شبكات حاسوب 1 أستاذ المقرر :د .أسماء عبدﷲ المنقوش كلية التقنية الصناعية -مصراته https://www.researchgate.net/profile/Asma_Elmangoush @Aelmangosh asma_elmangoush@cit.edu.ly أهداف المقرر يهدف هذا المقرر إلى: فهم اساسيات شبكات اﻻتصاﻻت ومراحل تطورها. التعرف على تقنيات الشبكات المحلية وطرق تقييم آدائها. التعرف على شبكات النفاذ المختلفة السلكية والﻼسلكية. التطرق إلى المواضيع التصميمية بالشبكات الحديثة. 2 1 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش معلومات حول المقرر Google ClassRoom (vnsbdya): وباستعمال الكود،اﻻشتراك من خﻼل حسابك بإيميل الكلية . أو البريد اﻻلكتروني فقطClassRoom التواصل مع أستاذة المقرر من خﻼل نظام : المحاضرات . قبل المحاضرةGoogle ClassRoom من خﻼلPDF يمكن الحصول علي نسخة . تذكر أن تحضر دفتر وقلم لتسجيل المﻼحظات في المحاضرة أسماء عبدﷲ المنقوش. د- أسس أمن البيانات والشبكات 3 المراجع : المرجع اﻻساسي 1. Computer Networking, A Top-Down Approach Featuring The Internet. By J. Kurose and K. Ross, 7th edition. 2. Data Communications and Networking By B. Forouzan, 5th edition. )متوفر على صفحة (المقرر : مراجع إضافية 2. Computer Networks, By Andrew Tanenbaum & David Wetherall 3. Computer Networks Performance and Quality of Service, by Ivan Marsic [http://www.ece.rutgers.edu/~marsic/books/CN/] أسماء عبدﷲ المنقوش. د- 1 شبكات حاسوب 5 2 ما يقصد بالشبكة؟ ?What is a network 6 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش ما يقصد بالشبكة؟ mobile network يشير مصطلح الشبكة إلى أي مجموعة من اﻻنظمة المتصلة interconnected systems شبكات الحاسوب computer networkتتكون من عدة عقد nodes متصلة معا من خﻼل نظام إتصاﻻت مكون من ترتيبان مادي Hardware وبرمجي ،Softwareوذلك لكي يتمكن المستخدمين من تبادل المعلومات والبيانات فيما بينهم. global ISP كل عقدة بالشبكة يمكن أن تكون: • جهاز حاسوب PCs, workstations • خوادم واجهزة حاسوب مخصصة dedicated computers • هواتف ذكية أو متحكمات صغرية Smart phones, Microcontroller regional ISP اﻻتصال بين العقد المختلفة يمكن أن يكون عبر أي وسط اتصال أسﻼك نحاسية ،كوابل محورية ،ألياف بصرية موجات راديو ،أقمار صناعية 7 3 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش home network institutional network عناصر ومكونات نظام اﻻتصاﻻت Message .1الرسالة :وهي المعلومات التي سيتم تراسلها عبر وسط اﻻرسال. المعلومات يمكن أن تكون عبارة عن نص ،صورة ،صوت ،أو فيديو. Receiver .3 المستقبل :وهو الجهاز الذي سقوم باستقبال البيانات التي تم ارسالها .يمكن أن يكون حاسوب، تلفزيون ،تلفون، متحكم أو أي جهاز أخر. 8 Sender .2المرسل: وهو الجهاز الذي سقوم بارسال البيانات. يمكن أن يكون حاسوب ،كاميرا، تلفون ،متحسس أو أي جهاز أخر. .4وسط اﻻرسال :Transmission mediumوهو المسار الفيزيائي الذي ستمر الرسالة المرسلة عبره من المرسل إلى المستقبل. .5البروتوكول :protocolويقصد به مجموعة القواعد التي تحكم تراسل البيانات .وهو يمثل أتفاق بين اﻻجهزة المشتركة في عملية اﻻتصال. شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش عناصر ومكونات نظام اﻻتصاﻻت mobile network أطراف الشبكة network edge: • hosts: clients and servers • servers often in data centers access networks, physical media: wired, wireless communication links global ISP regional ISP home network لب الشبكة network core: • interconnected routers • network of networks 9 4 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش institutional network Access networks and physical media Q: How to connect end systems to edge router? residential access nets institutional access networks (school, company) mobile access networks keep in mind: bandwidth (bits per second) of access network? shared or dedicated? INTRODUCTION 1-10 ولماذا نحتاجها؟ Sharing resources مشاركة المصادر المختلفة ◦ Resources become available regardless of the user’s physical location (server based, peer2peer) Load Sharing/utilization مشاركة الحمل وتوزيع العمل ◦ Jobs processed on least crowed machine ◦ Resource can be shared High reliability أعتمادية أعلى ◦ Alternative source of supply (multiple copies) .خفض الكلفة من خﻼل مشاركة المصادر وتوزيع الحمل .تبادل أسرع للمعلومات والخبرات أسماء عبدﷲ المنقوش. د- 1 شبكات حاسوب 12 5 استخدامات شبكات الحاسوب تطبيقات تجارية Business Applications مشاركة بيانات /معلومات و مصادر مختلفة )طابعات ،كاميرات ،ماسحات ضويئة ...إلخ ( تطبيقات صناعية )متابعة إنتاج ،تتبع مسار المعدات ،إلخ( العمل عن بعد ومشاركة سطح المكتب. تجارة إلكترونية E-commerce العمﻼت الرقمية BitCoin تطبيقات منزلية Home Applications مشاركة بيانات /معلومات و مصادر مختلفة )طابعات ،كاميرات ،ماسحات ضويئة ...إلخ ( تطبيقات المنزل الذكي والتحكم عن بعد التواصل بين اﻻفراد )صوت/فيديو( الترفية )ألعاب ،بث تلفزيوني عبر اﻻنترنت ،إلخ( Mobile Users إتصاﻻت خليوية تتبع المركبات والتواصل فيما بينها Special Issues استخدامات أمنية /عسكرية. شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش 13 أنواع الشبكات Types of Networks تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت .1 ق ات اﻻرسال ال .2 .3 ال احة ال غ ا ة ال ي تغ هاGeography 14 لة اله س ة )ال مة transmission technology ال .4 6 ت ش ات اﻻت اﻻت ح : اسل ب ال يل ال ل ج ة( Topology م Switching Strategies شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب قنوات اﻹرسال وصﻼت اﻻتصال المباشر من نقطة إلى نقطة Point-to-point Connection يقدم هذا النوع من الشبكات خط مخصص بين كل زوج من الحواسيب بالشبكة .ﻏالبا ما تستخدم فيه الكوابل السلكية بطول معين ،ولكن يمكن كذلك تطبيقه عبر وصﻼت ﻻسلكية. وصﻼت اﻻتصال متعدد اﻻتصال Multipoint Connection وفي مثل هذا النوع من الشبكات يكون هناك قناة اتصال واحدة مشتركة يستخدمها جميع المشتركين على الشبكة. 15 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب التشكيلة الهندسية)الطبولوجية( Topology تشكيلة النجمة تشكيلة الحلقة تشكيلة المختلطة Mesh Network تشكيلة الناقل 16 7 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب التشكيلة الهندسية Topology وصلة مباشرة تربط بين كل جهازين في الشبكة توفر خط مخصص للتراسل بينهما .dedicated point-to-point link تشكيلة المختلطة Mesh Network ضمن شبكة تحتوي على عدد nجهاز ،كل جاهز يجب أن تتوفر به عدد ) (n-1منفذ اتصال I/O ports وإجمالي عدد الوصﻼت تكون n (n – 1) / 2 duplex-mode links تتميز بأداء عالي بسبب توفر خط مخصص بين كل جهازين .وكما أن الحماية واﻻمن عالي جدا في هذه الشبكة. تعد عالية المتانة robustحيث أن تعطل أي من خطوط اﻻتصال ﻻ توقف عمل الشبكة .كما أن أكتشاف وتحديد اﻻعطال في هذا النوع سهل جدا. عيبها أنها مكلفة وصعبة التطبيق عند إضافة أجهزة جديدة إلى الشبكة 17 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب التشكيلة الهندسية Topology وصلة مباشرة تربط بين كل جهاز في الشبكة وجهاز مركزي .يقوم الجهاز المركزي بتوجيه البيانات المتراسلة بين اﻻجهزة المربوطة به. تشكيلة النجمة Star Topology ﻻ يحتاج إلى عدد كبير من التوصيﻼت وبالتالي كلفة التركيب والتمديد منخفضة. الشبكة تعتمد على الجهاز المركزي. 18 8 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب التشكيلة الهندسية Topology وصلة مشتركة يتصل بها عدد من اﻻجهزة .هذه الوصلة تعد العمود الفقري للشبكة .backbone تشكيلة الناقل المشترك Bus Topology ﻻ يحتاج إلى عدد كبير من التوصيﻼت وبالتالي كلفة التركيب والتمديد منخفضة. 19 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب التشكيلة الهندسية Topology كل جهاز مربوط باتصال مباشر مع جهازين متقاربين به ،يخصص دور كل جهاز ﻻستعمال وسط اﻻتصال ويتحرك الدور في أتجاه واحد على جميع اﻻجهزة المتصلة. تشكيلة الحلقة Ring Topology تتميز هذه التشكلية بسهولة التركيب واﻻعداد. العطل في وصلة واحد يوقف عمل الشبكة بالكامل ،كما أنها تعاني عادة من بطأ في توصيل البيانات. 20 9 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف شبكات اﻻتصاﻻت حسب التغطية الجغرافية Interprocessor distance Processors located in Example 1m Personal Personal Area Network 10 m Room 100 m Building 1 Km Campus 10 Km City 100 Km Country 1 000 Km Continent 10 000 Km Global Local Area Network Metropolitan Area Wide Area Network Internet أسماء عبدﷲ المنقوش. د- 1 شبكات حاسوب 21 Personal Area Network (PAN) الشبكات الشخصية ﻏالبا في مساحة دائرة، شبكة تشغل مساحة صغيرة جدا .قطرها متر واحد وBluetooth أكثر تقنية تستخدم فيها ﻻسلكيا هي بلوتوث USB سلكيا أسماء عبدﷲ المنقوش. د- 1 شبكات حاسوب 22 10 شبكات المناطق المحلية )Local Area Network (LAN تشغيل مساحة صغيرة داخل مكتب ،مبنى ،أو حرم جامعي. تتوفر العديد من التقنيات السلكية والﻼسلكية لبناءها ويمكن تطبيق العديد من التبولوجيات بها. Bus wireless Ring شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش 23 شبكات المناطق المتوسط أو البلدية )Metropolitan Area (MAN 24 11 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش شبكات المناطق الواسعة )Wide Area Network (WAN تغطي شبكات المناطق الواسعة WANمساحات جغرافية كبيرة. تكون ملكيتها وأدارتها من قبل طرف ثالث أي أن المستخدمين ﻻ يملكون الشبكة بل يشتركون ﻻستخدمها. تستخدم قنوات اﻻتصال التي يوفر شركة النقل .common carrier يمكن أن تتكون شبكات المناطق الواسعة من خليط من الدوائر الترحيلية والمؤجرة والفضائية والموجات الميكروية. 25 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش تصنيف الشبكات حسب اسلوب التبديل المستخدم Switching شبكات الدائرة الكهربائية Circuit switched شبكات ترحيل ترحيل الحزم :Packet switched ◦ dedicated circuit per call )◦ performance (guaranteed ◦ call setup required ◦ telephone system ”◦ data sent through net in discrete “chunks ◦ user A, B packets share network resources ◦ resources used as needed ◦ store and forward: packets move one hop at a time )◦ The Internet (TCP/IP 26 12 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش شبكات الدوائر الكهربائية المغلقة Circuit Switched Networks تحتاج الى حجز موارد الشبكة ) الدوائر الفزيائية أو الكهربائية و ومعدﻻت التدفق لﻼرسال وكذلك سعات التخزينية بالمرحﻼت( بين نهايات الشبكة طيلة عملية اﻻتصال. يتم حجز الدوائر والسعات للقيام بعملية اﻻتصال من خﻼل رسائل خاصة تسمى بعملية التشوير Signalingتقوم بارسالها العقدة المرسلة وتستلمها عقدة المقصد. المميزات :بعد عملية بناء الوصلة ،تكون الشبكة شفافة بحيث تصبح العقد متصلة بشكل مباشر. يكون معدل تدفق البيانات ثابت. العيوب :ضياع في موارد الشبكة حيث يتم حجز أمكانيات الشبكة للوصلة الرابطة بين المرسل والمستقبل حتى وأن لم يكن هناك بيانات لﻼرسال. باﻻضافة الى زمن التاخير الناتج عن عملية تأسيس الوصلة )زمن التشوير(. C it y A ) (a C it y C C it y B C it y D شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش 27 شبكات ترحيل الحزم Packet Switched Networks ﻻ يتم حجز موارد الشبكة في شبكات ترحيل الحزم ،أنما يتم استخدام موارد الشبكة حسب الحاجة أو الطلب. يتم ارسال البيانات في شكل كتل تسمى بالحزم ،packetsويتم نقل وتوجيه الحزم بين العقد الى أن تصل إلى عقدة المقصد. يوجد اسلوبان لترحيل الحزم وهما: أسلوب أبراق البيانات Datagram C ity A أسلوب الدوائر اﻻفتراضية Virtual Circuit. ) (b الحزم قد تتخذ مسارات مختلفة ولذلك فإنها قد تصل بشكل ﻏير مرتب. C it y D البعض منها قد يتعرض إلى فترات أنتظار في طوابير بالعقد العابرة والبعض قد يتعرض للفقد. 28 13 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش C it y C C ity B شبكات ترحيل الحزم Packet Switched Networks مميزات ترحيل الحزم عن ترحيل الرسائل ?Why Packet switched and not Message switched networks تسمح شبكات ترحيل الحزم باستﻼم اجزاء من الرسالة ومعالجتها وتوجيهها بينما يتم تجهيز بقية الحزم. كفاءة أعلى في استغﻼل موارد الشبكة .حيث أن كمية البيانات التي يعاد ارسالها بسبب الخطأ أو الفقد أقل. تحتاج الى مساحات تخزينية أقل بالعقد العابرة. تدعم معدﻻت تدفق متعددة لﻼجهزة المختلفة. يمكن اعطاء أولويات لتوصيل الحزم المهمة. اكثر مرونة Robustnessفعندما يكون هناك عطل في مسار معين يمكن استخدام مسار أخر في ايصال بقية الحزم. 29 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش شبكات ترحيل الحزم -حجم الحزمة Packet Switched Networks 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 30 أختيار حجم الحزمة يختلف ﻏالبا حسب تقنية اﻻتصال المستعملة ويطلق عليها عادة اسم Maximum Transmission Unit )(MTU 10 حجم حزمة كبير <-أحتياج لمساحة تخزينية كبيرة في العقد البينية وتعرض ﻷزمان تأخير أعلى. 30 حجم حزمة صغير <-زيادة في عدد الحزم وحجم البيانات المضافة overhead 10 ما هو أنسب حجم للحزمة؟ 30 30 14 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش شبكات ترحيل الحزم -حجم الحزمة Packet Switched Networks 31 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش أسلوب شبكات ترحيل الحزم Packet Switched Networks شبكات أبراق البيانات :Datagram networks تعتمد فكرة هذه الشبكات بأن كل حزمة يتم توجيهها ونقلها بشكل مستقل عن بقية الحزم .لكل حزمة يتم تحديد العقدة التالية بناء على عنوان المقصد .ويمكن ان يتم تغير المسار اثناء جلسة اﻻتصال الواحدة. أكثر مرونة ووثوقية ،وتقدم مستوى افضل ﻻتزان تدفق البيانات عبر الشبكة. ﻻ تحتاج إلى مرحلة تأسيس اﻻتصال أي التشوير. شبكات الدوائر اﻻفتراضية Virtual Circuit networks تعتمد فكرة هذه الشبكات بأن يتم تأسيس دائرة افتراضية أوﻻً بحيث يتم تحديد مسار ثابت عند مرحلة تأسيس المكالمة ويظل المسار محدد طيلة فترة جلسة اﻻتصال وتنقل جميع الحزم من خﻼل هذا المسار. يتم وسم tagكل حزمة حيث يتم من خﻼله تحديد العقدة التالية. 32 15 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش مقارنة بين تقنيات الترحيلSwitching A Circuit Switching B A A4 Packet Switching )(Datagram type B B2 Packet Switching (Virtual Circuit )Type A B2 33 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش مقارنة بين تقنيات الترحيل 34 16 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش B مقارنة بين تقنيات الترحيل Packet Switching (Virtual Circuit )Type )Packet Switching (Datagram type Circuit Switching يوجد مسار محدد للبيانات وﻏير مخصص ﻻ يوجد مسار مخصص للبيانات مسار البيانات محدد ومخصص البيانات تمر عبر نفس المسار خﻼل وقت التواصل بالكامل كل حزمة بيانات يحدد مسارها بشكل مستقل البيانات تمر عبر نفس المسار خﻼل وقت التواصل بالكامل تأخير أعداد اﻻتصال وكذلك تأخير توصيل الحزم تأخير في توصيل الحزم يوجد تأخير في إعداد اﻻتصال يوجد ترويسة إضافية overheadفي كل حزمة بيانات يوجد ترويسة إضافية overheadفي كل حزمة بيانات ﻻ يوجد ترويسة إضافية overheadبعد إعداد اﻻتصال عرض النطاق Bandwidthديناميكي عرض النطاق Bandwidthديناميكي عرض النطاق Bandwidthثابت شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش 35 معايير الشبكة Network Criteria .1اﻷداء :Performance أداء الشبكة يمكن أن يتم قياسه والتعبير عنه عبر عدد من المقاييس منها زمن اﻻرسال transmit timeو زمن اﻻستجابة .response timeويعتمد أداء الشبكة على عدة عوامل مثل :عدد المستخدمين ،نوع وسط اﻻرسال ،أمكانيات اﻻجهزة المتصلة وفعالية البرمجيات المطبقة. .2اﻻعتمادية :Reliability أعتمادية الشبكة تقاس عادة من خﻼل معدل حدوث اﻻخطاء ،الزمن المطلوب للتعافي recoverبعد حدوث الخطأ في وصلة ما أو في الشبكة بشكل عام. .3اﻷمن :Security أمن الشبكة يتعلق بالكثير من العوامل مثل حماية البيانات من الوصول الغير مخول ،حماية البيانات من التلف أو الضياع، وحماية مصادر الشبكة من اﻻستعمال الغير مصرح به. 36 17 شبكات حاسوب - 1د .أسماء عبدﷲ المنقوش المؤسسات الصادرة لمعايير أنظمة اﻻتصاﻻت International Standards Organization (ISO) • المنظمة الدولية للمعايير Internet Engineering Task Force • مجموعة عمل هندسة اﻻنترنت International Telecommunication Union (ITU) • اﻻتحاد الدولي لﻼتصاﻻت Institute of Electrical and Electronic Engineers. • معهد الهندسة الكهربائية اﻻلكترونية European Telecommunications Standards Institute • المعهد اﻻروبي لمعايير اﻻتصاﻻت World Wide Web Consortium (W3C) • رابطة الشبكة العالمية 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Monday, October 2, 2017 أسماء عبدﷲ المنقوش. د- برمجة شبكات 37 18