أساسيات الشبكات | الوحدة الثانية | الدرس الأول
أساسيات الشبكات هو عنوان الدرس الأول من الوحدة الثانية التي تحمل اسم “التواصل عبر الإنترنت” في الفصل الدراسي الثاني من مقرر “المهارات الرقمية – ثاني متوسط”.
سنتعرف في هذا الموضوع على مفهوم الشبكة، ومعرفة هيكلياتها، وأنواعها المختلفة، كذلك سنتعرف على نماذج شبكة الحاسب، وبروتوكولات الاتصال (Communication Protocol)، وغيرهم من المفاهيم الهامة.
أساسيات الشبكات
لذا قم بقراءة نواتج التعلُّم جيدًا، ثم احرص على إعادة قراءتها بعد انتهائك من دراسة الموضوع، والتأكُّد من تحصيل محتوياتها.
نواتج التعلُّم
- فهم ماهية الشبكة.
- تمييز هيكلية الشبكة (Network Topology).
- تمييز نماذج شبكة الحاسب.
- معرفة بروتوكولات الاتصال.
- تمييز الوحدات الرقمية للحاسب.
- معرفة سرعة الشبكة.
- تمييز الشبكات إلى السلكية (Wired) واللاسلكية (Wireless).
- فهم كيفية عمل الإنترنت.
هيا لنبدأ!
الشبكة | أساسيات الشبكات
شبكة الحاسب (Network) عبارة عن جهازي حاسب أو مجموعة من أجهزة الحاسب أو الأجهزة الأخرى (مثل الطابعات، الهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية) التي يتم ربطها من خلال الكابلات، أو قنوات الألياف الضوئية، أو التقنيات اللاسلكية (الأشعة تحت الحمراء، موجات الراديو، الأقمار الصناعية، إلى آخره).
تسمى أجهزة الحاسب والأجهزة المتصلة بشبكة الحاسب بالعُقد (Nodes)، وتتواصل عُقد الشبكة مع بعضها من أجل تبادل البيانات والملفات والرسائل، ولمشاركة الأجهزة أيضًا.
أساسيات الشبكات
هيكلية الشبكة
يُشير مصطلح هيكلية الشبكة (Network Topology) إلى تخطيط شبكة الحاسب، ويُمكِن القول بأن الهيكلية تشرح كيفية اتّصال الشبكة ماديًا، كما تُحدِّد المسار الذي يجب أن تسلكه البيانات للتنقُّل حول شبكة الحاسب، وتُعدُّ أنواع هيكلية الشبكة الرئيسة والأكثر استخدامًا هي:
هيكلية الشبكة
بإمكانك التعرُّف على المزيد من المعلومات عن هيكلية الشبكة من خلال الرابط التالي:
أنواع الشبكة
يتم تقسيم الشبكات إلى أنواع حسب التباعد الجغرافي بين الأجهزة المتصلة، حيث هناك الشبكات المحلية (Local Area Networks – LAN)، والشبكات الواسعة (Wide Area Networks – WAN).
- الشبكات المحلية
تربط أجهزة الحاسب الموجودة في مساحة صغيرة، مثل: منزل، أو مكتب، إلى آخره.
- الشبكات الواسعة
من الممكن أن تغطي دولة أو عدة دول في مختلف القارات. فعلى سبيل المثال، الإنترنت وهو نوع من الشبكات الواسعة.
نماذج شبكة الحاسب | أساسيات الشبكات
نماذج شبكة الحاسب
هي قنوات اتصال لنقل البيانات، وتُحدِّد طريقة مشاركة الموارد بين أجهزة الحاسب في الشبكة.
وهناك نوعان من نماذج شبكة الحاسب، يتمثلان في:
- نموذج النظير للنظير
لا يستخدم نموذج النظير للنظير (Peer-to-peer model) الخوادم لنقل البيانات، وبدلًا من ذلك يُمكِن لكل جهاز إرسال البيانات واستلامها مباشرةً، ومشاركة موارده وطلبها من أجهزة شبكة الحاسب الأخرى؛ مما يعني أنه يتم تخزين البيانات محليًا على أجهزة شبكة الحاسب.
أساسيات الشبكات
- نموذج العميل/ الخادم
تتكون الشبكة من جهازي حاسب أو أكثر، وعندما تَكبر الشبكة، فإنها تدعم المزيد من المهام ويزداد عبء عملها؛ لذلك، لتقسيم هذه المهام وعب العمل، يجب أت يكون لكل حاسب في الشبكة دور مُحدَّد.
يعمل نموذج العميل/ الخادم (Client\ Server model) كتطبيق موزع، حيث تعمل بعض أجهزة الحاسب كخوادم والبعض الآخر كعملاء.
فعلى سبيل المثال، في أي متجر، يوجد مساعدون وعملاء، العملاء لديهم طلبات يجب على المساعدين تلبيتها.
يحدث الشيء نفسه تمامًا في نموذج العميل/ الخادم، حيث يجب أن تخدم الخوادم طلبات العملاء،
وعادةً ما تكون أجهزة الخوادم أكبر من حيث قدراتها ومواصفاتها؛ لتتمكن من خدمة الأجهزة العميلة.
الخدمات مثل البريد الإلكتروني والوصول إلى الشبكة العنكبوتية مبنية على نموذج العميل/ الخادم، فعند استخدام الإنترنت،
يَستخدِم جهاز الحاسب الخاص بك متصفح المواقع الإلكترونية لإرسال طلب إلى خادم الشبكة العنكبوتية، والذي يجب أن يستجيب بالبيانات الصحيحة.
لاحظ أن
نموذج العميل / الخادم هو النموذج الأكثر شيوعًا، وبإمكانك العثور عليه في كل مكان تقريبًا، (المدارس، والمصارف، وما إلى ذلك).
تبادل المعلومات
يجب أن تتواصل أجهزة الحاسب في الشبكة مع بعضها من أجل تبادل الرسائل والمعلومات. ويختلف الاتصال بين أجهزة الحاسب عن الاتصال بين البشر، حيث إن أجهزة الحاسب “تتواصل” مع بعضها باستخدام “لغات” مختلفة تسمى بروتوكولات الاتصال (Communication Protocols).
أساسيات الشبكات
بروتوكول الاتصال
بروتوكول الاتصال (Communication protocol) هو نظام لتنسيقات الرسائل الرقمية وقواعد تبادل هذه الرسائل، ويُحدِّد البروتوكول طريقة تشكيلها.
يعتمد اتصال أجهزة الحاسب في الوقت الحاضر على تبادل حزم المعلومات (Information Packets)، وتُقسَّم المعلومات المراد توصيلها إلى أجزاء صغيرة مصنفة للإشارة إلى المرسِل والمستلِم.
إن هذا النظام شبيه بنظام البريد التقليدي والبطاقات البريدية، حيث يوجد للحزم حد أقصى لطولها،
ويتم إعادة توجيهها من حاسب إلى آخر للوصول إلى وجهتها، وفي حالة فقدان حزمة، يجب إعادة إرسالها.
عندما يلتقي المُستلِم حزمة، يجب عليه إرسال إقرار إلى المُرسِل لإبلاغه باستلام الحزمة بنجاح.
بهذه الطريقة، تكون عمليَّات إعادة الإرسال غير الضرورية محدودة.
يظهر هيكل الحزمة كالتالي:
البروتوكولات عالية المستوى
البروتوكولات عالية المستوى (high-level protocols) عبارة عن مجموعة من القواعد التي تساعد الأنظمة أو الأجهزة المختلفة على التواصل مع بعضها البعض عبر شبكة مثل الإنترنت، فهو بمثابة وجود لغة مشتركة أو مجموعة من التعليمات.
ثم تصميم هذه البروتوكولات لتلبية مُتطلَّبات الاتّصال لمهام محدَّدة مثل زيارة موقع ويب أو إرسال بريد إلكتروني.
تتضمن أمثلة البروتوكولات عالية المستويات ما يلي:
- بروتوكول نقل النص التشعبي (Hypertext Transfer Protocol – HTTP): يتم استخدامه لنقل الصفحات الإلكترونية عبر الإنترنت.
- بروتوكول نقل البريد الإلكتروني (Simple Mail Transfer Protocol – SMTP): يتم استخدامه لنقل رسائل البريد الإلكتروني.
- بروتوكول نقل الملفات (File Transfer Protocol – FTP): يتم استخدامه لتقل الملفات بين أجهزة الحاسب.
بروتوكول نقل النص التشعبي (HTTP)
هو البروتوكول المُستخدَم للاتّصال على الشبكة العنكبوتية العالمية، وبعبارة أخرى هو اللغة التي تستخدمها متصفحات المواقع الإلكترونية والخوادم للتواصل مع بعضها البعض لطلب وتسليم الصفحات الإلكترونية والموارد الأخرى عبر الإنترنت.
يعمل بروتوكول نقل النص التشعبي على نموذج خادم العميل، فعندما تكتب عنوان موقع إلكتروني في متصفحك،
يرسل المتصفح طلب بروتوكول نقل النص التشعبي إلى الخادم الذي يستضيف هذا الموقع الإلكتروني،
ثم يستجيب الخادم بالصفحة الإلكترونية المطلوبة التي يعرضها متصفحك بعد ذلك.
بروتوكول نقل النص التشعبي الآمن (Hypertext Transfer Protocol Secure – HTTPS)
هو نفس بروتوكول نقل النص التشعبي في الأساس، ولكن مع طبقة إضافية من الأمان يوفرها التشفير.
عندما تقوم بزيارة موقع إلكتروني باستخدام بروتوكول نقل النص التشعبي الآمن، يقوم متصفحك وخادم الشبكة بتشفير البيانات التي يتم نقلها بينهما.
يساعد هذا التشفير على حماية المعلومات الحساسة، مثل: بيانات اعتماد تسجيل الدخول، وأرقام بطاقات الائتمان، والبيانات الشخصية من اعتراضها والوصول إليها من قبل أطراف غير مصرح لهم بذلك.
أساسيات الشبكات
لاحظ أن
سيكون للمواقع الإلكترونية التي تَستخدِم بروتوكول نقل النص التشعبي الآمن رمز قفل بجوار عنوان URL، حيث يبدأ عنوان URL بـ “//:https” بدلًا من “//:http”.
قم بمراجعة محتوى موضوع “أساسيات الشبكات” من بدايته وحتى نهاية هذا القسم من خلال الرابط التالي:
الوحدات الرقمية
الوحدة الرقمية الأساسية تُسمى البت (Bit)، ويُمكِن أن تأخذ القيمة 1 أو 0، وتُسمى هاتان القيمتان بالأرقام الثنائية (Binary digits)، ويُمكِن أن يكون لها معانٍ مختلفة.
المعنى الأكثر شهرة هو حالتي التنشيط: تشغيل/ إيقاف (Off/On).
معلومة
يتم استخدام البت في قياس سرعة نقل البيانات في حين يُستخدَم البايت في قياس سعة التخزين.
سرعة الشبكة | أساسيات الشبكات
في شبكات الحاسب، تعتمد سرعة الشبكة على سرعة نقل البيانات، ويتم حساب السرعة بوحدات ثنائية (bits) في الثانية.
على سبيل المثال، تتم كتابة 1 بت في الثانية على هيئة 1 بت/ ثانية (s/ 1 bits) وهذا يعني أن إرسال 1 بت يستغرق ثانية واحدة.
ومع تطور التقنية، يتم باستمرار تطوير العديد من التقنيات لزيادة سرعة الإرسال، حيث إن سرعة الشبكة هي المطلب الأكثر شيوعًا في كل من الشبكات السلكية واللاسلكية.
أساسيات الشبكات
الشبكات السلكية (Wired Networks)
- خط المُشترك الرقمي غير المتناظر (Asymmetric Digital Subscriber Line – ADSL)
في الوقت الحالي، يعتبر خط المُشترك الرقمي غير المتناظر أكثر التقنيات استخدامًا، والتي تتيح نقل البيانات بسرعة عبر خطوط الهاتف، ويسمح بإرسال المزيد من البيانات مُقارنةً بخطوط المودم التقليدية.
يدعم خط المُشترك الرقمي غير المتناظر معدلات نقل من 1.5 إلى 24 ميجابت/ ثانية عند استقبال البيانات أو التنزيل (Downstream) ومن 0.5 إلى 3.5 ميجابت/ ثانية عند إرسال البيانات أو التحميل (Upstream).
- خط المُشترك الرقمي عالي السرعة (Very high bit-rate Digital Subscriber Line – VDSL)
خط المُشترك الرقمي عالي السرعة هو تقنية الجيل التالي من خط المُشترك الرقمي (DSL)، ويوفر معدلات نقل بيانات أسرع من خط المُشترك الرقمي غير المتناظر.
يدعم خط المُشترك الرقمي عالي السرعة معدلات نقل بيانات فائقة السرعة تبلغ 300 ميجابت/ ثانية للتنزيل، و100 ميجابت/ ثانية للتحميل إلى مسافات قصيرة (تصل إلى 300 متر).
- الألياف الضوئية أو البصرية (Optical fiber)
الألياف الضوئية هي ألياف مرنة وشفافة مصنوعة من السيليكون أو البلاستيك، ولا يتعدى سمكها سمك الشعرة.
يتم تشفير البيانات في نبضات ضوئية، وتسمح بتبادل هذه الإشارات الضوئية عبر مسافات أطول، وبمعدلات نقل بيانات أعلى من أنواع الاتّصال الأخرى.
من الممكن أن تصل سرعة التنزيل والتحميل إلى 2.5 جيجابت في الثانية (GBPS).
الشبكات اللاسلكية (Wireless Networks)
شبكات الجيل الثالث (3rd Generation – 3G) والجيل الرابع (4th Generation – 4G) والجيل الخامس (5th Generation – 5G)
- تُوفِّر شبكات الجيل الثالث (3rd Generation – 3G) مهاتفة لاسلكية متنقلة سريعة وإمكانية الوصول إلى الإنترنت، وتصل سرعة نقل البيانات فيها إلى 2 ميجابت/ الثانية كحد أقصى.
- شبكات الجيل الرابع (4th Generation – 4G) هي خليفة شبكات الجيل الثالث، وتُوفِّر شبكات الجيل الرابع إصدار تطور طويل الأمد (Long Term Evolution – LTE) وتصل سرعتها إلى 1000 ميجابت/ ثانية لاستقبال البيانات و500 ميجابت/ ثانية لإرسال البيانات.
- شبكات الجيل الخامس (5th Generation – 5G) هي أحدث معيار للشبكات اللاسلكية المصممة وتصل سرعتها إلى 20 جيجابت/ ثانية، ويُمكِن لشبكات الجيل الخامس أن تدعم ما تصل إلى مليون جهاز لكل كيلومتر مربع، وهي سعة تتيح خدمات جديدة.
كيفية عَمَل الإنترنت
يُتيح لك الإنترنت نقل المعلومات حول العالم في ثوانٍ. وعندما تُوصل جهاز الحاسب الخاص بك بالإنترنت، فأنت تتصل بنوعٍ خاص من الخادم (Server) بواسطة مزود خدمة الإنترنت (Internet Service Provider – ISP).
يُوفِّر خادم مزود خدمة الإنترنت ارتباطًا بين جهاز الحاسب الخاص بك والعالم الخارجي (الإنترنت). فعندما تُريد عرض صفحات الشبكة العنكبوتية أو التحقَّق من بريدك الإلكتروني، يُرسِل جهاز الحاسب الخاص بك طلبات إلى خادم مزود خدمة الإنترنت، والذي بدوره يتصل بخوادم الإنترنت الأخرى، ويُعيد توجيه الطلبات، ويُسمى هذا النوع من خوادم الإنترنت بخادم الشبكة العنكبوتية (Web server).
في السابق، عندما كان يُريد شخصٌ ما جمع المعلومات، كان عليه الذهاب إلى مكتبة عامة وقضاء بعض الوقت للبحث، أما في الوقت الحاضر، فيوجد الإنترنت (أكبر مصدر للمعلومات)، ويُمكِن الوصول إليه من المنازل، أو المكاتب، أو من أي مكان آخر عبر الأجهزة الذكية.
أساسيات الشبكات
معلومة
تدعم الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة (Integrated Services Digital Network – ISDN) النقل الرقمي للصوت، والفيديو، والبيانات. تسمح شبكة الهاتف العامة (The Public Switched Telephone Network – PSTN) لأي هاتف في العالم بالاتصال بأي هاتف آخر، وترسل البيانات بمعدل 64 كيلوبايت/ ثانية. ومن الواضح أن هاتين التقنيتين قديمتين، وسيتم التخلُّص منهما تدريجيًا.
قم بمراجعة محتوي موضوع “أساسيات الشبكات” بدايةً من عنوان “الوحدات الرقمية” وحتى نهاية الموضوع من خلال الرابط التالي:
إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “أساسيات الشبكات”، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!