كيف تعمل البنية التحتية للإنترنت؟

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

البنية التحتية للإنترنت هي نظام معقد ولكن منسق بشكل جميل يتيح التواصل وتبادل المعلومات بسلاسة على نطاق عالمي. منذ إنشائها في عام 1969، تطور الإنترنت من أربعة أنظمة مضيفة إلى عشرات الملايين. في الواقع، كل جهاز متصل بالإنترنت هو جزء من الشبكة، حتى الأجهزة في منزلك. ما هي الهيكلية الأساسية الكامنة وراء الإنترنت؟ من خوادم الأسماء إلى نقاط الوصول إلى الشبكة، مرورًا بالشبكات الأساسية (backbones)، يعتمد نظام نقل البيانات والمعلومات في الإنترنت على ما نسميه بنيته التحتية، أي المكونات الأساسية للإنترنت. أولاً، يجب أن تعرف كيف يتصل جهاز الكمبيوتر الخاص بك بأجهزة كمبيوتر أخرى.

اقرأ أيضًا: ما هي البنية التحتية للإنترنت؟ التسلسل الهرمي لشبكات 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) عبر 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 الاتصال، يصبح جهاز الكمبيوتر الخاص بك جزءًا لا يتجزأ من شبكة صاحب العمل. يمكن لمزود خدمة الإنترنت بعد ذلك الاتصال بشبكة أكبر. الإنترنت ليست سوى شبكة من الشبكات.

تمتلك شركات الاتصالات الكبيرة شبكتها الأساسية (backbone) المخصصة، مع اتصالات إنترنت دائمة النشاط ذات نطاق ترددي كافٍ للسماح للعديد من الأشخاص باستخدام الاتصال في وقت واحد. في كل منطقة، تمتلك الشركة مكتبًا محليًا يربط المنازل والشركات المحلية بشبكتها الرئيسية. والمثير للدهشة أنه لا توجد شبكة مركزية. يتم إرسال حركة المرور من نقطة إلى أخرى، وإذا غادر جهاز كمبيوتر الشبكة، يتم توجيه الحزم التي تشكل 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 مهيأة بخوادم وطابعات متصلة بالشبكة.

لنفترض أن الشركة "ب" هي مزود خدمة إنترنت مؤسسي. تقوم الشركة "ب" ببناء أو استئجار مساحات مكتبية في المدن الكبرى لتخزين خوادمها ومعدات التوجيه الخاصة بها. الشركة "ب" كبيرة جدًا لدرجة أنها تدير خطوط الألياف البصرية الخاصة بها بين المباني بحيث تكون جميعها متصلة ببعضها البعض. في هذا التكوين، يمكن لجميع عملاء الشركة "أ" التواصل مع بعضهم البعض ويمكن لجميع 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 الشركة "أ" والشركة "ب" على الاتصال بنقطة تبادل الإنترنت (IXP) في كل مدينة.

يمكن الآن لشبكات الشركتين الاتصال ببعضها البعض عبر الإنترنت، وكذلك مع المنظمات الأخرى. يوضح هذا المثال كيف تتواصل شبكتا شركتين مع بعضهما البعض، لكن هاتين الشركتين ليستا سوى مثال قريب لكيفية انضمام شبكتيهما إلى الإنترنت الواسع. للحصول على نظرة عامة عن شكل هذه الشبكات المترابطة، ألقِ نظرة على مشروع Opte من Barrett Lyon، والذي يهدف إلى إنشاء خريطة دائمة التطور للبنية التحتية للإنترنت. وظيفة موجهات الإنترنت تعتمد جميع هذه الشبكات على نقاط تبادل الإنترنت (IXPs) والشبكات الأساسية والموجهات (routers) للتواصل فيما بينها.

المذهل في هذه العملية هو أن رسالة يمكن أن تغادر جهاز كمبيوتر، وتقطع نصف الكرة الأرضية عبر عدة شبكات مختلفة، وتصل إلى جهاز كمبيوتر آخر في جزء من الثانية! يحدد الموجه (router) إلى أين يتم إرسال المعلومات من جهاز كمبيوتر إلى آخر. الموجهات هي أجهزة مخصصة ترسل الرسائل منك ومن مستخدمي الإنترنت الآخرين، وتسرعها على طول آلاف المسارات إلى وجهاتها. للموجهات مهمتان متميزتان لكن مترابطتان: 1. تضمن عدم وصول المعلومات إلى حيث لا تكون هناك حاجة إليها. هذا ضروري لتجنب ازدحام كميات هائلة من البيانات لاتصالات "المتفرجين الأبرياء". 2. تضمن وصول المعلومات إلى وجهتها المقصودة. بإنجاز هاتين المهمتين، يكون الموجه مفيدًا جدًا عند التعامل مع شبكتي كمبيوتر منفصلتين.

فهو يربط بين شبكتين، وينقل المعلومات من شبكة إلى أخرى. كما يحمي تفاعلات الشبكة، ويمنع حركة المرور من شبكة من التسرب بشكل غير ضروري إلى شبكة أخرى. بغض النظر عن عدد الشبكات المتصلة، تظل وظيفة الموجه الأساسية كما هي. نظرًا لأن الإنترنت شبكة واسعة تتكون من عدد لا يحصى من الشبكات الأصغر، فمن الضروري استخدام الموجهات. الشبكة الأساسية للإنترنت أنشأت مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) أول شبكة أساسية عالية السرعة في عام 1986. تسمى NSFNET، وهي خط T1 يربط 170 شبكة أصغر ويعمل بسرعة 1.5 ميجابت في الثانية (ملايين البتات في الثانية). عملت IBM وMCI وMerit مع NSF لإنشاء الشبكة الأساسية، وفي العام التالي طوروا الشبكة الأساسية T3 (45 ميجابت في الثانية).

الشبكة الأساسية هي اتصال الإنترنت الذي يسمح بحركة مرور أكبر بكثير من اتصال منزلك بمقسم الهاتف المحلي. في الأيام الأولى للإنترنت، فقط أكبر شركات الاتصالات كانت لديها القدرة على إدارة هذا النطاق الترددي. اليوم، تقوم المزيد والمزيد من الشركات بتشغيل شبكاتها الأساسية عالية السعة الخاصة بها، وكلها مترابطة على مختلف نقاط تبادل الإنترنت (IXPs) حول العالم. وبالتالي، يمكن لأي شخص على الإنترنت، بغض النظر عن موقعه أو مزود الخدمة الخاص به، التواصل مع أي شخص آخر على الكوكب. الإنترنت بأكمله هو بروتوكول اتصال حر ضخم بين الأشخاص. بروتوكول الإنترنت: عنوان IP تمتلك كل آلة على الإنترنت رقم تعريف فريد يُسمى عنوان IP.

IP تعني Internet Protocol، وهو أحد البروتوكولين اللذين تستخدمهما أجهزة الكمبيوتر للتواصل عبر الإنترنت. الآخر هو بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP)، وكثيرًا ما يُشار إليهما معًا باسم TCP/IP. البروتوكول هو طريقة محددة مسبقًا للأشخاص الذين يرغبون في استخدام خدمة ما للاتصال بتلك الخدمة. قد يكون "الشخص" شخصًا حقيقيًا، لكنه في الغالب برنامج كمبيوتر، مثل متصفح الويب. يبدو عنوان IP الإصدار 4 (IPv4) النموذجي هكذا: 216.27.61.137. لراحتنا الذهنية، يتم تمثيل عناوين IP عادةً بالتنسيق العشري كأرقام عشرية منقوطة، كما هو موضح في الشكل أعلاه. لكن أجهزة الكمبيوتر تتواصل بشكل ثنائي. انظر إلى التمثيل الثنائي لنفس عنوان IPv4: 11011000.00011011.00111101.10001001.

تُسمى كل سلسلة أرقام في عنوان IPv4 ثمانيًا (octet) لأن كل سلسلة أرقام تحتوي على ثماني مواضع عند رؤيتها بشكل ثنائي. إذا جمعت كل المواضع، تحصل على 32، لأن عناوين IPv4 تُعامل كأرقام 32 بت. نظرًا لأن كل موضع من المواضع الثمانية يمكن أن يكون له حالتان مختلفتان (1 أو 0)، فإن العدد الإجمالي للتركيبات الممكنة لكل ثماني هو 2^8 أو 256. وبالتالي، يمكن لكل ثماني أن يحتوي على أي قيمة بين 0 و255. ادمج أربع ثمانيات معًا وستحصل على 2^32 أو يحتمل 4,294,967,296 قيمة فريدة! من بين ما يقرب من 4.3 مليار تركيبة ممكنة في عناوين IPv4، بعض القيم محجوزة ولا يمكن استخدامها كعناوين IP نموذجية.

على سبيل المثال، عنوان IP 0.0.0.0 محجوز لأجهزة الكمبيوتر على الشبكة المحلية والعنوان 255.255.255.255 يُستخدم للبث. على الرغم من أن 4.3 مليار عنوان قد تبدو كثيرة، إلا أن الإنترنت ينمو بسرعة كبيرة بحيث يلزم نظام عنونة محدث 128 بت ليحل محل IPv4. في أواخر عام 1998، بدأ خبراء من فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) في تطوير نظام جديد. الإصدار 6 من IP (IPv6)، الذي تم إطلاقه رسميًا في 6 يونيو 2012، يحتوي على مساحة 340 سكستيليون عنوان، لذلك يجب أن يكون لدينا مساحة كافية لجميع الأجهزة (في الوقت الحالي. للمعلومات، لم يتم اعتماد IPv5 رسميًا كمعيار). كما هو متوقع، تبدو عناوين IPv6 مختلفة قليلاً عن عناوين IPv4، التي تم إنشاؤها في السبعينيات.

يستخدم كل مقطع من عنوان IPv6 أربعة أرقام سداسية عشرية، مفصولة بنقطتين. إليك مثال: ba5a:9a72:4aa5:522e:b893:78dd:a6c4:f033. نظرًا لأن IPv6 يستخدم التدوين السداسي العشري، فمن الضروري تمثيل 16 رقمًا متميزًا. وبالتالي، بالإضافة إلى الأرقام من 0 إلى 9، تم تضمين الحروف من A إلى F لتمثيل رقمين إضافيين. عالقون حاليًا مع IPv4، فإن الغرض من الثماني ليس مجرد فصل الأرقام. يتم استخدامها لإنشاء فئات من عناوين IP التي يمكن تخصيصها لشركات أو حكومات أو كيانات أخرى محددة بناءً على حجمها واحتياجاتها. ينقسم الثماني إلى جزأين: الشبكة والمضيف. يحدد الثماني الأول الشبكة التي ينتمي إليها الكمبيوتر. المضيف (يُسمى أحيانًا عقدة) يحدد الكمبيوتر الفعلي على الشبكة.

يشير الثماني الأخير إلى جزء المضيف. هناك خمس فئات IP وبعض العناوين الخاصة. عندما كان الإنترنت في مهده، كان يتكون من عدد صغير من أجهزة الكمبيوتر المتصلة عبر أجهزة المودم وخطوط الهاتف. لم تكن تستطيع إنشاء اتصال إلا بتوفير عنوان IP للكمبيوتر الذي ترغب في الاتصال به. على سبيل المثال، قد يكون عنوان IP نموذجي هو 216.27.22.162. كان هذا يعمل بشكل جيد عندما كان هناك عدد قليل من المضيفين، ولكن مع اتصال المزيد والمزيد من الأنظمة، أصبح من الصعب إدارته. كان الحل الأول لهذه المشكلة هو ملف نصي بسيط يحتفظ به مركز معلومات الشبكة (NIC) يُسمى جدول المضيفين، والذي كان يربط الأسماء بعناوين IP.

سرعان ما أصبح هذا الملف النصي كبيرًا جدًا لدرجة أنه أصبح مرهقًا في الإدارة. في نوفمبر 1983، قدم Paul Mokapetris طلبي تعليق (RFC) إلى مجموعة عمل الشبكات الدولية. يصف RFC 882 مفهوم نظام أسماء النطاقات (DNS)، الذي يربط تلقائيًا الأسماء النصية بعناوين IP. يقترح RFC 883 طريقة لتنفيذ هذا النظام. بفضل جهوده وجهود العديد من الآخرين، لم يعد عليك سوى تذكر www.howstuffworks.com، على سبيل المثال، بدلاً من سلسلة من الأرقام وعلامات الترقيم لعنوان IP الخاص بـ HowStuffWorks.com. اقرأ أيضًا: كيف تحمي عنوان IP الخاص بك كمحترف؟ URL: محدد موقع الموارد الموحد عندما تستخدم الويب أو ترسل بريدًا إلكترونيًا، يمكنك استخدام اسم نطاق للقيام بذلك.

على سبيل المثال، يحتوي محدد موقع الموارد الموحد (URL) « https://www.howstuffworks.com » على اسم النطاق howstuffworks.com. وينطبق الشيء نفسه على عنوان البريد الإلكتروني هذا: نقطة اتصال منشورة علنًا. في كل مرة يتم فيها استخدام اسم نطاق، تقوم خوادم DNS الخاصة بالإنترنت بتحويل اسم النطاق المقروء بشريًا إلى عنوان IP مقروء آليًا. راجع كيفية عمل خوادم الأسماء لمعرفة المزيد عن DNS. النطاقات من المستوى الأعلى، وتسمى أيضًا نطاقات المستوى 1، تتضمن.com و.org و.net و.edu و.gov. داخل كل نطاق من المستوى الأعلى، توجد قائمة ضخمة من نطاقات المستوى الثاني. على سبيل المثال، في النطاق من المستوى الأعلى.com، نجد: HowStuffWorks و Yahoo و Microsoft.

يجب أن يكون كل اسم في النطاق من المستوى الأعلى.com فريدًا. الجزء الموجود في أقصى اليسار (مثل « www ») هو اسم المضيف. وهو يحدد اسم الدليل على كمبيوتر معين له عنوان IP معين داخل النطاق. يمكن أن يحتوي نطاق معين على ملايين أسماء المضيفين، طالما أنها فريدة داخل النطاق. تقبل خوادم DNS الاستعلامات من البرامج وخوادم الأسماء الأخرى لترجمة أسماء النطاقات إلى عناوين IP. عند وصول استعلام، يمكن لخادم DNS القيام بأحد الإجراءات الأربعة التالية: 1. يمكنه الرد على الاستعلام 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 فعل ذلك عدة مرات. 3.

يمكنه أن يقول: « لا أعرف عنوان IP للنطاق الذي تطلبه، ولكن إليك عنوان IP لخادم DNS أعرفه أفضل مني. » 4. يمكنه إرجاع رسالة خطأ لأن اسم النطاق المطلوب غير صالح أو غير موجود. DNS لنفترض أنك كتبت URL www.howstuffworks.com في متصفحك. يتصل المتصفح بخادم DNS للحصول على عنوان IP. يبدأ خادم DNS البحث عن عنوان IP بالاتصال بأحد خوادم الجذر DNS. يعرف خادم الجذر عناوين IP لجميع خوادم DNS التي تدير النطاقات من المستوى الأعلى (.com,.net,.org, إلخ). يطلب خادم DNS الخاص بك من الجذر لـ www.howstuffworks.com، فيرد الجذر: « لا أعرف عنوان IP لـ www.howstuffworks.com، ولكن إليك عنوان IP لخادم DNS الخاص بـ.COM.

» بعد ذلك، يتوجه خادم الأسماء الخاص بك إلى خادم DNS الخاص بـ.COM ويرسل استعلامًا يسأل فيه إذا كان يعرف عنوان IP لـ www.howstuffworks.com. يعرف خادم DNS لنطاق.com عناوين IP لخوادم الأسماء التي تدير نطاق www.howstuffworks.com، لذلك يعيد هذه العناوين. سيتصل خادم الأسماء الخاص بك بعد ذلك بخادم DNS لـ www.howstuffworks.com ويسأل إذا كان يعرف عنوان IP لـ www.howstuffworks.com. إنه يعرفه، لذلك يعيد عنوان IP إلى خادم DNS الخاص بك، الذي يعيده إلى المتصفح، الذي يتصل بعد ذلك بخادم www.howstuffworks.com للحصول على صفحة الويب. أحد مفاتيح حسن سير هذا النظام هو التكرار.

توجد خوادم DNS متعددة في كل مستوى، لذلك إذا تعطل خادم واحد، فهناك خوادم أخرى لمعالجة الاستعلام. مفتاح آخر هو التخزين المؤقت. بعد حل الاستعلام، يخزن خادم DNS عنوان IP المستلم في ذاكرة التخزين المؤقت. بمجرد أن يصدر استعلامًا لنطاق.COM إلى خادم الجذر DNS، سيعرف كيفية التعامل مع عنوان IP لخادم DNS لنطاق.COM، لذلك لن يحتاج إلى إعادة طلب تلك المعلومات من خادم الجذر DNS. يمكن لخادم DNS القيام بذلك لكل استعلام، ويساعد هذا التخزين المؤقت في تجنب الاختناقات. على الرغم من أنها غير مرئية تمامًا، إلا أن خوادم DNS تعالج مليارات الاستعلامات كل يوم وهي ضرورية لحسن سير الإنترنت.

حقيقة أن قاعدة البيانات الموزعة هذه تعمل بشكل جيد وبشكل غير مرئي يومًا بعد يوم هي شهادة على جودة تصميمها. خوادم وعملاء الإنترنت كل آلة على الإنترنت إما خادم أو عميل. الكمبيوتر الذي يقدم خدمات لأجهزة كمبيوتر أخرى هو خادم. الكمبيوتر المستخدم للاتصال بهذه الخدمات هو العميل. توجد خوادم ويب، وخوادم بريد إلكتروني، وخوادم FTP، وما إلى ذلك، لتلبية احتياجات مستخدمي الإنترنت في جميع أنحاء العالم. عندما تتصل بـ www.howstuffworks.com لقراءة صفحة، فأنت مستخدم جالس أمام كمبيوتر عميل. تصل إلى خادم الويب الخاص بـ HowStuffWorks. سيجد كمبيوتر الخادم الصفحة التي طلبتها ويرسلها إليك.

العميل الوصول إلى كمبيوتر الخادم له نية محددة، لذلك يوجه العميل استعلاماته إلى برنامج خادم معين يعمل على كمبيوتر الخادم. على سبيل المثال، إذا كنت تشغل 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. في المقابل، جهاز الكمبيوتر المنزلي المتصل عبر مودم عادةً ما يكون له عنوان IP مخصص من قبل مزود خدمة الإنترنت عند كل اتصال. عنوان IP هذا فريد لجلسة الخاص بك وقد يكون مختلفًا في المرة القادمة التي تتصل فيها. وبالتالي، يحتاج مزود خدمة الإنترنت فقط إلى عنوان IP واحد لكل جهاز، وليس عنوانًا لكل عميل.

المنافذ و HTTP يقدم كل خادم خدماته باستخدام منفذ مرقم، أي منفذ لكل خدمة متاحة على الخادم. على سبيل المثال، إذا كان كمبيوتر الخادم يشغل خادم ويب وخادم FTP (بروتوكول نقل الملفات)، فإن خادم الويب عادة ما يكون متاحًا على المنفذ 80، وخادم FTP على المنفذ 21. يتصل العميل بالخدمة بعنوان IP محدد ورقم منفذ محدد. بمجرد أن يتصل العميل بخدمة على منفذ محدد، يصل إلى تلك الخدمة باستخدام بروتوكول محدد. يصف البروتوكول ببساطة كيف سيتواصل العميل والخادم. يلتزم كل خادم ويب على الإنترنت ببروتوكول نقل النص التشعبي (HTTP). يمكنك معرفة المزيد عن خوادم الإنترنت والمنافذ والبروتوكولات من خلال قراءة كيفية عمل خوادم الويب.

اقرأ أيضًا: ما هو استخدام التشفير على خوادم الإنترنت؟ الشبكات والموجهات ونقاط الوصول إلى الشبكة (NAPs) ومزودي خدمة الإنترنت (ISPs) و DNS والخوادم القوية تجعل الإنترنت ممكنًا. عندما تدرك أن كل هذه المعلومات تُرسل عبر العالم في بضع ملي ثوانٍ، تكون هذه المكونات مهمة للغاية في الحياة الحديثة. بدونها، لما كان هناك إنترنت. بدون الإنترنت، ستكون حياتنا مختلفة جدًا.