دروس في الشبكـــــــات

بسم الله الرحمن الرحيم
الشبكات
الدرس الاول

________________________________________
الشبكة هي وسيلة ربط بين أجزاء تتعلق ببعضها، تجمع بينها وظيفة مشتركة، وهي نظام قنوات أو خطوط تقوم بربط عدة نقاط ببعضها، وتدعى هذه النقاط بعقد أو Nodes، كعقد محطات شبكة القطارات، أو المدن المتصلة ببعضها بالطرق. إننا نستخدم الشبكات كل يوم، مثال ذلك، شبكة الهاتف.
ينطبق هذا المبدأ على الشبكات الحاسوبية فهي تربط الحواسب ببعضها وبطرفيات أخرى، تماماً كما هو الحال في المدن والمحطات.
الشبكات المحلية LANs
تدعى الحواسب المرتبطة ببعضها في منطقة جغرافية واحدة بشبكة منطقة محلية، أو شبكة محلية اختصاراً أو LAN كما هو شائع، وهو اختصار يرمز إلى Local Area Network. تعود ملكية هذه الشبكات عادةً إلى شركة واحدة، تكون مكاتبها في نفس الموقع أو البناء أو ضمن حرم واحد.
يوضح المخطط أدناه خارطة شبكة محلية خاصة بشركة، وتحوي على شبكات محلية صغيرة في كل قسم من أقسام الشركة، ويوجد في كل قسم مخدم خاص. يتم ربط كل من الشبكات الصغيرة بمجمّع أو محوّل مركزي Hub/Switch يقوم بربطها مع المخدم الرئيسي. في هذا المخطط، يكون لكل من أقسام الشركة مخدم خاص واحتياجات معلوماتية خاصة. يمنع هذا الترتيب الازدحام على المخدم أو الشبكة، الأمر الذي يحسن أداء الشبكة ككل. وتعرف هذه التقنية بتقنية تقسيم الشبكة Subnetting.

الشبكات الإقليمية WANs
الشبكات الإقليمية WANs هي شبكات تربط بين عدة شبكات موجودة في مناطق متباعدة جغرافياً، ويرمز اختصار WAN إلى Wide Area Networks. تمتد الشبكات الإقليمية ضمن مدينة، أو دولة، أو قارّة، أو حتى عبر الكرة الأرضية. تتم عملية وصل الشبكات الصغيرة ببعضها من خلال بنية اتصالات. بإمكان شركات الاتصالات مثل Mercury أو British Telecom القيام بتزويد خدمة الربط الإقليمي المطلوب لقاء أجر محدد.
بنية الاتصالات
هناك عدة تقنيات اتصالات متوفرة، لكل منها مستويات أداء وكلف مختلفة.
شبكة مؤسسة الهاتف PSTN
إن أقل أنظمة الربط الإقليمي كلفة هي تلك التي تتم عن طريق شبكة مؤسسة الهاتف PSTN أو
Public Systems Telephone Network، وهي نفس الشبكة التي تقوم بتخديم المكالمات الهاتفية الصوتية. أما بما يتعلق بالأداء، فهو جيد للاستعمال المنزلي، ولكنه غير كاف بالنسبة للشركات. إن عرض قناة الاتصال على شبكة مؤسسة الهاتف هو 56 كيلوبت/الثانية، ويتم التوصل إلى هذه السرعة باستخدام تقنية ضغط المعطيات. ولكن بسبب العوامل البيئية، كنوعية الخط الهاتفي ومزايا مقاسم الهاتف، فإن هذه السرعة نظرية. ويتم الوصل بواسطة موديم يربط الحاسب الشخصي بخط الهاتف، ويقوم بمهمة التحويل من تماثلي إلى رقمي.

نظام ISDN
يوفر نظام شبكة ISDN أو Integrated Services Digital Network "مجموعة متكاملة من الخدمات الرقمية للشبكات". شبكة ISDN هي أسرع وأكثر وثوقية من شبكة مؤسسة الهاتف PSTN، وتستخدم الألياف الضوئية لنقل الإشارة. أهم مزايا ISDN:
- سرعات نقل عالية: سرعة كل قناة ISDN 64 كيلوبت/الثانية؛
الشبكة رقمية بالكامل، ولاداع لاستخدام المحولات الرقمية/التماثلية (الموديمات).
- زمن إجراء الطلب الهاتفي قصير جداً بالمقارنة مع الموديم الذي يستغرق حوالي 30 ثانية.
- يتم نقل الصوت رقمياً بنفس طريقة نقل المعلومات الرقمية.
هناك نوعين من تقنيات ISDN المستخدمة في المملكة المتحدة:
ISDN2: يوفر هذا النوع قناتي اتصال سعة كل منهما 64 كيلوبت/الثانية (قناة B)، وقناة واحدة لإجراءات التحكم بالشبكة سعتها 16 كيلوبت/الثانية. ومن الممكن استخدام قناة خاصة تدعى قناة D ضمن ظروف خاصة لنقل المعطيات بسرعة 144 كيلوبت/الثانية.
ISDN30: يوفر 30 قناة B، ويعطي سعة خط إجمالية بحدود 2ميغابت/الثانية، وتعتمد هذه السرعة على عدد القنوات المستخدمة في آن واحد. إن إضافة قنوات يزيد من السعة، ولكنه يزيد الكلفة.
خدمة xDSL
آخر تقنيات الاتصال هي خدمة xDSL أو x Digital Subscriber Line، وتسمى بخدمة خط المشترك الرقمي، وهي الحل الأفضل للاستخدام في الشركات، ولها تكلفة أكبر. إن خدمة DSL توفر اتصالاً دائماً مع الشبكة، كما هو الحال مع خدمة ISDN، الأمر الذي يلغي الحاجة لإجراء الطلب الهاتفي الذي يقوم به الموديم. هناك عدة أنواع لتقنيات xDSL، فيما يلي قائمة بهذه التقنيات:
المسافة بين موقع المشترك ومقسم الهاتف سرعة الاستقبال
Downstream التقنية
4.500 قدم 10-26 ميغابت/الثانية VDSL: سرعات عالية جداً
18.000 قدم 6-8 ميغابت/الثانية ADSL: متناظر
18.000 قدم 1.5 ميغابت/الثانية G-Lite or Universal
21.000 قدم 600 كيلوبت/الثانية-7 ميغابت/الثانية RADSL: متكيف الأداء

الخدمة السلكية Cable
تستخدم الخدمة السلكية Cable شبكات التلفزيون السلكية الموجودة في بعض الدول، ويتم نقل المعطيات بسرعة 512 كيلوبت/الثانية، وتعد هذه الخدمة أفضل من بعض تقنيات xDSL. تستخدم هذه التقنية نفس نوع الكبل المحوري Coax Cable الذي ينقل الإشارة التلفزيونية للمنازل. يتم ربط الحاسب الشخصي بعلبة خدمة الاشتراك التلفزيوني عن طريق كرت الشبكة الموجود في الحاسب.
من المهم أن تدركوا أنه على الرغم من كون خط الاتصال هذا يبدو وكأنه خط اتصال خاص بين جهتين، إلا أنه ليس كذلك، فالمعطيات تنتقل عبر عدة موجهّات ومقاسم قبل أن تصل إلى هدفها (انظر مخطط بروتوكول PPTP).

لماذا نحتاج إلى الشبكات؟
لم نزعج أنفسنا بالشبكات بدلاً من القيام بأعمالنا على حواسب شخصية غير موصولة مع خدمات على أي شبكة؟ إن الجواب على هذا بسيط. فللشبكات الكثير من الفوائد التي لا يمكننا تجاهلها. بالطبع، تشكل الكلفة، والتصميم، والتنفيذ بعض العوائق، إلا أنها ليست بمهمة مستحيلة. إلا أن هذه العوائق تزول إذا وجد أشخاص من ذوي الخبرة الممتازة، ويبقى العائق الوحيد هو الكلفة. ومع ذلك، فإن المزايا التي توفرها الشبكات تفوق الكلفة من حيث الأهمية.

لندرس بعض مزايا الشبكات:

- مشاركة المعطيات: تسمح عملية مشاركة المعطيات لمجموعة من المستخدمين بتبادل المعلومات بشكل منظم وبسرعة أكبر من تبادلها من حاسب لآخر. فقد تكون هذه المعطيات عبارة عن تقرير مفصل قام بإعداده موظف في سورية واستفاد منه موظف آخر في دبي، وتم توفير الوقت والمال نتيجة ذلك.

- مشاركة التطبيقات: توفر مشاركة التطبيقات استخدام البرمجيات والتطبيقات التي تم تنصيبها على المخدم من قبل المستخدمين، الأمر الذي يوفر عملية تنصيب البرامج على كل الحواسب. إضافة، يستطيع المخدم معرفة عدد المستخدمين الذين يقومون باستخدام برنامج معين، ومنع دخول المستخدمين الغير مخولين بالدخول.

- مشاركة الأجهزة: تتيح عمليات مشاركة الأجهزة للمستخدمين إمكانية الاستفادة من الطرفيات الموجودة على الشبكة، كالطابعات، والماسحات الضوئية، وأجهزة الفاكس، وغيرها. لذا، تستطيع الشركات توفير المال من خلال شراء عدد أقل من التجهيزات، وبنفس الوقت تقوم بتحسين قدرات عمل الموظفين ومستوى الخدمة. علاوة على ذلك، يتم غالباً استخدام الأجهزة عالية الكلفة على الشبكات بشكل أكبر، مما يبرر صرف تكاليف باهظة لشرائها.

- الاتصالات: تسهل الاتصالات على مستخدمي الشبكة العديد من الأمور، وخاصة من خلال استخدام البريد الإلكتروني، والرسائل الفورية، مما يجعل الاتصالات بين الموظفين والمستخدمين أسهل وأسرع. أما مركزية تخزين المعطيات فتسهل الحصول على كافة المعطيات من مكان واحد، فهناك التقارير، والمخططات المساعدة، وقوالب المستندات، والمناهج التعليمية، ومشاريع التخرج إذا ما كانت الشبكة تابعة لجامعة أو هيئة تعليمية.

- التوافقية: تسهل التوافقية عملية صيانة البرمجيات والتطبيقات. وبما أن تخزين البرمجيات وتحديثها يتم مركزياً، فهذا يعني أن المستخدمين سيمتلكون نفس الأدوات، وسيستخدمون نفس البرامج. وبما أن مدراء النظم والمعلوماتية في الشركة سيقومون بتعديل البرمجيات الموجودة على المخدم، فهذا يعني أن هذه العملية ستتم مرة واحدة فقط، وستكون التطبيقات متوفرة لكل مستخدمي الشبكة.

- الأمن: إن أمن المعلومات على الشبكة أمر في غاية الأهمية، فالمستخدم يحتاج إلى حساب خاص للدخول إلى الشبكة، ولايتم قبول أي دخول إلى أية موارد على الشبكة مالم يقم المستخدم بإدخال اسم الحساب وكلمة المرور الخاصة. هناك أيضاً القدرة على إعطاء صلاحيات دخول إلى معلومات أو أجهزة معينة على الشبكة، ومنع المستخدمين الغير مخولين من الدخول إلى المعطيات الحساسة. ويمكن إعداد حسابات دخول المشتركين بحيث يضطرهم النظام لتغيير كلمات السر الخاصة بهم دورياً، أو لمنع دخولهم إلى بعض الأجهزة إلا في أوقات محددة.

- الدخول إلى الانترنيت: بوجود البرمجيات والعتاديات الخاصة، يمكن للمستخدمين الدخول إلى الانترنيت عن طريق شبكة الانترانيت الداخلية للشركة. وتعتبر هذه الميزة في غاية الأهمية، فهي توفر للمستخدمين وسائل مختلفة للحصول على كمٍّ ضخم من المعلومات والمصادر المختلفة، كالبرمجيات الإضافية، وبرامج تعريف العتاديات.

تصنيف الشبكات
لاينحصر استعمال الشبكات في مجال محدد، إنما هي موجودة في كل العالم الصناعي والتجاري. فهناك شبكات خاصة بمحلات تصليح السيارات، والمخازن التجارية، والمكتبات والمدارس، وطبعاً، في الشركات العملاقة.

المحلات الصغيرة

نلاحظ أن شبكات "نظير-لنظير" مناسبة جداً لإدارة الشبكات الصغيرة المخصصة لمشاركة الملفات وعمليات الطباعة. وهذا هو الحل الأمثل للمحال التجارية والمكاتب الصغيرة حيث لايوجد عدد كبير من الموظفين، ومستخدمي الحواسب المحمولة.

تابع الشــــــــــــــــبكات
الدرس الثاني

المخازن التجارية

إن هذا هو مثال لنموذج تقليدي لاستخدام شبكات "زبون-لمخدم " في المخازن التجارية، وفروع المكاتب. ونلاحظ أن هذا النموذج هو السائد حالياً.

الشركات العملاقة

نجد أن البنية تصبح معقدة جداً في الشركات الكبيرة والعملاقة فهي تحوي مئات، وأحياناً آلاف المستخدمين. ومع أن هذه الشبكات تحوي عشرات المخدمات، وتكون مجزئة Subnetted وكبيرة، إلا أنها تبدو للمستخدم وكأنها شبكة واحدة. ويمكن أن تكون بيئة العمل مؤلفة من عدة أبنية، أو تمتد عبر عدة مدن، ومع ذلك تظهر للمستخدم وكأنها جزء من سطح المكتب على حاسبه لبساطة استخدامها. إن الشبكات التي يكون لها مثل هذا القوام تكون مشابهة لشبكات الشركات العملاقة مثل IBM وMicrosoft.

تصميم الشبكات
طبقات الشبكة السبعة (مقاييس ISO/OSI)

يعتبر استخدام نماذج الطبقات عند القيام بتصميم الشبكة أمراً في غاية الأهمية. فعند القيام بإجراء معين، كإنشاء تطبيق برمجي، يكون التنفيذ أسهل إذا تم تقسيم العمل على مراحل، أو ضمن طبقات برمجية، حيث تقوم كل طبقة بالاتصال مباشرة مع الطبقة التي تعلوها، وتلك الأدنى منها. إن هذا الأسلوب يجعل المهندسين قادرين على العمل في أي مرحلة من مراحل تطوير المشروع، وعلى تقسيم مهمة تصميم الشبكة إلى أجزاء صغيرة بحيث يمكن إدارتها بسهولة، دون العودة إلى أساس التصميم.

قامت منظمة ISO أو International Standards Organization وهي الهيئة الدولية المعنية بالمقاييس في أوائل الثمانينات بطرح أسلوب للتصميم يدعى Open Systems Interconnection "أنظمة الترابط المفتوحة"، حيث تألف هذا الأسلوب الجديد في التصميم من سبعة طبقات، أو بما يشار إليه بالمراحل الأساسية في التصميم. وقد ساعد هذا النموذج مصممي الشبكات والشركات المصنعة للتجهيزات على توحيد بروتوكولات الأجهزة، وتصميم معدات شبكة تعمل وفق مقاييس دولية. وهذا الأسلوب يعطي الطلاب فرصة هامة لفهم كيفية عمل الشبكات مع بعضها.

فيما يلي شرح مختصر لكل من هذه الطبقات.

- طبقة البرمجيات والتطبيقات Application Layer

يتم التواصل بين طبقة التطبيقات والبرمجيات وبين المستخدم. فبعد أن يقوم المستخدم بإنشاء رسالة وإرسالها عبر الشبكة، يتم ربط البرنامج أو التطبيق بنظام الاتصالات. تتضمن هذه الطبقة الخدمات التالية:

- خدمات الطباعة والملفات؛

- البريد الإلكتروني؛

- برامج الدخول عن بعد؛

- برامج نقل الملفات.

- طبقة التمثيل Presentation Layer

مهمة هذه الطبقة هي التأكد من أن المعطيات المرسلة من جهاز ستصل إلى وجهتها حتى ولو كان تمثيل هذه المعطيات مختلف. إضافة فإن عمليات الضغط وفك الضغط، والتشفير وفك التشفير، وتحويل أسلوب إظهار المعطيات على الطرفيات يتم هنا.

- طبقة الحوار Session Layer

تتحكم هذه الطبقة بالاتصالات بين التطبيقات عبر الشبكة، بما في ذلك:

- إنشاء الاتصال؛

- الحفاظ على الاتصال؛

- إنهاء الاتصال.

- طبقة النقل Transport Layer

إن هذه الطبقة مسؤولة عن سلامة وصول المعطيات المرسلة.

- طبقة الشبكة والبروتوكولات Network & IP Layer

يتم في هذه الطبقة إضافة عنوان مميز لرزم المعطيات ليتم تحويلها إلى حاسب على شبكة أخرى، وهي مسؤولة عن:

- تحديد العناوين على الشبكات؛

- إيجاد الطريق الأمثل بين عنواني المرسل والمستقبل.

- طبقة ربط المعطيات Data Link Layer

إن هذه الطبقة مسؤولة عن بناء أطر المعلومات، وإرسالها واستقبالها. حيث يتم إضافة تابع رياضي إلى كل إطار بهدف الكشف عن الأخطاء، ومن ثم يتم نقل هذه الأطر إلى الطبقة الأولى كي يتم ارسالها.

- الطبقة الفيزيائية Physical Layer

تعتبر هذه الطبقة مسؤولة عن نقل المعطيات بين الحاسب والناقل من كابلات وغيرها تصل بين الأجهزة، وتقوم بتعريف المتطلبات الكهربائية (الفولت) والفعلية (طريقة وصل الكبل) كي يتم الربط بين الأجهزة والناقل.

إن كافة المفاهيم المتعلقة بالشبكات وأجهزة ومعدات الشبكات تعمل ضمن واحدة من هذه الطبقات، وأحياناً ضمن العديد منها، مما يسمح للمهندسين بمعالجة المشاكل منهجياً ومنطقياً.
جغرافية الشبكة Network Topology
جغرافية الشبكة هي المظهر الخارجي للشبكة. وللشبكات ثلاثة أشكال جغرافية رئيسية، وهي: "المسرى" Bus، "النجم" Star، "الحلقة" Ring.

المسرى Bus

إن الشبكات التي تستخدم جغرافية "المسرى" Bus هي الأكثر استعمالاً. فكافة مكونات هذه التقنية مرتبط بالشبكة مباشرة عن طريق العمود الفقري للشبكة Backbone، وهناك كبل يربط كل جهاز بالآخر (نظرياً بخط مستقيم). يتم بث الإشارة المرسلة على شبكات "المسرى" من الجهاز المرسل إلى كافة الأجهزة الموجودة على الشبكة، لذا نطلق عليها اسم نظام البث، لأن كافة الأجهزة الموجودة على الشبكة تصغي للمعلومات المرسلة.

النجم Star

الشبكات "النجمية" Star هي شبكات تربط كل مكون من مكونات الشبكة بسلك مع الموزّع Hub المركزي. هناك مفهومين لشبكات "النجمية". الأول يقول بأن بث الإشارة من جهاز لآخر يتم عن طريق الموزّع Hub، ومن ثم يتم توجيه الرسالة إلى الجهاز المطلوب. لذا، تدعى هذه الطريقة "بنظام التوجيه". أما المفهوم الثاني فيقتضي إنصات كل الأجهزة الموجودة على الشبكة إلى الإرسال، ويقوم الجهاز الذي أرسلت المعطيات له بالإمساك بهذه المعطيات، لذا فإن هذه الطريقة تسمى "بنظام البث". إن المفهوم الأول هو الأكثر دقة.

الحلقة Ring

يتم ربط الأجهزة على الشبكات ذات الجغرافية الحلقية Ring الواحد مع الذي يليه، لتشكيل دائرة من الكابلات، حيث يكون الجهاز الأول هو أيضاً الأخير في الحلقة. يستقبل كل جهاز الإشارة ويستجيب بناءاً على ذلك، ومن ثم يعيد توليدها، ويقوم بإرسالها للجهاز الذي يليه، حيث تنتقل الإشارة في اتجاه واحد فقط على الشبكة. تستخدم شبكات
Token Ring هذه الجغرافية، كما سنرى لاحقاً.
الشبكات الداخلية Intranets
تقوم العديد من الشركات اليوم بالإتجاه نحو شبكات الانترانيت كأداة لمشاركة المعطيات بين موظفي الشركة. وكغيرها من الشبكات الكبيرة، تعتمد الانترانيت على نموذج "زبون-لمخدم"، حيث تحوي على مخدم يقوم بإدارتها. تعمل شبكة الانترانيت بنفس أسلوب عمل الانترنيت، إلا أن الانترانيت هي شبكة خاصة، وغير متاحة لدخول العامة.

يقوم المستخدمين بالدخول إلى الشبكة باستخدام متصفح الانترنيت، بدلاً من استخدام سطح المكتب، حيث يتم الدخول إلى الملفات، وقواعد المعطيات، والبريد الإلكتروني، والطابعات، والموارد الأخرى عبر المتصفح، كما لو كانوا يتصفحون الويب.

تحتاج الشركة التي تود تركيب شبكة انترانيت إلى مخدم ويب مع البرمجيات اللازمة لهذا الغرض، وعملية تنصيب هذه البرمجيات بسيطة. وإذا تم استخدام نظام Windows NT أو النسخ التي تليه فإن هذه البرمجيات تكون مجانية. وتسمى برمجيات تخديم الويب التي تقدمها مايكروسوفت مع نظام Windows بمخدم الويب IIS أو
Internet Information Services.

يتم إعداد الجهاز وكأنه مخدم ويب على الانترنيت، وبعد ذلك تأتي عملية تحميل موقع الويب الداخلي للشركة على هذا المخدم. هناك احتياجات أخرى، ومن ضمنها تنصيب بروتوكول TCP/IP المستخدم على الانترنيت، والذي يسمح للحواسب بالاتصال ونقل المعطيات. إذاً، فالمكونات المطلوبة لشبكة انترانيت هي:

جهاز مخدم يتم إعداده كمخدم ويب، متصفح انترنيت مع برمجياته، بروتوكول TCP/IP.