شبکه محلی (LAN) چیست؟ تعریف، انواع آن و معماری شبکه

مقدمه

شبکه محلی (LAN) به شبکه کامپیوتری گفته می‌شود که سیستم‌های کامپیوتری را در یک ناحیه جغرافیایی، شامل یک یا چند ساختمان (معمولاً در شعاع 1 کیلومتری)، مانند محل اقامت، مدرسه، آزمایشگاه، دانشگاه یا ساختمان‌های اداری به یکدیگر متصل می‌کند. اتصال سیستم‌ها می‌تواند از طریق کابل اترنت یا فناوری وای فای (Wi-Fi) باشد. در این مقاله هفت نوع کلیدی LAN و ساختار آن را به همراه توصیه‌هایی برای ساده‌سازی اجرای LAN بررسی خواهیم کرد.

شبکه محلی (LAN) چیست؟

 شبکه محلی (LAN) مجموعه‌ای از چند سیستم متصل به یکدیگر، داخل یک یا چند ساختمان (معمولاً در شعاع 1 کیلومتری) است که با استفاده از اترنت و فناوری Wi-Fi، به یکدیگر متصل شده‌اند. در واقع LAN یکی از مولفه‌های اساسی چشم‌انداز شبکه جهانی، هم در سطع مصرف کننده و هم در سطح سازمانی است.

دانشگاه کمبریج در سال 1974، حلقه کمبریج را برای اتصال سیستم‌ها و کامپیوترهای موجود در محوطه دانشگاه، ایجاد کرد. در عین حال، اترنت در شرکت PARC Xerox در سال‌های ۱۹۷۵–۱۹۷۳ پایه‌ریزی شد. همچنین اولین راه‌اندازی شبکه محلی (LAN) مربوط به سیستم‌های رای‌گیری الکترونیکی برای انتخابات پارلمان اروپا در سال 1979 بود. جایی که LAN برای اتصال بیش از 400 مرکز رای‌گیری مجهز به ریزپردازنده، استفاده شد.

تا دهه 1980، شبکه محلی (LAN) محدود به واحدهای تحقیقاتی، آموزشی، سازمان‌های دولتی و کاربردهای دفاعی بود. پیاده‌سازی و استفاده از شبکه محلی از دهه 1990، و با  ظهور کامپیوترهای شخصی مقرون به صرفه و دسترسی گسترده به اینترنت، رواج یافت. امروزه تقریباً هر مکانی، مناطق مسکونی، مکان‌های اداری، کارخانه‌ها و … به نحوی به شبکه محلی (LAN) وابسته هستند.

از نظر سلسله مراتبی، شبکه محلی (LAN) نسبت به شبکه شخصی (PAN)، که دستگاه‌های مجاور را با استفاده از بلوتوث یا وای فای و ارتباطات میدان‌نزدیک (NFC= near-field connectivity) به هم متصل می‌کند، منطقه بیشتری را پوشش می‌دهد. اما نسبت به یک شبکه کلان‌شهری (MAN)، که کل شهرها را پوشش می‌دهد، و یک شبکه گسترده (WAN) که چندین شهر یا منطقه را با استفاده از یک خط امن یکسان به هم متصل می‌کند، پوشش‌دهی کمتری دارد.

اکثر اپراتورهای مخابراتی پیشرو خدمات ایجاد شبکه‌های محلی (LAN) را به مصرف‌کنندگان و کاربران سازمانی خود ارائه می‌دهند تا دستگاه‌های شخصی و سازمانی خود را برای استفاده روزانه به اینترنت متصل کنند. دسترسی LAN امکان همکاری از راه دور (remote collaboration)، خرید آنلاین، مصرف رسانه ای مبتنی بر فضای ابر (cloud-based media consumption)، ذخیره‌سازی ابری، تبادل داده از طریق تکنولوژی پوشیدنی (Wearable Technology)، و بسیاری موارد دیگر را، فراهم می‌کند.

به همین دلیل علیرغم اینکه LAN بازاری توسعه یافته (mature market) است، اما تقاضا برای آن به طور مداوم در حال افزایش است. طبق تحقیقات صنعتی (Industry Research)، هر دو بخش شبکه‌های محلی سیمی (LAN) و شبکه بی‌سیم محلی (WLAN) در سال‌های اخیر، به ویژه در پی کووید-19، رشد چشم‌گیری داشته‌اند. طبق گزارش شرکت بین المللی داده (IDC)، در سه ماهه اول سال 2021، درآمد در بخش شبکه بی‌سیم محلی (WLAN)، 24.6 درصد رشد داشته است. می‌توان گفت شبکه محلی (LAN) همچنان پس از گذشت 50 سال از اولین راه‌اندازی در سال 1970، همچنان یک فناوری برجسته در پشته‌های سازمانی (stacks) است.

انواع شبکه‌های محلی (LAN)

 شبکه‌های محلی را می‌توان بر اساس نوع دستگاه‌هایی که به هم متصل می‌شوند، طراحی زیرساخت و محیط پیاده‌سازی، دسته‌بندی کرد. همچنین یک بازار LAN در حال ظهور وجود دارد که cloud native است. cloud native نوعی از نرم‌افزار رایانه‌ای است که به طور بومی از خدمات و زیرساخت‌های ارائه‌دهندگان محاسبات ابری مانند Amazon EC2، Force.com یا Microsoft Azure استفاده می‌کند.

شبکه محلی کلاینت سرور (Client-server)

در یک محیط LAN کلاینت-سرور، یک سرور واحد به چندین دستگاه متصل می‌شود که کلاینت نامیده می‌شوند. دستگاه‌های کلاینت نمی‌توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند و یک سیستم متمرکز فعالیت‌هایی مانند مدیریت ترافیک شبکه، کنترل دسترسی شبکه و غیره را انجام می‌دهد. این نوع LAN ممکن است در محیط‌های کوچک مناسب بوده و عملکرد را تسریع کند، اما در یک محیط بزرگ، فشار زیادی بر سرور مرکزی وارد می‌شود.

شبکه محلی همتا به همتا (Peer to peer یا P2P)

 در شبکه P2P هیچ سرور متمرکزی وجود ندارد و همه دستگاه‌های متصل به یکدیگر بدون در نظر گرفتن سرور یا کلاینت به یکدیگر دسترسی دارند. مزیت شبکه P2P این است که دستگاه‌ها می‌توانند آزادانه داده‌ها را با یکدیگر مبادله کنند و استریم کردن رسانه، ارسال فایل‌ها و انجام فعالیت‌های مشابه تبادل داده را آسان‌تر می‌کنند. از معایب آن می‌توان به توان کمتر آن نسبت به شبکه‌های کلاینت سرور اشاره کرد.

شبکه محلی توکن‌رینگ (Token-ring)

بر اساس طراحی معماری، می‌توان شبکه‌های محلی را به دو دسته‌ توکن‌رینگ وتوکن‌باس تقسیم‌بندی کرد. در حالت اول، همه دستگاه‌ها هنگام اتصال در یک حلقه قرار می‌گیرند و یک توکن به هر دستگاه متصل، بر اساس نیاز، اختصاص داده می‌شود. شبکه توکن‌رینگ در سال 1984 توسط شرکت IBM برای استفاده در محیط‌های شرکتی معرفی شد، در آن سال‌ فناوری اترنت هنوز در مراحل اولیه توسعه بود.

شبکه محلی توکن باس (Token bus)

در یک شبکه توکن باس، گره‌های (nodes) متصل، در یک توپولوژی درخت مانند مرتب شده‌اند و توکن‌ها به چپ یا راست منتقل می‌شوند. به طور معمول، ظرفیت پهنای باند بهتری را نسبت به محیط شبکه توکن‌رینگ فراهم می‌کند. در این نوع معماری مجموعه‌ای از کلاینت‌ها از طریق یک خط ارتباطی مشترک که معمولاً باس خوانده می‌شود، به یکدیگر متصل می‌شوند.

شبکه سیمی (wired LAN)

می‌توان گفت شبکه محلی (LAN) سیمی رایج‌ترین نوع شبکه محلی است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن انتقال داده‌ها به جای توکن‌ها، از طریق از امواج الکترونیکی به وسیله فیبر نوری (یا انواع کابل) صورت می‌گیرد. فرآیند ارتباط فیبر نوری به این صورت است که سیگنالی را به شکل نور منتقل می‌کند که ابتدا سیگنال‌های الکتریکی به نور تبدیل شده و منتقل می‌شود و سپس در سمت گیرنده این نور به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. شبکه LAN سیمی بسیار قابل اعتماد است و بسته به عملکرد سرور مرکزی می‌تواند بسیار سریع باشد.

شبکه محلی بی‌سیم (Wireless LAN)

شبکه محلی بی‌سیم معمولا در محیط‌های خانگی برای اتصال کاپیوترها، دستگاه‌های پوشیدنی (مانند ساعت هوشمند)، لوازم هوشمند و غیره استفاده می‌شود. اما نوعی دیگر از شبکه محلی بی‌سیم نیز وجو دارد که امروزه بخش زیادی از بازار را تشکیل داده و طبق IDC سالانه 10.3 درصد رشد می‌کند. این نوع LAN از فرکانس رادیویی برای انتقال داده استفاده می‌کند، به همین دلیل نیز می‌تواند در معرض خطرات امنیتی قرار گیرد.

شبکه محلی Cloud-managed

شبکه محلی cloud-managed نوع خاصی از شبکه محلی بی‌سیم است که در آن از یک پلت فرم ابری متمرکز برای مدیریت تامین شبکه (network provisioning)، اجرای خط مشی، کنترل دسترسی و سایر جنبه‌های عملکرد و امنیت شبکه استفاده می‌شود. در یک شبکه‎‌ی ناهمگن، شبکه محلی cloud-managed، مدیریت و اداره شبکه را ساده کرده و در نتیجه برای استفاده سازمانی مناسب است. بر اساس تحقیقات انجام شده توسط Market Research Future، تا سال 2025، ارزش شبکه محلی cloud-managed به بیش از 1.18 میلیارد دلار خواهد رسید.

اجزای اصلی معماری شبکه محلی (LAN)

به طور کلی، اجزای شبکه‌های کامپیوتری شامل یک یا چند سرور، ایستگاه‌های کاری، کارت شبکه، هاب اکتیو و پسیو، روتر، پل، دروازه، مودم، مؤلفه‌های نرم‌افزاری مانند سیستم عامل کامپیوترها و سایر نرم‌افزارهای کاربردی مانند نرم‌افزارهای امنیت شبکه و مانیتورینگ شبکه است.  معماری شبکه (network architecture) طراحی شبکه کامپیوتری است. این چارچوبی برای مشخصات اجزای فیزیکی شبکه و سازمان عملکرد و پیکربندی آنها، اصول عملیاتی و رویه‌های آن و همچنین پروتکل‌های ارتباطی مورد استفاده است. در ادامه اجزای اصلی معماری شبکه را بررسی می‌کنیم.  

بخوانید: تفاوت LAN و WAN

اینترنت

دسترسی به اینترنت از طریق شبکه محلی (LAN) امکان‌پذیراست؛ به طور معمول سرور مرکزی، در یک شبکه متمرکز، بسته‌های داده (data packets) و درخواست دسترسی از سمت کلاینت‌ها را، از طریق اینترنت دریافت کرده و سپس با فعال کردن انتقال اطلاعات به گره‌های (nodes) مختلف، که از طریق کابل یا به صورت بی‌سیم متصل هستند، به آنها رسیدگی می‌کند. با اینکه از نظر فنی وجود یک شبکه محلی بدون دسترسی به اینترنت نیز امکان‌پذیر است (به عنوان مثال برای انتقال داده‌ها شخصی)، اما دسترسی به اینترنت از دلایل اصلی راه‌اندازی شبکه محلی است.

دستگاه‌های سیمی کاربر نهایی (wired end-user devices)

یک شبکه محلی شامل ترکیبی از دستگاه‌های سیمی و بدون سیم است؛ در اینجا منظور دستگاه‌های کاربر نهایی، مانند لپ تاپ‌ها، کامپیوترهای رومیزی، تلویزیون و مانیتور‌های هوشمند، سیستم‌های مورد استفاده در اتاق‌های کنفرانس و سالن همایش و موارد مشابه، است. این دستگاه‌ها دارای یک پورت اترنت (Ethernet Port) هستند که از طریق آن می‌توان دستگاه را به شبکه متصل کرد. دستگاه‌های سیمی کاربر نهایی، از اینترنت پرسرعت، توان پخش آنلاین (media streaming) با کیفیت بالا و پردازش سریع برخوردارند.

دستگاه‌های سیار کاربر نهایی (Mobile end-user devices)

دستگاه‌های بدون سیم کاربر نهایی به دستگاه‌هایی اطلاق می‌شوند که به جای کابل اترنت با استفاده از وای فای (Wi-Fi) به شبکه متصل می‌شوند. لازم به ذکر است که معمولا دستگاه‌های کاربر نهایی می‌توانند هم از طریق کابل و هم از طریق Wi-Fi به شبکه متصل شوند؛ برای مثال، می‌توانید یک لپ‌تاپ را، با توجه به مکان و عملکرد مورد نیاز، هم از طریق درگاه اترنت روی دستگاه و هم از طریق Wi-Fi به شبکه LAN متصل کنید. دستگاه‌های پوشیدنی (مانند ساعت‌های هوشمند)، لوازم خانگی هوشمند، لپ تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند در این دسته قرار می‌گیرند.

سرور مرکزی (Centralized server)

سرور مرکزی مهم‌ترین جزء تشکیل‌دهنده یک شبکه محلی (LAN)، به ویژه برای پیاده‌سازی آن در یک سازمان، است. سازمان‌ها می‌توانند سرورهایی را از شرکت‌هایی نظیر IBM، Cisco و HPE خریداری یا اجاره کرده و یا  سرورهای LAN را از شرکت مخابراتی محلی تهیه کنند. یا می‌توان دستگاه‌ها را از طریق یک یا چند موردم به سرورهایی در مکان‌های دیگر متصل کرد که معمولاً برای برنامه‌های مصرف‌کننده (consumer applications) صدق می‌کند، زیرا هزینه‌ای برای نگهداری سرور نخواهد داشت. شرکت‌هایی که سرورهای شبکه در محل خود جای می‌دهند از سرعت بالاتر و ظرفیت پهنای باند بیشتری برخوردار هستند.

سوییچ‌های شبکه (Network switches)

سوییچ شبکه جزء ضروری یک شبکه محلی (LAN) است. سوییچ برای اتصال گره‌ها (Node) در شبکه به هم، از دستگاه‌هایی چون هاب و سوییچ و روتر و … استفاده می‌شود. این اتصال در واقع امکان جا‌به‌جایی اطلاعات بین دستگاه‌ها را در شبکه فراهم می‌کند. در واقع سوییچ شبکه نحوه تخصیص بسته‌های داده و منابع شبکه بین دستگاه‌های متصل به سرور را تعیین کرده و خط‌مشی‌های شبکه را برای بهینه کردن عملکرد هر دستگاه کاربر نهایی، اجرا می‌کند. می‌توان چندین کابل اترنت را به یک سوییچ شبکه چند پورت وصل کرد. دو نوع سوییچ شبکه موجود است؛ سوئیچ‌های قابل مدیریت (managed switches) و سوئیچ‌های غیر قابل مدیریت (unmanaged switches). یک سوئیچ قابل مدیریت شرایطی را برای پیکربندی کردن شبکه فراهم کرده که توانایی شناسایی و مدیریت عملکرد‌ها را دارد. این سوییچ‌ها برای کاربرانی مورد استفاده است که زمان پاسخ دهی آنها باید میلی ثانیه باشد. سوییچ های غیرقابل مدیریت نیاز به پیکربندی نداشته و بعد از وصل و روشن شدن، شروع به فعالیت می‌کنند. سوییچ‌های غیر مدیریتی ارزان‌تر بوده و نگهداری از آنها آسان‌تر است.

روتر وای فای (Wi-Fi router)

روتر Wi-Fi اکنون جزء اصلی شبکه‎های محلی است زیرا پیاده‌سازی شبکه محلی (LAN) بی‌سیم بدون آن امکان‌پذیر نیست. روتر به مودم متصل می‌شود و سیگنال‌های شبکه را دریافت کرده و آن را به سیگنال‌های بی سیم قابل پردازش توسط کاربر نهایی سیار (mobile)، تبدیل می‌کند. روتر وای فای در واقع پلی است که اینترنت فراهم شده از طریق یک سیم را به یک سیگنال بی‌سیم (Wireless) تبدیل می‌کند. در سال‌های اخیر از آنجاییکه شبکه‌های فقط سیمی زیاد استفاده نمی‌شوند، روترهای وای فای را داخل پوسته سخت‌افزاری مودم قرار می‌دهند. به منظور بهبود عملکرد، همراه روتر می‌توان رنج اکستندر (Range Extender)، اکسس پوینت‌، تقویت کننده‌ وای فای و آنالایزر شبکه را نیز مستقر کرد.

مودم (Modem)

مودم یک جزء ضروری برای یک شبکه محلی است که سیگنال‌های آنالوگ ارسال شده از طریق سیم‌ها و کابل‌ها را به فرمت دیجیتال تبدیل می‌کند (و بالعکس). مودم‌های سنتی دستگاه‌های مستقلی هستند که بر روی خطوط تلفن سنتی، عمدتا آنالوگ، کار کرده و دارای محدودیت سرعت انتقال داده، در حدود 56 کیلوبیت در ثانیه، هستند. در حالی که چندین جایگزین مدرن و کارآمد به جای مودم‌های سنتی وجود دارد. می‌توان از یک دستگاه مودم-روتر استفاده کرد که هم قابلیت تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال را دارد و هم قابلیت انتقال اطلاعات به صورت بی سیم (wireless). همچنین می‌توان سوییچ شبکه را با عملکرد مودم ترکیب کرد. شرکت‌هایی مانند Cisco و Dell همچنان مودم‌های کابلی قدرتمند و مستقل را برای استفاده سازمانی، تولید می‌کنند.

فایروال (Firewall appliance)

فایروال با محدود کردن نوع خاصی از ترافیک اینترنت، از دستگاه‌ها و سرورهای کاربر نهایی در برابر حملات امنیتی مرتبط با شبکه محافظت می‌کند. امروزه اکثر دستگاه های کاربر نهایی با نرم افزار فایروال داخلی (built-in firewall) عرضه می‌شوند و همچنین می‌توان نرم‌افزارهای امنیتی دیگر را خریداری یا از اینترنت دانلود کرد. برخی از سیستم‌های روتر پیشرفته‌تر موجود در بازار دارای قابلیت فایروال نیز هستند. به صورت اختیاری، می‌توان یک دستگاه فایروال سخت‌افزاری را به‌عنوان جزئی از شبکه محلی پیاده‌سازی کرد که بین روتر و سوییچ شبکه یا بین سوییچ و سرور مرکزی قرار می‌گیرد تا تمام ترافیک را که به دستگاه‌های کاربر نهایی جریان می‌یابد، تنظیم کند.

نکات کلیدی

زیرساخت یک شبکه محلی قوی می‌تواند اتصال قابل اعتمادی را فراهم و از فرآیندهای تجاری پشتیبانی کند. برای دستیابی به این هدف، شرکت ها باید عناصر کلیدی زیر را به خاطر بسپارند:

شبکه محلی  به اتصال دستگاه‌ها در شعاع 1 کیلومتری (سیمی) یا شعاع 100 متری (بی سیم) کمک می‌کند.

شبکه محلی دارای هفت جزء ضروری و یک جزء اختیاری (فایروال)، برای عملکرد و امنیت بهینه، است.

شبکه محلی با معرفی هوش مصنوعی و ابر، همچنان یک فناوری پویا (داینامیک) به حساب می‌آید.

با اهمیت دادن به معماری شبکه، کاربران، در هر مقیاسی (مصرف کننده، SMB یا سازمانی)، می‌توانند عملکرد شبکه را بهبود بخشیده، در هزینه ها صرفه جویی کنند و خطرات امنیتی را به حداقل برسانند.

می‌توانید دیدگاه‌های خود را با ما به اشتراک بگذارید.