الدرس الرابع: أساسيات الشبكات

يقوم الدرس على شرح آليات انتقال البيانات عبر الشبكات العالمية وكيفية تواصل أجهزة الحاسب فيما بينها. ترتكز الفكرة على تحويل الرسائل الضخمة إلى حزم بيانات صغيرة ترسل عبر مسارات مختلفة ثم تعاد تجمعيها عند الوجهة عبر تقنية تحويل الحزم. يتعرف الطالب على عناوين المضيف وعناوين الإنترنت المكونة من أربعة أرقام مفصولة بنقاط مثل عنوان الإنترنت من بروتوكول الإنترنت، ونظام اسم المجال الذي يترجم الأسماء إلى أرقام. كما يتناول الدرس مفهوم بروتوكولات الشبكة ونموذج الاتصال المفتوح ونموذج حزمة بروتوكولات التحكم في النقل وبروتوكول الإنترنت المكونة من طبقات متعددة لتنظيم تدفق البيانات. إضافة إلى ذلك، يشرح الدرس دور جدار الحماية في حماية شبكة الحاسب من الاتصالات المشبوهة والتهديدات عبر فحص الحزم الواردة والصادرة. على سبيل المثال، عندما ترسل صورة عبر الإنترنت، فإنها تقسم إلى حزم ترسل عبر الموجهات لتصل وتتجمع بدقة عند جهاز المستقبل.

الفكرة الأساسية

تعتمد شبكات الحاسب على تقسيم البيانات إلى أجزاء أصغر تسمى الحزم لتنتقل عبر مسارات متعددة في الشبكة وتصل إلى وجهتها بأمان وسرعة، مع استخدام عناوين دقيقة وبروتوكولات منظمة وجدران حماية تضمن سلامة الاتصال.

الشرح

تتصل أجهزة الحاسب ببعضها لتتواصل وتشارك الموارد عبر الشبكة العالمية. لكي تنتقل الرسائل بفعالية، تقسم كل رسالة إلى حزم مرقمة ذات حجم متغيّر لا يتجاوز طولاً محددًا فيما يعرف بتحويل الحزم. تأخذ الحزم طرقًا مختلفة عبر شبكة الموجهات للوصول إلى الهدف، وقد تصل بترتيب مختلف، فيقوم الجهاز المستقبل بإعادة ترتيبها وتكوين الرسالة الأصلية. لكي يتواصل جهازا حاسب، يحتاج كل منهما إلى تمييز عن الآخر عبر اسم المضيف مثل اسم معين ينتهي بنقاط، أو عبر عنوان الإنترنت الذي يتكون من سلسلة من أربعة أرقام عشرية مفصولة بنقاط مثل 91.198.174.225. نظراً لصعوبة حفظ الأرقام، يستخدم نظام اسم المجال لترجمة أسماء المضيفين إلى عناوين الإنترنت المقابلة.

تنتظم عملية الاتصال وفق نموذج الاتصال المفتوح المكون من 7 طبقات تشمل التطبيقات، والتقديم، والجلسة، والنقل، والشبكة، وربط البيانات، والفيزيائية. كما توجد حزمة بروتوكولات التحكم في النقل وبروتوكول الإنترنت التي تضم بروتوكول التحكم في النقل الموثوق والبطيء نسبياً، وبروتوكول بيانات المستخدم الأسرع والأقل موثوقية، إلى جانب بروتوكولات عالية المستوى مثل بروتوكول نقل الملفات، وبروتوكول نقل البريد الإلكتروني، وبروتوكول نقل النص التشعبي بنسختيه العادية والآمنة. لحماية هذه الشبكات، يعمل جدار الحماية كبرنامج أو جهاز يتحكم في حركة نقل البيانات الواردة والصادرة عبر تحليل حزم البيانات وفحصها وفق أجيال مختلفة، بدءاً من فحص طبقة الشبكة وصولاً إلى فحص التطبيقات والبروتوكولات العالية المستوى.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كان لديك رسالة تريد إرسالها من جهاز حاسب إلى آخر، فتقسم الرسالة أولاً في طبقة النقل إلى حزم مرقمة ببروتوكول التحكم في النقل لتأكيد الوصول دون تلف. بعد ذلك، يضيف بروتوكول الإنترنت العنوان الخاص بالمرسل والمستقبل لكل حزوم البيانات. تنطلق الحزم عبر الشبكة لتتلقاها الموجهات، حيث يقرأ كل موجه وجهة الحزوم ويقرر المسار المناسب حتى لو وُجد مسار مغلق أو ازدحام فيتم اختيار مسار بديل. عند وصول الحزم إلى جهاز المستقبل، يقوم جدار الحماية بفحصها للتأكد من سلامتها من التهديدات، ثم يستلمها جهاز المستقبل ويعيد ترتيب الحزوم بناءً على أرقامها لتتجمع وتعود الرسالة الأصلية كما كانت تماماً.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن الحزم تصل دائماً بالترتيب الذي أُرسلت به، والصحيح أن الحزم قد تسلك مسارات مختلفة وتصل بترتيب مختلف فيقوم جهاز المستقبل بإعادة ترتيبها.
• الخلط بين مفهومي الإنترنت والشبكة العنكبوتية العالمية، حيث الإنترنت هو شبكة عالمية تربط الأجهزة بينما الشبكة العنكبوتية العالمية هي نظام من المستندات المرتبطة التي تُتصفح عبر الويب.
• الظن بأن بروتوكول بيانات المستخدم يوفر نفس موثوقية بروتوكول التحكم في النقل، والصحيح أن الأول أسرع ولكنه أقل موثوقية وأكثر عرضة لفقدان بعض الحزم.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما الوظيفة الأساسية للموجهات عند تلقي حزم البيانات؟ الإجابة: تقرأ الو وجهة الحزوم وتبرمج وتقرر المسار المناسب لتصل الحزمة إلى الموجه التالي المتصل بالجهاز المستقبل أو لاختيار مسار بديل في حال وجود ازدحام أو عطل.

السؤال الثاني: ما الفرق الرئيسي بين بروتوكول التحكم في النقل وبروتوكول بيانات المستخدم؟ الإجابة: بروتوكول التحكم في النقل يُعد موثوقاً بدرجة كبيرة ويتعامل مع الأخطاء لعدم وصول الحزمة بينما بروتوكول بيانات المستخدم يُعد أسرع ولكنه أقل موثوقية وقد يحدث فيه فقدان لبعض الحزم.