الشبكات الأساسية: كيف تعمل الشبكات

الشبكة هي نظام من الأجهزة المتصلة ببعضها البعض والتي تتبادل المعلومات فيما بينها لتعمل بشكل صحيح. يمكن أن تشمل هذه الأجهزة أجهزة الحواسيب المحمولة، الخوادم، الهواتف الذكية، وغيرها. تتواصل الأجهزة مع بعضها البعض عبر شبكات خاصة تُعرف بالموجهات والمحولات. مع استمرار زيادة عدد الأجهزة المتصلة بالإنترنت، يجب علينا فهم كيفية تواصلها مع بعضها البعض. في هذه المقالة، سنلقي نظرة على مكونات الشبكة المختلفة وكيف تعمل معًا لتمكيننا من تصفح الويب، إرسال الرسائل الإلكترونية، والمزيد.

هناك أنواع مختلفة من الشبكات، لكل منها نطاق تغطية مختلف. لنبدأ باستكشاف الأنواع المختلفة من الشبكات:

أنواع الشبكات:

LAN – شبكة محلية

الشبكة المحلية (LAN) أو Local Area Network هي نوع من الشبكات الأصغر حجمًا ومحدودة لمنظمة أو منزل. على سبيل المثال، فإن عدد الأجهزة المتصلة بشبكتك المنزلية يكون محدودًا مقارنة بنوع شبكة آخر. شبكة المدرسة، رغم أنها أكبر من الشبكة المنزلية، لا تزال تعتبر شبكة محلية (LAN) لأنها تربط العديد من الأجهزة ضمن نفس المساحة المادية. يشمل ذلك أجهزة الحاسوب، الخوادم، وما إلى ذلك.

MAN – Metropolitan Area Network

MAN هو شبكة موسعة تغطي كامل المدينة.

من خلال دمج وربط العديد من الشبكات داخل المدينة، سنشكل شبكة MAN أو شبكة المناطق الحضرية. هذا النوع من الشبكات أكثر شمولاً ويغطي المدينة بأكملها. نوع من الشبكات التي توفر سرعات بيانات أسرع نسبيًا من الاتصال بالإنترنت العادي يُسمى شبكة المناطق الحضرية أو MAN.

WAN – شبكة المنطقة الواسعة

شبكة WAN (الشبكة الواسعة) هي شبكة كمبيوتر كبيرة تربط الشبكات الأصغر، مثل الشبكات المحلية LAN (Local Area Networks).

WAN هو شبكة تربط العديد من المدن أو البلدان معًا بحيث يمكن للناس استخدام الإنترنت أو التواصل مع بعضهم البعض بسهولة عبر منطقة واسعة. عندما تكون العديد من شبكات LAN الخاصة بمنظمة مترابطة، يتم تشكيل WAN.

شبكة المنطقة الواسعة اللاسلكية (WWAN)

في الأساس، الإنترنت هو شبكة منطقة واسعة عالمية (WWAN).

الشبكة المحلية اللاسلكية (WLAN)

الشبكة المحلية اللاسلكية، أو ما يُعرف اختصارًا بـ Wi-Fi، هي شبكة تُنشأ عادة بواسطة جهاز التوجيه المنزلي.

الشبكة المحلية اللاسلكية هي نوع من الشبكات المحلية التي يمكننا الاتصال بها لاسلكيًا من هواتفنا الذكية أو الأجهزة اللوحية أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو أي جهاز آخر. البيئة اللاسلكية، التي تستخدم موجات الراديو لنقل البيانات بدلاً من الكابلات أو الوسائط الفيزيائية الأخرى، لها خصائص مختلفة عن الشبكة السلكية من حيث السرعة والأمان والتغطية. واحدة من أفضل مزايا الاتصال اللاسلكي هي أنه مرن للغاية.

بالإضافة إلى أنواع الشبكات المذكورة أعلاه، هناك شبكات أخرى بأحجام أو أغراض مختلفة. على سبيل المثال،,

• شبكة منطقة التخزين (SAN).
• شبكة خاصة بالمؤسسة (EPN).
• الشبكة الافتراضية الخاصة (VPN).

يمكن تمثيل الشبكات بطريقتين:

عادةً ما يتم تمثيل الشبكات بـ “طوبولوجيا الشبكة”، التي تشير إلى الطريقة التي تتصل بها الأجهزة في الشبكة. هناك نوعان رئيسيان من طوبولوجيا الشبكات: المنطقية والفيزيائية.

الطوبولوجيا المنطقية

توضح الطوبولوجيا المنطقية الجوانب المنطقية للشبكة، مثل عناوين IP، والاتصال بين الأجهزة، وبروتوكولات التوجيه المستخدمة.

الطوبولوجيا الفيزيائية

الطوبولوجيا الفيزيائية للشبكة هي الطريقة التي يتم بها ترتيبها فعليًا. يتضمن ذلك مكان وضع الأجهزة، ونوع الكابلات المستخدمة، وعدد المنافذ المطلوبة، وإلى أي المنافذ/المفاتيح سيتم توصيل الخوادم. الطوبولوجيا الفيزيائية هي مخطط يوضح موقع المعدات والغرض منها في الشبكة.

ومع ذلك، فإن الغرض من الجهاز سيؤدي إلى طوبولوجيات شبكية مختلفة.

طوبولوجيات الشبكة

يمكن أن يكون هناك طرق متعددة لتمثيل الأجهزة في بيئة الشبكة. يمكن تجميعها بناءً على أغراضها المختلفة.

الطوبولوجيا النجمية

الطوبولوجيا الأكثر شيوعًا المستخدمة في الشبكات المحلية هي الطوبولوجيا النجمية. تعمل الطوبولوجيا النجمية بشكل أفضل للشبكات الصغيرة، مثل تلك المستخدمة من قبل الشركات الصغيرة.

على سبيل المثال، إذا كنا نحتاج فقط إلى اتصال شبكي أو الوصول إلى الإنترنت، يمكننا تجميع الأجهزة في طوبولوجيا نجمية. جميع الأجهزة في هذه الشبكة متصلة بالمركز الرئيسي (HUB). إذا فشل أي عقدة، فإنه لا يضر أو يتلف الشبكة بأكملها لأنها سهلة الصيانة والترقية.

ومع ذلك، فإن المشكلة في هذا السيناريو هي نقص التكرار، وهو أمر ضروري لشبكات الكمبيوتر.

الطوبولوجيا الشبكية

الطوبولوجيا الشبكية هي الأفضل لشبكة موثوقة، مثل مزود خدمة الإنترنت (ISP). مع هذا التصميم، كل شيء مدعوم. لذا إذا حدث خطأ ما في كابل أو مفتاح، هناك طرق أخرى للوصول إلى الإنترنت أو إلى المكان الذي تحاول الاتصال به. تذكر أن التكرار الكامل يعني أنك ستحتاج إلى مزيد من الأجهزة وكابلات أطول، مما يعادل تكاليف أعلى. الطوبولوجيا الشبكية الكاملة تكلف عادة أكثر للتنفيذ من الطوبولوجيا النجمية.

بعض أمثلة الطوبولوجيا الشبكية هي Google Wi-Fi، Google Home أو الشبكات في الأجهزة العسكرية.

الطوبولوجيا الشبكية الجزئية

الطوبولوجيا الشبكية الجزئية هي طوبولوجيا شبكة أكثر تكلفة توفر التكرار لبعض المفاتيح وأجزاء من الشبكة فقط. تُترك المفاتيح الأخرى بدون مسارات بديلة.

طوبولوجيا المحور والتحدث

تُستخدم طوبولوجيا المحور والتحدث بشكل متكرر في تصميم الشبكة الواسعة (الإنترنت). الثلاثة أجهزة التوجيه في هذه الطوبولوجيا غير مألوفة ببعضها البعض افتراضيًا. لكي تصل البيانات إلى وجهتها، يجب على R1 وR3 إرسال حركة المرور الخاصة بهما إلى R2، الذي يعرف كيفية إعادة توجيهها بشكل صحيح. على سبيل المثال، إذا أراد R1 إرسال حركة المرور إلى R3، فسيفعل ذلك عن طريق إرسالها عبر المحور (R2). يعرف المحور بعد ذلك كيفية معالجة وإعادة توجيه تلك الحركة.

مكونات الشبكة

الأجزاء التي تتجمع لتكوين شبكة هي:

الجهاز النهائي

أي جهاز مادي نستخدمه للاتصال بالإنترنت يُعرف بالجهاز النهائي. يشمل ذلك أجهزة الكمبيوتر الشخصية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والهواتف الذكية، والخوادم والمزيد. يمكن إجراء الاتصال من خلال قنوات متعددة، مثل الكهرباء، أو النبضات الضوئية، أو موجات الراديو. يمكننا الاتصال بالإنترنت لاسلكيًا من هواتفنا الذكية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية. إذا كنا نستخدم جهاز كمبيوتر محمول أو جهاز كمبيوتر شخصي، يمكننا أيضًا استخدام كابل شبكة (UTP).

المفتاح

يربط المفتاح بين أجهزة نهائية متعددة، مثل أجهزة الكمبيوتر والطابعات، داخل شبكة (LAN).

يشتهر هذا الجهاز بقدرته على التعامل مع العديد من المنافذ، بسرعات تتراوح بين 1 و10 جيجابت في الثانية لكل منفذ. يستخدم المفتاح عناوين MAC لتحديد الأجهزة النهائية المتصلة بالشبكة. هذا يجعل من السهل عليك تتبع الأجهزة التي تتصل بشبكتك ويضمن أن الأجهزة المصرح لها فقط يمكنها الوصول إلى بياناتك.

جهاز التوجيه

يربط جهاز التوجيه بين شبكات صغيرة متعددة (LANs) لتكوين شبكة كبيرة واحدة (WAN- شبكة منطقة واسعة). جهاز التوجيه هو جهاز يربطنا بالإنترنت من خلال معالجة تسليم الحزم من أي مصدر شبكة إلى أي شبكة وجهة. يستخدم جهاز التوجيه عناوين IP لتحديد الأجهزة التي ترسل وتستقبل البيانات. يحتوي جهاز التوجيه عادة على ما بين 2 إلى 5 منافذ، على عكس المفتاح الذي يمكن أن يحتوي على العديد من المنافذ. بالإضافة إلى ذلك، كلا الجهازين لهما سرعات قابلة للمقارنة تتراوح بين 100 ميجابت في الثانية و10 جيجابت في الثانية، اعتمادًا على الطراز.

الجدار الناري

نحن مجهزون بشكل أفضل لوقف الاختراقات الافتراضية المحتملة بوجود جدار ناري.

وسيط النقل

وسيط النقل هو الوسيلة التي يتم من خلالها نقل المعلومات، مثل الكابل أو اللاسلكي.

كيف تتواصل أجهزة الكمبيوتر عبر الإنترنت؟

يجب أن يكون لحركة المرور معرف فريد للتواصل مع مواقع مثل فيسبوك وجوجل. يُعرف هذا بـ IP أو بروتوكول الإنترنت. IP، أو بروتوكول الإنترنت، هو الطريقة التي نحدد بها جهازًا إما في شبكة أو على الإنترنت. يجب أن يكون هذا الرقم فريدًا. لا يمكنك أن يكون لديك عنوانان IP متطابقان على نفس الشبكة أو الإنترنت لأنه سيخلق تعارضًا، ولن يعمل اتصالك بشكل صحيح.

نمو الإنترنت

في السنوات الأخيرة، انفجر عدد الأجهزة المتصلة في جميع أنحاء العالم. هل تعلم أنه في عام 2020، كان هناك حوالي 50 مليار جهاز متصل بالإنترنت؟ ومن بين تلك الأجهزة البالغ عددها 50 مليار، هناك عدد متزايد بشكل متزايد جزء من إنترنت الأشياء (IoT).

يصف إنترنت الأشياء (IoT) الأجهزة التي يمكنها جمع البيانات من بعضها البعض واستخدام الإنترنت للتواصل. بعض الأمثلة على أجهزة إنترنت الأشياء الشائعة تشمل المستشعرات، وأجهزة المنزل الذكية، ومحطات الدفع، والأجهزة القابلة للارتداء الذكية. تحتاج هذه الأجهزة أيضًا إلى أن يكون لديها عنوان IP.

عناوين IP نوعان:

عنوان IP عام مقابل عنوان IP خاص

عناوين IP العامة

كما يوحي اسمها، تُستخدم عناوين IP العامة للتواصل عبر الإنترنت. تقوم منظمات مثل مركز معلومات الشبكة (NIC) وIANA بتسجيل عناوين IP العامة، والتي يتم تعيينها بعد ذلك لمزودي خدمة الإنترنت (ISPs) أو مجموعات أخرى.

عناوين IP الخاصة

تُستخدم عناوين IP الخاصة عادةً في الشبكات المحلية (LANs)، مثل الشبكات المنزلية أو المدرسية. وبالتالي، لا يمكن العثور على عناوين IP الخاصة على الإنترنت. للسماح لأجهزة الكمبيوتر بالتواصل مع بعضها البعض عبر الإنترنت، تم تصميم بروتوكول يُعرف بـ NAT (ترجمة عناوين الشبكة). يقوم هذا البروتوكول بتحويل عناوين IP الخاصة إلى عناوين IP عامة.

يمكن أن يحسن NAT أمان شبكتنا بجعل من الصعب على المهاجم الوصول إلى عناوين IP الخاصة.

باختصار

مع استمرار نمو عدد الأجهزة المتصلة بالإنترنت، يجب أن نفهم كيف تتواصل مع بعضها البعض. تستعرض هذه المقالة مكونات الشبكة المختلفة وكيفية عملها معًا للسماح لنا بتصفح الويب، وإرسال البريد الإلكتروني، والمزيد. كما نظرنا في كيفية دور عناوين IP في تحديد الأجهزة ولماذا تُستخدم عناوين IP الخاصة في الشبكات المحلية. فهم كيفية عمل هذه التقنيات أصبح أكثر أهمية مع انتقالنا إلى عالم متصل بشكل متزايد.