شرح منهج سيسكو الأصلي كاملاً لمن يرغب بالأحتراف

[baselnagar]

الجزء الأول

تعد شهادات سيسكو من أفضل الشهادات التي يمكن للمرء الحصول عليها في مجال تكنولوجيا المعلومات
شركة سيسكو الشركة الرائدة عالميا في مجال تكنولوجيا المعلومات والشبكات
من يحصل علي شهادات أعتماد سيسكو يصبح بمثابة الخبير في منتجات وحلول سيسكو لشبكات المعلومات

اخيكم
باسم شكري النجار

الفصل 1
نظرة عامة
يعزّز فصل المراجعة هذا المفاهيم التي قد سبق أن تعلّمتها من قبل بخصوص الطراز OSI المرجعي وشبكات المناطق المحلية (LANs) وعنونة IP. إن فهم تلك المواضيع المتشعبة هي الخطوة الأولى نحو معرفة نظام سيسكو ?تشغيل الشبكات البينية Internetwork Operating System (IOS)? وهو الموضوع الرئيسي في منهج التعليم هذا، حيث يجب فهم مبادئ التشبيك البيني جيداً والمشروحة في هذا الفصل قبل محاولة فهم تشعبات نظام سيسكو IOS.
1-1 الطراز OSI
1-1-1 طراز الشبكة الطبقي
تؤدي الممارسات المهنية الجديدة على الشبكة، إلى حدوث تغييرات في شبكات الشركات، حيث يحتاج الموظفون في مراكز الشركات الرئيسة وفي مكاتب فروعها العالمية، الذين يعملون من منازلهم، إلى الوصول المباشر للبيانات، بغض النظر عما إذا كانت هذه البيانات موجودة في الملقمات المركزية أو الفرعية.
وتحتاج المؤسسات الكبيرة كالشركات أو الوكالات أو المدارس أو المؤسسات الأخرى التي تربط سوية اتصالاتها البيانية والحاسوبية وملقمات الملفات إلى:_
1. شبكات مناطق محلية مترابطة مع بعضها لتيسر الوصول إلى الحاسبات مباشرة أو ملقمات الملفات الموجودة في الأماكن الأخرى.
2. نطاق موجي عالي إلى شبكات المناطق المحلية لاستيفاء احتياجات المستخدمين.
3. تقنيات دعم يمكن الاستفادة منها لخدمة شبكة المناطق الواسعة (WAN).
ولتحسين الاتصال مع الشركاء والموظفين وال**ائن، تقوم هذه الشركات بتطبيق أساليب جديدة كالتجارة الإلكترونية، ومؤتمرات الفيديو، والصوت عبر IP، والتعلّم عن بُعد. كما تقوم ?دمج شبكات الأصوات ?الفيديو والبيانات مع شبكات شركة عالمية كما هو مبيّن في الشكل (1) وهذا الدمج أساسي ?نجاح أعمال المؤسسة.
صممت الشبكات الشركات لدعم التطبيقات الحالية والمستقبلية، وتقوم للتكيف مع المتطلبات المتزايدة للموجات العريضة وقابلية التوسع والموثوقية، وتقوم شركات التصنيع وهيئات المواصفات القياسية بإعداد بروتوكولات وتقنيات جديدة بطريقة سريعة، ويواجه مصممو الشبكات تحديثاً لتطوير أحدث للشبكات رغم ان ما يعتبر "الأحدث" يتغير شهرياً إن لم نقل أسبوعياً.



يمكن معالجة التطبيقات الجديدة من دون مشاكل عن طريق ?قسيم وتنظيم مهام إنشاء الشبكات إلى طبقات/وظائف منفصلة. فالطراز OSI المرجعي يقسم وظائف الشبكة إلى سبع فئات، تدعى طبقات. حيث تنساب البيانات من برامج المستخدم ذات المستوى الأعلى من البتات (bits) إلى ذات المستوى الأدنى التي يتم إرسالها بعد ذلك من خلال وسائط الشبكة، ومهمة معظم مد راء شبكة المناطق الواسعة هي ضبط تكوين وظائف الطبقات الثلاث السفلية، وتستعمل طريقة التغليف (encapsulation) وعكسها كوسيلة للتخاطب بين الطبقات، وذلك في وظـائف الطبقـات المتناظـرة (Peer-to-peer) التي سيأتي شرحها لاحقاً.
كما هو مبيّن في الشكل (2) نجد أن هناك سبع طبقات في الطراز OSI المرجعي، كل واحدة منها لها وظيفة منفصلة ومختلفة. وتوزّع وظائف بروتوكول التحكم بالإرسال/بروتوكول الإنترنت (أو TCP/IP) على خمس طبقات. ويدعى هذا التوزيع لوظائف التشبيك بتقسيم الطبقات، وهذا بغض النظر عن عدد هذه الطبقات.
وتتضمن أسباب تقسيم وظائف الشبكة: التالي:
1. لتقسم الجزئيات المرتبطة بالعمليات المتبادلة بالشبكة إلى عناصر أقل تعقيداً.
2. لتحديد الواجهات القياسية الخاصة لسرعة الترابط ?التوصيل والتشغيل والتكامل بين الأجهزة المختلفة.
3. لتمكين المهندسين من ?ركيز جهودهم التصميمية والتطويرية على وظائف طبقة معيّنة.
4. لترقية التماثل بين الوظائف الوحداتية المختلفة للشبكات البينية بهدف قابلية التشغيل المتبادل.
5. لمنع التغييرات في ناحية ما لتأثيرها بشكل كبير على النواحي الأخرى،6. حتى تتمكن كل ناحية من أن تتطوّر ?سرعة أكبر.
7. لتقسيم عمليات التشبيك البيني ?لشبكة إلى مجموعات عمليات فرعية منفصلة حتى يمكن تعلّمها بسهولة أكبر.
1-2-1 وظائف طبقات الطراز OSI
تؤدي كل طبقة من الطبقات للطراز OSI المرجعي وظيفة معيّنة. ويمكن أن تستخدم هذه الوظائف المحددة في الطراز OSI من قبل الشركات المصنعة للشبكات.
والطبقات هي:
1. التطبيقات: توفر طبقة التطبيقات خدمات الشبكة لتطبيقات ?لمستخدم. مثلاً،2. تطبيقات معالجة نصوص بواسطة خدمات إرسال الملفات الموجودة في هذه الطبقة.
3. العرض: توفر هذه الطبقة تمثيلاً للبيانات وتنسيقاً للشفرة،4. حيث تتأكد من أن البيانات التي تصل من الشبكة يمكن أن يستعملها التطبيق،5. وتتأكد من أن المعلومات التي يرسلها التطبيق يمكن إرسالها على الشبكة.
6. الجلسة: تنشئ هذه الطبقة وتحافظ على إدارة الجلسات بين التطبيقات.
7. الإرسال: تقسم هذه الطبقة وتعيد تجميع البيانات في دفق البيانات (data stream) ? TCP هو أحد البروتوكولات في هذه الطبقة المستعمل مع IP.
8. الشبكة: تحدد هذه الطبقة أفضل طريقة لنقل البيانات من مكان إلى آخر. وتعمل الموجّهات في هذه الطبقة. وستجد نظام عنونة (بروتوكول الإنترنت) IP في هذه الطبقة.
9. وصلة البيانات: تحضر هذه الطبقة وحدة بيانات (أو رزمة) لإرسالها مادياً عبر الوسائط. كما إنها ?تولى مسألة الإعلام عن الأخطاء،10. وطبيعة الشبكة،11. والتحكم بالانسياب. وتستعمل هذه الطبقة عناوين Media Access Control (أو MAC،12. التحكم بالوصول إلى الوسائط).
13. المادية: تستعمل هذه الطبقة التحم بالوسائل الكهربائية والميك****ية والإجرائية للتنشيط والمحافظة على الوصلة المادية بين الأنظمة. وهي وسائط مادية كالأسلاك الزوجية المفتولة والمتحدة المحورة والألياف الضوئية.
1-3-1 الاتصالات بين الطبقات المتناظرة (peer-to-peer)
تستخدم كل طبقة بروتوكول خاص بها لتتصل بالطبقة النظيرة لها مع شبكة ?خرى. ويتبادل بروتوكول كل طبقة معلومات، تدعى - وحدات بيانات البروتوكول (PDUs) - مع الطبقات النظيرة لها. وبإمكان الطبقة أن تستعمل اسما محدّداً أكثر لوحدتها PDU. مثلاً، في TCP/IP، تتصل طبقة الإرسال في الـ TCP بوظيفة TCP النظيرة لها باستعمال أجزاء وتستعمل كل طبقة خدمات الطبقة الموجودة تحتها من أجل الاتصال مع الطبقة النظيرة لها. وتستعمل خدمة الطبقة السفلي معلومات الطبقة العليا كجزء من وحداتها PDU التي تتبادلها مع نظرائها.
تصبح أجزاء TCP قسماً من رُزم (وحدات البيانات) طبقة الشبكة التي يتم تبادلها بين النظراء IP. وبدورها، فتصبح رزم IP قسماُ من أطر وصلة البيانات يتم تبادلها بين الأجهزة الموصولة ببعضها البعض مباشرة. وفي نهاية المطاف، تصبح تلك الأطر بتات، عندما تقوم الأجهزة المستخدمة في بروتوكول الطبقة المادية بإرسال البيانات أخيراًً.
وتعتمد كل طبقة على خدمات الطبقة الموجودة تحتها في الطراز OSI المرجعي. ومن أجل

[baselnagar]

تقديم هذه الخدمة، تستعمل الطبقة السفلي تغليفاً لوضع وحدة بيانات البروتوكول (PDU) من الطبقة العليا في حقل بياناتها، ثم يمكنها إضافة أية مقدمات ونهايات تحتاج لها للقيام بوظيفتها.كمثال على هذا، تقدم طبقة الشبكة خدمة لطبقة الإرسال، وتقدم طبقة الإرسال، البيانات إلى النظام الفرعي للشبكة البينية. ومهمة طبقة الشبكة هي نقل تلك البيانات عبر الشبكة البينية. ويتم تنفذ هذه المهمة بتغليف البيانات ضمن رزمة، وتتضمن هذه الرزمة مقدمة تحتوي على معلومات ضرورية لإكمال الإرسال، كالعناوين المنطقية للمصدر والوجهة.
وتقدم طبقة وصلة البيانات بدورها خدمة لطبقة الشبكة. إنها تغلّف رزمة طبقة الشبكة في إطار. وتحتوي مقدمة الإطار على معلومات ضرورية لإكمال وظائف وصلة البيانات (مثلاً، العناوين المادية). وأخيراًً تقدم الطبقة المادية خدمة لطبقة وصلة البيانات: إنها ?شفّر إطار وصلة البيانات إلى مصفوفة من الأحاد والأصفار لإرسالها عبر الوسائط (عادة، سلك).
1-4-1 خمس خطوات لتغليف البيانات ..عند قيام الشبكات بتنفيذ خدمات للمستخدمين، يمر انسياب وتحزيم معلومات المستخدم الأصلية عبر عدة تغيّرات. وفي مثال التشبيك البيني التالي، هناك خمس خطوات تحويل.
1. الخطوة الأولى: يحول الحاسب رسالة البريد الإلكتروني إلى أحرف أبجدية رقمية يمكن أن يستعملها نظام التشبيك البيني. وهذه هي البيانات.
2. الخطوة الثانية: يتم بعدها تقسيم بيانات الرسالة لإرسالها عبر طبقة الإرسال في نظام التشبيك البيني وتضمن أن مضيفَي الرسالة (المرسل والمستقبل) في طرفَي نظام البريد الإلكتروني يمكنهما الاتصال ببعضهما بشكل موثوق به.
3. الخطوة الثالثة: بعد ذلك،4. تقوم طبقة الشبكة بتحويل البيانات إلى رزمة،5. أو وحدة بيانات. وتحتوي الرزمة أيضاً على مقدمة شبكة تتضمن عنواناً منطقياً للمصدر والوجهة. ويساعد العنوان أجهزة الشبكة على إرسال الرزمة عبر الشبكة على مسار منتقي.
6. الخطوة الرابعة: كل جهاز في طبقة وصلة البيانات يضع الرزمة في إطار. يمكن لإطار الجهاز من ?لاتصال بالجهاز الشبكي التالي الموصول به مباشرة على الوصلة.
7. الخطوة الخامسة: يتغيّر الإطار إلى مصفوفة من الآحاد والأصفار لإرسالها عبر الوسائط (عادة سلك). وتمكن وظيفة التوقيت الأجهزة من ?لتفريق بين البتات أثناء الانتقال عبر الوسائط.
وتختلف الوسائط في الجزء المادي للشبكة البينية على امتداد المسار. مثلاً، قد تبدأ رسالة البريد الإلكتروني في شبكة مناطق محلية، عبر المحور الأساسي لشبكة الجامعة، وتتابع عبر وصلة شبكة مناطق واسعة إلى أن تصل إلى وجهتها في شبكة مناطق محلية أخرى بعيدة.
2-1شبكات المناطق المحلية
2-1-1 أجهزة وتقنيات شبكة المناطق المحلية
المميزات الرئيسـة لشبكات المناطق المحلية هي كالتالي:
o تعمل الشبكة ضمن مبنى أو طابق في مبنى.
o تيسر شبكات المناطق المحلية لعدة أجهزة مكتبية (كمبيوترات) موصولة ببعضها الإتصال بوسائط عالية السرعة.
o بناءً على التعريف،o تربط شبكة المناطق المحلية الحاسبات والخدمات بوسائط "الطبقة 1" الشائعة. وتتضمن أجهزة شبكة المناطق المحلية:
§ المعابر التي تربط أقسام شبكة المناطق المحلية وتساعد على تصفية حركة المرور.
§ الموصّلات التي تركّز على الاتصالات بالشبكة المحلية وتتيح استعمال وسائط نحاسية زوجية مفتولة.
§ محولات الإيثرنت التي تقدّم نطاقاً موجياً مزدوجاً ومخصصاً لحركة مرور البيانات للأقسام والمكاتب.
§ تقدم الموجّهات التي عدة خدمات،§ من بينها الشبكات البينية وحركة مرور التحكم بالبث
o وهناك ثلاثة تقنيات لشبكة المناطق المحلية (المبينة في الرسم)?o والشبكات المحلية لا تخرج عن هذه التقنيات هي:
الإيثرنت:التقنية الأولى من التقنيات الرئيسية لشبكة المناطق المحلية، وتشغّل أكبر عدد من شبكات المناطق المحلية.
توكنرينغ: (token..) (ومعناها دائرة الحلقات) صنع IBM، تلت الإيثرنت وأصبحت الآن شائعة الاستعمال في عدد كبير من شبكات IBM.
أف دي دي أي FDDI: ?ستعمل الحلقات أيضاً، وهي الآن شبكة مناطق محلية شعبية في الجامعات.
وتيسر الطبقة المادية في شبكة المناطقية المحلية، الوصول إلى وسائط الشبكة. وتقدم طبقة وصلة البيانات دعماً للاتصال عبر عدة أنواع من وصلات البيانات، كوسائط الإيثرنت/IEEE 802.3. سوف تدرس المواصفات القياسية لشبكة الإيثرنت IEEE 802.3 المناطقية المحلية. يبيّن الشكل وسائط "الطبقة 1" الأكثر استعمالاً في الشبكات اليوم - الأسلاك المتحدة المحور والألياف الضوئية والأسلاك الزوجية المفتولة. وتقدم أنظمة العنونة كالتحكم بالوصول إلى الوسائط (MAC) وبروتوكول الإنترنت (IP) طريقة بنائية واضحة لإيجاد وتسليم البيانات للحاسبات أو للمضيفين الآخرين على الشبكة.
2-2-1 المواصفات القياسية الإيثرنت وIEEE 802.3
تعرف المواصفات القياسية الإيثرنت وIEEE 802.3 شبكة مناطق محلية ذات طبيعة تعمل عند سرعة إرسال إشارات أساسية النطاق تبلغ 10 ميغابت بالثانية. يوضّح الشكل (1) المواصفات القياسية الثلاث المعرَّفة لتمديد الأسلاك:
* 10BASE2 (الإيثرنت الرفيعة) -- تسمح بإنشاء أقسام في سلك الشبكة المتحد المحور إلى 185 متر.
* 10BASE5 (الإيثرنت السميكة) -- تسمح بإنشاء أقسام في سلك الشبكة المتحد المحور فيها إلى 500 متر.
* 10BASE-T -- تحمل أطر الإيثرنت على أسلاك زوجية مفتولة غير مكلفة
تقدم المواصفات القياسية 10BASE5 و10BASE2 اتصالاً لعدة محطات إلى نفس قسم شبكة المناطق المحلية.وتربط المحطات بالقسم بواسطة سلك يبدأ من مقبس واجهة وحدة الإرفاق AUI (اختصار Attachment Unit Interface)? في المحطة إلى مرسل/ مستقبل مربوط مباشرة بسلك الإيثرنت المتحد المحور، لأن 10BASE-T تقدم اتصالاًً لمحطة واحدة فقط فإن المحطات المربوطة بشبكة إيثرنت مناطق محلية بواسطة 10BASE-T تكون موصولة دائماً ?موصّل أسلاك أو بمحول شبكة محلية. في هذا الترتيب، فإن موصل أو محول الشبكة المحلية، هو نفسه مقسم إيثرنت .
وتحضر وصلات بيانات الإيثرنت و802.3 البيانات للإرسال على الوصلة المادية التي تربط جهازين مثلاً، كما يبيّن الشكل (2)? حيث يمكن ربط ثلاثة أجهزة ببعضها البعض مباشرة عبر شبكة الإيثرنت المناطقية المحلية. الماكنتوش على اليسار والحاسب المتوافق مع أتتل في الوسط يبيّنان عناوين MAC التي ?ستعملها طبقة وصلة البيانات. ويستعمل الموجّه على اليمين أيضاً عناوين MAC لكل واجهة من واجهات شبكة المناطق المحلية الجانبية. و ?ستعمل واجهة الإيثرنت/802.3 على الموجّه مختصر نوع الواجهة "E" للنظام سيسكو IOS التي يليه رقم الواجهة (مثلاً، "0"، كما هو مبيّن في الشكل 2).
البث هو أداة فعّالة يمكنها إرسال إطار واحد إلى عدة محطات في الوقت نفسه. يستعمل البث عنوان وجهة وصلة البيانات لجميع الآحاد (FFFF.FFFF.FFFF في النظام السدس عشري). كما يبيّن الشكل (3)? إذا أرسلت المحطة A إطاراً ?عنوان وجهة كله آحاد، ستتلقى كل المحطات B وC وD الإطار وتمرّره إلى طبقاتها العليا لمزيد من المعالجة.
عند استعمال البث بشكل غير صحيح، فإن ذلك يمكن أن يؤثر جدياً على أداء المحطات بأن يقطع سير عملها بشكل غير ضروري. لذا يجب استعمال عمليات البث فقط عندما يكون عنوان MAC للوجهة مجهولاً، أو عندما تكون الوجهة هي كل المحطات.
3-2-1 ناقل كاشف للاتصالات المتداخلة بواسطة تحسس التصادمات بين الإشارات
في شبكة إيثرنت المناطقية المحلية، تتم عملية إرسال واحدة فقط في أي زمن محدد، ويُشار إلى شبكة إيثرنت المناطقية المحلية كشبكة "ناقل كاشف لتداخل الاتصالات عن طريق تحسن التصادمات" (CSMA/CD). وهذا يعني أن البث أطرد المرسل يعبر الشبكة بأكملها وتتلقاه وتفحصه كل نقطة. وعندما تصل الإشارة إلى نهاية جزء، تمتصها المُنهيات لمنعها من العودة إلى الجزء....عندما ترغب محطة ما ?إرسال إشارة فإنها ?فحص الشبكة لتحدّد ما إذا كانت هناك محطة أخرى تقوم بالإرسال حالياً. فإذا لم تكن الشبكة مستخدمة، فيبدأ بالإرسال. وتراقب المحطة الشبكة - أثناء إرسال إشارة-، لتضمن عدم وجود محطة أخرى تُرسل في ذلك الوقت.

[baselnagar]

من المحتمل أن تتوصّل محطتان إلى أن الشبكة متوفرة وتبدأن بالإرسال في نفس الوقت تقريباً. ? سيؤدي ذلك في هذه الحالة إلى حدوث تصادم، كما هو موضَّح في الجزء العلوي من الرسمة.وعندما تكتشف النقطة المرسلة تصادم داخل الشبكة فإنها ترسل أشارات في الشبكة، فإنها ?رسل إشارة تشويش تجعل التصادم يدوم مدة كافية لكي تعثر عليه النقاط الأخرى. وعندها ستتوقف كل النقاط عن إرسال الأطر لفترة من الوقت منتقاة عشوائياً قبل محاولة إعادة الإرسال من جديد. إذا أدت المحاولات اللاحقة إلى تصادمات أيضاً، ستحاول النقطة إعادة الإرسال حتى 15 مرة قبل التخلي عن المسالة نهائياً. وتحدّد الساعات مواقيت عودة مختلفة. وإذا كان التوقيتان مختلفان بمقدار كافٍ فإن إحدى المحطتين ستنجح في المرة المقبلة.
4-2-1 العنونة (IP) المنطقية
من العناصر المهمة في أي نظام شبكي، هي العملية التي تمكن معلومات محددة، من إيجاد أجهزة حاسوبية معينة في الشبكة. يتم استعمال أنظمة عنونة مختلفة لهذا الهدف، بناءً على عائلة البروتوكولات المستخدمة ?مثلاً، عنونة AppleTalk مختلفة عن عنونة TCP/IP، التي تختلف بدورها عن عنونة IPX.
هناك نوعان مهمان من العناوين هما عناوين طبقة وصلة البيانات وعناوين طبقة الشبكة. عناوين طبقة وصلة البيانات، المسماة أيضاً عناوين الأجهزة المادية أو عناوين MAC، هي عادة ميزة لكل اتصال شبكي. في الحقيقة، فإنه في معظم شبكات المناطق المحلية، توجد عناوين طبقة وصلة البيانات على NIC (بطاقة الشبكة). ولأن الحاسب العادي له اتصال شبكي مادي واحد فإن له عنوان طبقة وصلة بيانات واحد فقط. الموجّهات والأجهزة الأخرى الموصولة ?عدة شبكات مادية يمكن أن تكون لها عدة عناوين طبقة وصلة بيانات. وكما يوحي أسمها، توجد عناوين طبقة " وصلة البيانات" في الطبقة " 2 " لطراز OSI المرجعي.
توجد عناوين طبقة الشبكة (المسماة أيضاً عناوين منطقية أو عناوين IP لطقم بروتوكولات الإنترنت) في الطبقة 3 للطراز OSI المرجعي. خلافاً لعناوين طبقة وصلة البيانات، التي توجد عادة ضمن نطاق عنونة ثابت، فإن عناوين طبقة الشبكة تكون هرمية. بمعنى آخر، هي كالعناوين البريدية التي تشرح مكان الشخص بتحديدها بلداً وولاية ?رمزاً بريدياً ومدينة وشارعاً وعنوان منزل واسم. أحد الأمثلة ?ن عنوان ثابت هو رقم الضمان الاجتماعي الأميركي. كل شخص له رقم ضمان اجتماعي مميز، ويستطيع الأشخاص التنقّل في أرجاء البلاد والحصول على عناوين منطقية جديدة بناءً على مدينتهم أو شارعهم أو رمزهم البريدي، لكن أرقام ضمانهم الاجتماعي تبقى كما هي.
5-2-1 عنونة MAC
لكي تتشارك عدة محطات بنفس الوسائط وتستمر في التعرّف على بعضها البعض، فإن طبقات MAC الفرعية تحدد عناوين لأجهزة أو وصلات بيانات تدعى عناوين MAC. كل واجهة شبكة مناطق محلية لها عنوان MAC مميز. في معظم بطاقات الشبكات (NIC)? يتم تثبيت العنوان MAC في الذاكرة ROM. وعندما يتم تهيئة بطاقة الشبكة، يُنسَخ هذا العنوان إلى الذاكرة RAM.
قبل أن تتمكن الأجهزة الموصولة مباشرة على نفس شبكة المناطق المحلية من أن تتبادل أطر بيانات، يجب على الجهاز المُرسِل أن يملك العنوان MAC الخاص ?الجهاز المستقبل. أحد الطرق التي يستطيع بها المرسل أن يتحقّق من العنوان MAC هو استخدام ARP (بروتوكول ترجمة العناوين). ويوضح الرسم طريقتين يتم فيهما استخدام ARP مثال TCP/IP،، لاكتشاف عنوان MAC.
في المثال الأول، المضيف Y والمضيف Z موجودان في نفس شبكة المناطق المحلية. المضيف Y يبث طلب ARP إلى شبكة المناطق المحلية بحثاً عن المضيف Z. لأن المضيف Y قد أرسل بثاً فإن كل الأجهزة بما في ذلك المضيف Z ستنظر إلى الطلب؛ لكن فقط المضيف Z سيجيب مع عنوانه MAC. يتلقى المضيف Y رد المضيف Z ويحفظ العنوان MAC في الذاكرة المحلية، المسماة في أغلب الأحيان مخبأ ARP. وفي المرة المقبلة التي يحتاج فيها المضيف Y إلى الاتصال ?المضيف Z مباشرة فإنه يستعمل العنوان MAC المخزَّن.
في المثال الثاني، المضيف Y والمضيف Z موجودان في شبكات مناطقية محلية مختلفة، لكن يمكنهما الوصول إلى بعضهما البعض من خلال الموجّه A. عندما يبث المضيف Y طلب ARP، يحدّد الموجّه A أن المضيف Z لا يمكنه أن يتعرّف على الطلب لأن الموجّه A يجد أن العنوان IP للمضيف Z هو لشبكة مناطق محلية مختلفة. لأن الموجّه A يحدّد أيضاً أن أي رزم للمضيف Z يجب ترحيلها، يزوّد الموجّه A عنوانه MAC الخاص كوكيل رد على الطلب ARP. يتلقى المضيف Y جواب الموجّه A ويحفظ العنوان MAC في ذاكرة مخبأه ARP. المرة المقبلة التي يحتاج فيها المضيف Y إلى الاتصال بالمضيف Z فإنه يستعمل العنوان MAC المخزَّن التابع ?لموجّه A.

[baselnagar]

الجزء الثاني
وبه نكون قد أكملنا الفصل الأول

عنونة TCP/IP
1-3-1 بيئة TCP/IP
في بيئة TCP/IP، تتصل المحطات النهائية ?الملقمات أو بمحطات نهائية أخرى. وهذا يمكن أن يحدث لأن كل نقطة تستعمل طقم البروتوكولات TCP/IP لها عنوان منطقي من 32 بت. وهذا العنوان يُسمى عنوان IP. كل شركة أو مؤسسة موصولة بشبكة بينية تُعتبر كشبكة مميزة واحدة يجب أن يتم الوصول إليها قبل أن يمكن الاتصال بمضيف فردي ضمن تلك الشركة. وكل شركة لها عنوان شبكة، والمرتبطين بتلك الشبكة يتشاركون في نفس عنوان الشبكة، ولكن يتم التعرّف على كل مضيف بواسطة عنوان المضيف على الشبكة.
1-3-2 الشبكات الفرعية
تحسّن الشبكات الفرعية فعالية عنونة الشبكة. وإضافة شبكات فرعية لا يغيّر كيف سيرى العالم الخارجي الشبكة، لكن ستصبح هناك بنية إضافية ضمن المؤسسة. في الشكل(1)? الشبكة 172.16.0.0 مقسّمة فرعياً إلى أربع شبكات فرعية: 172.16.1.0 و 172.16.2.0 و 172.16.3.0 و 172.16.4.0. تحدّد الموجّهات الشبكة المقصودة باستعمال عنوان الشبكة الفرعية، مما يحدّ من كمية حركة المرور على بقية أجزاء الشبكة.
من وجهة نظر العنونة، الشبكات الفرعية هي ملحق لرقم شبكة. يحدّد مسئولوا الشبكة حجم الشبكات الفرعية بناءً على التوسيع الذي ?حتاج إليه مؤسساتهم. تستعمل أجهزة الشبكة أقنعة الشبكات الفرعية لتحديد أي جزء من العنوان هو للشبكة وأي جزء يمثّل عنوان المضيفين.
مثال عن إنشاء شبكات فرعية من الفئة C.
في الشكل(3)، تم إعطاء الشبكة عنوان الفئة C التالي: 201.222.5.0. بافتراض أن هناك حاجة لـ20 شبكة فرعية، مع 5 مضيفين على الأكثر في كل شبكة فرعية، لذلك ?تحتاج إلى تقسيم الثُمانيَّة (octet) الأخيرة إلى شبكة فرعية ومضيف، ثم تحديد ما سيكون عليه قناع (mask) الشبكة الفرعية. تحتاج إلى انتقاء حجم حقل شبكة فرعية يؤدي إلى نشوء شبكات فرعية كافية. في هذا المثال، انتقاء 5 بتات يعطيك 20 شبكة فرعية.
في المثال، عناوين الشبكات الفرعية هي كلها مُضاعَفات للرقم 8 - 201.222.5.16 و 201.222.5.32 و 201.222.5.48. البتات المتبقية في الثُمانيَّة الأخيرة محجوزة لحقل المضيف. البتات الثلاثة في المثال كافية للمضيفين الخمس المطلوبين في كل شبكة فرعية (في الواقع، تعطيك أرقام للمضيفين من 1 إلى 6). عناوين المضيفين الأخيرة هي تركيبة من عنوان البداية لقسم الشبكة/الشبكة الفرعية زائد قيمة كل مضيف. المضيفين على الشبكة الفرعية 201.222.5.16 سيحصلون على العناوين 201.222.5.17 و 201.222.5.18 و 201.222.5.19، الخ.
إن رقم المضيف (0) محجوز لعنوان السلك (أو الشبكة الفرعية)، ورقم ?لمضيف المؤلف كله من آحاد محجوز لأنه ينتقي كل المضيفين الذين ينيئون - بمعنى آخر، إنه بث. تبيّن الصفحة التالية جدولاً مستعملاً لمثال التخطيط للشبكة الفرعية. أيضاً، هناك مثال توجيه يبيّن دمج عنوان IP قادم مع قناع شبكة فرعية لاستنتاج عنوان الشبكة الفرعية (يسمى أيضاً رقم الشبكة الفرعية). عنوان الشبكة الفرعية المستخرَج يجب أن يكون نموذجياً للشبكات الفرعية المولَّدة خلال تمرين التخطيط هذا.
مثال عن التخطيط لإنشاء شبكات فرعية المثال من الفئة B
في الشكل، يتم تقسيم شبكة من الفئة B إلى شبكات فرعية لتزويد ما يصل إلى 254 شبكة فرعية و254 عنوان مضيف قابلة للاستعمال.


مثال عن التخطيط لإنشاء شبكات فرعية المثال من الفئة C
في الشكل، يتم تقسيم شبكة من الفئة C إلى شبكات فرعية لتزويد 6 عناوين مضيفين و30 شبكة فرعية قابلة للاستعمال.
1-4 طبقات المضيفين (الطبقات الأربع العليا في الطراز OSI)
1-4-1 طبقات التطبيقات والعرض
طبقة التطبيقات: تدعم طبقة التطبيقات (الطبقة 7) في سياق الطراز OSI المرجعي، مكوّن الاتصال في أي تطبيق. إنها لا تقدم خدمات لأي طبقة OSI أخرى. لكنها تقدم خدمات لعمليات التطبيق الموجود خارج نطاق الطراز OSI (مثلاً، برامج الصفحات الإلكترونية، التلنت، WWW، الخ). بإمكان أن يعمل كلياً باستعمال فقط المعلومات التي تتواجد في حاسبه. لكن قد يملك تطبيق آخر حيث يمكن ?مكوّن الاتصال أن يتصل بواحد أو أكثر من التطبيقات الشبكية. وهناك عدة أنواع مذكورة في العمود الأيمن للشكل (1).
إن مثالاً عن هكذا تطبيقي قد يتضمن معالج نصوص يمكنه أن يتضمن مكوّن إرسال ملفات يتيح إرسال مستند إلكترونياً عبر شبكة. ومكوّن إرسال الملفات يؤهّل معالج النصوص كتطبيق في السياق OSI، وبالتالي ينتمي إلى الطبقة 7 للطراز OSI المرجعي. مثال آخر عن تطبيق حاسوبي فيه مكوّنات إرسال بيانات هو مستعرض وب كنتسكايب نافيغيتر وإنترنت اكسبلورر. حيث تُرسَل الصفحات إلى حاسوبك كلما زرت موقع وب.

[baselnagar]

طبقة العرض: (الطبقة 6) في الطراز OSI المرجعي مسؤولة عن تقديم البيانات بشكل يمكن أن يفهمه جهاز التلقي. إنها تلعب دور المترجِم - أحياناً بين تنسيقات مختلفة - للأجهزة التي تحتاج إلى الاتصال ببعضها عبر شبكة، بتقديم تنسيق وتحويل للشفرة. تنسق طبقة العرض (الطبقة 6) وتحوّل بيانات برامج الشبكة إلى نصوص أو رسوم أو فيديو أو ?صوات أو أي تنسيق ضروري لكي يفهمها جهاز التلقي.
لا تهتم طبقة العرض بتنسيق وتمثيل البيانات فقط، بل ?أيضاً ببنية البيانات التي ?ستعملها البرامج. تنظم الطبقة 6 البيانات للطبقة 7.
لفهم كيف يجري هذا، تخيّل أن لديك نظامين. أحدهما يستعمل EBCDIC والآخر ASCIT لتمثيل البيانات. عندما يحتاج النظامان إلى الاتصال، تقوم الطبقة (6) بتحويل وترجمة التنسيقين المختلفين.
وهناك وظيفة أخرى للطبقة 6 هي تشفير البيانات. ويُستعمل التشفير عندما تكون هناك حاجة لحماية المعلومات المرسَلة من المتلقيين غير المرخّص لهم. ولتحقيق هذه المهمة، يجب على العمليات والشفرات الموجودة في الطبقة 6 أن تحوّل البيانات. تضغط النصوص الموجودة في طبقة العرض وتحوّل الصور الرسومية إلى تدفّقات من البتات لكي يمكن إرسالها عبر الشبكة.
تحدد المواصفات القياسية للطبقة 6 كيف يتم تقديم الصور. فيما يلي بعض الأمثلة:
* PICT -- تنسيق صور مستعمل لإرسال رسوم Quick Draw بين برامج الماكنتوش أو PowerPC
* TIFF -- تنسيق مستعمل للصور النقطية المرتفعة الدقة
* JPEG -- من مجموعة الخبراء الفوتوغرافيين، مستعمل للصور ذات النوعية الفوتوغرافية
تحدد المواصفات القياسية الأخرى للطبقة 6 طريقة تقديم الأصوات والأفلام. وتتضمن المواصفات القياسية التالية:
* MIDI -- الواجهة الرقمية للآلات الموسيقية للموسيقى الرقمية.
* MPEG -- المواصفات القياسية من مجموعة خبراء الأفلام السينمائية لضغط وكتابة شفرة أفلام الفيديو للأقراص المضغوطة، وللتخزين الرقمي، وسرعات البتات إلى 1.5 ميغابت بالثانية
* QuickTime -- مواصفات قياسية ?عالج الأصوات والفيديو لبرامج الماكنتوش وPowerPC
طبقة الجلسة: (الطبقة 5)
تنشئ وتدير وتنهي الجلسات بين التطبيقات. إنها تنسّق بين طلبات الخدمات والأجوبة التي تحدث عندما تُنشئ التطبيقات اتصالات بين مضيفين مختلفين.
1-4-2 طبقة الإرسال
طبقة الإرسال (الطبقة 4) مسؤولة عن إرسال وتنظيم انسياب المعلومات من المصدر إلى الوجهة بشكل موثوق به وبدقة. وتتضمن ?ظائفها:
* مزامنة الاتصال
* التحكم بالانسياب
* الاستعادة من الخطأ
* الموثوقة من خلال النوافذ
تمكن طبقة الإرسال (الطبقة 4) جهاز المستخدم من تجزئ عدة تطبيقات تابعة لطبقة أعلى لوضعها على نفس دفق بيانات الطبقة 4، وتمكّن جهاز التلقي من إعادة تجميع أقسام تطبيق الطبقة الأعلى. دفق بيانات الطبقة 4 هو اتصال منطقي بين نقاط النهاية في الشبكة، ويقدم خدمات إرسال من مضيف إلى وجهة معينة تسمى هذه الخدمة أحياناً خدمة طرف لطرف.
عندما ترسل طبقة الإرسال أقسام بياناتها فإنها ?ضمن أيضاً تكاملية البيانات. وهذا الإرسال هو علاقة اتصالية المنحى بين الأنظمة المتصلة. بعض الأسباب لإنجاز إرسال موثوق فيما يلي:
* إنها ?ضمن أن المرسلين يتلقون إشعاراً بالأقسام المسلَّمة.
* إنها تهتم بإعادة إرسال أي أقسام لم يتم تلقي إشعاراً بها.
* إنها تعيد ?ضع الأقسام في تسلسلها الصحيح في الجهاز الوجهة.
* إنها تقدم تجنّباً للازدحام وتحكماً.
إحدى المشاكل التي يمكن أن تحدث خلال إرسال البيانات هي جعل الذاكرة المؤقته (Buffers) تفيض في أجهزة التلقي. ويمكن أن يسبّب الفيضان حدوث مشاكل خطيرة تؤدي إلى خسارة البيانات. تستعمل طبقة الإرسال طريقة تدعى تحكماً بالانسياب لحل هذه المشكلة.
1-4-3 وظائف طبقة الإرسال
تنفّذ كل طبقة من طبقات المستوى الأعلى وظائف خاصة العرض بها. لكن وظائفها تعتمد على خدمات الطبقات الأدنى. كل الطبقات العليا الأربع - البرامج (الطبقة 7) العرض (الطبقة 6) والجلسة (الطبقة 5) والإرسال (الطبقة 4) - يمكنها أن تغلّف البيانات في أقسام.
تفترض طبقة الإرسال أنه يمكنها استعمال الشبكة كغيمة لإرسال رزم البيانات من المصدر إلى الوجهة. إذا فحصت العمليات التي تجري داخل الغيمة، يمكنك رؤية أن ?حدى الوظائف تستلزم انتقاء أفضل المسارات لمسلك معين. ستبدأ برؤية الدور الذي تنفّذه الموجّهات في هذه العملية.
تجزئة تطبيقات الطبقة العليا:
أحد الأسباب لاستعمال طراز متعدد الطبقات كالطراز OSI المرجعي هو أن عدة تطبيقات يمكنها التشارك بنفس اتصال الإرسال. تتحقق وظائفية الإرسال قسماً تلو القسم. وهذا يعني أن أقسام البيانات المختلفة من تطبيقات مختلفة، سواء تم إرسالها إلى نفس الوجهة أو إلى عدة وجهات، سيتم إرسالها على أساس "القادم أولاً هو المُلبى أولاً".
ولفهم كيف يعمل هذا، تخيّل أنك ترسل رسالة بريد إلكتروني وتنقل ملفاً (FTP) إلى جهاز آخر في شبكة. عندما ترسل رسالة بريدك الإلكتروني، فقبل أن يبدأ الإرسال الفعلي، يقوم برنامج في حاسبك ?ضبط رقم المنفذ SMTP (البريد الإلكتروني) ورقم منفذ البرنامج البادئ. وعند قيام كل تطبيق بإرسال قسم دفق بيانات فإنه يستعمل رقم المنفذ المعرَّف سابقاً. وعندما يتلقى الجهاز الوجهة دفق البيانات، سيفصل الأقسام ويفرزها لكي تتمكن طبقة الإرسال من ?مرير البيانات صعوداً إلى التطبيق الوجهة المطابق ?الصحيح.
ينشئ TCP اتصالاً:
لكي يبدأ إرسال البيانات، يجب على مستخدم واحد لطبقة الإرسال أن ينشئ جلسة اتصالية المنحى مع النظام النظير له(4). ثم، يجب على التطبيق المُرسل ?المتلقي إبلاغ نظامي تشغيلهما بأن اتصالاً سيبدأ. في المفهوم، حين يتصل جهاز واحد بجهاز آخر يجب أن يقبله ذلك الجهاز الآخر. وتتصل ?حدات البروتوكولات المبرمجة في نظامي التشغيل ببعضهما عن طريق إرسال رسائل عبر الشبكة للتحقق من أن الإرسال مرخّص له وأن الجهتين جاهزين. بعد حدوث كل المزامنة، ينشأ اتصال ويبدأ إرسال البيانات. وخلال الإرسال، يتابع الجهازان الاتصال ببروتوكوليهما ليتحققا من أنهما يتلقيان البيانات بشكل صحيح.
يبيّن الرسم اتصالاً نموذجياً بين أنظمة إرسال وتلقي. المصافحة الأولى (hard shake)?طلب المزامنة. والمصافحة الثانية والثالثة تقرّ طلب المزامنة الأساسي، وتزامن مقاييس الاتصال في الاتجاه المعاكس. ترسل المصافحة الأخيرة إشعاراً إلى الوجهة بأن الجهتين توافقان على أن اتصالاً قد نشأ. ثم يبدأ إرسال البيانات حالما ينشأ الاتصال.
يرسل TCP البيانات مع تحكم بالانسياب:
أثناء إرسال البيانات، يمكن أن يحدث ازدحام لسببين مختلفين. أولاً حاسب مرتفع السرعة قد يولّد حركة المرور بشكل أسرع مما تستطيع الشبكة إرسالها. ثانياً، إذا قامت عدة حاسبات بإرسال وحدات بيانات في الوقت نفسه إلى وجهة واحدة، ويمكن أن تعاني تلك الوجهة من ازدحام. عندما تصل وحدات البيانات بسرعة أكبر مما يستطيع المضيف أو العبّارة معالجتها، سيتم تخزينها في الذاكرة مؤقتاً. وإذا استمرت حركة المرور هذه، فستخور قوى ذاكرة المضيف أو العبّارة في نهاية المطاف وستتخلص أي وحدات بيانات إضافية تصل.
وبدلاً من السماح للبيانات بأن تضيع، تستطيع وظيفة الإرسال إصدار أمر "لست جاهزا ?" إلى المرسل. يتصرف ذلك الأمر كعلامة توقف ويشير إلى المرسل بإيقاف إرسال البيانات. عندما يصبح المتلقي قادراً من جديد على قبول مزيد من البيانات، سيرسل أمر "جاهز"، الذي هو كإشارة للبدء. عندما يتلقى الجهاز المُرسل هذا المؤشر، سيستأنف إرسال الأقسام.
يحقّق TCP الموثوقية بواسطة النوافذ:
يعني إرسال البيانات الاتصالي المنحى الموثوق به أن رزم البيانات تصل في نفس الترتيب الذي تم إرسالها به. يفشل البروتوكولات إذا ضاعت أي رزمة بيانات أو ?شوّهت أو تكررت أو تم تلقيها في الترتيب الخطأ. من أجل ضمان وموثوقية الإرسال، يجب أن تشير أجهزة التلقي بأنها تلقت كل جزء من بيانات.

[baselnagar]

إذا كان يجب على الجهاز المُرسِل أن ينتظر استلامه إشعاراً بعد إرسال كل قسم، فمن السهل تخيّل كم يمكن أن تكون عملية الإرسال بطيئة. لكن لأن هناك فترة من الوقت غير المستعمل متوفرة بعد إرسال كل رزمة بيانات وقبل معالجة أي إشعار متلقي، يمكن استعمال هذا الفاصل الزمني لإرسال مزيد من البيانات. عدد رُزم البيانات التي يُسمح ?لمرسل بإرسالها من دون تلقي إشعار يُسمى نافذة.
النوافذ هي اتفاقية بين المرسل والمتلقي. وهي طريقة للتحكم بكمية المعلومات التي يمكن تبادلها بين الأطراف. تقيس بعض البروتوكولات المعلومات على أساس عدد الرزم؛ يقيس TCP/IP المعلومات على أساس عدد البايتات. تبين الأمثلة في الشكل(4) ?بيّن محطات العمل لمرسل ومتلقي. أحدهما له حجم نافذة تساوي 1، والآخر له حجم نافذة يساوي 3. مع حجم نافذة من 1، يجب أن ينتظر المرسل وصول إشعار لكل رزمة بيانات مرسَلة. ومع حجم نافذة من 3، يستطيع المرسل إرسال ثلاث رزم بيانات قبل أن يتوقع قدوم الإشعار.
أسلوب TCP بتبادل الإشعارات:
يكفل التسليم الموثوق به بأن دفق البيانات المُرسَلة من جهاز سيتم توصيله من خلال وصلة بيانات إلى جهاز آخر من دون حصول تكرار أو خسارة في البيانات. ويكفل الاشعار الإيجابي مع البحث توصيلاً موثوقاً به لتدفق البيانات. إنه ?تطلب أن يرسل المستلم رسالة إشعار إلى المرسل كلما تلقى بيانات. يحتفظ المرسل ?سجل عن كل رزمة بيانات أرسلها ثم ينتظر الإشعار قبل إرساله رزمة البيانات التالية. كما أن المرسل يبدأ بتشغيل عدّاد وقت كلما أرسل جزء، ويعيد إرسال الجزء إذا انتهت صلاحية عدّاد الوقت قبل وصول الإشعار.
يبيّن الشكل (5) مرسلاً يرسل رزم بيانات 1 و2 و3. يقرّ المتلقي باستلام الرزم عن طريق طلبه الرزمة 4? يرسل المرسل، عند تلقيه الإشعار، الرزم 4 و5 و6. إذا لم تصل الرزمة 5 إلى الوجهة، يقرّ المتلقي بذلك عن طريق طلبه إعادة إرسال الرزمة 5. يعيد المرسل إرسال الرزمة 5 وينتظر الإشعار قبل إرساله الرزمة 7.
تلخيص:
الآن وقد أكملت الفصل 1، يجب أن يكون قد أصبح لديك فهم بالأمور التالية:
* وظائف طبقات الطراز OSI.
* المتناظرة (بين نظير ونظير).
* الخطوات الخمس لتغليف البيانات.
* أجهزة وتقنيات شبكة المناطق المحلية.
* المواصفات القياسية للإيثرنت وIEEE 802.3.
* تحسّس الحامل للوصول المتعدد واكتشاف التصادم.
* العنونة (IP) المنطقية.
* عنونة MAC.
* عنونة TCP/IP.
* الشبكات الفرعية.
* طبقات التطبيقات العلرض والجلسات.
* وظائف طبقة الإرسال