البنية التحتيه للانترنت

مقدمة:

من الاشياء العظيمة عن الانترنت انها ليست ملكاً لأحد. فهى عبارة عن تجمع عالمى لشبكات الكمبيوتر الكبيرة والصغيرة. هذه الشبكات مرتبطة معاً بطرق مختلفة لكى تشكل هذا الكيان الذى يطلق عليه الانترنت. وفى الحقيقة ان اسمهاء نشأ من وصفها وهو الشبكات المتصلة (Interconnected networks).

فمنذ بدايتها عام 1969 تنامى حجم الانترنت من 4 اجهزة إلى عشرات الملايين من الأجهزة. على الرغم من انه لا احد يمتلك الانترنت، فهذا لا يعنى انه لا يوجد احد يهتم بها ويراقبها بطرق مختلفة.

مجتمع الانترنت (Internet Society) مجموعة غير هادفة للربح تأسست عام 1992 تشرف على تشكيل السياسات والبروتوكولات التى تحدد كيف نستخدم ونتفاعل مع الانترنت.

الانترنت (التسلسل الهرمى للشبكات):

كل كمبيوتر متصل بالانترنت يكون جزء من شبكة، حتى الكمبيوتر الذى بمنزلك. فمثلاً فى المنزل من الممكن ان تستخدم كارت مودم وخط تليفون عادى لكى تتصل باحد مزودى خدمة الانترنت (ISP)، بينما فى العمل تكون جزء من الشبكة المحلية (LAN) الخاصة بشركتك والتى بدورها تتصل بالانترنت عن طريق احد مزودى الخدمة أيضاً. فعندما تتصل بمزود خدمة الانترنت تصبح انت جزء من شبكتهم. ومن الممكن أن يتصل مزود الخدمة هذا بشبكة اكبر، ويصبح هو (وكل من يتصل به) ايضاً جزء من هذه الشبكة الأخرى. وهكذا ببساطة حتى تصبح الانترنت هى شبكة الشبكات (Network of networks).

 معظم شركات مزودى خدمة الانترنت الكبرى لديهم العمود الفقرى المخصص لتوصيل مناطق متعددة بالانترنت. وفى كل منطقة، يكون للشركة نقطة تواجد Point of Presence (POP). هذه النقطة هى مكان للمستخدمين المحليين لكى يدخلوا منها على شبكة هذه الشركة. يمكنك تخيل الـ POP على انه صندوق كبير Rack مملوء بأجهزة المودم التى يمكن للعملاء الاتصال به. وهنا لا يوجد شبكة تحكم مركزية، بل يوجد العديد من الشبكات ذات المستوى العالى high-level networks المرتبطة ببعضها من خلال نقاط الوصول Network Access Points (NAPs).

مثال لشبكات الانترنت:

شركة A هى احد مزودى خدمة الانترنت الكبار ISP. وفى كل مدينة كبرى تقوم شركة A بوضع نقطة تواجد لها POP لكى يتكمن عملاؤها من الدخول لشبكتها وبالتالى الوصول للأنترنت. وتؤجر شركة A خطوط الياف الضوئية fiber optics من شركة التليفونات لكى تقوم بتوصيل نقاط التواجد الخاصة بها POP فيما بينهم.

شركة B هى مزود خدمة الانترنت للشركات Corporate ISP. شركة B تقوم ببناء مبانى كبيرة فى المدن الرئيسية، وتقوم الشركات بوضع اجهزة خوادم الانترنت الخاصه بها بداخل هذه المبانى. شركة B من الكبر بحيث أنها تستطيع توصيل المبانى الخاصة بها ببعضها عن طريق خطوط الألياف الضوئية fiber optics وبالتالى تتصل هذه المبانى ببعضها البعض.

بهذا التصور السابق، سيمكن مستخدمى شركة A من الاتصال ببعضهم البعض. كذلك الحال بالنسبة لمستخدمى شركة B سيتمكنون من الأتصال ببعضهم البعض. ولكن لا توجد اى وسيلة اتصال بين مستخدمى شركة A ومستخدمى شركة B. ولهذا اتفقت الشركتان على التوصيل فيما بينهما عن طريق نقاط الوصول NAPs فى المدن المختلفة، وبالتالى سيتمكن مستخدمى شركة A من الأتصال بمستخدمى شركة B. وتصبح شبكتا  الشركتين كأنهما شبكة واحدة.

بهذه الطريقة تعمل الانترنت، فهى عبارة عن مجموعة عملاقة من مزودى الخدمة للشركات corporate ISP اللذين اتفقوا على الاتصال فيما بينهم عن طريق نقاط الوصول NAPs. وبهذه الطريقة يصبح كل كمبيوتر فى الانترنت متصل بالأجهزة الأخرى.

وظيفة موجهة الانترنت (Internet Router):

كل من هذه الشبكات تعتمد على نقاط الوصول NAPs، والعمود الفقرى للأنترنت backbones، واجهزة التوجيه Routers لأجراء محادثات مع بعضها البعض.

والشئ المذهل فى هذه العملية هو ان رسالة صادرة من احد اجهزة الكمبيوتر من الممكن أن تسافر نصف المسافة حول العالم لكى تصل إلى هدفها وذلك فى اجزاء من الثانية. حيث تقوم أجهزة التوجيه routers بتحديد اين ترسل المعلومات الصادرة من كمبيوتر للأخر.

أجهزة التوجيه Routers عبارة عن اجهزة كمبيوتر خاصه بأرسال الرسائل الصادرة من اجهزة الكمبيوتر المتصله بالانترنت إلى هدفها وذلك عبر الآلاف من المسارات المتاحه على الانترنت. أجهزة التوجيه لها وظيفتان منفصلتان، ولكنهما ذو علاقة، وهما:

1.       التأكد من ان المعلومات لن تذهب إلى مكان اخر غير المكان المحدد لها. وهذا امر بالغ الاهمية لحفظ كميات كبيرة من البيانات من انسداد الوصلات عبر الانترنت.

2.       التأكد من أن المعلومات ستذهب إلى المكان المحدد لها.

لتأدية هاتين الوظيفتين، تكون أجهزة التوجيه مفيدة جداً فى التعامل مع شبكتين مختلفتين. فهى تربط الشبكتين، تمرر المعلومات من شبكة للأخرى. وهى ايضاً تحمى الشبكتين من بعضهما البعض، بمنع المرور من جهة لأخرى بدون داع. بغض النظر عن عدد الشبكات المتصلة ببعضها تظل المهمة الرئيسية لأجهزة التوجيه بدون تغيير. وبما ان الانترنت عبارة عن مجموعة من الشبكات المتصلة ببعضها البعض، فان استخدام أجهزة التوجيه routers هو من الأشياء التى لا غنى عنها.

العمود الفقرى للانترنت (Internet Backbone):

المؤسسة الوطنية للعلوم National Science Foundation (NSF) انشأت اول عمود فقرى سريع high-speed backbone وذلك فى عام 1987. وقد أُطلق عليه NSFNET، وقد كان عباره عن خط T1 line يصل ما بين 170 شبكة صغرى ويعمل بسرعه 1.544 Mbps، وفى السنة التالية قامت شركات IBM, MCI, Merit بالتعاون فيما بينها وفيما بين NSF لأنشاء عمود فقرى جديد أٌطلق عليه T3 line يعمل بسرعة 45 Mbps.

الاعمدة الفقرية للأنترنت هى فى العبارة عن خطوط رئيسية من الألياف الضوئية. هذه الخطوط الرئيسية تتكون من العديد من كابلات الألياف الضوئية المتحدة معاً لزيادة سعة هذه الخطوط. خطوط الألياف الضوئية يعطى لها الأختصار OC من Optical carrier. ولها العديد من المواصفات OC-3, OC-12, OC-48. فمثلا OC-3 يقوم بنقل البيانات بسرعة 155 Mbps بينما يقوم خط من النوع OC-48 بنقل البيانات بسرعة 2488 Mbps.

بروتوكولات الانترنت:

1-     عناوين الانترنت (IP Addresses):

كل جهاز متصل بالانترنت يكون له رقم تعريف خاص به وذلك لسهولة الوصول لهذا الجهاز، هذا الرقم يسمى IP Address. ومعنى ال IP هو Internet Protocol وهو اللغة التى تستخدمها اجهزة الكمبيوتر للأتصال عبر الانترنت. البروتوكول هو طريقة سابقة التعريف يستخدمها "شخص ما" يريد الحصول على خدمة للتحدث مع هذه الخدمة. "شخص ما" ربما يكون انسان ولكنه فى الغالب يكون برنامج كمبيوتر مثل متصفح الانترنت web browser.

 يكون عنوان الانترنت IP Address على الشكل التالى 216.27.61.137 وتستخدم الأرقام العشرية لكى تكون سهلة لنا فى فهمها. أما اجهزة الكمبيوتر فتستخدم النظام الثنائى فى العد ولهذا يكون الرقم السابق بالنظام الثنائى هو 11011000.00011011.00111101.10001001

وتسمى المقاطع الأربعة فى عنوان ال IP تسمى بالثمانى Octet وهذا لان لها ثمانية مواضع عند تحويلها من النظام العشرى للنظام الثنائى.

وبما ان كل موضع من المواضع الثمانية لكل ثمانى octet منهم يكون له احد احتمالين فى النظام الثنائى هو 0 او 1، على هذا يكون اقصى حد من الأرقام لكل ثمانى منهم هو 2⁸ = 256 وبنفس الطريقة يكون الحد لاأقصى للأرقام المتاحة لكافة الأربع مقاطع هو 2³² = 4294967296 اى فى حدود اربعة بليون رقم.

2-     أسماء النطاق (Domain Name System):

عندما كانت الانترنت ما تزال فى المهد Infancy، كانت تتكون من مجموعة صغيرة من الأجهزة المرتبطة ببعضها عن طريق خطوط التليفون وأجهزة المودم. وكان لابد من تحديد عنوان الجهاز IP Address الذى ترغب فى الأتصال به لأتمام عملية الأتصال. وهذه الطريقة كانت مقبولة عندما كان عدد الأجهزة محدود، أما بزيادة عدد الاجهزة يوماً بعد يوم فأن هذه الطريقه لم تعد طريقة عملية للأتصال unwieldy، وكحل أولى لهذه المشكلة كان عبارة عن ملف يتم الأحتفاظ فيه بعناوين المواقع المراد زيارتها ولكن مع ازدياد عدد المواقع كل يوم اصبح هذا الملف حل غير مجدى ايضاً. واستمر الحال على هذا الوضع حتى عام 1983 حيث قامت جامعة ويسكنسون بعمل نظام أطلقت عليه Domain Name System (DNS)، ويقوم هذا النظام بربط عناويبن مواقع الانترنت IP بأسماء يسهل تذكرها، وبالتالى يصبح عليك تذكر اسم الموقع بدلا من عنوان الموقع.

3-     محدد موقع المصادر Uniform Resource Locator (URL):

عندما تستخدم الانترنت لزيارة موقع ما فأنك تكتب عنوان الموقع المراد زيارته فى مكان العنوان Address bar كالتالى مثلا http://www.Yahoo.com فأنك تستخدم أسم النطاق Domain name الذى هو هنا فى هذه الحالة Yahoo.com، وعندما ترسل رسالة بريد الكترونى فأنك تكتب عنوان الشخص المراد ارسال الرساله له كالتالى Name@xyz.com وانت تستخدم هنا اسم النطاق xyz.com، وفى كلتا الحالتين فأنك تستخدم خوادم الانترنت DNS Servers التى تقوم بترجمة العناوين من الأسماء التى يتذكرها البشر إلى العناوين IP Address التى تستخدمها الأجهزة.

المستوى الأعلى من أسماء النطاق Top-level domain names وهى تشمل النطاقات التالية: .COM, .ORG, .NET, .EDU and .GOV

بداخل كل مستوى من المستويات العليا لأسماء النطاقات يوحد عدد هائل من المستوى الثانى من أسماء النطاقات، مثلاً: فى المستوى الأول .COM يوجد العديد من المواقع مثل: HowStuffWorks أو Yahoo أو Microsoft وطبعا كل الأسماء من المستوى الثانى لأسماء النطاق يجب أن يكون اسم فريد، بمعنى أنه لا يمكن أن يتكرر.

الجزء الذى على يسار الأسم www هو اسم الجهاز المضيف host name.

تقوم أجهزة خوادم اسماء النطاقات DNS servers بعمل احدى الوظائف التالية عندما يرد إليها طلب من احد البرامج بمعرفة عنوان موقع ما:

1.       تقوم بأرسال عنوان الموقع IP address  لأنها تعرفه مسبقا، ومسجل فى هذا الخادم.

2.       تقوم بسؤال احد الخوادم الأخرى عن هذا العنوان لأن الخادم الذى ورد إليه الطلب لا يعرف عنوان الموقع المطلوب. ومن الممكن ان يقوم بهذه العملية العديد من المرات بسؤال خادم مختلف فى كل مرة.

3.       فى حالة انه لا يعرف عنوان الموقع المطلوب، يقوم بأرسال عنوان لخادم أخر من الممكن ان يكون مسجل عليه عناوين مواقع اكثر من هذا الخادم.

4.       يقوم بأرسال رسالة خطأ فى حالة ان اسم الموقع المطلوب به خطأ او غير مسجل على اى خادم من خوادم اسماء النطاقات.

مثال على خوادم أسماء النطاقات:

بفرض انك كتبت العنوان التالى www.howstuffworks.com في متصفح الانترنت لديك. The browser contacts a DNS server to get the IP address.يقوم المتصفح بالاتصال بأحد خوادم أسماء النطاقات للحصول على عنوان الموقع المطلوب، يقوم خادم اسماء النطاقات بعملية البحث بالاتصال بأحد خوادم اسماء النطاقات الرئيسية A DNS server would start its search for an IP address by contacting one of the root DNS servers .،The root servers know the IP addresses for all of the DNS servers that handle the top-level domains (.COM, .NET, .ORG, etc.). وبما ان خادم أسماء النطاقات الرئيسى يعرف عناوين الخوادم الأخرى المسئولة عن اسماء النطاقات من المستوى الأعلى، (.com , .org , .net , etc…)     فأن خادم اسماء النطاقات لديك يقوم بسؤال الخادم الرئيسى لأسماء النطاقات عن عنوان الموقع المطلوب.

من الممكن ان يقوم الخادم الرئيسى للنطاقات بالرد على الطلب كما يلى: "أنا لا اعرف عنوان الموقع المطلوب، ولكن هذا هو عنوان خادم الاعلى لأسماء النطاقات من النوع .com"

يقوم خادم اسماء النطاقات لديك بأرسال طلب إلى خادم النطاقات ذو المستوى الأعلى بالسؤال عن عنوان الموقع المطلوب، وبما انه يعرفه فعلا فيقوم بالرد عليك بالعنوان المطلوب. والذى بدوره يتم تمرير هذا العنوان إلى المتصفح لديك، الذى يقوم بالدخول على هذا الجهاز عن طريق العنوان الخاص به ليتم عرض صفحه الموقع المطلوب.

One of the keys to making this work is redundanوأحد مفاتيح عمل هذه المنظومة السابقة هو التكرار. هناك عدة أسماء النطاقات خوادم على كل المستويات ، بحيث إذا فشل واحد يقوم الأخرون بمعالجة هذه الطلبات.

المفتاح الآخر هو التخزين المؤقت cashing عندما يقوم خادم اسماء النطاقات بمعرفة عنوان موقع ما، فإنه يتم تخزين العنوان الذى حصل عليه. وهذا التخزين المؤقت يساعد على ابقاء الامور من التعثر.

على الرغم من أنها غير مرئية تماما، تقوم خوادم اسماء النطاقات بمعالجة المليارات من الطلبات كل يوم، وأنها ضرورية لعمل الانترنت على نحو سلس.

حقيقة أن قاعدة البيانات هذه وزعت يعمل بشكل جيد جدا وبخفاء، يوما تلو الأخر، هو شهادة على جودة التصميم.

خوادم الانترنت والعملاء:

خوادم الانترنت تجعل عمل الانترنت ممكناً. كل الاجهزة على شبكة الانترنت إما خوادم أو عملاء. الآلات التي تقدم الخدمات إلى الأجهزة الأخرى هى خوادم، أما الالات التي تستخدم للأتصال بهذه الخوادم هى عملاء. هناك خوادم للويب، وخوادم للبريد الإلكتروني، وخوادم خدمة بروتوكول نقل الملفات وهلم جرا، وهذه الخوادم لخدمة احتياجات مستخدمي الانترنت في جميع أنحاء العالم.

عند الاتصال بالانترنت لتصفح موقع ما لقراءة صفحة، فأنت فى هذه الحالة مستخدمتجلس على جهاز عميل. وانت تستخدم الخادم الخاص بهذا الموقع. الجهاز الخادم يجد الصفحة المطلوبة ويرسلها لك. العملاء التي تتصل بجهاز خادم ما تفعل ذلك مع وجود هدف محدد، هؤلاء العملاء توجه طلباتهم إلى خادم تشغيل برامج معينة على الجهاز الخادم. على سبيل المثال، إذا كنت تقوم بتشغيل متصفح للأنترنت على جهازك، فانه يريد التحدث إلى خادم الويب على الجهاز الخادم، وليس خادم البريد الألكترونى.

الخادم يكون له عنوان ثابت لا يتغير كثيرا. الجهاز الذي يستخدم للأتصال بالانترنت من المنزل عن طريق مودم، يتم تخصيص عنوان له IP Address من قبل مزود الخدمة ISP فى كل مرة يقوم فيها بالاتصال الهاتفى، هذا العنوان هو فريد من نوعه لجلسة العمل الحالية Session الخاصة بك. علماً بان هذا العنوان قد يختلف في المرة التالية التي تقوم فيها بالدخول على الانترنت. بهذه الطريقة، لا يحتاج مزود خدمة الانترنت إلا إلى عنوان انترنت واحد IP Address لكل مودم يدعمه، بدلا من واحد لكل عميل.

البوابات، وبرتوكولات نقل الملفات Ports and HTTP:

أى جهاز خادم يقدم خدماته عن طريق منافذ مرقمة. يكون هناك منفذ واحد لكل خدمة متوفرة على هذا الخادم.For example, if a server machine is running a Web server and a file transfer protocol (FTP) server, the Web server would typically be available on port 80, and the FTP server would be available on port 21. على سبيل المثال، إذا كان جهاز خادم يدير خادم للويب Web Server، وخادم لبروتوكول نقل الملفات (FTP).

خادم الويب سيكون متوفر عادة على المنفذ رقم 80، والخدمة الخاصة ببروتوكول نقل الملفات ستكون متاحة على منفذ رقم 21.Clients connect to a service at a specific IP address and on a specific port number. ويقوم العملاء بالاتصال بخدمة معينة على عنوان معين IP Address، وعلى رقم منفذ محدد Port. Once a client has connected to a service on a particular port, it accesses the service using a specific protocوبمجرد اتصال عميل بخدمة معينة على منفذ معين، فإنه يصل إلى هذه الخدمة باستخدام بروتوكول معين. Protocols are often text and simply describe how the client and server will have their conversatioالبروتوكولات هى غالبا نص يصف ببساطة كيف سيتمكن العميل والخادم من الحديث مع بعضهما. .

كل خادم ويب على الانترنت يتفق مع بروتوكول نقل الملفات HTTP. Networks, routers, NAPs, ISPs, DNS and powerful servers all make the Internet possibالشبكات والموجهات ، ومقدمى خدمات الانترنت، وخوادم أسماء النطاقات، هى خوادم قوية تجعل عمل الانترنت ممكناً.It is truly amazing when you realize that all this information is sent around the world in a matter of milliseconds! ومن المدهش حقا عندما ندرك أنه يتم إرسال كل هذه المعلومات في جميع أنحاء العالم في غضون مللي ثانية! The components are extremely important in modern life -- without them, there would be no Internet. المكونات هي في غاية الأهمية في الحياة المعاصرة -- بدونها لن يكون هناك أي الانترنت. And without the Internet, life would be very different indeed for many of us. وبدون إنترنت ، سوف تكون الحياة مختلفة جدا حقا بالنسبة للكثير منا.