مبادئ عمل بروتوكولات الشبكة

مبادئ عمل بروتوكولات الشبكة

البروتوكولات: هي مجموعة من القوانین و الإجراءات  التي تستخدم للاتصال والتحكم وتبادل المعلومات في الشبكة.
هناك بعض الأمور یجب معرفتها فیما یخص البروتوكولات هي:
1. یوجد الكثیر من البروتوكولات المختلفة في عملها ووظیفتها.
2. من الممكن أن تعمل عدة بروتوكولات مع اً لتنفیذ عمل ما.
3. لكل بروتوكول مزاياه  و عیوبه

یطلق على مجموعة البروتوكولات التي تعمل سوی اً اسم مكدس البروتوكولات  ( Protocol Stack)  أو حزمة البروتوكولات  .( Protocol Suite) .

ویمكن تخیل هذه المجموعة من البروتوكولات كبناء مكون من عدة طوابق، وفي كل طبقة یوجد بروتوكول معین یقوم بوظیفة محددة و یتخاطب مع غیره من البروتوكولات في الطوابق الأخرى.
العملیة الكاملة لنقل البیانات على الشبكة تمر بمجموعة من الخطوات، و في كل خطوة معینة تنفذ  مهام اً محددة لا یمكن تنفیذها في خطوة أخرى، و لكل خطوة بروتوكول محدد أو مجموعة بروتوكولات تحدد كیفیة تنفیذ المهام المتعلقة بهذه الخطوة، كما أن هذه الخطوات تكون متشابهة  لكل جهاز على الشبكة، و یجب ملاحظة أن الجهاز المرسل یقوم باتباع هذه الخطوات من الأعلى إلى الأسفل بینما یقوم الجهاز المستقبل باتباع هذه الخطوات بشكل معكوس من الأسفل إلى الأعلى.
في الجهاز المرسل تكون البروتوكولات مس ؤولة عن القیام بالمهام الآتیة:
1. تقسیم البیانات إلى حزم.
2. إضافة معلومات العنونة إلى الحزم.
3. تحضیر البیانات للإرسال.
تقوم البروتوكولات في الجهاز المستقبل بالعمل الآتي:
1. التقاط حزم البیانات من وسط الاتصال.
2. إدخال حزم البیانات إلى داخل الكمبیوتر عبر بطاقة الشبكة.
3. تجمیع كل حزم البیانات المرسلة و قراءه معلومات التحكم المضافة إلى هذه الحزم.
4. نسخ البیانات من الحزم إلى ذاكرة مؤقتة لإعادة تجمیعها.
5. تمریر البیانات المعاد تجمیعها إلى البرامج في صورة مفهومة قابلة للاستخدام.
یطلق على حركة البیانات من الشبكة المصدر إلى الشبكة الوجهة عبر عدة مسارات اسم التوجیه أو   Routing  أما البروتوكولات التي تدعم الاتصالات متعددة المسارات بین الشبكات المحلیة فتسمى  البروتوكولات القابلة للتوجیه  (Routable Protocols)  ونظرا  لأن هذه البروتوكولات تستخدم في  ربط عدة شبكات محلیة لتكوین شبكة واسعة فإن أهمیتها في ازدیاد مستمر و تنقسم البروتوكولات  بشكل عام إلى قسمین:

  • بروتوكولات موجهه  . Oriented Connection .
  • بروتوكولات غیر موجهه  Connectionless.

یقوم البروتوكول من النوع الأول  (Oriented Connection )  بإعداد اتصال مباشر یسمى دائرة  ظاهریة أو افتراضيه ( Virtual Circuit )  بین الأجهزة المتصلة في الشبكة، و یحقق هذا الاتصال  المباشر وثوقیة عالیة لتسلیم البیانات. و لكنه قد یؤدي إلى بطء في عمل و أداء الشبكة.

یعد بروتوكول  (Transmission Control Protocol )  او  (TCP)  مثالا واضح اًعلى  البروتوكولات محددة وجهة الاتصال.

البروتوكولات من النوع الثاني  ( Connectionless)  لا توفر اتصالا مباشرا  مع الكمبیوتر المستقبل  قبل إرسال البیانات مما یعني أن البیانات تنتقل بسرعة أكبر مما یحسن من أداء الشبكة، و لكن هذه الطریقة لیست تامة ال وثوقیة نظرا  لأنه لا سبیل لمعرفة فیما إذا حدثت أخطاء أثناء الإرسال أم لم تحدث.

یعد بروتوكول  Internet Protocol)   او IP)  مثالا واضح اً على البروتوكولات عدیمة  الاتصال  ،(Connectionless)  و یطلق على تنظیم المهام بین البروتوكولات المختلفة اسم  .(layering)

یجب أن ینظم عمل البروتوكولات المختلفة حتى لا یحدث أي تعارض أو نقص في عملها.

كما ذك رنا سابق ا فإن  ( Protocol Stack )  هي مجموعة من البروتوكولات المتكاملة في عملها مع اً،  وكل طبقة في هذه المجموعة تحوي بروتوكولا یقوم بوظیفة مختلفة عن غیره

تنقسم البروتوكولات حسب وظیفتها إلى ثلاثة أقسام:

1.بروتوكولات تطبیقات  .Application Protocols .

2. بروتوكولات نقل   .Transport Protocols

3. . بروتوكولات شبكة  . Network Protocols

تعمل بروتوكولات التطبیقات في الطبقات العلیا Protocol Stackو تتلخص مهمتها في تبادل  البیانات و تحقیق التفاعل بین التطبیقات.

أما بروتوكولات النقل فتستخدم لتوفیر جلسات الاتصال بین الكمبیوترات   على الشبكة و هي مسؤولة عن صیانة جودة ودقة المعلومات المنقولة بین الأجهزة .

بینما تقدم بروتوكولات الشبكة خدمات ربط  (Link Services)  وتتلخص مهامها بما یأتي :

1- عنونة وتوجیه المعلومات.
٢ – البحث عن أخطاء في عملیة الإرسال.
٣ – التعامل مع طلبات إعادة الإرسال.

4- تحدید قوانین الاتصال في بیئات محددة من الشبكات مثل إثرنت و . Token Ring .

بروتوكولات    TCP/IP :

یعد حالیاً النموذج  TCP/IP  المقیاس المعتمد للشبكات البینیة، ویعد أیضاً بروتوكولا أساسیاً   للإرسال المستخدم في الانترنت مما یسمح لملایین الحواسیب الاتصال مع بعضها، وقد وضعت شروط وقیود على تطویر هذا النموذج طبقاً لمعاییر معینة منها:

  • ان TCP/IP  لا یخضع لشركة معینة أو برامج  معینة.
  • ان TCP/IP  یجب أن یحوي بداخله أدوات اً للصیانة وبالتالي إذا حدثت مشكلة في الشبكة  لا یؤدي هذا لانهیار الشبكة كلیاً.
  • إمكانیة الاتصال بین الشبكات والأجهزة والبرمجیات المختلفة.

الطبقات المكافئة لنموذج  TCP/IP

یتكون النموذج  TCP/IP  من عدة طبقات یتم من خلالها إقامة الاتصال بین أجهزة الشبكة  ویوضح الشكل ( 2-17)  طبقات النموذج  TCP/IP  وط ا رئق التواصل بین الحواسیب ضمن  الشبكة وسنتعرف ببعض التفصیل على هذه الطبقات وهي:

1. طبقة الوصول إلى الشبكة: تكافئ هذه الطبقة كلا من طبقتي ربط البیانات والفیزیائیة في  النموذج OSI .

2.  طبقة الاتصال بالإنترنت( طبقة الشبكة): یقابلها طبقة الشبكة في النموذج  OSI ويعد  البروتوكول  IP  بروتوكول الإنترنت) من أهم البروتوكولات المستخدمة في هذه الطبقة وهو )  المسؤول عن نقل البیانات من نقطة إلى أخرى على الشبكة. .

image

الشكل (2-17)  طبقات النموذج  TCP/IP  وطرائق التواصل بین الحواسیب ضمن الشبكة

3.  طبقة النقل(الإرسال): تضمن هذه الطبقة وصول الحزم إلى هدفها، حیث تؤسس  الاتصال وترسل تقاریر بوصول الحزم.

من أهم البروتوكولات الموجودة في هذه الطبقة هي:

أ- بروتوكول  TCP

یعد هذا البروتوكول مثالاً واضحاً على البروتوكولات محددة وجهة الاتصال، حیث یعدّ اتصالا مباشرا  بین الأجهزة المتصلة على الشبكة، ویحقق هذا الاتصال المباشر موثوقیة عالیة لتسلیم البیانات، یرسال البیانات التي لم تصل للهدف، وهذا یؤدي إلى بطء في عمل وأداء الشبكة.

ب – بروتوكول UDP

لا یتطلب هذا البروتوكول تأسیس اتصال مباشر بین الأجهزة المتصلة قبل إرسال البیانات، مما یعني أن البیانات تنتقل بسرعة أكبر مما یحسن أداء الشبكة، ولكن هذه الطریقة لیست تامة الموثوقیة نظرا   لأنه لا سبیل لمعرفة فیما إذا حدثت أخطاء أثناء الإرسال أم لا.

4. طبقة التطبیقات: وفي هذه الطبقة تكون كل التطبیقات وبرامج  أنظمة التشغیل ومن التطبیقات الموج ودة في هذه الطبقة حزمة برامج الأوفیس – برامج   قواعد البیانات – برامج البرید الالكتروني …. وغیرها.

أهم البروتوكولات الموجودة قي طبقة التطبیقات:

بروتوكول نقل الملفات  :FTP(File Transfer Protocol)  یستخدم هذا البروتوكول:

في عملیة تبادل الملفات بین كل من الجهاز المرسل والمستقبل.

بروتوكول نقل النصوص الفائقة  HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)

وهو البروتوكول المستخدم من قبل ملقمات الانترنت وذلك لاستعراض  صفحات الانترنت حتى یتمكن المستخدم من تصفح الانترنت.

بروتوكول نقل البرید البسیط  :SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) :

وهو البروتوك ول الذي تستخدمه ملقمات البرید الإلكتروني لإرسال الرسائل إلى بعضها  عبر شبكة الانترنت.

بروتوكول مكتب البرید :POP3(Post Office Protocol)

وهو البروتوكول المسؤول عن استقبال رسائل البرید الإلكتروني حتى یتمكن المستخدم من قراءتها على جهازه. 

بروتوكول نظام أسماء النطاقات  :DNS(Domain Name System)

یوجد لكل حاسب موصول على الشبكة اسم یعرف به یستطیع الإنسان فهمه والتعامل معه،  وكذلك یوجد له رقم فرید یمیزه عن باقي أجهزة الشبكة یسمى عنوان الجهاز  IP  وهو الذي  یفهمه الحاسب، فعندما یطلب المستخدم هذا الحاسب یكتب اسمه ومن ثم یتم تحویل هذا  الاسم الى الرقم الخاص ب  IP  هذا البروتوكول هو المسؤول عن عملیة التحویل هذه.

 نموذج الاتصال   :TCP/IP :

یعد هذا النموذج الناظم لأغلب عملیات الاتصال عبر شبكة الانترنت ویتألف من مجموعة متنوعة من البروتوكولات والتي سنذكر منها:

بروتوكول  :TCP :

یعد هذا البروتوكول المسؤول عن تأسیس الاتصال بین أي جهازین موصولین ضمن شبكة محلیة أو ضمن شبكة الانترنت ویقدم هذا الب روتوكول مجموعة من الخدمات منها:

أ- الإشعار باستلام الرزم  :(packet acknowledgment) :

من خلال هذه الرسائل یستطیع النظام المرسل للبیانات أن یتأكد من أن عملیة إرسال البیانات قد تمت بشكل صحیح، ومن خلال هذه العملیة نرى موثوقیة هذا النوع من البروتوكولات.

ب – ترقیم وترتیب الأجزاء  المرسلة:

عندما ترسل أجزاء  ملف على الشبكة هناك احتمال أن تصل هذه الأجزاء  في ترتیب غیر سلیم بسبب إمكانیة اتخاذ الرزم مسارات مختلفة، بعضها متجمعة والأخرى على مسافات بعیدة …..

الخ، فإن البروتوكول  TCP هو المسؤول عن عملیة ترتیب هذه الأجزاء   وتجمیعها.

ج- تقطیع البیانات  :(Data Segmentation):

تتم عملیة تبادل البیانات على الشبكة على شكل رزم  ،(packets)  و یمكن أن تتم عملیة إرسال  هذه الرزم بطریقین:

الطریقة الأولى:

یتم إرسال الرزم دفعة واحدة وفي بعض الأحیان ویكون حجم البیانات المتبادلة على الشبكة كبیرا  مثلما یحصل في عملیة نقل الملفات أو البرامج  إذ إنَّه من غیر المعقول أن یرسل أو یستقبل جهاز ما كمیات كبیرة من المعلومات دفعة واحدة، وهذه الطریقة غیر مناسبة لسببین:

  • السبب الأول: تعرض الشبكة لبطء ملحوظ كون جهاز واحد یشغل الشبكة والأجهزة الأخرى   متوقفة عن التواصل مع باقي الأجهزة على الشبكة.
  • السبب الثاني: تظهر عیوبها في حالة حدوث خطأ في الإرسال مما یتطلب إعادة عملیة  إرسال كامل البیانات من جدید.

الطریقة الثانیة: وهي التي یستخدمها هذا البروتوكول  (TCP)  وفیها یتم تقسیم البیانات إلى رزم، ثم إرسالها بشكل إفترادى  وهذا یمكِّن كل الأجهزة بالتناوب من استخدام الشبكة (جهاز  ما یرسل جزء اً ویعطي الفرصة لجهاز آخر).وفي حال حدوث خطأ یعاد إرسال الجزء  المعني بالخطأ بدلاً من إعادة المحاولة لكل بیانات الملف.

البروتوكول  IP

یعد هذا البروتوكول أحد أهم العناصر في نموذج الاتصال TCP/IP  لذلك من الضروري أن یكون  لكل جهاز موصول بالشبكة عنوان  IP  سواء كانت شبكة محلیة أو موسَّعة أو شبكة الإنترنت.  ویعد هذا البروتوكول أیض اً العمود الفقري ضمن أي شبكة وبالتالي فالاستغناء عنه یؤدي إلى عزل الجهاز عن الشبكة.

إن عناوین  IP  هي أرقام ثنائیة طولها 32 بت مقسمة إلى أربعة أجزاء   بواسطة نقاط یحوي كل  جزء 8 بت، كل جزء من هذه الأجزاء له قیمة تتراوح  بین صفر و 255 یطلق على هذه الصیغة  الترمیز الثنائي ذو النقط  (Dotted Binary Notation)  ولكي یسهل التعامل عملیاً مع هذه  السلاسل الثنائیة ذات 32 بت تستعمل في بعض الحالات الأرقام العشریة بدلاً من الثنائیة حینئذٍ  یطلق على هذه الصیغة الترمیز العشري ذو النقط  ،(Dotted Decimal Notation)  تدل كل  قیمة من أي جزء من الأجزاء الأربعة على المكافئ العشري للقیمة الثنائیة لهذا الجزء.

 مثال :

image

تعد عملیة بناء وتعیین وتكوین عناوین  IP  جزءاً أساسیاً في عملیة إدارة وصیانة الشبكات، ومن  الضروري أن یكون لكل جهاز على الشبكة عنوان  IP  فرید وإذا حصل وكان لجهازین نفس عنوان  IP فلن یستطیع كلا الجهازین الاتصال مع الشبكة بآن واحد.

مكونات عنوان  IP :

یتألف أي عنوان  IP  من جزاين وهما ممیز الشبكة   (Network Id)  وممیز المضیف  (Host Id)  أو ما یسمى رقم الجهاز ضمن الشبكة كما هو موضح بالشكل  (2-18)

image

فئات العناوین  IP

یوجد خمس فئات مختلفة من عناوین  IP  لدعم الشبكات مختلفة الأحجام وهي الفئات  . E ، D ، C ، B ، A .

الفئات الأساسیة المستخدمة هي  C ، B ، A  أما الفئات  E ، D  فهي مخصصة للبلاغات  المتعددة  (Multicasting)  والأغراض التجاریة، ویتم التفریق بین الفئات في قیمة الثمانیة بتات  الأولى  الأول). Octet) .

 الفئة   A

تبدأ الثمانیة بتات الأولى ( Octet  الأول) ب 0 وبالتالي مجالها سیكون من 00000000 إلى  01111111 و یعني عشریاً من 0 إلى 127

یُظهر الشكل  (2-19)  تنسیقاً لعنوان من الفئة  A:

image

image

الفئة D:

بالنسبة لهذه الفئة تبدأ الثمانیة بتات الأولى ب 1110 ومجال تغییرها من 11100000 إلى  .( 11101111 (عشریاً من 224 إلى 239 .

الفئة

تبدأ الثمانیة بتات الأولى ب 11110 ومجال تغییرها یكون من 11110000 إلى 11110111 .( (عشریاً من 240 إلى 247 .

خلاصة: إذا تم إعطاء العنوان بالصیغة الثنائیة یمكن تحدید صنف العنوان اعتماد اً على الجدول الآتي:

image

كیف نتعرف على ممیز الشبكة وممیز المضیف في عنوان ما؟

یوجد هناك علاقة بین ممیز الشبكة في أي عنوان  IP  وفئة العنوان كما هو موضح فیما یأتي:

العنوان من الفئة A  فالثمانیة بتات الأولى تمیز الشبكة وباقي البتات أي 24 تمیز المضیف.

العنوان من الفئةB  فمجموع الثمانیة بتات الأولى مع الثمانیة بتات الثانیة یمیز الشبكة  وباقي البتات الستة عشر تمیز المضیف.

العنوان من الفئة C  فالثلاث ثمانیات الأولى تمیز الشبكة والثمانیة بتات المتبقیة تمیز  المضیف.

من خلال هذه التعریفات نلاحظ أن عنوان  IP  من الفئة A  یتقبل عدد اً كبی ا رً من المضیفات، ومن  الفئة B  عدد اً متوسط اً من المضیفات ومن الفئة C  عدد اً صغی ا رً من المضیفات.

فالشبكات من نوعA  تكون شبكات ذات أحجام كبیرة، والشبكات من النوع B  تكون ذات أحجام  متوسطة، والشبكات من النوع C    تكون ذات أحجام صغیرة.

الجدول الآتي یوضح فئات العناوین وعدد الأجهزة في كل فئة:

image

قناع الشبكة الفرعیة  (Subnet Mask) :

سوف نرى أن حصول أي جهاز على عنوان  IP  غیر كاف لتمكین اتصاله مع أجهزة أخرى على  الشبكة. حتى ولو كانت عناوین الأجهزة تنتمي لفئة واحدة من الفئات، من المحتمل أن لا تتصل الأجهزة مع بعضها، ولذلك من الضروري الأخذ بعین الاعتبار عامل من العوامل الأساسیة في  عملیة بناء الشبكات والذي یدعى قناع الشبكة الفرعیة  .(Subnet Mask)

یحدد قناع الشبكة الفرعیة أي البتات في عنوان  IP  تمثل ممیز الشبكة وأیها تمثل ممیز المضیف  فالواحدات 1  تمثل الشبكة و الأصفار( 0) تمثل المضیف.

بالنسبة للعناوین من الفئة A :

تكون القیمة الافت ا رضیة لقناع الشبكة الفرعیة تساوي: 255.0.0.0 أي ما یعادل ثنائی  11111111.00000000.00000000.00000000  مما یدل أن الثماني بتات الأولى والتي تتمثل بثماني واحدات تمیز الشبكة والأربعة والعشرین المتبقیة والتي تتمثل بأربعة وعشرین صفرا  تمیز المضیف.

بالنسبة للعناوین من الفئة  B :

تكون القیمة الافت ا رضیة لقناع الشبكة الفرعیة تساوي: 255.255.0.0 أي ما یعادل ثنائیاً 11111111.11111111.00000000.00000000 وهذا یعني أن الست عشرة بتات الأولى ( واحدات) تمثل ممیز الشبكة، والست عشرة بتات الباقیة (أصفار) تمیز عنوان الجهاز في الشبكة.

بالنسبة للعناوین من الفئة  C :

تكون القیمة الافت ا رضیة لقناع الشبكة الفرعیة تساوي: 255.255.255.0 أي ما یعادل ثنائیاً 11111111.11111111.11111111.00000000 وهذا یعني أن الأربعة والعشرین بتات الأولى (واحدات) تمثل ممیز الشبكة، والثماني بتات الباقیة (أصفار) تمیز عنوان الجهاز في الشبكة.

الجدول الآتي یوضح فئات العناوین وقناع الشبكة الفرعیة لكل منها:

image

العنونة باستخدام الإصدار الأحدث   IPV6 :

ذكرنا سابقاً أن عنوان الجهاز  ( IP Address )  یتكون من 32 بت ویقسم إلى أربع خانات من  الأرقام تحوي كل خانة الأرقام من 0 وحتى 255 وبالتالي یكون مجموعهم 256 أي إن الشكل  حیث تتغیر من 0 وحتى 255 وذلك یسمح لنا بإمكان x.x.x.x : هو التالي IP الرئیسي لعنوان إعطاء عناوین لما یقارب 4.3 ملیار شخص تقریباً. فكان من الواجب اكتشاف طریقة جدیدة للعنونة تعطینا مساحة أكبر من العناوین مع تزايد عدد  المشتركین الذین یدخلون إلى شبكة الانترنت یومیاً.

ما ال  IPV6  وما المشاكل التي سیحلها ؟

عند ظهور مشكلة نفاذ العناوین كان من الواجب التحرك لتطویر البدیل فكان الحل هو بأن یقوموا بالعمل على إنشاء إصدار جدید من بروتوكول الانترنت وهو مایعرف ب  IPV6  أو الإصدار  السادس من بروتوكول الانترنت والذي یوفر عدد اً كبیرا  جداً من العناوین  (یقارب 340 تریلیون )  ، حیث یستخدم هذا الإصدار 128 بت للعنوان الواحد.

مثال عن صیغة العناوین الجدیدة ( 2001:1234:5678:9:1:2:3:4

وبالتالي توفیر عدد كبیر من العناوین مما یعطینا مساحة كبیرة لتوسیع تطبیقاتنا المرتبطة بشبكة الإنترنت، وفي هذا الإصدار یمكن أن یكون لكل شخص أكثر من 5000 عنوان حالیاً، مما یحل واحد IP الكثیر من المشاكل التي تواجهها الكثیر من الشركات والمؤسسات في استخدام عنوان
لكل أجهزة الشركة للدخول إلى شبكة الإنترنت .

سیساعد هذا البروتوكول في إیجاد نقلة نوعیة في عدد الأجهزة المرتبطة في شبكة الانترنت كالجوالات وأنظمة التحكم في المنازل والأجهزة المحمولة و الأیباد والكثیر الكثیر مما یتیح لنا التطور بشكل سریع تجاه الأنظمة الذكیة المرتبطة بالإنترنت والتحكم عن بعد.

Possibly Related Posts:


كتب في نفس المجال او من نفس الفئة

About farahat 1467 Articles
الــبــاجور - المـنـوفـيـة - جمهورية مصر العربية 0106331333 مهندس /احمد فرحات درس هندسه و علوم النظم و الحاسبات و له خيرة 18 عام في المجالات الهندسية المتعلقه بالنظم الهندسية كافة سواء كانت نظم لها علاقة بالعتاد (كهربيه - الكترونية - ميكانيكية) او نظم لها علاقة بالبرمجيات و قد حصل علي دبلومة مابعد التخرج في هندسه و علم الحاسب

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*