منتديات سعد الطاهر لعلوم الحاسوب تقدم :
شبكات الحاسوب
Computer networks
تجميع وإعداد :
سعد الطاهر أحمد عبد الله
azaz0107@yahoo.co.uk
www.saadaltaher.yoo7.com
يونيو2010م
يعتبر علم دراسة شبكات الحاسوب من أحد فروع علم الاتصالات.
شبكة الحاسوب هي نظام لربط جهازين أو أكثر باستخدام إحدى تقنيات نظم الاتصالات من أجل تبادل المعلومات والموارد والبيانات بينها المتاحة للشبكة مثل الآلة الطابعة أو البرامج التطبيقية أياً كان نوعها وكذلك تسمح بالتواصل المباشر بين المستخدمين. من الممكن أن تكون الأجهزة مثل الحاسوب قريبة جدًا من بعضها وذلك مثل أن تكون في غرفة واحدة وتسمى الشبكةLAN. ومن الممكن ان تكون شبكة مكونة من مجموعة أجهزة في أماكن بعيدة مثل الشبكات بين المدن أو الدول وحتى القارات ويتم وصل مثل هذه الشبكات في كثير من الأحيان بالانترنت أو [[ساتل|بالسواتل (Satellite)و تسمى الشبكة WAN، وهناك أيضاً شبكة شخصية PAN
تخيل الكم الهائل الذي سنحتاجه من الأقراص لنقل المعلومات، في حالة عدم وجود شبكة وكيف سنتبادل المعلومات كذلك في حالة وجود طابعة واحدة في موقع يحتوى على أكثر جهاز حاسوب فكيف سيتم استخدام تلك الطابعة؟
تصنيف الشبكات
تستطيع تصنيف الشبكات بعدة طرق أهمها.
1. طريقة الربط.
1. ربط سلكي.
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
- سلك Twisted-Pair هو الأكثر شعبية في الوقت الحاضر لتوضيح الربط السلكي ويكون قي العادة يشبهه سلك الهاتف لكنه مكون من 8 اسلاك داخلية وليس 2 كما في حالة الهاتف, وسمي بذلك لأن كل سلكين من الثمانية يكونان ملفوفان على بعضهما فيتكون عندنا اربعة ازواج من اصل ثمانية اسلاك. - سلك Coaxial Cable وهو الأقدم وتكون سرعتة اقل ومسافة امتدادة اقل من سلك Twisted-Pair وتستطيع مشاهدة كثيرا في استخدامات الشبكة الاسلكية. - سلك Fiber Optics الألياف البصرية وهي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي، تكون طويلة ورفيعة ولا يتعدى سمكها سمك الشعرة. يجمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكيبلات البصرية، وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جداً وذات سرعة عالية.
1.
1. ربط لاسلكي
• أنواعها
1.
1. شبكات العواصم الكبرى WAN.
2. شبكة عريضة WAN.
3. الشبكات المحلية LAN.
4. شبكة شخصية PAN.
5. شبكة تخزينيةSAN ]
لعمل شبكة حاسوب يجب توافر المتطلبات التالية :
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
1. وسيط ناقل "عبارة عن أسلاك أو وسائط لاسلكية.
2. مؤائم لتوصيل تلك الوسائط إلى الشبكة.
الآن لنتعرف على دور الخادم الحواسيب التي تقدم البيانات أو الموارد في الشبكات الحالية يطلق عليها اسم Servers أو مزودات أو خواديم
• الحواسيب التي تستفيد من هذه البيانات أو الموارد، يطلق عليها اسم Clients أو زبائن*
من الممكن أن يكون أحد أجهزة الشبكة خادوما وزبونا في نفس الوقت 3 - البرامج التشغيلية للشبكة (للخادوم والزبون) وهي إما أن تكون برامج تشغيلية خاصة Network Operating System أو برنامج تشغيلى يتضمن إدارة الشبكة كما في برنامج ويندوز إن تي أو ويندوز 2000 أو ويندوز سيرفر 2003 أو ويندوز سيرفر 2008
في بدايات الشبكة كانت لاتتجاوز الأجهزة المتصله عدد أصابع اليد أو تزيد قليلا تتصل بجهاز طابعة عرفت هذه الشبكة بالشبكة المحلية أو اختصارآ شبكة لن LAN
تعريف الميثاق (البروتوكول)
اهو مجموعة من قواعد التخاطب والخطوات المتبعة لتحقيق الاتصال بين الحواسيب على الشبكة أو بين الشبكات المختلفة أي أنها بمثابة لغة تفاهم بين الحواسيب على الشبكة.
• فمثلاً : عندما نوصل طابعة بشكل مباشر إلى الشبكة فإن أياً من الحواسيب لن تستطيع استخدام الطابعة ما لم يتوفر فيها بروتوكول (DLC) :Data Link Control protocol
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
بروتوكول (اتصالات), مجموعة من القوانين الناظمة لعملية إرسال المعلومات بين طرفي الاتصال.
• بما أن الحياة تسير بشكل عام على مجموعة من القوانين فإن شبكات الحاسوب تحتاج بكل تأكيد إلي قوانين لتعمل وتسير بشكل صحيح وسأسرد بعض القوانين (البروتوكولات) المستخدمة بكثرة في الشبكات :
الميفاق (TCP/IP) وهو الميفاق المستخدم لنقل البيانات سواء على مستوى الإنترنت أو على شبكات محلية. الميفاق (FTP/file transfer Protocol):وهو الميفاق المستخدم لنقل الملفات عبر الشبكة الميفاق (HTTP/Hypertext Transfer Protocol):وهو المستخدم لنقل الملفات النصية أو النصوص الكبيرة عبر الإنترنت وهذ الميفاق هو مثال واضح حيث يظهر لنا في شريط العنوان في متصفحات الإنترنت http://www وهنا ك الآلاف من المواثيق المستخدمة في الشبكات كل منها قانون لعمل وظيفة خاصة سواء نظام أو أمن إلخ....
فوائد التشبيك
يمكنك مشاركة المعلومات والمصادر على الشبكة، وهذا يقدم عدة فوائد :
1 - يستطيع مشاركة طرفيات غالية الثمن مثل الطابعات حيث تستطيع كل الحواسيب استخدام نفس الطابعة.
2 - تستطيع نقل الـ Data أو البيانات المختلفة بين المستخدمين بدون استخدام
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
الأقراص المرنة FDD. إن نقل الملفات على الشبكة يخفض الوقت اللازم لنسخ الملفات على الأقراص ومن ثم نسخها إلى حاسوب آخر.
3 - يستطيع جعل برامج معينة مركزية مثل الملفات المالية والحسابات، فمعظم المستخدمين قد يحتاجون لاستخدام نفس البرنامج أو الولوج إلى نفس المعطيات معاً، وبالتالي فهم يستطيعون العمل بشكل متزامن وبدون ضياع الوقت.
4 - تستطيع إجراء عملية النسخ الاحتياطي بشكل تلقائي وكامل وبذلك توفر الوقت وتضمن بأن كل عملك آمن.
أما في شبكات WAN فإن المصادر والمعلومات يمكن مشاركتها على مساحات جغرافية أوسع هذا يقدم عدد من الميزات :
5 - تستطيع أن ترسل وتستقبل البريد الألكتروني E-mail من والى كل أنحاء العالم، ونقل وتبليغ الرسائل إلى أناس عدة في نفس الوقت وفي مساحات واسعة ومختلفة وبسرعة فائقة وتكلفة زهيدة
- تستطيع نقل الملفات من وإلى الشركاء في مواقع مختلفة، أو الدخول إلى شبكة الشركة من المنزل أو من أي مكان في العالم.
6 - يمكنك الدخول إلى مصادر ضخمة على الأنترنت والـ (World Wide Web (www
البروتوكول (TCP/IP) (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
البروتوكول TCP/IP هو بروتوكول يقوم بنقل المعلومات من الحاسب إلى الإنترنيت ويستخدم هذا البروتوكول للاتصال بالانترنيت أو بشبكه أخرى
مميزات البروتوكول TCP/IP 1) ليس تابعا أو مملوكا من قبل شركة أو جمعية كما أقرت جمعية الإنترنيت بكاملها استخدامه.
2) يوجد فيه العديد من الخدمات لتوصيل أنظمة تشغيل غير متشابهة منها Terminal Emulation protocol (TELNET),File Transfer Protocol(FTP) والتي تستخدم (Application Program Interface) APT والذي يجعل للاتصال بين حاسب وآخر لا يعتمد على نظام التشغيل المطبق في أي من الحاسبين.
3) إمكانية الدخول للإنترنيت وبالتالي الوصول إلى قاعدة بيانات ضخمه حيث يعتبر هذا البروتوكول هو البنية الأساسية لشبكة الإنترنيت
طبقات البروتوكول (TCP/IP)
يتم تقسيم البروتوكول (TCP/IP) إلى أربع طبقات وهي :
1) طبقة الشبكة (Network Interface) 2) طبقة إنترنيت (Internet) 3) طبقة الــــــنـــقـل (Transport) 4) طبقة التطبيقات (Application) أيجابيات التشبيك 1-المشاركة بالموارد :حيث بإمكان محطات العمل كلها أوقسم منها المشاركة بالوحدات المحيطية مثل (Disk print) بالإضافة للمصادر الأساسية مثل (data base)وتبادل الملفات وبذلك نختصر الكلفة الزمنية. 2-معالجة المعطيات الموزعة:حيث بإمكان مستخدمي الشبكة تحميل البرامج ومعالجة المعطيات في محطات العمل المربوطة على الشبكة ومن ثم
تخزين معلوماتهم على جهاز التخزين الرئيسي أوعلي أجهزتهم 3-الإدارة والأمن :حيث يقوم مدير الشبكة بإدارة الشبكة من خلال تحديد المستخدمين الذين يحق لهم الدخول إلى الشبكة من خلال محطات العمل المختلفة مع أعطاء كلمة سر لكل منهم وتحديد سماحياتهم محددة للوصول للموارد 4-توسيع قاعدة مستثمري الحاسبات الشخصية بتكلفة منخفضة:أذا يستطيع أي شخص الدخول إلى الشبكة من خلال حاسب يحتوي (floppy disk) وبالتالي يستفيد من كافة إمكانيات الشبكة بتكلفة منخفضة. 5- تجمع المستخدمين : يستطيع المشرف العام على الشبكة تجميع عدد من المستخدمين الشبكة في مجموعة واحدة ويستطيع تحديد أحد المستخدمين ليكون مدير لهذه المجموعة 6- البريد الإلكتروني. 7- أمكانية النفاذ إلى أنظمة تشغيل أخرى عن طريق الشبكة والتعامل معها.
متطلبات شبكة الحاسوب
لتتمكن من تكوين شبكة حاسوب يجب عليك أن توفر العديد من الأدوات والأجهزة لوصل الحواسيب. من هذه الأجهزة:
1. حاسوبان على الأقل.
2. بطاقة واجهة الشبكة NIC لشبكة Ethernet.
3. وسط انتقال سلكي أو لاسلكي
4. قب Hub أو مبدل switch
5. بروتوكول اتصال يحدد خوارزمية تخاطب مكونات الشبكة
6. نظام تشغيل شبكى
7. هناك بعض الأدوات الأخرى تختلف حسب اختلاف نوعية الشبكة لكن المتطلبات الأساسية مذكورة في الأعلى
1. وهناك أنواع أخرى من الشبكات الكبرى قد تحتاج إلى مسير(router) لتربط بين شبكتين لها عنوان مختلف أو للربط بين مجموعة شبكات ظاهرية
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
VTP فممكن تسمية شبكة متصلة في بناء واحد فقط بشبكة محلية
1. في حال أردنا الاتصال بشبكة بعيدة فإننا نحتاج إلى مودم (CSU/DSU)وهو من أجهزة الشبكات الواسعة المهمة.
ملاحظة: لا يمكن تشبيه عمل الهب Hub بعمل المبدل switch لأن المبدل أكثر تطورا وسرعة أداء من القب Hub
تقسيم الشبكات
تقسم الشبكات إلى عدة أقسام حسب مدى الشبكة إلى :
• شبكة عريضة أو الشبكات الواسعة شبكات تستخدم للمسافات البعيدة مثل الإنترنت
• الشبكات المحليةتستخدم لمسافات أقرب مثل الشبكات التي تستخدم في الجامعات.
• شبكة شخصية
شبكة محلية
الشبكة المحلية
Local Area Network LAN
يغطي هذا النوع من الشبكات عادة المناطق الجغرافية الصغيرة مثل الجامعات أو أحد فروع الشركات الكبيرة أو شبكة الحاسوب في منزل ما.
عدد أجهزة الحاسوب في هذا النوع يتراوح على الأقل من جهازين إلى 500 ولربط هذه الأجهزة نحتاج إلى جهاز يسمى القب hub أو المبدل switch أي المركز أو الناقل ليعمل على ربط الأجهزة معا ويمكنها من الاتصال ببعضها البعض.
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
يستخدم لربط الأجهزة عادة في مثل هذا النوع من الشبكات أسلاك وهي من نوع خاص لنقل البيانات أو الأجهزة اللاسلكية.
يتمكن المتصل في الشبكة من رؤية المعلومات والملفات الموجودة على أجهزة الآخرين إن سمح له بذلك.
يستخدم هذا النوع عادة في المؤسسات الصغيرة والجامعات من أجل تسهيل العمل ونقل المعلومات المشتركة بين الأقسام بشكل سريع.
نماذج الربط في الشبكات المحلية
النموذج الخطي : يستخدم لربط الأجهزة مع بعضها باستخام كابلات يبدأ بنقطة وينتهي بنقطة أخرى.
الشبكة العريضة او الواسعة
Wide Area Network WAN ومثال على ذلك انترنت لأنه يغطي معظم دول العالم من مشرقهِ إلى مغربهِ.
• تعريف للشبكة WAN: وهي كل الشبكات الممتدة على منطقة جغرافية واسعة وقد تكون مدينة أو قارة أو العالم بكامله
فهناك شبكات خاصة واسعة مثلا شركة لها أكثر من فرع في أنحاء العالم فهي عبارة عن شبكة واسعة ولها حاسوب مركزي وقاعدة بيانات خاصة بها ومن أهم الأجهزة المستخدمة في الشبكات الواسعة هي المسيرات (Router) حيث تقوم هذه الأجهزة بربط شبكات ذات عناوين IP مختلفة مع بعضها بواسطة موافيق (بروتوكولات)التسيير المتعددة
منتديات سعد الطاهر www.saadaltaher.yoo7.com
شبكة شخصية
Personal Area Network - PAN
شبكة تخزينية
Storage Area Network - SAN
شبكات العواصم الكبرى
Metropolitan Area Network - MAN
هي عبارة عن ربط مجموعة من الشبكات المحلية (LAN) في منطقة واحدة و لتقريب صورتها لذهنك تخيل أن في شركة فيها مصنع ومبنى إداري ومبنى آخر فرعي كل مبنى فيه شبكة محلية (LAN) طبعا وعند ربط الثلاث مباني ببعضهم أصبحت شبكة عبارة عن شبكة MAN في منطقة واحدة. مثال آخر لها شبكة تربط فروع وأقسام جامعة واحدة ومثال آخر القرية الذكية في مصر.
ومن خصائص هذه الشبكة أنها تربط شبكة في منطقة من 20 كيلو متر إلى 100 كيلو متر.
تاريخ الشبكات
تطوّرت الإنترنت نتيجة أبحاث بدأت في أوائل الستينيات حين عزمت وزارة الدفاع الأمريكية دخول مشروع ربط الحواسيب الرئيسية حينئذٍ والتابعة لوزارة الدفاع بالاتصال بعضها مع بعض؛ وذلك لتشكيل شبكة ذات عدة مراكز.
كان الهدف الرئيسي من المشروع هو حماية شبكة الاتصالات العسكرية في الولايات المتحدة، بحيث أنه عندما يتعرّض مركز من المراكز لضربة عسكرية فإن المراكزالأخرى تكون قادرة على إتمام عمليات الاتصال بطرق أخرى وغير مكترثة بما حدث لمركز أو مراكز مدمرة أي أنها شبكة تصلح نفسها بنفسها، والشبكة التي صممت عرفت باسم ARPANET)ِِِAdvanced Research Project Agency Net).
في فترة الثمانينيات أخذت مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) الأمريكية National Science Foundation برنامجًا موسعًا لربط الحواسيب المركزية العملاقة مع ARPANET، وبدأت الجامعات ومراكز الأبحاث الأخرى في العالم الانضمام لهذه الشبكة ومن ثم تحولت إلى الإنترنت الذي نعرفه حاليا...
تغليف الشبكات
في العموم التغليف يصف المحتويات الأساسية لأي غرض ضمن غرض آخر. في المصطلحات الحاسوبية التغليف يستخدم في تطبيقات متنوعة ليخفي أو يغلف المعلومات. في شبكات الاتصالات التغليف يمكن أن يستخدم لدمج أنواع متنوعة من البروتوكولات أو صيغ النقل ضمن بروتوكول واحد بروتوكول التغليف يغلف برتوكول آخر لتقوم الشبكات بعدها باستخدام البروتوكول المغلف في النقل الشبكي.النفع من التغليف هو استخدام بروتوكول واحد فقط في الشبكة. ولشرح ذلك : منظمة OSI قامت يتقسيم العمل قبل عملية النقل ضمن 7 طبقات أساسية تبدأ بطبقة التطبيق التي تقوم بتأمين المعلومات الأساسية وتضيف إليها الترويسة الخاصة بها ثم ترسلها إلى الطبقة الأدنى منها لتقوم بدورها بإضافة معلوماتها الخاصة وإرسالها إلى الطبقة الأدنى حتى الوصول إلى الطبقة الفيزيائية التي ترسل المعلومات المغلفة كإشارات كهربائية إلى المستقبل الذي يقوم بعلية معاكسة للتغليف ألا وهي فك التغليف فتقوم الطبقة الفيزيائية في المستقبل باستقبال المعلومات وإرسالها إلى الطبقة الأعلى التي تقوم بدورها بفك جزء من التغليف عن المعلومات وفق الموافق لها في طبقة المرسل ثم ترسلها إلى الطبقة الأعلى وهكذا حتى الوصول إلى طبقة التطبيق وهنا تزيل التغليف لها بها وتظهر المعلومات المستقبلة للمستخدم.
تغليف الشبكات
مراحل مهمة في تطوير الشبكات
السنة الحدث
ماقبل عام 1900 اتصالات المسافات البعيدة بواسطة الرسائل والراكبين والحمام الزاجل والتلغارف الضوئي والتلغارف الكهربائي وإشارات الدخان.
التسعينيات من القرن التاسع عشر إخترع غراهام بل الهاتف، واتسعت خدمة الهاتف بشكل كبير.
1901 أول إرسال لاسلكي لماركوني عبر المحيط الأطلسي.
العشرينيات من القرن العشرين إرسال AM (تعديل أقصى قيمة).
1939 إرسال FM (تعديل التردد).
الأربعينيات من القرن العشرين كانت الحرب العالمية الثانية هي المحفز لتطوير المذياع والمياكروويف.
1947 اخترع كل من شوكلي وياردن وبريتين الترانزستور ذو الحالة الثابتة (شبه موصل).
1948 نشر كلود شانون كتاب النظرية الرياضية للاتصالات(a Mathematical Theory of Communication).
الخمسينيات من القرن العشرين إختراع الدوائر المتكاملة.
1957 تم إنشاء وكالة (مشاريع الأبحاث المتقدمة) بواسطة وزارة الدفاع الأمريكية
الستينيات من القرن العشرين اختراع الحواسيب المركزية.
1962 يعمل بول باران في RAND على شبكات تحويل الحزم.
1967 نشر لاري روبرتس أبحاث حول ARPANET (شبكة وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة).
1969 تم تأسيس ARPANET (شبكة وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة).
السبعينيات من القرن العشرين انتشار استخدام الدوائر الرقمية المتكاملة وظهور الحواسيب الشخصية الرقمية
1970 قامة جامعة هاواي بتطوير نظام ALOHANET.
1972 قام راي توملسون بإنشاء برنامج يقوم بإرسال رسائل البريد الإلكتورني.
1973 بدأ بوب كان وفينت سيرف العمل على ما أصبح لاحقا بـ TCP/IP (ميفاق (بروتوكول) التحكم في الإنترنت) وظهرت الـ ARPANET (شبكة وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة) وكان لها اتصالات مع University College في لندن، ومؤسسة الرادار الملكية في الساحة الدولية في النرويج.
1974 قامت شركة BBN بإفتتاح الـ Telnet، وهو أول إصدار تجاري من ARPANET (شبكة وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة).
الثمانينات من القرن العشرين انتشار استخدام الحواسيب والحواسيب الصغيرة التي تستخدم UNIX.
1981 تم إطلاق مصطلح الإنترنت على مجموعة متصلة من الشبكات.
1982 أصدرت (المنظمة الدولية لوضع المعايير) نموذج وموافيق (برتوكولات) اتصال متبادل للأنظمة المفتوحة, وتختفي البرتوكولات ولكن يظل للنموذج تأثير كبير.
1983 أصبح ميفاق (بروتوكول)التحكم في الإرسال / بروتوكول الإنترنت(TCP/IP) هو اللغة العالمية للإنترنت. انقسمن ARPANET إلى ARPANET وMILNET.
1984 تم تأسيس شركة سيسكو، وبدأ تطوير العبّـارات والمسيرات (Routers)، ظهرت خدمة اسم المجال تجاوز عدد مضيفي (مستخدمي) الإنترنت ألف.
1986
تم إنشاء TSFNET (شبكة موؤسسة العلوم الوطنية)، وقد بلغت سرعة جزء الشبكة 56 كيلو بت في الثانية.
1987 تجاوز عدد مضيفي (مستخدمي) الإنترنت 10.000
1988 قامت وكالة (مشاريع أبحاث الدفاع المتقدمة) بتكوين فريق الإستجابة لطوارئ الحاسب.
1989 تجاوز عدد مضيفي (مستخدمي) الإنترنت 100.000
1990 أصبحت ARPANET (شبكة وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة) هي الإنترنت.
1991 نشأت شبكة الويب العالمية (www), قام تيم بيرنرز لي بتطوير كود (www) شبكة الويب العالمية (World Wide Web).
1992 تم وضع ميثاق مجتمع الإنترنت (ISOC)، تجاوز عدد مضيفي (مستخدمي) الإنترنت 1.000.000
1993 أصبح MOSIC أول مستعرض ويب مستند إلى الرسوم متوفرا.
1994 ظهور برنامج Netscape Navigator.
1996 تجواز عدد مضيفي (مستخدمي) الإنترنت عشرة ملايين، غطت شبكة الإنترنت الكرة الأرضية.
1997 تم تأسيس مكتب الأرقام الأمريكي (ARIN)، ظهرت الإنترنت 2.
من أواخر التسعينيات من القرن العشرين وحتى الآن يتضاعف عدد مستخدمي الإنترنت كل ستة أشهر (زيادة أ ُسّية)
1998 شركة سيسكو تحقق 70% أرباح من الإنترنت وتبدأ برامج التدريب الأكاديمي للشبكات.
1999 نشر جزء الشبكة الرئيسي للإنترنت الإصدار رقم 6 (الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت IPv6).
2001 تجاوز عدد مضيفي (مستخدمي) الإنترنت 110 مليون.
