الفصل الثاني عشر (المحاضرة الثالثة) العناصر الرئيسية المستخدمة في توسيع الشبكات Repeaters Bridges Brouters Routers Gateways Switches Hubs

1- مقويات الإشارة Repeaters: هو جهاز مكون من الدارات الكهربائية. يقوم بتحويل الجهود ومواصفات الإشارة بما يتناسب ووسائط النقل. تستخدم مقويات الإشارة لتضخيم الإشارة بهدف إرسالها لمسافات بعيدة وضمن نوع واحد من الشبكات. وذلك لأن الإشارة تتعرض أثناء انتقالها إلى التضاؤل Attenuation عند انتقالها لمسافات بعيدة مما يؤدي إلى تشويهها وصعوبة معرفتها. تعمل مقويات الإشارة في الطبقة الفيزيائية لنظام السبع طبقات (OSI)، لذلك فهي تستطيع ربط شبكتين مختلفتين بالطبقة الفيزيائية فقط.

تابع- مقويات الإشارة: (Repeaters) العلاقة بين مقوي الإشارة وطبقات نظام السبع طبقات (OSI)

وظائف مقويات الإشارة: 1. تستطيع ربط أنواع مختلفة من وسائط النقل مثل ربط شبكة مرتبطة بكابل مجدول غير مغلف (UTP) بأخرى لها كابل ألياف ضوئية. 2. تستطيع زيادة طول الشبكة عن الطول المحدد للـ (Segment) وبالتالي يمكن توسيع المساحة الجغرافية التي تغطيها الشبكة. 3. تستطيع ربط شبكتين مختلفتين بالطبقة الفيزيائية فقط لذا فلا يمكنه ربط شبكة الـ Ethernet التي تستخدم طريقة النفاذ (CSMA/CD) مع شبكة الـ (Token Ring) التي تستخدم طريقة النفاذ (Token Passing) لأن ربط هاتين الشبكتين يقع في طبقة ربط البيانات (Data Link). 4. تستطيع مقويات الإشارة متعددة المنافذ بوصل مختلف أنواع الكابلات. 5. تعتبر مقويات الإشارة من أرخص الأجهزة لتوسيع الشبكة وزيادة المساحة الجغرافية بربط الكابلات المختلفة.

all connected computers مبدأ عمل مقوي الإشارة : Repeater Transmits data to all connected computers

2- الجسور: Bridge هو جهاز مادي يقوم بربط الشبكات المحلية معاً وهذا ما كان يفعله مقوي الإشارة لكن الجسر يعمل في طبقة ربط البيانات، فهو يستطيع ربط شبكتين مختلفتين في خصائص ومواصفات طبقة ربط البيانات في نظام السبع طبقات (OSI) لكنها متماثلة في بنى الطبقات الأعلى.

العلاقة بين الجسر وطبقات نظام السبع طبقات (OSI) تابع- الجسور Bridge: العلاقة بين الجسر وطبقات نظام السبع طبقات (OSI)

مبدأ عمل الجسر: Bridge

تابع- الجسور Bridge: بما أن طبقة ربط البيانات قد قُسمت إلى طبقتين فرعيتين: طبقة التحكم بالنفاذ إلى الوسط (MAC) وطبقة التحكم بالاتصال المنطقي (LLC)، تعمل الجسور في طبقة التحكم بالنفاذ إلى الوسط، لذلك فهي تهتم بالعناوين الفيزيائية (MAC Address) للجهات المتبادلة للأطر(Frames) وطرق النفاذ إلى الوسط الناقل، ولكنها لا تتعامل مع وظائف الطبقات الأعلى من طبقة ربط البيانات. تحتوى الجسور على ما يسمى بجداول التوجيه (Routing Tables).

جداول التوجيه: (Routing Tables) 1. تقوم الجسور ببناء جداول التوجيه على أساس عناوين الحواسيب التي قامت بإرسال البيانات في الشبكة بالاعتماد على عناوين الجهة المرسلة للإطارات. 2.عندما يصل الإطار إلى الجسر فأنه يقرر إهماله أو تمريره وإذا قرر تمريره فعليه أن يعرف أين سيضعه. 3. لكي يستطيع الجسر اتخاذ هذا القرار يجب أن يحتفظ بجداول التوجيه للحواسيب المرتبطة بالشبكة المحلية أو الشبكات المحلية التي يقوم بمهمة وصلها معاً، وعند استقباله إطار ما فإنه يقوم باختبار عنوان الجهة المرسل إليها تلك الإطار، فإذا كانت جهة الاستقبال تقع ضمن الفرع ما قبل الجسر، فإن الجسر يقوم بمنعه من المرور عبره إلى الفروع الأخرى من الشبكة، أما إذا كانت الجهة المستقبلة تقع في أحد الفروع الواقعة ما بعد الجسر فإنه يسمح له بالمرور، وبذلك فإن الجسر يقوم بتخفيف كمية المرور عبر الفروع المختلفة في الشبكات المحلية المترابطة.

تابع- جداول التوجيه: (Routing Tables) 4. إذا كان عنوان الجهة المستقبلة غير موجود في جداول التوجيه، فإن الجسر يُرسل الإطار إلى كل الأجهزة المتصلة على شكل رسالة مذاعة (Broadcast). أما إذا كان عنوان الجهة المستقبلة موجود في جدول التوجيه، فإن الجسر يُرسل الإطار إلى جهاز الجهة المستقبلة فقط.

كيفية بناء جداول التوجيه: في بداية العمل يكون جدول التوجيه للجسر فارغاً، بعد ذلك وعندما تبدأ الحواسيب بنقل الأطر يضع عناوين الحواسيب المرسلة في جدول التوجيه، يتم بناء هذه الجداول بأن يستمع الجسر للشبكة، فعندما يرى حاسوب يُرسل يأخذ منه العنوان الفيزيائي (MAC Address) ومكانه في الـ Segment ويضعها في جدول التوجيه، فعندما يطلب أحد أن يرسل إلى هذه العنوان سيُحدد الجسر فوراً مكانه من الجدول ويرسل إليه الإطار دون أن تشعر بقية الحواسيب، أما إذا لم يجد هذا العنوان في الجدول يُذيع رسالة مذاعة (Broadcast) إلى جميع الشبكات (Segments) المتصلة بالجسر ما عدا التي تأتي منها الرسالة وذلك لأنه لو كان المرسل إليه في نفس Segment لوصلت إليه قبل أن تصل إلى الجسر.

وظائف الجسور: 1. تمتلك كل مواصفات وإمكانيات مقويات الإشارة من حيث: أ. زيادة حجم الشبكة. ب. زيادة عدد الحواسيب التي يمكن أن تستوعبها الشبكة. 2. تعمل في طبقة ربط البيانات فهي تستطيع ربط شبكتين مختلفتين في طبقة ربط البيانات لكنها متماثلة في بنى الطبقات الأعلى. 3. تحتوي على جداول التوجيـه التي تحوي على العناوين الفيزيائيـة (MAC Address).

وظائف الجسور: 4. يتم تخزين جداول التوجيه في ذاكرة الجسر (RAM) فإذا انقطعت الكهرباء عن الجسر تضيع جداول التوجيه وفور بدأ التشغيل يبدأ الجسر ببناء جداول جديدة. 5. تقلل الجسور من تدفق البيانات والازدحام وذلك عن طريق تقسيم الشبكة. 6. لا تستطيع الجسور حل مشكلة العواصف الإذاعية (Broadcast Storms) التي تؤدي إلى اختناق في الشبكة. ولحل مشكلة العواصف الإذاعية نستبدل الجسور بالموجهات (Routers) وهي أجهزة تعمل في طبقة الشبكة وذلك لأن الموجه يتجاهل العاصفة الإذاعية ولا يسمح لها بالمرور من خلاله. 7. تعمل الجسور مع البروتوكولات غير الموجهة.

3- الموجهات (Routers): هو جهاز يعمل في طبقة الشبكة ويقوم بتوجيه الرسائل بين الشبكات لتذهب كل رسالة لمكانها الصحيح، ويتعامل مع مستوى طبقة الشبكة ويتميز بذكاء أكبر من الجسر. كما كانت الجسور تقوم بتسليم الأطر من شبكة لأخرى فإن الموجهات تقوم بتسليم الرزم من طبقات الشبكة من شبكة لأخرى دون أي تغيير في بنية الرزمة حيث تقوم بتوجيه الرزم إلى الطريق الصحيح عبر اختيار المسار الأفضل من بين عدة مسارات. يوجد في الموجهات أيضاً جداول التوجيه (Routing Tables) ولكن هنا تحتوي على العناوين المنطقية (IP Address).

تابع- الموجهات (Routers): العلاقة بين الموجه وطبقات نظام السبع طبقات (OSI)

أنواع الموجهات: 1- الموجهات الساكنة: وهي الموجهات التي يتم فيها إدخال المسارات بشكل يدوي بواسطة مدير الشبكة حيث يقوم بإضافتها إلى جداول التوجيه. وإذا تم تحديد المسار المتبع بين شبكتين فإن هذا المسار سيُسلك بشكل دائم. 2- الموجهات الديناميكية: وفيها يتم بناء جداول التوجيه بشكل ديناميكي بواسطة عدد من البروتوكولات حيث تُستخدم البروتوكولات المختلفة بإيجاد أفضل المسارات وتعديل جدول التوجيه.

وظائف الموجهات: 1. تعمل الموجهات في طبقة الشبكة، لذلك فهي تستطيع ربط شبكتين مختلفتين بطبقة الشبكة لكنها متماثلة في بنى الطبقات الأعلى. 2. تحتوى جداول التوجيه في الموجهات على العناوين المنطقية IP Address. 3. تستطيع الموجهات أن تختار المسار المناسب من عدة مسارات. 4. تعمل الموجهات مع البروتوكولات الموجهة. 5. تُستخدم الموجهات لحل مشكلة العاصفة الإذاعية وذلك لأنه لا يسمح للرسائل المذاعة بالمرور من خلاله.

مبدأ عمل الموجهات: Router

4- الموجهات الجسرية: Brouters هي الأجهزة التي تجمع مميزات كل من الجسور والموجهات في نفس الجهاز. حيث تعمل كموجه Router مع البروتوكولات الموجهة، أو تعمل كجسر Bridge مع البروتوكولات غير الموجهة.

5. بوابات العبور: (Gateways) هي أجهزة تقوم بتحويل المعلومات المنقولة عبر الشبكة من بروتوكول معين إلى بروتوكول آخر, حيث تقوم بوابات العبور تقوم بربط شبكات مختلفة كلياً عن بعضها في كل خصائص البروتوكول المستخدم في كل منها. تقوم هذه الأجهزة باستلام المعلومات المبنية حسب أحد البروتوكولات فتقوم بتفكيكها ومن ثم إعادة تجميعها أي تحليل المعلومات واستخلاص البيانات منها وفرز معلومات التحكم الخاصة بالعناوين ومعلومات كشف الخطأ وغيرها ومن ثم بإعادة تشكيلها حسب البروتوكول الآخر وإرسالها إلى الشبكة الثانية.

مبدأ عمل بوابات العبور: Ethernet Token Ring Gateway

العلاقة بين بوابات العبور وطبقات نظام السبع طبقات تابع- بوابات العبور العلاقة بين بوابات العبور وطبقات نظام السبع طبقات

6. المبدلات (Switches): هو جهاز يعمل في طبقة ربط البيانات مثل الجسور لكنها تختلف في أن المبدلات تحتفظ بجداول التوجيه (Routing Tables) مادياً بينما تحفظها الجسور في ذاكرة عشوائية (RAM) مما يعطي للمبدلات (Switches) سرعة أكبر من الجسور. المبدل أفضل أداء من الجسر لذا إذا طلب منك استبدال الجسر للحصول على أداء أفضل عندما لا تستطيع استخدام الموجه (Router) لوجود بروتوكول غير موجه فإن استخدام المبدل (Switch) هو أرخص الحلول. تعمل المبدلات في طبقة ربط البيانات وبالتالي فهي تؤدي نفس وظائف الجسور وتستخدم للفصل بين الشبكات المحلية المختلفة وهي الأكثر استخداماً الآن حيث أنها تقوم بتخصيص دارات خاصة بكل شبكة محلية (Segment). ويبين الشكل التالي كيفية عمل المبدلات من حيث أنها تمرر الإشارة إلى الحاسوب المعين فقط.

مبدأ عمل المبدلات Switches:

7. وحدات التوصيل المركزية: (Hubs)

أنواع وحدات التوصيل المركزية: (Hubs) 1- وحدة التوصيل المركزية الخاملة: (Passive hubs) تقوم بوظيفة توصيل الأجهزة بعضها ببعض، ولا تقوم بتقوية الإشارة الضعيفة، لا تحتاج إلى مصدر للطاقة لكي تعمل. 2- وحدة التوصيل المركزية الفعّالة: (Active hubs) تقوم بوظيفة توصيل الأجهزة بعضها ببعض بالإضافة إلى تقوية الإشارات الضعيفة، ويمكنها اكتشاف التصادمات (Collision) وتجنبها، وتحتاج إلى مصدر للطاقة لكي تعمل. 3- وحدة التوصيل المركزية الذكية: (Smart hubs) تقوم بعمل مشابه لوحدات التوصيل المركزية الفعّالة ولكن تزيد عليها إمكانية إدارتها والتعامل مع البروتوكول (SNMP) الذي يعمل على إدارة الشبكات.