الشبكات الحاسوبية

شبكات حاسوبيه

Computer network - Réseau informatique

الشبكات الحاسوبية

تعرف منظمة المعايير الدولية International Standards Organization (ISO) الشبكة الحاسوبية computer network بأنها مجموعة من العقد والمحطات المترابطة التي تتشارك في الموارد وتستخدم لتبادل المعلومات بين المستخدمين، إذ توجد العقد عند تقاطع مسارين أو أكثر من مسارات الاتصال في الشبكة. تبدو الشبكة الحاسوبية للمستثمرين، كأنها مجموعة موزعة من الحواسيب التي تشكل منظومة حاسوبيةً واسعة تنفذ الأعمال والمهام المطلوبة. كما توفر شبكة الاتصالات الحاسوبية القدرة على اختيار الخدمات التي يرغب بها المستخدمون إضافة إلى التواصل فيما بينهم.

يستخدم مصطلح بنية الشبكة network architecture على مجموعة القواعد التي تحكم وصل مكونات الشبكة وتفاعلها. وتتضمن هذه القواعد أنماط المعطيات formats، والبروتوكولات العاملة، والبنى المنطقية للوظائف التي توفر الاتصال مع منظومات معالجة المعلومات المرتبطة بالشبكة.   

يطلق على طريقة الوصل فيما بين عقد الشبكة بوساطة أقنية الاتصال اسم طوبولوجية الشبكة network topology.

لمحة تاريخية

قدم مبدأ المعالجة الموزعة أول مرة في الستينيات من القرن العشرين وأخذ الطابع العملي الواسع في إظهار تطوير شركات ومؤسسات رائدة لمفهوم البنى الشبكية ذات الطبقات  layered network architecture. وقد عانت التطبيقات الشبكية، في البداية، من القيود الموضوعة على التجهيزات التي يمكن أن ترتبط مع الشبكة كونها كرست منظومات مغلقة proprietary تتحكم بها شركة واحدة مثل بنية IBM  SNA وDEC  DNA. أُسست اللجنة الاستشارية الدولية للتلغراف والهاتف Comite Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (CCITT) في العام 1965 كي تضع توصيات ومقترحات للمعايير المفتوحة الخاصة بالنصوص والمعطيات والاتصالات الهاتفية. وقد كان من نتائج هذا التوجه ظهور النموذج المرجعي لربط المنظومات المفتوحة الذي شكل فيما بعد الأسس المعيارية التي قامت عليها بنى الشبكات المعتمدة على الطبقات.

نشرت منظمة المعايير الدولية في عام 1983 وثيقة أطلق عليها اسم «النموذج المرجعي لربط المنظومات المفتوحة» The Basic Reference Model for Open Systems Interconnections (OSI)، أعطى هذا النموذج معياراً يمكن المنتجات المختلفة من العمل معاً.

يقسم النموذج الموصوف في هذه الوثيقة وظائف تشبيك الحواسيب إلى سبعة أجزاء كما هو مبين في الشكل (1) مما يسهم في حل الإشكاليات التصميمية المعقدة للشبكات ويبسط إدارتها. كما يحدد نموذج OSI المعياري مسؤولية كل جزء من أجزاء الشبكة، إذ تبنى كل طبقة من طبقاته السبع لتضيف وظائف جديدة لتلك الموجودة في الطبقات الدنيا. وعند إرسال رسالة ما فإنها تبدأ من طبقة التطبيقات applications ثم تنتقل إلى طبقة التقديم (العرض) presentation ثم تمر بطبقة الجلسة session ثم طبقة النقل transport ثم طبقة الشبكة network ثم طبقة ربط المعطيات datalink وأخيراً الطبقة الفيزيائية physical. تقوم كل طبقة بإضافة بعض المعلومات على الرسالة وذلك بهدف تسهيل عملية إرسالها عبر الشبكة. أما في جهة الاستقبال فتتم معالجة الرسالة في طبقات OSI بترتيب معكوس من الأسفل إلى الأعلى.

معايير الشبكات الحاسوبية:

وضع معهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين (IEEE) مجموعة من المعايير العالمية لشبكات الاتصالات المحلية من خلال لجنة فرعية أطلق عليها اسم IEEE 802 وذلك بدءاً بالأسماء ISO/IEC 8802-1 حتى ISO/IEC 8802-11. (يمثل الرمز المختصر IEC الأحرف الأولى من International Electromechanical Commission وهي هيئة لإصدار المعايير الكهربائية والميكانيكية تضم ممثلين عن جميع دول العالم).

1 ـ معايير IEEE 802.x التي تتضمن مجموعة من المواصفات منها:

أ ـ المواصفة IEEE 802.3 الخاصة بشبكات إيثرنت Ethernet العاملة ببروتوكول CSMA/CD الذي يعنى بالشبكات ذات البنية الخطية.

ب ـ المواصفة IEEE 802.4 الخاصة ببروتوكول Token ring الذي يعنى بالشبكات ذات البنية الخطية.

ج ـ المواصفة IEEE 802.5 الخاصة ببروتوكول Token ring الذي يعنى بالشبكات ذات البنية الحلقية.

د ـ المواصفة IEEE 802.6 تعرف هذه المجموعة البروتوكول المستخدم في المحطات التي تشترك بممر ألياف ضوئية مزدوج.

هـ ـ IEEE 802.7 تعرف هذه المجموعة توجيهات تقنية للاتصالات عريضة الحزمة (تلفزيون الكابل Cable TV).

و ـ IEEE 802.8 وهي لجنة لمراجعة اللجان IEEE 802.3 وحتى IEEE 802.6.

ز ـ IEEE 802.9 تهتم هذه المجموعة بمكاملة الصوت والمعطيات (ISDN) على شبكات LAN المتوافقة مع معايير n802.x.

ح ـ IEEE 802.10 تهتم هذه المجموعة بمواضيع الأمن والتعمية في الشبكات الحاسوبية.

ط ـ IEEE 802.11 تصدر هذه المجموعة معايير الشبكات اللاسلكية التي توظف الأمواج الراديوية RF وتلك الخاصة بتقنية الطيف المنثور spread spectrum والأشعة تحت الحمراء. وقد صدر من هذا المعيار سلسلة من المعايير يرمز لها بالواصفة IEEE 802.11x حيث تأخذ x القيم b, ae, لتعبر عن مزايا خاصة بالشبكات التي تعمل وفق هذه المعايير.

2 ـ بروتوكول: TCP/IP

هو بروتوكول التحكم بالنقل/بروتوكول الانترنيت Transmission Control Protocol/ Internet Protocol وهو رزمة من البروتوكولات والخدمات الواسعة جداً التي تعمل مع مجموعة ضخمة ومتنوعة من المنظومات. يعد هذا البروتوكول الذي طوِّر في مطلع السبعينيات من القرن العشرين الأكثر انتشاراً في مجال الشبكات الحاسوبية.

تصنيف الشبكات الحاسوبية

تصنف الشبكات الحاسوبية اعتماداً على عدد من المعايير يبرز منها اثنان هما تقانة الاتصال transmission technology ومدى الاتساع scale.

1 ـ تقانة الاتصال: يقوم هذا التصنيف على نوعين هما شبكات البث broadcast networks وشبكات النقطة ـ نقطة point-to-point networks. تتشارك الأولى بقناة اتصال وحيدة تصل بين جميع موارد الشبكة من حواسيب وغيرها، إذ ترسل المعلومات رزماً packets وتستقبل من قبل عقد الشبكة كافة. إلا أن وجود حقل في رزم المعلومات يدل على عنوان الوجهة destination، يجعلها قابلة للتسلم والمعالجة من قبل الجهة التي أرسلت لها فقط.

وتتألف الشبكات من النوع الثاني (point-to-point) من عدة وصلات بين كل زوجين من العقد. وحتى يتسنى لرزمة معلومات من الوصول إلى الوجهة المخصصة لها فإنه يترتب عليها المرور في عقدة حاسوبية وسيطة intermediate أو أكثر، وذلك عبر مسارات وخيارات متعددة، مما يكسب خوارزميات التوجيه routing algorithms أهمية قصوى.

2 ـ مدى الاتساع: يقوم هذا التصنيف على مقاس الشبكة ومدى اتساعها الفيزيائي، وتقسم إلى ثلاثة أنواع، هي الشبكات المحلية  Local Area Networks (LAN) وشبكات المدن الكبيرة Metropolitan Area Networks (MAN) والشبكات الواسعة (العريضة) Wide Area Networks (WAN)

أ ـ الشبكات المحلية: LAN

هي شبكات ذات ملكية خاصة تقع عادة ضمن بناء واحد أو تغطي مدرسة أو جامعة ذات سعة لا تتجاوز بضعة كيلومترات. يستخدم هذا النوع من الشبكات عادة لوصل الحواسيب الشخصية ومحطات العمل الموجودة ضمن المكاتب، مما يسمح بالمشاركة في الموارد (مثل الطابعات) وتبادل المعلومات. كما يمكن تمييز الشبكات المحلية من غيرها من حجمها، وتقانة الاتصال المستخدمة فيها وبنيتها topology.

تصل سرعة نقل المعطيات في الشبكات المحلية الحديثة إلى مئات الميغابتات/ثا، إذ يعتمد ذلك على عدد من العوامل منها الكابلات المستخدمة، والبروتوكولات المستخدمة، وطرق الوصل وغيرها.

طرائق وصل الشبكات المحلية:

تتوافر عدة طرائق للوصل بين عقد الشبكة الحاسوبية، منها:

1 ـ طريقة الوصل المختلطة mesh networks:

 تؤمن هذه الطريقة مسارات متعددة لنقل المعلومات بين عقد الشبكة ومحطاتها.

2 ـ طريقة الوصل النجمية star networks:

توفر هذه الطريقة أقنية اتصال مكرسة بين كل محطة وعقدة مركزية يتوضع فيها المجمع hub أو المبدل switch، اللذان يجب أن تمر عبرهما جميع الاتصالات بين المحطات.

3 ـ طريقة الوصل الخطية bus networks:

توظف هذه الطريقة مساراًخطياً توصل به جميع محطات الشبكة وعقدها بوساطة مكونات الوصل المعيارية.

4 ـ طريقة الوصل الشجرية tree networks:

تتشكل هذه البنية من جذع خطي ذي بنية معقدة مؤلفة من مجموعة من الفروع التي تتقارب بشكل غير مباشر نحو نقطة مركزية موفرة قناة اتصال وحيدة بين كل محطتين.

5 ـ طريقة الوصل الحلقية ring networks:

تتصل كل عقدة في هذه البنية بالعقدتين المجاورتين لها فقط، مما يعني أن المعلومات تدور حول حلقة مغلقة تقوم بإدارتها إحدى محطات الشبكة.

ب  ـ شبكات المدن الكبيرة MAN:

تكون هذه الشبكات عادة أكبر اتساعاً وأكثر انتشاراً من الشبكات المحلية، إلا أنها تستخدم تقانات مشابهة، ويمكن أن تغطي مسافات قد تصل إلى عشرات الكيلومترات، يمكن لهذا النوع من الشبكات أن يغطي عدداً من مباني شركة أو مدينة ما، كما أنها قد تكون شبكة خاصة private أو عامة public. تدعم شبكات MAN كلاً من المعطيات والصوت والصورة، إضافة إلى عدم وجود تجهيزات التوجيه مما يسهل التصميم والإدارة.

يقوم عمل شبكات MAN على معيار Distributed Queue Dual Bus (DQDB) أوIEEE 802.6.

ج ـ الشبكات الواسعة WAN:

تغطي هذه الشبكات مناطق جغرافية واسعة، وقد يصل حجمها إلى مستوى القارة، كما تحتوي على مجموعة من التجهيزات المختلفة التي توفر للمستخدمين إمكانيات كبيرة لتشغيل برامجهم وتطبيقاتهم وتبادل المعلومات فيما بينهم. تسمى التجهيزات المشار إليها بالمضيفات hosts التي تربط بينها شبكات اتصال جزئية communication subnet تقوم بإيصال المعلومات بين المضيفات المختلفة.

تتألف الشبكات الواسعة من مجتزأين رئيسيين، هما خطوط الاتصال وعناصر التبديل والتوجيه switching & routing elements، تقوم الأولى بنقل بتات المعطيات بين تجهيزات الشبكة، وتختص الثانية بوصل خطوط الاتصال وتوجيه رزم المطيات. توجد الشبكات الواسعة عادة لدى الشركات الكبيرة ومزودي خدمة الانترنيت Internet Service Providers (ISP) وربما تكون الانترنيت هي شبكة WAN الأكثر شهرة في هذا المجال.

مكونات الشبكات الحاسوبية:

1ً ـ المكونات غير الفعالة:

توفر بعض المكونات غير الفعالة في الشبكات الحاسوبية، كالكابلات، الوسط التي تنتقل فيها المعلومات. وقد تعددت أنواع الكابلات المستخدمة في الشبكات الحاسوبية بدءاً بالكابلات المحورية coaxial cables مروراً بالكابلات المجدولة المحجبة وغير المحجبة shielded & unshielded twisted pairs وانتهاءاً بالكابلات الضوئية fiber optic cables ذات النمط الأحادي أو المتعدد monomode or multimode. قدمت الكابلات المجدولة إمكانيات كبيرة من حيث الزيادة في معدلات النقل وعدم تأثرها بظواهر، مثل التداخل (التسميع) cross talk وغيرها. أما الكابلات الضوئية فقد قدمت عرض مجال كبير يتيح معدلات نقل متميزة، إضافة إلى عدم تأثرها بالحقول الكهرطيسية وظواهر التداخل، مما قد يؤثر سلباً على أداء الشبكات الحاسوبية. توظف الكابلات الضوئية في الشبكات المحلية الحديثة كجذع رئيسي يطلق عليه اسم العمود الفقري للشبكة backbone.

لا بد من الإشارة إلى وجود مكونات غير فعالة لا تقل أهمية عن الكابلات في نقل بتات المعطيات وتوزيعها مثل المآخذ sockets والموصلات connectors ولوحات التوزيع patch panels.

أما المجمعات hubs فهي إحدى وسائل تجميع وتوزيع رزم المعطيات التي تنتقل بين عقدة وأخرى؛ إذ تربط المجمعات على الطبقة الفيزيائية من نموذج OSI. كما تعاني المجمعات من أنها تقسِم معدل نقل المعلومات الاسمي بين العقد مما يؤدي إلى تباطؤ ملحوظ في سرعة نقل المعلومات، إضافة إلى أن رزم المعطيات المولدة من قبل أي من المحطات تصل إلى جميع المحطات الموصولة بالشبكة، بغض النظر عن الوجهة التي أرسلت إليها الرزمة المولدة.

2ً ـ المكونات الفعالة:

تستخدم المكونات الفعالة الجسور bridges والمبدّلات switches والموجّهات routers لربط الشبكات الحاسوبية أو عقدها. وتستخدم الجسور لربط الشبكات على مستوى طبقة وصل المعطيات data-link layer، وتقوم بترشيح المعطيات، ومما يعني وصولها إلى الوجهة التي أرسلت إليها فقط، ومن ثم الإقلال من التصادمات المحتملة بين الرزم من جهة، وتخفيف الازدحام الناجم عن رزم المعطيات. كما توفر الجسور إمكانية ربط شبكات ذات طرق وصل أو برتوكولات عمل متباينة، مثل وصل شبكة إيثرنت مع أخرى ذات خطوط اتصال ضوئية (FDDI) أو وصل شبكات تعمل وفق برتوكولات عمل مختلفة مثل ربط شبكة إيثرنت Ethernet مع أخرى من نوع token ring.

كما تتوافر وسيلة ربط أخرى هي المبدلة التي بدأت تحل محل الجسور في الشبكات الحديثة. والمبدلة صندوق له عدد من منافذ الربط، بحيث يبدو مشابهاً للمجمع. يتمثل الفرق بين المجمع والمبدلة بأن الأول يقوم بتسيير رزم المعلومات إلى  منافذه  كافة دون أخذ الوجهة بالحسبان، في حين يقوم المبدل بإرسال الرزم إلى وجهاتها التي أرسلت من أجلها. إن آلية عمل المبدّلات تعطي سرعة كبيرة في معدلات النقل لأنها تعطي كامل عرض المجال لكل محطتين تحاولان الاتصال إحداهما بالأخرى. إضافة إلى الحد من الاصطدامات المحتملة بين رزم المعطيات الناجمة عن محاولة المحطات الاتصال فيما بينها.

تقوم الموجهات من جهة أخرى بربط الشبكات فيما بينها مشكلة شبكة بينية internetwork. تتوضع الموجهات على مستوى طبقة الشبكة network في نموذج OSI المعياري. وهذا يعني أنه يمكن ربط شبكات ذات بروتوكولات طبقة وصل معطيات data-link layer مختلفة.

ونظراً لكون بروتوكول TCP/IP هو الأكثر شيوعاً فإن أغلب معلومات التوجيه تشير إلى ما يسمى IP routing في هذا البروتوكول. تحوي الموجهات في بنيتها الداخلية جداول توجيه routing tables، وتخزن فيها معلومات عن الشبكات المرتبطة مع الموجه، بحيث تستخدم هذه المعلومات لتوجيه الرزم إلى الوجهة المرسلة إليها ضمن حدود الشبكة أو خارجها.

ولا بد من الإشارة إلى إمكانيات مهمة جداً أتاحتها التطورات الكبيرة في الشبكات، من تجهيزات وبرمجيات، بحيث يمكن من خلالها تشكيل شبكات افتراضية virtual networks ضمن البنى الشبكية المتوافرة في التطبيقات المختلفة على مستوى المؤسسات والشركات وغيرها.

تطبيقات الشبكات الحاسوبية:

إن الأسباب التي أدت إلى اتساع استخدام شبكات الحواسيب في الحياة اليومية هي التطبيقات العديدة التي تتيح التغلب على التوزع الجغرافي لمصادر المعلومات والتشارك فيها وتوفير وثوقية عالية للمنظومات الحاسوبية، من حيث توافر البدائل وتعددها فيما يطلق عليه اسم التكرارية  redundancy وتقديم الدعم عن بعد، إضافة إلى المشاركة في الموارد resources، كالحواسيب والوحدات المحيطة peripherals، كالطابعات والماسحات scanners وغيرها. كما تقدم الشبكات الحاسوبية خدمات، مثل البريد الإلكتروني e-mail والاتصالات الحديثة لنقل الوسائط المتعددة multimedia ، كالصوت والصورة والنصوص.

وقد ظهرت تطبيقات مهمة في هذا المجال فيما يسمى نقل الصوت عبر بروتوكول الإنترنيت VoIP: Voice over Internet Protocol الذي توظف فيه البنى التحتية للشبكات من كابلات وعناصر ربط.

غسان فلوح

الحاسوب  ـ الشبكات الحاسوبية الداخلية.

- LARRY L. PETERSON & BRUCE S. DAVIE, Computer Networks: A System Approach (2003).

- MICHAL PIORO, DEEPANKAR MEDHI, Routing, Flow, and Capacity Design in Communication and Computer Networking (2004).

التصنيف : التقنيات (التكنولوجية)

النوع : تقانة

المجلد: المجلد الحادي عشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 564

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية