كيف تعمل البنية التحتية للإنترنت؟

كيف تعمل البنية التحتية للإنترنت؟ تم تسليط الضوء عليه من قبل BTW Media لأن الأدلة المنشورة تربطه بالبنية التحتية للإنترنت أو الحوكمة أو التبعيات التشغيلية أو رؤية السوق.

البنية التحتية للإنترنت هو نظام معقد ولكن منسق بشكل جميل يتيح الاتصال العالمي السلس وتبادل المعلومات. منذ تأسيسه في عام 1969، نمت الإنترنت من أربعة أنظمة مضيفة إلى عشرات الملايين. في الواقع، كل جهاز متصل بالإنترنت هو جزء من الشبكة، حتى الأجهزة في منزلك. ما الذي يتكون منه الهيكل الأساسي للإنترنت؟ من خوادم الأسماء، إلى نقاط الوصول إلى الشبكة، إلى شبكات العمود الفقري، يحدث نقل البيانات والمعلومات عبر ما نسميه البنية التحتية للإنترنت، وهي اللبنات الأساسية للإنترنت. أولاً، تحتاج إلى معرفة كيف يتصل جهاز الكمبيوتر الخاص بك بأجهزة الكمبيوتر الأخرى.

اقرأ أيضًا: ما هي البنية التحتية للإنترنت؟ التسلسل الهرمي لشبكة الكمبيوتر كل جهاز متصل بالإنترنت هو جزء من الشبكة، حتى الأجهزة في منزلك. على سبيل المثال، قد يكون جهاز الكمبيوتر الخاص بك متصلاً بمزود خدمة الإنترنت (ISP) باستخدام مودم كابل أو ألياف بصرية. في العمل، قد يكون جهازك جزءًا من شبكة محلية (LAN)، ولكن اتصالك بالإنترنت يتم توفيره بواسطة مزود خدمة الإنترنت الخاص بصاحب العمل. بمجرد توصيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك، يصبح جزءًا من شبكة صاحب العمل. يمكن بعد ذلك لمزود خدمة الإنترنت الاتصال بشبكة أكبر. الإنترنت هي مجرد شبكة من الشبكات.

تمتلك شركات الاتصالات الكبيرة شبكة خاصة بها من العمود الفقري المخصص، واتصالات إنترنت دائمة مع نطاق ترددي كافٍ للسماح للعديد من الأشخاص باستخدام الاتصال في نفس الوقت. في كل منطقة، لدى الشركة مكتب محلي يربط المنازل والشركات المحلية بشبكتها الرئيسية. والمثير للدهشة أنه لا توجد شبكة مركزية. يتم نقل حركة المرور من نقطة إلى أخرى، وإذا توقف أحد أجهزة الكمبيوتر عن العمل في الشبكة، يتم توجيه الحزم التي يتكون منها الملف الرقمي إلى الكمبيوتر الآخر. تصل الملفات كما هو متوقع، ولن تلاحظ أي تغيير في أنماط حركة المرور. فيما يلي مثال لشبكة إنترنت: تخيل أن الشركة "أ" هي شركة صغيرة لديها شبكة مكتبية تحتوي على خوادم وطابعات متصلة بالشبكة.

افترض أن الشركة "ب" هي مزود خدمة إنترنت مؤسسي. تقوم الشركة "ب" ببناء أو استئجار مساحات مكتبية في المدن الكبرى لتخزين خوادمها ومعدات التوجيه. الشركة "ب" كبيرة جدًا لدرجة أنها تدير خطوط الألياف البصرية الخاصة بها بين المباني بحيث تكون جميعها متصلة ببعضها البعض. في هذا الترتيب، يمكن لجميع عملاء الشركة "أ" التواصل مع بعضهم البعض وجميع عملاء الشركة "ب" التواصل مع بعضهم البعض، لكن شبكات الشركتين غير مرتبطة. يمكن لكلتا الشركتين التواصل داخليًا، لكن لا يمكن لأي منهما التواصل مع الأخرى. لذلك، تتفق كل من الشركة "أ" والشركة "ب" على الاتصال بنقطة الوصول إلى الإنترنت أو IXP في كل مدينة.

يمكن الآن لشبكات الشركتين الاتصال ببعضهما البعض باستخدام الإنترنت، وكذلك مع المنظمات الأخرى. يوضح هذا المثال كيف تتواصل شبكات شركتين مع بعضهما البعض، لكن الشركتين هما مجرد مثال مقرب لكيفية انضمام شبكتيهما إلى الإنترنت الواسع. للحصول على نظرة شاملة لما قد تبدو عليه هذه الشبكات المترابطة، ألق نظرة على مشروع Opte لـ Barrett Lyon، الذي يعمل على إنشاء خريطة متطورة باستمرار لسباكة الإنترنت. وظيفة أجهزة التوجيه للإنترنت تعتمد جميع هذه الشبكات على IXP وشبكات العمود الفقري وأجهزة التوجيه للتواصل مع بعضها البعض.

الشيء المذهل في هذه العملية هو أن الرسالة يمكن أن تغادر جهاز كمبيوتر واحد، وتنتقل في منتصف الطريق حول العالم عبر عدة شبكات مختلفة، وتصل إلى كمبيوتر آخر في جزء من الثانية! يحدد جهاز التوجيه أين يتم إرسال المعلومات من كمبيوتر إلى آخر. أجهزة التوجيه هي أجهزة مخصصة ترسل الرسائل منك ومن مستخدمي الإنترنت الآخرين التي تتسارع على طول آلاف المسارات إلى وجهاتها. لدى أجهزة التوجيه وظيفتان منفصلتان ولكن مترابطتان: 1. تضمن عدم ذهاب المعلومات إلى حيث لا تكون هناك حاجة إليها. هذا ضروري لمنع كميات هائلة من البيانات من سد اتصالات "المارة الأبرياء". 2. تضمن وصول المعلومات إلى وجهتها المقصودة.

في أداء هاتين الوظيفتين، يكون جهاز التوجيه مفيدًا جدًا عند التعامل مع شبكتي كمبيوتر منفصلتين. يربط بين شبكتين، ويمرر المعلومات من شبكة إلى أخرى. كما أنه يحمي تفاعلات الشبكة، ويمنع حركة المرور من شبكة واحدة من التسرب إلى أخرى دون داع. بغض النظر عن عدد الشبكات المتصلة، تظل العملية الأساسية ووظيفة جهاز التوجيه كما هي. نظرًا لأن الإنترنت هي شبكة واسعة من عدد لا يحصى من الشبكات الأصغر، فمن الضروري أن تستخدم أجهزة التوجيه. العمود الفقري للإنترنت أنشأت مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) أول شبكة عمود فقري عالية السرعة في عام 1986. تسمى NSFNET، وهي خط T1 يربط 170 شبكة أصغر معًا ويعمل بسرعة 1.5 ميغابت في الثانية (مليون بت في الثانية).

عملت IBM وMCI وMerit مع NSF لإنشاء العمود الفقري، وفي العام التالي طوروا العمود الفقري T3 (45 ميغابت في الثانية). العمود الفقري هو اتصال الإنترنت الذي يسمح بحركة مرور أكثر بكثير من الاتصال من منزلك إلى المكتب المركزي حول الزاوية. في الأيام الأولى للإنترنت، فقط أكبر شركات الاتصالات كانت لديها القدرة على التعامل مع هذا النطاق الترددي. اليوم، تعمل المزيد والمزيد من الشركات على تشغيل شبكات العمود الفقري عالية السعة الخاصة بها، وكلها مترابطة على مجموعة متنوعة من IXPs حول العالم. بهذه الطريقة، يمكن للجميع على الإنترنت، بغض النظر عن مكانهم أو مزود الخدمة الذي يستخدمونه، التحدث مع أي شخص آخر على الكوكب.

الإنترنت كلها بروتوكول ضخم للتواصل الحر بين الناس. بروتوكول الإنترنت: عنوان IP كل جهاز على الإنترنت لديه رقم تعريف فريد يسمى عنوان IP. IP تعني بروتوكول الإنترنت، وهو أحد بروتوكولين تستخدمهما أجهزة الكمبيوتر للتواصل عبر الإنترنت. الآخر هو بروتوكول التحكم في الإرسال، وغالبًا ما يشار إليهما معًا باسم TCP/IP. البروتوكول هو طريقة محددة مسبقًا للأشخاص الذين يريدون استخدام خدمة للاتصال بتلك الخدمة. يمكن أن يكون "الشخص" شخصًا، ولكن في الغالب هو برنامج كمبيوتر، مثل متصفح الويب. يبدو عنوان IP الإصدار 4 (IPv4) النموذجي كما يلي: 216.27.61.137. لتسهيل ذاكرتنا البشرية، يتم تمثيل عناوين IP عادةً بتنسيق عشري كأرقام عشرية منقطة، كما هو موضح في الشكل أعلاه.

لكن أجهزة الكمبيوتر تتواصل في شكل ثنائي. عرض نفس عنوان IPv4 في شكل ثنائي: 11011000.00011011.00111101.10001001. كل سلسلة من الأرقام في عنوان IPv4 تسمى octet لأن كل سلسلة من الأرقام لها ثمانية مواضع عند عرضها في شكل ثنائي. إذا أضفت جميع المواضع، تحصل على 32، لأن عناوين IPv4 تعالج كأرقام 32 بت. نظرًا لأن كل موقع من المواقع الثمانية يمكن أن يكون له حالتان مختلفتان (1 أو 0)، فإن إجمالي عدد التركيبات الممكنة لكل octet هو 28 أو 256. وبالتالي، يمكن أن يحتوي كل octet على أي قيمة بين 0 و 255. اجمع أربعة octets معًا وستحصل على 232 أو 4,294,967,296 قيمة فريدة!

من بين حوالي 4.3 مليار تركيبة ممكنة في عناوين IPv4، بعض القيم مقيدة للاستخدام كعناوين IP نموذجية. على سبيل المثال، عنوان IP 0.0.0.0 محجوز لأجهزة الكمبيوتر على الشبكة المحلية، والعنوان 255.255.255.255 يستخدم للبث. على الرغم من أن 4.3 مليار عنوان يبدو كثيرًا، إلا أن الإنترنت ينمو بسرعة كبيرة لدرجة أن هناك حاجة إلى نظام عناوين 128 بت محدث لاستبدال IPv4. في أواخر عام 1998، بدأ خبراء من فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) في تطوير نظام جديد. تم إطلاق الإصدار 6 من IP (IPv6) رسميًا في 6 يونيو 2012، ولديه 340 تريليون مساحة 3 عنوان، لذلك يجب أن نترك مساحة كافية لجميع الأجهزة. (في الوقت الحالي. وللتسجيل، لم يتم اعتماد IPv5 رسميًا كمعيار.

كما قد تتوقع، تبدو عناوين IPv6 مختلفة قليلاً عن IPv4، الذي تم إنشاؤه في السبعينيات. يستخدم كل جزء في عنوان IPv6 أربعة أرقام، مفصولة بنقطتين. المثال كما يلي: ba5a:9a72:4aa5:522e:b893:78dd:a6c4:f033. نظرًا لأن IPv6 يستخدم الترميز السداسي عشري، يجب تمثيل 16 رقمًا منفصلاً. لذا، بالإضافة إلى الأرقام من 0 إلى 9، تم استخدام الحروف A-F لتمثيل رقمين. عالق حاليًا مع IPv4، الغرض من octet ليس فقط فصل الأرقام. يتم استخدامها لإنشاء فئات من عناوين IP التي يمكن تعيينها لأعمال محددة أو حكومات أو كيانات أخرى بناءً على الحجم والاحتياج. ينقسم octet إلى جزأين: الشبكة والمضيف. يحدد octet الأول الشبكة التي ينتمي إليها الكمبيوتر.

المضيف (يسمى أحيانًا عقدة) يحدد الكمبيوتر الفعلي على الشبكة. يُظهر octet الأخير قطاع المضيف. هناك خمس فئات IP وبعض العناوين الخاصة. عندما كانت الإنترنت في مهدها، كانت تتكون من عدد صغير من أجهزة الكمبيوتر المتصلة بأجهزة المودم وخطوط الهاتف. يمكنك فقط إنشاء اتصال عن طريق توفير عنوان IP للكمبيوتر الذي تريد إنشاء رابط معه. على سبيل المثال، قد يكون عنوان IP نموذجي هو 216.27.22.162. كان هذا جيدًا عندما كان هناك عدد قليل من المضيفين فقط، ولكن مع ظهور المزيد من الأنظمة عبر الإنترنت، أصبح الأمر غير عملي. الحل الأول لهذه المشكلة هو ملف نصي بسيط يحتفظ به مركز معلومات الشبكة (NIC) يسمى جدول المضيف، الذي يربط الأسماء بعناوين IP.

سرعان ما أصبح هذا الملف النصي كبيرًا جدًا لدرجة أنه أصبح مرهقًا في الإدارة. في نوفمبر 1983، قدم Paul Mokapetris اقتراحين للتعليق إلى مجموعة عمل الشبكة الدولية. يحدد RFC 882 مفهوم نظام أسماء النطاقات (DNS)، الذي يربط تلقائيًا أسماء النصوص بعناوين IP. يقترح RFC 883 طريقة لتنفيذ هذا النظام. بفضل جهوده وجهود العديد من الآخرين، بهذه الطريقة عليك فقط تذكر www.howstuffworks.com، على سبيل المثال، بدلاً من سلسلة من الأرقام وعلامات الترقيم لعنوان IP الخاص بـ HowStuffWorks.com. اقرأ أيضًا: كيف يمكنني حماية عنوان IP الخاص بي كالمحترفين؟ URL: محدد موقع الموارد الموحد عند استخدام الويب أو إرسال بريد إلكتروني، يمكنك استخدام اسم النطاق للقيام بذلك.

على سبيل المثال، يتضمن محدد موقع الموارد الموحد (URL) “https://www.howstuffworks.com” اسم النطاق howstuffworks.com. وكذلك عنوان البريد الإلكتروني هذا: نقاط الاتصال العامة المنشورة. في كل مرة يتم فيها استخدام اسم نطاق، تقوم خوادم DNS الخاصة بالإنترنت بتحويل اسم النطاق القابل للقراءة البشرية إلى عنوان IP قابل للقراءة الآلية. انظر كيف تعمل خوادم الأسماء لمعرفة المزيد عن DNS. نطاقات المستوى الأعلى، المعروفة أيضًا باسم نطاقات المستوى 1، تشمل.com و.org و.net و.edu و.gov. داخل كل نطاق مستوى أعلى، هناك قائمة ضخمة من نطاقات المستوى الثاني.

على سبيل المثال، في نطاق المستوى الأعلى.com، هناك: HowStuffWorks Yahoo Microsoft يجب أن يكون كل اسم في نطاق المستوى الأعلى.com فريدًا. الجزء الأيسر (مثل "www") هو اسم المضيف. يحدد اسم الدليل على كمبيوتر معين بعنوان IP معين في النطاق. يمكن أن يحتوي نطاق معين على ملايين أسماء المضيفين، طالما أنها جميعًا فريدة داخل النطاق. تقبل خوادم DNS الطلبات من البرامج وخوادم الأسماء الأخرى لترجمة أسماء النطاقات إلى عناوين IP. عندما يأتي طلب، يمكن لخادم DNS القيام بأحد أربعة أشياء: 1. يمكنه الرد على الطلب بعنوان IP لأنه يعرف بالفعل عنوان IP للنطاق المطلوب. 2. يمكنه الاتصال بخادم DNS آخر ومحاولة العثور على عنوان IP للاسم المطلوب.

قد يضطر إلى القيام بذلك عدة مرات. 3. يمكنه القول، "أنا لا أعرف عنوان IP للنطاق الذي تطلبه، ولكن هذا هو عنوان IP لخادم DNS أعرفه أفضل مني." 4. قد يعيد رسالة خطأ لأن اسم النطاق المطلوب غير صالح أو غير موجود. DNS افترض أنك كتبت عنوان URL www.howstuffworks.com في متصفحك. يتصل المتصفح بخادم DNS للحصول على عنوان IP. يبدأ خادم DNS البحث عن عنوان IP عن طريق الاتصال بأحد خوادم جذر DNS. يعرف خادم الجذر عناوين IP لجميع خوادم DNS التي تتعامل مع نطاقات المستوى الأعلى (.com،.net،.org، إلخ).

يطلب خادم DNS الخاص بك من الجذر www.howstuffworks.com، ويقول الجذر، "أنا لا أعرف عنوان IP الخاص بـ www.howstuffworks.com، ولكن هذا هو عنوان IP لخادم DNS الخاص بـ.COM." بعد ذلك، يذهب خادم الأسماء الخاص بك إلى خادم DNS الخاص بـ.COM ويرسل استعلامًا يسأل إذا كان يعرف عنوان IP الخاص بـ www.howstuffworks.com. يعرف خادم DNS لنطاق.com عناوين IP لخوادم الأسماء التي تتعامل مع نطاق www.howstuffworks.com، لذا يعيد تلك العناوين. سيتصل خادم الأسماء الخاص بك بعد ذلك بخادم DNS للحصول على www.howstuffworks.com ويسأل إذا كان يعرف عنوان IP الخاص بـ www.howstuffworks.com.

إنه يعرف، لذا يعيد عنوان IP إلى خادم DNS الخاص بك، الذي يعيده إلى المتصفح، الذي يتصل بعد ذلك بالخادم الخاص بـ www.howstuffworks.com للحصول على صفحة الويب. أحد المفاتيح لجعل هذا العمل هو التكرار. هناك العديد من خوادم DNS في كل مستوى، لذا إذا فشل خادم واحد، فهناك آخرون للتعامل مع الطلب. مفتاح آخر هو التخزين المؤقت. بعد حل الطلب، يقوم خادم DNS بتخزين عنوان IP المستلم مؤقتًا. بمجرد إصدار أي طلب إلى خادم جذر DNS لطلب نطاق.COM، سيعرف كيفية التعامل مع عنوان IP لخادم DNS لنطاق.COM، لذا لا يتعين عليه أن يسأل خادم جذر DNS عن تلك المعلومات مرة أخرى. يمكن لخادم DNS القيام بذلك لكل طلب، ويساعد هذا التخزين المؤقت في منع الأمور من التباطؤ.

على الرغم من أنها غير مرئية تمامًا، تتعامل خوادم DNS مع مليارات الطلبات كل يوم، وهي ضرورية للتشغيل السلس للإنترنت. حقيقة أن قاعدة البيانات الموزعة هذه تعمل بشكل جيد وغير مرئي يوماً بعد يوم هي شهادة على التصميم. خوادم وعملاء الإنترنت كل جهاز على الإنترنت هو إما خادم أو عميل. الكمبيوتر الذي يقدم خدمات لأجهزة كمبيوتر أخرى هو خادم. الكمبيوتر المستخدم للاتصال بهذه الخدمات هو العميل. هناك خوادم ويب، خوادم بريد إلكتروني، خوادم FTP، إلخ، لتلبية احتياجات مستخدمي الإنترنت حول العالم. عندما تتصل بـ www.howstuffworks.com لقراءة صفحة، أنت مستخدم جالس على كمبيوتر عميل. أنت تصل إلى خادم الويب HowStuffWorks.

سيجد كمبيوتر الخادم الصفحة التي طلبتها ويرسلها إليك. العميل الذي يصل إلى كمبيوتر الخادم لديه نية محددة، لذا يوجه العميل طلباته إلى خادم برمجي محدد يعمل على كمبيوتر الخادم. على سبيل المثال، إذا قمت بتشغيل متصفح ويب على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، فسيحاول التواصل مع خادم الويب على كمبيوتر الخادم بدلاً من خادم البريد الإلكتروني. الخادم لديه عنوان IP ثابت لا يتغير. من ناحية أخرى، عادةً ما يكون لجهاز الكمبيوتر المنزلي الذي يتم الاتصال به عبر مودم عنوان IP يتم تعيينه بواسطة مزود خدمة الإنترنت لكل جلسة تسجيل دخول. عنوان IP هذا فريد لجلسة العمل الخاصة بك وقد يكون مختلفًا في المرة التالية التي تتصل فيها.

بهذه الطريقة، يحتاج مزود خدمة الإنترنت فقط إلى عنوان IP واحد لكل جهاز، بدلاً من عنوان IP واحد لكل عميل. المنافذ وHTTP يقدم أي خادم خدماته باستخدام منفذ مرقم، أي منفذ لكل خدمة متاحة على الخادم. على سبيل المثال، إذا كان كمبيوتر الخادم يدير خادم ويب وخادم بروتوكول نقل الملفات (FTP)، فإن خادم الويب يكون متاحًا عادةً على المنفذ 80 وخادم FTP متاح على المنفذ 21. يتصل العميل بالخدمة بعنوان IP محدد ورقم منفذ محدد. بمجرد اتصال العميل بخدمة على منفذ معين، يصل إلى تلك الخدمة باستخدام بروتوكول محدد. يصف البروتوكول ببساطة كيف سيتحدث العميل والخادم مع بعضهما البعض. يتوافق كل خادم ويب على الإنترنت مع بروتوكول نقل النص التشعبي (HTTP).

يمكنك معرفة المزيد عن خوادم الإنترنت والمنافذ والبروتوكولات من خلال قراءة كيف تعمل خوادم الويب. اقرأ أيضًا: ما الأغراض التي يخدمها التشفير على خوادم الإنترنت؟ الشبكات وأجهزة التوجيه وNAPs ومزودي خدمة الإنترنت وDNS والخوادم القوية كلها تجعل الإنترنت ممكنًا. عندما تدرك أن كل هذه المعلومات يتم إرسالها حول العالم بالميلي ثانية، فإن هذه المكونات مهمة للغاية في الحياة الحديثة، بدونها لن يكون هناك إنترنت. بدون الإنترنت، ستكون حياة الكثير منا مختلفة جدًا.