آلية عمل شبكة الأنترنت؟

في حادثة أوروبية شهيرة .....، انقطعت فيها الأنترنت على غير العادة في دولة ارمينيا لمدة 12 ساعة كاملة بعدما ظن الجميع انها ستعود بعد دقائق.

كان وراء السبب عجوز جورجية في 75 من العمر، قامت بقطع أسلاك مارة تحت الارض في المنطقة الحدودية بين ارمينيا وجورجيا.

من طرائف الصدف ان هذه الأسلاك هي ألياف الأنترنت البصرية، بعدما كانت تحفر بحثاً عن نحاس قاصدتاً بيعه مع بعض الخردوات الأخرى. لتصيب أجزاء من تلك الألياف البصرية العابرة للقارات.

بعد بحث السلطات المطول عن موقع وسبب الحادثة اكتشفوا مكانها وتم اصلاحه، واشتهرت بعدها هذه العجوز السبعينية بفعل مالم تفعله القروش والدببة.

عندما سئلت عن الفعلة، قالت ماهي هذه الأنترنت أنا لا أعلم شيئا عنها.

لذا ان كنت مثل تلك العجوز المحظوظة، لا تعلم عما تمثله الأنترنت وآلية عملها، وكيف تصل الينا؟، يمكننا في هذا المقال افادتك، كي تتجنب قطعها علينا ان كنت تنوي الحفر للبحث عن كنز ما.....هههه

أولاً، تاريخ الأنترنت تحت مسمى ArpaNet

تاريخ الأنترنت

كات البداية في خمسينيات القرن الماضي، لما أراد مجموعة من الباحثين الربط بين بعض الحواسيب ولو لامتدادات قصير. بحيث يمكن للكمبيوترات ارسال رسائل فيما بينها دون عملية التنقل.

كان السبب الأول وراء البحث في الموضوع هو وزارة الدفاع الأمريكية، وسعيها الوصول الى وسيلة اتصال تساعدهم في حالة نشوب أي حرب عسكرية.

ومن أجل ذلك أنشأت هيئة سمتها بوكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة والمعروفة باسم: "Arpa".

كان هدف الوكالة الأساسي انشاء شبكة تربط الحواسيب فيما بينها، وبالفعل ببلوغ عام 1969 نجحت في ذلك. وتمكنوا من ارسال رسالة بين حاسوبين، الأول في جامعة كاليفورنيا والثاني في معهد ستانفورد للأبحاث. وأنشؤوا أول شبكة تواصل تعرف بـ "ArpaNet".

الحادثة هذه كانت اللبنة الأولى لانطلاق تاريخ شبكات الأنترنت، والتي لا تزال مبنية عليها الى وقتنا الحالي.

فماهي الأنترنت إذن؟

مفهوم الأنترنت

هو شبكة لا متناهية من الحواسيب المرتبطة ببعضها البعض، تنتشر حول أنحاء العالم وتصل فيما بينها بكابلات عابرة للقارات، لتصل الينا عبر مزودي الخدمة (Internet service provider).

تتيح هذه الشبكة الوصول للموارد المختلفة للبيانات عبر الخوادم وكابلات الألياف البصرية والموجهات، بالتلاعب بالموجات من ضوئية الى رموز والعكس.

تعمل هذه البنية عبر نظام محدد يعرف ببروتوكول الأنترنت، وهو الخاصية التي تسهل إدخال وإخراج البيانات من والينا أو العكس بتحديد نوعيتها ووجهتها، وقرائتها عبر حزم.

تمثل الأنترنت البنية التحتية لنقل البيانات، وتمثل الويب البيانات المتعلقة بها. ويمكن لأي جهاز قابل للحوسبة اليوم الاتصال بالأنترنت بنفسها أو عبر مستخدم من خلال ما يعرف بـ: أنترنت الأشياء Iot.

مصدر الأنترنت

يعتقد أغلب البشر اليوم أن مصدر الأنترنت في العالم يأتي من أمريكا مثلاً أو بريطانيا أو أي دولة أخرى. وهذا مفهوم خاطئ طبعاً. حيث تتمتع الأنترنت بنمط لا مركزي لتبادل البيانات، ولا يمكن لكيان معين التحكم بها أو السيطرة عليها.

نظراً لأن الأنترنت مبني على المشاركة والملكية الجماعية، وهذا البند هو ما يجعل منها في شكلها الحالي، فتخيل أنه يمكن لجهة معينة أن تقطع عنا الأنترنت بشكل كلي، ربما لم يكن لتصل الينا اليوم بالعودة للفترات السياسية الحادة التي مر بها العالم!!.

لكن، ما يخلط المستخدمين حوله هو مركزية خوادم الموقع الواحد، كفيسبوك وغوغل وغيرها. من خلال حتمية مرور بياناتنا عبرها، وهذا ما يعرضنا للتجسس على خصوصياتنا وتجميع بياناتنا واستغلالها لمصالحهم الشخصية. 

لذا يسعى المطورين اليوم على توفير بيئة لامركزية لتفادي مشاكل الجوسسة، من خلال نمط الجيل الثالث من الأنترنت الويب 3.0.

لامركزية الأنترنت

من أين تأتي هذه البيانات وكيف نتصل بها؟

لكي تفهم الأمر بشكل بسيط، ركز معي. تخيل ملايين أجهزة الكمبيوتر متصلة فيما بينها في عدد ضخم من الوصلات التي يجب توفيرها لربطها ببعضها البعض؟.

ربما قد لاحظت العدد الكبير من الوصلات فقط لكمبيوتر واحد، لذا يعتبر هذا مشكلاً ان كنا مستخدمين منتشرين حول العالم .

هنا مع قليل من العصف الذهني فكر العلماء في جلب كمبيوتر ضخم خارجي، نستعين به لخدمتنا كوسيط لتسهيل تعقيدات الربط  وحفظ بياناتنا. دون امكانية وصول الآخرين اليها، وهذا ما يعرف بالشبكة العالمية.

يسمى ذلك الكمبيوتر الضخم المرتبط بالأنترنت، بالخوادم (server). وهو مقدم خدمة لأجهزة الاتصال المختلفة بربطها بشبكة الأنترنت دون اللجوء لكل كمبيوتر على حدة بالوصول المباشر اليها (هناك أنواع متعددة للخوادم، لن نذكرها لأنها ليست من موضوعنا اليوم). 

يتمتع الخادم بقدرات عالية وفي مراكز مخصصة وملائمة من توفير التبريد والأمان والكهرباء بشكل متواصل، مثل خوادم غوغل مثلاً.

دور الخوادم في تسهيل الاتصال

ماهي آلية عمل الأنترنت؟

هذا المقال الذي تقرأه الآن يبعد  آلاف الأميال عن مركز بيانات Google للوصول إليك. ولنفهم كيف يعمل الإنترنت  فيجب فهم تفاصيل الرحلة المذهلة لهذه البيانات. 

يتم تخزين أي موقع أو صفحة ما في مركز البيانات "Data Center"، الذي يمكن أن يبعد آلاف الأميال عنك. لتصل في الأخير إلى هاتفك المحمول أو الكمبيوتر؟ 

لتحقيق هذا الهدف ستكون الأقمار الصناعية طريقة سهلة لفعل ذلك؟. حيث يمكن لمركز البيانات إرسال إشارة إلى القمر الصناعي عبر هوائيات، ثم يعاد ارسالها من القمر إلى هاتفك المحمول عبر هوائي آخر قريب منك. 

لكن هذه الطريقة في ذهاب وإياب البيانات ليست فكرة جيدة كما تعتقد، نظراً لأن القمر الصناعي يقع على ارتفاع 22000 ميل تقريبًا فوق خط الاستواء، وستقطع بهذا البيانات في هذه الحالة مسافة إجمالية تبلغ 44000 ميل.

تُأخر هذه المسافة الطويلة من استقبال الإشارة. وبشكل أكثر تحديدًا "زمن انتقال كبير". وهو أمر غير مقبول لمعظم تطبيقات الإنترنت.

 الأنترنت الفضائي ومشاكل الاتصال

لذا اذا لم يصلك البيانات عبر القمر الصناعي، فكيف يصل إذن؟

حسنًا، يتم ذلك بمساعدة شبكة معقدة من المعدات لأساسية المتمثلة في: 

• كابلات الألياف الضوئية.
• مراكز البيانات.
• الأبرج الخلوية.
• الخوادم
• الموجهات.

تربط هذه الأدوات بين مركز البيانات وجهازك. حيث يمكن توصيل هاتفك بالإنترنت عبر البيانات الخلوية أو أي جهاز توجيه Wi-Fi. ولكن في نهاية المطاف،  توصيل هاتفك بهذه الشبكة سيكون بكابلات الألياف الضوئية.

يتم تخزين البيانات في جهاز التخزين الصلب SSD داخل مراكز البيانات. تعمل SSD كذاكرة داخلية للخادم. والذي يمثل كما ذكرنا سابقاً جهاز كمبيوتر قوي مهمته تزويدك بالمحتوى المخزن الذي حددته.

لكن، التحدي الآن هو كيفية نقل البيانات المخزنة من Data center إلى جهازك بالتحديد؟

أولاً يجب أن نفهم عاملاً مهماً وهو عنوان IP. وهو معرف كل جهاز متصل بالإنترنت سواء كان خادمًا أو جهاز كمبيوتر أو هاتفًا محمولًا بشكل فريد، من خلال سلسلة من الأرقام المعروفة باسم عنوان IP. وهو شبيه بعنوان منزلك، الذي يحدد مكانه بشكل فريد. (مثال: 192.166.3.63).

في أي ظرف سيكون لك عنوان لمنزلك. وبالمثل في عالم الإنترنت، يعمل الـ IP وهو  اختصار لـ (Internet Protocol) كعنوان شحن تصل من خلاله جميع المعلومات إلى وجهتها. وسيحدد مزود خدمة الإنترنت ISP عنوان IP الخاص بجهازك وينقل اشارات بحثك الى وجهتها.

يحتوي الخادم الموجود في مركز البيانات أيضًا على عنوان IP أين يقوم هذا الأخير بتخزين موقع الويب حتى تتمكن من الوصول إليه فقط من خلال معرفة عنوان IP الخاص بالخادم. ومع ذلك، يصعب على الشخص تذكر الكثير من عناوين IP. 

لحل هذه المشكلة  يتم استخدام أسماء النطاقات مثل youtube و facebook  مع الراجعة com. وما إلى ذلك والتي تتوافق مع عناوين IP الذي يسهل علينا تذكرها أكثر من التسلسل الطويل للأرقام. 

للوصول إلى الإنترنت، نستخدم دائمًا أسماء المجال بدلاً من أرقام عناوين IP المعقدة. لكن من أين يحصل الإنترنت على عناوين IP المقابلة لطلبات اسم المجال الخاصة بنا. 

حسنًا، لهذا الغرض يستخدم الإنترنت دفتر هاتف ضخمًا يُعرف باسم DNS. إذا كنت تعرف اسم شخص ما، ولكنك لا تعرف رقم هاتفه، يمكنك ببساطة البحث عنه في دليل الهاتف. 

يوفر خادم DNS نفس الخدمة للإنترنت. حيث يمكن لمزود خدمة الإنترنت أو المنظمات الأخرى إدارة خادم DNS. فعندما تقوم بإدخال اسم المجال، يرسل المتصفح طلبًا إلى خادم DNS للحصول على عنوان IP المقابل.

بعد الحصول على عنوان IP، يقوم متصفحك ببساطة بإعادة توجيه الطلب إلى مركز البيانات، وبشكل أكثر تحديدًا إلى الخادم المعني. بمجرد أن يتلقى الخادم طلبًا للوصول إلى موقع ويب معين، يبدأ تدفق البيانات. ويتم نقلها بتنسيق رقمي عبر كابلات الألياف الضوئية، وبشكل أكثر تحديدًا في شكل نبضات ضوئية. 

كيف تنتقل البيانات عبر بروتوكولات الأنترنت؟

تضطر هذه النبضات الضوئية أحيانًا إلى السفر آلاف الأميال عبر كابل الألياف الضوئية للوصول إلى وجهتها. وخلال رحلتهم غالبًا ما يتعين عليهم المرور عبر تضاريس وعرة مثل المناطق الجبلية أو تحت سطح البحر. هناك عدد قليل من الشركات العالمية التي تقوم بوضع وصيانة شبكات الكابلات الضوئية. 

تمتد كابلات الألياف البصرية التي تحمل الاشارات الضوئية عبر قاع البحر إلى عتبة منزلك حيث يتم توصيلها بجهاز التوجيه. يقوم هذا الاخير بتحويل هذه الإشارات الضوئية القادمة إلى إشارات كهربائية. ثم يتم استخدام كابل إيثرنت لنقل الإشارات الكهربائية إلى الكمبيوتر المحمول الخاص بك.

ومع ذلك، إذا كنت تصل إلى الإنترنت باستخدام البيانات الخلوية، فيجب إرسال الإشارة من الكبل البصري إلى البرج الخلوي الأقرب اليك، ومن البرج إلى هاتفك الخلوي في شكل موجات كهرومغناطيسية. 

نظرًا لأن الإنترنت عبارة عن شبكة عالمية، فقد أصبح من المهم أن يكون لديك منظمة لإدارة أشياء مثل تخصيص عنوان IP وتسجيل اسم المجال وما إلى ذلك، تتم إدارتها جميعًا بواسطة مؤسسة تسمى ICANN تقع في الولايات المتحدة الأمريكية. 

أحد الأشياء المدهشة حول الإنترنت هو كفاءتها في نقل البيانات عند مقارنتها بتقنيات الاتصال الخلوية والخطوط الأرضية. أين يتم إرسال هذه البيانات التي نبحث عنها من Google Data Center إليك في شكل مجموعة ضخمة من الأصفار والآحاد. 

ما يجعل نقل البيانات في الإنترنت فعالاً هو الطريقة التي يتم بها تقطيع هذه الأصفار والآحاد إلى أجزاء صغيرة تُعرف باسم "الحزم" ويتم نقلها. لنفترض أن هذه التدفقات من الأصفار والآحاد مقسمة إلى حزم مختلفة "Packet" بواسطة الخادم حيث تتكون كل حزمة من ستة بتات.

تتكون كل حزمة أيضًا من رقم التسلسل وعناوين IP للخادم والهاتف. باستخدام هذه المعلومات، يتم توجيه الحزم نحو هاتفك. ليس من الضروري أن يتم توجيه جميع الحزم من خلال نفس المسار وأن تتخذ كل حزمة بشكل مستقل أفضل مسار متاح في ذلك الوقت. 

عند الوصول إلى هاتفك، يتم إعادة تجميع الحزم وفقًا لرقم تسلسلها. في حالة فشل أي حزم في الوصول إلى هاتفك، يتم إرسال إقرار من هاتفك لإعادة إرسال الحزم المفقودة. قارن الآن هذا بشبكة بريدية ذات بنية تحتية جيدة، لكن العملاء لا يتبعون القواعد الأساسية المتعلقة بعناوين الوجهة. 

في هذا السيناريو، لن تتمكن الرسائل من الوصول إلى الوجهة الصحيحة. وبالمثل في الإنترنت، نستخدم شيئًا يسمى البروتوكولات لإدارة هذا التدفق المعقد لحزم البيانات. 

تحدد البروتوكولات القواعد الخاصة بتحويل حزم البيانات وإرفاق عناوين المصدر والوجهة بكل حزمة وقواعد أجهزة التوجيه وما إلى ذلك من تطبيقات مختلفة تختلف البروتوكولات المستخدمة. 

ختاماً، الأنترنت هو أجهزة الكوكب مرتبطة في شبكة عالمية، بواسطة أدوات الربط من كابلات الألياف البصرية، مراكز البيانات، أبراج الاتصال و الموجهات. يتم توصيلها الينا عن طريق مزودي الخدمة ISP.

طريقة الربط هذه تلعب دوراً مهماً في تبسيط وتسريع نقل البيانات من خلال الاعتماد على حواسيب ضخمة وقوية تسمى "الخوادم". 

تلعب الخوادم دور الوسائط، فبدل ربط ملايين من الحواسيب ببعضها البعض نلجأ اليها.

الأنترنت هو شكل لا مركزي من تدفق البيانات، ولا يمكن لأي جهة أن تقطع الاتصال عن الأخرى بشكل نهائي.

انتقال البيانات ذهاباً واياباً، يتم عبر تحويل الشحنات الضوئية الى كهرباية والعكس. ولتحديد مكان ونوع هذه البيانات المطلوبة، نعتمد على بروتوكولات الأنترنت المتمثلة في عناوين Ip وDNS. التي يتم تزويدنا بهم من طرف مزودي الخدمة.

هذا العالم الرقمي  الغير ظاهر، يعتمد على بنى تحتية ضخمة تربط بين ملايير من البشر بما يعرف بالأنترنت.  

تقدر أرقام البيانات المتداولة في هذا الكيان الضخم، لما يصل لمراحل مرعبة تقدر بعشرات الزيتابايت من البيانات، ولا أنصحك بالتعرف على الرقم زيتا.

المصدر

↚

↱1