط را بر حسب فرکانس قسمت بندی میکنیم و هر کانال ، فرکانس جداگانهای را برای پخش دارد.
به صورت متناوب، هر سیگنالی میتوانند به هر کانالی برای پخش دسترسی پیدا کنند. این را تقسیم زمانی چندگانه مینامند و گاهی در ارتباط دیجیتالی استفاده میشود.
مدولاسیون
شکل گیری سیگنال برای انتقال اطلاعات را مدولاسیون مینامند.مدولاسیون یعنی سوار کردن موج متغیر اطلاعات بر روی یک موج ثابت.به موج ثابت در اصطلاح موج حامل گفته می شود . میتوان از مدولاسیون برای نمایش یک پیغام دیجیتالی از طریق موج آنالوگ استفاده کرد. این عمل را کلید زنی گویند و تکنیکهای کلید زنی فراوانی وجود دارند. (شامل کلید زنی تغییر فازی، کلید زنی تغییر فرکانس، و کلید زنی تغییر دامنه).
مثلاً بلوتوث از کلید زنی تغییر فازی برای انتقال اطلاعات بین دستگاهها استفاده میکند.
از مدولاسیون میتوان برای انتقال اطلاعات سیگنالهای آنالوگ با فرکانسهای بالا نیز استفاده کرد. این کمک بزرگی است زیرا سیگنالهای آنالوگ با فرکانس پایین نمیتوانند در فضای آزاد، به خوبی منتقل شوند. از این رو اطلاعات یک سیگنال آنالوگ با فرکانس پایین باید قبل از انتقال بر یک سیگنال، با فرکانس بالاتر (که موج حامل نامیده میشود) سوار شود.
روشهای مدولاسیون متفاوتی برای انجام این کار وجود دارند. (دو مورد از مهمترین آنها مدولاسیون دامنه و مدولاسیون فرکانس هستند).
مثال این روش صدای یک دی جی است که با استفاده از مدولاسیون فرکانس به فرکانس مرکزی ۹۶MHZ منتقل میشود (سپس این صدا در کانال «FM ۹۶»دریافت میشود).
جامعه و مخابرات
مخابرات بخش مهمی از جامعه مدرن است. در سال ۲۰۰۶ تخمین زدهاند که سود سالانه صنعت مخابرات ۲/۱ تریلیون دلار است که جزو ۳٪ سود خالص جهان (نرخ تبادل اداری) قرار دارد.
شرکتها در سطح اقتصاد خرد از مخابرات، برای ایجاد امپراتوریهای جهانی استفاده کردهاند. این در مورد خرده فروشی شبکهای Amazon.com واضح است.
اما طبق نظر ادوارد لنرت، حتی یک خرده فروش معمولی مثل وال-مارت نیز با استفاده از مخابرات بهتر در زیرساختهایش به سود بیشتری در مقایسه با رقبایش دست پیدا کردهاست.
صاحب خانهها در شهرها در سراسر جهان از تلفن هایشان برای انجام سرویسهای خانه از تحویل پیتزا گرفته تا سیم کش استفاده میکنند.
حتی جوامع فقیر نیز برای استفاده از تلفن به خاطر مزیت های آن تشویق شدهاند. در ناحیه نارشینگدی بنگلادش، روستاییهای جدا از هم از تلفنهای همراه برای ارتباط مستقیم با عمده فروشان و معامله بهتر کالاهایشان استفاده میکنند. در ساحل عاج، تولید کنندگان قهوه از تلفن همراه برای دنبال کردن ساعتی تغییرات قیمت قهوه استفاده میکنند و محصولاتشان را با بهترین قیمت میفروشند. لارنس هندریک رولر و لئونارد ویورمان در سطح اقتصاد کلان ارتباط علّی را بین زیر ساختهای مناسب مخابراتی و رشد اقتصادی پیدا کردهاند. بعضیها ارتباطی را بین آنها بیان میکنند اما برخی عقیده دارند این ارتباط علّی نیست. با توجه به مزایای اقتصادی زیر ساختهای مناسب مخابراتی، این نگرانی فزاینده در باره جدایی دیجیتالی وجود دارد. زیرا همه جمعیت جهان دسترسی برابری به سیستمهای مخابراتی ندارند. یک تحقیق در سال ۲۰۰۳ توسط اتحادیه بینالمللی مخابراتITU))) مشخص کرد که حدود یک سوم کشورها کمتر از ۱ اشتراک تلفن همراه برای هر ۲۰ نفر و یک سوم کشورها ۱ اشتراک خط ثابت برای هر ۲۰ نفر دارند. در مورد دسترسی به اینترنت، تقریباً نیمی از کشورها ۱ از ۲۰ نفر امکانات اینترنت دارند. از این اطلاعات و اطلاعات آموزشی، سازمانITU توانست شاخصی را ایجاد کند که توانایی کلی شهروندان به دستیابی و استفاده از اطلاعات و تکنولوژی ارتباطات را مشخص کرد. کشورهایی مانند سوئد، دانمارک و ایسلند با استفاده از این اطلاعات بالاترین رتبه را داشتند در حالیکه کشورهای آفریقایی مانند نیجر، بورکینا فاسو و مالی پایین تین رتبه را کسب کردند.
تاریخچه
مخابرات اولیه
اشکال اولیه مخابرات شامل سیگنالهای دود و طبل بودند. طبل را بومیهای آفریقا، گینه نو و آمریکای جنوبی استفاده میکردند در حالیکه سیگنالهای دود را بومیهای آمریکای شمالی و چین استفاده میکردند.
بر خلاف تصور این سیستمها معمولاً هدفشان بیش از تنها آگاهی از مکان اقامت بود.
در قرون وسطی حلقههایی از آتش را بر سر تپهها ایجاد میکردند. تا پیغامی را مخابره کنند. در قرون وسطی، حلقههای آتش این نکته منفی را داشتند که تنها میتوانستند قطعه کوچکی از اطلاعات را منتقل کنند، بنابراین معنای پیغامی مانند «دشمن دیده شد» باید از قبل مورد توافق قرار میگرفت. یکی از موارد قابل توجه استفاده از آنها در طول جنگ اسپانیا بود که یک حلقه آتش پیغامی را از بندر پلای موت به لندن فرستاد.
در طول تاریخ در بعضی از فرهنگها کبوترهای خانگی برای ارسال خبر مورد استفاه قرار میگرفتند. ایستگاههای کبوتری فکری است که ریشه ایرانی دارد، و همچنین رومیها نیز برای کمک به ارتش خود از آن استفاده میکردند.
فرانتینوس میگوید که ژولیوس سزار از کبوتر به عنوان پیک در فتح گل (کشور باستانی فرانسه) استفاده میکرد.
یونانیان اسامی برندههای بازیهای المپیک را به این طریق به شهرهای مختلف میفرستادند.
تا قبل از آمدن تلگراف، این روش از ارتباطات بین تجار و سرمایه دارها رایج بود. دولت هلند در اوایل قرن ۱۹ با کمک پرندههایی که از بغداد میآورد، از این سیستم در جاوه و سوماترا استفاده میکرد.
رویتر در سال ۱۸۴۹ از پیکهای کبوتری برای اطلاع از قیمت سهام کالاها بین آخن (شهری در آلمان) و بروکسل استفاده میکرد، شیوهای که تا آمدن تلگراف رایج بود.
کلاد چاپ، مهندس فرانسوی، در سال ۱۷۹۲ اولین سیستم تلگرافی بصری ثابت (خط مخابره به وسیله علایم(سمافور)) را بین لیل و پاریس ساخت.
البته سمافور نیازمند کاربران متخصص و برجهای گران در فواصل ده تا سی کیلومتری (شش تا نوزده مایل) بود. در رقابت با تلگراف الکتریکی، آخرین خط تجاری آن در سال ۱۸۸۰ از رده خارج شد.
در ایران قدیم از نور برای مخابره اطلاعات استفاده میشده به این صورت که : برجهایی آجری با فواصل معین از یکدیگر میساختند و در این برجها دو آتش با دو رنگ متفاوت روشن میکردند که این کار با متفاوت بودن سوخت هریک از مشعلها امکان پذیر بودهاست. پیام را با پوشاندن نور یکی از مشعل ها توسط سیستمی شبیه به سیستم مرس، میفرستادند.
تلگراف و تلفن
اولین تلگراف الکتریکی تجاری را سر چارلز ویت ستون و سرویلیام فوترگیل کوک ساختند و در ۹ آوریل ۱۸۳۹ آن را افتتاح کردند. ویت ستون و کوک هر دو، وسیله خود را «پیشرفتی در تلگراف الکترو مغناطیسی (موجود)» و نه یک ابزار جدید میدانستند. ساموئل مورس جداگانه نوعی از تلگراف الکتریکی را ساخت و آن را به طور ناموفقی در ۲ سپتامبر ۱۸۳۷ به ثبت رساند.
کدهای مورس پیشرفت بزرگی نسبت به روش سیگنالی ویت استون بود. اولین کابل تلگراف بین اقیانوسی در ۲۷ ژوئیه ۱۸۶۶ کامل شد که مخابرات با آنسوی اقیانوس اطلس را برای اولین بار امکان پذیر کرد.
تلفن متداول به طور جداگانه توسط الکساندر گراهام بل و الیستا گری در سال ۱۸۷۶ ساخته شد.
آنتوینو میوسی اولین دستگاهی را که انتقال الکتریکی صدا را در طول یک خط امکان پذیر میساخت، در سال ۱۸۴۹ ساخت. اما وسیله میوسی ارزش کاربردی کمی داشت زیرا به اثر الکتروفونیک وابسته بود و بنابر این کاربران باید گوشی را در دهانشان میگذاشتند تا صدا را بشنوند. اولین سرویس تجاری تلفن در سالهای ۱۸۷۸ و ۱۸۷۹ در دو طرف اقیانوس اطلس در شهرهای نیوهاون و لندن ارائه شد.
رادیو و تلویزیون
جیمز لیندسی در سال ۱۸۳۲ یک نمایش کلاسی از تلگراف بدون سیم برای دانشجویانش برگزار کرد. در سال ۱۸۵۴ او قادر به مخابره از طریق مصب رود تِی از شهر داندی در اسکاتلند به وودهون بود که مسافتی حدود دو مایل (۳ کیلومتر) است. او از آب به عنوان دالان مخابراتی استفاده کرد. گوگلیلمو مارکونی در دسامبر ۱۹۰۱ مخابرات بی سیمی بین سنت جانز در نیوفندلاند (کانادا) و پولدهو در کورنوال (انگلیس) ایجاد کرد که جایزه نوبل سال ۱۹۰۹ در رشته فیزیک را از آن خود کرد (که او این جایزه را با کارل براون سهیم شد).
البته مخابرات رادیویی در سطح محدود را نیکولا تسلا در سال ۱۸۹۳ در انجمن ملی نور الکتریکی معرفی کرده بود.
جان لوگی برد در ۲۵ مارس ۱۹۲۵ توانست انتقال تصاویر متحرک را در یک فروشگاه زنجیرهای در لندن نشان دهد. وسیله بِرد بر دسیک نیپکو استوار بود و بنابر این به عنوان تلویزیون مکانیکی معروف شد.
این ها اساس پخش برنامههای آزمایشی بنگاه سخنپراکنی بریتانیا (BBC) شد که در ۳۰ سپتامبر سال ۱۹۲۹ آغاز شد. اما در سراسر قرن بیستم تلویزیون به اشعه لامپ کاتدی که کارل براون اختراع کرده بود، وابسته بودند.
اولین نوع از چنین تلویزیونی که قول داده شده بود به نمایش در آید، توسط فیلو فارنزورس ساخته شد و در ۷ سپتامبر ۱۹۲۷ به خانواده او نمایش داده شد.
شبکههای کامپیوتری و اینترنت
در ۱۱ سپتامبر ۱۹۴۰ جرج استیبیتس (پدر کامپیوترهای دیجیتال) موفق شد با استفاده از ماشین تحریر معادلات پیچیدهای را در نیویورک بفرستد و جواب آن رادر کالجی در نیوهمپشایر دریافت کند.
این شیوه کامپیوترهای مرکزی تا دهه ۱۹۵۰ نیز محبوب بود. تا این که در دهه ۶۰ تحقیقات در مورد گزینش بستهای (ارسال دادهها به صورت بستههای مجزا) آغاز شد، این تکنولوژی، به دادهها اجازه رفتن به کامپیوترهای دیگر را میداد بدون اینکه از یک کامپیوتر مرکزی عبور داده شود.
در ۵ دسامبر ۱۹۶۹ ، ۴ گره(نقاط اتصال در شبکهها) به وجود آمد، این شبکه که مبنای به وجود آمدن ارپانت (آژانس پژوهشهای پیشرفته تحقیقاتی) شد، در سال ۱۹۸۱ شامل ۲۱۳ گره شبکهای شد.
توسعه ارپانت بر روی RFC Request for Comments)RFC متنی که حاوی اطلاعاتی درباره استانداردهای مطرح شدهاست، و هر RFC مثل سریال نامبر برنامه unic میباشد و قابل تغییر یا از بین بردن نیست.) متمرکز بود.(چون در حین تشکیل از همگان میخواستند که نظرات خود را در مورد آنها بدهند، به مدارک درخواست برای اعلامنظر یا (RFCs) معروف شدند.). در ۷ آوریل ۱۹۶۹ RFC1 ساخته شد. این عمل مهم بود زیراکه آرپانت سرانجام در دیگر شبکهها ادغام شد و اینترنت را به وجود آورد و بسیاری از قراردادها که اکنون اینترنت بر آن استوار است توسط RFCها مشخص شدهاست.
در سپتامبر ۱۹۸۱، RFC۷۹۱، پروتکل اینترنت(IPv4)را و RFC۷۹۳ قرارداد کنترل انتقال را معرفی کرد و بدین گونه مجموعه قراردادهای اینترنت (غالباً شامل این دو) که اینترنت امروزی بر آن اساس است به وجود آمد.
اما تنها پیشرفتهای مهم حول RFC نبود.۲ قرارداد مهم برای شبکههای محلی در دهه ۷۰ به وجود آمد.
اولاف سودربرم در ۲۹ اکتبر ۱۹۷۴ قرارداد حلقه رمزی را به ثبت رساند و قرارداد اترنت را رابرت متکالف و قرارداد ارتباطات انجمن ماشین آلات کامپیوتر را دیوید باگز نوشتند.
کاربرد مدرن
تلفن
در شبکههای تلفن آنالوگ، تماس گیرنده به کمک گزینش تلفن خانههای مختلف به کسی که میخواهد با او صحبت کند وصل میشود. سوئیچها یک ارتباط الکتریکی را بین کاربرها برقرار میکنند و این تنظیمات سوئیچها وقتی که تماس گیرنده شماره میگیرد به صورت وقتی که تماس برقرار شد، به کمک میکروفن جاگذاری شده در گوشی تلفن، صدای گیرنده تماس به امواج الکتریکی تبدیل میشود. سپس این موج(سیگنال) از طریق شبکه به مقصد فرستاده میشود و در آنجا به کمک یک بلندگو به صوت تبدیل میشود. مشابه این عملیات در آن طرف هم انجام میشود و به این صورت یک مکالمه انجام میشود. خطوط تلفن ثابت در بیشتر مناطق مسکونی به صورت آنالوگ میباشد، که در آن صدا در گیرنده مستقیماً به ولتاژ سیگنال بستگی دارد.
با اینکه در تماسهای مسافت کوتاه صدا در تمام مدت به صورت آنالوگ است، با افزایش مسافت، مراکز خدمات تلفن، سیگنالها را قبل از رسیدن به مقصد به دیجیتال تبدیل میکنند. مزیت این کار این است که اطلاعات صوتی دیجیتال شده را می توان در کنار اطلاعات اینترنتی فرستاد و میتواند در انتقالهای راه دور جایگزین مناسبی شود. علاوه بر این از نویز کمتری هم برخوردار میباشد.
تلفن همراه تاثیر زیادی بر شبکههای تلفن گذاشت. در حال حاضر پذیره نویسی تلفنهای همراه از تلفنهای ثابت در بیشتر مناطق فزونی یافتهاست. فروش تلفنهای همراه در سال ۲۰۰۵، ۸۱۶ میلیون خط بود که تقریباً به صورت برابری در مناطق مختلف جهان صورت گرفته بود. از سال ۱۹۹۹ بیشترین رشد خرید خط تلفن همراه مربوط به آفریقا با رقم ۵۸ درصد رشد بود.
به طور افزایندهای این تلفنها از سیستمهایی استفاده میکنند که صدا را به صورت دیجیتال مخابره میکند، مثل GSM(سامانه جهانی ارتباطات سیار) یا W_CDMA، و سیستمهای آنالوگ مانند AMPS رو به اضمحلال میروند.
همچنین تغییرات جالبی در پشت پرده ماجرای ارتباطات تلفن روی داد. که با عملکردTAT-۸ در سال ۱۹۸۸ شروع شد و در دهه ۹۰ ، ما شاهد استفاده گسترده از سیستمهایی هستیم، که بر پایه فیبر نوری میباشد. فایده استفاده از فیبر نوری این است که حجم بالایی از اطلاعات را میتواند ارسال کند.
TAT-۸ میتواند تا ۱۰ برابر تلفنهای زمان خود که از سیمهای مسی استفاده مس کردند، انتقال اطلاعات داشته باشد. فیبرهای نوری در حال حاضر ۲۵ برابر TAT-8 انتقال اطلاعات دارند. این افزایش حجم انتقال، تابع عوامل متعددیست.
فیبر نوری در مقایسه با تکنولوژیهای هم تراز از اندازه کوچکتری برخوردار است، همچنین فیبر نوری از تداخل ایمن میباشد، یعنی میتوان چندین رشته فیبر نوری را در کنار هم قرار داد بدون اینکه بروی هم تاثیر بگذارند. و نهایتاً پیشرفت در تسهیم(چند خبر راهمزمان بر روی یک سیمفرستادن) سبب رشد زیادی در حجم اطلاعات در فیبرهای منفرد شد.
همکاری ارتباطات در کنار شبکههای متعدد و پیشرفته فیبر نوری پروتکلی را که به انتقال حالت آسنکرون مشهور است به وجود آورد(ATM).
پروتکل ATM به انتقال اطلاعات پیوسته که در چند خط بالا به آن اشاره شد، اجازه میدهد. ATM برای شبکههای عمومی تلفن مناسب است، زیرا گذرگاهی را برای اطلاعات در شبکه به وجود میآورد و پیمان ترافیک را با این گذرگاه مرتبط میسازد.
پیمان ترافیک توافقی است بین کاربر و شبکه، که مشخص میکند شبکه اطلاعات را چگونه در دست بگیرد. اگر شبکه نتواند وضعیت پیمان ترافیک را ببیند، اتصال را قبول نمیکند. این مهم است زیرا تلفن میتواند توافقی را برای تضمین به دست آوردن نرخ بیت ثابت به دست آورد. یعنی اطمینان دهند که صداها نه با تاخیر ارسال شود و نه قطع شود. ATM رقبایی از جمله MPLS دارد که پیش بینی میشود که در آینده جایگزین آن شود.
رادیو و تلویزیون
در سیستمهای رسانهای، دکلهای مخابراتی پر قدرت مرکزی امواج الکترومغناطیسی فرکانس بالا را، به گیرندههای متعدد ارسال میکنند. امواج فرکانس بالا با سیگنالهایی که حاوی اطلاعات صوتی تصویری هستند تلفیق (مدوله) میشوند و توسط این دکلها فرستاده میشوند.
آنتنهای گیرنده سپس خود را تنظیم میکنند تا امواج فرکانس بالا دریافت کنند و با استفاده از تفکیک کننده(دمدولاتور) اطلاعات را بازیابی میکند. سیگنالها میتوانند آنالوگ (سیگنالهای متنوع پیوسته مرتبط با اطلاعات) یا دیجیتال (اطلاعات رمزی شده با مقادیر گسسته)باشد.
صنعت پخش رسانهای در زمینه گسترش خود با حرکت بسیاری از کشورها به سمت پخش دیجیتال در مرحله حساسی قرار دارد. این حرکت با تولید مدارهای مجتمع(IC) ارزان تر، سریع تر و قابل تر ممکن میشود. مزیت مهم پخش دیجیتال این است که از بسیاری از شکایتهای پخش آنالوگ جلوگیری میکند. در تلویزیون، این شامل رفع مشکلاتی همچون تصاویر برفک و دیگر اعوجاجها میباشد، اینها به دلیل خصوصیات ذاتی انتقال آنالوگ میباشد. به این معنی که این اختلالها ناشی از نویزی است که در خروجی آشکار می شود. انتقال دیجیتال بر این مشکل فایق آمد، زیرا سیگنالهای دیجیتال در هنگام دریافت به صورت گسسته میباشند و در نتیجه اختلالات ناچیز تاثیری در خروجی نهایی ندارد.
در شبکههای دیجیتالی تلویزیون، سه استاندارد ATSC,DVB,ISDB در حال رقابت برای به دست آوردن مقبولیت جهانی هستند. مقبولیت این استانداردها در زیر نویس شکل دیده میشود. هر سه این استانداردها از MPEG-2 برای فشرده سازی فایلهای تصویری استفاده مس کنند.ATSC از Dolby Digital AC-3 برای فشرده سازی فایلهای صوتی استفاده میکند.ISDB از Advanced Audio Coding و DVB از استاندارد خاصی استفاده نمیکند ولی بیشتر از MPEG-1 Part 3 Layer 2 استفاده میکند.
در شبکههای دیجیتالی رادیویی، هماهنگی بیشتری در انتخاب استاندارد وجود دارد و آن پخش رادیویی دیجیتال میباشد.(البته به استاندارد Eureka ۱۴۷ نیز شهرت دارد.)
استثنای آن آمریکا میباشد که از HD Radio استفاده میکند. HD Radio بر خلاف پخش رادیویی دیجیتال بر پایه روشی است که به IBOC مشهور است. در این روش اطلاعات دیجیتال بروی امواج FM و AM سوار میشوند.
به هر حال در حالی که در حال گذار به دیجیتال هستیم، گیرندههای آنالوگ هنوز در همه جا رایج میباشد. تلویزیونهای آنالوگ همچنان در تمام کشورها برای مخابره تصویر استفاده میشود.
آمریکا امیدوار بود که پخش آنالوگ خود را تا پایان ۲۰۰۶ پایان دهد. که این امر به اوایل ۲۰۰۹ موکول شد. برای تلویزیون آنالوگ، سه استاندارد در حال حاضر موجود میباشد:NTSC,PAL,SECAM. اینجا. برای رادیو آنالوگ، تبدیل به دیجیتال سخت است زیرا که گیرندههای آنالوگ قسمتی از کل قیمت یک رادیو دیجیتال میباشد. حالتهای مدولاسیون برای رادیو آنالوگ، مدولاسیون دامنه(AM) و مدولاسیون فرکانس میباشد(FM). برای داشتن پخش استریو، زیر حامل مدوله شده AM در FM استفاده میشود.
اینترنت
اینترنت شبکه جهانی کامپیوترها و کامپیوترهای شبکهای است که از طریق پروتکل اینترنت(IP) با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. هر کامپیوتر دارای یک نشانی پروتکل اینترنت واحد است، که از این طریق، کامپیوترهای دیگر میتواند اطلاعات را به آن ارسال نمایند.
از این رو هر کامپیوتری در اینترنت میتواند با استفاده از این نشانی پروتکل اینترنت هر پیامی را مخابره کند. از این منظر میتوان اینترنت را یک رابط بین کامپیوترها نامید.
در ۲۰۰۸، برآورد شدهاست که ۲۱٫۹ % مردم دنیا به اینترنت با سرعت بالا دسترسی دارند. در آمریکای شمالی ۷۳٫۶%، در اقیانوسیه و استرالیا ۵۹٫۵% و در اروپا ۴۸٫۱%.
در دسترسی به اینترنتهای پر سرعت، کشورهای ایسلند (۲۶٫۷%)، کره جنوبی (۲۵٫۴%)، هلند(۲۵٫۳%) در جهان پیشرو میباشند.
بخشی از عملکرد اینترنت به خاطر پروتکل هاییست که ارتباط بین کامپیوترها و مسیریاب ها را تعیین میکنند. ماهیت شبکههای کامپیوتری دارای ساختار لایه به لایهاست، به طوری که پروتکلهای مجزا در میان انبوهی از پروتکلها تقریباً به صورت مجزا اجرا میشوند.
این مسئله به پروتکلهای سطح پایین تر اجازه میدهد، برای موقعیت شبکه مناسب باشند، هنگامی که پروتکلهای سطح بالا تر مسیر را تغییر نمیدهند.
آسانسور
آسانسور یا بالابر (به فرانسوی: ascenseur)، اتاقک متحرکی است که به وسیلهٔ آن از طبقهای به طبقات بالا روند و یا از طبقهٔ بالا به پایین فرود آیند. به عبارت دیگر آسانسور تجهیزات حمل و نقل عمودی است که حرکت مردم و یا کالا بین طبقات را تسهیل میبخشد. آسانسور معمولاً به کمک موتور الکتریکی باعث حرکت عمودی کابین میشود.
پیشینه
از بررسی معماری ساختمانها در گذشته میتوان فهمید که در گذشته توان ساخت ساختمانهای بلند وچود داشتهاست ولی شاید دلیل اینکه چرا این کار چندان رواج نداشته، وجود پلههای بسیار بودهباشد. این مشکل همچنان پابرجا بود تا اینکه یک مکانیک آمریکایی به نام الیشا اوتیس ایمنی را در بالابر با به کارگیری چرخی ضامندار که در صورت پارهشدن طناب، اندکی پس از سقوط بالابر را متوقف میکرد، فراهم کرد. این اختراع که در سال ۱۸۵۴ در نمایشگاهی در نیویورک پردهبرداری شد، مقدمهای برای کاربرد گستردهٔ بالابر بود.ناصرالدین شاه در سفرنامه فرنگ خویش در تعریف و توصیف آسانسور میگوید: رفتیم به مریضخانه سنت توماس ... از مرتبههای زیر اسبابی دارند که ناخوش را روی تخت گذاشته از توی اطاق زیر میکشند به مرتبه بالا میبرند. بسیار تماشا داشت که ناخوش حرکت نکند.
در حال حاضر یکی از مشکلات ساختمانهای بزرگ کافی نبودن فضای در نظر گرفته شده برای آسانسور است. این امر یعنی پیشبینی و منظور نمودن فضای کافی با محاسبه تعداد ظرفیت و سرعت مناسب آسانسورها باتوجه به ارتفاع و جمعیت ساکن و کاربری ساختمان باید در ابتدای کار یعنی در زمان طراحی ساختمانها مد نظر قرار گیرد؛ وگرنه پس از اجرای ساختمان معمولاً افزایش فضای چاه آسانسور بسیار مشکل و در اکثر موارد غیر ممکن است.
آسانسور وسیلهای است الکترومکانیکی، در ابتدای اختراع آسانسور به شکل امروزی، بیشتر قطعات و لوازم آسانسورها مکانیکی و الکتریکی بود ولی با پیشرفت علوم در حوزه الکترونیک و نیمههادیها و همچنین ورود حوزه علوم هوش مصنوعی به صنعت این وسیله نیز تکامل یافت و به عنوان یک وسیله کاملاً کاربردی با حوزه سطح دسترسی کاملاً گسترده در بین جوامع شهری قرار گرفت. در طراحی آسانسور علومی همچون مکانیک، برق و الکترونیک، معماری و صنایع مورد استفادهاست. به همین علت هیچگاه یک متخصص به تنهایی قادر نخواهد بود که یک آسانسور را به تنهایی و با تکیه بر یکی از شاخههای علوم طراحی نماید. تا قبل از دهه ۱۹۹۰، عمده اموزشها در این صنعت بصورت اموزشهای محدود و استاد و شاگردی و صرفاً در کارخانههای بزرگ آسانسورسازی معمول بود. به همین سبب آموزش در این صنعت محدود و پنهان بود. برای اولین بار در سال ۱۹۹۵ میلادی اتحادیه آسانسور و پله برقی انگلستان (LEIA) با همکاری پروفسور یانوفسکی و پروفسور جینا بارنی اقدام به برگزاری دورههای آموزشی کوتاه مدت ماژولاری در انگلستان نمود که بیشتر مورد استفاده نصابان و متخصین این کشور بود. در ادامه این اتحادیه با همکاری دانشگاه نورث همپتون انگلستان دورههای دانشگاهی این رشته را در مقطع کاردانی و کارشناسی آغاز نمود. اولین دوره این مقاطع در سال ۱۹۹۸ در نورث همپتون انگلستان با هدایت جانات آدامز، برایان واتز، استفان کازمارسیزیک که از اعضای هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک و علوم کاربردی بودند آغاز شد. از سال ۲۰۰۰ به بعد مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری تخصصی تحت عنوان elevator and escalator engineering آغاز گشت.
انواع آسانسور
تمامی آسانسورها در داشتن خصوصیاتی مانند داشتن کابین، حرکت عمودی و توقف در سطوح مختلف با هم مشابه اند. اما از لحاظ نحوه اعمال نیروی محرکه به کابین متفاوت هستند که معمولاً به سه دسته آسانسورهای کششی، هیدرولیک و وینچی تقسیم می شوند(البته نوع فوق پیشرفته دیگری که مغناطیسی می باشد وجود دارد).
آسانسورهای کششی
نیروی محرکه در این نوع آسانسورها از یک موتورالکتریکی که معمولاً در بالای چاه آسانسور و در محلی به نام موتورخانه نصب گردیده، تامین می شود. بر روی فلکه این موتور تعدادی کابل فولادی (اصطلاحاً سیم بکسل) وجود دارد که از یک سمت به کابین آسانسور و از سمت دیگر به وزنههای آسانسور که درون قابی فلزی به نام قاب وزنه قرار دارند، متصل است. جنس این وزنه ها معمولاً از چدن یا بتن است. وزن این وزنه ها به اندازه وزن کابین به علاوه نصف ظرفیت کابین است. وزن هر نفر در محاسبات مربوط به آسانسور ۷۵ کیلوگرم است. دلیل قرار دادن وزنه در سیستم آسانسور کمک به بالا بردن آسانسور است در غیر اینصورت برای این کار باید موتورهای بسیار قوی با کیلووات بالا استفاده کرد. پس با این کار توان موتور مورد استفاده کاهش مییابد. طبیعی است که این وزنه در پایین آمدن آسانسور مزاحمت ایجاد میکند، اما چون هر جسم بدون دخالت به پایین سقوط میکند پس استفاده از وزنه مانعی بزرگی در حرکت آسانسور ایجاد نمیکند.
اساس کار این نوع آسانسورها بر اساس نیروی اصطکاک بین سیم بکسلها و فلکه موتور است. در داخل فریم وزنه به اندازه وزن کابین به اضافه نصف ظرفیت کابین وزنه وجود دارد. مثلاً اگر ظرفیت کابین ۹۰۰ کیلوگرم باشد(یعنی آسانسور نفربر ۱۲ نفره چون متوسط وزن هر نفر ۷۵ کیلو گرم است)باندازه ۴۵۰ کیلوگرم باضافه وزن کابین در کادر وزنه، وزنه وجود دارد. با کمک این وزنه، نیروی کشش لازم برای حرکت کابین کاهش می یابد چرا که در صورت رعایت کردن ظرفیت کابین، اختلاف وزن بین کادر وزنه و کابین تحت هر شرایطی از نصف ظرفیت کابین (در مثال قبل ۴۵۰ کیلوگرم) بیشتر نخواهد شد و در حرکت به سمت بالا یا پایین سیستم کشش آسانسور حداکثر برای جابه جایی جرمی به اندازه نصف ظرفیت کابین توان مصرف خواهد کرد.
آسانسورهای هیدرولیک
امروزه آسانسورهای هیدرولیکی نیز جای خود را در بین کاربران خانگی باز کردهاند. در اروپا بیش از 70 درصد از آسانسورهای زیر 5 طبقه هیدرولیک استفاده می شوند که از محاسن این نوع آسانسورها میتوان به نرمی حرکت در استارت اولیه ؛ خرابی و استهلاک بسیار کم ؛ سهولت در عیب یابی و تعمیر ؛ ایجاد آسانسورهای زیبا و شیشه ای به دلیل حذف کادر وزنه و سیم بکسل ؛ احتیاج به سازه سبک ؛ عدم نیاز به موتورخانه در پشت بام ؛ ایجاد آسانسورهای باربر و سنگین با تناژ بالا و زیبایی بام خانه و همچنین تراز شدن دقیق آن در طبقات اشاره نمود اما از محدودیتهای استفاده از این نوع آسانسورها میتوان به محدودیت در ارتفاع و کندی نسبی سرعت آنها و تنها قرارگیری در چاهک را اشاره کرد.( البته امروزه با استفاده از درایو و سیستم خنک کننده می توان به سرعت 1 متر به صورت معمول دست یافت. آسانسورهای هیدرولیک با پمپ فشار روغن و جک هیدرولیک کار میکنند.
در آسانسورهای هیدرولیک به خاطر اینکه کادر وزنه وجود ندارد و سیستم جک هیدرولیکی باید تمامی کابین و مسافران را جا به جا کند نیاز به موتورهای قوی تری هست. در این آسانسورها یک موتور سه فاز غوطه ور در روغن به همراه یک شیرالکتریکی مخصوص که اصطلاحاً پاور یونیت نامیده می شوند وظیفه تامین فشار روغن برای جک هیدرولیک را داراست. برای راه اندازی موتور به خاطر وجود موتورهای قوی تر در صورت استفاده از درایو یا سافت استارتر نیاز به هزینه بسیار بالاتری است پس لذا معمولاً برای شروع به کار موتور پمپ هیدرولیک از سیستم رایج ستاره - مثلث استفاده می شود. اما این موتور و فشار تنها در حرکت به سمت بالا مورد نیاز است و برای حرکت کابین به سمت پایین نیازی به روشن کردن موتور و مصرف توان نیست و تنها با بازکردن یک شیر و خالی کردن روغن جک کابین به آرامی به سمت پایین حرکت می کند. به عبارت دیگر یک سیستم هیدرولیک تنها در نیمی از مسافت حرکتی خود (تنها به سمت بالا) خود توان قابل ملاحظه ای مصرف می کند و در نیمه دیگر (تنها به سمت پایین) از نیروی گرانش استفاده می کند و این موضوع مصرف برق بالاتر آن نسبت به آسانسورهای دوسرعته را منتفی می کند.
آسانسورهای وینچی
نوعی آسانسور است كه با زنجیر یا طناب فولادی آویزان شده و نیروی رانش به طریقی به غیر از اصطكاك به آن وارد می شود. در این نوع آسانسورها قاب وزنه وجود ندارد.
نیروی محرکه
نیروی محرکه موتور آسانسورها سابقاً از موتورهای جریان مستقیم و توسط برق برق جریان مستقیم بود که برای این گونه موتورها از راه اندازهای گوناگونی همانند وارد - لئونارد استفاده می شد. با از دور خارج شدن موتورهای جریان مستقیم (DC) و معرفی موتورهای القایی سه فاز سالهاست که از موتورهای الکتریکی سه فاز القایی یا آسنکرون و اخیراً از موتورهای مغناطیس دائم (PM) و یا سنکرون استفاده می شود. در این موتورها از مکانیسم لنت ترمز استفاده می شود که با استفاده از نیروی اصطکاک مانع از حرکت ناخواسته موتور در حالت توقف می شود.
موتورهای القایی مورد استفاده در آسانسور به همراه گیربکس (جعبه دنده) و چرخ طیار به کار می روند. این موتورها در ابتدا دارای یک استاتور و تک سرعته بودند. این سیستم دارای اشکالاتی از جمله تکان شدید در هنگام کار بود. به خاطر همین تکان شدید بود که سرعت نهایی کابین در این موتورها کم بود. پس از مدتی موتورهای دوسرعته به بازار عرضه شدند. این موتورها دارای دو استاتور جدا گانه هستند که برای دو سرعت تند و کند به کار می روند. تعداد قطب استاتور دور کند معمولاً چهار برابر دور تند است که باعث می شود سرعت دور کند موتور یک چهارم دور تند باشد. در این نوع موتورها استارت کار موتور با دور تند است. دو عامل یعنی نیروی عکس العمل دنده ها در گیربکس و وجود چرخ طیار یا فلای ویل متصل به محور روتور موتور که دارای لختی دورانی است، مانع از تشدید تکان ها می شوند. برای توقف موتور با استفاده از یک مدار الکتریکی استاتور دور کند وارد مدار شده و دور تند از مدار خارج می شود. تغییر جهت حرکت نیز با جابه جایی دو فاز امکان پذیر است.
با معرفی سیستم های کنترل دور موتور القایی که متشکل از یک مبدل (یکسو ساز) و یک اینورتر هستند، استفاده از آنها در صنعت آسانسور به سرعت پیشرفت کرد. مزیت های این درایورها عبارتند از: نرمی حرکت و توقف، بهبود ضریب توان و کاهش بار رآکتیو شبکه برق، امکان استفاده از موتورهای تک استاتوره و حذف چرخ طیار یا فلایویل و در نتیجه کاهش برق مصرفی. این داریورها که انواع مخصوص استفاده در تابلو فرمان آسانسور آن نیز عرضه شده است، با تغییر فرکانس، نمودار حرکتی منظمی از شروع تا انتها و ایستادن آسانسور ایجاد میکند. در انواع پیشرفته تر این درایورها معمولاً امکان اتصال به یک تاکومتر یا انکودر نیز وجود دارد. این انکودر با اتصال به محور موتور امکان کنترل حلقه بسته را برای درایور فراهم می کند. وجود فیدبک برای یک سیستم کنترل بسیار حایز اهمیت است و باعث نرمی حرکت فوق العاده در آسانسور می شود.
در هنگام توقف آسانسور به علت بالا بودن اندازه حرکت(تکانه) کابین گاهی اوقات موتور به صورت ژنراتوری کار می کند و نیاز است که انرژی تولید شده توسط موتور در جایی تخلیه شود. در آسانسورهای دوسرعته و در سیستم های قدیمی این انرژی به شبکه برق برگشت داده می شد اما در درایور ها به علت وجود یکسوساز، این انرژی قابل برگشت نیست و باعث ازدیاد شدید ولتاژ بر روی بانک خازنی موجود در درایور شده و امکان آسیب زدن به آن وجود دارد. به همین منظور از یک مقاومت با توان بالا جهت تخلیه این انرژی استفاده می شود که به آن اصطلاحاً مقاومت ترمز گفته می شود.
اما با همه این ها موتورهای القایی با گیربکس معایبی نیز دارند. از جمله آنها پایین بودن بازده الکتریکی موتور (در حدود هشتاد درصد) و پایین بودن بازده مکانیکی گیربکس (در حدود 45 درصد) که موجب افزایش هزینه ها و استهلاک سیستم می شود. به همین خاطر موتورهای سنکرون با مغناطیس دائم کم کم در صنعت آسانسور پدیدار شدند که بازده نهایی آنها گاهی به 95 درصد هم می رسد. گشتاور بسیار بالاتر محور موتور باعث می شود که نیازی به استفاده از گیربکس در این موتورها نباشد.این موتورها دارای سیستم راه اندازی پیچیدهای هستند و لزوماً باید با استفاده از درایور و تاکومتر مورد استفاده قرار بگیرند.
تابلو فرمان آسانسور
آسانسورها در گذشته نه چندان دور بوسیله تابلوهای رلهای فرماندهی میشدند. فرمان از این تابلوها به موتورهای به اصطلاح دوسرعته میرسید. این موتورها بوسیله دو سیم پیچی که داشتند قادر بودند با دو سرعت حرکت تند و کند کنند. آسانسور با سرعت تند حرکت میکرد و برای ایستادن در سطح طبقات و کاهش تکان زمان ایستادن با تغییر به سرعت کند و طی مسیر کوتاهی با این سرعت میایستاد.
ایراد بزرگ این سیستم تکان در سه زمان در حرکت است. تکان در هنگام راه افتادن, تغییر سرعت به دور کند و ایستادن است. ایراد دیگر مصرف بالای برق و کاهش ضریب توان در این سیستم بدلیل اتصال مستقیم برق سهفاز به موتور جهت حرکت است. ضمناً ابعاد این تابلوها بسیار بزرگ و سیستم آن بسیار پیچیده بود و رفع خرابی آن به زمان و مهارت بسیاری نیاز داشت.
ایراد دیگر این سیستم متغیر بودن سطح کابین با طبقات با بارهای متفاوت است چون بدلیل عدم اطلاع موتور از وزن کابین (پر یا خالی بودن آن) همیشه نیروی یکسانی به موتور وارد میشود. ایراد دیگر این سیستم آسیب هایی است که در دراز مدت به موتور بدلیل اتصال ناگهانی ولتاژ وارد و باعث کاهش عمر مفید آن میشود. ضمناً این شوک در هنگام استارت آسانسور باعث نوسان ناگهانی ولتاژ میشود که نه تنها برای آسانسور بلکه برای سایر وسایل برقی مضر است. هر چند از این آسانسورها دیگر نصب نمیشود اما تعداد قابل توجهی از این آسانسورهای قدیمی در حال کارکردن هستند.
اما برای رفع اشکالات این تابلوهای رلهای بتدریج تابلوهای میکروپروسسوری وارد بازار شد. که در آن آیسیها و میکروها جایگزین رله ها شدند و با زبانهای مختلف برنامهنویسی برنامهریزی میشدند تا حجم تابلوها کوچکتر شود و تعمیرات و رفع خرابی آن توسط افراد متخصصتر اما با راحتی بیشتری انجام شود.
این نوع تابلو که به تابلوی دوسرعته معروف است تمام ایرادات تابلوهای رلهای را جز ابعاد بزرگ و پیچیدگی تابلو داراست. نصب این تابلو همچنان ادامه دارد با اینکه بدلیل تاثیرات مخرب بر ولتاژ و مصرف بالا در برخی شهرهای بزرگ در ایران ممنوع شدهاست. اما در ساختمانهایی که نیاز به پروانه پایان کار ندارند و یا در تعمیرات آسانسورهای قدیمی همچنان به دلیل قیمت پایین تر آن نسبت به تابلوهای جدید پیشنهاد میشود. با پیشرفت الکترونیک صنعتی و ارزانتر شدن اینورترها استفاده از آنها در تابلوهای فرمان آسانسور رایج شده است و کم کم جایگزین سیستمهای کنتاکتوری میشوند. کاهش تکان ها در هنگام تغییر سرعت و افزایش ضریب توان به دلیل اتصال با واسطه از طریق بانک خازنی اینورتر از مزایای تابلوهای فرمان اینورتری است که به تابلوهای درایودار شناخته می شوند. آسانسور کلمه ای فرانسوی میباشد.
آسانسور یا بالابر (به فرانسوی: ascenseur)، اتاقک متحرکی است که به وسیلهٔ آن از طبقهای به طبقات بالا روند و یا از طبقهٔ بالا به پایین فرود آیند. به عبارت دیگر آسانسور تجهیزات حمل و نقل عمودی است که حرکت مردم و یا کالا بین طبقات را تسهیل میبخشد. آسانسور معمولاً به کمک موتور الکتریکی باعث حرکت عمودی کابین میشود.
پیشینه
از بررسی معماری ساختمانها در گذشته میتوان فهمید که در گذشته توان ساخت ساختمانهای بلند وچود داشتهاست ولی شاید دلیل اینکه چرا این کار چندان رواج نداشته، وجود پلههای بسیار بودهباشد. این مشکل همچنان پابرجا بود تا اینکه یک مکانیک آمریکایی به نام الیشا اوتیس ایمنی را در بالابر با به کارگیری چرخی ضامندار که در صورت پارهشدن طناب، اندکی پس از سقوط بالابر را متوقف میکرد، فراهم کرد. این اختراع که در سال ۱۸۵۴ در نمایشگاهی در نیویورک پردهبرداری شد، مقدمهای برای کاربرد گستردهٔ بالابر بود.ناصرالدین شاه در سفرنامه فرنگ خویش در تعریف و توصیف آسانسور میگوید: رفتیم به مریضخانه سنت توماس ... از مرتبههای زیر اسبابی دارند که ناخوش را روی تخت گذاشته از توی اطاق زیر میکشند به مرتبه بالا میبرند. بسیار تماشا داشت که ناخوش حرکت نکند.
در حال حاضر یکی از مشکلات ساختمانهای بزرگ کافی نبودن فضای در نظر گرفته شده برای آسانسور است. این امر یعنی پیشبینی و منظور نمودن فضای کافی با محاسبه تعداد ظرفیت و سرعت مناسب آسانسورها باتوجه به ارتفاع و جمعیت ساکن و کاربری ساختمان باید در ابتدای کار یعنی در زمان طراحی ساختمانها مد نظر قرار گیرد؛ وگرنه پس از اجرای ساختمان معمولاً افزایش فضای چاه آسانسور بسیار مشکل و در اکثر موارد غیر ممکن است.
آسانسور وسیلهای است الکترومکانیکی، در ابتدای اختراع آسانسور به شکل امروزی، بیشتر قطعات و لوازم آسانسورها مکانیکی و الکتریکی بود ولی با پیشرفت علوم در حوزه الکترونیک و نیمههادیها و همچنین ورود حوزه علوم هوش مصنوعی به صنعت این وسیله نیز تکامل یافت و به عنوان یک وسیله کاملاً کاربردی با حوزه سطح دسترسی کاملاً گسترده در بین جوامع شهری قرار گرفت. در طراحی آسانسور علومی همچون مکانیک، برق و الکترونیک، معماری و صنایع مورد استفادهاست. به همین علت هیچگاه یک متخصص به تنهایی قادر نخواهد بود که یک آسانسور را به تنهایی و با تکیه بر یکی از شاخههای علوم طراحی نماید. تا قبل از دهه ۱۹۹۰، عمده اموزشها در این صنعت بصورت اموزشهای محدود و استاد و شاگردی و صرفاً در کارخانههای بزرگ آسانسورسازی معمول بود. به همین سبب آموزش در این صنعت محدود و پنهان بود. برای اولین بار در سال ۱۹۹۵ میلادی اتحادیه آسانسور و پله برقی انگلستان (LEIA) با همکاری پروفسور یانوفسکی و پروفسور جینا بارنی اقدام به برگزاری دورههای آموزشی کوتاه مدت ماژولاری در انگلستان نمود که بیشتر مورد استفاده نصابان و متخصین این کشور بود. در ادامه این اتحادیه با همکاری دانشگاه نورث همپتون انگلستان دورههای دانشگاهی این رشته را در مقطع کاردانی و کارشناسی آغاز نمود. اولین دوره این مقاطع در سال ۱۹۹۸ در نورث همپتون انگلستان با هدایت جانات آدامز، برایان واتز، استفان کازمارسیزیک که از اعضای هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک و علوم کاربردی بودند آغاز شد. از سال ۲۰۰۰ به بعد مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری تخصصی تحت عنوان elevator and escalator engineering آغاز گشت.
انواع آسانسور
تمامی آسانسورها در داشتن خصوصیاتی مانند داشتن کابین، حرکت عمودی و توقف در سطوح مختلف با هم مشابه اند. اما از لحاظ نحوه اعمال نیروی محرکه به کابین متفاوت هستند که معمولاً به سه دسته آسانسورهای کششی، هیدرولیک و وینچی تقسیم می شوند(البته نوع فوق پیشرفته دیگری که مغناطیسی می باشد وجود دارد).
آسانسورهای کششی
نیروی محرکه در این نوع آسانسورها از یک موتورالکتریکی که معمولاً در بالای چاه آسانسور و در محلی به نام موتورخانه نصب گردیده، تامین می شود. بر روی فلکه این موتور تعدادی کابل فولادی (اصطلاحاً سیم بکسل) وجود دارد که از یک سمت به کابین آسانسور و از سمت دیگر به وزنههای آسانسور که درون قابی فلزی به نام قاب وزنه قرار دارند، متصل است. جنس این وزنه ها معمولاً از چدن یا بتن است. وزن این وزنه ها به اندازه وزن کابین به علاوه نصف ظرفیت کابین است. وزن هر نفر در محاسبات مربوط به آسانسور ۷۵ کیلوگرم است. دلیل قرار دادن وزنه در سیستم آسانسور کمک به بالا بردن آسانسور است در غیر اینصورت برای این کار باید موتورهای بسیار قوی با کیلووات بالا استفاده کرد. پس با این کار توان موتور مورد استفاده کاهش مییابد. طبیعی است که این وزنه در پایین آمدن آسانسور مزاحمت ایجاد میکند، اما چون هر جسم بدون دخالت به پایین سقوط میکند پس استفاده از وزنه مانعی بزرگی در حرکت آسانسور ایجاد نمیکند.
اساس کار این نوع آسانسورها بر اساس نیروی اصطکاک بین سیم بکسلها و فلکه موتور است. در داخل فریم وزنه به اندازه وزن کابین به اضافه نصف ظرفیت کابین وزنه وجود دارد. مثلاً اگر ظرفیت کابین ۹۰۰ کیلوگرم باشد(یعنی آسانسور نفربر ۱۲ نفره چون متوسط وزن هر نفر ۷۵ کیلو گرم است)باندازه ۴۵۰ کیلوگرم باضافه وزن کابین در کادر وزنه، وزنه وجود دارد. با کمک این وزنه، نیروی کشش لازم برای حرکت کابین کاهش می یابد چرا که در صورت رعایت کردن ظرفیت کابین، اختلاف وزن بین کادر وزنه و کابین تحت هر شرایطی از نصف ظرفیت کابین (در مثال قبل ۴۵۰ کیلوگرم) بیشتر نخواهد شد و در حرکت به سمت بالا یا پایین سیستم کشش آسانسور حداکثر برای جابه جایی جرمی به اندازه نصف ظرفیت کابین توان مصرف خواهد کرد.
آسانسورهای هیدرولیک
امروزه آسانسورهای هیدرولیکی نیز جای خود را در بین کاربران خانگی باز کردهاند. در اروپا بیش از 70 درصد از آسانسورهای زیر 5 طبقه هیدرولیک استفاده می شوند که از محاسن این نوع آسانسورها میتوان به نرمی حرکت در استارت اولیه ؛ خرابی و استهلاک بسیار کم ؛ سهولت در عیب یابی و تعمیر ؛ ایجاد آسانسورهای زیبا و شیشه ای به دلیل حذف کادر وزنه و سیم بکسل ؛ احتیاج به سازه سبک ؛ عدم نیاز به موتورخانه در پشت بام ؛ ایجاد آسانسورهای باربر و سنگین با تناژ بالا و زیبایی بام خانه و همچنین تراز شدن دقیق آن در طبقات اشاره نمود اما از محدودیتهای استفاده از این نوع آسانسورها میتوان به محدودیت در ارتفاع و کندی نسبی سرعت آنها و تنها قرارگیری در چاهک را اشاره کرد.( البته امروزه با استفاده از درایو و سیستم خنک کننده می توان به سرعت 1 متر به صورت معمول دست یافت. آسانسورهای هیدرولیک با پمپ فشار روغن و جک هیدرولیک کار میکنند.
در آسانسورهای هیدرولیک به خاطر اینکه کادر وزنه وجود ندارد و سیستم جک هیدرولیکی باید تمامی کابین و مسافران را جا به جا کند نیاز به موتورهای قوی تری هست. در این آسانسورها یک موتور سه فاز غوطه ور در روغن به همراه یک شیرالکتریکی مخصوص که اصطلاحاً پاور یونیت نامیده می شوند وظیفه تامین فشار روغن برای جک هیدرولیک را داراست. برای راه اندازی موتور به خاطر وجود موتورهای قوی تر در صورت استفاده از درایو یا سافت استارتر نیاز به هزینه بسیار بالاتری است پس لذا معمولاً برای شروع به کار موتور پمپ هیدرولیک از سیستم رایج ستاره - مثلث استفاده می شود. اما این موتور و فشار تنها در حرکت به سمت بالا مورد نیاز است و برای حرکت کابین به سمت پایین نیازی به روشن کردن موتور و مصرف توان نیست و تنها با بازکردن یک شیر و خالی کردن روغن جک کابین به آرامی به سمت پایین حرکت می کند. به عبارت دیگر یک سیستم هیدرولیک تنها در نیمی از مسافت حرکتی خود (تنها به سمت بالا) خود توان قابل ملاحظه ای مصرف می کند و در نیمه دیگر (تنها به سمت پایین) از نیروی گرانش استفاده می کند و این موضوع مصرف برق بالاتر آن نسبت به آسانسورهای دوسرعته را منتفی می کند.
آسانسورهای وینچی
نوعی آسانسور است كه با زنجیر یا طناب فولادی آویزان شده و نیروی رانش به طریقی به غیر از اصطكاك به آن وارد می شود. در این نوع آسانسورها قاب وزنه وجود ندارد.
نیروی محرکه
نیروی محرکه موتور آسانسورها سابقاً از موتورهای جریان مستقیم و توسط برق برق جریان مستقیم بود که برای این گونه موتورها از راه اندازهای گوناگونی همانند وارد - لئونارد استفاده می شد. با از دور خارج شدن موتورهای جریان مستقیم (DC) و معرفی موتورهای القایی سه فاز سالهاست که از موتورهای الکتریکی سه فاز القایی یا آسنکرون و اخیراً از موتورهای مغناطیس دائم (PM) و یا سنکرون استفاده می شود. در این موتورها از مکانیسم لنت ترمز استفاده می شود که با استفاده از نیروی اصطکاک مانع از حرکت ناخواسته موتور در حالت توقف می شود.
موتورهای القایی مورد استفاده در آسانسور به همراه گیربکس (جعبه دنده) و چرخ طیار به کار می روند. این موتورها در ابتدا دارای یک استاتور و تک سرعته بودند. این سیستم دارای اشکالاتی از جمله تکان شدید در هنگام کار بود. به خاطر همین تکان شدید بود که سرعت نهایی کابین در این موتورها کم بود. پس از مدتی موتورهای دوسرعته به بازار عرضه شدند. این موتورها دارای دو استاتور جدا گانه هستند که برای دو سرعت تند و کند به کار می روند. تعداد قطب استاتور دور کند معمولاً چهار برابر دور تند است که باعث می شود سرعت دور کند موتور یک چهارم دور تند باشد. در این نوع موتورها استارت کار موتور با دور تند است. دو عامل یعنی نیروی عکس العمل دنده ها در گیربکس و وجود چرخ طیار یا فلای ویل متصل به محور روتور موتور که دارای لختی دورانی است، مانع از تشدید تکان ها می شوند. برای توقف موتور با استفاده از یک مدار الکتریکی استاتور دور کند وارد مدار شده و دور تند از مدار خارج می شود. تغییر جهت حرکت نیز با جابه جایی دو فاز امکان پذیر است.
با معرفی سیستم های کنترل دور موتور القایی که متشکل از یک مبدل (یکسو ساز) و یک اینورتر هستند، استفاده از آنها در صنعت آسانسور به سرعت پیشرفت کرد. مزیت های این درایورها عبارتند از: نرمی حرکت و توقف، بهبود ضریب توان و کاهش بار رآکتیو شبکه برق، امکان استفاده از موتورهای تک استاتوره و حذف چرخ طیار یا فلایویل و در نتیجه کاهش برق مصرفی. این داریورها که انواع مخصوص استفاده در تابلو فرمان آسانسور آن نیز عرضه شده است، با تغییر فرکانس، نمودار حرکتی منظمی از شروع تا انتها و ایستادن آسانسور ایجاد میکند. در انواع پیشرفته تر این درایورها معمولاً امکان اتصال به یک تاکومتر یا انکودر نیز وجود دارد. این انکودر با اتصال به محور موتور امکان کنترل حلقه بسته را برای درایور فراهم می کند. وجود فیدبک برای یک سیستم کنترل بسیار حایز اهمیت است و باعث نرمی حرکت فوق العاده در آسانسور می شود.
در هنگام توقف آسانسور به علت بالا بودن اندازه حرکت(تکانه) کابین گاهی اوقات موتور به صورت ژنراتوری کار می کند و نیاز است که انرژی تولید شده توسط موتور در جایی تخلیه شود. در آسانسورهای دوسرعته و در سیستم های قدیمی این انرژی به شبکه برق برگشت داده می شد اما در درایور ها به علت وجود یکسوساز، این انرژی قابل برگشت نیست و باعث ازدیاد شدید ولتاژ بر روی بانک خازنی موجود در درایور شده و امکان آسیب زدن به آن وجود دارد. به همین منظور از یک مقاومت با توان بالا جهت تخلیه این انرژی استفاده می شود که به آن اصطلاحاً مقاومت ترمز گفته می شود.
اما با همه این ها موتورهای القایی با گیربکس معایبی نیز دارند. از جمله آنها پایین بودن بازده الکتریکی موتور (در حدود هشتاد درصد) و پایین بودن بازده مکانیکی گیربکس (در حدود 45 درصد) که موجب افزایش هزینه ها و استهلاک سیستم می شود. به همین خاطر موتورهای سنکرون با مغناطیس دائم کم کم در صنعت آسانسور پدیدار شدند که بازده نهایی آنها گاهی به 95 درصد هم می رسد. گشتاور بسیار بالاتر محور موتور باعث می شود که نیازی به استفاده از گیربکس در این موتورها نباشد.این موتورها دارای سیستم راه اندازی پیچیدهای هستند و لزوماً باید با استفاده از درایور و تاکومتر مورد استفاده قرار بگیرند.
تابلو فرمان آسانسور
آسانسورها در گذشته نه چندان دور بوسیله تابلوهای رلهای فرماندهی میشدند. فرمان از این تابلوها به موتورهای به اصطلاح دوسرعته میرسید. این موتورها بوسیله دو سیم پیچی که داشتند قادر بودند با دو سرعت حرکت تند و کند کنند. آسانسور با سرعت تند حرکت میکرد و برای ایستادن در سطح طبقات و کاهش تکان زمان ایستادن با تغییر به سرعت کند و طی مسیر کوتاهی با این سرعت میایستاد.
ایراد بزرگ این سیستم تکان در سه زمان در حرکت است. تکان در هنگام راه افتادن, تغییر سرعت به دور کند و ایستادن است. ایراد دیگر مصرف بالای برق و کاهش ضریب توان در این سیستم بدلیل اتصال مستقیم برق سهفاز به موتور جهت حرکت است. ضمناً ابعاد این تابلوها بسیار بزرگ و سیستم آن بسیار پیچیده بود و رفع خرابی آن به زمان و مهارت بسیاری نیاز داشت.
ایراد دیگر این سیستم متغیر بودن سطح کابین با طبقات با بارهای متفاوت است چون بدلیل عدم اطلاع موتور از وزن کابین (پر یا خالی بودن آن) همیشه نیروی یکسانی به موتور وارد میشود. ایراد دیگر این سیستم آسیب هایی است که در دراز مدت به موتور بدلیل اتصال ناگهانی ولتاژ وارد و باعث کاهش عمر مفید آن میشود. ضمناً این شوک در هنگام استارت آسانسور باعث نوسان ناگهانی ولتاژ میشود که نه تنها برای آسانسور بلکه برای سایر وسایل برقی مضر است. هر چند از این آسانسورها دیگر نصب نمیشود اما تعداد قابل توجهی از این آسانسورهای قدیمی در حال کارکردن هستند.
اما برای رفع اشکالات این تابلوهای رلهای بتدریج تابلوهای میکروپروسسوری وارد بازار شد. که در آن آیسیها و میکروها جایگزین رله ها شدند و با زبانهای مختلف برنامهنویسی برنامهریزی میشدند تا حجم تابلوها کوچکتر شود و تعمیرات و رفع خرابی آن توسط افراد متخصصتر اما با راحتی بیشتری انجام شود.
این نوع تابلو که به تابلوی دوسرعته معروف است تمام ایرادات تابلوهای رلهای را جز ابعاد بزرگ و پیچیدگی تابلو داراست. نصب این تابلو همچنان ادامه دارد با اینکه بدلیل تاثیرات مخرب بر ولتاژ و مصرف بالا در برخی شهرهای بزرگ در ایران ممنوع شدهاست. اما در ساختمانهایی که نیاز به پروانه پایان کار ندارند و یا در تعمیرات آسانسورهای قدیمی همچنان به دلیل قیمت پایین تر آن نسبت به تابلوهای جدید پیشنهاد میشود. با پیشرفت الکترونیک صنعتی و ارزانتر شدن اینورترها استفاده از آنها در تابلوهای فرمان آسانسور رایج شده است و کم کم جایگزین سیستمهای کنتاکتوری میشوند. کاهش تکان ها در هنگام تغییر سرعت و افزایش ضریب توان به دلیل اتصال با واسطه از طریق بانک خازنی اینورتر از مزایای تابلوهای فرمان اینورتری است که به تابلوهای درایودار شناخته می شوند. آسانسور کلمه ای فرانسوی میباشد.
ساعت : 2:19 am | نویسنده : admin
|
مطلب بعدی