في عالم شبكات الحاسوب، تعتبر البروتوكولات هي القوانين والاتفاقيات التي تحدد كيفية تبادل البيانات بين الأجهزة. بدونها، لن تتمكن الحواسيب من "فهم" بعضها البعض.
كما أن نماذج الشبكات، مثل OSI وTCP/IP، توفر إطارًا معياريًا لتنظيم عمل الشبكة وفهم أدوار كل طبقة.
نصيحة تعليمية: تخيل البروتوكولات كلغة مشتركة بين الأجهزة. فتمامًا كما تحتاج أنت وصديقك إلى التحدث بنفس اللغة للتواصل، تحتاج الأجهزة إلى بروتوكولات لتبادل المعلومات بنجاح.
أهداف الوحدة
بنهاية هذه الوحدة، سيكون المتدرب قادرًا على:
تعريف مفهوم البروتوكولات الشبكية وذكر أهميتها.
تمييز أهم البروتوكولات المستخدمة في الإنترنت والشبكات المحلية.
فهم نموذج OSI ومهام كل طبقة من طبقاته السبع.
مقارنة نموذج OSI مع نموذج TCP/IP.
تحديد البروتوكول المناسب لكل وظيفة في الشبكة.
المحتوى التفصيلي
3.1 تعريف البروتوكولات وأهميتها
التعريف: مجموعة من القواعد التي تحكم كيفية إرسال واستقبال البيانات عبر الشبكة.
الأهمية: ضمان أن تصل البيانات إلى الوجهة الصحيحة بالشكل المطلوب، وبأمان.
3.2 أمثلة على بروتوكولات الشبكات
HTTP / HTTPS: لنقل صفحات الويب وتأمين الاتصال.
FTP (File Transfer Protocol): لنقل الملفات بين الأجهزة.
TCP (Transmission Control Protocol) / UDP (User Datagram Protocol): بروتوكولات النقل المسؤولة عن تسليم البيانات.
IP (Internet Protocol - IPv4 / IPv6): بروتوكولات العنونة التي تحدد عناوين الأجهزة في الشبكة.
SSL (Secure Sockets Layer) / TLS (Transport Layer Security): لتشفير وتأمين الاتصال عبر الشبكة.
3.3 نموذج OSI للشبكات
نموذج OSI (Open Systems Interconnection) هو إطار مرجعي مفاهيمي يصف وظائف نظام الاتصالات في سبع طبقات متتالية:
الطبقة الفيزيائية (Physical Layer): تهتم بالإشارات الكهربائية، الضوئية، أو اللاسلكية والوسائط المادية (الكابلات، الإيثرنت).
طبقة ربط البيانات (Data Link Layer): مسؤولة عن عنونة الأجهزة المحلية (MAC Address) واكتشاف الأخطاء وتصحيحها على مستوى الإطار (Frame).
طبقة الشبكة (Network Layer): مسؤولة عن تحديد المسارات (IP Address) وتوجيه حزم البيانات بين الشبكات المختلفة.
طبقة النقل (Transport Layer): تضمن تسليم البيانات بين التطبيقات وتتحكم في تدفقها (مثل TCP و UDP).
طبقة الجلسة (Session Layer): تدير وتتحكم في الجلسات بين التطبيقات المختلفة (بدء، استمرار، إنهاء الاتصال).
طبقة العرض (Presentation Layer): مسؤولة عن تحويل البيانات وتشفيرها وضغطها لضمان التوافق بين الأنظمة المختلفة.
طبقة التطبيق (Application Layer): هي الواجهة التي يتفاعل معها المستخدم النهائي (مثل HTTP، FTP، DNS).
3.4 نموذج TCP/IP
نموذج TCP/IP هو نموذج عملي يصف كيفية عمل الإنترنت، ويتكون من أربع طبقات رئيسية:
طبقة الوصول للشبكة (Network Access Layer): تجمع بين الطبقتين الفيزيائية وربط البيانات من نموذج OSI.
طبقة الإنترنت (Internet Layer): تتوافق مع طبقة الشبكة في نموذج OSI، وتهتم بالعنونة والتوجيه (IP).
طبقة النقل (Transport Layer): تتوافق مع طبقة النقل في نموذج OSI، وتوفر الاتصال من طرف إلى طرف (TCP/UDP).
طبقة التطبيق (Application Layer): تجمع بين طبقات الجلسة والعرض والتطبيق في نموذج OSI، وتتعامل مع بروتوكولات مثل HTTP و FTP و DNS.
3.5 مقارنة بين OSI و TCP/IP
الجدول التالي يوضح الفروقات الرئيسية بين نموذجي OSI و TCP/IP:
العنصر
OSI (7 طبقات)
TCP/IP (4 طبقات)
عدد الطبقات
7
4
الاستخدام
تعليمي/مرجعي (أكثر تفصيلاً)
عملي/تطبيقي (أساس الإنترنت)
البروتوكولات
نموذج مفاهيمي لا يحدد بروتوكولات محددة لكل طبقة
يحدد البروتوكولات التي تعمل في كل طبقة
المرونة
أقل مرونة (طبقات محددة)
أكثر مرونة (يمكن دمج بعض الطبقات)
ملاحظة: بالرغم من أن نموذج OSI أكثر تفصيلاً، إلا أن نموذج TCP/IP هو المستخدم فعليًا في الإنترنت لمرونته وسهولة تطبيقه.
3.6 وحدات قياس سرعة نقل البيانات
لفهم كيفية قياس سرعة الشبكة، من المهم معرفة الوحدات الأساسية:
بت (Bit): هي أصغر وحدة بيانات في الحوسبة (0 أو 1).
بايت (Byte): يتكون من 8 بت.
كيلوبت (Kbps)، ميجابت (Mbps)، جيجابت (Gbps): قياسات أكبر لسرعة الشبكات، حيث تشير 'b' الصغيرة إلى 'بت'.
كيلوبايت (KBps)، ميجابايت (MBps)، جيجابايت (GBps): تستخدم 'B' الكبيرة للإشارة إلى 'بايت'. غالبًا ما تستخدم هذه لقياس حجم الملفات أو معدل نقل البيانات فعليًا.
مثال: اتصال بسرعة 100 Mbps (ميجابت في الثانية) يعني نقل 100 مليون بت في الثانية. لتحويلها إلى ميجابايت في الثانية (MBps)، نقسم على 8 (لأن 1 بايت = 8 بت)، أي $100 \text{ Mbps} / 8 = 12.5 \text{ MBps}$.
أمثلة تطبيقية
سيناريو البروتوكول: تحديد البروتوكول المناسب لسيناريو معين (مثلاً: تحميل ملف من خادم بعيد → FTP، إرسال بريد إلكتروني → SMTP، تصفح موقع ويب آمن → HTTPS).
تصور الطبقات: رسم مخطط يوضح طبقات OSI أو TCP/IP مع الأمثلة على البروتوكولات التي تعمل في كل طبقة.
النشاطات المقترحة
نشاط 1: أنشئ جدولاً يربط البروتوكولات التي تم ذكرها في هذه الوحدة بالطبقة المناسبة التي تعمل فيها ضمن نموذج OSI (أو TCP/IP).
نشاط 2: ابحث عن سرعة الإنترنت لديك (استخدم موقع اختبار سرعة الإنترنت). حول هذه السرعة من Mbps إلى MBps. قارنها بسرعة الإنترنت لشبكة شركة كبرى (ابحث عن أمثلة).
نشاط 3: إذا كان لديك إمكانية الوصول إلى برنامج محاكاة مثل Cisco Packet Tracer، حاول إنشاء شبكة بسيطة (جهازي كمبيوتر ومحول) وأرسل حزمة بيانات بينهما لمراقبة كيف تمر البيانات عبر الطبقات المختلفة.
المواد الإثرائية
لتعميق فهمك، نوصي بالمصادر التالية:
فيديو: "OSI Model Explained by PowerCert" - فيديو يشرح نموذج OSI بطريقة مبسطة.
دورة مجانية: "Introduction to Networking – Cisco NetAcad" - دورة مجانية من أكاديمية سيسكو تقدم أساسيات الشبكات.
مقال: "Understanding TCP/IP Protocol Suite – GeeksforGeeks" - مقال مفصل يشرح مجموعة بروتوكولات TCP/IP.
التقييم
اختبار قصير: اختبر فهمك للمفاهيم الأساسية للبروتوكولات ونماذج الشبكات من خلال مجموعة من أسئلة الاختيار من متعدد حول مهام الطبقات والبروتوكولات.
واجب عملي: إعداد خريطة مفاهيمية أو عرض تقديمي يربط بين أنواع البروتوكولات المختلفة ومجالات استخدامها (على سبيل المثال: البروتوكولات المستخدمة في تصفح الويب، البروتوكولات المستخدمة في البريد الإلكتروني، إلخ).
المدة الزمنية المقترحة
لإكمال هذه الوحدة بفاعلية، يُقترح تخصيص 10 ساعات تدريبية.