شبكة الحاسوب

تعريف شبكة الحواسيب
الشبكة هي عبارة عن مجموعة من الحواسيب مرتبطة ببعضها البعض عن طريق وحدات ربط (Network Cards) ووسائط ناقلة للبيانات (أوساط سلكية أو لاسلكية).

أهداف شبكات الحواسيب
1. المشاركة في الموارد المختلفة(Resources sharing ) : يمكن لأى حاسب في الشبكة أن يستفيد من الموارد التي تقدمها الحواسيب الأخرى المرتبطة معه، و تنقسم هذه الموارد الى:
(أ) الموارد المادية (Hardware resources):
تشمل المعدات المادية (طابعة، قرص صلب، معالج).
(ب)الموارد البرمجية (Software resources):
تشمل البرامج و النظم (نظم إدارة قواعد البيانات، برامج تطبيقية،...) و البيانات.
2. الحصول على بيانات و معلومات من قواعد بيانات و حواسيب موجودة في أماكن بعيدة.
3. نقل البيانات و المعلومات و البريد الإلكتروني من مقدمي الخدمات و توزيعها على المستفيدين في أماكن مختلفة و بعيدة.
4. الاعتماد على حاسبات أخرى في حالة حدوث عطل أو خلل في حاسب ما.
5. سرعة إنجاز تنفيذ عمليات معقدة (تطبيقات رياضية أو محاكاة أو بحوث عمليات) بمشاركة اكثر من حاسب أو معالج في تنفيذ العمليات المطلوبة.

الإحتياجات الأساسية للشبكات (Network requirements):
فيما يلى الإحتياجات ألأساسية لربط الحواسيب ببعضها:
1. وجود حاسوبين أو أكثر.
2. وسيط ناقل للبيانات (يمكن أن يكون أسلاك أو وسيط لاسلكى).
3. أداة ربط داخل الحاسوب تسمى ببطاقة واجهة الشبكة (Network Interface Card) تقوم بتوصيل الجهاز بالأسلاك المكونة للشبكة.
4. برنامج شبكات مثبت على الحواسيب المتصلة بالشبكة، إما أن يكون نظام تشغيل شبكات (Network Operating System) أو نظام تشغيل يتضمن برنامج لإدارة الشبكات، و مهمة هذا البرنامج هو إدارة الإتصال بين الحواسيب المكونة للشبكة.
5. بروتوكول إتصال يحدد خوارزمية تخاطب مكونات الشبكة والمواصفات التقنية الواجب توفرها مثل عرض الحزمة bandwidth، وطريقة ترتيب المعلومات عند إرسالها وغيرها من المواصفات التقنية.


أنواع الشبكات Network Types
يمكن تقسيم شبكات الحواسيب من حيث التغطية الجغرافية إلى ثلاثة أنواع:
أ- الشبكات المحلية.
ب- الشبكات الممتدة.
ج-الشبكات على مستوى المدن.


(أ) الشبكة المحلية Local Area Network(LAN)
تربط الشبكة المحلية حواسيب موجودة في منطقة جغرافية محدودة . مثل مبنى واحد أو عدة مبانى متجاورة. وتمكن المدير و رؤساء الأقسام من متابعة بيانات أقسامهم من داخل مكاتبهم ، كما تمكن المستخدمين في الأقسام المختلفة من تبادل بياناتهم و المشاركة في الطابعات و أقراص التخزين و مختلف المعدات المرتبطة بالحواسيب. كما تساعد في الرقابة على المستخدمين إذا قامو بأعمال غير مأذون لهم بها.
يتميز هذا النوع بالسرعة العالية في إرسال البيانات ولكنه محدود من ناحية المساحة الجغرافية و عدد الأجهزة التي يمكن توصيلها.

ب- الشبكة الممتدة Wide Area Network(WAN)
تشمل الشبكات الممتدة كل الشبكات المستخدمة في نقل البيانات و المعلومات من أماكن بعيدة و في مساحة جغرافية واسعة (من عدة كيلومترات إلى آلاف الكيلومترات). أى أن هذا النوع يربط بين أجهزة حواسيب في أماكن بعيدة عن بعضها البعض و يمكن من ربط فروع المؤسسة داخل القطر أو خارجه مع بعضها البعض و يتيح للمستخدمين تبادل المعلومات و البريد الإلكترونى.
يمكن تعريف الشبكة الممتدة حالياً بأنها الشبكة التي تربط مجموعة من الشبكات المحلية المتباعدة عن بعضها جغرافياً عبر وسائط نقل البيانات المختلفة.
سرعة الشبكات الواسعة ضعيفة مقارنة بالشبكات المحلية حيث أنها غالبا ما تعتمد على شبكة الهاتف و مجموعة كبيرة من أجهزة ملحقة من أهمها المودم (Modem) ذو السرعة المنخفضة التي تقاس بالكيلو بت في الثانية (x Kbps) بينما تقاس سرعة الشبكات المحلية بالمجا بت في الثانية .(x Mbps) . يوجد مثلا مؤسسات كبيرة كشركات الطيران تستعمل الشبكات الواسعة حيث أن مكاتبها موزعة في كل أنحاء العالم وتعد الإنترنت مثالاًجيداً عليها فهي أكبر الشبكات الممتدة حتي الآن.

ج- الشبكة على مستوى المدن Metropolitan Area Network(MAN)
يستخدم هذا النوع في مساحات جغرافية متوسطة نسبيا تصل إلى عدة كيلومترات و تستعمل في ربط حاسبات موجودة في نفس المدينة أو مجموعة قريبة من المدن.يمكن من خلال هذا النوع ربط فروع منشأة او مؤسسة ما داخل المدينة ببعضها البعض و الإستفادة من فوائد الشبكة في التخاطب ما بين الفروع المختلفة.يؤمن هذا النوع إمكانية إرسال التقارير الفنية و الإدارية و المالية من فرع لأخر على سبيل المثال.
طبولوجيا الشبكات Network Topology
يقصد بطبولوجيا الشبكات طريقة توصيل الأجهزة مع بعضها البعض و طريقة سير البيانات عبر الشبكة. أى أن طبولوجيا الشبكة تحدد توزيع الأجهزة الفيزيائي في الشبكة.

أنواع الطبولوجيات الأساسية :Topologies Basic Types
1- لطبولوجيا الخطية Bus topology
تقوم فكرة هذه الطبولوجيا على وجود ناقل عمومى موصلة به كل أجهزة الحواسيب الموجودة بالشبكة حيث تتكون الشبكة في هذه الحالة من كابل وحيد على الشبكة تتصل به كل الأجهزة.



الشكل 2-1: الطبولوجيا الخطية

عملية إرسال البيانات
عندما يقوم أى جهاز بإرسال البيانات الى جهاز أخر يتم إرسال البيانات الى جميع الأجهزة و لكن لا احد يستطيع قراءة هذه البيانات الإ الجهاز المرسل له و عندما يقوم حاسوب بإرسال بيانات فإنه يقوم بالسيطرة على الشبكة ، أى لا يستطيع أى جهاز في الشبكة إستخدامها حتى ينتهى منها الجهاز الأخر.
نلاحظ انه لو تم إرسال بيانات أو رسائل من عدة أجهزة على الشبكة فيمكن أن يؤدى ذلك الى تصادم بين البيانات و الرسائل .
مميزات و عيوب الطبولوجيا الخطية
تمتاز بما يلى:
1. سهولة الإنشاء
2. قلة التكلفة لانها لا تحتاج لتوصيلات كثيرة
3. سهولة إضافة و إزالة الحواسيب(العقد Nodes) من الشبكة
4. إمكانية الوصول لأى جهاز بسهولة.
أما عيوب الطبولوجيا الخطية هى:
1. عند حدوث إنقطاع في الكابل يعنى ذلك تعطيل الشبكة.
2. كلما زاد عدد العقد في الشبكة تؤثر في فعاليتها من حيث السرعة حيث يؤدى لأن تكون الشبكة بطيئة.
3. إمكانية الإحتكار من قبل جهاز في الشبكة.

2- الطبولوجيا الحلقية Ring Topology
تأخذ الشبكة في هذا التصميم شكل الحلقة حيث يتم ربط الحواسيب في الشبكة على شكل حلقة مغلقة، وتكون الشبكة على الشكل الدائري على الأقل من الناحية النظرية حيث تنتقل الإشارات من حاسوب إلى أخر في إتجاه واحد فقط ، ويتصل كل حاسوب مع حاسوبين بشكل مباشر.

الشكل2-2 : الطبولوجيا الحلقية
عملية إنتقال البيانات
بالنسبة لعملية إنتقال البيانات فانها تنتقل من جهاز لاخر عبر الشبكة و باتجاه واحد ضمن حلقة دائرية مغلقة و عندما يتم إرسال البيانات من جهاز (عقدة) الى جهاز أخر عبر الشبكة فان البيانات تنتقل من الجهاز الذى يقوم بعملية الارسال الى الحاسوب الذى يتصل معه مباشرة وهكذا حتى تصل البيانات الى الجهاز المرسل اليه وتكمل البيانات دورتها حتى تصل الى الجهاز المرسل اليه.
في هذا الشكل من اشكال الشبكات تلعب العقدة (الحاسوب) دورا هاما في عملية ارسال البيانات حيث يقوم كل جهاز عبر الشبكة باستقبال البيانات المرسلة من الجهاز الذى يتصل به ومن ثم القيام بإجراء عملية الارسال مرة اخرى للجهاز الاخر الذى يتصل به.
إذا مما سبق نجد أن العمليات التي يقوم بها الحاسوب أثناء عملية الإرسال:
1. أخذ البيانات المرسلة إذا كان هو الجهاز المرسل اليه البيانات.
2. أخذ البيانات و القيام بإعادة إرسالها إذا كان المرسل اليه جهاز أخر.

مميزات و عيوب الطبولوجيا الحلقية
المييزات هى:
1. سهولة التصميم.
2. تساوى فرص الارسال بين أجهزة الحاسوب عبر الشبكة.
أما عيوب هذه الطبولوجيا:
1. تتعطل كل الشبكة حالة حدوث خطأ أو تعطل أى جهاز.
2. إذا حدث قطع في الكابل تتوقف الشبكة كلها.
3. عند حدوث خطأ يصعب تحديد موقعه.

3-الطبولوجيا النجمية:Star topology
تشابه هذه الطبولوجيا الى حد كبير الأخطبوط و فيها جميع أجهزة الحواسيب تتصل مع مجمع مركزى(Hub) و كذلك فإن جميع الأجهزة عبر هذا الشكل تتصل مع بعضها البعض من خلال المجمع المركزى. و يقوم المجمع المركزى بالأعمال التالية:
1. تقوية و تعزيز الإشارات المارة عبر الشبكة.
2. القيام بعملية ترحيل الإرسال في الشبكة.



الشكل2-3 : الطبولوجيا النجمية
مزايا و عيوب الطبولوجيا النجمية
المزايا هي:
1. سهولة توسيعها، أى سهولة إضافة الأجهزة للشبكة.
2. إمكانية إستخدام أكثر من نوع كابل.
3. إمكانية عزل أى جهاز به مشكلة.
4. مناسبة جداً للربط بين الحواسيب المتباعدة.
أما عيوبها فهي:
1. الإعتماد كلياً على المجمع المركزى فإذا تعطل تتعطل جميع الشبكة.
2. ذات تكلفة أعلى من الطبولوجيا الخطية.
3. تحتاج لكابل طويل مقارنة بالطبولوجيا الخطية والطبولوجيا الحلقية.

إعتبارات إختيار الطبولوجيا المناسبة
فيما يلى الإعتبارات التي يجب مراعاتها عند إختيار الطبولوجيا المناسبة لربط الحواسيب مع بعضها البعض:
1. التكلفة المالية.
نجد أن الطبولوجيا الخطية تعتبر أقل الطبولوجيات تكلفةً.
2. طول الكابل.
3. التوسعة المستقبلية: بإستخدام الطبولوجيا النجمية من الممكن توسعة الشبكة بإضافة أجهزة جديدة.
4. نوع الكابل وبطاقات الشبكة المستخدمة.