أحمد نزار
إذا كنت ممن يحبون الحواسيب ويستخدمون الإنترنت يوميًا، عليك أن تعرف أسس شبكات الحاسوب. وإذا كنت ممن يرغبون في التعمقَ في الخوادم (Servers) وأمن المعلومات (Information security) وكيف يتصل العملاء (Clients) عن بعد بخوادمك، سنحاول تغطية أغلب المواضيع المتعلقة بشبكات الحاسوب ومكوناتها.
بداية؛ فلنلق نظرة إلى التعريف العملي لشبكات الحاسوب؛ يمكن تعريف شبكات الحاسوب بأنها تبادل الحُزم packets بين الأجهزة الحاسوبية عبر العالم بمساعدة وسائل نقل البيانات مثل الأسلاك والكابلات الضوئية وغيرها.
والإنترنت نوع من أنواع الشبكات الحاسوبية، كما يوضح الشكل الآتي:
كما سنلقي نظرة إلى بعض المصطلحات والمكونات ووظيفتها في الشبكة وبعضها موجود في المخطط السابق.
إن المصطلحات الأكثر شيوعًا في شبكات الحاسوب هي:
العُقد (Nodes):
العقدة هي جهاز مثل الحاسوب أو الموبايل أو التابلت أو ما شاكل ذلك، وأي جهاز يحاول تبادل (إرسال أو استقبال) حزم- packets عبر الشبكة مع جهاز آخر مشابه.
الحزم (Packets):
معلومة أو وحدة بيانات يتم تبادلها عبر الشبكة بين عقدتين.
العنوان المنطقي (Internet Protocol: IPs):
بفرض أنك تريد إرسال هدية إلى صديقك في عيد ميلاده؛ إلى أين سترسلها؟ إلى عنوان مسكنه صحيح؟
نفس المسألة هنا؛ أراد علماء الحاسوب تعريف الحواسيب في الإنترنت باستخدام رقم فريد لا يُكرر، بما يُشابه رقم الهاتف. لذا قدموا مفهوم TCP/IP؛ أي إن عنوان IP أي حاسوب هو عنوانه على الشبكة.
وتقنيًا؛ هو مكون من 32 رقم تستخدم في تعريف الأجهزة على الشبكة ولا تتم الاتصالات فيها إلا وفق مفهوم عناوين الـIP . افترض أنك تريد رفع ملف إلى أحد المواقع وليكن Google drive، عند التحدث في أدنى مستوى في الشبكات؛ سيتحول الملف الخاص بك إلى العديد من الـحزم وكل واحدة منها ستحمل عنوان الوجهة المرسلة إليها.
تصنف عناوين الـIP في المستوى الأعلى إلى نوعين :
- IPv4: عناوين مكونة من 32 خانة في شكل أربع Bytes، مثلًا العنوان 104.244.42.129 هو عنوان IPv4 لموقع twitter.com. وهذا النوع مستقر ومستخدم بشكل واسع في العالم.
- IPv6 : نوع جديد من العناوين يتكون أساسًا من ثمان مجاميع كل مجموعة متكونة من أرقام وفق نظام العد الست عشري (hexadecimal) ومثال عليه: 2001:0cb8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
هذا النوع غير مستقر وبالتالي لا يستخدم بشكل واسع.
لا تزال شبكة الإنترنت تستخدم عنواين الـ IPv4 بسبب استقرارها. وحتى الآن لا يمكن التخمين متى سنبدأ باستخدام IPv6 غير المُستقرة.
تقسم IPv4 إلى خمسة أصناف (classes) هي: A ، B ، C ، D ، E.
- في الـ class A يبدأ من 1.X.X.X إلى 126.X.X.X
- في الـ class B يبدأ من 128.0.X.X إلى 191.255.X.X
- في الـ class C يبدأ من 192.0.0.X إلى 223.255.255.X
أما الصنفين D وE فيُستخدمان لأغراض تجريبية.
تكون عناوين IPv4 بشكل رئيس على نوعين:
- Static: في هذا النوع يُستخدم عنوان IP واحد لجهاز واحد طوال الوقت؛ على سبيل المثال: الخوادم البعيدة التي تستضيف التطبيقات والمواقع الإلكترونية وما إلى ذلك.
- Dynamic: بشكل عام هذا النوع مستخدم في إسناد IP لكل حاسوب في شبكة الإنترنت مثال ذلك: إذا أطفأت جهاز الراوتر وشغلته مجددًا سترى أن الـIP الخاص بالحاسوب سيتغير، أي إن الـIP يتغير في كل مرة يتم فيها الاتصال بشبكة الإنترنت.
الموجِّه (Router):
جهاز يُعنى بتمرير الـحزم packets بشكل محدد من جهاز إلى آخر عبر الشبكة. لا يعرف الحاسوب أين تكون بقية الحواسيب ولا يمكن مراسلة الجميع. لذا؛ فإن جهاز الـ Router هو من يعرف مصدر الإرسال والوجهة المستلمة ويقوم بعملية التمرير من المصدر إلى الوجهة.
لدى أجهزة الـ Router بروتوكولات تسمى “بروتوكولات التوجيه- Routing Protocol” تقوم بتنسيق تبادل المعلومات بين جهاز Router وآخر أو بينه وبين شبكة أخرى. بكلمة أخرى يمكن تعريف الـ Routing Protocol بأنه طريقة للتواصل بين أجهزة الـRouter .
تقوم أجهزة الـ Router ببناء “جدول توجيه-Routing Table” يقوم بتحديد أفضل المسارات التي يجب إرسال الحزم عبرها.
يتكون الـ “Routing Table” من قائمة من المسارات من جهاز Router إلى آخر. كل مسار يحتوي على عناوين أجهزة Router / node في الشبكة وكيفية الوصول إليهم.
ترجمة عنوان الشبكة (Network Address Translation: NAT):
تقنية تستخدم من قبل أجهزة الـ Router لتزويد خدمات الإنترنت لأكبر عدد ممكن من الأجهزة مع أقل عدد ممكن من العناوين ذات النوع Public ip. إذ يُسند عنوان ip واحد في جهاز Router من قبل مزودي خدمة الإنترنت.
وبعدها يقوم الـ Router بإسناد ip من نوع private لجميع الأجهزة المتصلة به. هذه التقنية تساعد مزودي خدمة الإنترنت في توفير الوصول إلى الإنترنت لأكثر عدد ممكن من المستخدمين.
يُربَط حاسوبك مع الراوتر، سترى شبكة الإنترنت الـ public ip المُسند في الراوتر على خلاف الـ private ip المسند في الحاسوب فلن تراه.
افترض أن الـ ip المسند لحاسوبك هو 192.168.1.100 وتريد الوصول إلى موقع aliens.com الذي عنوانه 144.208.73.29 كيف سيتم ذلك؟
ببساطة؛ بما أن العنوان المسند إلى جهازك هو من نوع private سيُضاف الـ ip الموجود في الراوتر والذي نوعه public إلى حزم البيانات packets التي ستُنتقل بدورها عبر الإنترنت مُمثلةً الـ public ip المسند إلى الراوتر وليس الـ ip الخاص بالحاسوب.
سيرى الموقع أن الـ ip الخاص بالراوتر يطلب معلومات الموقع عندها سيرسل الموقع المعلومات الخاصة به في شكل حزم إلى الراوتر لأن الراوتر مسند إليه ip من نوع public وعندما تصل إلى الراوتر فإنه يُمرر الحزم بدوره إلى حاسوبك.
إذاً؛ الفكرة الأساسية من تقنية NAT هي الفصل بين عناوين IP المستخدمة داخل شبكة جهاز الـ Router وعناوين IP المستخدمة على الإنترنت.
بروتوكول التهيئة الآلية للمضيفين (Dynamic Host Configuration Protocol: DHCP)
هو بروتوكول مسؤول عن إسناد عنوان ip لكل حاسوب مضيف- host أو محطة عمل- Workstation بشكل آلي، وغالبًا ما يكون هناك جهاز Router يقوم بهذه المهمة يسمى DHCP Server.
نظام تسمية النطاقات (Domain Name System /Server: DNS)
عندما تود الوصول إلى موقع ويب معين على شبكة الإنترنت فأنت بحاجة إلى معرفة اسم هذا الموقع والذي يتكون من عدة أجزاء، هي كالآتي:
1. الجزء الأول من العنوان هو البروتوكول المستخدم للوصول إلى المعلومات مثل HTTP أو HTTPS وغيرها.
2. الجزء الثاني من العنوان هو الاسم الخاص (Domain name) بالموقع.
3. الجزء الأخير من العنوان مخصص لعرض الفئة التي صنف إليها الموقع مثل com ، org ، net ، edu.
لا يمكن تبادل البيانات استنادًا إلى العناوين من النوع المذكور أعلاه لأن الشبكة لا تفهم هذه الطريقة بل تفهم عناوين الـ ip ولذلك يوجد بروتوكول اسمه DNS مختص بحفظ عناوين المواقع على شبكة الإنترنت و عنوان الـ ip الخاص بكل موقع.
كيف يعمل بروتوكول DNS؟
يوجد خادم في كل شبكة مخصص لبروتوكول DNS وظيفته استقبال طلبات معرفة عنوان الـ ip الخاص بالموقع المراد الوصول إليه من قبل الـ host.
يبحث DNS Server في قاعدة البيانات الخاصة به عن ip الموقع المطلوب الوصول إليه وإذا لم يجده يتواصل DNS Server مع DNS Server آخر في شبكة أخرى للحصول على ip الموقع وبعد الحصول عليه ترسل الحُزم إلى عنوان الموقع.
مزود خدمة الإنترنت (Internet Service Providers: ISPs)
هي شركات تُعنى بتزويد خدمة الإنترنت من خلال تمرير طلبات الوصول للمواقع والبيانات إلى وجهتها.
عند تجميع كل هذه الأجزاء بعضها مع بعض سنفهم كيف تعمل شبكة الحاسوب ويمكننا تلخيص كل ما ذكر أعلاه كما يلي:
- عندما يكون الحاسوب/ الجهاز متصل بالشبكة سيُسنِد الراوتر الذي يتصل به عنوان ip من نوع private إليه. ولدى الراوتر عنوان ip من نوع public مسند إليه من قبل الشركة المزودة لخدمة الإنترنت ISP.
- لدى كل الأجهزة المتصلة إلى الشبكة عنوان ip من نوع private غير مكرر.
- الشركات المزودة لخدمات الإنترنت منتشرة في أنحاء العالم وكلها متصلة بعضها مع بعض؛ إذ تبيع خدمات الإنترنت للشركات الإقليمية والمحلية المُقابلة لها.
- عندما يقوم أي جهاز بإنشاء اتصال مع أجهزة أخرى في شبكة أخرى مشابهة، يفعل ذلك وهو معرف لدى جهاز الراوتر ليقوم الراوتر بدوره بتغليف الحزم المرسلة بأعلى رقم port مع عنوان ip من نوع public المسند إلى الراوتر من قبل مزود خدمة الإنترنت. (هنا يتم تطبيق تقنية NAT)
- يرسل الراوتر الحزم إلى الوجهة المستهدفة إذ تقوم أجهزة الراوتر الأخرى بنفس عمل الراوتر وتقوم بتحليل الحزم المستلمة لمعرفة الجهاز /الحاسوب التي جاءت منه.
- من جهة أخرى يكون الجهاز / الحاسوب المستقبل قد أرسل إلى الراوتر المتصل به عنوان الـip الخاص بالجهاز / الحاسوب مع رقم البورت.
- عندما يستلم جهاز الراوتر الحزم يعمل على تحليلها، من ثم تمريرها إلى الوجهة المطلوبة.
- ترجمة: أحمد نزار.
- مراجعة: نور عبدو.
