الشبكات – أساسيات العمل بإستخدام الشبكات

إذا كنت حديث العهد بعالم الشبكات ، فستجذب هذه المقالة انتباهك . حيث إنني أقدم لك في هذه المقالة بعض البيانات الأساسية التي ستساعدك علي فهم الأبعاد المختلفة التي أقوم من خلالها بتوضيح موضوعات هذا الكتاب و الأماكن التي يمكنك الاطلاع عليها لمعرفة المزيد من البيانات .

و سأقدم لك في هذه المقالة بصفة خاصة توضيحاً عملياً للتعرف علي نموذج OSI . و باختصار يعد هذه المقالة نقطة انطلاق للتعرف علي باقي الموضوعات المطروحة في موضوع الشبكات .

معايير البروتوكولات

لفهم البروتوكولات من وجهة نظر غير فنية يوضح هذا الفصل نظرة متفحصة خاصة بها .

أهمية البروتوكولات

تعد البروتوكولات الاتصال ذات أهمية خاصة حيث لابد من وجود قواعد خاصة بتنظيم العمل . كما تكون البروتوكولات مطلوبة في أجهزة الكمبيوتر و الشبكات بكافة أنواعها لأن تشغيل هذه الأجهزة يعتمد علي البروتوكولات . حيث إن الوظائف التي يتم أداؤها في أجهزة الكمبيوتر و الشبكات تعد وحدة قابلة للتعريف في البرامج المستخدمة أو في جهاز الكمبيوتر .

تعد بروتوكولات أجهزة الكمبيوتر و شبكات الاتصال من اختراع العقل البشري . حيث تستخدم أجهزة الكمبيوتر البروتوكولات لتعريف بعض السمات مثل الاتصال الفعلي بين الشبكات و كيفية مرور البيانات من خلال الروابط الموجودة بين جهازين و بعض الأمثلة الأخري .

كيفية وضع معايير الاتصال

تعد معايير الاتصال مرادفة لكلمة بروتوكول . كما تأتي معايير الاتصال بأشكال متنوعة و هي تعكس المفاهيم الفلسفية للتكنولوجيا .

المعايير الفعلية : نحن نعيش في عالم يعترف بالحقائق . و بمجرد أداء شئ فإنه يتم تحديده و تعريفه ثم يتم تسجيله علي هيئة معيار محدد . أخيراً ،  نطلب من كل مستخدمي هذا المعاير الالتزام به . و هكذا يتم وضع المعايير و الأسس .

مثال علي البروتوكولات الفعلية

يعد نظام تشغيل DOS هو أحد أمثلة البروتوكولات الفعلية و هو يستخدم علي أجهزة الكمبيوتر الشخصية . في بادئ الأمر ، كان نظام الـ DOS هو نظام التشغيل الأساسي في سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية . و لكن في أواخر الثمانينات ظهر نظام تشغيل OS/2 لشركة IBM و Windows لشركة Microsoft . من الجدير بالذكر أيضاً أن نظام SCO UNIX لأجهزة الكمبيوتر الشخصية كان متاحاً أيضاً و لكنه كان مستخدماً خارج نطاق التطوير .

سأقوم الآن بتوضيح أمر هام و هو أ،ه حتي ظهور نظام تشغيل Windows 95 ، كانت معظم نظم التشغيل عبارة عن نظام DOS . دعني أوضح ذلك بطريقة أخري : فلم تكن نظم تشغيل Windows 95 و 3.1 و 3.11 تتطلب فقط وجود نظام DOS حتي تعمل و لكن كان هذا النظام يعد جزءاً من نظام تشغيلها .

علي سبيل المثال ، يعد حوالي من 25% إلي 40% من نظام تشغيل Windows 95 عبارة عن نظام DOS . كما أن التعليمات البرمجية الموجودة علي اللوحات الرئيسية و أجزاء الجهاز الأخري هي واجهة برمجة التطبيق (API) المستخدمة لعبور الفجوة بين الجهاز و البرنامج المستخدم . هذا بالإضافة إلي أن بعض الأوامر الأساسية مثل Copy و Delete و Attribe هي أوامر DOS و ليست Windows هي أنها جزء من نظام DOS تم تشغيله مع Windows . و تذكر أنه في الماضي كان لابد من تحميل نظام DOS علي جهاز الكمبيوتر الشخصي لتشغيل نظام Windows عليه . أما الآن فإنه بدلاً من تحميل DOS ثم Windows علي جهاز واحد يتم تحميل Windows فقط حيث إن بعض مكونات DOS الخاصة تم تجميعها في نظم Windows .

كانت نظم Windows 1.0 و 2.0 (لأجهزة معالج 286) و 3.1 و 3.11 نظم تعتمد علي تقنية النوافذ التي توفر واجهة استخدام لنظام DOS . فكر في التصميم الأصلي لنظام Windows 1.0 عندما تم إصداره في عام 1986 . كان الهدف من هذا الإصدار هو تسهيل إستخدام نظام DOS . ينطبق نفس الأمر علي Windows 2.0 و لكن هذا الإصدار كان له هدف آخر أيضاً و هو تسهيل إستخدام خدمات الطباعة و الملفات .

في عام 1986 و السنوات التالية له بدأ ظهور أجهزة الكمبيوتر الشخصية و لم تظهر أجهزة الكمبيوتر الخاصة بشبكات الاتصال حتي النصف الثاني من الثمانينيات . كما تم تحسين برامج و بروتوكولات الاتصال مثل NetWare و Apple Talk و TCP/IP من مجرد برامج أولية إلي ما وصلت إليه الآن .

كما استفادت العديد من الشركات من ظهور و تطور أجهزة الكمبيوتر الشخصية في السوق و يعد نظام DOS مثالاً جيداً علي كيفية ظهور منتج له إمكانيات في سوق واعد في الوقت المناسب و كيفية استفاده عدد كبير من الشركات الفنية منه . هذا بالإضافة إلي أن المستخدمين كانوا قادرين علي الحصول عليه من الناحية المادية و تعرفوا علي كيفية استخدامه .

الهدف من هذه المناقشة و توضيح أنه لم تقم جماعة أو شخص بالتخطيط لنجاح DOS و انتشاره في السوق كما هو الحال عليه الآن . بالطبع ، قامت العديد من الشركات الكبري بتشجيع نجاح نظام DOS و انتشاره في السوق . كما شجع المستخدمون هذا النظام و ابتكر مطورو البرامج برامج خاصة به كما تم تصميم أجهزة إضافية و بيعها لتشغيله . علي مدار الوقت ، أصبح لنظام DOS منافسين مثل نظامي OS/2 و SCO Unix .

كان التصميم الأصلي لنظام Windows هو جعل نظام DOS و أجهزة الكمبيوتر الشخصية أسهل في الاستخدام . علمياً ، استخدم نظام تشغيل Windows تقنية تبديل المهام بدلاً من تقنية تعدد المهام المعقدة .

أولاً ، تعني تقنية التبديل بين المهام أن برنامج الإشراف يقوم بالتبديل بين مهام متعددة و يستمر في العمل حتي تكتمل هذه المهام .

ثانياً : تعني تقنية تعدد المهام أنه يتم تنفيذ مهام متعددة في نفس الوقت .

كمثال علي ذلك ، قم بإستخدام جهاز كمبيوتر شخصي به نظام Windows 95 أو إصدار أقدم من ذلك و قم عليه بتحميل برنامج قواعد بيانات و معالج كلمات و برنامج رسومات . علي سبيل المثال ، لتبدأ بقاعده بيانات بها 40000 مدخل . قم بعمل تغييرات ملحوظة مثل تغيير تواريخ كل مدخل ثم قم بإستخدام مستند معالج كلمات يبلغ حجمه حوالي 1000 صفحة و ابدأ في رسم شكل توضيحي متعدد الأبعاد و قم الآن بإعادة تجميع برنامج قواعد البيانات و ابدأ عملية طباعة مستند معالج الكلمات ثم حاول أداء تغييرات مكثفة للشكل التوضيحي . إذا قمت بذلك ستلاحظ أن كل هذه الوظائف لم يتم أداؤها في نفس الوقت . لأن جزءاً من Windows 95 و الإصدارات الأقدم منه كانت معتمدة علي نظام DOS و هو نظام تشغيل غير معتمد المهام . حيث إنه يخدع المستخدمين عن طريق أداء تقنية تبديل المهام بصورة جيدة و بذلك فإ، المستخدم العادي يعتقد أنه يتم أداء مهام متعددة في نفس الوقت بينما الأمر ليس كذلك .

الآن يعرف المستخدمون الذين لديهم خلفية عن أجهزة الكمبيوتر الرئيسية أو أنظمة تشغيل Unix أن هذه الأنظمة متعددة المهام . باختصار ، إذا كان قد تم تصميم DOS بصورة جيدة ، فقط كان من الممكن أن يحتوي علي الوظائف التي يحتوي عليها Windows الآن . و يعد هذا مثالاً جيداً علي المعايير الفعلية . حيث إن قبول السوق لنظامي DOS و Windows أدي إلي إنشاء معيار فعلي . بمعني أخر ، هناك عوامل تؤدي إلي وضع بعض الأمور كمعايير بدلاً من التصميم من قبل شركة أو هيئة وضع المعايير و الأسس .

المعايير الوضعية : المعايير الوضعية هي نتيجة لجهود جماعية . علي سبيل المثال ، فيما يلي جماعات و هيئات تركز علي وضع المعايير .

• Institute Of Electrical And Electronic Engineers (IEEE)
• American National Standards Institute (ANSI)
• International Standards Organization (ISO)
• International Society For Optical Engineering (SPIE)

هذه الهيئات و أخري ستم ذكرها فيما بعد في هذه المقالة تركز علي المعايير و البروتوكولات . تعد المعايير و الأسس مختلفة عن البروتوكولات . فالمعايير هي الوضع الذي يجب أن تكون عليه الأمور أما البروتوكولات المستخدمة فيتم تطبيقها و قد تشكل أو لا تشكل معياراً . كما أن الفرق بين المعايير الوضعية و المعايير الفعلية أن المعايير الوضعية تكون من مجموعات من الأشخاص ذات خلفيات علمية مختلفة تسهم بأفكارها و مواردها و عناصر أخري للمساعدة في تطوير معيار محدد . أما المعايير الفعلية فهي ناتجة عن إسهامات مجموعات من الأشخاص يمكن اعتبارها مجموعات توجيه لسير العمل .

تنتشر المعايير الوضعية في مجال الشبكات و تكون بعض المعايير أكثر انتشاراً من معايير أخري . مع ذلك فالهدف من المجموعات التي تقوم بوضع المعايير الوضعية هو تشجيع و تطوير التكنولوجيا .

المعايير الخاصة هي معايير مملوكة من قبل هيئة معينة . حيث إن معظم الشركات في مجال الشبكات الآن تستخدم تقنيات شبكات متعددة . يوضح هذا أن الشركات بمختلف أحجامها و اتجاهاتها تقوم بتوسيع دائرة معاييرها حتي لا يفهم من هذا أنها معايير خاصة بها . من المثير للسخرية أنه منذ زمن ليس ببعيد كانت نظم الشبكات الخاصة هي القاعدة أما الآن فإن معظم الشبكات لا تفضل استخدام المصطلح “خاص” علي أي شيئ .

ليس بالضرورة أن تكون المنتجات الخاصة محدودة بصورة أكثر من المنتجات العامة و لكن كلمة “عامة” برزت ككلمة تستخدم بصورة متكررة لوصف عملية التدعيم لمعايير أو بروتوكولات متعددة . و لكن البروتوكولات الخاصة أكثر قوة من تلك التي لم يتم تطويرها . لذا يعتمد تحديد البروتوكول الأفضل في الإستخدام علي المستخدم .

أمثلة علي هيئات وضع المعايير

يقوم هذا الجزء بإدراج ووصف الهدف من إنشاء مجموعة من الهيئات المتخصصة في وضع المعايير . بعض من الأسماء المذكورة هنا قد تكون هيئات أو مجالس أو منظمات . كما لا تعد هذه القائمة كبيرة جداً و لكنها تحتوي علي الهيئات الشائعة و الشهيرة .

American National Standards Institute (ANSI) : قامت هذه الوكالة بنشر لغة American Standard Code For Information Interchange (ASCII)  . و هي طريقة مستخدمة لتمثيل الرموز الأبجدية الرقمية و مفاتيح التحكم .

و تماثل الطريقة التي تقوم بها وكالة ANSI بتنسيق المعايير الطريقة التي تستخدمها هيئات أخري في هذا المجال .

International Telegraph Union (TTU) : كان يعرف هذا الاتحاد سابقاً باسم International Telegraph & Telephone Consultative Committee (CCTTT) و هو موجود منذ عقود طويلة من الزمن مثل وكالة ANSI . يتميز هذا الاتحاد بعدة مواصفات من أمثلتها سلسلتي X و V من التوصيات . أحياناً تكون بعض التوصيات ممتدة أكثر حيث إنها عبارة عن بروتوكولات واسة التطبيق . كما توحي توصيتان من توصيات ITU بأتثير المنظمة علي المجتمع الفني . و يعد نظام البريد الإلكتروني X.400 من أحد منتجات اتحاد ITU مثله مثل V.35. حيث يستخدم المنتج الأخير لنقل البيانات بصورة ثنائية الاتجاه عبر خطوط اتصال مؤجرة .

Corporation For Open System (COS) : تعد هذه المنظمة إحدي المنظمات غير الربحية التي تركز علي تطوير معايير IOS . و هي مرتبطة بصورة خاصة باختبار المنتجات للتأكد من ملاءمتها لمعايير ISOO . كما أنها تقوم بتوفير بيانات عن القواعد العامة الخاصة بالحصول علي شهادة الإيزو و تساعد الشركات علي تلبية هذه القواعد .

European Computer Manufacturers Association (ECMA) : تضم هذه المجموعة الآن ممثلين من شركات مختلفة واقعة في جميع أنحاء العالم . و هي تركز علي عملية الاتصالات الواقعية في المناطق الأوروبية و المعايير المرتبطة بها . و تعد بعض الشركات الكبري مثل شركة IBM و Digital Equipmentt و AT&T أعضاءً في هذه المجموعة .

National Institute For Science And Technology (NIST) : كان يعرف هذا المعهد سابقاً باسم National Bureau Of Standards (NBS) . و هو  مؤسسة أمريكية حكومية توفر ورش عمل لتنفيذ و تطبيق التقنات الحديثة . و قد أصبحت هذه الورش منظمة بصورة جيدة و معروفة عالمياً . كما يعد هذا المعهد أحد المساهمين في وضع International Standards Profiles باعتباره جزاءاً من ISO .

Institute Of Electrical & Electronics Engineers (IEEE) : هو منظمة متخصصة مكونة من أفراد يعملون في مهن مختلفة . كما تعد هذه المنظمة نشطة في مجال وضع المعايير التي سيتم توضيحها مؤخراً في المواضيع القادمة . كما أنها تركز جهودها علي بروتوكولات المستويات السفلي من الشبكات مثل سلسلة 802 .

International Standard Organization (ISO) : هي منظمة دولية واسعة النطاق تم من خلالها دمج العمل الذي تقوم به العديد من المنظمات المسئولة عن وضع معايير الاتصال . و يعد نموذج Open System Interconnection أحد الأمثلة علي معايير ISOO . و هو نموذج إشارة مكون من سبعة مستويات يحدد العمل الذي يجب أن يتم تنفيذه في كل مستوي منها داخل الشبكة .

X/Open : تركز هذه المنظمة جهودها علي تحديد مواصفات المنتجات للشركات المصنعة . تشمل هذه المنتجات مجموعة من العروض و تعد واجهة POSIX أحد أمثلة هذه المنتجات . كما تعمل مجموعة Unix International (UI) في مجالات مماثلة حيث إنها تقوم مع منظمة X/Openn في مجال تحديد مواصفات السوق الأمريكية بها .

Government Open System Interconnection Profile (GOSIP) : هي منظمة تحدد المعايير التي يجب علي موفري المنتجات الالتزام بها مع الحكومة الأمريكية . تشمل هذه المعايير مواصفات ITU و ISO و معايير أخري . و هي تهدف لتدعيم بروتوكولات OSII الموجودة في الأجهزة التي يتم تزويد الحكومة الأمريكية بها .

Open Software Foundation (OSF) : هي منظمة بحث و تطوير غير ربحية تتكون من شركات و مستخدمين و معاهد تعليمية و هيئات أخري . و لقد بدأت هذه المنظمة في عام 1988 و تشترك مع مجموعات أخري في وضع معايير الاتصال مثل مجموعات IEEE و X/Open و ANSII . تركز هذه المنظمة جهودها علي العمليات الحسابية الموزعة و الإدارة الموزعة للعمليات و واجهة المستخدم الرسومية (Motif) . كما يعد نظام تشغيل UNIX جزءاً من نظم التشغيل الشاملة و لكنه ليس حلاً كاملاً . تشمل هذه المنظمة ممثلين من بعض الشركات المصنعة مثل Digital Equipment و IBM .

UNIX International (ATM) : تركز هذه المنظمة علي نظام تشغيل AT&T Unix System V . و هي تحتوي علي المئات من الأعضاء مثل OSF . و مع ذلك فهي موجهة نحو نجاح System V كمعيار و تطويره المستمر . كما أنها تتكون من مجموعات فرعية عديدة مثل مجموعة الإستشارات الفنية و مجموعة عمل تركز علي وظائف خاصة يحددها مجلس الإدارة .

Asynchronous Transfer Mode (ATM) : بدأت هذه المنظمة في عام 1991 و تركز علي تطوير تكنولوجيا ATM . و هي تتكون الآن من مئات من الأعضاء من جميع أنحاء العالم . تعد تقنية اتصال ATMM طريقة خلوية لنقل البيانات و هي تعمل بصورة غير متزامنة في مستويات العمل السفلي من الشبكات .

OpenView : هي منظمة فنية تركز علي إدارة الشبكة من منطق التفاعل مع المستخدمين الذين يقوممون بفعل بإدارة شبكات متغايرة . كما تعمل هذه المنظمة علي تقديم بيانات مفيدة فيما يتعلق بهذا الصدد . و تركز منتجات OpenView علي إدارة شبكات TCP/IP و Netware و SNAA. تشمل هذه المنظمة أيضاً الشركات المصنعة العاملة معها مباشرة مما يؤدي إلي تبادل البيانات بين المستخدمين و تلك الشركات .

مستويات العمل في شبكات الاتصال

من السهل التعرف علي ما يحدث في كل مستوي عمل داخل شبكة محددة . و لقد قامت International Standards Organization بإنشاء نموذج إشارة مكون من سبعة مستويات يسمي Open System Interconnections (OSI) . و هو نموذج يتم إستخدامه بصورة شائعة و يوضح هذا الجزء عناصر و مكونات كل مستوي من مستويات العمل .

البعد التاريخي

تعود فكرة شبكة الاتصال ذات المستويات إلي أواخر السبعينات عندما قامت منظمة ISO بإنشاء نموذج OSI . و لقد قدمت شركة IBM نموذج شبكات مكون من مستويات في عام 1974 يسمي System Network Architecture (SNA) . لا تحتوي كل شبكات الاتصال علي مستويات العمل التي يقدمها نموذج OSI و لكن يعد هذا النموذج قاعده بدء جديدة يمكنك استخدامها لتقييم مستويات شبكات الاتصال .

يظهر نموذج OSI كشكل (1-1) كما يتم إدراج مستويات الشبكات و وظيفتها و عناصرها المرتبطة بها في جدول (1-1) .

تشكل هذه المستويات السبعة نموذج OSI الذي يمكن تقسيمه إلي جزءين : بروتوكولات المستويات العليا و بروتوكولات المستويات السفلي . يعد شكل (1-2) مثالاً علي بروتوكولات المستويات العليا و السفلي . كما يخصص الجزءان التاليان من الكتاب لكل نوع من أنواع البروتوكولات علي التوالي .

Application

Presentation Services

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

	——————————	Layers
Application	↑	7
Presentation Services	بروتوكولات المستويات العليا	6
Session	↓	5
Transport		4
Network	——————————	3
Data Link	بروتوكولات المستويات السفلي	2
Physical		1

جدول : وصف لمستويات نموذج OSI

المستوي	الوظيفة	العناصر المكونة
Physical	يقوم بإنشاء الكترونات أو فوتونات ليتم تقديمها لوسائط الاتصال أو إزالتها منها .	واجهة الجهاز – برنامج موجود علي هيئة شرائح علي لوحة الجهاز .
Data Link	يتحكم في تدفق البيانات من خلال رابط يقع بين وحدتي اتصال فرعيتين .	تعليمات برمجية – لوحة واجهة الجهاز و برنامج .
Network	التوجيه : و يعتمد علي البروتوكول المستخدم و تدفق البيانات .	برنامج و أحياناً تعليمات برمجية في أجهزة معينة .
Transport	نقل البيانات من وحدة اتصال فرعية إلي وحده أخري . بالإضافة إلي أداء عمليات إعاده نقل البيانات إذا تطلب الأمر ذلك و تقديم طريقة آمنة أو غير آمنة لنقل البيانات .	برنامج : مع ذلك فبعض التطبيقات يمكنها تطبيق ذلك مع تعليمات برمجية .
Session	يقدم الاتصال المنطقي بين المستخدمين و التطبيقات Peer-to-peer (متناظرة) . كما توجد نقاط طرفية قابلة للتوجيه لها في كل مستوي .	برنامج : مع ذلك ففي بعض الأمثلة يمكن تطبيق هذا مع تعليمات برمجية .
Presentation Services	ينسق بنية البيانات كما يتم تمثيل البيانات هنا .	برنامج : و لكن يمكن أداء هذا عن طريق تعليمات برمجية .
Application	يوفر هذا المستوي تطبيقات للمستخدمين و بناء علي البروتوكولات قد يوفر خدمات للتطبيقات .	برنامج أو تعليمات برمجية

يوضح نموذج OSI سبعة مستويات بينما يوجد في الواقع ثمانية مستويات . و لقد أطلقت علي هذا المستوي الثامن مستوي Ed لأنه يجب تنفيذ وظيفته كحد أدني .

إن الهدف من الشكل الموجود بالاعلي هو توضيح أن المستوي الثامن هو وسط الاتصال الذي يجب أن يكون موجوداً في كل شبكات الاتصال . قد يكون هذا الوسط جهازاً أو برنامجاً و لكن لابد من وجوده .

ملخص هذا الموضوع

تكون البروتوكولات مطلوبة في أجهزة الكمبيوتر و الشبكات للحفاظ علي النظام و إمكانيات الاتصال . كما يمكن تصنيف البروتوكولات وفقاً لكيفية إنشائها : بروتوكولات فعلية و بروتوكولات وضعية و بروتوكولات خاصة . و توجد العديد من الهيئات اليوم التي تعمل علي تحسين و تطوير البروتوكولات بمختلف أنواعها .

يمكن تقسيم الشبكة إلي مستويات وظيفية و بعد نموذج OSI نموذج إشارة جيد و يمكن تقسيمه إلي قسمين : بروتوكولات المستويات العليا و بروتوكولات المستويات السفلي .