الأساسيات النظرية لأنظمة الشبكات ومكوناتها الرئيسية
تعتبر شبكات الحاسوب من الركائز الأساسية للبنية التحتية المعلوماتية الحديثة، حيث تمكّن الأفراد والمؤسسات من تبادل البيانات والمعلومات بسرعة وكفاءة، وربط الأجهزة ببعضها البعض محليًا أو عبر العالم. فهم أساسيات الشبكات هو الخطوة الأولى نحو التعمق في مجالات أكثر تخصصًا مثل إدارة الشبكات، أمن المعلومات، والحوسبة السحابية.
بنهاية دراسة هذه الوحدة، سيكون المتدرب قادرًا على:
ببساطة، شبكة الحاسوب هي نظام يربط مجموعة من أجهزة الحاسوب والأجهزة الطرفية (مثل الطابعات) معاً عبر وسائط اتصال متنوعة (سلكية أو لاسلكية) لتمكين تبادل البيانات والمعلومات بكفاءة عالية، بالإضافة إلى مشاركة الموارد المادية والبرمجية.
تكمن أهمية الشبكات في عصرنا الحديث في عدة جوانب رئيسية:
تخيل مكتب محاماة صغير يتكون من 5 محامين وسكرتير. بدون شبكة، كل شخص سيحتاج إلى طابعة خاصة به، ونسخ من الملفات على جهاز كل منهم.
مع وجود شبكة:
هذا يقلل التكاليف ويزيد من كفاءة العمل بشكل كبير.
يمكن تلخيص الفوائد الرئيسية لشبكات الحاسوب في النقاط التالية:
تُعد مشاركة الأجهزة من أهم المزايا الاقتصادية للشبكات. بدلاً من شراء جهاز طرفي لكل مستخدم، يمكن لأجهزة متعددة الوصول إلى نفس الجهاز عبر الشبكة. هذا يقلل من التكاليف التشغيلية ويُحسن استغلال الموارد.
تسهل الشبكات إدارة البرمجيات وتوزيعها، مما يقلل من تعقيد التركيب والتحديثات.
هي الوظيفة الأساسية للشبكات، حيث تسمح للمستخدمين بالوصول إلى نفس المعلومات وتعديلها في الوقت الحقيقي، مما يدعم التعاون.
الشبكات تتيح تطبيق سياسات أمان مركزية لضمان حماية المعلومات الحساسة والتحكم في الوصول إليها.
تتكون أي شبكة حاسوب من مكونات أساسية يمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين، تعملان معًا لضمان الاتصال الفعال وتبادل البيانات:
| النوع | المكونات الأساسية | الوظيفة الرئيسية |
|---|---|---|
| الأجهزة المادية (Hardware) |
|
توفير البنية التحتية المادية اللازمة لنقل البيانات، معالجتها، تخزينها، والوصول إليها. |
| المكونات البرمجية (Software) |
|
تمكين الاتصال بين الأجهزة، إدارة الموارد المشتركة، توفير الخدمات الضرورية، وتأمين البيانات داخل الشبكة. |
يمكن تصنيف الشبكات بطرق مختلفة بناءً على معايير محددة. أهم هذه التصنيفات هو حسب الحجم والمساحة الجغرافية التي تغطيها الشبكة، أو حسب طريقة التوصيل المادي أو المنطقي لأجهزتها (الطوبولوجيا).
Local Area Network
شبكة تغطي مساحة جغرافية صغيرة ومحدودة، مثل منزل، مكتب، مبنى واحد، أو مجموعة مبانٍ متقاربة (مثل حرم جامعي صغير). تتميز بسرعات عالية في نقل البيانات وتكاليف منخفضة نسبيًا للتركيب والصيانة. تُدار عادةً بواسطة مؤسسة واحدة.
أمثلة: شبكة منزلية، شبكة مكتب شركة صغيرة، شبكة داخل فصل دراسي.Wide Area Network
شبكة تغطي مساحة جغرافية واسعة جدًا، تمتد عبر المدن، الدول، أو حتى القارات. تُستخدم لربط شبكات LANs ببعضها البعض. تعتمد على خطوط اتصالات مؤجرة أو عامة (مثل خطوط الهاتف أو الألياف الضوئية لمزودي الخدمة). سرعاتها أقل عادةً من LAN وتكاليفها أعلى.
أمثلة: شبكة البنوك العالمية، شبكة فروع شركة متعددة الجنسيات، الإنترنت نفسه يُعتبر أكبر WAN.Personal Area Network
شبكة صغيرة جدًا تغطي مساحة شخصية حول المستخدم (عادة بضعة أمتار قليلة). تُستخدم لربط الأجهزة الشخصية ببعضها البعض بطرق لاسلكية في الغالب.
أمثلة: ربط هاتف بلوتوث بسماعات الرأس، ساعة ذكية بحاسوب محمول، لوحة مفاتيح لاسلكية بفأرة.شبكة خاصة داخل مؤسسة أو شركة، تستخدم نفس تقنيات الإنترنت (مثل بروتوكولات TCP/IP ومتصفحات الويب) ولكنها مخصصة للاستخدام الداخلي فقط. لا يمكن الوصول إليها من خارج المؤسسة إلا عبر طرق آمنة ومصرح بها (مثل VPN).
أمثلة: شبكة داخلية لجامعة لمشاركة المناهج، بوابة موظفين لشركة للوصول إلى الموارد الداخلية.هي امتداد للإنترانت يسمح بالوصول الآمن والجزئي لأطراف خارجية محددة ومصرح بها (مثل الشركاء التجاريين، الموردين، العملاء الكبار) إلى جزء من معلومات الشركة أو تطبيقاتها عبر الإنترنت. يتطلب مصادقة قوية لضمان الأمان.
أمثلة: بوابة شركاء لشركة تصنيع لتتبع الطلبات، نظام طلبات لموردين خاصين.هي شبكة عالمية ضخمة وغير مركزية تربط ملايين الشبكات المحلية والواسعة حول العالم، وتستخدم مجموعة موحدة من البروتوكولات (TCP/IP) لتبادل البيانات والمعلومات. هي الشبكة العامة والمفتوحة التي نستخدمها يوميًا للوصول إلى الويب، البريد الإلكتروني، وتطبيقات التواصل الاجتماعي.
أمثلة: تصفح المواقع الإلكترونية، إرسال رسائل البريد الإلكتروني، مشاهدة الفيديوهات عبر الإنترنت.تشير طوبولوجيا الشبكة إلى الترتيب الهندسي الفعلي (المادي) أو المنطقي لكيفية ربط الأجهزة ببعضها البعض داخل الشبكة. اختيار الطوبولوجيا يؤثر على أداء الشبكة، موثوقيتها، وتكلفة تركيبها وصيانتها.
تتصل جميع الأجهزة في هذه الطوبولوجيا بكابل محوري مشترك واحد (يسمى "العمود الفقري" أو "الحافلة"). تنتقل البيانات في اتجاهين على هذا الكابل. بسيطة التركيب وقليلة التكلفة للأعداد الصغيرة من الأجهزة.
تتصل الأجهزة على شكل حلقة مغلقة، حيث يتصل كل جهاز بجهازين مجاورين له (واحد على يمينه وواحد على يساره). تنتقل البيانات في اتجاه واحد حول الحلقة (أو أحيانًا في اتجاهين).
تتصل جميع الأجهزة بجهاز مركزي واحد (عادةً Hub أو Switch). إذا فشل جهاز واحد، لا يؤثر ذلك على بقية الشبكة، فقط الجهاز المتضرر. هي الطوبولوجيا الأكثر شيوعًا ومرونة في الوقت الحاضر.
عزز فهمك للمفاهيم النظرية من خلال هذه الأنشطة التطبيقية:
المهمة: قم برسم مخطط بسيط لشبكتك المنزلية أو الشخصية (يمكن أن تكون شبكة افتراضية تتخيلها). يجب أن يوضح المخطط:
بعد الرسم، أجب على الأسئلة التالية: ما هو نوع الشبكة حسب الحجم (LAN، PAN) الذي يمثل شبكتك بشكل أفضل؟ وما هي طوبولوجيا التوصيل الرئيسية المستخدمة في هذه الشبكة؟
المهمة: قم بإكمال الجدول التالي للمقارنة بين الشبكة المحلية (LAN) والشبكة الواسعة (WAN) من حيث المعايير المحددة.
| معيار المقارنة | الشبكة المحلية (LAN) | الشبكة الواسعة (WAN) |
|---|---|---|
| المساحة الجغرافية | صغيرة ومحدودة (مبنى، مكتب، منزل) | واسعة جدًا (مدن، دول، قارات) |
| سرعة نقل البيانات | عالية جدًا (عادةً 100Mbps إلى 10Gbps أو أعلى) | أقل نسبيًا (تعتمد على نوع الاتصال، غالبًا أقل من LAN) |
| التكلفة | منخفضة نسبيًا (تركيب وصيانة، ملكية خاصة) | عالية (خطوط مؤجرة من مزودي الخدمة، بنية تحتية معقدة) |
| الملكية والإدارة | خاصة وتتم إدارتها بالكامل بواسطة المؤسسة أو الفرد. | يمكن أن تكون خاصة أو عامة، وغالبًا ما تعتمد على خدمات مقدمي الإنترنت والاتصالات. |
| الأمثلة | شبكة منزلية، شبكة مكتب صغير، شبكة داخل مدرسة. | الإنترنت، شبكة ATM (الصراف الآلي) للبنوك، شبكة فروع شركة كبيرة. |
بعد الانتهاء من دراسة هذه الوحدة وإجراء الأنشطة المقترحة، يمكنك تقييم فهمك من خلال:
اختبار قصير (يتراوح بين 10-15 سؤال) يشمل مفاهيم الوحدة الرئيسية: تعريف الشبكات، أهميتها، فوائدها، والمقارنة بين أنواعها المختلفة (حسب الحجم وطوبولوجيا التوصيل). قد يتضمن الاختبار أسئلة من أنواع:
المهمة: قم بتصميم (رسم مخطط تفصيلي) لشبكة محلية (LAN) لمكتب صغير يتكون من:
يجب أن يوضح المخطط الخاص بك: مكان الأجهزة، وكيفية ربطها ببعضها (باستخدام محول Switch كجهاز مركزي)، ونوع الكابلات المستخدمة (على سبيل المثال، كابلات الإيثرنت) أو الاتصال اللاسلكي.
لتعزيز فهمك لهذه الوحدة، نوصي بالاطلاع على المصادر التالية: