توپولوجيات الشبكة والمعدات.
| English | العربية |
|---|---|
| collision/kəˈlɪʒn/ | اصطدام |
| topology/təˈpɒlədʒi/ | الطوبولوجيا |
| bus/bʌs/ | نمط سعفي (bus) |
| bandwidth/ˈbændwɪdθ/ | نطاق التردد |
| star/stɑː/ | نمط نجمي (star) |
| switch/swɪtʃ/ | مفتاح |
| mesh/meʃ/ | شبكة متصلة (mesh) |
| fault-tolerant/fɒlt ˈtɒlərənt/ | تحمل الأعطال |
| packet/ˈpækɪt/ | حزمة بيانات |
| network interface card/ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | بطاقة واجهة الشبكة |
| MAC address/mæk əˈdres/ | عنوان MAC |
| wireless network interface card/ˈwaɪələs ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ | بطاقة واجهة شبكة لاسلكية |
| hub/hʌb/ | مركز توزيع |
| wireless access point/ˈwaɪələs ˈækses pɔɪnt/ | نقطة وصول لاسلكية (wireless access point) |
| bridge/brɪdʒ/ | جسر (bridge) |
| repeater/rɪˈpiːtə/ | مُعيد الإشارة (repeater) |
| router/ˈruːtə/ | موجه |
| IP address/ˌaɪ ˈpiː əˈdres/ | عنوان IP |
| routing table/ˈraʊtɪŋ ˈteɪbl/ | جدول التوجيه |
| packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | التبديل بالحزم |
| network address translation/ˈnetwɜːk əˈdres trænˈsleɪʃn/ | ترجمة عناوين الشبكة |
| DHCP/ˌdiː eɪtʃ siː ˈpiː/ | DHCP |
| firewall/ˈfaɪəwɔːl/ | جدار حماية |
| full-duplex/fʊl ˈdjuːpleks/ | ثنائي الاتجاه الكامل |
| CSMA/CD/ˌsiː es em ˈeɪ ˌsiː ˈdiː/ | CSMA/CD |
الكابل الذي كان خطاً مشتركاً
- أول إيثرنت، عام 1973، كان كابل محوري واحداً يمتد في مبنى أبحاث شوكس. كل حاسوب يتصل بنفس السلك ويصيح عليه.
- إذا صاح اثنان في آنٍ واحد، تفسد كلا الرسائل، لذلك استعار المصممون قاعدة من المحادثة المهذبة: استمع أولاً، وإذا حدث تصادم، توقف، انتظر لحظة عشوائية، وحاول مجدداً.
- هذه القاعدة لا تزال في المنهج الدراسي، حتى أن الشبكات الحديثة ترتب كابلاتها بحيث لا يمكن حدوث تصادمات على الإطلاق.
- دروسنا تتناول شكل الشبكة، والمربعات التي تجعلها تعمل، وقواعد الإيثرنت لمشاركة السلك.
الطوبولوجيات الأربع
- طوبولوجيا الشبكة هي كيفية ترتيب عقدها وروابطها.
- الناشر (Bus): كل جهاز على كابل مشترك واحد مع مُختَمِر في كل طرف. رخيص، لكن إذا تعطل الكابل تفشل الشبكة المحلية بالكامل، وتنخفض الأداء كلما شارك المزيد من الأجهزة في النطاق الترددي.
- النجم (Star): كل جهاز على كابل خاص به يتصل بمحول مركزي. كابل معطل يؤثر على جهاز واحد فقط؛ تحول معطل يُوقف كل شيء. الأكثر شيوعاً في شبكات LAN اليوم.
- الشبكة المتصلة (Mesh): كل جهاز مرتبط مباشرة بالآخرين، لذا توجد طرق عديدة وتحوّل حركة المرور حول العطل. مقاومة للأعطال جداً، لكنها تتطلب الكثير من الكابلات. الهجين يجمع بينها: نجمة في كل مكتب، روابط متصلة بين المكاتب.
ناشر، نجم، ومتصلة: كابل واحد، مركز واحد، أو طرق متعددة
قارن بين توپولوجيات الشبكة.
تصفح التوپولوجيات الأربع. كل منها يتنازل عن التكلفة والسرعة وكيفية بقائه عند حدوث عطل — لاحظ ما الذي يعطل الشبكة بأكملها في كل حالة.
طابق كل توپولوجيا مع ميزتها المميزة.
النمط السعفي يشارك كابلًا واحدًا، والنمط النجمي يستخدم مفتاحًا مركزيًا، والشبكة المتصلة لها مسارات عديدة، والهجين يدمجها.
في التوپولوجيا النجمية، ماذا يحدث إذا فشل كابل أحد الأجهزة؟
لكل جهاز رابط خاص به إلى المفتاح المركزي، لذا فإن فشل كابل واحد يؤثر فقط على ذلك الجهاز. (إذا فشل المفتاح، تتعطل جميع الأجهزة.)
كيف يسافر الحزمة في كل طوبولوجيا
- الناشر: يرسل المرسل الحزمة على الكابل المشترك؛ يرى كل جهازها، ويقبلها فقط الجهاز الذي يطابق عنوانه. إرسال واحد في الوقت، لذا تحدث تصادمات.
- النجم: يمرر المرسل الحزمة للمحول، الذي يقرأ عنوان الوجهة ويعيد توجيهها فقط عبر الكابل نحو ذلك الجهاز. يمكن لأزواج أخرى التحدث في نفس الوقت.
- الشبكة المتصلة: يتم إعادة توجيه الحزمة من عقدة إلى أخرى عبر أحد الطرق المتاحة؛ إذا انقطع رابط، يُستخدم طريق آخر.
في التوپولوجيا النجمية، كيف ينتقل حزمة البيانات من PC A إلى PC B؟
يقرأ المفتاح عنوان MAC الوجه ويعيد توجيهه إلى منفذ واحد، ولهذا يمكن لأزواج أخرى التحدث في نفس الوقت.
مثال محلول: تبرير اختيار طوبولوجيا
- غرفة حاسوب في مدرسة بها ثلاثين حاسوباً. النجم: كابل معطل يؤثر على حاسوب واحد؛ إضافة حاسوب جديد تتطلب كابلًا إضافيًا للمحول؛ المحول يعني عدم حدوث تصادمات.
- أنظمة مستشفية حرجة. الشبكة المتصلة: عطل في رابط ما يُحوَّل حوله، sehingga لا يعيق الفشل المفرد حركة البيانات.
- رابط مؤقت بين ثلاثة أجهزة حيث التكلفة هي الأولوية القصوى. الناشر: كابل واحد ولا يوجد محول.
- "ارسم طوبولوجيا النجم" تعني وضع محول في المنتصف وخط واحد منه لكل جهاز: ليس حلقة، ولا سلسلة.
طابق كل موقف مع التوپولوجيا المناسبة له.
النمط النجمي يعزل عطل الكابل، والشبكة المتصلة تعيد التوجيه حول أي عطل، والنمط السعفي هو كابل واحد ولا شيء آخر.
عتاد الشبكة المحلية
- بطاقة واجهة الشبكة (NIC) تسمح للجهاز بالإرسال والاستقبال على الشبكة وتحمل عنوان MAC الفريد الخاص بها المكون من 48 بت. الجهاز اللاسلكي يستخدم بطاقة واجهة شبكة لاسلكية (WNIC).
- المحول (Switch) يعيد توجيه كل إطار فقط إلى المنفذ الخاص بعنوان MAC للوجهة؛ الموزع (Hub) العتيق ينسخ كل إطار إلى كل منفذ. نقطة الوصول اللاسلكية (WAP) تسمح للعملاء اللاسلكيين بالانضمام إلى الشبكة المحلية السلكية.
- الخادم (Server) يوفر خدمة للآخرين؛ الجسر (Bridge) يربط جزأين من الشبكة المحلية في شبكة واحدة؛ المكرر (Repeater) يستقبل إشارة ضعيفة ويعيد بثها بكامل قوتها لتمديد مدى الكابل.
المحول في مركز النجمة
المحول يقرأ عنوان MAC للوجهة ويعيد التوجيه لمنفذ واحد
العنوان الفريد الثابت المكون من 48 بت لعنوان عتاد NIC يسمى عنوانه ______.
تم حرق عنوان MAC في بطاقة واجهة الشبكة. (DHCP يمنح عناوين IP، والتي يمكن أن تتغير.)
كيف يختلف المفتاح عن المجمع (Hub)؟
يرسل المفتاح كل إطار فقط عبر منفذ الوجه (فعال، أكثر أمانًا). كان المجمع ينسخ إلى جميع المنافذ. التوجيه بواسطة IP هو مهمة المسار (Router).
المفتاح أذكى من المجمع لأنه يرسل كل إطار فقط إلى منفذ الوجه، وليس إلى كل منفذ.
هذا يجعل الشبكة ذات المفاتيح أسرع وأكثر أمانًا من القديمة القائمة على المجمعات.
أي الأجهزة تمد أو تربط الوصول الفيزيائي لشبكة LAN؟ حدد كل ما ينطبق.
مُعيد الإشارة يطيل امتداد الكابل، والجسر يربط جزأين، ونقطة الوصول اللاسلكية تضيف عملاء لاسلكيين. NIC موجود داخل جهاز واحد.
مثال محلول: وصف وظائف بطاقة WNIC
- إجابة رباعية الدرجات، نقطة واحدة لكل سطر.
- تحوّل بيانات الجهاز إلى موجات راديوية وتحوّل موجات الراديو الواردة مرة أخرى إلى بيانات.
- تحمل عنوان MAC الفريد للجهاز، بحيث يمكن توجيه الإطارات إليه.
- تربط الجهاز بنقطة وصول لاسلكية وتتبع البروتوكول اللاسلكي، باستخدام القناة والتردد المتفق عليهما.
يحول WNIC بيانات الجهاز إلى إشارات ____ وعكس ذلك.
التحويل الراديوي، وعنوان MAC، والاتصال بنقطة الوصول واتباع البروتوكول اللاسلكي هي الوظائف الأربع التي يسرد الامتحان.
الموجه (Router)
- الموجه يربط شبكات مختلفة ويعيد توجيه البيانات بينها، عادة عند الحدود بين الشبكة المحلية والإنترنت.
- يقرأ عنوان IP لوجهة كل حزمة بيانات ويحولها عبر المنفذ المناسب باستخدام جدول التوجيه. هذا هو التبديل بالحزم: قد تسلك حزم الرسالة الواحدة مسارات مختلفة وتُعاد تجميعها بالتر الصحيح في وجهة الوصول.
- يقوم راوت المنزل أيضًا بـ تحويل عناوين الشبكة (NAT)، مما يسمح للعديد من العناوين الخاصة بمشاركة عنوان عام واحد؛ ويشغل بروتوكول DHCP لتوزيع العناوين الخاصة؛ ويعمل كـ جدار حماية ضد حركة المرور الوارد غير المرغوب فيها.
المبدل يعمل مع عناوين MAC داخل الشبكة المحلية؛ والراوتر يعمل مع عناوين IP بين الشبكات
الوظيفة الرئيسية للمسار (router) هي:
يربط المسار الشبكات (مثلاً LAN بالإنترنت) ويعيد توجيه الحزم باستخدام عنوان الوجه IP وجدول التوجيه.
إيثرنت
- الإيثرنت هو المعيار للشبكات المحلية السلكية: تُربط الأجهزة بكابل مزدوج ملتوي أو ألياف ضوئية، وتُرسل البيانات في إطارات تحمل عناوين MAC للمصدر والوجهة.
- على وسط مشترك، يمكن لجهازين الإرسال في آن واحد، وتتلف إشارتاهما بعضهما البعض: يحدث تصادم.
- يستخدم الإيثرنت المبدل الحديث روابط نقطة إلى نقطة ذات ثنائية الاتجاه الكاملة بين كل جهاز والمبدل، لذا لم يعد التصادم يحدث، لكن لا يزال يتم دراسة البروتوكول الخاص بالتعامل معه.
CSMA/CD
- CSMA/CD هي اختصار لـ الاستشعار الحامل للإمكانات المتعددة مع اكتشاف التصادم.
- الاستشعار الحامل: استمع قبل الإرسال، وانتظر إذا كان الكابل مشغولاً. الإمكانات المتعددة: تتشارك العديد من الأجهزة الوسط المشترك.
- اكتشاف التصادم: استمر في الاستماع أثناء الإرسال. عند حدوث تصادم، توقف، وأرسل إشارة تشويش قصيرة ليعرف كل جهاز ذلك، ثم انتظر فترة تأخير عشوائي، وحاول مرة أخرى. الانتظار العشوائي هو ما يمنع نفس الجهازين من التصادم مجدداً.
استمع، أرسل، اكتشف، شوش، تأخر، أعد المحاولة
رتب خطوات CSMA/CD لجهاز يرغب في الإرسال على كابل مشترك.
استشعار الناقل → إرسال → كشف تصادم → تشويش → تأخير عشوائي. توقف الانتظار العشوائي يمنع كلا الجهازين من التصادم مرة أخرى فور المحاولة.
مثال محلول: مهام CSMA/CD الثلاث
- صف كيف يرسل جهاز على إيثرنت مشترك البيانات ويتعامل مع التصادم. [3]
- يستمع الجهاز إلى الكابل، ويستشعر الحمل، ويرسل فقط عندما يكون الكابل خالياً.
- يستمر في التحقق من وجود تصادم أثناء إرساله للبيانات.
- عند حدوث تصادم، يتوقف، ويرسل إشارة تشويش، وينتظر وقتاً عشوائياً ثم يعيد الإرسال. ثلاث مهام، ثلاث درجات، بنفس الترتيب.
بعد التصادم، يجعل CSMA/CD كلا الجهازين ينتظران نفس الوقت الثابت قبل إعادة الإرسال.
التأخير عشوائي. إذا انتظر كلاهما نفس الوقت، سيتصادمان مجددًا لحظة المحاولة.
علامات ضائعة
- المبدل يحول حسب عنوان MAC داخل شبكة واحدة؛ والراوتر يحول حسب عنوان IP بين شبكات. تبديلهم يفقد الدرجة في كلا الحالتين.
- في البنية النجمية، يُعد المبدل نقطة الفشل الوحيدة، وليس الكابلات.
- وقت التأخير هو عشوائي. لو كان ثابتاً، لتصادم نفس الجهازين مراراً وتكراراً.
- الهب (Hub) ليس مبدلاً: فهو يرسل كل إطار إلى كل منفذ، ولهذا أصبح قديماً.
لقد فهمت الأمر
- الحافلة: كابل مشترك واحد · النجم: مبدل واحد، الأكثر شيوعاً · الشبكة المتداخلة: مسارات متعددة، مقاومة للأعطال · الهجين: مزيج؛ برر بتكلفة الموثوقية وكيفية انتشار العطل
- بطاقة الشبكة/WNIC تحمل عنوان MAC المكون من 48 بت؛ والمبدل يحول الإطار إلى منفذ واحد؛ ونقطة الوصول اللاسلكية، والخادم، والموصل، والمكرر لكل منها وظيفة واحدة
- الـ راوتر يربط الشبكات ويحوّل الحزم حسب عنوان IP باستخدام جدول توجيه، بالإضافة إلى NAT وDHCP وجدار الحماية
- CSMA/CD: استمع، أرسل وأنت تستمع، وفي حالة التصادم شوش وانتظر تأخراً عشوائياً؛ والإيثرنت المبدل ذو الثنائية الاتجاه الكاملة لا يحتوي على تصادمات