شبكات الحاسب: ما هي وما أنواعها

شبكة الحاسب ببساطة هي مجموعة من أجهزة الحاسب التي تتصل ببعضها وتستخدم موارد مشتركة بينها، وتكون تلك الموارد المشتركة إما بيانات أو أجهزة حقيقية مثل الطابعات وأجهزة العرض والتسجيل أو الماكينات والآلات التي تحمل رقاقات حاسوبية بداخلها متصلة بنفس الشبكة.

وصحيح أن مصطلح شبكة الحاسب على إطلاقه يشير إلى الشبكة العالمية التي نعرفها بالإنترنت، إلا أن مفهوم الشبكات أوسع من ذلك بكثير، كما سنرى في الفقرات التالية.

تعريف شبكة الحاسب

شبكة الحاسب computer network مؤلفة من كلمتين، الأولى شبكة ومعناها لا يخفى على أي قارئ عربي وهي بحسب قاموس صخر المعاصر ربط بين شيئين أو عدة أشياء أو يطلق على كل متداخل متشابك وتحصر كلمة الحاسب الثانية بربط الحواسيب مع بعضها بعضًا.

ظهرت أول صورة من صور الحواسيب المتصلة ببعضها في أواخر الخمسينات من القرن الماضي في صورة شبكة من الحواسيب التي استُخدمت في أحد أنظمة الرادار في الجيش الأمريكي، وقد استُخدمت خطوط الهاتف العادية في نقل البيانات بواسطة جهاز مودم تجاري من شركة AT&T.

تبع هذه المحاولة في تنظيم الاتصال بين الحواسيب البعيدة عن بعضها عدة محاولات أخرى في الشركات الكبرى والجامعات، وكان أغلب تلك المحاولات يحاول تنظيم الموارد المتاحة للشركة أو المؤسسة وتسهيل تطوير البيانات واتخاذ القرار من خلال تنظيم حركة تدفق البيانات بين تلك الحواسيب البعيدة.

فوائد شبكات الحاسب

لعل فوائد الشبكات بدأت تتضح مما لنا نحن كمستخدمين عاديين أو كشركات، وبدت أهمية شبكات الحاسب في نقل البيانات والمعلومات بين الدول والمؤسسات والأفراد، وكذلك في التحكم في الأجهزة والآلات عن بعد لتسهيل مراقبتها، وفيما يلي أهم تلك الفوائد:

مشاركة الملفات: كما في حالة الشركات والمؤسسات، بل وفرق العمل التي تعمل عن بعد.
مشاركة الموارد: كما في حالة مشاركة الطابعات، والحواسيب القوية لإجراء عمليات محاكاة أو إخراج للتصاميم الهندسية أو الإبداعية، أو العمل على برامج عمل سحابية مثل مستندات جوجل أو برامج تصميم مشترك سحابية.
التواصل: حيث يستطيع المستخدمون للشبكة أن يرسلوا الرسائل والبيانات والوسائط فورًا ويستقبلون بيانات وردودًا مشابهة من غيرهم من المستخدمين في نفس الوقت.
تقليل التكلفة: كما رأينا في حالة الموارد المشتركة مثل الطابعات أو الحواسيب الكبيرة أو توفير أجهزة وهمية للموظفين للعمل عليها أو خوادم وهمية لاستضافة المواقع.
زيادة كفاءة المعدات وسلامة البيانات: بما أن العتاد المستخدم للشبكات يكون في الغالب ذا جودة عالية ويقوم عليه فريق صيانة متخصص، فتقل احتمالات تعطل العتاد أو خسارة البيانات نتيجة النسخ الاحتياطية المنظمة التي تُنفذ للبيانات، على عكس الحواسيب الشخصية للمستخدمين.

عيوب شبكات الحاسوب

رغم المنافع التي تطغى على بيئة الشبكات إلا أنها تأتي بعيوب قد يكون بعضها خطيرة وقد يكون بعضها الآخر مجرد أعباء إدارية، وفيما يلي بعض تلك العيوب لشبكات الحاسب:

تحتاج شبكات الحاسب إلى الاستثمار في بنى تحتية باهظة التكلفة عند بداية إنشائها، وكلما زاد حجم الشبكة زادت التكاليف كثيرًا.
تحتاج شبكات الحاسب إلى مراقبة على مدار الساعة لتجنب تعطل أجزائها أو فشل عمليات توصيل الطاقة إليها أو تبريد مراكز البيانات، أو اختراقها داخليًا من العاملين فيها أو خارجيًا من مخربين أو مخترقين عن بعد.
سهولة انتقال الفيروسات والبرامج الضارة لكل الأجهزة المتصلة بالشبكة إن أصيب أحدها.
المخاطر الأمنية التي قد تحصل نتيجة هجمات قد تأتي داخليًا من أحد الأجهزة المتصلة بالشبكة أو خارجيًا عبر اختراق الشبكة والأجهزة المتصلة بها.

مكونات شبكات الحاسب الرئيسية

صحيح أننا ذكرنا أن الشبكات الحاسوبية عبارة عن حواسيب متصلة ببعضها، لكن الأمر فيه تفصيل أكثر من هذا، فليست كل تلك الحواسيب عامة الأغراض وتشبه الحاسوب الذي لدى المستخدم العادي، بل يكون بعضها مخصصًا لوظيفة أو أكثر داخل تلك الشبكة بحيث يخدم بقية مكونات الشبكة دون أن يُستخدم هو نفسه لأي غرض آخر، بل قد يُحظر الوصول إليه أحيانًا إلا لفئات محدودة من الأشخاص لعدة أسباب أهمها الحفاظ على أمان الشبكة، وهكذا فإن المتطلبات اللازمة لإنشاء شبكة حاسوبية قد تكون أكثر تعقيدًا من مجرد توصيل بعض الأجهزة ببعضها.

الخوادم Servers: أساس شبكات الحاسب

لعل أجهزة الخوادم servers هي القلب النابض لشبكات الحاسوب، وهي حواسيب توضع فيها الموارد التي يراد الوصول إليها عن بعد من بقية مكونات الشبكة، وهي حواسيب أقوى من الحواسيب العادية بعشرات المرات من حيث قوة المعالجة وعدد المعالجات ومساحات التخزين والذواكر العشوائية، وتوجد في العادة في غرف مخصصة آمنة تسمى مراكز بيانات data centers.

فحين تدخل إلى موقع تتصفحه مثلًا (والموقع هو جزء من شبكة الإنترنت العالمية) وليكن يوتيوب، فإنك تكتب عنوان الموقع في المتصفح، فيذهب بك إلى يوتيوب لتتصفح مقطعًا تريد مشاهدته، فهذا المقطع مخزن على خوادم شركة يوتيوب، وكذلك موقع يوتيوب نفسه مخزّن على خوادم سريعة بالغة القوة لتتحمل آلاف المقاطع التي تُرفع إليه وملايين المستخدمين الذين يتصفحونه في نفس الوقت.

وتوجد أنواع عديدة من الخوادم يختص كل منها بمهمة أو عدة مهام، وأشهر تلك الأنواع ما يلي:

خوادم أسماء النطاقات Domain Name Servers
خوادم التطبيقات Application Servers
خوادم الويب Web Servers
خوادم الملفات File Servers
خوادم البريد Mail Servers

خوادم أسماء النطاقات Domain Name Servers

وهي الخوادم التي تحتوي على عناوين المواقع التي تتصفحها، فإذا استخدمنا مثال يوتيوب السابق، فإنك تكتب Youtube.com مثلًا ثم تضغط زر الإدخال Enter ليرسل المتصفح الطلب إلى الشبكة، فيمر على خادم DNS الذي يمثل دفتر جهات الاتصال للشبكة وهي هنا شبكة الإنترنت، فيرسل بدوره الطلب إلى العنوان المقابل لهذا النطاق أو الموقع -youtube.com-، ويكون في الغالب مجموعة من الأرقام مثل 192.0.2.44.

خوادم التطبيقات Application Servers

تُحفظ بعض التطبيقات البرمجية على خوادم بعيدة ليتصل بها المستخدمون من حواسيبهم أينما كانوا، وتسمى الخوادم التي تُحفظ عليها باسم خوادم التطبيقات Application Servers، وتُستخدم مثل تلك التطبيقات في الغالب داخل الشركات التي تريد للموظفين أن يستفيدوا من تلك التطبيقات المركزية دون الحاجة إلى تثبيت التطبيق على حاسوب كل موظف، وهذا مفيد في تجميع بيانات العمل للموظفين في فريق واحد مثلًا ومشاركتها والتعديل عليها مباشرة دون الانتظار لرفع تلك البيانات من حاسوب كل موظف.

كذلك تُستخدم في حالة الشركات التي تقدم خدمات بعيدة لمستخدميها بحيث يتصل المستخدم بالتطبيق الموجود بخوادم الشركة من أي جهاز متصل بالإنترنت دون أن يكون التطبيق مثبتًا على حاسوبه الشخصي، ومثل تلك التطبيقات تسمى تطبيقات ويب web apps لأنها تعمل في بيئة الويب في الغالب ويصل المستخدم إليها عن طريق المتصفح.

خوادم الويب Web Servers

خوادم الويب هي أشهر أنواع الخوادم التي تُستخدم في الوصول إلى الإنترنت، وهي المسؤولة عن نقل البيانات المخزنة في مواقع الإنترنت إلى حاسوبك أو جهازك الذي تتصفح منه، عن طريق بروتوكولات نقل بيانات مثل HTTP.

خوادم الملفات File Servers

تُستخدم خوادم الملفات في تخزين البيانات والملفات والبرامج داخل المؤسسات مثلًا للسماح بنقل تلك الملفات ومشاركتها بسرعة وأمان بين العاملين في تلك المؤسسة.

خوادم البريد Mail Servers

يخزن خادم البريد الرسائل البريدية الخاصة بالمستخدمين الذين يستخدمون خدمات بريدية مثل Gmail مثلًا، كي يتمكنوا من الوصول إليها دون الحاجة إلى استخدام برمجيات خاصة على أجهزتهم، حيث تكون تلك البرمجيات في خوادم البريد نفسها.

توجد أنواع أخرى من الخوادم غير التي ذكرناها أعلاه، لكن هذه هي الأشهر والتي قد يتعامل المستخدم معها بشكل أو بآخر أثناء حياته اليومية داخل العمل وخارجه.

المبدِّل Switches

المبدِّل switch هو جهاز يربط أجزاء الشبكة ببعضها بواسطة أسلاك إيثرنت Ethernet أو فايبر في الغالب، فتتصل به الحواسيب الموجودة داخل مبنى مثلًا بالشبكة الموجودة داخل ذلك المبنى، ويكون هو المسؤول عن تنظيم التواصل بين تلك الحواسيب، ولمزيد من التفاصيل حول المبدل ووصله بالشبكة، يمكنك الرجوع إلى مقال شبكة الإيثرنت المبدلة Switched Ethernet.

الموجِّه Router

لعل هذا الجهاز الصغير هو أكثر مكونات الشبكات التي يتعامل معها المستخدم وإن كان تعاملًا غير مباشر، يليه جهاز نقطة الاتصال Access Point.

يُستخدم الموجِّه أو الراوتر في الاتصال بشبكات متعددة، كما يُستخدم لمشاركة اتصال إنترنت واحد مع عدة حواسيب وأجهزة أخرى لتقليل تكلفة اتصال كل منها على حدة بالشبكة، سواء عن طريق أسلاك أو هوائيًا، ولا يكاد يخلو منزل في يومنا هذا من وجود راوتر فيه للاتصال بشبكة الإنترنت عبر مزود خدمة الإنترنت.

نقطة الاتصال Access Point

تُستخدم نقاط الاتصال، وهي أجهزة شبيهة بأجهزة الراوتر- لتوصيل الحواسيب والهواتف والأجهزة الأخرى بالشبكة اتصالًا لاسلكيًا، عن طريق الاتصال سلكيًا بالراوتر ثم بث إشارة الشبكة لاسلكيًا عن طريق هوائي صغير متصل بها.

يمكن لتلك الأجهزة وكذلك أجهزة الراوتر أن تهيأ لتُستخدم كمكررات لإشارات الشبكات repeaters، بحيث تلتقط إشارة الشبكة لاسلكيًا وتنقيها من التشويش ثم تعيد توليدها وبثها مرة أخرى بقوة أكبر، وذلك من أجل توسيع نطاق البث للشبكة.

العملاء/الأجهزة العميلة Clients

الأجهزة العميلة أو الوكيلة في بيئة الشبكات هي الحواسيب والأجهزة الأخرى التي تتصل بالشبكة ومواردها المختلفة من خوادم وغيرها، وتلك الأجهزة العميلة تمثل مستخدمي الشبكات، حيث تستطيع إرسال واستقبال الطلبات من الخوادم.

مكونات أخرى لشبكات الحاسب

إضافة إلى ما سبق، توجد مكونات وأجهزة أخرى تمثل أجزاء لا غنى عنها للشبكة، وقد لا تكون بالضرورة أجهزة مادية، لكن المستخدم العادي قد لا يحتك بها مباشرة أو ليس له وصول إليها، وبعض تلك المكونات ما يلي:

بروتوكولات شبكات الحاسب

البروتوكول Protocol هو مجموعة من القواعد التي تحكم التواصل بين جهتين في الشبكة، وتكون بعض تلك البروتوكولات قياسية مثل بروتوكولات IP و TCP و FTP وغيرها.

عنوان الوصول للجهاز Mac Address

يمثل عنوان الماك -عنوان التحكم في الوصول إلى الوسائط Media Access Control Address- معرِّفًا وعنوانًا فريدًا لكل جهاز يتصل بالشبكة.

المنفذ Port

المنافذ هي قنوات منطقية يرسل المستخدمون البيانات من خلالها إلى التطبيقات أو يستقبلون بيانات منها، ويُعرَّف كل تطبيق من تلك التطبيقات باستخدام رقم المنفذ الذي يعمل من خلاله.

وسائل نقل البيانات في شبكة الحاسب

إذا كانت بيانات التطبيقات والمواقع والشركات تُخزَّن على خوادم وحواسيب بعيدة، وكان المستخدمون يصلون إلى تلك الخوادم من خلال حواسيبهم وهواتفهم وغيرها من الأجهزة، فكيف تُنقل تلك البيانات؟

تُرسل البيانات بطريقتين أساسيتين، إما نقلًا سلكيًا أو غير سلكي، والنقل السلكي يكون دومًا أسرع وأفضل، لكنه يحتاج إلى بنى تحتية أكثر كلفة، ويتم النقل فيه عبر كابلات من الألياف الزجاجية Fiber glass، خاصة في حالة الكابلات العابرة للمحيطات التي تربط بين القارات المختلفة، وكذلك باستخدام كابلات نحاسية مؤمنة ضد التشويش على الإشارات، تكون في صورة كابلات الإيثرنت التي نعرفها ذات الثمانية أطراف، أو الكابلات المحورية Coaxial، أو أسلاك الهاتف العادية كما كان يحدث قديمًا في اتصال Dialup.

أما الاتصالات اللاسلكية فتكون باستخدام هوائيات Antennas لبث الاتصال بالشبكة المراد الاتصال بها، وتختلف المسافة التي يمكن الاتصال بالشبكة من خلالها وكذلك عدد المستخدمين الذين يمكنهم الاتصال بتلك الشبكة على نوع الهوائي المستخدم وسعة الشبكة نفسها.

الجدار الناري Firewall

الجدار الناري قد يكون جهازًا ماديًا أو برنامجيًا يُستخدم في التحكم في الشبكة وأمانها وقواعد الوصول إليها، وتوضع كحماية للحاسوب وما يتصل به من الشبكات الآمنة -مثل شبكات المنازل والشركات- من الاتصالات الخارجية غير المأمونة مثل الإنترنت، وتهيأ لحظر الطلبات من المصادر غير المعرَّفة للشبكة الآمنة، فهو مثل الباب الذي يفصل المنزل الداخلي الخاص عن المحيط الخارجي العام.

زادت أهمية الجدر النارية كثيرًا بعد تطور الإنترنت ووصوله إلى يد كل مستخدم من خلال الهواتف الذكية وأجهزة إنترنت الأشياء، حيث زادت خطورة الهجمات السيبرانية التي قد تستهدف أولئك المستخدمين بحيث يمكن التلاعب بأجهزتهم وسرقة بياناتهم وإغلاق تلك الأجهزة لطلب فدية، كما يحدث كل مدة في حالة فيروسات الفدية التي تصيب أجهزة المستشفيات والمؤسسات المهمة والشركات الكبرى.

أو حتى على مستوى الشبكات الموجودة في المنازل العادية حيث انتشرت أنظمة البيوت الذكية التي يُمكن التحكم فيها عن بعد، فيستطيع المخرب تنفيذ هجمة على المنزل بتغيير درجات الحرارة أو قطع الكهرباء أو الاتصالات أو التلاعب بالأجهزة المنزلية المتصلة بالشبكة.

أنواع شبكات الحاسوب

توجد عدة أنواع من الشبكات تُصنف وفقًا للحيز الجغرافي الذي تخدمه وعدد الحواسيب المتصلة فيها، وفيما يلي بعض أشهر أنواع هذه الشبكات:

الشبكة الشخصية PAN‎
الشبكة المحلية LAN
الشبكات واسعة النطاق WAN
الشبكات الإقليمية MAN

1. الشبكة الشخصية PAN‎

الشبكات الشخصية Personal Area Network وتختصر إلى PAN هي الشبكات التي تتكون من أجهزة تتبع شخصًا واحدًا، مثل الحاسب الخاص به وهاتفه وأجهزته اللاسلكية المتصلة عبر البلوتوث، ويكون نطاقها محدودًا بالتبعية، وقد تتصل بالإنترنت لاسلكيًا.

2. الشبكة المحلية LAN

الشبكات المحلية Local Area Network وتختصر إلى LAN تتكون الشبكات المحلية من مجموعة من الحواسيب والأجهزة الأخرى التي تتصل بشبكة واحدة على نطاق مبنى أو عدة مباني متجاورة تمثل مؤسسة واحدة مثل شركة أو مستشفى أو منزل أو غيره، وتكون الشبكة مقصورة على الأجهزة التي داخل تلك المباني، أي لا يمكن الوصول إليها من خارج الأجهزة المتصلة بها أو من خارج نطاق تلك الشبكة.

تُستخدم تلك الشبكات في أغراض نقل الملفات واستخدام الأجهزة عن بعد مثل الطابعات والماسحات الضوئية وغيرها، ولعل أبسط صورها هو حاسوب متصل بطابعة مثلًا. لا يزيد عدد الأجهزة المتصلة في الشبكات المحلية عن 5000 جهاز.

3. الشبكات واسعة النطاق WAN

الشبكات واسعة النطاق Wide Area Network وتختصر إلى WAN تمثل عدة شبكات محلية متصلة معًا، لكنها تمتد على نطاق جغرافي أكبر، كما في حالة الشركات الكبرى.

تُعد شبكة الإنترنت أحد أمثلة الشبكات واسعة النطاق WAN العامة، أي التي يصل إليها كل أحد، على عكس الشبكات الواسعة التي تكون مقصورة على المؤسسات والشركات.

4. الشبكات الإقليمية MAN

تنتشر الشبكات الإقليمية Metropolitan Area Network وتختصر إلى MAN على نطاق أوسع من سابقتها، حيث تمتد خلال المدن الكبيرة، وتمتد على نطاق يصل إلى خمسين كيلومترًا مثلًا، وقد تشمل شبكات LAN أو WAN، إضافة إلى شبكات أخرى متصلة عبر تقنيات الاتصال اللاسلكية الهوائية، مثل شبكات الهواتف الخليوية المتصلة عبر تقنيات الجيل الثاني والثالث.

تتصل الشبكات الإقليمية في الغالب عبر كابلات ألياف زجاجية بسبب حاجتها إلى نقل البيانات بسرعات عالية.

خاتمة

تُبنى التقنيات الحديثة الآن من حواسيب وشركات وبنى تحتية أحيانًا وأنظمة حكومية باستخدام شبكات الحاسب كقواعد أساسية لها، فصارت جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية سواء استخدمناها استخدامًا مباشرًا أم استفدنا من أحد تطبيقاتها.

ولا يسع أحدنا اﻵن أن يجهل أبسط مبادئ علوم الحاسب التي بُنيت عليها تلك الشبكات من أجل فهم طبيعة عملها والاستفادة المثلى منها سواء في بيئة العمل أو المنزل، وكذلك تجنب مخاطرها وإغلاق ثغراتها التي قد يدخل المخربون منها.