الفصل الثاني

أساسيات تصميم الشبكات

التصميمات الأساسية للشبكات Standard Network Topologies

تشير إلي الكيفية التي يتم بها توصيل أجهزة الكمبيوتر والأسلاك والمكونات الأخرى لتكوين شبكة. المصطلح Topology يطلق عليه أيضاً Physical Layout أو Design، ويؤثر اختيار تصميم ما للشبكة دون آخر على الأمور التالية :

·        نوع المعدات التي تحتاجها الشبكة.

·        إمكانيات هذه المعدات .

·        نمو الشبكة في المستقبل.

·        أدوات إدارة الشبكة.

لهذا عند اختيارك لتصميم ما للشبكة يجب الأخذ بعين الاعتبار المكونات التالية:

·        نوع أسلاك التوصيل .

·        نوع بطاقة الشبكة .

·        موصلات خاصة للأسلاكCable Connectors

جميع شبكات النطاق المحليLAN قائمة على ثلاثة تصميمات أساسية:

·        Bus أو الناقل ويسمى أيضاًBackbone أو العمود الفقري.

·        Star أو النجمة.

·        Ring أو الحلقة.

تصميم الشبكة من النوعBus يعتبر الأبسط وربما الأكثر شيوعا في الشبكات المحلية. حيث يقوم هذا بتوصيل أجهزة الكمبيوتر في صف على طول سلك واحد (يسمى Segment) كما بالشكل (1)، ويشار إلي هذا النوع أيضاً باسمLinear Bus

وتعتمد فكرة هذا النوع من تصميمات الشبكات على ثلاثة أمور:

·        إرسال الإشارة Signal

·        ارتداد الإشارة Signal Bounce

·        المنهى أو الموقفThe Terminator

وترسل البيانات على الشبكة على شكل إشارات كهربيةSignals إلي كل أجهزة الكمبيوتر الموصلة بالشبكة، ويتم قبول المعلومات من قبل الكمبيوتر الذي يتوافق عنوانه مع العنوان المشفر داخل الإشارة الأصلية المرسلة على الشبكة . وفي تصميم الشبكة من النوع Bus ، إذا قام جهازا كمبيوتر بإرسال بيانات في نفس الوقت فسيحدث ما يطلق عليه تصادم أو Collision، لذا يجب على كل كمبيوتر انتظار دوره في إرسال البيانات على الشبكة، وبالتالي كلما زاد عدد الأجهزة على الشبكة، كلما طال الوقت ليصل الدور لكل منها ليرسل بياناته، وبالتالي زاد بطء الشبكة.

العوامل التي تؤثر على أداء شبكةBus

·        الإمكانيات التي تقدمها مكونات أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة Capabilities Hardware.

·        عدد أجهزة الكمبيوتر.

·        نوعية البرامج المشغلة .

·        المسافة بين الأجهزة .

·        سرعة نقل البيانات.

عندما ترسل إشارة البيانات على الشبكة فإنها تنتقل من بداية السلك إلي نهايته، وإذا لم يتم مقاطعة هذه الإشارة فإنها سترتد جيئة وذهابا على طول السلك ،وستمنع أجهزة الكمبيوتر الأخرى من إرسال إشاراتها على الشبكة كما بالشكل (2).

لهذا يجب إيقاف هذه الإشارة بعد وصولها إلي عنوانها المطلوب الممثل بالجهاز الذي أرسلت إليه البيانات. أما لإيقاف الإشارة ومنعها من الارتداد، فيستخدم مكون من مكونات الشبكة يسمى Terminator يوضع عند كل طرف من أطراف السلك ويوصل بكل كمبيوتر متصل بالشبكة كما بالشكل (3).

يقومTerminator بامتصاص أي إشارة حرة على السلك مما يجعله مفرغا من أي إشارات. وبالتالي، يصبح مستعداً لاستقبال أي إشارات جديدة، وهكذا يتمكن الكمبيوتر التالي من إرسال البيانات على ناقل الشبكة. التي قد تتوقف عن العمل لأسباب منها :

·        قطع السلك.

·        انفصال السلك في أحد أطرافه عن أي من الأجهزة الموصل إليها مما يؤدى إلي توقف جميع الأجهزة عن الاستفادة من موارد الشبكة .

وتوقف الشبكة عن العمل يطلق عليه Network Being Down. وإذا أردنا توسيع الشبكة وزيادة عدد الأجهزة المتصلة بها من النوع Bus، فيجب تمديد السلك وإطالته بتوصيله بسلك آخر, كما سنحتاج إلي أحد المكونات التالية:

·        وصلة ماسورةBarrel Connector

·        مكرر إشاراتRepeater

وصلة الماسورةBarrel Connector تقوم بتوصيل قطعتين من الأسلاك معا لتشكيل سلك أطول كما بالشكل (4).

إذا استخدمت عددا كبيرا من وصلات الماسورة، فإن الإشارة على الشبكة ستصبح ضعيفة وقد تتلاشى قبل وصولها إلي الكمبيوتر المطلوب، لهذا من الأفضل استخدام سلك طويل بدلاً من أسلاك قصيرة موصلة معاً.

يقوم مكرر الإشارة أوRepeater بإنعاش الإشارة وتقويتها ثم إرسالها من جديد على ناقل الشبكة، ويعتبر مكرر الإشارة أفضل بكثير من استخدام وصلة الماسورة أو استخدام سلك طويل لأنه يسمح للإشارة بالسفر مسافة أطول دون أن تضعف أو تتلاشى لأنه يقوم أساساً بتقويتها كما هو مبين بالشكل (5).

ويعتبر توسيع الشبكات من نوعBus أمراً يسيراً من حيث التركيب كما أن تكلفته منخفضة. ولكنك ستضطر إلي إيقاف عمل الشبكة أثناء قيامك بالتوسيع .

تصميم الشبكات المحلية من النوع الحلقة Ring

في تصميم الشبكات من النوع الحلقة يتم ربط الأجهزة في الشبكة بحلقة أو دائرة من السلك بدون نهايات توقف كما بالشكل (6).

 حيث تنتقل الإشارات على مدار الحلقة في اتجاه واحد وتمر من خلال كل جهاز على الشبكة، ويقوم كل كمبيوتر على الشبكة بعمل دور مكرر الإشارة حيث يقوم كل جهاز تمر من خلاله الإشارة بإنعاشها وتقويتها ثم يعيد إرسالها على الشبكة إلي الكمبيوتر التالي، ولكن لأن الإشارة تمر على كل جهاز في الشبكة فإن فشل أحد الأجهزة أو توقفه عن العمل سيؤدي إلي توقف الشبكة ككل عن العمل.

ويطلق على التقنية المستخدمة في إرسال البيانات على شبكات الحلقة اسم Token Passing أو تمرير الإشارة، فتيار البيانات المسمىToken يتم تمريره من جهاز كمبيوتر إلي آخر على الشبكة. وعندما يريد جهاز ما على الشبكة إرسال بيانات ما، فإنه ينتظر حتى يتسلم إشارة حرة Free Token تخبره أنه قادر على إرسال بياناته على الشبكة، وعندما يتسلم الكمبيوتر الذي يريد إرسال بياناته الإشارة الحرة فإنه يضيف إليها بياناته وبالإضافة لذلك يقوم بإضافة عنوان إلكتروني يحدد وجهة إرسال هذه البيانات، أي أنه يحدد عنوان الكمبيوتر الذي ترسل إليه البيانات، ثم يرسل هذه الإشارةToken حول الحلقة, ثم تنتقل هذه الإشارة من جهاز كمبيوتر إلي آخر حتى تجد الجهاز الذي يتوافق عنوانه الإلكتروني مع العنوان المشفر داخل الإشارة. وحتى هذه اللحظة، فإن الإشارة ما تزال غير محررة، فالكمبيوتر المستقبل لهذه الإشارة يقوم بنسخ البيانات الموجودة عليها ثم يعيد إرسالها على الشبكة إلي الجهاز الأصلي الذي أرسل هذه الإشارة بعد أن يضيف عليها رسالة تبين أن البيانات قد تم استلامها بشكل صحيح، وهكذا تنتقل الإشارة مرة أخرى على الشبكة وتمر على كل الأجهزة حتى تصل إلي الكمبيوتر الأصلي الذي أرسل هذه الإشارة، بعد أن يقوم هذا الكمبيوتر بالتأكد من محتويات هذه الإشارة وأنها قد استلمت بشكل صحيح، فإنه يقوم بإزالتها ويرسل بدلاً منها إشارة حرة يطلقها على الشبكة لتنتقل من جديد إلي الكمبيوتر التالي، فإذا كان يريد إرسال بيانات ما، فإنه يأخذ هذه الإشارة الحرة ويضيف إليها بياناته، وإن لم يكن لديه أي بيانات لإرسالها فإنه سيمرر هذه الإشارة إلي الكمبيوتر التالي وهكذا. وكوسيلة لإرسال البيانات فإن Token Passing تعتبر من الوسائل السريعة، فالإشارة تنتقل من جهاز إلي آخر بسرعة مقاربة لسرعة الضوء، وبسبب هذه السرعة الفائقة فإن أداء الشبكة يكون ممتازاً حتى في وجود عدد كبير من الأجهزة على الشبكة، ولكن تبقى مشكلة مثل ما هو عليه في شبكات Bus، أنه عند تطوير الشبكة يجب إيقاف عملها أثناء عملية التطوير.

تصميم الشبكات المحلية من النوع النجمةStar

تقوم الشبكات المحلية ذات التصميم من النوع النجمة أوStar بربط أجهزة الكمبيوتر بأسلاك موصلة بمكون أو جهاز مركزي يطلق عليهHub أو المحور كما يسمى أيضاً المجمع أو Concentrator وأحياناً يسمى النقطة المركزية Central Point أوWiring Center كما بالشكل (7).

تنتقل بعد ذلك الإشارات من الكمبيوتر المصدر الذي يرغب في إرسال البيانات إلي النقطة المركزية أو Hub ومنه إلي باقي أجهزة الكمبيوتر على الشبكة. ومن الجدير بالذكر أن نظام التوصيل في Hub يعزل كل سلك من أسلاك الشبكة عن الآخر, وبالتالي إذا توقف جهاز كمبيوتر ما أو انقطع السلك الذي يوصله بالمجمع فلن يتأثر إلا الكمبيوتر الذي توقف أو انقطع سلكه بينما باقي الأجهزة ستبقى تعمل من خلال الشبكة دون أي مشاكل. ولكن إن توقف المجمع عن العمل فستتوقف الشبكة ككل عن العمل.

ويعتبر تصميم النجمة Star الأكثر راحة من بين التصميمات المختلفة حيث يسمح بتحريك الأجهزة من مكانها وإصلاحها وتغيير التوصيلات دون أن تتأثر الشبكة بأي من ذلك. ولكن تكلفة هذا النوع من التصميمات تعتبر مرتفعة خاصة في حالة كبر الشبكة لأنك ستحتاج إلي أسلاك كثيرة .. والمجمع قد يكون سعره مرتفعاً وذلك وفقاً لمواصفاته ودرجة تعقيده. وفى هذه الأيام كثير من تصميمات الشبكات تكون عبارة عن تشكيلة من التصميمات مدمجة مع بعض وتكون أحد التاليين:

(1)Star Bus

و هو عبارة جمع لتصميمي الناقل Bus والنجمةStar كما ترى بالشكل (8).

في هذا النوع المشترك نجد عدة تصميمات نجمة متصلة مع بعضها البعض باستخدام أجزاء من أسلاك الناقل الخطي Linear Bus Segments. وفى هذه الحالة لو تعطل جهاز واحد في الشبكة فإنه لايؤثر على غيره من الأجهزة، وتبقى الشبكة تعمل دون مشاكل. ولكن إن تعطل أحد المجمعات فلن تستطيع الأجهزة الموصلة إليه العمل من خلال الشبكة، وإذا كان هذا المجمع مرتبطاً بغيره من المجمعات فإن هذا الارتباط سينقطع.

(2) Star Ring : يربط عدة شبكات من تصميم الحلقة Ring باستخدام مجمع كما بالشكل (9).

ووفقاً لنوع المجمع قد يستطيع اكتشاف الأخطاء في تيار البيانات ويقطع الاتصال عن الأجهزة المسببة للمشكلة. كما أنه ليس لكل المجمعات Hubs خصائص ومميزات متشابهة.

وهناك ثلاث أنواع أساسية للمجمعات Hubs هى:

·        مجمع نشط Active Hub

·        مجمع خامل Passive Hub

·        مجمع هجين Hybrid Hub

لنلق نظرة على المجمع النشط Active Hub ، حيث تعتبر أغلب المجمعات نشطة، ومعظم هذه المجمعات النشطة تكون لديها المقدرة على إعادة توليد وإرسال إشارات البيانات على الشبكة بنفس الطريقة التي يعمل بها مكرر الإشارات Repeater. ولدى المجمعات عادة ما بين 8 إلي 12 منفذاً (وأحياناً أكثر) تستطيع أجهزة الكمبيوتر الاتصال بها، وتسمى هذه المجمعات أحياناً مكرر الإشارة متعدد المنافذMultiport Repeater كما بالشكل (10).

وتحتاج المجمعات النشطة إلي طاقة كهربائية لكي تعمل. أما المجمعات الخاملة Passive Hub فهي أنواع أخرى من المجمعات، ومثال لها لوحات توزيع الأسلاك، وهي تعمل كنقاط اتصال ولا تقوم بتقوية أو توليد الإشارات المارة من خلالها، وهي لا تحتاج إلي طاقة كهربائية. ومن الممكن توسيع الشبكة بتركيب أكثر من مجمع واحد فيما يطلق عليه المجمعات الهجينةHybrid Hubs وهي متوافقة مع أنواع مختلفة من الأسلاك.

لنفترض مثلاً أن تصميم الشبكة لديك هوStar وتستخدم أكثر من مجمع لوصل الأجهزة بالشبكة، فإذا كان السلك الذي تستخدمه لربط الأجهزة بالمجمع هو من النوع الزوج الملتف المغطى Shielded Twisted Pair (STP)، فإن السلك الذي يربط المجمعات مع بعض قد يكون من النوع المحوريCoaxial أو ألياف بصريةFiber Optic , ولكن يجب أن تتذكر أن المجمعات توفر مميزات وقدرات غير موجودة في التصميمات الأخرى التي لا تعتمد على وجود مجمع Hub، فهي تقدم المميزات التالية:

·        تسمح بتوسيع الشبكة وتغيير مكوناتها بكل سهولة ودون تعطيل عملها، فلإضافة كمبيوتر جديد للشبكة كل ما عليك فعله هو توصيله بمنفذ فارغ من منافذ المجمع.

·        استخدام منافذ متنوعة تتوافق مع أنواع مختلفة من الأسلاك.

·        تساعدك على المراقبة المركزية لنشاط الشبكة وحركة المرور عليها.

·        هناك العديد من أنواع المجمعات تستطيع عزل المشاكل على الشبكة بتحديد الوصلة أو الجهاز سبب المشكلة.

·        أغلب المجمعات يكون لديها معالج داخلي خاص يستطيع عد حزم البيانات التي تمر من خلاله على الشبكة.

·        تستطيع اكتشاف المشاكل في حزم البيانات المرسلة وتوجيه تحذير حول المشكلة إلي جهاز يشغل برامج إدارة الشبكة أو إلي جهاز تحكم عن بعد لتوليد تقرير حول المشكلة.

·        تستطيع فصل الأجهزة المسببة للمشاكل عن الشبكة.

·        بعض أنواعها يستطيع تحديد زمن معين يسمح فيه لجهاز ما بالاتصال بالشبكة مما يزيد من أمن هذه الشبكة.