شبكة الكمبيوتر هي نظام من أجهزة الحوسبة المترابطة -بدءًا من البيئات التقليدية ووصولًا إلى البيئات المعتمدة على السحابة- تتواصل وتتشارك الموارد فيما بينها.
الشبكات، أو شبكات الكمبيوتر، تعني ربط جهازين أو أكثر من أجهزة الحوسبة (مثل أجهزة الكمبيوتر المكتبي، وأجهزة الكمبيوتر المحمول، والأجهزة المحمولة، وأجهزة التوجيه، والتطبيقات) لتمكين نقل وتبادل المعلومات والموارد.
تعتمد الأجهزة المتصلة بالشبكة على بروتوكولات الاتصال، وهي قواعد تحدِّد كيفية نقل أو تبادل البيانات عبر الشبكة، ما يمكِّنها من مشاركة المعلومات عبر الاتصالات السلكية أو اللاسلكية.
تشكِّل شبكات الكمبيوتر العمود الفقري لمعظم التجارب الرقمية - بدءًا من الاتصال الشخصي والترفيه، وصولًا إلى عمليات الأعمال السحابية الأصلية والبنية التحتية العالمية. تم تصميم الشبكات اليوم؛ لتكون قابلة للتوسع وسريعة وآمنة لتكنولوجيا المعلومات، بحيث تدعم تدفقات البيانات الديناميكية عبر الأنظمة المحلية والبيئات السحابية الافتراضية.
النشرة الإخبارية الخاصة بالمجال
ابقَ على اطلاع دائم على أبرز الاتجاهات في مجالات الذكاء الاصطناعي، والأتمتة، والبيانات، وغيرها الكثير من خلال رسالة Think الإخبارية. راجع بيان الخصوصية لشركة IBM.
سيصلك محتوى الاشتراك باللغة الإنجليزية. ستجد رابط إلغاء الاشتراك في كل رسالة إخبارية. يمكنك إدارة اشتراكاتك أو إلغاء اشتراكك من هنا. لمزيد من المعلومات، راجع بيان خصوصية IBM.
قبل ممارسات الشبكات الحديثة، كان مهندسو علوم الكمبيوتر يضطرون إلى نقل أجهزة الكمبيوتر فعليًا لمشاركة البيانات بين الأجهزة، وهو أمر كان شاقًا في زمن كانت فيه أجهزة الكمبيوتر ضخمة وصعبة التعامل.
لتبسيط العملية (خاصةً بالنسبة إلى العاملين في الحكومة)، قامت وزارة الدفاع بتمويل إنشاء أول شبكة كمبيوتر عاملة (تمت تسميتها في النهاية ARPANET) في أواخر الستينيات. وقد مهَّد هذا الإنجاز الأساس ليس فقط للإنترنت، بل أيضًا لشبكات السحابة، التي تدعم اليوم البنى التحتية الموزعة عالميًا وخدمات التطبيقات.
منذ ذلك الحين، تطوَّرت ممارسات الشبكات والأنظمة الحاسوبية التي تقوم عليها بشكل هائل. تسهِّل شبكات الكمبيوتر الحالية الاتصال واسع النطاق بين الأجهزة، بمختلَف الأغراض التجارية والترفيهية والبحثية. فالإنترنت، والبحث عبر الإنترنت، والبريد الإلكتروني، ومشاركة الصوت والفيديو، والتجارة الإلكترونية، والبث المباشر، ووسائل التواصل الاجتماعي كلها ظهرت بفضل التقدم في شبكات الكمبيوتر.
في البيئات المؤسسية، أدى هذا التقدم إلى ظهور نماذج شبكات أكثر مرونة تتمحور حول البنية التحتية السحابية. تعتمد المؤسسات بشكل متزايد على استراتيجيات الشبكات السحابية الهجينة ومتعددة السحابات، حيث تتدفق التطبيقات والبيانات بسلاسة بين البنية التحتية المحلية والبيئات السحابية التي يوفرها مزودو الخدمات السحابية. من بين أشهر المزودين: AWS، وMicrosoft Azure، وIBM Cloud، وGoogle Cloud Platform. تُتيح استراتيجية الشبكات المعتمدة على السحابة أولًا للمؤسسات توسيع مواردها بشكل ديناميكي، وخفض تكاليف البنية التحتية، والوصول إلى خدمات متقدمة دون الحاجة إلى صيانة الأجهزة المادية.
اليوم، يعمل الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) على إحداث مزيد من التحولات في مجال الشبكات من خلال تمكين أنظمة أكثر ذكاءً وتكيفًا. تساعد هذه التقنيات على أتمتة إدارة الشبكات، وتعزيز الأمان عبر كشف الحالات الشاذة، وتحسين الأداء من خلال التنبؤ بأنماط حركة المرور والتفاعل معها في الوقت الفعلي.
باستخدام البريد الإلكتروني كمثال أساسي، يمكن توضيح كيفية انتقال البيانات عبر الشبكة.
عندما يرغب المستخدم في إرسال بريد إلكتروني، فإنه يكتب الرسالة أولًا ثم يضغط زر الإرسال. عند ضغط المستخدم على زر الإرسال، يستخدم بروتوكول SMTP أو POP3 شبكة الواي فاي الخاصة بالمرسِل لتوجيه الرسالة من عقدة المرسِل عبر محولات الشبكة. هنا يتم ضغطها وتقسيمها إلى مقاطع أصغر فأصغر (وفي النهاية إلى بِتات، أي سلاسل من الآحاد والأصفار).
تقوم بوابات الشبكة بتوجيه تدفق البتات إلى شبكة المستلِم، مع تحويل البيانات وبروتوكولات الاتصال حسب الحاجة. عندما يصل تدفق البتات إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستلِم، تقوم البروتوكولات نفسها بتوجيه بيانات البريد الإلكتروني عبر محوِّلات الشبكة في شبكة المستلِم. خلال هذه العملية، تُعيد الشبكة تركيب الرسالة الأصلية حتى يصل البريد الإلكتروني في صيغة مقروءة إلى صندوق وارد المستلِم (عقدة الاستقبال).
لفهم شبكات الكمبيوتر بشكل كامل، من الضروري إجراء تقييمات عناصر الشبكات ووظائفها، بما في ذلك:
المحولات: المحول هو جهاز يربط بين أجهزة الشبكة ويُدير الاتصال من عقدة إلى عقدة عبر الشبكة، ما يضمن وصول حزم البيانات إلى الوجهات المقصودة. على عكس أجهزة التوجيه، التي ترسل المعلومات بين الشبكات، ترسل المحولات المعلومات بين العقد داخل الشبكة الواحدة.
لذلك، يشير "التحويل" إلى كيفية نقل البيانات بين الأجهزة داخل الشبكة نفسها. تعتمد الشبكات على ثلاثة أنواع رئيسية من التحويل:
التحويل الدائري يُنشئ مسارًا مخصصًا لاتصالات البيانات بين العُقد داخل الشبكة، بحيث لا يمكن لأي حركة بيانات أخرى اجتياز المسار نفسه. يضمن التحويل الدائري توفُّر النطاق الترددي الكامل أثناء كل عملية إرسال.
تحويل الرسائل يُرسِل رسائل كاملة من العقدة المصدر إلى العقدة الوجهة، حيث تنتقل الرسالة من محول إلى آخر حتى تصل إلى الوجهة.
تحويل الحزمة يتضمن تقسيم البيانات إلى عناصر مستقلة ليصبح نقل البيانات أقل تطلبًا لموارد الشبكة. من خلال تحويل الحزم، تنتقل الحزم، بدلًا من تدفقات البيانات بأكملها، عبر الشبكة إلى وجهتها النهائية.
بينما تظل مكونات الشبكات التقليدية (مثل أجهزة التوجيه، والمحولات، والمنافذ، والبوابات) أساسية في تشغيل الشبكات، فقد غيّرت البيئات السحابية طريقة نشر هذه العناصر وإدارتها.
في إعدادات السحابة، يتم توفير العديد من هذه العناصر التقليدية بشكل افتراضي وتقديمها كخدمات مُدارة، ما يتيح للمؤسسات بناء بنى تحتية قوية للشبكة دون الحاجة إلى صيانة الأجهزة المادية. يُخفي مزودو الخدمات السحابية التعقيد الكامن مع الاستمرار في الاعتماد على المبادئ الأساسية نفسها للشبكات، ولكن مع تعزيز قابلية التوسع والمرونة والانتشار العالمي.
تعتمد الشبكات الحديثة بشكل متزايد على عناصر سحابية أصلية تعمل على توسيع قدرات الشبكات التقليدية وتعزيزها. تشمل هذه العناصر ما يلي:
عادةً ما تحدد المناطق الجغرافية شبكات الكمبيوتر. تعمل الشبكة المحلية (LAN) على ربط أجهزة الكمبيوتر داخل مساحة مادية محددة، بينما يمكن للشبكة واسعة النطاق (WAN) ربط أجهزة الكمبيوتر عبر القارات. ومع ذلك، يتم تعريف الشبكات أيضًا من خلال البروتوكولات التي تستخدمها للتواصل، والترتيب المادي لمكوناتها، وكيفية إدارة حركة المرور على الشبكة والغرض الذي تخدمه في بيئاتها الخاصة.
تنقسم أنواع شبكات الكمبيوتر الأكثر شيوعًا واستخدامًا إلى ثلاث فئات عريضة:
يتم تمييز أنواع الشبكات في هذه الفئة حسب المنطقة الجغرافية التي تغطيها الشبكة.
تربط شبكة LAN أجهزة الكمبيوتر عبر مسافة قصيرة نسبياً، مثل تلك الموجودة داخل مبنى مكتبي أو مدرسة أو مستشفى. عادةً ما تكون شبكات LAN المحلية مملوكة ومدارة بشكل خاص.
كما يوحي الاسم، تربط شبكة WAN أجهزة الكمبيوتر عبر مناطق جغرافية كبيرة، مثل الأقاليم والقارات. غالبًا ما يكون لشبكات WAN نماذج ملكية جماعية أو موزعة لأغراض إدارة الشبكة.
الشبكة السحابية هي نوع من الشبكات واسعة النطاق (WAN) حيث يتم إضفاء الطابع الافتراضي على موارد الشبكة -مثل أجهزة التوجيه وجدران الحماية والمفاتيح- وتسليمها من خلال منصات سحابية عامة أو خاصة. على عكس شبكات WAN التقليدية، التي تعتمد بشكل كبير على البنية التحتية المادية، توفر شبكات السحابة إمكانية التوسع عند الطلب، والأتمتة، والتوافر العالمي. تُعَد هذه الشبكات مثالية للشركات التي تشغِّل تطبيقاتها في بيئات هجينة أو متعددة السُحب، لأنها تُتيح اتصالًا سلسًا وآمنًا بين الخدمات السحابية والأنظمة المحلية.
الشبكة واسعة النطاق المعرَّفة بالبرمجيات (SD-WAN) هي بنية افتراضية لشبكات WAN تستخدم مبادئ الشبكات المعرَّفة بالبرمجيات (SDN) لتوحيد إدارة الشبكات الواسعة المنفصلة وتحسين أداء الشبكة. تُتيح SD-WAN للمؤسسة مشاركة البيانات والتطبيقات عبر الفروع والمكاتب البعيدة والعاملين عن بُعد والأجهزة المصرح لها والتي تمتد عبر مسافات جغرافية واسعة وبنى تحتية متعددة للاتصالات.
تعد شبكات MAN أكبر من شبكات LAN ولكنها أصغر من شبكات WAN. وعادةً ما تمتلك المدن والكيانات الحكومية شبكات MAN وتديرها.
تخدم شبكة PAN شخصًا واحدًا. إذا كان لدى المستخدم عدة أجهزة من نفس الشركة المصنِّعة (مثل iPhone وMacBook مثلًا)، فمن المرجح أنه قام بإعداد شبكة PAN. تقوم شبكة PAN بمشاركة ومزامنة المحتوى، والرسائل النصية، والبريد الإلكتروني، والصور، وغير ذلك بين الأجهزة.
يمكن لعُقد الشبكة إرسال واستقبال الرسائل باستخدام الروابط السلكية أو اللاسلكية (الاتصالات).
يتم توصيل أجهزة الشبكة السلكية بواسطة أسلاك وكابلات مادية، بما في ذلك الأسلاك النحاسية وكابلات الإيثرنت أو الزوج الملتوي أو المحوري أو الألياف الضوئية. عادةً ما يفرض حجم الشبكة ومتطلبات السرعة اختيار الكابل وترتيب عناصر الشبكة والمسافة المادية بين الأجهزة.
تُلغي الشبكات اللاسلكية الحاجة إلى الكابلات من خلال استخدام نقل الأشعة تحت الحمراء أو الموجات الراديوية أو الكهرومغناطيسية عبر الأجهزة اللاسلكية المزوّدة بهوائيات وأجهزة استشعار مدمجة.
يمكن لشبكات الحوسبة نقل البيانات باستخدام مجموعة من ديناميكيات النقل، بما في ذلك:
في الشبكة متعددة النقاط، تتشارك أجهزة متعددة سعة القناة وروابط الشبكة.
تنشئ أجهزة الشبكة رابطاً مباشراً من عقدة إلى عقدة لنقل البيانات.
في شبكات البث، يمكن للعديد من "الأطراف" (الأجهزة) المهتمة أن تستقبل عمليات إرسال أحادية الاتجاه من جهاز مرسل واحد. تعتمد محطات التيليفزيون والإذاعة على شبكات البث.
الشبكة الافتراضية الخاصة (VPN) هي اتصال آمن من نقطة إلى نقطة بين نقطتي نهاية الشبكة. وهي تُنشئ قناة مشفَّرة تحافظ على هوية المستخدم وبيانات اعتماد الوصول، بالإضافة إلى أي بيانات يتم نقلها، بحيث لا يمكن للمتسللين الوصول إليها.
تحدِّد بنية شبكة الكمبيوتر إطار العمل النظري لشبكة الكمبيوتر، بما في ذلك مبادئ التصميم وبروتوكولات الاتصالات.
تشمل الأنواع الأساسية لبنى الشبكات ما يلي:
في بنية P2P، يتم توصيل جهازي كمبيوتر أو أكثر باعتبارهما "نظراء"، ما يعني أن لديهم القوة والامتيازات نفسها على الشبكة. لا تتطلب شبكة P2P خادمًا مركزيًا للتنسيق. وبدلًا من ذلك، يعمل كل كمبيوتر على الشبكة كعميل (كمبيوتر يحتاج إلى الوصول إلى خدمة ما) وكخادم (كمبيوتر يوفر الخدمات للعملاء).
يقوم كل نظير على الشبكة بإتاحة بعض من موارده للأجهزة الأخرى على الشبكة، ومشاركة التخزين والذاكرة وعرض النطاق الترددي وطاقة المعالجة عبر الشبكة.
على سبيل المثال، في المؤسسات التي تركِّز على البحث العلمي، قد يستخدم أعضاء الفريق نظامًا لامركزيًا لمشاركة الملفات لتبادل مجموعات بيانات كبيرة مباشرةً بين محطات عملهم، ما يُلغي الحاجة إلى خادم مركزي.
في شبكة العميل-الخادم، يتولى خادم مركزي (أو مجموعة من الخوادم) إدارة الموارد وتقديم الخدمات إلى أجهزة العملاء على الشبكة. لا يشارك العملاء في هذه البنية مواردهم، ويتفاعلون فقط عبر الخادم. غالبًا ما يُشار إلى بنى العميل-الخادم على أنها بنى متعددة الطبقات نظرًا لاحتوائها على عدة مستويات.
على سبيل المثال، في البيئة المؤسسية تستخدم بنية العميل-الخادم، يمتلك الموظفون (العملاء) غالبًا إمكانية الوصول إلى نظام الموارد البشرية المركزي (الخادم). يُتيح لهم هذا الخادم إدارة البيانات الشخصية، وتقديم طلبات الإجازة، والاطِّلاع على الوثائق الداخلية.
تتضمن البنى الهجينة عناصر من كل من نموذج P2P ونموذج العميل-الخادم. تحتاج العديد من الشركات إلى كلٍّ من الخدمات المركزية (مثل مصادقة المستخدم) وقدرات النظير إلى النظير (مثل مشاركة الملفات محليًا) لتحسين الأداء واستخدام الموارد.
بينما تمثِّل البنية الإطار النظري للشبكة، تُشير الطوبولوجيا إلى التنفيذ العملي لهذا الإطار. تصف طوبولوجيا الشبكة الترتيب المادي والمنطقي للعقدة والروابط على الشبكة. وهي تشمل جميع الأجهزة (على سبيل المثال، أجهزة التوجيه والمحولات والكابلات) والبرامج (على سبيل المثال، التطبيقات وأنظمة التشغيل) ووسائط الإرسال (على سبيل المثال، الاتصالات السلكية واللاسلكية).
تشمل الطوبولوجيات الشبكية الشائعة ما يلي:
في طوبولوجيا شبكة الناقل، يتم توصيل كل عقدة شبكة مباشرة بكابل رئيسي.
في طوبولوجيا الشبكة الحلقية، تتصل العُقد في حلقة، بحيث يكون لكل جهاز جارَان بالضبط. يتم توصيل الأزواج المتجاورة بشكل مباشر، بينما يتم توصيل الأزواج غير المتجاورة بشكل غير مباشر من خلال عُقد وسيطة.
طوبولوجيا الشبكة النجمية تحتوي على محور مركزي واحد تتصل من خلاله جميع العُقد بشكل غير مباشر.
تُعَد طوبولوجيا الشبكات الشبكية أكثر تعقيدًا بعض الشيء، حيث يتم تعريفها من خلال الوصلات المتداخلة بين العُقد. هناك نوعان من الشبكات الشبكية، شبكة كاملة وشبكة جزئية.
في طوبولوجيا الشبكة الكاملة، تتصل كل عقدة شبكة بكل عقدة شبكة أخرى، ما يوفر أعلى مستوى من مرونة الشبكة. في طوبولوجيا الشبكة الجزئية، يتم توصيل بعض عُقد الشبكة فقط، وعادةً ما تكون تلك العُقد التي تتبادل البيانات بشكل متكرر.
يمكن أن تكون طوبولوجيا الشبكات الكاملة مكلفة وتستغرق وقتًا طويلًا في التشغيل، ولهذا السبب غالبًا ما يتم حجزها للشبكات التي تتطلب تكرارًا عاليًا. ومع ذلك، توفِّر الشبكة الشبكية الجزئية تكرارًا أقل ولكنها أقل من حيث التكلفة وأبسط في التشغيل.
وبغض النظر عن النوع الفرعي، تتمتع شبكات الشبكة بقدرات التكوين الذاتي والتنظيم الذاتي، كما أنها تعمل على أتمتة عملية التوجيه، بحيث تجد الشبكة مسار البيانات الأسرع والأكثر موثوقية.
سواء أكانت مجموعة بروتوكولات الإنترنت (IP)، أم الإيثرنت، أم الشبكات المحلية اللاسلكية (WLAN)، أم معايير الاتصال الخلوي، فإن جميع شبكات الكمبيوتر تتَّبِع بروتوكولات الاتصال. هذه البروتوكولات هي مجموعات من القواعد التي يجب على كل عقدة في الشبكة الالتزام بها لمشاركة البيانات واستقبالها.
يقوم معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) -الذي يضع المعايير العالمية لتقنيات الشبكات- بتطوير وإدارة العديد من هذه البروتوكولات، بما في ذلك إيثرنت (IEEE 802.3) وواي فاي (IEEE 802.11). تعتمد بروتوكولات الشبكة أيضًا على البوابات لتمكين الأجهزة غير المتوافقة من التواصل (مثل محاولة كمبيوتر يعمل بنظام Windows الوصول إلى خوادم Linux).
تعتمد العديد من الشبكات الحديثة على نماذج TCP/IP، والتي تتضمن أربع طبقات شبكية:
بينما يُعَد TCP/IP مجموعة البروتوكولات المستخدمة في معظم الشبكات اليوم، يُعَد نموذج الربط بين الأنظمة المفتوحة (OSI) إطارًا معياريًا يحدِّد كيفية انتقال البيانات عبر الشبكة عبر سبع طبقات.
ولكل طبقة دور محدد - من إرسال البتات غير المنسقة عبر الكابلات في الطبقة الفيزيائية إلى إدارة تطبيقات المستخدم في الطبقة العليا. يساعد هذا النهج متعدد الطبقات مهندسي الشبكات على تصميم الشبكات، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، وتوحيد الاتصال عبر أنظمة متنوعة. على الرغم من أن OSI نفسها ليست مجموعة من البروتوكولات المستخدمة عمليًا، فإن نموذجها يظل أساسيًا لفهم كيفية عمل تقنيات الشبكات المختلفة معًا.
من الشركات العالمية إلى المستخدمين العاديين، تدعم شبكات الكمبيوتر جميع التجارب الرقمية تقريبًا، حيث تربط بين الأجهزة والبيانات والمستخدمين في جميع أنحاء العالم. أما في مجال الأعمال، فهي تدعم العمليات، وتُتيح الخدمات السحابية، والتعاون في الوقت الفعلي، والتبادل الآمن للبيانات. فيما يلي بعض حالات استخدام شبكات الكمبيوتر الأكثر شيوعًا:
تتيح الشبكات كل أشكال الاتصال الرقمي، بما في ذلك البريد الإلكتروني والرسائل ومشاركة الملفات ومكالمات الفيديو والبث المباشر. تربط الشبكات بين جميع الخوادم والواجهات ووسائط الإرسال التي تجعل اتصالات الأعمال ممكنة.
دون الشبكات، سيتعين على المؤسسات تخزين البيانات في مستودعات بيانات فردية، وهو أمر غير مستدام في عصر البيانات الكبيرة. تساعد شبكات الكمبيوتر الفرق على الاحتفاظ بمخازن بيانات مركزية تخدم الشبكة بأكملها، ما يحرر سعة تخزين قيّمة لاستخدامها في مهام أخرى.
تتضمن حلول التخزين المعتمدة على الشبكة الشائعة شبكات التخزين (SAN) والتخزين المتصل بالشبكة. توفِّر شبكات التخزين (SAN) تخزين كتل عالي السرعة، يُستخدم عادةً في التطبيقات ذات المهام الحساسة مثل قواعد البيانات والتخطيط الافتراضي، بينما تقدِّم شبكات التخزين المتصل بالشبكة (NAS) تخزين ملفات يمكن الوصول إليه عبر شبكة قياسية.
اقرأ المزيد عن شبكة التخزين (SAN) مقابل التخزين المتصل بالشبكة (NAS).
يستفيد المستخدمون، ومسؤولو الشبكات، والمطورون على حد سواء من الطريقة التي تبسِّط بها الشبكات مشاركة الموارد والمعرفة. تكون البيانات الشبكية أسهل في الطلب والاسترجاع، ما يُتيح للمستخدمين والعملاء الحصول على استجابات أسرع من أجهزة الشبكة. توفِّر البيانات الشبكية أيضًا فوائد على صعيد الأعمال، إذ تسهِّل تعاون الفرق ومشاركة المعلومات مع تطوُّر التقنيات والمؤسسات.
يساعد الذكاء الاصطناعي والخوارزميات على أتمتة المهام المعقدة، مثل مراقبة الشبكة، وتحليل الحركة، واكتشاف الحالات الشاذة، والاستجابة للحوادث، وتقليل التدخل اليدوي، وتعزيز أمن الشبكة بشكل عام.
على سبيل المثال، يعتمد العديد من المؤسسات في قطاعات مثل الاتصالات، والخدمات المالية، والتصنيع على مركز عمليات الشبكة (NOC) لمراقبة وإدارة أداء الشبكة وتوافرها وأمنها بشكل مستمر.
لا توفِّر حلول الشبكات المصممة بشكل جيد مزيدًا من المرونة فحسب، بل تمنح الشركات أيضًا خيارات أوسع للأمن الإلكتروني وأمن الشبكة. يقدِّم معظم مزوِّدي الشبكات بروتوكولات تشفير مدمجة وضوابط وصول (مثل المصادقة متعددة العوامل) لحماية البيانات الحساسة ومنع الجهات الضارة من الوصول إلى الشبكة.
IBM Cloud Pak for Network Automation هي حزمة سحابية تتيح أتمتة عمليات البنية التحتية للشبكة وتنسيقها.
توفِّر حلول الشبكات السحابية من IBM اتصالًا عالي الأداء لتشغيل تطبيقاتك وعملك.
دمج دعم مركز البيانات مع خدمات IBM Technology Lifecycle Services للشبكات السحابية وغيرها.