كتاب شبكات

كتاب الشبكات

المقدمة + تقسيم الدروس

كان الإنسان على مر العصور فى أمس الحاجة إلى التواصل بينه وبين من يحيط به من أفراد وجماعات، وكان سعيه إلى تأمين هذا التواصل سبباً في العديد من اختراعاته, فإشارات مورس وأجهزة الهاتف والراديو والتلفزيون لم تكن إلا وسائل لزيادة تفاعل وتواصل الإنسان مع الأوساط المحيطة به أو البعيدة عنه. وحين جاءت ثورة تكنولوجيا المعلومات، كان عالم الحاسبات تجسيداً لحاجة الإنسان إلى التواصل. وبدأت أولى محاولات بناء التواصل عبر الشبكات المحلية (Local Area Networks- LAN) في عام 1964 لتسهيل تشارك المعلومات والخدمات مع المحيط القريب، ولم تلبث أن توجهت التطورات إلى تأمين التواصل الشبكي مع مجموعات أكبر، فظهرت الشبكات الواسعة (Wan) Wide Area Networksفي عام 1966، وهنا كانت بداية مرحلة جديدة في ثورة الشبكات التي لم تتوقف عند حد، وكان من أعظم نتائجها ظهور الإنترنت Internetالتي اتسعت لتشمل أقطاب كوكبنا الصغير، فأحالته قرية صغيرة، يرى ويسمع ويتبادل أفرادها معارفهم ومعلوماتهم بسهولة لم يسبق لها مثيل. ومن المؤكد أن آمال القائمين على تطوير الشبكات لن تتوقف عند هذا الحد, فقد ظهرت بعض الدراسات والبحوث التي تمثّل توجهات للارتقاء بشبكات الكمبيوتر إلى ما يحاكي الشبكة العصبية الإنسانية من حيث الفاعلية والاستجابة.
تعريف الشبكات
شبكة الكمبيوتر هي مجموعة من أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المحيطيةPeripherals) ) التي تتصل ببعضها، وتتيح لمستخدميها أن يتشاركوا الموارد (Resources) والأجهزة المتصلة بالشبكة مثل الطابعةPrinter) ) وكارت الفاكسModem) ) ومحرك القرص المدمجCD – ROM Drive) ) وغيرها. وهذا المفهوم هو الأساس الذي يقوم عليه التشبيك ونظرياته.ويجب أن لا يقلّ الحد الأدنى لمكونات شبكة الكمبيوتر عن:
• جهازي كمبيوتر على الأقل.
• بطاقة شبكية Network Interface Card NIC التي تشكل جسر الاتصال بين الكمبيوتر وأسلاك النقل التي تربط مكونات الشبكة.
• وسط ناقل Transmission Media) ) للاتصال بين عناصر الشبكة مثل الكابلات Cables)) والأسلاكWires) ) أو الأمواج القصيرة (Waves Radio) والألياف الضوئية Fiber Optic) ).
• بروتوكول اتصال يحدد خوارزمية تخاطب مكونات الشبكة والمواصفات التقنية الواجب توفرها مثل عرض الحزمة المستخدم Bandwidth) ) وطريقة ترتيب المعلومات عند إرسالها (Packets Formats ) وغيرها من المواصفات التقنية.
• نظام تشغيل شبكي Network Operating System- NOS) ) يقدم خدمة تنظيم صلاحيات وحقوق المستخدمين ( Rights And Permissions ) في الوصول إلى الموارد والأجهزة المشتركة على الشبكة ومن أمثلته: (Windows98، Windows 2000 ، Novell Netware).

أساسيات التشبيك

تتكون شبكة الكمبيوتر في أبسط أشكالها من جهازين متصلين ببعضهما بواسطة سلك، ويقومان بتبادل البيانات. وتسمح لك الشبكات في هذه الأيام بتبادل البيانات وموارد الكمبيوتر ( Computer Resources معلومات، برامج، أجهزة محيطية Peripheral كالطابعة مثلاً) كما تسمح للمستخدمين بالتواصل مع يعضهم المهم بشكل فوري.
بداية دعنا نتخيل وضع جهاز الكمبيوتر بدون وجود شبكات، في هذه الحالة كيف سنتبادل البيانات، لاشك أننا سنحتاج إلى مئات الأقراص اللينة لنقل المعلومات من جهاز إلى آخر، مما يسبب هدراً كبيرا للوقت والجهد، ومثال آخر، إذا كان لدينا طابعة واحدة وعدة أجهزة كمبيوتر ففي هذه الحالة إذا أردنا الطباعة فإما سنقف في طابور انتظار على الجهاز الموصل بالطابعة، أو ننقل الطابعة إلى كل مستخدم ليوصلها إلى جهازه ليطبع ما يريد. وفي كلا الأمرين عناء كبير، ومن هنا نرى أن تقنية التشبيك قد تطورت لسد الحاجة المتنامية لتبادل المعلومات والموارد بشكل فعال. وهكذا انبثق نوعان من المحاسبة الإلكترونية:
• Centralized Computing المحاسبة المركزية
• Distributed Computing المحاسبة الموزعة

المحاسبة المركزية

في الخمسينيات من القرن السابق كانت أجهزة الكمبيوتر بحجم الغرفة وكانت مزودة بمعالج واحد، ومقدار ضئيل من الذاكرة، وجهاز تخزين للمعلومات كان عبارة عن شريط تسجيل، وجهاز للخرج كان عبارة عن بطاقات مثقبة وجهاز لإدخال البيانات على شكل بطاقات مثقبة أيضاً. هذا النوع من المحاسبة ما زال موجوداً في بعض الدول ولكن بنطاق محدود جداً. هذا النوع من الأجهزة الضخمة المركزية تسمى Mainframe، أما الأجهزة المتصلة به والتي تقوم بإدخال البيانات فقط فتسمى Dumb Terminals أو محطة طرفية خرقاء أو صامتة، وكانت تتكون من لوحة مفاتيح وشاشة عرض ولم تكن قادرة على معالجة البيانات .
يستطيع الكمبيوتر المركزي أو Mainframe أن يلبي طلبات عدة أجهزة Terminals متصلة به ، وبهذا يشكل الكمبيوتر المركزي المتصل بالمحطات الطرفية والمتصل بغيره من أجهزة الكمبيوتر المركزية، شبكة أجهزة كمبيوتر أولية في بيئة المعالجة المركزية.
المحاسبة الموزعة
مع تطور صناعة جهاز الكمبيوتر، بدأت تظهر أجهزة كمبيوتر شخصية أصغر حجماً مما سمح للمستخدمين بتحكم أكبر بأجهزتهم، وأدت قوة المحاسبة الشخصية هذه إلى ظهور بنية جديدة للمحاسبة تسمى المحاسبة الموزعة Distributed Computing أو المعالجة الموزعة Distributed Processing. وبدلاً من تركيز كل عمليات المعالجة في كمبيوتر واحد مركزي، فإن المحاسبة الموزعة تستخدم عدة أجهزة صغيرة لتقوم بالمشاركة في المعالجة وتقاسم المهام. وهكذا تقوم المعالجة المركزية بالاستفادة القصوى من قوة كل جهاز على الشبكة. أما في الشبكات الحديثة من المهم استخدام لغة مشتركة أو بروتوكول Protocol متوافق عليه لكي تستطيع الأجهزة المختلفة الاتصال مع بعضها البعض وفهم كل منها الآخر (والبروتوكول هو مجموعة من المعايير أو المقاييس المستخدمة لتبادل المعلومات بين جهازي كمبيوتر). ومع تطور الشبكات أصبح مفهوم الشبكة أوسع بكثير من مجرد ربط الأجهزة مع بعضها، ولنلق نظرة على المعالم الشائعة للشبكات الحالية:
ü لكي تشكل أجهزة الكمبيوتر شبكة, تحتاج إلى وسط ناقل للبيانات وفي هذه الحالة يكون إما أسلاكاً أو وسطاً لاسلكياً.
Ü كما تحتاج أجهزة الكمبيوتر هذه إلى موائم أو أداة ربط Adapter، لتقوم بوصل هذه الأجهزة بالأسلاك المكونة للشبكة وتسمى هذه الموائمات Network Interface Card أو بطاقة واجهة الشبكة.
أجهزة الكمبيوتر التي تقدم البيانات أو الموارد في الشبكات الحالية يطلق عليها اسمServers أو مزودات، بينما يطلق على أجهزة الكمبيوتر التي تستفيد من هذه البيانات أو الموارد اسمClients أو زبائن. من الممكن في الشبكة لجهاز واحد أن يلعب في نفس الوقت دور المزود والزبون، فمثلاً يستطيع جهاز ما على الشبكة أن يكون مزوداً للطباعة وفي نفس الوقت يكون زبوناً للحصول على بيانات من مزود آخر.
وتحتاج الشبكة إلى برنامج شبكات مثبت على الأجهزة المتصلة بالشبكة سواء كانت مزودات أو زبائن، وهذا البرنامج إما يكون نظام تشغيل شبكات (Nos-Network Operating System)، أو يكون نظام تشغيل يتضمن برنامج لإدارة الشبكات مثل Windows NTأو Windows 2000.ويقوم هذا البرنامج بالتحكم بمكونات الشبكة وصيانة الاتصال بين الزبون والمزود.
في بداية ظهور الشبكات كانت تتكون من عدد قليل من الأجهزة ربما لا يتجاوز العشرة متصلة مع بعضها البعض، ومتصل معها جهاز طباعة، هذا النوع من التشبيك أصبح يعرف بـ LAN Local Area Network)) أو شبكة النطاق المحلي، وبالرغم من أن التقنية الحالية تسمح للشبكات المحلية بالتكيف والتعامل مع عدد أكبر بكثير من المستخدمين إلا أنها مازالت تعمل ضمن مساحة محدودة، فشبكات LANفي العادة تكون محتواة داخل مكتب، أو مجموعة من المكاتب داخل بناية واحدة, وتقدم هذه الشبكات في وقتنا الحالي سرعة كبيرة لتبادل البيانات والموارد مما يشعر المستخدم الذي يستفيد من موارد الشبكة أن هذه الموارد موجودة على جهازه الشخصي