واجهات شبكة الإنترنت وبروتوكولاتها الأساسيّة

عرضنا في الجزء الأول من هذا الدّليل بعض المفاهيم الأساسيّة في مجال الشّبكات. نستكمل الحديث في هذا المقال بالتطرّق إلى ماهيّة الواجهات في الشّبكة والبروتوكولات المستخدَمة لربط الشّبكات.

الواجهات

الواجهات هي نقاط الاتّصال بالنّسبة لحاسوبك. تُربَط كلّ واجهة بجهاز طرفيّ ملموس أو افتراضيّ.

توجد عادةً واجهة شبكة قابلة للإعداد لكلّ بطاقة Ethernet أو بطاقة شبكة لا سلكيّة على الخادوم. تُعرَّف واجهة شبكة افتراضيّة تُسمّى loopback (الاسترجاع) أو localhost (المستضيف المحلّي) لكلّ بطاقة شبكة. تُستخدَم هذه الواجهة لتوصيل العمليّات أو التّطبيقات العاملة على نفس الجهاز في ما بينها. تظهر هذه الواجهة في العديد من الأدوات باسم lo.

يُعدّ مدراء الشّبكات في الغالب واجهة لخدمة البيانات القادمة من شبكة الإنترنت وأخرى للشّبكة المحليّة أو الخاصّة.

على سبيل المثال، يضبُط مزّودو الخدمات السّحابيّة Cloud services الخواديم الخاصّة الافتراضيّة Virtual private server, VPS للعمل بواجهتيْ شبكة (إضافة إلى الواجهة المحليّة lo): الأولى باسم eth0 مضبوطة لمعالجة البيانات القادمة من الإنترنت، والثّانيّة eth1 للاتّصال بالشّبكة الخاصّة بمزوّد الخدمة.

البروتوكولات

يعمل ربط الشّبكات عن طريق تركيب مجموعة من البروتوكولات فوق بعضها. بهذه الطّريقة يُمكن إرسال قطعة بيانات باستخدام بروتوكولات مختلفة يغلّف كلٌّ منها الآخر.

سنعرض لبعض البروتوكولات شائعة الاستخدام مع محاولة شرح الفروق في ما بينها إضافةً إلى السّيّاق والمستوى الّذي تتدخّل فيه.

نبدأ بالبروتوكولات الّتي تعمل في الطّبقات الدّنيا من الشّبكة ونصعد إلى البروتوكولات الأكثر تجريدًا (الطّبقات العليا).

1- التّحكّم في الوصول إلى الوسائط Media Access Control, MAC

يُستخدَم لتمييز الأجهزة الطّرفيّة. يُفترَض أن يكون لدى كلّ جهاز طرفيّ عنوان وحيد يُمنَح له عند تصنيعه؛ يُسمَّى عنوان MAC، ويُمكّن من تعريفه ضمن الشّبكة. تسمح عنونة العتاد عن طريق عناوين MAC بالإشارة إلى الجهاز الطّرفيّ بقيمة وحيدة لا تتغيّر حتّى ولو استخدمت البرامج اسمًا آخر لتعريف الجهاز أثناء عملها.

يعمل بروتوكول التّحكّم في الوصول إلى الوسائط ضمن طبقة الوصلة، وربّما يكون البروتوكول الوحيد من هذا المستوى الّذي ستجد الفرصة للتّعامل معه دوريًّا.

2- بروتوكول الإنترنت Internet protocol, IP

وهو أحد البروتوكولات الأساسيّة الّتي تعمل عليها شبكة الإنترنت. يعمل بروتوكول الإنترنت مع عناوين IP، وهي فريدة في كلّ شبكة، ممّا يسمح للأجهزة بالتّواصل في ما بينها عبر الشّبكة. يُنفَّذ ابروتكول الإنترنت على مستوى طبقة التّوصيل ضمن نموذج TCP/IP.

يجب عند ربط الشّبكات في ما بينها، توجيه البيانات عند عبورها حدود الشّبكة. يفترض ابروتكول الإنترنت أنّ الشّبكة غير موثوقة؛ ووجود مسارات متعدّدة يُمكن التّغيير ديناميكيًّا بينها للوصول إلى الوجهة.

يُنفَّذ ابرتوكول IP عمليًّا بصيّغ عديدة أشهرها اليوم هو الإصدار الرّابع من البروتوكول IPv4، إلاّ أنّ الإصدار السّادس IPv6 يزداد شعبيةً يومًا بعد يوم نظرًا للشّح المتزايد في عناوين الإصدار الرابع المتوفّرة، والتّحسينات المُضافة إلى إمكانيّات البروتوكول.

3- بروتوكول رسائل التّحكّم في الإنترنت Internet control message protocol, ICMP

يُستخدَم لإرسال رسائل بين الأجهزة الطّرفيّة للإشعار بحالتها من حيث التّوفّر ووجود أخطاء وطبيعتها. تُستخدَم حزم ICMP في أدوات تشخيص الشّبكة مثل traceroute وping.

تُرسَل حزم ICMP عادةً عند ما تواجه حزمة من نوعيّة أخرى مشكلة أثناء النّقل، أيّ أنّ حزم ICMP هي في الواقع آليّة للتّعليق على الاتّصالات عبر الشّبكة.

4- بروتوكول التّحكّم في الإرسال Transmission control protocol, TCP

يُؤسّس بروتوكول TCP لاتّصالات موثوقة ويعمل في طبقة النّقل من نموذج TCP/IP.

يغلّف بروتوكول TCP البياناتِ ضمن حزم ثمّ يرسلها إلى المستقبِل على الطّرف الآخر من الاتّصال عبر الوسائل المتوفّرة في الطّبقات الأدنى. يتأكّد ابروتوكول TCP في الطّرف المستقبل من عدم وجود أخطاء أثناء النّقل وقد يُعيد طلب بعض الحزم ثمّ يُجمّع البيانات في رسالة واحدة لإرسالها إلى طبقة التّطبيق.

يُنشئ بروتوكول TCP، قبل البدء بنقل البيانات، اتّصالًا عبر آليّة تُعرَف بالمصافحة الثّلاثية Three-way handshake. تمكّن هذه الآلية طرفيْ الاتّصال من الإقرار باستلام الطّلبات والاتّفاق على طريقة لضمان موثوقيّة البيانات. بعد اكتمال نقل البيانات يُنهى الاتّصال عبر آليّة مشابهة تُدعَى المصافحة الرّباعيّة.

تعتمد الكثير من استخدامات الإنترنت على بروتوكول TCP. نذكر منها الويب WWW، نقل الملفّات عبر FTP، والبريد الإلكتروني. يُمكن القول دون كثير من المجازفة أنّ الإنترنت الّتي نعرفها اليوم لم تكن لتوجد لولا ابروتوكول TCP.

5- بروتوكول مخطَّط بيانات المستخدِم User datagram protocol, UDP

يعمل مثل TCP في طبقة النّقل. الفرق الأساسيّ بين الاثنين أنّ UDP ،على العكس من TCP، لا يضمن موثوقيّة النّقل؛ فلا يتأكّد من استلام الطّرف الآخر في الاتّصال للبيانات. قد يبدو من الوهلة الأولى ألّا فائدة من بروتوكول UDP، فهو لا يوفّر آليّة لضمان الموثوقيّة؛ إلّا أنّه مهمّ جدًّا لتأديّة بعض الوظائف.

بروتوكول UDP أسرع بكثير من TCP، فهو لا يحتاج للانتظار للتّأكّد من استلام حزمة البيانات، وإعادة إرسالها في حال عدم الاستلام. كما أنّه لا يؤسّس لاتّصال مع وِجهة البيانات بل يكتفي بإلقائها إليه ولا يهتمّ هل يقبلها أم لا. تُفيد سهولة المعاملة الّتي يعرّفها UDP في التّواصل غير المعقَّد مثل طلب موارد على الشّبكة. لا يحتفظ ابروتوكول بمعلومات عن حالة الاتّصال ممّا يجعل منه خيّارًا مناسبًا لإرسال البيانات من جهاز واحد إلى عملاء عديدين في الوقت الحقيقي Real time clients. تجعل هذه الميزات من UDP الخيّار الأمثل لبرامج VoIP (الصّوت عبر ابروتوكول الإنترنت، Voice over IP)، الألعاب، والتّطبيقات الأخرى الّتي لا تحتمل الانتظار.

6- بروتوكول نقل النّصوص التّشعبيّة Hypertext transfer protocol, HTTP

يعرَّف هذا البروتوكول على مستوى طبقة التّطبيق، ويكوّن الأساس للتّواصل عبر الويب. يعرّف HTTP دوالّ مختلفة لإخبار النّظام البعيد مالّذي يطلُبه المستخدِم. نذكر منها على سبيل المثال POST، GET و DELETE الّتي تتعامل كلّها مع البيانات المطلوبة ولكنّ بطُرق مختلفة.

7- بروتوكول نقل الملفّات File transfer protocol

يعمل على مستوى طبقة التّطبيق، ويوفّر طريقة لنقل ملفّات كاملة من مستضيف إلى آخر. يجب الانتباه إلى أنّ بروتوكول FTP غير آمن ويجب ألّا يُستخدَم في أي شبكة معروضة للعموم إلّا إذا كان على خادوم لا يقبل سوى تنزيل الملفّات.

8- نظام أسماء النّطاقات Domain name system, DNS

يُنفَّذ على مستوى طبقة التّطبيق من أجل تعريف آليّة توفّر تسميّات يسهُل تذكّرها للموارد على شبكة الإنترنت. تعطي هذه الآليّة إمكانيّة ربط اسم نطاق بعنوان IP وتسمح بتصفّح موقع عبر إدخال اسمه في المتصفّح. للمزيد راجع مقال مقدّمة إلى مُصطَلحات وعناصر ومفاهيم نظام أسماء النطاقات

9- بروتوكول الصّدفة الآمنة Secure Shell, SSH

يعمل بروتوكول SSH على مستوى طبقة التّطبيق ويُستخدَم للتّواصل مع خادوم بعيد بطريقة آمنة تُعمّي Encrypt البيانات. تعتمد تقنيّات عديدة على SSH نظرًا لتوفّره على التّعميّة من طرف إلى طرف End-to-end وشيوع استخدامه.

توجد الكثير من البروتوكولات الأخرى المهمّة الّتي لم تُذكَر في هذا الدّرس؛ إلّا أنّ المذكور منها هنا يُعطي نظرة عامّة حول أهم التّقنيّات الّتي تجعل من الإنترنت واقعًا وتسمح للأجهزة بالتّواصل في ما بينها.

خاتمة

يجب أن تُدرك بانتهاء هذا الدّليل بعض المفهيم الأساسيّة لعمل الشّبكات ممّا يمنحك القدرة على فهم كيف تتواصل مختلف عناصر الشّبكات في ما بينها؛ الأمر الّذي يُساعدك على فهم مقالات أخرى عن الموضوع أو مستندات التّوثيق الموجودة في النّظام.

ترجمة بتصرّف لمقال An Introduction to Networking Terminology, Interfaces, and Protocols.