مقدمة للشبكات الحاسوبية
مقدمة:
في الخمسينيات من القرن السابق كانت أجهزة الحاسوب بحجم الغرفة و كانت مزودة بمعالج واحد ، و مقدار ضئيل من الذاكرة، و جهاز تخزين للمعلومات كان عبارة عن شريط تسجيل ، و جهاز للخرج كان عبارة عن بطاقات مثقبة و جهاز لإدخال البيانات على شكل بطاقات مثقبة أيضا . هذا النوع من الأجهزة الضخمة المركزية تسمى Mainframe ، أما الأجهزة المتصلة به و التي تقوم بإدخال البيانات فقط فتسمى Dumb terminals أو محطة طرفية خرقاء أو صامتة ، و كانت تتكون من لوحة مفاتيح و شاشة عرض و لم تكن قادرة على معالجة البيانات. يستطيع الحاسوب المركزي أو Mainframe أن يلبي طلبات عدة أجهزة terminals متصلة به، و بهذا يشكل الحاسوب المركزي المتصل بالمحطات الطرفية و المتصل بغيره من الحاسوبات المركزية، شبكة حواسيب أولية في بيئة المعالجة المركزية .
مع تطور صناعة الحاسوب، بدأت تظهر حواسيب شخصية أصغر حجما مما سمح للمستخدمين بتحكم أكبر بأجهزتهم، و أدت قوة المحاسبة الشخصية هذه إلى ظهور بنية جديدة للمحاسبة تسمى المحاسبة الموزعة Distributed Computing أو المعالجة الموزعة Distributed Processing .
بدلا من تركيز كل عمليات المعالجة في حاسوب واحد مركزي، فإن المحاسبة الموزعة تستخدم عدة أجهزة صغيرة لتقوم بالمشاركة في المعالجة و تقاسم المهام. و هكذا تقوم المعالجة المركزية بالاستفادة القصوى من قوة كل جهاز موصول بالشبكة .
في الشبكات الحديثة من المهم استخدام لغة مشتركة أو بروتوكول Protocol متوافق عليه لكي تستطيع الأجهزة المختلفة الإيصال مع بعضها البعض و فهم كل منها الآخر .
البروتوكول هو مجموعة من المعايير أو المقاييس المستخدمة لتبادل المعلومات بين جهازي حاسوب .
و مع تطور الشبكات أصبح مفهوم الشبكة أوسع بكثير من مجرد ربط الأجهزة مع بعض، و لنلق نظرة على المعالم الشائعة للشبكات الحالية :
1- لكي تشكل الحواسيب شبكة , تحتاج إلى وسط ناقل للبيانات و في هذه الحالة يكون إما أسلاك أو وسط لاسلكي .
2- كما تحتاج هذه الحواسيب إلى موائم أو أداة ربط Adapter ، لتقوم بوصل هذه الأجهزة بالأسلاك المكونة للشبكة و تسمى هذه الموائمات Network Interface Card أو بطاقة واجهة الشبكة .
الحواسيب التي تقدم البيانات أو الموارد في الشبكات الحالية يطلق عليها اسم Servers أو مزودات، بينما يطلق على الحواسيب التي تستفيد من هذه البيانات أو الموارد، اسم Clients أو زبائن. في الشبكة من الممكن لجهاز واحد أن يلعب في نفس الوقت دور المزود و الزبون ، فمثلا يستطيع جهاز ما على الشبكة أن يكون مزودا للطباعة و في نفس الوقت يكون زبون للحصول على بيانات من مزود آخر .
لتشبيك الأجهزة نحتاج نظام تشغيل شبكاتNetwork Operating System (NOS) ، أو نظام تشغيل يتضمن برنامج لإدارة الشبكات مثل ويندوز NT أو 2000 . يقوم هذا النظام بالتحكم بمكونات الشبكة و صيانة الاتصال بين الزبون و المزود .
تعريف الشبكات:-
تتكون شبكة الحواسيب من جهازين على الأقل متصلين ببعضهما، مع إمكانية تبادل البيانات والمعلومات بينهما ،حيث تسمح هذه الشبكات بتبادل البيانات و الموارد الحاسوبية Computer resources (معلومات ، برامج ، أجهزة محيطية Peripheral مثل الطابعة مثلا ) و تسمح للمستخدمين أيضا بالتواصل الفوري.
تاريخ الشبكات:-
في عام 1960 تم بناء أول شبكه في العالم اسمها saber واستخدمت في مجال حجز تذاكر الطيران وتم بناؤها عن طريق التعاون الذي تم بين كل من شركة IBM ومؤسسة خطوط الطيران American Air Line وأيضا كان هناك شبكه أنشئت في وزارة الدفاع الأمريكية 1969 تسمى ARPANET والتي أنجبت شبكه الانترنت فيما بعد .
تصنيف الشبكات :-
التصنيف حسب المسافة
الشبكة المحلية Local Area Network (LAN)
في بداية ظهور الشبكات كانت تتكون من عدد قليل من الأجهزة ربما لا يتجاوز العشرة، ومتصل معها جهاز طباعة، هذا النوع من التشبيك أصبح يعرف ب Local Area Network (LAN) أو شبكة النطاق المحلي، و بالرغم من أن التقنية الحالية تسمح للشبكات المحلية بالتكيف و التعامل مع عدد أكبر بكثير من المستخدمين إلا أنها مازالت تعمل ضمن مساحة محدودة، فشبكات LAN في العادة تكون محتواة داخل مكتب، أو مجموعة من المكاتب داخل بناية واحدة, و تقدم هذه الشبكات في وقتنا الحالي سرعة كبيرة لتبادل البيانات و الموارد مما يشعر المستخدم بأن هذه الموارد موجودة على جهازه الشخصي .
شبكات LAN تستخدم عادة نوع واحد من وسائط الاتصال و أحيانا أكثر من نوع، و هذه الوسائط تكون إحدى ما يلي:
1- أسلاك مزدوجة ملتفة Twisted pair cable و تكون هذه الأسلاك إما مغطاة أو غير مغطاة بطبقة واقية (Shielded or Unshielded) .
2- السلك المحوري Coaxial cable) ) .
3- أسلاك الألياف البصرية Fiber Optic Cable .
4- وسط اتصال لاسلكي Wireless transmission media .
الشبكة المتوسطة Metropolitan Area Network (MAN)
شبكات نطاق المدن أو Metropolitan Area Networks (MAN)، التي تعتبر نوع آخر في تصنيف الشبكات تقوم على تقنية شبكات LAN ، ولكن تعمل بسرعات فائقة وتستخدم في العادة ألياف ضوئية كوسط اتصال، و هي عادة تغطي مساحة واسعة تتراوح بين 20 إلى 100 كيلومتر.
شبكات النطاق الواسع Wide Area Network (WAN)
في بداية ظهور الشبكات لم تتمكن شبكات LAN من دعم احتياجات الشبكة للشركات الكبيرة التي تتوزع مكاتبها على مساحات شاسعة ربما على مستوى عدة دول ، لهذا كان لابد من تطوير نوع جديد من الشبكات يقوم بربط الشبكات المحلية في أنحاء مختلفة من دولة ما أو أن يقوم بربط الشبكات المحلية في دول مختلفة ، و أطلق على هذا النوع من الشبكات اسم Wide Area Networks) WAN) أو شبكات النطاق الواسع ، وباستخدام هذه التقنية تزايد عدد المستخدمين لشبكة الحاسوب في الشركات الكبيرة إلى آلاف الأشخاص.
تنقسم شبكات WAN إلى فئتين :
1. Enterprise Network .
2. Global Network .
النوع الأول يقوم بالربط بين الشبكات المحلية أو الفروع التابعة لشركة أو مؤسسة واحدة على مستوى دولة واحدة أو عدة دول ، بينما يعمل النوع الثاني على ربط الشبكات المحلية التابعة لعدة مؤسسات مختلفة .
التصنيف حسب الهيكلة والتخطيط Topology
جميع شبكات النطاق المحلي LAN قائمة على ثلاثة تصاميم أساسية:
1- Bus أو الناقل و يسمى أيضا Backbone أو العمود الفقري .
2- Star أو النجمة.
3- Ring أو الحلقة.
التصميم الخطي للشبكة (BUS)
تصميم الشبكة من النوع Bus يعتبر الأبسط و ربما الأكثر شيوعا في الشبكات المحلية ، يقوم تصميم الشبكة هذا بتوصيل الحاسوبات في صف على طول سلك واحد (يسمى Segment ) كما هو موضح في الصورة، و يشار إلى هذا النوع أيضا باسم Linear Bus .
تعتمد فكرة هذا النوع من تصاميم الشبكات على ثلاثة أمور :
1- إرسال الإشارة (Signal ).
2- ارتداد الإشارة ( Signal Bounce ).
3- المُنهي أو المُوقف ( The Terminator ).
ترسل البيانات على الشبكة على شكل إشارات كهربية Signals إلى كل الحاسوبات الموصلة بالشبكة ، و يتم قبول المعلومات من قبل الحاسوب الذي يتوافق عنوانه مع العنوان المشفر داخل الإشارة الأصلية المرسلة على الشبكة .
في تصميم الشبكة من النوع Bus ، إذا قام جهازي حاسوب بإرسال بيانات في نفس الوقت فسيحدث ما يطلق عليه تصادم أو Collision ، لهذا يجب على كل حاسوب انتظار دوره في إرسال البيانات على الشبكة، و بالتالي كلما زاد عدد الأجهزة على الشبكة ، كلما طال الوقت الذي عليها انتظاره ليصل الدور لكل منها ليرسل بياناته ،و بالتالي زاد بطأ الشبكة .
العوامل التي تؤثر على أداء شبكة Bus هي :
1- الإمكانيات التي تقدمها مكونات أجهزة الحاسوب المتصلة بالشبكة( Hardware Capabilities ).
2- عدد أجهزة الحاسوب المتصلة بالشبكة.
3- نوعية البرامج المشغلة على الشبكة .
4- المسافة بين الأجهزة المتصلة بالشبكة .
5- سرعة نقل البيانات على الشبكة وتقاس بالبت في الثانية .
عندما ترسل إشارة البيانات على الشبكة فإنها تنتقل من بداية السلك إلى نهايته ، و إذا لم يتم مقاطعة هذه الإشارة فإنها ستبقى ترتد جيئة و ذهابا على طول السلك، وستمنع الحاسوبات الأخرى من إرسال إشاراتها على الشبكة.
لهذا يجب إيقاف هذه الإشارة بعد وصولها إلى عنوانها المطلوب الممثل بالجهاز الذي أرسلت إليه البيانات. لإيقاف الإشارة ومنعها من الارتداد ، يستخدم مكون من مكونات الشبكة يسمى Terminator ويتم وضعه عند كل طرف من أطراف السلك و يوصل بكل حاسوب متصل بالشبكة . أنظر الصورة.
يقوم Terminator بامتصاص أي إشارة حرة على السلك مما يجعله مفرغا من أي إشارات و بالتالي يصبح مستعدا لاستقبال أي إشارات جديدة ، وهكذا يتمكن الحاسوب التالي من إرسال البيانات على ناقل الشبكة . يمكن أن تتوقف الشبكة عن العمل لأسباب منها :
في حال قطع السلك.
في حالة انفصال السلك في أحد أطرافه عن أي من الأجهزة الموصل إليها ويؤدي هذا إلى توقف جميع الأجهزة عن الاستفادة من موارد الشبكة .
توقف الشبكة عن العمل يطلق عليه Network being down .
مقدمة:
في الخمسينيات من القرن السابق كانت أجهزة الحاسوب بحجم الغرفة و كانت مزودة بمعالج واحد ، و مقدار ضئيل من الذاكرة، و جهاز تخزين للمعلومات كان عبارة عن شريط تسجيل ، و جهاز للخرج كان عبارة عن بطاقات مثقبة و جهاز لإدخال البيانات على شكل بطاقات مثقبة أيضا . هذا النوع من الأجهزة الضخمة المركزية تسمى Mainframe ، أما الأجهزة المتصلة به و التي تقوم بإدخال البيانات فقط فتسمى Dumb terminals أو محطة طرفية خرقاء أو صامتة ، و كانت تتكون من لوحة مفاتيح و شاشة عرض و لم تكن قادرة على معالجة البيانات. يستطيع الحاسوب المركزي أو Mainframe أن يلبي طلبات عدة أجهزة terminals متصلة به، و بهذا يشكل الحاسوب المركزي المتصل بالمحطات الطرفية و المتصل بغيره من الحاسوبات المركزية، شبكة حواسيب أولية في بيئة المعالجة المركزية .
مع تطور صناعة الحاسوب، بدأت تظهر حواسيب شخصية أصغر حجما مما سمح للمستخدمين بتحكم أكبر بأجهزتهم، و أدت قوة المحاسبة الشخصية هذه إلى ظهور بنية جديدة للمحاسبة تسمى المحاسبة الموزعة Distributed Computing أو المعالجة الموزعة Distributed Processing .
بدلا من تركيز كل عمليات المعالجة في حاسوب واحد مركزي، فإن المحاسبة الموزعة تستخدم عدة أجهزة صغيرة لتقوم بالمشاركة في المعالجة و تقاسم المهام. و هكذا تقوم المعالجة المركزية بالاستفادة القصوى من قوة كل جهاز موصول بالشبكة .
في الشبكات الحديثة من المهم استخدام لغة مشتركة أو بروتوكول Protocol متوافق عليه لكي تستطيع الأجهزة المختلفة الإيصال مع بعضها البعض و فهم كل منها الآخر .
البروتوكول هو مجموعة من المعايير أو المقاييس المستخدمة لتبادل المعلومات بين جهازي حاسوب .
و مع تطور الشبكات أصبح مفهوم الشبكة أوسع بكثير من مجرد ربط الأجهزة مع بعض، و لنلق نظرة على المعالم الشائعة للشبكات الحالية :
1- لكي تشكل الحواسيب شبكة , تحتاج إلى وسط ناقل للبيانات و في هذه الحالة يكون إما أسلاك أو وسط لاسلكي .
2- كما تحتاج هذه الحواسيب إلى موائم أو أداة ربط Adapter ، لتقوم بوصل هذه الأجهزة بالأسلاك المكونة للشبكة و تسمى هذه الموائمات Network Interface Card أو بطاقة واجهة الشبكة .
الحواسيب التي تقدم البيانات أو الموارد في الشبكات الحالية يطلق عليها اسم Servers أو مزودات، بينما يطلق على الحواسيب التي تستفيد من هذه البيانات أو الموارد، اسم Clients أو زبائن. في الشبكة من الممكن لجهاز واحد أن يلعب في نفس الوقت دور المزود و الزبون ، فمثلا يستطيع جهاز ما على الشبكة أن يكون مزودا للطباعة و في نفس الوقت يكون زبون للحصول على بيانات من مزود آخر .
لتشبيك الأجهزة نحتاج نظام تشغيل شبكاتNetwork Operating System (NOS) ، أو نظام تشغيل يتضمن برنامج لإدارة الشبكات مثل ويندوز NT أو 2000 . يقوم هذا النظام بالتحكم بمكونات الشبكة و صيانة الاتصال بين الزبون و المزود .
تعريف الشبكات:-
تتكون شبكة الحواسيب من جهازين على الأقل متصلين ببعضهما، مع إمكانية تبادل البيانات والمعلومات بينهما ،حيث تسمح هذه الشبكات بتبادل البيانات و الموارد الحاسوبية Computer resources (معلومات ، برامج ، أجهزة محيطية Peripheral مثل الطابعة مثلا ) و تسمح للمستخدمين أيضا بالتواصل الفوري.
تاريخ الشبكات:-
في عام 1960 تم بناء أول شبكه في العالم اسمها saber واستخدمت في مجال حجز تذاكر الطيران وتم بناؤها عن طريق التعاون الذي تم بين كل من شركة IBM ومؤسسة خطوط الطيران American Air Line وأيضا كان هناك شبكه أنشئت في وزارة الدفاع الأمريكية 1969 تسمى ARPANET والتي أنجبت شبكه الانترنت فيما بعد .
تصنيف الشبكات :-
التصنيف حسب المسافة
الشبكة المحلية Local Area Network (LAN)
في بداية ظهور الشبكات كانت تتكون من عدد قليل من الأجهزة ربما لا يتجاوز العشرة، ومتصل معها جهاز طباعة، هذا النوع من التشبيك أصبح يعرف ب Local Area Network (LAN) أو شبكة النطاق المحلي، و بالرغم من أن التقنية الحالية تسمح للشبكات المحلية بالتكيف و التعامل مع عدد أكبر بكثير من المستخدمين إلا أنها مازالت تعمل ضمن مساحة محدودة، فشبكات LAN في العادة تكون محتواة داخل مكتب، أو مجموعة من المكاتب داخل بناية واحدة, و تقدم هذه الشبكات في وقتنا الحالي سرعة كبيرة لتبادل البيانات و الموارد مما يشعر المستخدم بأن هذه الموارد موجودة على جهازه الشخصي .
شبكات LAN تستخدم عادة نوع واحد من وسائط الاتصال و أحيانا أكثر من نوع، و هذه الوسائط تكون إحدى ما يلي:
1- أسلاك مزدوجة ملتفة Twisted pair cable و تكون هذه الأسلاك إما مغطاة أو غير مغطاة بطبقة واقية (Shielded or Unshielded) .
2- السلك المحوري Coaxial cable) ) .
3- أسلاك الألياف البصرية Fiber Optic Cable .
4- وسط اتصال لاسلكي Wireless transmission media .
الشبكة المتوسطة Metropolitan Area Network (MAN)
شبكات نطاق المدن أو Metropolitan Area Networks (MAN)، التي تعتبر نوع آخر في تصنيف الشبكات تقوم على تقنية شبكات LAN ، ولكن تعمل بسرعات فائقة وتستخدم في العادة ألياف ضوئية كوسط اتصال، و هي عادة تغطي مساحة واسعة تتراوح بين 20 إلى 100 كيلومتر.
شبكات النطاق الواسع Wide Area Network (WAN)
في بداية ظهور الشبكات لم تتمكن شبكات LAN من دعم احتياجات الشبكة للشركات الكبيرة التي تتوزع مكاتبها على مساحات شاسعة ربما على مستوى عدة دول ، لهذا كان لابد من تطوير نوع جديد من الشبكات يقوم بربط الشبكات المحلية في أنحاء مختلفة من دولة ما أو أن يقوم بربط الشبكات المحلية في دول مختلفة ، و أطلق على هذا النوع من الشبكات اسم Wide Area Networks) WAN) أو شبكات النطاق الواسع ، وباستخدام هذه التقنية تزايد عدد المستخدمين لشبكة الحاسوب في الشركات الكبيرة إلى آلاف الأشخاص.
تنقسم شبكات WAN إلى فئتين :
1. Enterprise Network .
2. Global Network .
النوع الأول يقوم بالربط بين الشبكات المحلية أو الفروع التابعة لشركة أو مؤسسة واحدة على مستوى دولة واحدة أو عدة دول ، بينما يعمل النوع الثاني على ربط الشبكات المحلية التابعة لعدة مؤسسات مختلفة .
التصنيف حسب الهيكلة والتخطيط Topology
جميع شبكات النطاق المحلي LAN قائمة على ثلاثة تصاميم أساسية:
1- Bus أو الناقل و يسمى أيضا Backbone أو العمود الفقري .
2- Star أو النجمة.
3- Ring أو الحلقة.
التصميم الخطي للشبكة (BUS)
تصميم الشبكة من النوع Bus يعتبر الأبسط و ربما الأكثر شيوعا في الشبكات المحلية ، يقوم تصميم الشبكة هذا بتوصيل الحاسوبات في صف على طول سلك واحد (يسمى Segment ) كما هو موضح في الصورة، و يشار إلى هذا النوع أيضا باسم Linear Bus .
تعتمد فكرة هذا النوع من تصاميم الشبكات على ثلاثة أمور :
1- إرسال الإشارة (Signal ).
2- ارتداد الإشارة ( Signal Bounce ).
3- المُنهي أو المُوقف ( The Terminator ).
ترسل البيانات على الشبكة على شكل إشارات كهربية Signals إلى كل الحاسوبات الموصلة بالشبكة ، و يتم قبول المعلومات من قبل الحاسوب الذي يتوافق عنوانه مع العنوان المشفر داخل الإشارة الأصلية المرسلة على الشبكة .
في تصميم الشبكة من النوع Bus ، إذا قام جهازي حاسوب بإرسال بيانات في نفس الوقت فسيحدث ما يطلق عليه تصادم أو Collision ، لهذا يجب على كل حاسوب انتظار دوره في إرسال البيانات على الشبكة، و بالتالي كلما زاد عدد الأجهزة على الشبكة ، كلما طال الوقت الذي عليها انتظاره ليصل الدور لكل منها ليرسل بياناته ،و بالتالي زاد بطأ الشبكة .
العوامل التي تؤثر على أداء شبكة Bus هي :
1- الإمكانيات التي تقدمها مكونات أجهزة الحاسوب المتصلة بالشبكة( Hardware Capabilities ).
2- عدد أجهزة الحاسوب المتصلة بالشبكة.
3- نوعية البرامج المشغلة على الشبكة .
4- المسافة بين الأجهزة المتصلة بالشبكة .
5- سرعة نقل البيانات على الشبكة وتقاس بالبت في الثانية .
عندما ترسل إشارة البيانات على الشبكة فإنها تنتقل من بداية السلك إلى نهايته ، و إذا لم يتم مقاطعة هذه الإشارة فإنها ستبقى ترتد جيئة و ذهابا على طول السلك، وستمنع الحاسوبات الأخرى من إرسال إشاراتها على الشبكة.
لهذا يجب إيقاف هذه الإشارة بعد وصولها إلى عنوانها المطلوب الممثل بالجهاز الذي أرسلت إليه البيانات. لإيقاف الإشارة ومنعها من الارتداد ، يستخدم مكون من مكونات الشبكة يسمى Terminator ويتم وضعه عند كل طرف من أطراف السلك و يوصل بكل حاسوب متصل بالشبكة . أنظر الصورة.
يقوم Terminator بامتصاص أي إشارة حرة على السلك مما يجعله مفرغا من أي إشارات و بالتالي يصبح مستعدا لاستقبال أي إشارات جديدة ، وهكذا يتمكن الحاسوب التالي من إرسال البيانات على ناقل الشبكة . يمكن أن تتوقف الشبكة عن العمل لأسباب منها :
في حال قطع السلك.
في حالة انفصال السلك في أحد أطرافه عن أي من الأجهزة الموصل إليها ويؤدي هذا إلى توقف جميع الأجهزة عن الاستفادة من موارد الشبكة .
توقف الشبكة عن العمل يطلق عليه Network being down .
