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