مقدمة شبكات الحاسوب

شبكات الحاسوب هي ناتج التقاء تكنولوجيا الحاسوب مع وسائل الاتصالات الحديثة.

المعادلة: حاسوب + اتصالات = شبكة حاسوب

أهمية شبكات الحاسوب

بدايةً، دعنا نتخيل أجهزة الحاسوب دون اتصال بينها. كيف سيتبادل الحاسوب البيانات مع أجهزة حاسوب أخرى؟ سنحتاج إلى العديد من وسائط نقل المعلومات لنقل من جهاز إلى آخر مما يسبب هدراً للوقت والجهد.

كذلك تخيل وجود طابعة، واحدة وعدة أجهزة حاسوب غير متصلة داخل مكتبٍ ما، فإذا أردنا الطباعة فإما نقوم بالوقوف في طابور انتظار على جهاز الحاسوب الموصول بالطابعة، أو نقوم بنقل الطابعة إلى كل مستخدم ليوصلها مع جهازه ليطبع ما يريد، وفي كلا الحالين عناء كبير.

من هنا، نرى أن وصل الحواسيب وملحقاتها لتكوين شبكات ضروري كي يتمكن المستخدمون من التشارك في المعلومات (الملفات)، والموارد (الطابعة، الماسح الضوئي)، والبرامج، مما يوفر الوقت والجهد والمال.

لاحظ أن المشاركة في المعلومات من خلال الشبكة يؤدي إلى أن أي تغير يحدثه شخص ما، يمكن ملاحظته فوراً من المستخدمين الآخرين، وهذا مهم في كثير من التطبيقات، مثل تطبيقات البنوك وشركات الطيران.

مكونات شبكة الحاسوب

1.    وسط ناقل للبيانات (سلكي أو لاسلكي).

2.    لوحة الكترونية خاصة، تسمى بطاقة او كرت واجهة الشبكة (Network Card)، تثبت على كل جهاز في الشبكة.

3.    مجموعة قوانين ومقاييس (بروتوكولات)، تضبط عملية نقل البيانات بين أجهزة الشبكة المختلفة، بحيث يفهم كل منها الآخر وإن كانت ذات مواصفات مختلفة.

4.    برنامج نظام تشغيل الشبكة (Network Operating System)، الذي يمكننا من التحكم في الشبكة وإدارتها.

يعطى كل جهاز في الشبكة عنواناً () خاصاً به، ويتم تناقل المعلومات بين أجهزة الشبكة على شكل حزم (Packet) تحمل كل منها عنوان المرسل والمستقبل وتسري في الوسط الناقل على شكل نبضات.

في العادة هنالك أكتر من طريق تستطيع الرسالة أن تسلكه للوصول إلى وجهتها، وتعتبر مسألة اختيار الطريق الأفضل لتوصيل الرسالة من المهام الأساسية في إدارة الشبكة.

هنالك أجهزة أخرى قد تستخدم في الشبكات، مثل: الموزع المركزي (Hub)، والمعيد (Repeater)، والجسر (Bridge)، والموجه (Router).

أنواع الشبكات

يمكن تقسيم شبكات الحاسوب حسب عدد من العوامل أهمه:

‌أ.       الوسط الناقل:

تقسم الشبكات من حيث الوسط الناقل إلى:

1)    سلكية: تستخدم الاسلاك المعدنية أو أسلاك الألياف البصرية لوصل الأجهزة بعضها ببعض.

2)    لاسلكية: تستخدم موجات الاشعة تحت الحمراء أو موجات الراديو كوسط لنقل المعلومات بين أجهزة الشبكة.

تستخدم الشبكات اللاسلكية حين يصعب مد أسلاك في الأماكن المزدحمة أو المعزولة، أو لوصل أجهزة الحاسوب المحمولة مع الشبكة.

يمكن تشبيه الشبكات السلكية بالهاتف العادي، والشبكات اللاسلكية بشبكات الهاتف المحمول، حيث يستطيع المستخدم التنقل إلى أي مكان يحلو له، ويبقى قادراً على الاتصال بشبكته مادام يقع في المدى الذي تغطيه.

‌ب.المساحة الجغرافية:

وتقسم الشبكات حسب المساحة الجغرافية إلى:

1)    شبكة محلية (LAN): وهي ناتجة عن وصل مجموعة من الحواسيب تتواجد داخل غرفة واحدة، أو في بناية واحدة، أو مجموعة بنايات متقاربة، وفي العادة تكون تابعة لنفس المؤسسة.

2)    شبكة واسعة المجال (WAN): وتغطي منطقة جغرافية واسعة كالدولة مثلاً وعادةً تستخدم هذه الشبكة شبكات شركات الاتصالات لوصل أجزائها المختلفة.

أصبح بالإمكان بناء الشبكات واسعة المجال عن طريق ربط الشبكات المحلية المتواجدة في مناطق متباعدة، بواسطة الأقمار الصناعية، وموجات الميكروويف، وأسلاك الهاتف.

‌ج.  العلاقة بين الأجهزة:

وتقسم الشبكات من حيث العلاقة بين الأجهزة إلى:

1.    شبكة الند للند (Peer-to-peer):

تتكون شبكة الند للند من أجهزة حاسوب تتعاون فيما بينها لإنجاز الأعمال، وتكون الأجهزة متساوية في المرتبة والمهام فلا يتحكم أحدها بالآخر، وإن كانت تتبع قوانين محددة للتخاطب لتنظيم العمل.

2.    شبكة الزبون للخادم (Client/Server):

في العادة تتكون هذه الشبكة من جهاز حاسوب مركزي ذي سرعة عالية ومساحة تخزينية كبيرة يسمى الخادم، ومجموعة أجهزة حاسوب ذات مواصفات أقل يسمى كل منها بالزبون.

إن الحاسوب الخادم هو مصدر التحكم المركزي في الشبكة، فهو مركز الإدارة والتخزين للمعلومات، مما يجعل الوصول إلى المعلومات والمحافظة عليها وحمايتها أسهل مما لو كانت موزعة على أجهزة مختلفة.

التصاميم الأساسية للشبكات المحلية

يطلق على الكيفية التي يتم بها توصيل أجزاء الشبكة اسم طوبولوجي (التصميم، الهيكلية)، انظر الأشكال التالية

وسنناقش فيما يلي ثلاثة من التصاميم الشائعة للشبكات المحلية:

1)    الخطي.

2)    النجمة.

3)    الحلقة.

إن لكل من هذه التصاميم معدات خاصة به، ويختلف عن غيره من حيث سهولة التعامل معه، أو كلفة التوسع والصيانة والمناعة تجاه الأعطال في الأجهزة.

نموذج الخط

      Ø    توصل الأجهزة بشكل متتالٍ على طول سلك واحد (مسار من الأسلاك).

Ø    ترسل الحزمة من المصدر عبر المسار الرئيسي إلى جميع الأجهزة المربوطة مع الشبكة –دون استثناء- على شكل نبضات، والجهاز الوحيد الذي يلتقط الحزمة هو الجهاز الموجهة إليه.

Ø    إذا قام أكثر من جهاز حاسوب بإرسال البيانات في الوقت نفسه يحدث ما يطلق عليه "تصادم" (Collision)، وكلما زاد عدد الأجهزة في الشبكة زادت التصادمات، وبالتالي قلت سرعة الشبكة وأصبح من الضروري إعادة إرسال الحزم المتصادمة من جديد.

Ø    أي عطل في السلك الرئيسي يؤدي إلى تعطيل الشبكة كاملة.

نموذج النجمة

Ø    يوصل كل جهاز بوساطة سلك خاص مع جهاز توزيع مركزي.

Ø    فشل جهاز التوزيع المركزي يؤدي إلى فشل جميع الشبكة.

Ø    فشل أحد الأسلاك يؤدي إلى تعطيل الجهاز الموصول مع السلك المعطوب، دون أن يعطل ذلك عمل بقية الشبكة.

Ø    سهولة إضافة جهاز جديد إلى الشبكة، وذلك بوصله مع جهاز التوزيع المركزي بوساطة سلك.

نموذج الحلقة

Ø    يوصل كل حاسوب مع الذي يليه، ويوصل الأخير مع الأول لتشكيل حلقة.

Ø    تنتقل المعلومات على مدار الحلقة في اتجاه واحد، وتمر من خلال كل جهاز على الشبكة الذي يقوم بدوره بإنعاش هذه المعلومات وتقويتها، ثم يعيد إرسالها إلى الجهاز الذي يليه، إن لم تكن موجهة إليه، أما إذا كانت موجهة إليه، فإنه يسحبها من التداول.

Ø    فشل أحد الأجهزة يؤدي إلى توقف الشبكة عن العمل بشكل كلي.

Ø    هذا التصميم خال من التصادمات، وذلك لأن كل جهاز يأخذ دوره في إرسال المعلومات على الشبكة، ولا يمكن لجهازين أن يرسلا بيانات في الوقت نفسه، وهذا يزيد من سرعة نقلها.

Ø    إضافة جهاز أو سحبه من الشبكة يتطلب تعطيل الشبكة كاملة.

أجهزة تستخدم في شبكات الحاسوب:

بالإضافة إلى ما سبق، تستخدم أجهزة أخرى في شبكات الحاسوب لأداء مهام محددة:

الموزع المركزي (Hub):

ويوضع في مركز الشبكة ذات شكل النجمة حيث يعمل نقطة تجميع للأسلاك المتصلة مع حواسيب الشبكة، ويقوم باستقبال المعلومات القادمة من أحد أسلاك الشبكة على شكل نبضات كهربائية وتقويتها، ثم إعادة بثها من جديد إلى كافة الأسلاك المتصلة مع باقي حواسيب الشبكة.

المعيد (Repeater):

ويستخدم من اجل تقوية النبضات الكهربائية، لكي تتمكن من قطع مسافات أطول داخل الأسلاك.

الجسر (Bridge):

ويستخدم بشكل عام لتقليل من حركة المعلومات غير الضرورية داخل الشبكة، لتسريعها بعد ان تجزأ إلى جزأين اثنين.

المفتاح (Switch):

ويستخدم بشكل عام لتقليل من حركة المعلومات غير الضرورية داخل الشبكة، لتسريعها بعد أن تجزأ إلى مجموعة أجزاء.

الموجه (Router):

يقوم بتمرير المعطيات من شبكة الحاسوب إلى شبكة حاسوب أخرى، بناءً على عنوان الرسالة، بعد أن يحدد أفضل الطرق التي على الرسالة أن تسلكها حتى تصل إلى العنوان المطلوب، ويستخدم الموجه بشكل عام لوصل الشبكة المحلية مع شبكة الانترنت.