مقدمة في علم الشبكات

قبل أن نبدأ ، أود تحديد بعض المصطلحات ووضع بعض القواعد الأساسية. فيمكن تعريف شبكة الكمبيوتر على أنها "جهازي كمبيوتر أو أكثر متصلان ببعض الوسائل التي من خلالها يستطيعان مشاركة المعلومات."

هناك العديد من أنواع الشبكات: Local Area Networks (LANs) ،  Wide Area Networks (WAN) ، Metropolitan Area Network (MANs) ، وCampus Area Networks (CAN) ، وشبكات Ethernet.

الاتصال هو مفهوم مهم. حيث يتم نقل المعلومات فعليًا من جهاز كمبيوتر إلى آخر عبر وسائط معينة. فعند إدخال قرص مرن في جهاز كمبيوتر ، لا يوجد ما يشير إلى أن الملفات جاءت من جهاز كمبيوتر آخر أي لا يوجد اتصال. لكن يتضمن الاتصال نوعًا من العنونة أو IP Addressing على الشبكة. غالبًا ما يتم توصيل الأجهزة الموجودة على الشبكة ماديًا عبر الكابلات. ومع ذلك ، يتم توصيل الشبكات اللاسلكية ، الخالية من الاتصالات المادية ، من خلال استخدام أجهزة الراديو. لكل نقطة على الشبكة عنوان. فالمعلومات المستلمة على الشبكة لها مصدر (Source IP) ووجهة  (Destination IP)محددين.

غالبًا ما تتميز الشبكات بمدى وصولها. فتعد كل من شبكات LAN و WAN و MAN و CAN أمثلة عن أنواع الشبكات التي تحددها مناطق تغطيتها.

الشبكات المحلية (LAN)، كما يوحي اسمها ، محلية - عادة ما يكون مبنى أو طابقًا واحدًا. الشبكات الواسعة (WAN)  تغطي مناطق أوسع ، وعادة ما تستخدم لتوصيل شبكات (LAN) . يمكن لشبكات WAN (الشبكة الواسعة) أن تنتشر في جميع أنحاء العالم . أما (MAN)  شائعة في المجالات التي تكون فيها التكنولوجيا مثل Metropolitan Area Ethernet ممكنة و عادة ما تقوم بتوصيل شبكات LAN داخل منطقة جغرافية معينة مثل مدينة أو بلدة. و تشبه CAN نموذج MANلكن مع إختلاف بسيط.

لذا سنحدد أنواع الشبكات هذه على النحو التالي:

شبكة المنطقة المحلية (LAN) الشبكة المحلية هي شبكة تقتصر على مساحة محدودة ، مثل مبنى. يستخدم فيها تقنيات قصيرة المدى مثل Ethernet وما شابه. عادة ما تكون شبكة LAN تحت سيطرة الشركة أو الكيان الذي يتطلب استخدامها.

شبكة واسعة النطاق (WAN) شبكة WAN هي شبكة تُستخدم لتوصيل شبكات LAN من خلال خدمة مقدمة من قبل مزود الاتصالات ISP (Internet Service Provider) .

شبكة منطقة الحرم الجامعي (CAN) الشبكة CAN هي شبكة تربط شبكات LAN في منطقة منفصلة مملوكة أو خاضعة لسيطرة كيان واحد. فقد تكون هناك قنوات تحت الأرض بين المباني تسمح بتوصيلها بالألياف. تشمل الأمثلة الحرم الجامعي والحدائق الصناعية.

شبكة (MAN) إن شبكة MAN هي شبكة تربط شبكات LAN في منطقة تكون غالبًا أكبر من الحرم الجامعي. على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لتوصيل مكاتب الشركة المختلفة داخل منطقة حضرية عبر خدمات مزود الاتصالاتISP .

 دعنا الأن نتحدث بشيء من التفصيل من خلال الحديث عن مكونات الشبكة الرئيسية:

1-     الموزعات والتي تشمل كل من Hubs & Switches :

Hub يعتبر مكرر ، باستثناء أنه قد يكون للمكرر موصلين فقط ، فإنه يمكن أن يحتوي على المزيد منها. أي أنه يكرر الإشارة عبر العديد من الكابلات بدلاً من واحد فقط. نظرًا لأن الHubs أصبحت أقل تكلفة ، غالبًا ما يتم استخدامها كمكرر في الشبكات الأكثر تعقيدًا. و هي أجهزة بسيطة للغاية. بحيث يتم تكرار أي إشارة يتم تلقيها على كل المنافذ (Ports)  الأخرى. فهي لا تغير الFrames أو تتخذ قرارات بناءً عليها بأي شكل من الأشكال.

لذا يمكن أن تصبح حركة المعلومات مكثفة لدرجة أن الشبكة تصبح مشبعة - إذا قام شخص ما بطباعة ملف كبير ، فسوف يعاني كل شخص على الشبكة أثناء نقل الملف إلى الطابعة عبر الشبكة. وإذا كان هناك جهاز آخر يستخدم المنفذ بالفعل ، فسيقوم الHub بالانتظار قليلاً ، ثم سيحاول الإرسال مرة أخرى. عندما يرسل جهازين في نفس الوقت ، يحدث تصادم (Collision). يسجل كل منفذ التصادم فتتراجع المعلومات مرة أخرى ، ثم تعيد المنافذ الإرسال. على الشبكات المزدحمة للغاية ، سيحدث الكثير من التصادمات. لذا جاء وقت إستخدام ال Switches.

Switches كانت الخطوة التالية في تطور الإيثرنت. يختلف الSwitches عن الHubs في أنها تلعب دورًا نشطًا في كيفية إعادة توجيه الFrames . فهي تقوم بتتبع الأجهزة الموجودة على أي منفذ ، وتقوم بإعادة توجيه الFrames فقط إلى المنافذ المخصصة لها . لكلمات Switching وSwitch معاني متعددة ، حتى في عالم الشبكات. هناك Ethernet switches, frame-relay switches, layer-3 switches,

multilayer switches، وما إلى ذلك. فيما يلي بعض المصطلحات شائعة الاستخدام:

Switch المصطلح العام المستخدم لأي شيء يمكنه التبديل (Switching) ، بغض النظر عن ما يتم تبديله. في عالم الشبكات ، يكون المحول بشكل عام محول إيثرنت. في عالم الاتصالات ، يمكن أن يكون التبديل أشياء كثيرة.

Ethernet switch أي جهاز يقوم بإعادة توجيه ال Frames استنادًا إلى عناوين MAC الخاصة ب(Layer 2) باستخدام الإيثرنت. يقوم محول إيثرنت بإعادة توجيه ال Frames فقط إلى المنافذ الموجهة إليها.

Layer-3 switch or Multilayer switch هو مفتاح مزود بإمكانيات التوجيه (Routing). بشكل عام ، يمكن تكوين شبكات VLAN كواجهات افتراضية على محول (Layer 3). تسمح المحولات متعددة الطبقات بالتحكم استنادًا إلى TCP و UDP وحتى التفاصيل الواردة في حمولة البيانات للحزمة (Packet).

Switching أو التبديل ، يعد التبديل بمثابة إعادة توجيه الFrames استنادًا إلى عناوين MAC. في الاتصالات ، التبديل هو إجراء اتصال بين طرفين. في التوجيه أو الRouting، التبديل هو عملية إعادة توجيه الحزم (Packets) من واجهة إلى أخرى داخل جهاز التوجيه (Router) .

2-     الموجهات أو الRouters :

الموجه هو جهاز شبكة يقوم بإعادة توجيه حزم البيانات (Packets) بين شبكات الكمبيوتر. تؤدي أجهزة التوجيه وظائف توجيه حركة المعلومات على الإنترنت. فالبيانات المرسلة عبر الإنترنت ، مثل صفحة ويب أو بريد إلكتروني ، تكون في شكل حزم بيانات. عادة يتم إعادة توجيه الحزمة من جهاز توجيه إلى جهاز توجيه آخر.

جهاز التوجيه متصل بخطين أو أكثر من شبكات IP المختلفة. عندما تأتي حزمة بيانات على أحد الخطوط ، يقرأ جهاز التوجيه معلومات عنوان الشبكة (IP Address) في رأس الحزمة لتحديد الوجهة النهائية. بعد ذلك ، باستخدام المعلومات في جدول التوجيه (Routing Table) أو سياسة التوجيه الخاصة بها ، تقوم بتوجيه الحزمة إلى الشبكة التالية في رحلتها.

أكثر أنواع أجهزة توجيه IP شيوعًا هي أجهزة توجيه المنزل والمكاتب الصغيرة التي تقوم ببساطة بإعادة توجيه حزم IP بين أجهزة الكمبيوتر المنزلية والإنترنت. مثال على جهاز التوجيه هو جهاز توجيه DSL ، الذي يتصل بالإنترنت من خلال مزود خدمة الإنترنت (ISP). تقوم أجهزة التوجيه الأكثر تعقيدًا بتوصيل شبكات الأعمال الكبيرة.

علم الشبكات هو علم واسع ويتطور بكل لحظة. ما تم طرحه في هذه المقالة هو أساسيات بسيطة عن هذا العلم الواسع فإذا سمح لنا القدر وحالفنا الحظ فسنبحر سويا بقدر الإستطاعة في هذا المجال في المستقبل القريب.