ما هي الشبكة المحلية؟
الشبكة المحلية هي شبكة كمبيوتر (computer network) تنقل المعلومات بسرعة عالية ضمن مساحة جغرافية محدودة (مثلا: بناية واحدة أو عدة بنايات). وتربط هذه الشبكة مجموعة من محطات العمل (workstations) مع بعضها، وذلك بما يُتيح لهذه المحطات تشارُك موارد الشبكة من عتاد (hardware) وبرمجيات (software)، إضافةً إلى تمكين مستخدِمي الشبكة من تبادُل الملفات والاتصال فيما بينهم عبر البريد الإلكتروني (Email) والجلسات الحوارية (chat).
ما هي طُرُق الولوج إلى الشبكة المحلية؟
كي تتمكَّن الأجهزة الموجودة في الشبكة المحلية من تبادُل المعلومات فيما بينها؛ لا بد لها من مجموعة من قواعد الاتصال المعيارية المتفَّق عليها مُسبَقاً، وتدعى هذه القواعد بروتوكولاً (protocol)، فمن أجل إرسال رسالة من جهاز إلى آخر عبر الشبكة، تُجزَّأ الرسالة في الطرف المرسِِل إلى وحدات بيانات تُدعى الحُزَم (packets)، وتُرسَل هذه الحُزَم عبر خطوط الاتصال لِيُعاد تجميعُها في الطرف المستقبِل.
وهناك عدة بروتوكولات تُستَخدَم لِحلِّ مشكلة تشارُك وسط النقل (transmission medium) في الشبكات المحلية. وتعتمد هذه البروتوكولات إحدى الطريقتين التاليتين للوصول إلى الشبكة:
التنافُس (contention): تطرأ الحاجة إلى التنافُس عند محاولة أكثر من جهاز كمبيوتر استخدام وسط النقل في الوقت نفسه، مما يؤدي إلى حدوث تصادم (collision). أما آليات تخفيف ذلك التصادم فهي عديدة، ومنها:
تحسُّس وسط النقل (carrier sensing): آلية تعتمد على تأكد أجهزة الكمبيوتر من خُلوّ وسط النقل قبل استخدامه.
تحرّي وسط النقل (carrier detection): في هذه الآلية، تبقى أجهزة الكمبيوتر تراقب وسط النقل حتى أثناء استخدامها له.
ويُدعى البروتوكول الذي يستخدم كلا هاتين الآليتين بروتوكول CSMA/CD
(اختصار للمصطلح الأجنبي carrier sense multiple access collision detect)، وهذا البروتوكول مستخدَم في جميع أنواع شبكات إيثرنت (Ethernet).
تمرير الشارة (token passing): في هذه الطريقة، ينتظر جهاز الكمبيوتر الذي يريد استخدام الشبكة مرور شارة
(token) تدور في الشبكة، وتخبره عند وصولها إليه متى يُسمَح له باستخدام الشبكة. ويُدعى البروتوكول الذي يستخدم هذه الطريقة بروتوكول توكن رينغ
(token ring protocol).
وتُعدّ طريقة تمرير الشارة (token passing) أفضل وأكثر معوَّلية من طريقة التنافس (contention)، ولكنها- بالمقابل- أكثر كلفة.
ما هي طُرُق الإرسال في الشبكات المحلية؟
تُرسَل المعلومات في الشبكات المحلية إلى العُقَد الأخرى بإحدى ثلاث طُرُق، وفي كل طريقة منها تُرسَل حزمة واحدة من المعلومات إلى عقدة أو أكثر، ففي الإرسال الأحادي (unicast) يتم الإرسال إلى عقدة واحدة، أما في الإرسال المتزامن المتعدِّد الوُجهات
(multicasting) فيتم الإرسال إلى أكثر من عقدة، بينما في النوع الأخير المُسمىالإرسال العام أو البث (broadcasting) فتُرسَل حزمة المعلومات إلى جميع العُقَد في الشبكة.
التقنيات الرئيسة في الشبكات المحلية
هناك مجموعة من التقنيات التي تُستَخدَم في الشبكات المحلية، وتتفاوت هذه التقنيات في سُرعاتها، وفي البروتوكولات التي تستخدمها، ونوعية الأوساط الناقلة فيها. ومن هذه التقنيات:
الإيثرنت :(Ethernet) أكثر تقنيات الشبكات المحلية انتشاراً، وهي تستخدم الهيكليات الخطية (bus topology) والنجمية (star topology)، وتنقل المعلوماتِ بسرعة 10 ميغابت/ثانية. وتعتمد جميع شبكات الإيثرنت بروتوكول (CSMA/CD) في الولوج إلى الشبكة، كما تستخدم- غالبا- كوابل محورية (coaxial cables) وبعض أصناف الكوابل المَجدولة (twisted pair). وهناك أنواع جديدة مطوَّرة من الإيثرنت نذكر منها:
إيثرنت السريعة (fast Ethernet): تنقل المعلومات بسرعة 100 ميغابت/ثانية، وتستخدم الكوابل المجدولة (twisted pair).
غيغابت إيثرنت (gigabit Ethernet): تعتمد غيغابت إيثرنت- بشكل رئيس- على استخدام الألياف الضوئية (optical fibers)، وتصل سرعة نقلها للمعلومات إلى 1000 ميغابت/ثانية، فهي تتفوَّق على إيثرنت السريعة في هذا المجال. وتتوافق غيغابت إيثرنت بشكل كامل مع سابقاتها من شبكات إيثرنت.
شبكة توكن رينغ المحلية (Token ring LAN): تعتمد هذه الشبكة بروتوكول توكِن رينغ، وهي تَستَخدِم طريقة تمرير الشارة (token passing) لمنع التصادُم الذي قد ينجُم عن قيام أكثر من كمبيوتر باستخدام الشبكة في الوقت نفسه. وترتبط أجهزة الكمبيوتر في هذه الشبكة وفق هيكلية حلقية أو نجمية أو خطية. وتنتقل المعلومات عبر هذه الشبكة بسرعة تتراوح بين 4 و 16 ميغابت/ثانية.
شبكة البيانات الموزَّعة بالألياف الضوئية (fiber-distributed data interface- FDDI): تُستَخدَم هنا خطوط من الألياف الضوئية لنقل المعلومات في الشبكة المحلية ضمن مساحة تصل إلى 200 كم. وتعتمد شبكات FDDI على طريقة تمرير الشارة (token passing التي تعتمد بروتوكول توكن رينغ (token ring)؛ ولكنها تحتوي على حلقتي توكن تكون إحداهما احتياطية في حال تعطل الأخرى، وتعمل على نقل المعلومات في الحالات العادية مما يضاعف سرعة النقل إلى 200 ميغابت/ثانية. وتكمن فائدة هذه النوعية من الشبكات في أنها تغطي آلاف المستخدمين، وتُستَخدَم على أنها عمود فقري (backbone) للشبكات الواسعة (WAN).
ويوجد تقنيات عديدة أخرى للشبكات المحلية مثل:
التحويل المتعدِّد الطبقات (Multilayer switching)، والشبكات التي تعتمد بروتوكول STP (spannig tree protocol).
أجهزة الارتباطية(connectivity devices)في الشبكات المحلية
كي يتمّ الاتصال عبر الشبكة، لا بُدَّ من استخدام بعض تقنيات وأجهزة الارتباطية. ونستعرض فيما يلي بعضاً من هذه الأجهزة والوظائف التي تقوم بها.
المودم (modem):
من المعلوم أن أجهزة الكمبيوتر تتعامل مع الإشارات الرقمية (digital signals) فقط، ولكن خطوط الهاتف العادية لا تنقل سوى الإشارات التواصلية (analog signals). ولهذا، لا بد من وجود جهاز- هو المودم (modem)- يحوِّل الإشارات الرقمية (digital) إلى تواصلية (analog) في الطرف المرسِل عبر عملية تُدعى التعديل (modulation)، ثم تُرسَل الإشارات الناتجة عبر خطوط الهاتف، ليصار إلى تحويلها من تواصلية إلى رقمية في الطرف المستقبِل عبر عملية تدعى فك التعديل (demodulation). ومن هنا كانت أجهزة المودم قادرة على ربط أجهزة كمبيوتر، أو حتى شبكات كاملة بعيدة عن بعضها باستخدام خطوط الهاتف.
وَتَصِل سُرعات المودم حاليا إلى 56 كيلوبت/ثانية، ولكن هنالك تقنيات جديدة قد تحل محل المودم العادي، وهي تنقل المعلومات بسُرعات كبيرة جداً، ومن هذه التقنيات: الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة ISDN (Integrated services digital network)، والخطّ الرقمي للمشترِك (digital subscriber line).
الموزِّع الشبكي (hub):
تتصل أجهزة الكمبيوتر في معظم أنواع الشبكات المحلية- عدا شبكات إيثرنت التي تستخدم كوابل محورية (coaxial cables)- بجهاز يقوم بدور نقطة وصل مركزية بين أجهزة الشبكة، وهو يدعى الموزع الشبكي (hub)، ووظيفته هي ربط قِطِع الشبكة (segments) ببعضها. ومن أنواع الموزِّعات:
الموزِّع المنفعِل (passive hub): يُمرِّر هذا النوع الإشارات الواردة من القِطَع (segments) المختلفة للشبكة، وتستطيع جميع الأجهزة الموصولة معه استقبال حُزَم (packets) المعلومات المارة عبره.
الموزِّع الفاعل (active hub): يحوي هذا الموزِّع أجزاء إلكترونية تُعيد توليد (regenerate) الإشارات المارة في الشبكة. وتكمن فائدته في زيادة معوِّلية الشبكة، والسماح بمسافات أكبر بين أجهزتها. ويوجد منه نوع محسَّن يُدعى الموزع الشبكي الذكي (intelligent hub).
المكرِّر (repeater)
تتعرَّض الإشارة أثناء عملية الإرسال للتشويش والتشويه عبر خطوط النقل، مما ولَّد الحاجة إلى تصميم جهاز يدعى المكرِّر (repeater) يستخدم لإنعاش الإشارة المرسلة عبر الشبكة، بحيث تبقى قوية عند وصولها إلى محطات العمل المستقبِلة لها. ويوجد نوعان من هذه المكرِّرات: تواصلي (analog) يضخِّم الإشارة وحسب، ورقمي (digital) يعيد بناء الإشارة لتصبح قريبة جداً من الأصلية.
الجسر (bridge)
لتوسيع حجم الشبكات الموجودة صُمِّم جهاز يدعى الجسر (bridge) يمكنه ربط قطعتين (segment) من شبكة محلية، كما يمكنه ربط شبكتين محليتين تستخدمان البروتوكول نفسه.
وقد صُمِّم جهاز آخر يدعى المحوِّل (switch) لتحديد المسار الذي تُنقَل عبره حزم (packets) المعلومات بين القِطَع (segments) المختلفة للشبكة المحلية، وتدعى الشبكات المحلية التي تستخدمه (switched LAN).
الموجِّه (router)
مع الازدياد الهائل في عدد الشبكات المحلية، لم يكن الجسر (bridge) قادراً على إجراء هذا الربط، فكان الحل في جهاز يدعى الموجِّه (router) يقوم بهذا الربط. ويمرر هذا الجهاز حزم (packets) المعلومات بالاعتماد على عناوين منطقية، كما يتبع خوارزمية تمكنه من اختيار المسار (route) الأفضل لنقل حُزَم المعلومات إلى هدفها عبر الشبكات الأخرى. أما في الإنترنت، فيمكن أن يكون الموجه جهازاً أو برنامجاً يحدد المسار الأفضل عبر العقد للوصول إلى الهدف.
البوابة (gateway)
أدَّى عدم مقدرة الموجه (router) على ربط شبكات محلية تستخدم بروتوكولات مختلفة- إلى استخدام ما يدعى البوابة (gateway)، وهي مجموعة من الأجهزة والبرامج التي تربط بين شبكات تستخدم بروتوكولات مختلفة، إذ تنقل المعلومات وتحولها إلى صيغة تتوافق مع بروتوكولات الشبكة الأخرى.
الشبكة المحلية هي شبكة كمبيوتر (computer network) تنقل المعلومات بسرعة عالية ضمن مساحة جغرافية محدودة (مثلا: بناية واحدة أو عدة بنايات). وتربط هذه الشبكة مجموعة من محطات العمل (workstations) مع بعضها، وذلك بما يُتيح لهذه المحطات تشارُك موارد الشبكة من عتاد (hardware) وبرمجيات (software)، إضافةً إلى تمكين مستخدِمي الشبكة من تبادُل الملفات والاتصال فيما بينهم عبر البريد الإلكتروني (Email) والجلسات الحوارية (chat).
ما هي طُرُق الولوج إلى الشبكة المحلية؟
كي تتمكَّن الأجهزة الموجودة في الشبكة المحلية من تبادُل المعلومات فيما بينها؛ لا بد لها من مجموعة من قواعد الاتصال المعيارية المتفَّق عليها مُسبَقاً، وتدعى هذه القواعد بروتوكولاً (protocol)، فمن أجل إرسال رسالة من جهاز إلى آخر عبر الشبكة، تُجزَّأ الرسالة في الطرف المرسِِل إلى وحدات بيانات تُدعى الحُزَم (packets)، وتُرسَل هذه الحُزَم عبر خطوط الاتصال لِيُعاد تجميعُها في الطرف المستقبِل.
وهناك عدة بروتوكولات تُستَخدَم لِحلِّ مشكلة تشارُك وسط النقل (transmission medium) في الشبكات المحلية. وتعتمد هذه البروتوكولات إحدى الطريقتين التاليتين للوصول إلى الشبكة:
التنافُس (contention): تطرأ الحاجة إلى التنافُس عند محاولة أكثر من جهاز كمبيوتر استخدام وسط النقل في الوقت نفسه، مما يؤدي إلى حدوث تصادم (collision). أما آليات تخفيف ذلك التصادم فهي عديدة، ومنها:
تحسُّس وسط النقل (carrier sensing): آلية تعتمد على تأكد أجهزة الكمبيوتر من خُلوّ وسط النقل قبل استخدامه.
تحرّي وسط النقل (carrier detection): في هذه الآلية، تبقى أجهزة الكمبيوتر تراقب وسط النقل حتى أثناء استخدامها له.
ويُدعى البروتوكول الذي يستخدم كلا هاتين الآليتين بروتوكول CSMA/CD
(اختصار للمصطلح الأجنبي carrier sense multiple access collision detect)، وهذا البروتوكول مستخدَم في جميع أنواع شبكات إيثرنت (Ethernet).
تمرير الشارة (token passing): في هذه الطريقة، ينتظر جهاز الكمبيوتر الذي يريد استخدام الشبكة مرور شارة
(token) تدور في الشبكة، وتخبره عند وصولها إليه متى يُسمَح له باستخدام الشبكة. ويُدعى البروتوكول الذي يستخدم هذه الطريقة بروتوكول توكن رينغ
(token ring protocol).
وتُعدّ طريقة تمرير الشارة (token passing) أفضل وأكثر معوَّلية من طريقة التنافس (contention)، ولكنها- بالمقابل- أكثر كلفة.
ما هي طُرُق الإرسال في الشبكات المحلية؟
تُرسَل المعلومات في الشبكات المحلية إلى العُقَد الأخرى بإحدى ثلاث طُرُق، وفي كل طريقة منها تُرسَل حزمة واحدة من المعلومات إلى عقدة أو أكثر، ففي الإرسال الأحادي (unicast) يتم الإرسال إلى عقدة واحدة، أما في الإرسال المتزامن المتعدِّد الوُجهات
(multicasting) فيتم الإرسال إلى أكثر من عقدة، بينما في النوع الأخير المُسمىالإرسال العام أو البث (broadcasting) فتُرسَل حزمة المعلومات إلى جميع العُقَد في الشبكة.
التقنيات الرئيسة في الشبكات المحلية
هناك مجموعة من التقنيات التي تُستَخدَم في الشبكات المحلية، وتتفاوت هذه التقنيات في سُرعاتها، وفي البروتوكولات التي تستخدمها، ونوعية الأوساط الناقلة فيها. ومن هذه التقنيات:
الإيثرنت :(Ethernet) أكثر تقنيات الشبكات المحلية انتشاراً، وهي تستخدم الهيكليات الخطية (bus topology) والنجمية (star topology)، وتنقل المعلوماتِ بسرعة 10 ميغابت/ثانية. وتعتمد جميع شبكات الإيثرنت بروتوكول (CSMA/CD) في الولوج إلى الشبكة، كما تستخدم- غالبا- كوابل محورية (coaxial cables) وبعض أصناف الكوابل المَجدولة (twisted pair). وهناك أنواع جديدة مطوَّرة من الإيثرنت نذكر منها:
إيثرنت السريعة (fast Ethernet): تنقل المعلومات بسرعة 100 ميغابت/ثانية، وتستخدم الكوابل المجدولة (twisted pair).
غيغابت إيثرنت (gigabit Ethernet): تعتمد غيغابت إيثرنت- بشكل رئيس- على استخدام الألياف الضوئية (optical fibers)، وتصل سرعة نقلها للمعلومات إلى 1000 ميغابت/ثانية، فهي تتفوَّق على إيثرنت السريعة في هذا المجال. وتتوافق غيغابت إيثرنت بشكل كامل مع سابقاتها من شبكات إيثرنت.
شبكة توكن رينغ المحلية (Token ring LAN): تعتمد هذه الشبكة بروتوكول توكِن رينغ، وهي تَستَخدِم طريقة تمرير الشارة (token passing) لمنع التصادُم الذي قد ينجُم عن قيام أكثر من كمبيوتر باستخدام الشبكة في الوقت نفسه. وترتبط أجهزة الكمبيوتر في هذه الشبكة وفق هيكلية حلقية أو نجمية أو خطية. وتنتقل المعلومات عبر هذه الشبكة بسرعة تتراوح بين 4 و 16 ميغابت/ثانية.
شبكة البيانات الموزَّعة بالألياف الضوئية (fiber-distributed data interface- FDDI): تُستَخدَم هنا خطوط من الألياف الضوئية لنقل المعلومات في الشبكة المحلية ضمن مساحة تصل إلى 200 كم. وتعتمد شبكات FDDI على طريقة تمرير الشارة (token passing التي تعتمد بروتوكول توكن رينغ (token ring)؛ ولكنها تحتوي على حلقتي توكن تكون إحداهما احتياطية في حال تعطل الأخرى، وتعمل على نقل المعلومات في الحالات العادية مما يضاعف سرعة النقل إلى 200 ميغابت/ثانية. وتكمن فائدة هذه النوعية من الشبكات في أنها تغطي آلاف المستخدمين، وتُستَخدَم على أنها عمود فقري (backbone) للشبكات الواسعة (WAN).
ويوجد تقنيات عديدة أخرى للشبكات المحلية مثل:
التحويل المتعدِّد الطبقات (Multilayer switching)، والشبكات التي تعتمد بروتوكول STP (spannig tree protocol).
أجهزة الارتباطية(connectivity devices)في الشبكات المحلية
كي يتمّ الاتصال عبر الشبكة، لا بُدَّ من استخدام بعض تقنيات وأجهزة الارتباطية. ونستعرض فيما يلي بعضاً من هذه الأجهزة والوظائف التي تقوم بها.
المودم (modem):
من المعلوم أن أجهزة الكمبيوتر تتعامل مع الإشارات الرقمية (digital signals) فقط، ولكن خطوط الهاتف العادية لا تنقل سوى الإشارات التواصلية (analog signals). ولهذا، لا بد من وجود جهاز- هو المودم (modem)- يحوِّل الإشارات الرقمية (digital) إلى تواصلية (analog) في الطرف المرسِل عبر عملية تُدعى التعديل (modulation)، ثم تُرسَل الإشارات الناتجة عبر خطوط الهاتف، ليصار إلى تحويلها من تواصلية إلى رقمية في الطرف المستقبِل عبر عملية تدعى فك التعديل (demodulation). ومن هنا كانت أجهزة المودم قادرة على ربط أجهزة كمبيوتر، أو حتى شبكات كاملة بعيدة عن بعضها باستخدام خطوط الهاتف.
وَتَصِل سُرعات المودم حاليا إلى 56 كيلوبت/ثانية، ولكن هنالك تقنيات جديدة قد تحل محل المودم العادي، وهي تنقل المعلومات بسُرعات كبيرة جداً، ومن هذه التقنيات: الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة ISDN (Integrated services digital network)، والخطّ الرقمي للمشترِك (digital subscriber line).
الموزِّع الشبكي (hub):
تتصل أجهزة الكمبيوتر في معظم أنواع الشبكات المحلية- عدا شبكات إيثرنت التي تستخدم كوابل محورية (coaxial cables)- بجهاز يقوم بدور نقطة وصل مركزية بين أجهزة الشبكة، وهو يدعى الموزع الشبكي (hub)، ووظيفته هي ربط قِطِع الشبكة (segments) ببعضها. ومن أنواع الموزِّعات:
الموزِّع المنفعِل (passive hub): يُمرِّر هذا النوع الإشارات الواردة من القِطَع (segments) المختلفة للشبكة، وتستطيع جميع الأجهزة الموصولة معه استقبال حُزَم (packets) المعلومات المارة عبره.
الموزِّع الفاعل (active hub): يحوي هذا الموزِّع أجزاء إلكترونية تُعيد توليد (regenerate) الإشارات المارة في الشبكة. وتكمن فائدته في زيادة معوِّلية الشبكة، والسماح بمسافات أكبر بين أجهزتها. ويوجد منه نوع محسَّن يُدعى الموزع الشبكي الذكي (intelligent hub).
المكرِّر (repeater)
تتعرَّض الإشارة أثناء عملية الإرسال للتشويش والتشويه عبر خطوط النقل، مما ولَّد الحاجة إلى تصميم جهاز يدعى المكرِّر (repeater) يستخدم لإنعاش الإشارة المرسلة عبر الشبكة، بحيث تبقى قوية عند وصولها إلى محطات العمل المستقبِلة لها. ويوجد نوعان من هذه المكرِّرات: تواصلي (analog) يضخِّم الإشارة وحسب، ورقمي (digital) يعيد بناء الإشارة لتصبح قريبة جداً من الأصلية.
الجسر (bridge)
لتوسيع حجم الشبكات الموجودة صُمِّم جهاز يدعى الجسر (bridge) يمكنه ربط قطعتين (segment) من شبكة محلية، كما يمكنه ربط شبكتين محليتين تستخدمان البروتوكول نفسه.
وقد صُمِّم جهاز آخر يدعى المحوِّل (switch) لتحديد المسار الذي تُنقَل عبره حزم (packets) المعلومات بين القِطَع (segments) المختلفة للشبكة المحلية، وتدعى الشبكات المحلية التي تستخدمه (switched LAN).
الموجِّه (router)
مع الازدياد الهائل في عدد الشبكات المحلية، لم يكن الجسر (bridge) قادراً على إجراء هذا الربط، فكان الحل في جهاز يدعى الموجِّه (router) يقوم بهذا الربط. ويمرر هذا الجهاز حزم (packets) المعلومات بالاعتماد على عناوين منطقية، كما يتبع خوارزمية تمكنه من اختيار المسار (route) الأفضل لنقل حُزَم المعلومات إلى هدفها عبر الشبكات الأخرى. أما في الإنترنت، فيمكن أن يكون الموجه جهازاً أو برنامجاً يحدد المسار الأفضل عبر العقد للوصول إلى الهدف.
البوابة (gateway)
أدَّى عدم مقدرة الموجه (router) على ربط شبكات محلية تستخدم بروتوكولات مختلفة- إلى استخدام ما يدعى البوابة (gateway)، وهي مجموعة من الأجهزة والبرامج التي تربط بين شبكات تستخدم بروتوكولات مختلفة، إذ تنقل المعلومات وتحولها إلى صيغة تتوافق مع بروتوكولات الشبكة الأخرى.
