البنية التحتية الأساسية وبنى الشبكات اللاسلكية

2. مقدمة

تعنى هذه الوحدة بالشكل الفيزيائي والتصميم المنطقي للهيكليات الأساسية للشبكات بشكلٍ عام والشبكات اللاسلكية بشكلٍ خاص. سنتعرّف على مجموعةٍ من البنى الشائعة إضافةً إلى علاقة كلٍ منها بالشبكات اللاسلكية.

سنشرح أيضاً الأنماط المختلفة للشبكات اللاسلكية كما سنوجز تعليمات إعداد بعض الأمثلة التطبيقية لعددٍ من حالات الشبكات اللاسلكية الشائعة. نأمل أن نستطيع بذلك تقديم المهارات اللازمة لتمكين القارئ من تحديد وتصميم البنى الملائمة للسيناريوهات الواقعية.

3. بنى الشبكات الأساسية

بنية الشبكة هي مخطط ربط الوصلات بين نقاط شبكةٍ ما. تتخذ الشبكات أشكالاً مختلفةً تبعاً لكيفية توصيل النقاط المكونة للشبكة مع بعضها البعض. يمكن توصيف بنية الشبكة بأسلوبين: فيزيائياً أو منطقياً. تمثّل البنية الفيزيائية توزيع الأسلاك، الحواسيب وتجهيزات الشبكة الأخرى في حين تمثّل البنية المنطقية الطبقة النظرية الأعلى كأسلوب ومسار نقل البيانات بين النقاط على سبيل المثال.

فيما يلي شرح موجز لمجموعة من بنى الشبكات الأساسية.

البنية	الشرح
الناقل Bus	ترتبط جميع النقاط بسلكٍ مشترك. تعمل شبكات الإيثرنت عادةً وفق بنية الناقل.
النجمية Star	ترتبط كل نقطة مباشرةً مع مجمّعٍ مركزيٍ أو مركزٍ للشبكة. تعبر جميع البيانات في البنية النجمية المجمع المركزي قبل بلوغ وجهتها. يشيع استخدام هذه البنية في شبكات الإيثرنت والشبكات اللاسلكية.
الخطية Line	مجموعة من النقاط المرتبطة ضمن خط. ترتبط كل نقطة مع النقطتين المجاورتين لها ما عدا نقاط الطرفية التي تملك كل منها نقطةً مجاورةً واحدةً.
الشجرية Tree	وهي دمج لبنيتي الناقل والنجمية. تتألف من مجموعةٍ من النقاط المرتبطة بشكلٍ نجميٍ تتصل بعمودٍ فقاريٍ على شكل ناقل.
الحلقية Ring	تترتبط جميع النقاط مع بعضها البعض على شكل حلقةٍ مغلقةٍ بحيث ترتبط كل نقطةٍ مباشرةً مع نقطتين أخريين. تستخدم عادةً في الأعمدة الفقارية للبنية التحتية من الألياف الضوئية.
التعشيق الكامل Full Mesh	وصلة مباشرة بين كل زوجٍ من النقاط. إن التعشيق الكامل لـ ن نقطة يتطلب ن(ن-1)\2 وصلةً مباشرةً. مع أن هذه البنية تعتبر مكلفةً إلا أنها عالية الوثوقية. تستخدم بشكلٍ رئيسٍ في التطبيقات العسكرية.
التعشيق الجزئي	يتم ترتيب بعض النقاط بأسلوب التعشيق الكامل أما البقية فتربط بنقطةٍ واحدةٍ أو نقطتين فقط. تعتبر هذه البنى أقل كلفةٍ من بنى التعشيق الكامل إلا أنها بالتأكيد أقل وثوقيةً نتيجة تخفيض عدد الوصلات الإضافية.

جدول 1: توصيف بنى الشبكات الأساسية

شكل 1: بنى الشبكات الأساسية

1.3. بنى الشبكات اللاسلكية

إليك بعض الملاحظات العامّة لمساعدتك على استيعاب كيف ولماذا يمكن أو لا يمكن استخدام بعض بنى الشبكات أثناء تصميم الشبكات اللاسلكية. قد تبدو هذه الملاحظات بديهيةً إلا أن استيعابها يعتبر أساسياً للتصميم الناجح للشبكات اللاسلكية.

لا يتطلب الإتصال اللاسلكي أي ناقل

في حين لا يتطلب الإتصال اللاسلكي أية أسلاكٍ أو ماشابه فإنه لا يحتاج أيضاً لأي ناقلٍ آخر كالهواء، الفراغ أو أي مادةٍ ناقلةٍ. إن الخط المرسوم في مخطط شبكةٍ لاسلكيةٍ يكافئ وصلةً "محتملةً" يتم إنجازها، أي أنه لا يمثّل سلكاً أو أي رابطٍ فيزيائيٍ.

الإتصال اللاسلكي ثنائي الإتجاه دائماً

لا توجد قاعدة بلا استثناء، ففي حالة التحسس الخامل Passive Sniffing أو التلصص لا يكون الإتصال ثنائي الإتجاه.

تتحقق هذه الثنائية بغض النظر عما إذا كنا نتحدث عن المرسلات أو المستقبلات، الأسياد أو الزبائن.

مرسل الراديو لا يعدو مجرد كونه مرسل راديو، وتتحدد مهامه وفقاً للبرمجيات المستخدمة

تحدد البرمجيات المستخدمة كيفية تصرف مرسل الراديو حتى الطبقتين الأولى والثانية من نموذج OSI المعياري (أي الطبقتين الفيزيائية ووصلة البيانات).

بإمكاننا مع تذكّر هذه الملاحظات تفحص علاقة بنى الشبكات المختلفة بالشبكات اللاسلكية.

البنية	التمثيل البياني	العلاقة بالشبكات اللاسلكية
الناقل Bus		لا يمكن تطبيقها. نلاحظ لدى دراسة بنية الناقل بأن كل نقطةٍ ترتبط بجميع النقاط الأخرى لكن وبما أن موقع التقاء خطٍ واحدٍ مع الخطوط الأخرى غير موجودٍ في حالة الشبكة اللاسلكية فإن هذه البنية تكافئ تماماً شبكةً معشقةً بالكامل تعمل ضمن قناةٍ واحدةٍ.
النجمة Star		نعم، وهي البنية المعيارية للشبكات اللاسلكية.
الخط Line		نعم، مع عنصرين أو أكثر. الخط بين نقطتين يمثل وصلةً من نقطةٍ إلى نقطة PtP.
الشجرة Tree		نعم، تستخدم عادةً من قبل مزودي خدمات الإنترنت اللاسلكية.
الحلقة Ring		نعم، ممكنة إلا أنها نادرة الإستخدام.
التعشيق الكامل Full Mesh		نعم، إلا أنها على الأغلب معشقة جزئياً.
التعشيق الجزئي Partial Mesh		نعم.

جدول 2: بنى الشبكات اللاسلكية

4. مكونات الشبكات اللاسلكية

1.4. نقطة الولوج Access Point

تشكّل نقطة الولوج "مجمّعاً" لاسلكياً. يربط المرسل/المستقبل النقاط اللاسلكية ببعضها البعض كما يقوم أيضاً بربطها مع الشبكة السلكية. ممن الممكن أن تربط مجموعةٌ من نقاط الولوج ببعضها البعض وفق ترتيبٍ معينٍ لبناء شبكةٍ لاسلكيةٍ كبيرةٍ.

تقوم نقطة الولوج من وجهة نظر المستخدم اللاسلكي – أو الزبون - (مثل الحواسيب المحمولة أو المحطات النقالة) بتوفير سلكٍ إفتراضيٍ يصل بين محطات المستخدمين. يربط هذا "السلك اللاسلكي" محطات المستخدمين ببعضها البعض كما يربط هذه المحطات بالشبكة السلكية.

يجب التمييز بين نقطة الولوج والموجّهات اللاسلكية Wireless Routers والمنتشرة بكثرةٍ في الأسواق هذه الأيام. يتألف الموجّه اللاسلكي من نقطة ولوجٍ بالإضافة إلى موجّه للشبكة، لذلك فهو قادرٌ على القيام بمهامٍ أكثر تعقيداً من تلك التي تقوم بها نقطة الولوج. يمكنك اعتبار الموجّه اللاسلكي جسراً لاسلكياً Wireless Bridge (يصل بين الشبكة اللاسلكية وشبكة الإيثرنت السلكية) وموجّهاً (يقوم بتوفير ميزات توجيه حزم بروتوكول الإنترنت IP Routing).

يتصل الزبائن بنقاط الولوج بعد معرفة "أسماء" هذه النقاط. يسمى هذا الأسلوب للتعريف بمعرّف مجموعة الخدمات Service Set Identifier (SSID) والذي يجب أن يتشاركه جميع الأعضاء في شبكةٍ لاسلكيةٍ محددةٍ. ينبغي أن يتم إعداد جميع نقاط الولوج وزبائن الشبكة اللاسلكية الموجودين ضمن مجموعة خدماتٍ موسّعةٍ واحدةٍ Extended Service Set (ESS) لاستخدام نفس المعرّف (SSID).

لتبسيط الفكرة يمكنك اعتبار معرّف مجموعة الخدمات SSID كـ "لصاقة تعريف منفذ الإيثرنت". أي أنّ الإتصال مع شبكةٍ لاسلكيةٍ تملك المعرّف SSID (س) يكافئ ربط حاسبك الشخصي بشبكة سلكية عبر منفذ إيثرنت على الحائط يحمل لصاقة تعريفٍ كتب عليها (س).

لمزيد من المعلومات راجع وحدة "إعداد نقاط الولوج".

2.4. زبائن الشبكة اللاسلكية Wireless Clients

زبون الشبكة اللاسلكية هو أي محطةٍ لاسلكيةٍ تتصل بشبكةٍ محليةٍ لاسلكيةٍ لمشاركة مواردها. يتم تعريف المحطة اللاسلكية بأنّها أيّ حاسوبٍ يحتوي على بطاقة شبكةٍ لاسلكيةٍ ترسل وتستقبل الإشارات الراديوية RF.

من زبائن الشبكة اللاسلكية الشائعة: الحواسب المحمولة، أجهزة الحواسب الكفيّة PDA، تجهيزات المراقبة اللاسلكية وهواتف نقل الصوت عبر بروتوكول الإنترنت VoIP اللاسلكية.

5. أنماط الشبكات اللاسلكية

تعرّف مجموعة معايير 802.11 نمطين أساسيين للشبكات اللاسلكية:

• الشبكات الخاصة
• شبكات البنية التحتية

لا بدّ من الإنتباه إلى أنّ بنية الشبكة قد لا تعكس هذه الأنماط مباشرةً وعلى الدوام. مثلاً، قد تعمل وصلةٌ لاسلكيةً بين نقطتين Point-to-Point ضمن النمط الخاص أو ضمن نمط البنية التحتية، كما يمكنك أن تجد شبكةً نجميةً مبنيةً بالإعتماد على وصلاتٍ خاصةٍ.

يمكن اعتبار نمط الشبكة اللاسلكية كأحد الإعدادات الأساسية لبطاقة شبكةٍ لاسلكيةٍ محددةٍ وليس كإحدى خصائص البنية التحتية بأكملها.

1.5. النمط الخاص Ad hoc Mode (IBSS)

يعتبر النمط الخاص (والذي يعرف أيضاً بنمط الند للند Peer-to-Peer) أحد أساليب الربط المباشر بين زبائن الشبكة اللاسلكية. إن السماح لزبائن الشبكة اللاسلكية بالعمل ضمن النمط الخاص يلغي الحاجة إلى استخدام أيّ نقاط ولوجٍ مركزيةٍ. تستطيع جميع النقاط ضمن شبكةٍ لاسلكيةٍ خاصةٍ التواصل مباشرة مع النقاط الأخرى.

ينبغي إعداد بطاقات الشبكة اللاسلكية في جميع زبائن الشبكة اللاسلكية الخاصة للعمل ضمن النمط الخاص واستخدام نفس معرّف مجموعة الخدمات SSID ورقم القناة "Channel Number".

تتألف الشبكة اللاسلكية الخاصة عادةً من مجموعة صغيرة من الأجهزة المتوضّعة قرب بعضها البعض. ينخفض أداء الشبكة اللاسلكية كلما ازداد عدد النقاط الموجودة ضمنها. يتطلب ربط الشبكة اللاسلكية الخاصة بشبكةٍ محليةٍ سلكيةٍ أو بالإنترنت إعداد بوابةٍ مخصصةٍ لهذا الغرض.

كلمة "Ad hoc" لاتينية الأصل وتعني "لهذا الغرض" إلا أنّها غالباّ ما تستخدم للتعبير عن الحلول أو الأحداث المرتجلة أوغير المعد لها.

تستخدم معايير IEEE 802.11 مصطلح (مجموعة الخدمات الأساسية المستقلة Independent Basic Service Set IBSS) للإشارة إلى النمط الخاص للشبكات اللاسلكية.

1.51.. الحالة 1: الربط بين نقطتين

يمكنك استخدام النمط الخاص للربط بين نقطتين بشكلٍ مباشر (إذا ما رغبت على سبيل المثال بربط بنائين معاً). كما يمكن استخدام هذا النمط لربط مجموعة من محطات العمل ضمن المكتب.

الإعداد	النقطة 1	النقطة 2
النمط	خاص	خاص
معرّف مجموعة الخدمات SSID	MY_SSID	MY_SSID
القناة	ينبغي أن يتم تحديد القناة بالتوافق بين النقطتين	ينبغي أن يتم تحديد القناة بالتوافق بين النقطتين
عنوان الإنترنت IP	عادةً ما يكون ثابتاً	عادةً ما يكون ثابتاً

جدول 3: إعداد نموذجي لشبكةٍ لاسلكيةٍ خاصةٍ

إذا كانت إحدى النقطتين مربوطةً مع شبكةٍ محليةٍ أو مع الإنترنت فإنها قد تتيح أو تمنع الوصول إلى هذه الشبكة من النقطة الأخرى.

2.5. نمط البنية التحتية Infrastructure Mode (BSS)

تحتوي الشبكات العاملة ضمن نمط البنية التحتية – خلافاً للشبكات الخاصة التي لا تتصمن عنصراً مركزياً – على عنصرٍ يقوم بمهمة التنسيق: نقطة ولوجٍ أو محطة مركزية. يمكن لزبائن الشبكة اللاسلكية الوصول إلى الشبكة السلكية عبر نقطة الولوج فيما إذا كانت هذه النقطة موصولةً بالشبكة السلكية.

عند احتواء الشبكة على عدّة نقاط ولوجٍ وعددّ من الزبائن ينبغي إعدادها جميعاً لاستخدام نفس المعرّف SSID. إذا ما رغبت في التأكد بأن شبكتك اللاسلكية تعمل باستطاعتها القصوى عليك ألا تقوم بإعداد جميع نقاط الولوج الموجودة ضمن نفس الموقع الفيزيائي لاستخدام نفس القناة. يقوم الزبائن باكتشاف (عبر مسح نطاق الترددات) القناة التي تستخدمها نقطة الولوج وبالتالي لا حاجة لهذه الزبائن في معرفة رقم القناة مقدّماً.

تستخدم معايير IEEE 802.11 مصطلح (مجموعة الخدمات الأساسية Basic Service Set BSS) للإشارة إلى نمط البنية التحتية للشبكات اللاسلكية.

2.51.. الحالة 1: الشبكة النجميّة

تعتبر البنية النجميّة أكثر بنى الشبكات اللاسلكية انتشاراً، وهي البنية المعتمدة عادةً في بقع التغطية اللاسلكية Hot Spot سواء وجدت في مطار أو ضمن مركزٍ للولوج البعيد Telecenter. يستخدم مزودو خدمات الإنترنت اللاسلكية بشكلٍ عامٍ البنية النجميّة (وذلك لوصل نقطةٍ إلى عدّة نقاط). غالباً ما يتم توسيع هذا النوع من الشبكات إلى البنية الشجريّة أو إلى تجميعها مع أشكالٍ أخرى للشبكات اللاسلكية.

الإعداد	نقطة الولوج / البوابة	النقطة x1
النمط	بنية تحتية	بنية تحتية
معرّف مجموعة الخدمات SSID	تحدد المعرّف MY_SSID	تتصل بالمعرّف MY_SSID
القناة	ينبغي أن يتم تحديد القناة بالتوافق بين النقطتين	ينبغي أن يتم تحديد القناة بالتوافق بين النقطتين
عنوان الإنترنت IP	يمكن التوجيه)	عادةً ما تحصل على عنوان الإنترنت IP عبر بروتوكول الإعداد التلقائي للمضيف DHCP

جدول 4: إعداد نموذجي لشبكةٍ لاسلكيةٍ نجميةٍ

2.52.. الحالة 2: الربط بين نقطتين

تعتبر الوصلات بين نقطتين Point-to-Point (PtP) إحدى العناصر الأساسية للبنية التحتية للشبكة اللاسلكية. يمكن أن توجد هذه الوصلات على مستوى بنية الشبكة اللاسلكية كجزءٍ من شبكةٍ نجميّةٍ، كوصلةٍ بسيطةٍ بين نقطتين أو ضمن أية بنيةٍ أخرى. يمكن أن تعمل الوصلة بين نقطتين ضمن النمط الخاص أو نمط البنية التحتية.

الشكل 2: وصلة بين نقطتين تعمل ضمن النمط الخاص أو نمط البنية التحتية

الإعداد	النقطة 1	النقطة 2
النمط	أي نمط	أي نمط
معرّف مجموعة الخدمات SSID	MY_SSID	MY_SSID
القناة	تحدد القناة س	تكتشف القناة س
عنوان الإنترنت IP	عادةً ما يكون ثابتاً	عادةً ما يكون ثابتاً
العنوان الفيزيائي MAC	يمكن أن يتم تثبيته تبعاً للعنوان الفيزيائي للنقطة المقابلة	يمكن أن يتم تثبيته تبعاً للعنوان الفيزيائي للنقطة المقابلة

جدول 5: إعداد نموذجي لوصلةٍ لاسلكيةٍ بين نقطتين. يمكن للوصلة أن تعمل ضمن النمط الخاص أو نمط البنية التحتية لكن ينبغي أن يتم إعداد النقطتي للعمل ضمن نفس النمط.

يتوجب في حالة الوصلات بين نقطتين ذات المدى البعيد إجراء بعض الإعدادات المتقدمة لتحسين أداء الوصلة.

2.53.. الحالة 3: التكرار Repeating

تبرز الحاجة إلى التكرار في حال وجود عوائق تعترض خط النظر أو عندما تكون المسافة طويلةً جداً بحيث لا يمكن تغطيتها بوصلةٍ واحدةٍ. يعتبر المجمّع في الشبكات السلكية مكافئاً للتكرار في الشبكات اللاسلكية. يعتمد إعداد التكرار بشكلٍ كبيرٍ على معايير خاصةٍ بالتجهيزات والبرمجيات المستخدمة مما يجعل توصيفه بشكلٍ عامٍ أمراً صعباً.

قد تتألف وحدة التكرار من جهازٍ فيزيائيٍ واحدٍ أو جهازين كما قد تحتوي جهاز إرسالٍ راديويٍ واحدٍ أو اثنين. يمكن أيضاً اعتبار وحدة التكرار كزبونٍ مستقبلٍ ونقطة ولوجٍ لإعادة الإرسال. يتم استخدام معرّف مجموعة الخدمات SSID نفسه عادةً لكلٍ من هذه الوحدات الثلاثة.

في كثيرٍ من الأحيان ترتبط وحدة التكرار بعنوانٍ فيزيائيٍ بالإضافة إلى معرّف SSID.

  

الشكل 3: مثالين للتكرار ضمن البنى التحتية للشبكات اللاسلكية

2.54.. الحالة 4: الشبكات المعشّقة Mesh

تعتبر الشبكات المعشّقة Mesh خياراً جيداً في المناطق الحضرية بشكلٍ أساسيٍ إضافةً إلى المواقع النائية التي يصعب فيها تركيب البنى التحتية المركزية. من الحالات الشائعة لاستخدام الشبكات المعشقة الشبكات البلدية Municipal Networks، شبكات الحرم الجامعي Campus Networks وشبكات المجتمعات المتجاورة Neighbourhood Communities.

تستخدم الشبكات المعشّقة واحدةً من بنيتين أساسيتين للوصلات: البنية المعشّقة بالكامل Full Mesh أو البنية المعشّقة جزئياً Partial Mesh. ترتبط كل نقطةٍ في الشبكة المعشّقة بالكامل بجميع النقاط الأخرى، أما في الشبكات المعشّقة جزئياً فإن كل نقطةٍ ترتبط مع بعض النقاط الأخرى وليس جميعها.

لاحظ بأنّ هذا التعريف لا يشير إلى أي إعتمادٍ على أي عاملٍ زمنيٍ، أي أنّه ليس من الضروري أن تتضمن الشبكة المعشّقة أي شيء ديناميكي. مع أنّه في السنوات الأخيرة انتشر استخدام مصطلح "الشبكة المعشّقة" كمرادفٍ للشبكات "الخاصة Ad hoc" أو "النقالة Mobile".

ينبغي أن تتضمن جميع النقاط ضمن الشبكة المعشّقة نفس برنامج (بروتوكول) التوجيه، لكنها قد تحتوي أنظمة تشغيلٍ مختلفةٍ أو تتألف من تجهيزاتٍ مختلفةٍ.

يعتمد إعداد الشبكة المعشّقة على بروتوكول التوجيه المستخدم وكيفية تشغيله. يظهر الجدول التالي بعض الإعدادات الشائعة.

الإعداد	النقطة 1x	النقطة 2x
النمط	خاص	خاص
معرّف مجموعة الخدمات SSID	MY_SSID	MY_SSID
القناة	القناة س	القناة س
عنوان الإنترنت IP	عادةً ما يكون ثابتاً ويتم إعداده يدوياً	عادةً ما يكون ثابتاً ويتم إعداده يدوياً
العنوان الفيزيائي MAC	يمكن أن يتم تثبيته تبعاً للعنوان الفيزيائي للنقطة المقابلة	يمكن أن يتم تثبيته تبعاً للعنوان الفيزيائي للنقطة المقابلة

جدول 6: إعداد نموذجي لشبكةٍ معشّقةٍ.

ليس من السهل استخدام بروتوكول الإعداد التلقائي للمضيف DHCP في الشبكات المعشّقة، لذلك ينصح باستخدام عناوين الإنترنت IP الثابتة. تتطلب البوابات إعداداتٍ إضافيةً لتصبح قادرةً على التعريف بوجودها، لا تغطي هذه الوحدة كيفية إجراء هذه الإعدادات.

6. أمثلة واقعية من البنى التحتية للشبكات اللاسلكية

تتضمن الشبكات اللاسلكية على أرض الواقع في كثيرٍ من الأحيان عدة بنى مختلفة. إليك فيما يلي بعض الأمثلة للمناقشة:

1. شبكة مكتبٍ نموذجيةٍ تحتوي على جزءٍ لاسلكي

2. العمود الفقاري لشبكة Nepalwireless.net

3. الشبكة اللاسلكية لمؤسسة فانتسوام في كافاشان – نيجيريا Fantsuam Foundation's wireless network, Kafanchane, Nigeria (Proposal)

النقطة الحمراء (FF): مركز تشغيل الشبكة Network Operation Center (NOC) والمتصل بالإنترنت عبر الأقمار الصناعية VSAT

النقطة الخضراء: زبائن للشبكة اللاسلكية

الوصلة البرتقالية: وصلة بين نقطتين PtP

القطّاع الأزرق: بنية نجميّة (SECT1) تغطي خمسة زبائن.

القطّاع الأحمر: بنية نجميّة (SECT2) تغطي خمسة زبائن.

7. الخلاصة

تحدّد بنية الشبكة التصميم المنطقي والفيزيائي للوصلات بين نقاط هذه الشبكة. يعتمد اختيار البنية الأكثر ملاءمةً تبعاً لغرض وطبيعة الشبكة، لذلك ينبغي أن تملك تصوراً واضحاً للهدف من شبكتك قبل القيام باختيار البنية الملائمة. هل تتطلب غاية الشبكة إمكانية التوسع في المستقبل أم أنها ستغطي فقط عدداً محدوداً من النقاط؟ أيها أكثر أهميةً: الفعالية الإقتصادية أم وثوقية الشبكة؟ ما هو نطاق التغطية المطلوب؟ ما هو عدد النقاط الواجب أخذه بعين الإعتبار؟ ما هو شكل الأرض في موقع تركيب الشبكة؟ ينبغي اعتبار جميع هذه الأسئلة (وغيرها) لدى تصميم بنية أي شبكةٍ، سواء كانت سلكيةً أم لاسلكيةً.

يمكن تلخيص الأمور الخمس الرئيسية التي ينبغي عليك تذكرها من هذه الوحدة بما يلي:

1. تعتمد غالبية الشبكات اللاسلكية على إحدى البنى التالية:

·         النجميّة، الشجريّة أو الخطيّة (التكرار).

2. تتضمن الشبكات اللاسلكية عادةً:

·         نقاط ولوجٍ و/أو موجّهات.

·         زبائن للشبكة اللاسلكية (الحواسب المحمولة، أجهزة الحواسب الكفيّة PDA، تجهيزات المراقبة اللاسلكية وهواتف نقل الصوت عبر بروتوكول الإنترنت VoIP اللاسلكية).

3. يمكن أن تعمل الشبكة اللاسلكية ضمن أحد هذين النمطين:

·         النمط الخاص Ad hoc

·         نمط البنية التحتية Infrastructure

4. تتضمن الإعدادات الأساسية للشبكة اللاسلكية:

·         النمط، القناة، عنوان الإنترنت IP (لأغراض الإدارة والتوجيه) والعنوان الفيزيائي (خياري).

5. تعتمد غالبية الشبكات اللاسلكية على أكثر من بنيةٍ واحدةٍ.

أساسيات شبكات الكمبيوتر

مقدمة 

تعتبر شبكات الحاسوب بأنواعها المختلفة من الضروريات التي يجب أن تتوفر في مختلف المؤسسات , نظرا لأهمية تبادل المعلومات والبيانات بين أقسامها المختلفة لا بل بين فروعها في عدة مدن أو دول .

وببساطة شديدة يمكن القول أنه أصبح بالإمكان الوصول لما تريد في أي وقت تريد ممكناً .

فأهلاً بك عزيزي الطالب في هذه الوحدة وهي بعنوان : أساسيات الشبكات المحلية .

لتغطية الجوانب الرئيسية للشبكات المحلية فقد تم تقسيم الوحدة إلي ستة دروس غطت أهم ما تحتاجه من مكونات مادية لبناء شبكة محلية , علي أن نتحدث عن الجزء البرمجي في الوحدة التالية .

الاهداف

1- مفهوم الشبكة الحاسوبية

2- بطاقة الشبكة المحلية

3- بطاقة الشبكة

4- المجمعات / المبدلات

5- أسلاك الشبكات

6- أجهزة فحص الأسلاك والتوصيلات في الشبكة المحلية

الدرس (1) مدخل إلي الشبكات

تعتبر عمليات نقل البيانات والمعلومات بين الحواسيب علي إختلاف أنواعها من المتطلبات الأساسية لمنظمات الأعمال من شركات طيران , وبنوك , وجامعات , ومستشفيات , ومراكز أبحاث وغيرها . وأن التطور الذي حدث ويحدث في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات والتي تعتبر الشبكات الحاسوبية من أهم مكوناتها جاء لسد الحاجة وتحقيق المتطلبات لمختلف منظمات الأعمال , لما توفره من بيئة تشاركية أمنة تمتاز بالسرعة , والتكلفة المناسبة .

فأهلاً بك , عزيزي الطالب , في الدرس الأول من الوحدة الخامسة , والذي نوضح فيه تعريف الشبكات الحاسوبية , وأنواعها حسب المنطقة الجغرافية التي تغطيها , ونذكرك بأكثر أنظمة التشغيل شيوعا واستخداما . كما نوضح مفهوم البروتوكولات وأسماء بعضها ووظائفها , وأنواع قنوات الإتصال المستخدمة في نقل البيانات ز وفي هذا الدرس نعرفك بنموذج الطبقات السبع ونظام TCP/IP باعتبارها المعيار الذي يحدد أفاق وتطور بناء الشبكات .

1- مفهوم الشبكة الحاسوبية ( Computer Network ) :

لقد سبق أن درست في صفوف سابقة , بعض المفاهيم الأساسية المتعلقة بالشبكات وخلصنا
إلي أن الشبكة في أبسط صورها : عبارة عن جهازي حاسوب أو أكثر متصلة ببعضها بعضاً , يهدف المشاركة في الملفات والموارد المختلفة كالطابعات والأقراص المدمجة وتغطي مساحة جغرافية ما .

ومع التطور التكنولوجي المتسارع أخذ مفهوم الشبكات بعداً ومفهوماً واسعا فأصبح يشمل قنوات الإتصال المتعددة , والبدالات , هذا بالإضافة ومحطات عمل وموجهات وأنظمة الحماية المختلفة وغيرها .

والشكل يوضح مكونات الشبكة بشكل عام .

2- أنواع الشبكات حسب التغطية الجغرافية :-

تعددت أنواع الشبكات الحاسوبية , تبعاً للمساحة الجغرافية التي تغطيها , وبالرغم من التشابه الكبير في مكوناتها فقد تم حصرها في الأنواع الرئيسية التالية :

1. الشبكات المحلية Local Area Networks (LAN) : وهي شبكات إتصال تغطي مبيني أو عدة مباني قريبة نسبيا من بعضها . ويمكن أن تتراوح المسافة بينها من عدة أمتار إلي عدة كيلو مترات , ويستخدم هذا النوع في المدارس والجامعات والمؤسسات الصغيرة .

2. الشبكات الواسعة Wide Area Networks (WAN) : يمتاز هذا النوع من الشبكات عن النوع السابق بتغطية مساحة جغرافية كبيرة جدا تصل إلي أكثر من دولة واحدة . مما أتاح الفرصة لربط مواقع الفروع  المختلفة للمؤسسات في مناطق جغرافية متباعدة كما هو الحال في البنوك وشركات الطيران . فمثلاً يمكن للشخص الذي لديه حساب في فرع بنك معين أن يسحب من رصيده من أي فرع أخر لهذا البنك في أي دولة أخري .

3. شبكات الحاسبات الإقليمية Metropolitan Area Networks (MAN) : تستخدم الشبكات الإقليمية في مساحات جغرافية متوسطة  نسبياً تصل إلي عدة كيلو مترات وتستعمل في ربط حاسبات موجودة في نفس المدينة أو مجموعة قريبة من المدن , مثل الشبكة التي تربط بيين فروع جامعة القدس المفتوحة في فلسطين وعددها 23 فرعاً .

4. الشبكة اللاسلكية (Wireless Network) : لقد ظهرت الحاجة للشبكات اللاسلكية مع ظهر الحواسيب المحمولة وتعتبر هذه الشبكات أقل سرعة مقارنة بمثيلاتها وتصل سرعتها إلي 54 ميجا بايت / ثانية . وهناك أنواع  أخري من الشبكات وهي خارج نطاق هذا المقرر .

ولتقديم البنية التحتية للأنواع السابقة هناك ما يعرف بشبكات القيمة المضافة Value Added Networks (VAN) : حيث البنية التحتية لعمل الأنواع الأخرى من الشبكات سالفة الذكر. بحيث تتحكم شركات الهاتف أو الاتصالات بشكل عام بسرعة نقل البيانات والمعلومات بين الشبكات المختلفة وتحدد مساراتها . كما هو الحال في شركة الاتصالات الفلسطينية التي توفر خطوط نقل وسرعات مختلفة للشبكات في المؤسسات الفلسطينية .

3- مفهوم البروتوكول ووظائفه :

تعددت أنواع الحواسيب وأنظمة تشغيلها وعليه قد يتبادر إلي الذهن السؤال الأتي :  كيف تتبادل هذه الأنظمة المختلفة البيانات والمعلومات فيما بينها ؟ سؤال هام وللإجابة عليه يمكن القول : أن هناك مجموعة من المعايير أو المقاييس المستخدمة في تبادل البيانات والمعلومات بين الأنظمة المختلة , وهي بمثابة اللغة المشتركة للحواسيب بشقيها المادي والبرمجي والتي تتحكم في عمليات التوجيه والنقل والتحكم هذا ما يعرف بالبروتوكول .

ونظراً للتطور المتسارع في مجال تكنولوجيا المعلومات والإتصالات فقد تطورت وتعددت البروتوكولات كل له استخداماته نذكر منها :

بروتوكول التحكم بالنقل (TCP/IP) , وبروتوكول نقل البريد (SMTP) , وبروتوكول مكتب البريد الداخلي (POP3) , وغيرها , ولابد من التنويه إلي أن للبروتوكولات وظائف عدة نذكر منها :

1. اكتشاف الأخطاء أثناء عمليات الإرسال والإستقبال وتصحيحها إن أمكن .

2. تكرار عملية النقل في حال حدوث أخطاء .

3. توجيه مسار الرسائل المرسلة إلي مقصدها الصحيح .

4. التخزين المؤقت للبيانات المنقولة عندما تكون الأجهزة المستقبلية مشغولة .

4- قنوات الإتصال :

تعتبر قنوات الإتصال بمثابة الوسط الذي تسير فيه البيانات , فالقناه هي مجموعة  من الوسائط التي تربط الحاسوب المرسل مع المستقبل وتستخدم في قنوات الإتصال بشكل عام خمسة أنواع من الوسائط هي :

1. الأسلاك الهاتفية ( أسلاك الشبكات , (STP ,UTP       2. الأسلاك المحورية .

3. الألياف الضوئي        4. الموجات المايكروية              5. الأقمار الإصطناعية .

وسوف نستعرض بعضاً منها في هذه الوحدة إن شاء الله .

5- نموذج الطبقات السبع :

ولضمان التوسع والمرونة في بناء أنظمة الشبكات فقد وضع تصميما عاماً اتفق علي تسميته بنظام الطبقات السبع أو معيار (OSI) كما يوضحه الشكل , حيث أن هذا التصميم ضمن عدم الاحتكار وسمح للشركات المطورة لأنظمة الشبكات بضمان التوافقية والتكامل مع الأنظمة الأخرى . وهذه الطبقات هي :

1. الفيزيائية : تحدد هذه الطبقة كل ما يتعلق بالمكونات المادية لربط جهاز الحاسوب مع الشبكة .

2. طبقة ربط البيانات : تحدد هذه الطبقة الأجهزة والمعدات اللازم توافرها لبناء الشبكة وتحديد التكنولوجيا المستخدمة في الشبكة المحلية حيث تقوم بإضافة ترويسة وتذييل للإطار ومن ثم تمريره للطبقة الفيزيائية .

3. طبقة الشبكة : تكون هذه الشبكة مسئولة عن الاتصالات بين الأجهزة الطرفية .

4. طبقة النقل : من الجدير ذكره أن الطبقات الثلاث السابقة توفر  معظم معداتها شركات الإتصالات ويكون موجودة وجاهزة في خطوطها ومقاسمها , أما طبقة النقل وما يليها فتكون ضمن نظام تشغيل الشبكة .

5. طبقة الجلسة : هي الطبقة المسئولة عن تنظيم تبادل المعلومات بين جهازين علي الشبكة حيث يحدد الأسلوب الذي سيتم استخدامه  لتبادل الرسائل والبيانات بين هذين الجهازين .

6. طبقة التقديم : هي الطبقة المسئولة عن ترجمة البيانات وضغطها وتشفيرها للحفاظ علي سريتها .

7. طبقة التطبيقات : هي الطبقة المسئولة عن توفير الخدمات والبروتوكولات التي تحتاجها البرامج التطبيقية المختلفة مثل برامج نقل الملفات , برامج البريد الالكتروني , وبرامج تصفح الانترنت .

6- نظام TCP/IP :

لقد ظهر هذا النظام قبل وجود (OSI) واستخدام في شبكة (Arpanet) التي بدأت كأبحاث مدعومة من وزارة الدفاع الأمريكية وقد تطور هذا النظام ليصبح الأكثر شيوعاً لربط الحواسيب والشبكات بأنواعها بعضها ببعض , ويمكن القول أن نظام (TCP/IP) يشبة إلي حد كبير نظام (OSI) في وظيفته ويوضح الشكل طبقات هذا البروتوكول .

ومن الشكل السابق يتضح أن نظام TCP/IP يتكون من أربع طبقات هي :

1. طبقة التطبيقات:ومن تطبيقاتها خدمات نقل الملفات (FTP) , وخدمات نقل البريد الألكتروني وخدمة (WWW),(DNS) وبروتوكول (Telnet) ( الاتصال عن بعد ) .

2. طبقة النقل وتحتوي هذه الطبقة علي بروتوكولين وهما :

أ- TCP : ويسمح هذا البروتوكول بالتحكم بعملية الإتصال المباشر بين المصدر والوجه دون أخطاء .

ب- (User Datagram Protocol) UDP : ويعمل بطريقة الإتصال الغير المباشر , ويستخدم في التطبيقات التي لا تحتاج إلي تسلسل أو تحكم في سريان المعلومات التي يتم وضعها من قبل الخادم علي خط الإتصال لتبحث عن الوجه المحددة مثل رسائل البريد الألكتروني .

3. طبقة الانترنت :

وظيفة هذه الطبقة توصيل الحزم إلي الجهة المقصودة وتستخدم البروتوكول المعروف بإسم (Internet Protocol) IP للقيام بهذه الوظيفة .

4. طبقة مضيف الشبكة :

وهي تقابل كل من طبقتي ربط البيانات والفيزيائية في نظام (OSI) .

الدرس (2) تصميم الشبكة المحلية

إن اختيار الطبوغرافية للشبكات المحلية يعتبر من أهم الخطوات التي يجب التفكير بها جيدا عند تصميمها .

لذلك جاءت مواضيع هذا الدرس لتلقي الضوء علي مفهوم البنية الطبوغرافية للشبكات المحلية والمعايير  التي يجب أخذها بعين الإعتبار عند تصميمها , وأشكالها , والتمييز بين الأنواع المختلفة لها من حيث حسنات وسيئات كل نوع .

1- البنية الطبوغرافية للشبكات :

يشير مصطلح البنية الطبوغرافية إلي الكيفية التي يتم بها توصيل أجهزة الحاسوب والأسلاك والمكونات الأخرى بعضها بعضاً . إن اختيار تصميم ما للشبكة دون أخر يتأثر بالعوامل الآتية :

1.نمو الشبكة في المستقبل     2. نوع المعدات التي تحتاجها الشبكة من أسلاك وأجهزة .

3. السرعة المطلوبة             4. وسائل الحماية من التشويش والمؤثرات الخارجية الأخري.

2- أشكال البنية الطبوغرافية للشبكات :

في الواقع يوجد هناك عدة أشكال للبنية الطبوغرافية للشبكات المحلية وأشهرها ما يلي :

1- البنية الخطية (Bus Topology) :

تعتبر الأبسط , وكانت حتي وقت قريب الأكثر شيوعاً في الشبكات المحلية حيث يتفرع وصلة T عند كل حاسوب لينهي الناقل بما يعرف بالمنهي (Terminator) وتعمل هذه البنية بسرعة تتراوح بين 10-100  ميجا بايت / ثانية .

ويوضح الشكل هذا النوع من البنية . وتعتمد ألية عمل هذا النوع من التصميم علي ما يلي :

1. إرسال الإشارة (Signal)   2. ارتداد الإشارة (Signal Bounce) .   3. المنهي أو المؤقت (Terminator) .

1. إرسال الإشارة:حيث تتم الطريقة التالية :

أ. ترسل البيانات علي الشبكة علي شكل إشارات كهربائية .

ب. يتم قبول المعلومات من قبل الحاسوب الذي يتوافق عنوانه مع العنوان المشفر داخل الإشارة الأصلية المرسلة .

جـ. في حالة أنه تم إرسال بيانات في نفس الوقت فسيحدث ما يطلق عليه التصادم .

د. يتوفر في هذا النوع من التصميم إمكانية الاحساس بحدوث التصادم ومنعه (CSMS/CD) .

ولتوضح هذا البروتوكول يمكن القول أنه عندما يقوم الحاسوب المرسل والمتصل علي الشبكة بتحسس حالة خط الإتصال , فإذا كان خالياً بعملية الإرسال أما في حالة حدوث تصادم فإنه يتم الانتظار فترة زمنية ما ليحاول مرة أخري حتي تنجح عملية الإرسال .

2. ارتداد الإشارة :

عندما ترسل إشارة البيانات علي الشبكة فإنها تنتقل من بداية السلك إلي نهايته , ولم يتم مقاطعتها فإنها ستبقي ترتد جيئة وذهابا علي طول السلك , وتمنع الحواسيب الأخري من إرسال إشارتها علي الشبكة .

3. المنهي (Terminator) :

يقوم بامتصاص أي إشارة حرة علي السلك مما يجعله مفرغا من أي إشارات جديدة ويتم وضعه عند كل طرف من أطراف السلك . والشكل يوضح صورة المنتهي

أما سيئات هذا النوع فيمكن حصره بالأتي :

1. زيادة عدد الأجهزة يؤدي إلي بطء شديد في عملها .

2. أي خلل في أي من مكوناتها ( المنهي , خط الاتصال , انفصال T عن بطاقة الشبكة )

يؤدي إلي توقف الشبكة عن العمل .

3. عند إجراء أي توسيع في الشبكة يجب إيقاف عمل الشبكة ككل .

2- البنية الحلقية (Ring Topology) :

يوضح الشكل كيفية ربط الأجهزة في الشبكة بحلقة أو دائرة من الأسلاك بدون نهايات وتنتقل الإشارات علي مدار الحلقة في إتجاه واحد وتمر من خلال كل جهاز علي الشبكة , ويقوم كل جهاز علي الشبكة بعمل دور مكرر للإشارة علي مدار الحلقة في إتجاه واحد وتمر من خلال كل جهاز علي الشبكة , ويقوم كل جهاز علي الشبكة بعمل دور مكرر للإشارة يقوم بإنعاشها وتقويتها ثم يعيد إرسالها علي الشبكة إلي الجهاز التالي :

ولكن لأن الإشارة تمر علي كل جهاز في الشبكة فإن فشل الشبكة فإن فشل أحد الأجهزة أو توقفه عن العمل يؤدي إلي توقف الشبكة ككل .

3- البنية النجمية (Star Topology) :

تقوم الشبكات المحلية ذات التصميم من النوع النجمة
(Star) بربط أجهزة الحاسوب بأسلاك موصلة بمكون أو جهاز مركزي يطلق عليه المجمع (Hub) أو المبدل  (Switch) وهي الأكثر شيوعا في الوقت الحاضر .

الإشارات تنتقل من الحاسوب المصدر الذي يرغب في إرسال البيانات إلي النقطة المركزية – المجمع أو المبدل – ومنه إلي باقي أجهزة الحاسوب علي الشبكة نظام التوصيل من هذا النوع يعزل كل سلك من أسلاك الشبكة عن الأخر . وبالتالي إذا توقف جهاز حاسوب ما أو إنقطاع السلك الذي يوصله بالمجمع أو المبدل فلن يتأثر إلا الحاسوب الذي توقف أو انقطع سلكه بينما باقي الأجهزة ستبقي تعمل دون أي مشاكل . ولكن إذا توقف المجمع أو المبدل عن العمل فستتوقف الشبكة ككل . والشكل  يبين هذا النوع من البنية الشبكية . ويعتبر تصميم النجمة الأكثر مرونة من الأنواع السابقة المختلفة حيث أنه يسمح بتحريك الأجهزة من مكانها وإصلاحها وتغيير التوصيلات دون أن تتأثر الشبكة بأي من ذلك . ولكن تكلفة هذا النوع تعتبر مرتفعة خاصة في حالة ازدياد حجم الشبكة لأنك ستحتاج  إلي أسلاك كثيرة ومجمع أو مبدل أكثر ضخامة وقد يكون سعرها مرتفعا .

3. العوامل المؤثرة في أداء الشبكة :

يمكن القول أن هناك عدة عوامل تؤثر في أداء شبكة هي :

1. عدد أجهزة الحاسوب المتصلة بها      2. البرمجيات المستخدمة

3. المسافة بين الأجهزة                     4. سرعة نقل البيانات وتقاس بالبت في الثانية

الدرس (3) بطاقة الشبكة (Network Card)

تعتبر بطاقة الشبكة , من المكونات الرئيسية للشبكات , وسوف نعطي في هذا الدرس من الوحدة , تعريفها ,  ومفهوم العناوين المادية والفيزيائية , ووظائفها وأنواعها , وأشكال منافذ التوصيل فيها .

1. ما هي بطاقة الشبكة ::

هي عبارة عن قطعة إلكترونية تربط جهاز الحاسوب بالشبكة , بحيث يتم تثبيتها في شق ما علي اللوحة الأم في جهاز الحاسوب . والشكل يوضح أحد أنواع البطاقات من نوع (PCI)

العنوان الفيزيائي لبطاقة الشبكة Mac Address .

كل بطاقة شبكة تمتلك عنوان مادي / فيزيائي فريد لا يمكن تكراره لبطاقة أخري , وهذا العنوان تحدده لجنة عالمية تسمي (IEEE) وهذه اللجنة تخصص مجموعة من العناوين لكل شركة مصنعة لبطاقات الشبكة .

يتكون هذا العنوان من 48 بت ويكون مخزن داخل ذاكرة القراءة فقط (ROM) في كل بطاقة شبكة يتم إنتاجها , ويحتوي أول 24 بت علي تعريف للمصنع بينما تحتوي 24 بت الأخري علي الرقم المتسلسل للبطاقة . والسؤال الهام هو ما هي أهمية هذه العناوين ؟

تقوم البطاقة بنشر عنوانها علي الشبكة , مما يسمح للأجهزة الأخري بالتخاطب فيما بينها وتوجيه البيانات إلي وجهتها الصحيحة , وتحتوي بطاقة الشبكة علي كل من أجزاء مادي وأجزاء برمجية والجزء البرمجي يكون مخزنا داخل ذاكرة (ROM) ويكون مسئول عن توجيه وتنفيذ المهام الموكلة بالبطاقة .

تنتقل البيانات في الحاسوب في ممرات كهربائية تسمي نواقل والصورة  توضح ذلك . قادر علي نقل أجزاء عديدة من البيانات في نفس الوقت بشكل متوازي وكلما كان الناقل أوسع كان معدل نقل البيانات أسرع .

وظائف بطاقة الشبكة :

يتلخص بطاقة الشبكة :

1 تحضير البيانات لبثها علي الشبكة

2 إرسال وإستقبال البيانات علي الشبكة

3 التحكم بتدفق البيانات بين الحاسوب ووسط الإرسال

4 ترجمة الإشارات الكهربائية من سلك الشبكة إلي بيانات يفهمها الحاسوب , وبالعكس ( في الطبقة الفيزيائية ).

أنواع بطاقة الشبكة :

بطاقة الشبكة متوفرة بعدة أنواع حسب تقنية التصنيع وهي :

1 بطاقة شبكة من نوع (ISA) كانت في الأجهزة القديمة قبل عام 1993.

2 بطاقة شبكة من نوع (PCI) وتستخدم في معظم الحواسيب الشخصية .

3 بطاقة شبكة من نوع (PCMCIA) وتستخدم في معظم الأجهزة المحمولة (Laptops)

1. بطاقة شبكة من نوع (ISA) : عرض مسار البيانات في هذا النوع 16 بت وسرعته تصل إلي 8 ميجاهيرتز في الثانية . والشكل يوضح هذا النوع من البطاقات .

2. بطاقة شبكة من نوع PCI : هذا النوع هو الأكثر انتشاراً في الوقت الحالي وعرض مسار البيانات فيه 32 بت بسرعة 32 ميجاهيرتز في الثانية . وتعتبر بطاقة الشبكة من نوع PCI أسهل تركيبا بكثير من الأنواع الأقدم منها , والتي تعتمد علي معمارية ناقل ISA , أو ناقل (EISA)

وتحتوي بطاقات الشبكة الحديثة علي برمجيات عتادية (Firmware) لدعم تقنية ركب وشغل (Plug& Play) من شركة Microsoft . وسرعة هذا النوع من البطاقات تصل إلي 10 / 100 ميجا هيرتز وهناك سرعات جديدة وهي 1000/100/10 ميجاهيرتز . الشكل يبين هذا النوع .

3. بطاقة شبكة من نوع (PCMCIA) : وهذا النوع خاص بأجهزة الحاسوب المحمولة ويمتاز هذا النوع بصغر حجمه وتكلفته المرتفعة نسبيا مقارنة مع الأنواع الأخرى , وسرعة هذا النوع 100/10 ميجاهيرتز والشكل يوضح هذا النوع

تنويه : المصطلح Firmware  يعني : دمج المكونات المادية (Hardware) مع المكونات البرمجية .

أشكال منافذ التوصيل في بطاقة الشبكة :

وإذا نظرنا إلي بطاقة الشبكة من جهة منافذ التوصيل بالسلك فإننا نجد أنه يأتي علي عدة أشكال :

1. بطاقة شبكة ذي المنفذ من النوع (BNC) .

2. بطاقة شبكة ذي المنفذ من النوع (RJ45) .

3. بطاقة شبكة ذي المنفذ من النوع (AUI) .

4. بطاقة شبكة تحتوي علي الأنواع السابقة .

ويتم استخدام هذه الأنواع حسب نوعية الأسلاك المستخدمة في شبكة الحاسوب المحلية وسرعة هذه الشبكات , والشكل يوضح النوع الأخير منها .

الدرس (4) مجمع / مبدل الشبكة (HUB/Switch)

1. ما هو المجمع / المبدل

عزيزي الدارس , قبل البدء بتعريفك بالمجمعات والمبدلات لابد من التنويه إلا أن المجمع أو المبدل هو عبارة عن جهاز لتوصيل مجموعة من أجهزة الحاسوب مع بعضها في حيز مكاني صغير . وعلي الرغم من وجود تشابه في ألية عملها , إلا أن هناك إختلافات في طريقة توجيه الإشارة المرسلة من جهاز إلي أخر ولتوضيح ذلك إليك المثال التالي :

علي فرض أنه لديك شبكة محلية مكونة من ثمانية أجهزة متصلة مع بعضها البعض بينية النجمة , فبإستخدام المجمع , وعندما يقوم جهاز رقم (1) بإرسال إشارة إلي جهاز رقم (2) وأثناء مرورها من خلال المجمع يقوم بتكبيرها وإرسالها إلي جميع الأجهزة السبعة الأخري . أما المبدل فيقوم بإستقبالها وإرسالها إلي جهاز رقم (2) فقط . وعليه نستطيع القول أن الموجه لا يستطيع تحديد وجهة البيانات المرسلة , وهذا يؤدي إلي حركة بيانات غير مرغوب فيها داخل الشبكة علي العكس من المبدل الذي يعرف مسبقا الأجهزة  المتصلة مع الشبكة وبالتالي يحدد الوجهة للبيانات المرسلة . الجدير ذكره أن للمبدلات وظائف أخري سوف نوضحها في سياق هذا الدرس .

2. أنواع المجمعات :

هناك ثلاث أنواع أساسية للمجمعات (Hubs) .

1 المجمعات النشطة (Active Hub) .

2 المجمعات الخاملة (Passive Hubs) .

3 المجمعات الهجينة  (Hybrid Hub) .

1. المجمع نشط Active Hub .

تعتبر أغلب المجمعات نشطة , بمعني المقدرة علي إعادة توليد وإرسال إشارات البيانات علي الشبكة بنفس الطريقة التي يعمل بها مكرر الإشارات (Repeater) .

لدي المجمعات عادة بين 8 إلي 12 منفذاً ( وأحياناً أكثر ) تستطيع أجهزة الحاسوب الإتصال بها , وتسمي هذه المجمعات أحيانا مكررات الإشارة متعدد المنافذ أو (Multi port Repeater) , والشكل يبين أحد هذه الأنواع .

2. المجمعات الخاملة Passive Hub :

هي أنواع أخري من المجمعات , ومثال عليها لوحات توزيع الأسلاك , وهي تعمل كنقاط إتصال ولا تقوم بتقوية أو توليد الإشارات المارة من خلالها , ولا تحتاج إلي طاقة كهربائية كي تعمل .

3. المجمعات الهجينة : من الممكن توسيع الشبكة عن طريق تركيب أكثر من مجمع واحد وهذا يطلق عليه المجمعات الهجينة وهي متوافقة مع أنواع مختلفة من الأسلاك .

3. أجزاء الجمع :

1 الجهة الأمامية : يوجد في واجهة المجمع مجموعة من ثنائيات الإصدار الضوئي (LED) , تشير إلي حالة كل منفذ من منافذ الشبكة , وإلي حجم المرور عبر الشبكة . والشكل يوضح ذلك .

2 الجهة الخلفية : تحتوي الجهة الحلقية علي المنافذ التي بواسطتها يتم توصيل كل جهاز في الشبكة , كما يوجد بها منفذ توصيل كهرباء , والشكل يوضح ذلك .

4. المبدلات (Switches) وميزاتها :

تعتبر المبدلات الجيل المتطور للمجمعات , ومما يميزها عن المجمعات ما يلي :

1 تحتوي علي منفذ سريع واحد علي الأقل لتوصيل أكثر من مبدل مع بعضها البعض .

2 تتكون من عدد أكبر من المنافذ (Ports) .

3 قوة معالجة أضخم حيث يتم إعطاء كل من البوابات السرعة القصوي بدل توزيعها علي جميع البوابات .

4 بعض أنواع المبدلات قابلة للتحكم والبرمجة .

5 وصلات لربط الشبكات الواسعة .

وبشكل عام يجب أن نتذكر أن المجمعات أو المبدلات توفر مميزات وقدرات عالية للشبكات , فهي تقدم المميزات التالية :

1. تسمح بتوسيع الشبكة وتغير مكوناتها بكل سهولة ودون تعطيل عمل الشبكة .

2. تستطيع إستخدام منافذ متنوعة تتوافق مع أنواع مختلفة من الأسلاك .

3. تساعدك علي المراقبة المركزية لنشاط الشبكة وحركة المرور للبيانات .

4. يتوفر في معظمها معالج داخلي خاص يستطيع تحديد حجم حزم البيانات التي تمر من خلاله علي الشبكة .

5. تمكن من اكتشاف المشاكل في حزم البيانات المرسلة وتوجيه تحذير حول المشكلة .

6. بعض أنواعها يستطيع تحديد جدولة زمنية يسمح فيه لجهاز ما بالإتصال في الشبكة بأوقات محددة . والشكل أحد أنواع المبدلات .

الدرس (5) أسلاك الشبكات

1. أنواع أسلاك الشبكات

تعتبر أسلاك الشبكات بأنواعها المختلفة الوسط الناقل في الشبكات المحلية السلكية , ولاشك أن هناك أنواع كثيرة نحصرها بثلاث أنواع رئيسية هي :

1. الأسلاك المحورية (coaxial) .              2. الأسلاك المزدوجة المجدولة (Twisted Pair) .

3. الألياف الضوئية (Optical Fiber) .

ولكل نوع من الأنواع السابقة خصائص وميزات سوف نتعرف عليها في سياق هذا الدرس .

1. الأسلاك المحورية

يشبة السلك المحوري سلك هوائي اللاقط , وهو من أهم أوائل أنواع الأسلاك المختلفة لتوصيل الشبكات . ويحتوي السلك المحوري كما هو موضح في الشكل علي :

أ. ناقل نحاسي داخلي لنقل البيانات بين أجهزة الحاسوب المرتبطة بالشبكة .

ب. يحيط بالسلك النحاسي السابق عازل بلاستيكي .

جـ. الطبقة قبل الأخيرة شبكة من معدن ( أسلاك نحاسية ) يعمل كقطب أرضي للسلك .

د. أما الطبقة الخارجية فهي عبارة عن غلاف عازل .

يوجد نوعان من الأسلاك المحورية هي :

1 السلك المحوري الرفيع (Thin net)

2 السلك المحوري السميك ( Thick net) .

والشكل يوضح هذين النوعين .

والجدير ذكره أن السلك المحوري الرفيع عملي أكثر من السلك المحوري السميك ,وأقل تكلفة , لذا فهو الأكثر إستخداما في الوقت الحالي في الشبكات المبينة علي الأسلاك المحورية . لكن يتميز السلك المحوري السميك بإمكانية توصيله لمسافات أبعد تصل 500 متر , بينما لا يصل السلك الرفيع لأكثر من 185 متر .

هناك مواصفات كهربائية خاصة للأسلاك المحورية منها :

1. 50 أوم RG-8 و RG-11 ( للسلك السميك) .

2. 50 أوم RG-58 للسلك الرفيع .

3. 75 أوم RG-59 ويستخدم لسلك اللاقط .

تنويه أوم هي وحدة قياس مقاومة السلك للتيار .

تستخدم الأسلاك المحورية مشابك أو وصلات خاصة لوصل الأسلاك معا وشبك الأجهزة معها تسمي هذه المشابك (BNC) أو (British Naval Connection) .

وتتضمن هذه هذه العائلة من المشابك المكونات التالية :

1. BNC cable  connector

2. BNC T connector

3. BNC barrel connector

4. BNC terminator

2. الأسلاك المزدوجة المجدولة Twisted Pairs :

يستخدم هذا النوع من الأسلاك بشكل أكثر من السلك المحوري , وذلك لما يتميز به من سهولة في التركيب والصيانة , وقابلية التوسع , لذلك هو الأكثر رواجا في الشبكات المحلية .

من حيث التركيب : يشبه سلك الشبكات المجدول سلك الهاتف , إلا انه يحتوي أربعة أزواج من الأسلاك النحاسية فيكون مجموع الأسلاك في سلك الشبكات المجدول ثمانية أسلاك نحاسية , بينما يوجد غي سلك الهاتف أربعة أو سلكين فقط كما في الشكل .

يوجد وعين من الأسلاك المجدولة , السلك المزدوج المعزول (STP) , والنوع الثاني السلك المزدوج غير المعزول (UTP) . يتفوق السلك المعزول (STP) بأنه أقل عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي , ويستطيع دعم الإرسال لمسافات أبعد , لكن سهولة تركيب وتوصيل السلك غير المعزول , وقلة التكلفة جعلته ينتشر بشكل أكبر , حيث قامت بعض الجمعيات المتخصصة بتقسيم الأسلاك المجدولة إلي فئات وفقاً للغاية من إستخدامها كالتالي :

الفئة	الإستخدام وسرعة النقل
الفئة الأولي CAT1	تستخدم لنقل الصوت فقط
الفئة الثانية CAT2	تستخدم لنقل البيانات بسرعة 4 ميجابت في الثانية .
الفئة الثانية CAT3	تستخدم لنقل البيانات بسرعة 10 ميجابت في الثانية .
الفئة الثانية CAT4	تستخدم لنقل البيانات بسرعة 16 ميجابت في الثانية .
الفئة الثانية CAT5	تستخدم لنقل البيانات بسرعة 100 ميجابت في الثانية .
الفئة الخامسة المحسنة CAT 5e	تستخدم لنقل البيانات بسرعة 100 ميجابت في الثانية .
الفئة السادسة CAT6	تستخدم لنقل البيانات بسرعة 250 ميجابت في الثانية .

أما فيما يتعلق بخصائص السلك المزدوج غير المعزول فهي :

أولاً : يتألف هذا النوع من ثمانية أسلاك كل سلكين مجدولين مع بعضهما . ويقلل هذا الجدل من تأثير الأسلاك علي بعضها وقت نقل الإشارات الكهربائية , وكما يفيد في مقاومة التشويش الخارجي إلي  حد كبير كما تلاحظ في الشكل .

ثانياً : الوصلات المستخدمة مع هذا النوع من الأسلاك تسمي (RJ45) كما في الشكل .

وتحتوي هذه الوصلات علي ثمان مسارات لكل سلك من الأسلاك الثمانية , وفي نهاية هذه المسارات يوجد رؤوس نحاسية اللون تعمل كموصلات .

يستخدم في الشبكات معيارين لتوصيل السلك المزدوج المجدول ( يقصد بالمعيار هنا ترتيب الأسلاك ) هذين المعيارين هما :

1. المعيار A568            2. المعيار B568

هذان المعياران متكافئان في العمل . ولكن من الضروري اختيار واحد فقط علي كل الوصلات علي الشبكة , وبخلاف ذلك قد لا تعمل الوصلات بشكل صحيح .

ملاحظة : استعمال ترتيب أخر للأسلاك عير المعيارين الذكورين يعمل بشكل صحيح بشرط أن يكون الطرف الأخر بنفس الترتيب و ( طرفي السلك بنفس الترتيب ) .

1. المعيار 568A الشكل التالي يوضح هذا النوع

8	7	6	5	4	3	2	1
بني	بني/أبيض	برتقالي	أزرق/أبيض	أزرق	برتقالي/أبيض	أخضر	أخضر/أبيض

2. المعيار568B ويمكن ترتيب الأسلاك الثمانية كما هو موضح أدناه :

8	7	6	5	4	3	2	1
بني	بني/أبيض	أخضر	أزرق/أبيض	أزرق	أخضر/أبيض	برتقالي	برتقالي/أبيض

مع الأخذ بالإعتبار أن رقم 1 ابتداءً من يسار الوصلة ناحية الرؤوس المعدنية النحاسية اللون , كما بالشكل .

المعايير السابقة هي لتوصيل جهاز الحاسوب بمنفذ الشبكة المثبت علي الحائط أو للتوصيل مباشرة مع مجمع /مبدل الشبكة وهذا ما يعرف بالتوصيل العادي او المستقيم .  وفي بعض الحالات تكون هناك حاجة لتوصيل جهازي حاسوب مع بعضهما دون وجود مجمع/مبدل للشبكة وهذا ما يسمي بوصلة العبور (Cross Over Cable) .

ويكون ترتيب الأسلاك الثمانية في الطرف الأول لسلك العبور حسب معيار 568B :

8	7	6	5	4	3	2	1
بني	بني/أبيض	أخضر	أزرق/أبيض	أزرق	أخضر/أبيض	برتقالي	برتقالي/أبيض

ويكون ترتيب الأسلاك الثمانية في الطرف الثاني لسلك العبور حسب معيار 568A :

8	7	6	5	4	3	2	1
بني	بني/أبيض	برتقالي	أزرق/أبيض	أزرق	برتقالي/أبيض	أخضر	أخضر/أبيض

3. الألياف الضوئية :

تتكون من أسلاك الألياف الضوئية من أسطوانة رقيقة جدا من الزجاج أو البلاستيك بسمك الشعرة , تسمي الليف البصري أو الصميم (Core) ويكسو هذا الصميم كسوة زجاجية مصممة لعكس الضوء علي الصميم , وأحيانا قد تغطي الكسوة الزجاجية بطبقة من مادة الكيلفر , ثم يغطي هذه التركيبة غلاف خارجي بلاستيكي واقي . كما في الشكل .

حيث أن كل ليف بصري لا يمكنه نقل الإشارة الضوئية إلا بإتجاه واحد فإنه لابد من إستخدام سلكين من الألياف الضوئية , سلك للإرسال وأخر للإستقبال

تتمتع أسلاك الألياف البصرية (الضوئية) بعدد من المزايا التي لا توجد في غيرها منها :

1. سرعة إرسال البيانات مرتفعة جدا تصل إلي 200000  ميجابت في الثانية

2. حماية ضد التداخل الكهرومغناطيسي

3. مستوي أمن عالي جداً , وذلك لأن الإشارة في الأسلاك عبارة عن نبضات ضوئية ولا يمر فيها أي إِشارة كهربائية . ورغم ذلك فإن تركيب وصيانة الألياف الضوئية أمر في غاية الصعوبة من الناحية التقنية بالإضافة إلي كلفتها المرتفعة .

2. التقنية المستخدمة لإرسال الإشارة الإلكترونية:

هناك طريقتان لإرسال الإشارة عبر الأسلاك هما:

1 إرسال النطاق الأساسي (Baseband) .

2 إرسال النطاق الواسع (Broadband).

أنظمة النطاق الأساسي (Baseband) تستخدم الإرسال الرقمي للإشارة بواسطة تردد واحد فقط , حيث أن الإشارة الرقمية تستخدم كامل سعة نطاق البث (Bandwidth) , تعتبر شبكات الإيثرنت أوضح مثال علي إستخدام إرسال النطاق الأساسي . بإستخدام هذه التقنية في البث يستطيع أي جهاز علي الشبكة إرسال الإشارات في إتجاهين وبعض الأجهزة تستطيع إرسال وإستقبال الإشارة في نفس الوقت .

أما أنظمة النطاق الواسع فتستخدم الإرسال التماثلي للإشارة مع مدي أوسع من الترددات , مما يسمح لأكثر من إشارة أن تستخدم نفس السلك في نفس الوقت .

الدرس (6) أجهزة فحص الأسلاك والتوصيلات في الشبكات المحلية

1. أعطال أسلاك الشبكة وأسبابها :

إن من أكثر مشاكل الشبكة شيوعاً هي مشكلة عدم التمكن من الإتصال بالشبكة والوصول إلي مواردها , ولعل من أسباب هذا الانقطاع عدم صلاحية الأسلاك , لذلك يفض اختيار السلك الذي قمت بتوصيله قبل استخدامه بواسطة أجهزة فحص واختيار الأسلاك , وكذلك معرفة خصائص كل سلك تستخدمه في الشبكة وذلك لوجود أسباب كثيرة تجعل من السلك غير صالح للإستخدام ومن أكثر  هذه الأسباب :

1 انكسار السلك وانثناؤه بزاوية حادة .

2 مرور السلك بجانب مصدر كهربائي .

3 المسافة بين الحاسوب والمجمع أطول من الحد الأقصى لطول السلك (100-150 متر من الأسلاك المجدولة ).

4 توصيل الأسلاك بترتيب غير صحيح

ويمكن استخدام أجهزة الفحص لتحديد نوع ومكان العطل في هذه الأسلاك .

2. الأنواع الرئيسية لأجهزة فحص الأسلاك :

يوجد هناك ثلاث أنواع رئيسية لأجهزة تفحص الأسلاك هي :

1 أجهزة توليد الإشارة وإلتقاطها .

2 أجهزة اختبار مخطط الأسلاك

3 أجهزة الإختبار متعدد الوظائف .

1- أجهزة توليد الإشارة وإلتقاطها :

يستخدم هذا النوع من الأجهزة لفحص التمديد الداخلي للأسلاك . وطريقة إستخدام هذا النوع :

1. تقوم بتوصيل جهاز توليد الإشارة في طرف السلك الذي تم تمديده داخل الغرفة .

2. تشغيل الجهاز علي وضع التشغيل ON

3. في الطرف الأخر عن المجمع نقوم بتمرير المجس علي جميع الأسلاك .

4. عند سماع النغمة , هذا يعني عدم وجود أي عطل فيه .

5. نقوم بوضع علامة علي هذا السلك . والشكل يبين أحد هذه أنواع الأجهزة المستخدمة لتوليد الإشارة وإلتقاطها .

6. تكمل الفحص لبقية الأسلاك بهذه الطريقة .

2- أجهزة اختبار مخطط الأسلاك

عمل هذا الجهاز مشابه لجهاز توليد الإشارة إلا أنه يتميز بوجود عدد من الأضواء الصغيرة التي تقابل كل سلك من الأسلاك الداخلية الثمانية , مما يميزه عن سابقه بإمكانية تحديد الخطأ في ترتيب الأسلاك . ويوضح الشكل أحد أنواع هذه الأجهزة .

3. أجهزة الإختبار متعدد الوظائف .

يتميز هذا الجهاز عن سابقه بأنه يحوي العديد من العمليات الإختيارية , وإمكانية تخزين مواصفات كل سلك , ثم توصيلة بجهاز حاسوب لطباعة تفاصيل أسلاك الشبكة بدقة عالية . ومن العمليات التي يقوم هذا النوع من الأجهزة :

1. قياس طول السلك

2. قياس ضعف الإشارة

3. قياس التشويش

والشكل يوضح إحدي هذه الأنواع

ملخص 

توفر الشبكات علي إختلاف أنواعها إمكانية تبادل المعلومات والبيانات , والمشاركة في الموارد المختلفة .

تتصل أجهزة الحاسوب في الشبكة من خلال وسط ناقل وبطاقة شبكة , ويتحكم في عملية الإتصال الكثير من المكونات ومنها أنظمة التشغيل الخاصة بالشبكات .الشبكات المحلية تعمل في مساحة محدودة بينما شبكات نطاق المدن تعمل علي مساحة أوسع وتستخدم نفس تقنيات الشبكة المحلية . شبكات النطاق الواسع تربط مجموعة من الشبكات المحلية مع بعضها البعض في أكثر من دولة .

تؤثر التصاميم المختلفة علي أداء الشبكة وإمكانياتها , ولتحديد التصميم المناسب يجب أن نأخذ بعين الإعتبار نوع الأسلاك , بطاقة الشبكة و وغيرها  وتقوم الشبكات المحلية علي ثلاثة تصاميم أساسية هي الخطية والنجمية والحلقية .

تعتبر بطاقة الشبكة من أهم مكونات شبكة الحاسوب , فهي الواجهة بين ناقل البيانات الداخلي للحاسوب الشخصي وسلك الشبكة . وهناك أنواع ثلاثة من نواقل البيانات هي ISA , PCI ,PCMCIA بالإضافة إلي أنه يوجد عدة أشكال لمنافذ التوصيل الخاصة ببطاقة الشبكة وهي BNC ,RJ45 , AUI .

نستخدم المجمعات والمبدلات لربط أجهزة الشبكة لصبح جسما ً واحداً يمكن التواصل بين جميع عناصر الشبكة بيسر وسهولة , وهناك أنواع من هذه المجمعات والمبدلات . وهنالك أنواع من هذه المجسمات والمبدلات كما أن هناك فروقات في مبدأ العمل بين المجمعات والمبدلات . والجدير ذكره أن معظم الشبكات الحديثة تستخدم المبدلات بشكل واسع لما تتميز به من سرعة وأمان والقدرة علي التحكم .

يوجد هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الأسلاك هي المحورية والمزدوجة المجدولة والألياف الضوئية , وتنقسم الأسلاك المحورية إلي رقيقة وسميكة وتنقسم الأسلاك المجدولة إلي محمية وغير محمية . توفر الألياف الضوئية سرعات كبيرة ولكن تركيبها وصيانتها صعب .

تعرض شبكة الحاسوب إلي الكثير من الأعطال , من انقطاع في الاتصال وعدم الوصول إلي البيانات والموارد المختلفة . ومن أسباب ذلك عدم صلاحية الأسلاك , ولفحصها يتم استخدام عدة أجهزة خاصة منها جهاز توليد الإشارة وإلتقاطها يستخدم هذا النوع من الأجهزة لفحص التمديد الداخلي للأسلاك , وأجهزة أختبار مخطط الأسلاك وعمله مشابه لجهاز توليد الإشارة مع بعض الميزات , أما أجهزة الاختبار متعددة الوظائف فيتم من خلالها قياس طول الأسلاك , وضعف الإشارة والتشويش .

مصطلحات 

الرقم	المصطلح بالإنجليزية	بالعربية
1	Computer Networks	الشبكات الحاسوبية
2	Local Area Networks	شبكات النطاق المحلي
3	Wide Area Networks	شبكات النطاق الواسع
4	Metropolitan Area Networks	شبكات نطاق المدن
5	Value Added Networks	شبكات القيمة المضافة
6	Bus Topology	البنية الخطية
7	Ring Topology	البنية الحلقية
8	Star Topology	البنية النجمية
9	Network Card	بطاقة الشبكة
10	Firmware	برمجيات عتادية
11	Hardware	برمجيات مثبتة علي قطعة
12	Hub	مجمع
13	Switch	مبدل
14	Repeater	مكرر الإشارة
15	Coaxial Cable	الأسلاك المحورية
16	Twisted Pair Cables	الأسلاك المزدوجة
17	Optical Fiber	الألياف الضوئية (البصرية)
18	Shielded Twisted Pair Cable	السلك المزدوج المعزول
19	Unshielded Twisted Pair Cable	السلك المزدوج غير المعزول
20	Based Band	النطاق الأساسي
21	Broad Band	النطاق الواسع
22	CSMA/CD	الإحساس بحدوث التصادم ومنعه