أساسيات شبكات الحاسوب

أساسيات شبكات الحاسوب

مراحل تطوّر الشبكات:

1. بدأت في أوائل الستينات والسبب حين عزمت وزارة الدفاع الأمريكية دخول مشروع ربط الحواسيب الرئيسة التابعة لها بهدف الاتصال فيما بينها.
2. بدأت الجامعات ومراكز الأبحاث الأخرى في العالم الانضمام إلى هذه الشبكة.

فوائد شبكات الحاسوب: من أهم فوائد شبكات الحاسوب

1. الاتصال بين الأفراد والجماعات.
2. مشاركة التطبيقات.
3. مشاركة الأجهزة.
4. تبادل البيانات والملفات.

1. الاتصال بين الأفراد والجماعات: يحتاج التواصل إلى استخدام بعض البرامج فأنت تتواصل مع أصدقائك يوميًا من خلال تطبيق WhatsApp أو الماسنجر أو البريد الإلكتروني وغيرها من التطبيقات الأخرى وذلك لأنها تتميز بسرعتها الفائقة وتكلفتها الزهيدة.
2. مشاركة التطبيقات: في العمل نحتاج إلى تنزيل الكثير من التطبيقات على الأجهزة ولكن إذا قمنا بعمل شبكة فإنه يُمكننا تنزيلها على جهاز الخادم server فقط ويقوم الجميع باستخدامها بشكل

متزامن أي في الوقت ذاته عوضا عن تنزيل نسخة على كل جهاز.

الخادم: جهاز حاسوب ذي قدرات عالية في المعالجة والتخزين يقوم بخدمة المستخدمين، في مشاركة موارد الشبكة والتحكم بها.

3. مشاركة الأجهزة: من أشهر الأمثلة على مشاركة الأجهزة هو مشاركة الطابعة حيث يتم إيصالها بالشبكة لتخدم أكثر من جهاز وهذا يؤدي إلى خفض الكلفة. ومن الأمثلة الأخرى على مشاركة الأجهزة مشاركة وسائط التخزين والماسحات الضوئية.

 

التراسل:

عملية تبادل للبيانات بين أجهزة الحاسوب المختلفة ضمن الشبكة.

 

عناصر عملية التراسل:

الرسالة، المرسِل، المستقبِل، قناة الاتصال، التغذية الراجعة.

 

لنأخذ المثال الآتي:

قام أحمد بإرسال رسالة إلكترونية باستخدام جهازه الحاسوبي إلى صديقه علاء فقام الأخير بالرد على أحمد من خلال إرسال صورة تعبيرية أيضًا باستخدام جهاز الحاسوب.

استخرج من المثال السابق عناصر الرسالة؟

 

المُرسل: جهاز أحمد الحاسوبي.

المستقبل: جهاز علاء الحاسوبي

الرسالة: نص الرسالة الذي قام احمد بإرساله.

قناة الاتصال: التطبيق الذي تم استخدامه وهو مختلف من عملية تراسل إلى أخرى باختلاف الهدف من العملية.

التغذية الراجعة: رد فعل علاء على الرسالة.

 

تُعرّف الرسالة بأنها المعلومات أو البيانات التي يتم إرسالها، وهي تتكون من النصوص أو الأرقام، أو الصور، أو الأصوات، أو الفيديو، أو مزيج منها.

المرسل جهاز الحاسوب الذي يقوم بإرسال البيانات والمعلومات إلى الأجهزة الأخرى داخل الشبكة. ويُسمى أيضًا بالمصدر.

 

المستقبِل: جهاز الحاسوب الذي يقوم باستقبال البيانات والمعلومات المرسلة من الأجهزة الأخرى داخل الشبكة.

قناة الاتصال: الوسط أو الطريق الذي يتم من خلاله نقل البيانات بين أجهزة الحاسوب المختلفة في الشبكة.

التغذية الراجعة : الإشعار الذي يوضح فيما إذا تمّ استلام الرسالة أم لم يتم ويُمكن أن يكون له أشكال أخرى.

 

مكونات شبكة الحاسوب:

لنتعرف مكونات شبكة الحاسوب سندرس المثال الآتي:

في مختبر الحاسوب بالمدرسة يوجد العديد من أجهزة الحاسوب يربطها معًا جهاز يُسمى موزع (Switch). كل جهاز حاسوب يُمكن أن يرتبط بالموزع من خلال خطوط اتصال سلكية (كابلات) والتي تحتاج إلى مدخل خاص لربطها بالحاسوب هذا المدخل هو جزء من بطاقة تُسمى بطاقة الشبكة. ويُمكن لهذه الأجهزة أن ترتبط لاسلكيًّا من خلال الموّجه (Router). عملية التراسل ما بين أجهزة الحاسوب تحتاج إلى مجموعة من القواعد التي تنظمها وهذا ما يُسمى بالبرتوكول.

 

من خلال مفهوم شبكات الحاسوب وكذلك المثال السابق نستنتج مكونات الشبكة وهي كالآتي:

1. أجهزة الحاسوب: اثنان أو أكثر.

2. بطاقة الشبكة (Network Interface Cards): وظيفتها نقل البيانات الرقمية من جهاز الحاسوب، وإرسالها على شكل إشارات عبر خط الاتصال إلى الأجهزة الأخرى، كما تقوم باستقبال المعلومات من الأجهزة الأخرى، وإدخالها إلى جهاز الحاسوب.

1. خطوط الاتصال بين الحواسيب: هي وسائط لنقل البيانات التي يتم تبادلها داخل الشبكة وإما أن تكون وسائط سلكية أو وسائط لاسلكية.

1.  وسائط الاتصال السلكية: تُستخدم بها الكابلات السلكية، وتُقسم إلى ثلاثة أنواع:

الكابلات المزدوجة المجدولة، والكابلات المحورية، وكابلات الألياف الضوئية ولكل نوع من هذه الأنواع مكوناتها ومميزاتها وسلبياتها.

 

 1. الكابلات المزدوجة المجدولة: تتكون هذه الكابلات المزدوجة المجدولة من أزواج من الأسلاك النحاسية المجدولة داخل غلاف بلاستيكي. ومن مميزاتها أنها منتشرة على نطاق واسع وتكلفتها منخفضة. أما سلبياتها فهي تفقد البيانات بشكل عال وتنقل البيانات لمسافات قصيرة نسبيًّا.

2. الكابلات المحورية: تتكون من سلك نحاسيّ في المركز، محاط بمادة عازلة، ثمّ طبقة شبك نحاسيّ، ثم غلاف عازل، ويستطيع هذا النوع من الكابلات تستطيع نقل البيانات لمسافات بعيدة ولكن تكلفتها عالية نسبيًا.

 هذا الكابل متوفر في كل منزل، حدد أين نستخدمه؟

 

3. كابلات الألياف الضوئية: يتكون هذا النوع من الكابلات من شُعيرات رفيعة جدًا مصنوعة من الزجاج، محاطة بغلاف عازل.

 

ب- وسائط الاتصال اللاسلكية: تنتقل البيانات من خلال انتشار الموجات في طبقات الجو من دون استخدام أسلاك أو كابلات ولنتعرف على هذه الأنواع:

1. موجات الراديو: عند استخدام هذه الموجات يتم تزويد حواسيب الشبكة بأجهزة إرسال واستقبال راديوي، حيث يقوم الجهاز المرسِل بإرسال البيانات على تردد معين، ويُضبط الجهاز المستقبِل على التردد نفسه.  تكلفة هذا النوع من الموّجات متوسطة وإشارتها تنتقل في اتّجاهات متعددة ومن الأمثلة عليها اتصالات الهواتف الخلوية.

 

2. الموجات القصيرة جدًا: وهي موجات تحتاج إلى هوائيات كبيرة مرتفعة الثمن ولكنها تغطي مساحات واسعة ومن خصائص هذه الموجات أنها تسير في خطوط مستقيمة مما يتطلب أن يكون المرسِل والمستقبل على المستوى نفسه. وتُستخدم في محطات التلفاز.

 

3. الأقمار الصناعية (Satellites): من الأمثلة على استخدام هذا النوع من الخطوط اللاسلكية أنظمة البث الفضائي حيث يتم إرسال البيانات من محطات أرضية إلى الأقمار المدارية التي تعيد بث الإشارات الميكروية إلى محطات أرضية أخرى. هذا النوع من الموجات يُغطي مساحات واسعة جدًا ولكن كلفتها عالية بسبب الحاجة إلى الأقمار المدارية والمحطات الأرضية.

 

4. الأشعة تحت الحمراء (Infrared): من أشهر الأمثلة على استخدام هذا النوع من الأشعة استخدامه في أجهزة التحكم عن بُعد في التلفاز حيث يتم تزويد أجهزة بجهاز إرسال واستقبال لبثّ البيانات والتقاطِها، باستخدام الأشعة تحت الحمراء. ولكنه يحتاج إلى توجيه مباشر بين المرسل والمستقبل من دون أيّ عائق بينها. تُستخدم في الاتصالات الآمنة ولمسافات قصيرة وتتميز بتكلفتها منخفضة.

 

4- معدات ربط الشبكات:

ما هي معدّات ربط الشبكات:

 هي أجهزة تُستخدم في الشبكة وظيفتها:

1. ربط أجهزة الحاسوب في الشبكة بعضها مع بعض.
2. توجيه عملية تبادل البيانات بين أجهزة الحاسوب.

 من الأمثلة عليها:

1. الجسر (Bridge).
2. البوابة (Gateway).
3. الموزع (Switch).
4. الموجّه (Router)

 

5- البرتوكول: البرتوكول بوجه عام هو مجموعة قواعد متفق عليها وبالحديث عن شبكات الحاسوب يُعرّف البرتوكول بأنه مجموعة من المقاييس والقواعد الموحّدة والإجراءات، التي تُسهل عملية الاتصال بين أجهزة الحاسوب في الشبكة بشكل صحيح وآمن.

الأمثلة على برتوكولات الشبكة:

• برتوكول التحكم في الإرسال.
•  برتوكول (TCP/ IP) Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

 

ما وظيفة البرتوكول TCP/ IP

يقوم برتوكول TCP بتقسيم المعلومات المرسلة عبر الانترنت إلى أجزاء صغيرة تُسمى الحزم وذلك لتسهيل عملية انتقال المعلومات على نحو سريع. ومن ثم يقوم بإعادة تجميعها مرة أخرى في الترتيب الصحيح في جهاز الحاسوب المستقبل كما أنه يتحقق ممن عدم فقدان أي حزم خلال عملية الإرسال.

 

وظيفة برتوكول الانترنت   IP :

يُستخدم لتوجيه المعلومات إلى عنوان الجهاز المستقبل الصحيح.

لكل جهاز مربوط بالإنترنت عنوان إلكتروني خاص به مثلما أنّ لكلٍ منّا رقمه الوطني الخاص به وكل رسالة تُرسل باستخدام الإنترنت تحتوي جزأين جزء خاص بالرسالة وجزء يحمل عنوان الجهاز المستقبل. وإذا تم تقسيم الرسالة إلى أجزاء باستخدام TCP فإن كل جزء سوف يحمل العنوان معه.