شبکه دانشگاهی

زمان تخمینی مطالعه: 15 دقیقه  

شبکه دانشگاهی (Campus Network) یا شبکه مجتمع دانشگاهی زیرساختی است که در دانشگاه‌ها، موسسات آموزش عالی و مجتمع‌های آموزشی استفاده می‌شود. این شبکه‌ها طراحی شده‌اند تا نیازهای مختلف ارتباطی و فناوری اطلاعات دانشگاه را برآورده کنند. شبکه دانشگاهی به طور معمول شامل انواع ارتباطات شبکه از جمله اتصال به اینترنت، ارتباطات داخلی دانشگاه، ارتباطات بین دانشگاه و شبکه‌های دیگر (مانند اینترنت و دانشگاه‌های دیگر) و اتصال به سرویس‌های داخلی (مانند سیستم‌های مدیریت دانشگاه، کتابخانه‌ها، سامانه‌های آموزشی و غیره) است. به طور معمول، شبکه دانشگاهی دارای زیرساخت فیزیکی قدرتمندی است که از تجهیزات شبکه مانند سوییچ‌ها، روترها، آپلینک‌ها، فایروال‌ها و سرورها استفاده می‌کند. این شبکه‌ها به طور معمول شامل زیرساخت‌های شبکه سیمی و بی‌سیم است.

چرا به شبکه‌های دانشگاهی نیاز داریم؟

با توجه به حجم گسترده و متنوع سرویس‌ها و نیازهای شبکه دانشگاهی، طراحی، مدیریت و امنیت آن‌ها با چالش‌هایی مانند زیرساخت‌های قدرتمند، پهنای باند بالا، مقیاس‌پذیری، امنیت کارآمد، مدیریت دقیق هویت شبکه روبه‌رو هستند. با این‌حال، شبکه‌های فوق طراحی شده‌اند تا نیازهای مختلف ارتباطی و فناوری اطلاعات دانشگاه را پاسخ‌گو باشند. از دلایل مهمی که نیاز به شبکه‌های دانشگاهی را ضروری می‌کند به موارد زیر باید اشاره کرد:

• فراهم کردن ارتباطات اینترنتی دانشجویان و اعضای هیات علمی
• ارائه دسترسی به منابع آموزشی و اطلاعاتی دانشجویان و هیات علمی
• برقراری ارتباطات داخلی بین ادارات، واحدها و سازمان‌های مختلف دانشگاه
• پشتیبانی از سرویس‌های داخلی مانند سیستم‌های مدیریت دانشگاه، پایگاه‌های داده، سامانه‌های اداری و غیره
• ایجاد زیرساخت‌های امنیتی برای محافظت از داده‌ها و اطلاعات دانشگاهی
• پشتیبانی از فعالیت‌های پژوهشی و تحقیقاتی دانشگاه

معماری شبکه دانشگاهی به چه صورتی است؟

معماری شبکه دانشگاهی به شکلی متناسب با نیازها و انتظارات دانشگاه طراحی و پیاده‌سازی می‌شود. این معماری معمولا شامل چند لایه از تجهیزات شبکه است که وظایف مختلفی را بر عهده دارند. در زیر به برخی از مولفه‌های اصلی یک معماری شبکه دانشگاهی اشاره می‌کنیم:

لایه دسترس (Access Layer): در این لایه، تجهیزات شبکه مستقیما با دستگاه‌های متصل به شبکه، مانند کامپیوترها، لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های هوشمند، ارتباط برقرار می‌کنند. تجهیزاتی مانند سوییچ‌ها (Switches) و اکسس پوینت‌های بی‌سیم (Wireless AP) در این لایه قرار می‌گیرند تا ارتباط بین دستگاه‌ها و شبکه فراهم شود.

لایه توزیع (Distribution Layer): در این لایه، ترافیک شبکه دانشگاهی مدیریت و کنترل می‌شود. تجهیزاتی مانند سوییچ‌های توزیع (Distribution Switches) در این لایه قرار می‌گیرند. این تجهیزات وظیفه مسیریابی بین شبکه‌های مختلف و توزیع ترافیک را بر عهده دارند.

لایه هسته (Core Layer): این لایه مرکزی‌ترین بخش شبکه دانشگاهی است و مسئولیت ارسال ترافیک بین لایه‌های دسترسی و توزیع را بر عهده دارد. در این لایه، ترافیک شبکه بصورت عمودی و سریع انتقال می‌یابد. روترها و سوییچ‌های مرکزی در این لایه قرار می‌گیرند.

لایه داده‌یابی: در برخی از دانشگاه‌ها، شبکه‌های داده‌یابی نیز ممکن است در معماری شبکه دانشگاهی وجود داشته باشند. این شبکه‌ها برای ارتباط با سرورها، سیستم‌های ذخیره‌سازی داده و سایر تجهیزات مرکزداده استفاده می‌شوند.

علاوه بر این‌ها، در معماری شبکه دانشگاهی از تجهیزات دیگری مثل تجهیزات بی‌سیم برای برقراری ارتباط تجهیزات بی‌سیم با شبکه و همچنین فایروال (Firewall) جهت تامین امنیت شبکه، سیستم‌های تحلیل ترافیک و مدیریت شبکه استفاده شود.

معماری شبکه دانشگاهی بسته به انتظارات و نیازهای خاص هر دانشگاه ممکن است، متفاوت باشد. این معماری می‌تواند به صورت محلی برای یک دانشگاه خاص طراحی شود یا به صورت یک شبکه دانشگاهی بزرگ‌تر که چند دانشگاه و واحد آموزشی را شامل می‌شود، طراحی شود. همچنین، با توجه به تکنولوژی‌ها و نیازهای روزافزون شبکه‌ها، معماری شبکه دانشگاهی نیز به‌طور مداوم به‌روزرسانی می‌شود

معماری شبکه دانشگاهی از چه تجهیزاتی برای ارتباط بین دستگاه‌ها استفاده می‌کند؟

معماری شبکه دانشگاهی برای ارتباط بین دستگاه‌ها از تجهیزات مختلفی استفاده می‌کند. برخی از تجهیزات اصلی که در شبکه دانشگاهی ممکن است استفاده شوند به شرح زیر هستند:

سوییچ (Switch): سوییچ‌ها در لایه دسترسی شبکه دانشگاهی استفاده می‌شوند تا ارتباط بین دستگاه‌های متصل به شبکه را فراهم کنند. سوییچ‌ها دارای پورت‌های اترنت هستند و به وسیله کابل‌های شبکه به دستگاه‌ها متصل می‌شوند.

روتر (Router): روترها در لایه توزیع و مرکزی دانشگاهی استفاده می‌شوند. آن‌ها وظیفه مسیریابی بین شبکه‌های مختلف را بر عهده دارند و ارتباط بین شبکه‌های مختلف را فراهم می‌کنند.

اکسس پوینت‌های بی‌سیم (Wireless AP): در دانشگاه‌ها، شبکه‌های بی‌سیم (Wi-Fi) بسیار رایج هستند. اکسس پوینت‌های بی‌سیم برای ایجاد ارتباط بی‌سیم با دستگاه‌ها مانند لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه و دستگاه‌های هوشمند استفاده می‌شوند.

فایروال (Firewall): فایروال‌ها برای امنیت شبکه دانشگاهی استفاده می‌شوند. آن‌ها وظیفه حفاظت از شبکه در برابر تهدیدات امنیتی مانند حملات نفوذ و خرابکاری را بر عهده دارند.

سوییچ‌های توزیعی (Distribution Switches): سوییچ‌های توزیع در لایه توزیع قرار می‌گیرند و وظیفه توزیع ترافیک بین لایه دسترسی و هسته را بر عهده دارند.

سوییچ‌های مرکزی (Core Switches): سوییچ‌های مرکزی در لایه هسته قرار می‌گیرند و مسئولیت دریافت ترافیک از لایه‌های توزیع و ارسال آن‌ها به سرور را بر عهده دارند.

همچنین، تجهیزات دیگری مانند سرورها، سوییچ‌های لایه سه (Layer 3 Switches)، سیستم‌های تحلیل ترافیک و مدیریت شبکه نیز ممکن است در معماری شبکه دانشگاهی استفاده شوند. این تجهیزات وظایف خاصی مثل ذخیره‌سازی داده‌ها، پردازش ترافیک، مدیریت و نظارت بر شبکه و ارائه خدمات مختلف در شبکه را بر عهده می‌گیرند.

چه نقشی در معماری شبکه دانشگاهی بر عهده لایه مرکزی است؟

لایه مرکزی در معماری شبکه دانشگاهی نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. لایه مرکزی مسئولیت ارسال ترافیک بین لایه‌های دیگر شبکه را بر عهده دارد و برای برقراری ارتباط سریع و عمودی بین دستگاه‌ها استفاده می‌شود. برخی از نقش‌ها و وظایف لایه هسته در معماری شبکه دانشگاهی به شرح زیر است:

تامین ترافیک بالا: لایه هسته معمولا از سوییچ‌های با ظرفیت بالا و قابلیت پردازش بالا استفاده می‌کند. این تجهیزات قادرند ترافیک بسیار بالا را بین لایه‌های دیگر شبکه منتقل کنند و به دستگاه‌ها امکان برقراری ارتباط با سرعت بالا را بدهند.

مسیریابی و شناسایی بهترین مسیر: لایه هسته با استفاده از الگوریتم‌های مسیریابی پیشرفته، بهترین مسیر برای انتقال ترافیک بین شبکه‌های مختلف را تعیین می‌کند. این الگوریتم‌ها بر اساس عواملی مانند پهنای باند، مسیر کوتاه، هزینه و وضعیت شبکه، مسیر مناسب را انتخاب می‌کنند و ترافیک را به صورت بهینه انتقال می‌دهند.

ارائه خدمات شبکه به شکل متمرکز: در لایه هسته، سرویس‌های کلیدی شبکه مانند سرویس‌های احراز هویت، مدیریت دسترسی و فایروال قرار می‌گیرند. این سرویس‌ها به صورت متمرکز و مرکزی ارائه می‌شوند تا به تمامی دستگاه‌ها و کاربران در شبکه دسترسی و کنترل مناسب را بدهند.

امنیت: لایه هسته می‌تواند به‌عنوان یک زیرساخت برای تامین امنیت شبکه عمل کند. با استفاده از فایروال‌ها، سیستم‌های تحلیل ترافیک و سایر ابزارهای امنیتی، لایه هسته می‌تواند شبکه را در برابر تهدیدات امنیتی محافظت کند و حملات را تشخیص داده و مسدود کند.

مدیریت ترافیک: لایه هسته قادر است ترافیک شبکه را مدیریت کند و به توزیع مناسب آن در شبکه کمک کند. با استفاده از الگوریتم‌ها و سیاست‌های مدیریت ترافیک، لایه هسته می‌تواند ترافیک را میان دستگاه‌ها و شبکه‌ها تنظیم کرده و بهبود کارایی و عملکرد شبکه را تضمین کند.

امنیت شبکه دانشگاهی

با توجه به این‌که شبکه دانشگاهی میزبان اطلاعا حساس و مهمی است، باید تمهیدات لازم برای محافظت از داده‌ها، سیستم‌ها و ارتباطات در نظر گرفته شود. به دلیل حجم زیاد اطلاعات حساس و مهم در شبکه دانشگاهی، امنیت باید به طور جدی مدنظر قرار گیرد. برخی از نکات امنیتی که در ارتباط با شبکه دانشگاهی باید مورد توجه قرار بگیرند به شرح زیر هستند:

 امنیت فیزیکی: امنیت فیزیکی شبکه دانشگاهی شامل محافظت و کنترل دسترسی به تجهیزات شبکه و زیرساخت‌های فیزیکی می‌شود. این موضوع شامل محافظت از سرورها، سوییچ‌ها، روترها، کابل‌ها، رک‌های سرور و اتاق‌های سرور است. دسترسی محدود به این تجهیزات و جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به فضاهای فیزیکی مانع از دسترسی غیرمجاز، سرقت یا آسیب‌رسانی به تجهیزات می‌شود.

امنیت شبکه بی‌سیم: شبکه‌های بی‌سیم (Wi-Fi) در دانشگاه‌ها از مولفه‌های کلیدی هستند. امنیت شبکه بی‌سیم باید به طور مناسب بررسی و اجرا شود تا دسترسی غیرمجاز به شبکه‌ها و سرقت اطلاعات شبکه برای اشخاص غیرمجاز ممکن نشود. استفاده از پروتکل‌های امنیتی مانند WPA2 یا WPA3، استفاده از مکانیزم‌های شناسایی و احراز هویت کاربران، استفاده از شبکه‌های مهمان (Guest Network) و رمزنگاری اطلاعات از جمله روش‌هایی هستند که می‌توانند امنیت شبکه بی‌سیم را تقویت کنند.

رمزنگاری ارتباطات: استفاده از رمزنگاری برای حفاظت از داده‌های ارسالی در شبکه دانشگاهی بسیار اهمیت دارد. با استفاده از پروتکل‌های رمزنگاری مانند SSL/TLS برای ارتباطات وب، IPsec برای ارتباطات شبکه و استفاده از فناوری‌های رمزنگاری مورد تایید، می‌توان مانع سرقت اطلاعات یا حساب‌های کاربری شد و اطمینان حاصل کرد که اطلاعات با امنیت بالایی محافظت می‌شوند. همچنین، استفاده از شبکه‌های امن از طریق تونل‌های شبکه خصوصی مجازی نیز می‌توانند ارتباطات بین دانشگاه و دیگر شبکه‌ها را تضمین کنند.

مدیریت دسترسی: مدیریت دسترسی شامل احراز هویت کاربران، اعطای دسترسی به افراد مجاز و کنترل سطح دسترسی بر اساس نقش و مسئولیت کاربران است. با اجرای سیستم‌های مدیریت هویت و دسترسی (Identity and Access Management) و استفاده از روش‌های تایید هویت قوی مانند احراز هویت دو عاملی، امنیت شبکه دانشگاهی تقویت می‌شود.

پیکربندی و مدیریت سیستم‌ها: مدیریت صحیح و به‌روز نگه داشتن سیستم‌های شبکه از جمله سرورها، روترها، سوییچ‌ها و دیگر تجهیزات شبکه از اهمیت بالایی برخوردار است. این موضوع شامل به‌روزرسانی نرم‌افزارها و سیستم‌عامل‌ها با پچ‌ها و به‌روزرسانی‌های امنیتی، استفاده از رمزنگاری قوی برای دسترسی به سیستم‌ها، محدود کردن دسترسی به پورت‌ها و سرویس‌های غیرضروری و تنظیمات امنیتی است.

آموزش و آگاهی: آموزش کارمندان در مورد شیوه‌های امنیتی، رفتارهای امن و مسایل مرتبط با امنیت شبکه می‌تواند نقش مهمی در تقویت امنیت شبکه دانشگاهی داشته باشد. آموزش کارمندان در مورد رمزنگاری، استفاده از رمزهای قوی، عدم اشتراک‌گذاری اطلاعات حساس، شناسایی و پیشگیری از حملات فیشینگ و مهندسی اجتماعی و سایر تهدیدات امنیتی می‌تواند دانشجویان و کارکنان را به ارتقای امنیت ترغیب کند.

از چه توپولوژی‌هایی در Campus Network استفاده می‌شود؟

در شبکه‌های دانشگاهی از توپولوژی‌های مختلف استفاده شود، اما توپولوژی‌های زیر به طور معمول در این نوع شبکه‌ها کاربرد بیشتری دارند:

توپولوژی درختی (Hierarchical Topology): در این توپولوژی، سوییچ‌ها به صورت سلسله مراتبی متصل می‌شوند. یک سوییچ مرکزی (Core Switch) وجود دارد که به سوییچ‌های مجاور خود وصل است و سوییچ‌های مجاور به وسیله سوییچ‌ مرکزی به هم متصل می‌شوند. این توپولوژی بهترین کنترل و مدیریت را فراهم می‌کند و به‌دلیل ساختار سلسله مراتبی، قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی دارد. سوییچ‌های مرکزی می‌توانند به‌عنوان پل ارتباطی بین تمامی بخش‌های شبکه دانشگاهی عمل کنند و سوییچ‌های جزیی‌تر می‌توانند به عنوان نقطه اتصال بین واحدهای کوچک‌تر مانند بخش‌ها یا ساختمان‌ها عمل کنند. توپولوژی درختی در شبکه دانشگاهی به معنای ساختار سلسله مراتبی از دستگاه‌ها است که ارتباطات شبکه را بین سطوح مختلف سازماندهی می‌کند. در این توپولوژی، دستگاه‌ها به صورت سلسله مراتبی در سطوح مختلف قرار دارند و ارتباطات بین این سطوح از طریق دستگاه‌های مرکزی یا سوییچ‌های سطح بالا صورت می‌گیرد. استفاده از توپولوژی درختی در شبکه‌های دانشگاهی دارای مزایای زیر است:

سازماندهی سلسله مراتبی: توپولوژی درختی امکان سازماندهی شبکه به صورت سلسله مراتبی را فراهم می‌کند. این ساختار به مدیران شبکه امکان می‌دهد تا به راحتی سطوح مختلف شبکه را مدیریت و کنترل کنند.

قابلیت توسعه: با توپولوژی درختی، امکان افزودن سوییچ‌ها و دستگاه‌های جدید به ساختار شبکه وجود دارد. این موضوع به دانشگاه‌ها این امکان را می‌دهد تا با گسترش و توسعه، شبکه خود را به راحتی به سطح بالاتری ارتقا دهند.

کاهش تداخل و ترافیک: با ساختار سلسله مراتبی، ترافیک در شبکه به صورت محدودتر و کنترل‌شده‌تری جریان خواهد داشت. این موضوع به حفظ عملکرد و کاهش تداخل در شبکه کمک می‌کند.

امنیت: استفاده از سوییچ‌های مرکزی در سطح بالاتر به مدیران شبکه امکان می‌دهد تا از طریق کنترل دسترسی به این سوییچ‌ها، امنیت شبکه را بهبود بخشند.

توپولوژی استار (Star Topology): در این توپولوژی، تمامی دستگاه‌ها به یک سوییچ مرکزی متصل می‌شوند. سوییچ مرکزی کنترل و مدیریت شبکه را بر عهده دارد و هر دستگاه به صورت مستقیم به سوییچ مرکزی متصل می‌شود. این توپولوژی ساده بوده و به راحتی قابل پیکربندی است. با استفاده از توپولوژی ستاره‌ای می‌توان به راحتی دستگاه‌ها را اضافه یا حذف کرد و شبکه را به‌روزرسانی کرد. همچنین، در صورت خرابی یک دستگاه، تاثیر آن روی سایر دستگاه‌ها کمتر است.

توپولوژی استار در شبکه دانشگاهی به معنای تمرکز ارتباطات روی یک نقطه مرکزی یا یک دستگاه مرکزی است که به تمامی دستگاه‌های دیگر در شبکه متصل است. در این توپولوژی، تمامی دستگاه‌ها (مانند کامپیوترها، سوییچ‌ها، روترها و سایر تجهیزات شبکه) به صورت مستقیم به دستگاه مرکزی یا سوییچ مرکزی متصل می‌شوند و تمامی ارتباطات شبکه از طریق این دستگاه مرکزی عبور می‌کنند.

در شبکه دانشگاهی با توپولوژی استار، معمولا سوییچ‌ها به عنوان دستگاه‌های مرکزی استفاده می‌شوند. سوییچ‌ها به تمامی دستگاه‌های شبکه متصل می‌شوند که از آن جمله باید به کامپیوترها در اتاق‌های درس، آزمایشگاه‌ها، واحدهای اداری و غیره اشاره کرد. ارتباطات بین دستگاه‌ها از طریق سوییچ‌ها و با انتقال بسته‌های داده از یک دستگاه به دستگاه دیگر انجام می‌شود. توپولوژی استار در شبکه‌های دانشگاهی به دلیل مزایای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

سهولت در نصب و پیکربندی: اضافه و حذف دستگاه‌ها به توپولوژی استار بسیار آسان است و نیاز به تغییرات گسترده در سایر دستگاه‌ها ندارد.

مدیریت مرکزی: با اتصال تمامی دستگاه‌ها به یک دستگاه مرکزی، مدیریت و پیکربندی شبکه ساده‌تر می‌شود و امکان کنترل ترافیک و مدیریت امنیت بر روی دستگاه مرکزی وجود دارد.

عملکرد بهتر: با تمرکز ارتباطات روی یک دستگاه مرکزی، مسیریابی بسته‌ها ساده‌تر است و تداخل کمتری در شبکه رخ می‌دهد.

به طور کلی، توپولوژی استار در شبکه‌های دانشگاهی به دلیل سهولت مدیریت، قابلیت اطمینان و عملکرد بهتر مورد توجه قرار دارد.

توپولوژی حلقه‌ای (Ring Topology): در این توپولوژی، دستگاه‌ها به صورت یک حلقه به یکدیگر متصل می‌شوند. این توپولوژی در شبکه‌های کوچک‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد و ممکن است در برخی از مدارس و دانشگاه‌ها به عنوان گزینه اصلی مورد استفاده قرار گیرد. توپولوژی حلقه‌ای در شبکه دانشگاهی به معنای اتصال دستگاه‌ها در یک حلقه بسته است. در این توپولوژی، هر دستگاه به دو دستگاه همسایه‌اش متصل می‌شود تا یک حلقه بسته ایجاد شود. اطلاعات در این حلقه به صورت یک جریان یا “توکن” (Token) مبادله می‌شوند و هر دستگاه در زمان خاصی مجاز به ارسال اطلاعات است.

در شبکه دانشگاهی با توپولوژی حلقه‌ای، دستگاه‌ها معمولا به صورت فیزیکی با استفاده از کابل‌های خاصی به یکدیگر متصل می‌شوند. هر دستگاه به دستگاه قبلی و بعدی خود متصل می‌شود و ارتباطات از طریق حلقه بسته بین دستگاه‌ها انجام می‌شود. استفاده از توپولوژی حلقه‌ای در شبکه دانشگاهی به دلایل است:

قابلیت تحمل خطا: در صورتی که یک کابل یا دستگاه در حلقه دچار خطا شود، سایر دستگاه‌ها همچنان قادر به ارسال و دریافت اطلاعات هستند. این قابلیت تحمل خطا می‌تواند در شبکه‌هایی با ارتباطات حساس و مهم مانند شبکه دانشگاهی بسیار ارزشمند باشد.

سادگی و هزینه کمتر: توپولوژی حلقه‌ای پیاده‌سازی ساده‌ای دارد و نیاز به کابل‌ها و دستگاه‌ها را کمتر می‌کند. به طوری که هزینه‌های جاری را به میزان قابل‌توجهی کمتر از توپولوژی‌های دیگری مثل توپولوژی استاری می‌کند. این موضوع می‌تواند هزینه نصب و پشتیبانی شبکه را کاهش دهد.

کنترل دسترسی: در توپولوژی حلقه‌ای، توکن به صورت متوالی بین دستگاه‌ها گردش می‌کند و هر دستگاه در زمان خاصی فقط مجاز به ارسال اطلاعات است. این مکانیزم کنترل دسترسی به حلقه و تضمین این‌که تنها یک دستگاه در هر زمان اطلاعات را ارسال می‌کند، می‌تواند منجر به بهبود عملکرد و کارایی شبکه شود.

هرچند که توپولوژی حلقه‌ای مزایا و کاربردهای خاص خود را دارد، اما محدودیت‌هایی نیز دارد. به عنوان مثال، اگر یک دستگاه در حلقه دچار خطا شود و قسمتی از حلقه قطع شود، ارتباط بین دستگاه‌ها قطع می‌شود و امکان ارسال و دریافت اطلاعات وجود نخواهد داشت. همچنین، در صورتی که یک دستگاه از کار افتد یا از حلقه خارج شود، تمام حلقه تحت تاثیر قرار می‌گیرد و شبکه از کار می‌افتد. با توجه به این محدودیت‌ها، در شبکه‌های دانشگاهی معمولا از توپولوژی‌های دیگری مثل توپولوژی استار یا شبکه‌ای استفاده می‌شود که امکان برقراری ارتباط مستقیم بین تمام دستگاه‌ها را فراهم می‌کنند و انعطاف‌پذیری و قابلیت توسعه شبکه را افزایش می‌دهند

بخوانید: ترکیب هوشمندانه مس و فیبرنوری با هدف نظارت دقیق