कंप्यूटर नेटवर्क

Wi-Fi पर फ़ोन, स्कूल की कंप्यूटर लैब और स्वयं इंटरनेट — सभी कंप्यूटर नेटवर्क हैं — ऐसे जुड़े उपकरण जो डेटा और संसाधन साझा कर सकें। यह अध्याय देखता है कि नेटवर्क कुछ जुड़े विश्वविद्यालयी कंप्यूटरों से कैसे बढ़े, उन्हें उनके द्वारा ढके क्षेत्र के अनुसार वर्गीकृत करता है, बताता है कि हर नेटवर्क उपकरण क्या करता है, उपकरणों को आपस में जोड़ने के तरीक़ों की तुलना करता है, और दिखाता है कि हर उपकरण की पहचान कैसे होती है — एक निश्चित भौतिक पते और एक तार्किक पते से — और वेबसाइट-पते जैसा नाम उस संख्या में कैसे बदला जाता है जिसे नेटवर्क वास्तव में प्रयोग करता है। यहाँ उपकरण-कार्य और टोपोलॉजी के प्रश्न सबसे अधिक आते हैं, अतः हर उपकरण को उसके काम से याद करें।

नेटवर्क क्या है, और नेटवर्क कैसे विकसित हुए

कंप्यूटर नेटवर्क दो या अधिक कंप्यूटिंग उपकरणों — जिन्हें नोड या होस्ट कहते हैं — का परस्पर जुड़ाव है, ताकि वे डेटा का आदान-प्रदान और प्रिंटर, फ़ाइलें या इंटरनेट कनेक्शन जैसे संसाधन साझा कर सकें। नेटवर्क तारयुक्त, बेतार या दोनों हो सकता है, और उस पर उपकरण कंप्यूटर व फ़ोन से लेकर प्रिंटर व सेंसर तक होते हैं।

नेटवर्कों के विकास के पड़ाव
  1. 1969
    अमेरिकी रक्षा विभाग की ARPA द्वारा वित्तपोषित ARPANET विश्वविद्यालयों व अनुसंधान केंद्रों के कंप्यूटरों को जोड़ता है — इंटरनेट का अग्रदूत
  2. 1971
    रे टॉमलिंसन नेटवर्क पर कंप्यूटरों के बीच पहला ई-मेल भेजते हैं
  3. 1983
    ARPANET, TCP/IP पर स्थानांतरित होता है, वह प्रोटोकॉल-समूह जिस पर इंटरनेट आज भी चलता है
  4. 1986
    अमेरिकी राष्ट्रीय विज्ञान फ़ाउंडेशन का NSFNET अनुसंधान-नेटवर्कों को एक व्यापक बैकबोन में जोड़ता है
  5. 1989–91
    CERN में टिम बर्नर्स-ली वर्ल्ड वाइड वेब विकसित करते हैं — HTML, URL और HTTP
  6. 1997
    पहला Wi-Fi मानक, IEEE 802.11, प्रकाशित होता है

नेटवर्क के प्रकार: PAN, LAN, MAN, WAN

ढके गए क्षेत्र के अनुसार नेटवर्क
प्रकारक्षेत्रउदाहरण
PAN — व्यक्तिगत क्षेत्र नेटवर्कएक व्यक्ति के आसपास के उपकरण, लगभग 10 मीटर के भीतरब्लूटूथ से वायरलेस ईयरफ़ोन से, या USB से लैपटॉप से जुड़ा फ़ोन
LAN — स्थानीय क्षेत्र नेटवर्कएक कमरा, भवन या परिसर, लगभग एक किलोमीटर तक; उच्च गति, एक संगठन के स्वामित्व मेंईथरनेट केबल या Wi-Fi प्रयोग करती स्कूल कंप्यूटर लैब
MAN — महानगरीय क्षेत्र नेटवर्कएक शहर या कुछ दसियों किलोमीटर — वस्तुतः विस्तारित LANपूरे शहर में फैला केबल टीवी नेटवर्क
WAN — विस्तृत क्षेत्र नेटवर्कएक देश, महाद्वीप या विश्व, प्रायः अनेक LAN व MAN को जोड़ताइंटरनेट, सबसे बड़ा WAN; शाखाओं को जोड़ने वाला किसी बैंक का नेटवर्क

नेटवर्क उपकरण

  • मॉडेम (MOdulator–DEModulator): कंप्यूटर के डिजिटल संकेत को टेलीफ़ोन या केबल लाइन पर भेजने हेतु एनालॉग संकेत में, और दूसरे सिरे पर एनालॉग को वापस डिजिटल में बदलता है।
  • ईथरनेट कार्ड (NIC, नेटवर्क इंटरफ़ेस कार्ड): वह हार्डवेयर जो कंप्यूटर को तारयुक्त नेटवर्क से जोड़ता है; हर कार्ड पर एक अद्वितीय भौतिक पता, उसका MAC पता, होता है और सामान्यतः एक RJ45 सॉकेट।
  • RJ45 (Registered Jack-45): LAN में प्रयुक्त ट्विस्टेड-पेयर ईथरनेट केबलों के सिरों पर लगा आठ-पिन वाला कनेक्टर।
  • रिपीटर: केबल पर चलते-चलते संकेत कमज़ोर होता है (ईथरनेट केबल पर लगभग 100 मीटर के बाद); रिपीटर उसे पुनर्जीवित करता है ताकि वह और आगे जा सके।
  • हब: LAN के कई उपकरणों को जोड़ता है; एक पोर्ट पर आया डेटा हर दूसरे पोर्ट पर भेज दिया जाता है, अतः सभी उपकरण बैंडविड्थ साझा करते हैं और एक साथ भेजे गए संकेत टकरा सकते हैं।
  • स्विच: यह भी LAN के उपकरणों को जोड़ता है, पर हर फ़्रेम का गंतव्य (MAC) पता पढ़कर उसे केवल अभीष्ट उपकरण के पोर्ट पर भेजता है, जिससे अनावश्यक ट्रैफ़िक और टकराव घटते हैं।
  • राउटर: भिन्न नेटवर्कों को जोड़ता है — जैसे किसी LAN को इंटरनेट से — और IP पतों का प्रयोग कर हर डेटा पैकेट को उसके गंतव्य की ओर, मार्ग चुनते हुए, अग्रेषित करता है।
  • गेटवे: किसी नेटवर्क का प्रवेश और निकास बिंदु, जो भिन्न प्रोटोकॉल प्रयोग करने वाले नेटवर्कों को जोड़कर उनके बीच अनुवाद करता है; यह प्रायः राउटर और फ़ायरवॉल के साथ संयुक्त होता है।
⚠️ हब सबको भेजता है, स्विच पहुँचाता है
दोनों एक LAN के उपकरणों को जोड़ते हैं, इसीलिए इन्हें भ्रामक विकल्पों के रूप में साथ रखा जाता है। हब सब कुछ सबको प्रतिलिपि करता है; स्विच MAC पते से एक पोर्ट तक पहुँचाता है। राउटर वह है जो IP पते से नेटवर्कों के बीच काम करता है।

नेटवर्क टोपोलॉजी

उपकरणों को कैसे व्यवस्थित और जोड़ा जा सकता है
टोपोलॉजीव्यवस्थागुणदोष
मेशहर उपकरण सीधे हर दूसरे से जुड़ा; n उपकरणों को n(n − 1)/2 कड़ियाँ चाहिएबहुत विश्वसनीय — टूटी कड़ी के विकल्प हैंकेबलिंग महँगी और जटिल
रिंगहर उपकरण ठीक दो पड़ोसियों से जुड़ा, बंद लूप बनाता; डेटा सामान्यतः एक दिशा में बहतासरल, व्यवस्थित संचरणएक विफल नोड या कड़ी रिंग तोड़ सकती है
बससभी उपकरण एक साझा बैकबोन केबल से जुड़े, सिरों पर टर्मिनेटरकम केबल, सस्ता और लगाने में आसानबैकबोन में दोष पूरे नेटवर्क को रोक देता है
स्टारहर उपकरण अपनी केबल से केंद्रीय हब या स्विच से जुड़ाएक उपकरण की विफलता दूसरों को प्रभावित नहीं करती; उपकरण जोड़ना और दोष ढूँढना आसानकेंद्रीय उपकरण विफल हो तो पूरा नेटवर्क रुक जाता है
ट्री (हाइब्रिड)एक साझा बैकबोन से जुड़े स्टार नेटवर्कों का पदानुक्रमबड़े संगठनों तक बढ़ाया जा सकता हैबैकबोन और ऊपरी स्तरों पर निर्भर
🧠 मेश कड़ियाँ गिनना
n उपकरणों में से हर एक शेष n − 1 से जुड़ता है, और हर कड़ी दो उपकरणों में साझी है, अतः गिनती n(n − 1)/2 है। छह उपकरणों को 6 × 5 / 2 = 15 कड़ियाँ चाहिए, न 30 न 36।

नोड की पहचान: MAC और IP पते

MAC (Media Access Control) पता वह भौतिक पता है जिसे निर्माता नेटवर्क इंटरफ़ेस कार्ड में स्थायी रूप से डालता है। यह 48 बिट (6 बाइट) लंबा है और जोड़ों में 12 हेक्साडेसिमल अंकों के रूप में लिखा जाता है, जैसे FC:F8:AE:CE:7B:16। पहले तीन बाइट निर्माता की पहचान करते हैं (organisationally unique identifier) और अंतिम तीन निर्माता उस कार्ड को देता है। MAC पता कार्ड के लिए निश्चित है और उपकरण के किसी दूसरे नेटवर्क में जाने पर नहीं बदलता।

IP (Internet Protocol) पता नेटवर्क पर किसी उपकरण को दिया गया तार्किक पता है, और उपकरण के किसी भिन्न नेटवर्क से जुड़ने पर यह बदल सकता है। IPv4 पता 32 बिट का है, बिंदुओं से अलग 0 से 255 तक की चार दशमलव संख्याओं के रूप में लिखा — 192.168.0.178। चूँकि 32 बिट केवल लगभग 4.3 अरब पते देते हैं, 128-बिट पतों वाला IPv6 लाया गया, कोलन से अलग चार हेक्साडेसिमल अंकों के आठ समूहों के रूप में लिखा, जैसे 2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:0000:0001। एक उपयोगी तुलना: MAC पता बताता है कि उपकरण कौन है, IP पता यह कि वह नेटवर्क पर अभी कहाँ है।

इंटरनेट, वेब, और डोमेन नाम

इंटरनेट नेटवर्कों का विश्वव्यापी नेटवर्क है — वे केबल, राउटर और प्रोटोकॉल जो कंप्यूटरों के बीच डेटा ले जाते हैं। वर्ल्ड वाइड वेब (WWW) उस पर चलने वाली एक सेवा है: HTML में लिखे परस्पर जुड़े वेब पृष्ठों की प्रणाली, प्रत्येक एक URL (uniform resource locator) से पहचाना जाता है और HTTP से लाया जाता है। ई-मेल, फ़ाइल-स्थानांतरण और वीडियो कॉल भी इंटरनेट का प्रयोग करते हैं, बिना वेब का भाग हुए।

इंटरनेट पर कंप्यूटर एक-दूसरे को IP पते से ढूँढते हैं, पर लोग नाम याद रखते हैं। ncert.nic.in जैसा डोमेन नाम किसी सर्वर का पठनीय नाम है; इसका सबसे दायाँ भाग शीर्ष-स्तरीय डोमेन (top-level domain) है — .com, .org, .edu, .gov और .net जैसे सामान्य, या .in जैसे देश-कोड। डोमेन नाम प्रणाली (DNS) इंटरनेट की निर्देशिका है: जब ब्राउज़र को डोमेन नाम दिया जाता है, एक DNS सर्वर उसे देखकर मेल खाता IP पता लौटाता है, इस प्रक्रिया को डोमेन नाम समाधान (resolution) कहते हैं। उसके बाद ही ब्राउज़र वेब सर्वर से संपर्क कर सकता है।

मुख्य बिंदु

  • नेटवर्क डेटा व संसाधन साझा करने हेतु नोड जोड़ता है; ARPANET (1969) इंटरनेट का अग्रदूत था, और टिम बर्नर्स-ली ने वेब बनाया।
  • PAN एक व्यक्ति के आसपास, LAN एक भवन या परिसर, MAN एक शहर, WAN एक देश या विश्व — इंटरनेट सबसे बड़ा WAN है।
  • मॉडेम डिजिटल ↔ एनालॉग बदलता है; रिपीटर पुनर्जीवित करता है; हब सब पोर्टों पर, स्विच MAC से एक पर भेजता है; राउटर IP से नेटवर्क जोड़ता है; गेटवे भिन्न प्रोटोकॉल जोड़ता है।
  • मेश को n(n − 1)/2 कड़ियाँ चाहिए; बस अपनी बैकबोन से, स्टार अपने केंद्र से विफल होता है, और स्टार एक नोड खोने पर भी चलता है।
  • MAC: 48-बिट भौतिक पता, पहले 3 बाइट निर्माता; IPv4: 32-बिट बिंदु-दशमलव; IPv6: कोलन सहित 128-बिट हेक्साडेसिमल।
  • वेब इंटरनेट पर एक सेवा है; DNS डोमेन नाम को सर्वर के IP पते में बदलता है।

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. एक केबल टीवी संचालक पूरे शहर में घरों और कार्यालयों को जोड़ता है। यह किस प्रकार का नेटवर्क है?

    1. PAN
    2. LAN
    3. WAN
    4. MAN
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — MAN

    शहर भर में फैला नेटवर्क महानगरीय क्षेत्र नेटवर्क है, और शहर भर का केबल टीवी नेटवर्क पुस्तक का अपना उदाहरण है। LAN एक भवन या परिसर तक और PAN एक व्यक्ति के आसपास के उपकरणों तक सीमित है। WAN देशों या महाद्वीपों में फैला होता है; एक शहर के नेटवर्क को WAN कहना पैमाने से आगे निकल जाना है।

  2. कौन-सा उपकरण कंप्यूटर के डिजिटल संकेतों को टेलीफ़ोन लाइन के लिए एनालॉग संकेतों में, और प्राप्ति सिरे पर वापस, बदलता है?

    1. रिपीटर
    2. मॉडेम
    3. स्विच
    4. RJ45 कनेक्टर
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — मॉडेम

    मॉडेम का अर्थ है मॉड्यूलेटर–डीमॉड्यूलेटर: मॉड्यूलेशन डिजिटल डेटा को लाइन के लिए एनालॉग संकेत में बदलता है और डीमॉड्यूलेशन उसे उलटता है। रिपीटर कमज़ोर संकेत को उसका प्रकार बदले बिना पुनर्जीवित करता है, स्विच LAN के भीतर फ़्रेम अग्रेषित करता है, और RJ45 कनेक्टर ईथरनेट केबल के सिरे पर लगा निष्क्रिय प्लग है।

  3. कौन-सा कथन हब और स्विच में सही अंतर करता है?

    1. हब IP पतों से डेटा अग्रेषित करता है, जबकि स्विच डोमेन नामों से
    2. हब आने वाला डेटा अपने सभी पोर्टों पर भेजता है; स्विच केवल अभीष्ट उपकरण को
    3. हब भिन्न नेटवर्कों को जोड़ता है, जबकि स्विच एक LAN के उपकरणों को
    4. हब कमज़ोर संकेतों को पुनर्जीवित करता है, जबकि स्विच उन्हें डिजिटल से एनालॉग में बदलता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — हब आने वाला डेटा अपने सभी पोर्टों पर भेजता है; स्विच केवल अभीष्ट उपकरण को

    दोनों एक LAN के उपकरण जोड़ते हैं; अंतर पहुँचाने में है। हब हर फ़्रेम हर पोर्ट पर प्रतिलिपि करता है, अतः सभी उपकरण बैंडविड्थ साझा करते हैं, जबकि स्विच गंतव्य MAC पता पढ़कर फ़्रेम एक पोर्ट पर भेजता है। नेटवर्कों के बीच IP पते से अग्रेषण राउटर का काम है, पुनर्जीवन रिपीटर का, और डिजिटल से एनालॉग रूपांतरण मॉडेम का।

  4. छह कंप्यूटरों को पूर्ण मेश टोपोलॉजी में जोड़ना है। कितनी समर्पित कड़ियाँ आवश्यक हैं?

    1. 30
    2. 36
    3. 15
    4. 6
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — 15

    हर कंप्यूटर शेष पाँच से जुड़ता है, पर हर कड़ी दो कंप्यूटरों को जोड़ती है और अन्यथा दो बार गिनी जाती, अतः कुल 6 × 5 / 2 = 15। तीस हर कड़ी को दोनों सिरों से गिनता है, और 36, 6 को 6 से गुणा करता है मानो कोई कंप्यूटर स्वयं से जुड़ता हो। छह कड़ियाँ केवल रिंग के लिए पर्याप्त होतीं।

  5. MAC पते के बारे में कौन-सा कथन सही है?

    1. यह 32 बिट लंबा है और उपकरण के नए नेटवर्क से जुड़ने पर हर बार बदलता है
    2. यह 128 बिट लंबा है और हेक्साडेसिमल अंकों के आठ समूहों के रूप में लिखा जाता है
    3. यह 48 बिट लंबा है, और इसके पहले तीन बाइट निर्माता की पहचान करते हैं
    4. यह हर बार ऑनलाइन होने पर DNS सर्वर द्वारा उपकरण को दिया जाता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — यह 48 बिट लंबा है, और इसके पहले तीन बाइट निर्माता की पहचान करते हैं

    MAC पता नेटवर्क कार्ड में स्थायी 48-बिट भौतिक पता है, जिसके पहले तीन बाइट निर्माता बताते हैं और अंतिम तीन वह उस कार्ड के लिए तय करता है। नेटवर्क-दर-नेटवर्क बदलने वाला 32-बिट पता IPv4 पता है, और आठ हेक्साडेसिमल समूहों में 128 बिट IPv6 है। DNS सर्वर नामों को IP पतों में बदलते हैं और कुछ नहीं देते।

  6. निम्नलिखित में से कौन-सा वैध IPv4 पता है?

    1. 192.168.10.255
    2. 256.100.20.1
    3. 192.168.1
    4. 10.0.0.0.1
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — 192.168.10.255

    IPv4 पता 32 बिट का है जो ठीक चार संख्याओं के रूप में लिखा जाता है, प्रत्येक 0 से 255 तक क्योंकि प्रत्येक एक बाइट है; 192.168.10.255 दोनों नियमों पर खरा है। 256 एक बाइट के लिए बहुत बड़ा है। 192.168.1 में केवल तीन भाग हैं, यानी 24 बिट, और 10.0.0.0.1 में पाँच भाग हैं, जो 32 बिट की अनुमति से अधिक है।

  7. अभिकथन (A): IPv6 पते कोलन से अलग हेक्साडेसिमल अंकों के समूहों के रूप में लिखे जाते हैं। कारण (R): IPv6 इसलिए लाया गया कि IPv4 का 32-बिट पता-स्थान समाप्त हो रहा था।

    1. A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है
    2. A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A की सही व्याख्या नहीं है
    3. A सत्य है, पर R असत्य है
    4. A असत्य है, पर R सत्य है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A की सही व्याख्या नहीं है

    दोनों कथन तथ्य हैं: IPv6 पते कोलन से अलग आठ हेक्साडेसिमल समूहों में लिखे जाते हैं, और IPv6 इसलिए बना कि 32 बिट पर्याप्त पते नहीं दे सकते थे। पर R बताता है कि IPv6 क्यों है और उसके पते लंबे (128 बिट) क्यों हैं, यह नहीं कि वे कोलन सहित हेक्साडेसिमल में क्यों लिखे जाते हैं — वह 128 बिट को पठनीय रखने हेतु चुना गया संकेतन है। अतः R, A की व्याख्या नहीं करता।

  8. जब उपयोगकर्ता ब्राउज़र में किसी वेबसाइट का डोमेन नाम टाइप करता है, तो डोमेन नाम प्रणाली (DNS) क्या करती है?

    1. वह पृष्ठ को कूटबद्ध करती है ताकि रास्ते में उसे पढ़ा न जा सके
    2. वह उपयोगकर्ता के कंप्यूटर को नया MAC पता देती है
    3. वह इंटरनेट के हर वेब पृष्ठ की प्रति सहेजती है
    4. वह डोमेन नाम को वेब सर्वर के IP पते में बदलती है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — वह डोमेन नाम को वेब सर्वर के IP पते में बदलती है

    कंप्यूटर सर्वर को उसके IP पते से ढूँढते हैं, अतः पहले नाम देखना पड़ता है; DNS सर्वर मेल खाता IP पता लौटाता है और उसके बाद ही ब्राउज़र जुड़ सकता है। कूटबद्धन HTTPS का काम है, MAC पता नेटवर्क कार्ड में स्थायी है और DNS उसे कभी नहीं देता, और DNS नाम-से-पता रिकॉर्ड रखता है, पृष्ठों की प्रतियाँ नहीं।