برمجة الشبكات: كل ما تحتاج إلى معرفته

برمجة-الشبكات:-كل-ما-تحتاج-إلى-معرفته

لقد تصفحت الويب وظهر لك موقع مستقل، بل ووصلت إلى هذا المقال بفضل عملية برمجة الشبكات Network programming، التي تسمح لمتصفح الويب الذي تستخدمه من حاسوبك بالاتصال بالخادم الخاص بموقع مستقل، ثم جلب المعلومات المطلوبة إليك وعرضها. فما هي تفاصيل هذه العملية؟

جدول المحتويات:

ما هي برمجة الشبكات Network programming؟

برمجة الشبكات Network programming هي العملية التي يكتب فيها المطورون الشيفرات البرمجية لتمكين الأجهزة من التواصل مع بعضها البعض، عن طريق ربطها ضمن شبكة واحدة تجمع هذه الأجهزة معًا. يسمح هذا التواصل بمشاركة كل شيء، مثل الملفات والمجلدات والبيانات الخاصة بالعمل التي تتضمنها، بالإضافة إلى الرسائل المختلفة. كما يمكن لجميع الأجهزة المتصلة عبر الشبكة الاتصال بالإنترنت أيضًا.

تتنوع تبعًا لذلك الأجهزة التي تتضمنها الشبكة؛ وتشمل الحواسيب بأنواعها والطابعات والكاميرات وأجهزة الشبكة كالموجّهات Routers والمُبدّلات Switches ولا تقتصر عليها فقط؛ إذ تتضمن الشبكات الحديثة مجموعة من الأنظمة المترابطة التي تشمل التطبيقات والآلات الافتراضية Virtual machines، والنُسخ السحابية Cloud instances والحاويات Containers وغيرها.

ما أهمية برمجة الشبكات؟

تُعدّ برمجة الشبكات عملية مهمة لجميع المجالات وبخاصةٍ مجال الأعمال، إذ لا يمكن اليوم إنشاء شركة مهما بلغ حجمها بدون شبكة، وتكمن أهمية الشبكة في تقديمها العديد من الفوائد مثل:

1. المشاركة

تُعدّ المشاركة هي الفائدة الأهم للشبكة، إذ تُساعد على تحقيق أقصى استفادة من إمكانيات الشركة، وتتضمن مشاركة عدّة أمور مثل:

  • أجهزة الشبكة: وتشمل التجهيزات المادية، مثل الطابعة والماسح الضوئي وآلة النسخ وغيرها العديد من التجهيزات. فيتشارك موظفي الشركة هذه الأجهزة، وخاصةٍ إذا كانت تتضمن عدّة طوابق، أو أن الأقسام العديدة للشركة موزعة في مبانٍ مختلفة.
  • البرامج: تُتاح البرامج الضرورية لإتمام مهام العمل المختلفة، والمُستخدمة في الشركة بواسطة برمجة الشبكات لجميع الموظفين، مما يساعد على سرعة تنفيذ المهام، وبالتالي زيادة إنتاجيتهم.
  • الملفات: تُسهّل الشبكة عملية تبادل الملفات والمستندات وتختصر وقتها؛ فهي لا تتم باستخدام وسائل التخزين التقليدية المتحركة كالقرص الصلب وبطاقات الذاكرة؛ بل عبر برامج الشبكة مباشرةً.
  • معلومات العمل: تُمكّن الشبكة من تبادل المعلومات اللازمة لسير العمل؛ من خلال البريد الإلكتروني ومؤتمرات الفيديو، لإنجاز العمل بين الموظفين بسرعة وسلاسة، مما يُحسّن من كفاءة العمل.
  • اتصال واحد بالإنترنت: تُبرمج الأجهزة المختلفة ضمن الشبكة الواحدة لتتشارك اتصالًا واحدًا بالإنترنت؛ مما يساعد على حماية أنظمة الشبكة من الاستخدام الخاطئ للإنترنت، كما يحميها أمنيًا إذ تُطبّق السياسات الأمنية المُتبعة في هذه الشركة على هذا الاتصال فقط؛ بدلًا من تطبيقها على اتصالات متعددة.

2. تسهيل الإدارة

لا شك أن الإدارة من مهام العمل الأساسية والبالغة الصعوبة، خصوصًا أنها تتطلب متابعة أدق تفاصيل مراحل العمل وعلى عدّة مستويات؛ مثل تتبع بيانات سجلات المستخدمين والموظفين، بالإضافة إلى عمليات المراقبة، واكتشاف المشكلات وحلّها.

تصبح هذه المهام أسهل بفضل برمجة الشبكات؛ إذ تقل الصعوبة عند إدارة جهازين بدلًا من عشرة أجهزة، كما تتيح إمكانية تطبيق الإدارة المركزية لضمان التحكم الكامل بجميع أجهزة الشبكة. بالإضافة إلى إدارة أمن الشبكة والمحافظة على خصوصية الموظفين وبيانات العملاء.

3. التغلب على الحواجز

تمتلك معظم الشركات فروعًا لها تكون موزعة في أماكن جغرافية مختلفة، مما يخلق حواجز عديدة لدى الموظفين تتمثل في صعوبة الوصول إلى معلومة معينة أو ملف ما، أو ضعف التواصل بين أفراد الشركة الواحدة، وهذا بدوره يسبب العديد من المشكلات. يكمن حلّها بواسطة برمجة الشبكات، إذ تسمح بالوصول إلى البيانات عن بُعد والتخزين المركزي، بالإضافة إلى إنشاء نسخ احتياطية من البيانات المهمة.

4. تعزيز التواصل الفعّال

عندما تقوم بعملية برمجة الشبكات؛ فأنت تعزز التواصل بين موظفي شركتك بصورة كبيرة، فالجميع يمكنهم التواصل معًا عن بُعد وفي أي وقت لتحقيق أفضل فعالية في أداء مهام العمل المختلفة، مما ينعكس إيجابيًا على جودة الخدمات المقدمة، وبالتالي رضا العملاء.

5. تخفيض التكاليف

تضيف جميع الفوائد المذكورة سابقًا فائدة إضافية في غاية الأهمية لعملية برمجة الشبكات، وهي خفض التكاليف المادية. فمشاركة الموارد تُمكّن من الاعتماد على تجهيزات واحدة من كل نوع، وهو ما يقلل تكاليف شراء العديد من الأجهزة، بالإضافة إلى تكاليف الصيانة الدورية اللازمة لها.

كما تقلل مشاركة البرامج من تكلفة شراء نسخة من هذه البرامج لكل حاسوب، كون معظم برامج العمل تكون مدفوعة. وتُلغي مشاركة الملفات الحاجة إلى دفع تكاليف أدوات التخزين المتنقلة تمامًا.

ما هي أنواع الشبكات البرمجية؟

تختلف أنواع الشبكات البرمجية باختلاف تصنيفها، إذ يمكن تصنيفها حسب حجمها وعدد مستخدميها، أو حسب طريقة توصليها، أو حسب المكونات المُستخدمة في الربط والعلاقة بينها.

أنواع الشبكات حسب الحجم والامتداد الجغرافي

  • الشبكة المحلية LAN: من أشهر أنواع الشبكات، إذ تربط بين مجموعة من أجهزة الحواسيب الموجودة ضمن منطقة محلية محددة واحدة عبر وسيط مشترك، قد تكون المنطقة هي منزل أو مكتب أو مبنى. يتراوح عدد الأجهزة المتصلة بها من جهازين إلى مئات الأجهزة، ويختلف بناءً على ذلك حجم الشبكة لتكون صغيرة أو كبيرة.
  • الشبكة الإقليمية أو شبكة المدينة MAN: تخدم هذه الشبكة منطقة أكبر من الشبكة المحلية وأصغر من الشبكة الواسعة، وقد تربط عدّة شبكات محلية معًا.
  • الشبكة الواسعة WAN: هي مجموعة شبكات محلية متصلة ببعضها البعض ولكن على نطاق واسع جدًا قد يمتد ليشمل عدّة بلدان، من أشهر الأمثلة عليها شبكة الإنترنت التي تربط الحواسيب على مستوى العالم.
  • شبكة منطقة التخزين SAN: شبكة مخصصة للتعامل مع العمليات الخاصة بنقل البيانات الكبيرة بسرعة عالية؛ فهي تسمح لأجهزة التخزين بالوصول إلى الخوادم من خلال توصيل وحدة التخزين مباشرةً بنظام التشغيل؛ مما يُسهل بدوره عمليات تخزين البيانات واستردادها وإدارتها.
  • الشبكة الخاصة الافتراضية VPN: تُستخدم عند الحاجة لتبادل معلومات حساسة ضمن مستوى عالٍ من الحماية والأمان ضد المخترقين والمتسللين؛ إذ توفر اتصال إنترنت مشفّر بين جهاز المستخدِم والشبكة، كما تخفي هوية المستخدِم لزيادة الخصوصية.

كما يوجد أنواع أخرى مثل الشبكة الشخصية PAN، الشبكة المنزلية HAN، منطقة الحرم الجامعي CAN، منطقة النظام SAN، شبكة خاصة للمؤسسات EPN، بالإضافة إلى الشبكة المحلية البصرية الخاملة POLAN.

أنواع الشبكات حسب طريقة التوصيل

  • الشبكة الخطية Bus: أبسط هيكلية للشبكة، وترتبط فيها الأجهزة بكابل واحد مُشترك طولي وتنتقل المعلومات ضمن الشبكة عبره. تتميز الشبكة الخطية بسهولة الإعداد وانخفاض التكلفة المادية، ولكن تعاني من مشكلة كبيرة وهي توقف الشبكة بالكامل في حال تعطّل أحد الأجهزة، بالإضافة إلى مشكلة البطء في نقل البيانات.
  • الشبكة النجمية Star: ترتبط جميع أجهزة هذه الشبكة بجهاز مركزي يتوسطها لتكوّن شكلًا نجميًا، يكون هذا الجهاز إما مُجمّع Hub أو محوّل Switch. تنتقل البيانات فيها من أحد الأجهزة إلى الجهاز المركزي ليوزعها على بقية الأجهزة، لا يؤثر تعطل جهاز فيها على عمل بقية الأجهزة ما عدا الجهاز المركزي؛ الذي سيسبب تعطله توقف الشبكة بالكامل، كما أنها ذات تكلفة مرتفعة.
  • الشبكة الحلقية Ring: تحاول هذه الشبكة التغلّب على مشكلة الشبكة النجمية؛ لذلك تربط الأجهزة بشكل حلقة دون جهاز مركزي، ويكون كل جهاز يتصل بجهازين أحدهما على يمينه والآخر على يساره، مما يجعل البيانات تنتقل في هذه الشبكة في اتجاه واحد وضمن حلقة مغلقة وبسرعة كبيرة. وهذا بدوره يجعلها منخفضة التكلفة ولكن تعطل أي جهاز سيعطّل الشبكة بالكامل.
  • الشبكة الهجينة Hybrid: تشمل مزيج بين أي نوعين من الأنواع المذكورة سابقًا حسب الحاجة ضمن الشبكة المطلوبة.

أنواع الشبكات حسب المكونات

  • شبكة الند للند Peer to Peer: يُربط فيها عدد محدود من الأجهزة يصل لحوالي 10 أجهزة، تكون جميعها متقاربة بالمواصفات وتُسمّى مجموعة عمل Workgroup، لذلك لا يوجد حاجة للتحكم بالشبكة فتكون طريقة الربط بين الأجهزة بلا خادم.
  • شبكة الخادم والعميل Client/Server: تختلف عن الطريقة السابقة بوجود خادم يربط الأجهزة مع بعضها البعض، والتي تكون كبيرة العدد إذ يصل إلى 1024 جهاز. يكون الخادم عبارة عن حاسب بمواصفات عالية، ليتمكن من التحكم بالشبكة وتوفير الموارد اللازمة وتأمين مشاركتها، أما حواسيب العملاء clients تكون ذات مواصفات أقل.

إضافةً إلى ذلك، يمكن تصنيف الشبكات حسب الوسط الناقل إلى شبكات سلكية وشبكات لاسلكية، من الأمثلة على الشبكات اللاسلكية هي الشبكة المحلية اللاسلكية WLAN، وكونها لاسلكية فهي لا تعتمد على الأسلاك للاتصال بل تستخدم التردد اللاسلكي؛ مما يُكسبها مرونة عالية وسهولة في عملية نقل البيانات عبر الهواء، ويزيد عدد الأجهزة التي تستطيع الدخول إلى الشبكة.

6 من أشهر لغات برمجة الشبكات

تُستخدم العديد من لغات البرمجة في عملية برمجة الشبكات وتشغيلها وإدارتها، وتختلف هذه اللغات عن بعضها البعض بالمزايا والتسهيلات التي تقدمها، مما يكسب بعضها شعبية أكثر من غيرها، من أشهر هذه اللغات:

لغة البرمجة بايثون Python

لغة بايثون هي لغة مفتوحة المصدر، سهلّة التعلم وقابلة للاستخدام العام، تدعم مكتباتها جميع بروتوكولات الشبكة، وتؤمن تشفير وفك تشفير البيانات، بالإضافة إلى برمجة واجهات التطبيقات بمرونة عالية؛ مما يجعلها الخيار الأفضل في مجال برمجة الشبكات.

لغة بيرل Perl

لغة بيرل هي لغة دائمة التطوّر بفضل المرونة والقوة التي تتمتع بها. نشأت لغة بيرل منذ ثلاثين عامًا، ومنذ ذلك الحين إلى الآن مرّت بتحديثات عديدة جعلتها في النهاية قادرة على إدارة الشبكة وجميع أنظمتها، ومعالجة البيانات بسرعة كبيرة، مما مكنها من توفير حلول فعّالة للعديد من المشكلات.

لغة باش Bash

تعتمد هذه اللغة على أنظمة Unix، وتتطلب كتابة الشيفرات البرمجية فيها تعلّم بعض الأوامر الأساسية مثل awk – sed – grep – egrep – wget، ثم تنفيذ الإجراءات ضمن نافذة معالج الأوامر. تتمتع لغة باش بمرونة عالية جدًا وتفيد في أتمتة المعلومات، وتسمح للمبرمج بإدارة أجهزة الشبكة بأمان.

لغة غو Go

أنشأت شركة غوغل لغة غو لتجمع بين المزايا الفريدة للغات البرمجة الأخرى، وتنتج شيفرات برمجية آمنة وقابلة للاستخدام الفوري، وتدعم الشبكات ذات الأداء العالي والشبكات متعددة المعالجات.

لغة جافا Java

لغة جافا غنية عن التعريف نظرًا لشهرتها الواسعة، إذ تُستخدم في الكثير من المجالات الأخرى. ويُفضّل مبرمجي الشبكات استخدامها بسبب المكتبات والحزم القوية التي تمتلكها مثل java.net وغيرها، والتي تقدم العديد من المزايا مثل: قابلية النقل والأمان العالي ومشاركة البيانات بسهولة وسرعة.

لغة أوامر الأداة TCL

أبرز ما يميز هذه اللغة هو الشمولية؛ فهي تتوافر عبر أنظمة التشغيل المختلفة، مثل ويندوز وماك ولينكس. كما أن شيفراتها تُبرمِج كافة أنواع التطبيقات البرمجية مثل: واجهة المستخدم الرسومية، والتطبيقات النصية، وتطبيقات الويب وسطح المكتب، بالإضافة إلى أنها تتكامل بسهولة مع لغات البرمجة الأخرى.

ما هي طرق برمجة الشبكات؟

تختلف الطريقة المُستخدمة في برمجة الشبكات باختلاف البروتوكول المُستخدَم، ويوجد بروتوكولين هما TCP/IP وUDP. يُعدّ كلاهما قابل للاستخدام مع أي لغة برمجة خاصة بالشبكات، ويعتمد في عمله على إرسال واستقبال البيانات، بعد تقسيمها إلى وحدات تُعرف باسم الحزم packets. وفيما يلي الاختلاف بين الطريقتين:

الاتصال بالشبكة من خلال بروتوكول TCP/IP

يرمز TCP إلى بروتوكول التحكم بالإرسال Transmission Control Protocol الذي يربط الأجهزة ببعضها البعض، ويؤمن نقل البيانات فيما بينها عن طريق استخدام مجموعة من بروتوكولات برمجة الشبكات. إذ يتحكم بالإرسال ويُركّز على الأمان والتأكد من وصول البيانات بشكلٍ صحيح وخالٍ من الأخطاء عن طريق ترقيم الحزم لتصل إلى المُستقبِل بنفس الترتيب الذي أُرسلت به؛ مما يجعله البروتوكول الأكثر استخدامًا في عملية برمجة الشبكات.

الاتصال بالشبكة من خلال بروتوكول UDP

يتعاكس عمل بروتوكول UDP مع البروتوكول السابق؛ إذ يُركّز على عامل سرعة التوصيل على حساب الموثوقية والأمان؛ مما يجعله أسرع من بروتوكول TCP/IP. لكن لا يوجد أي ضمان لوصول كامل الحزم إلى المُستقبِل؛ فهو لا يرقم حزم الشبكة عند إرسالها، بل يُحدّد عنوان المستقبل في كل حزمة ويرسلها بشكلٍ عشوائي. يعتمد بروتوكول UDP في عمله على بروتوكول رئيسي مثل TCP/IP، لكن دون وجود أي بروتوكولات إضافية.

مهارات مبرمج الشبكات المحترف

يجب أن يمتلك مبرمج الشبكات المُحترف العديد من المهارات التي تؤهله لإنجاز مشاريع موثوقة وعالية الدقة، وأهمها:

المهارات التقنية

تتمثل المهارات التقنية في المعرفة بأساسيات برمجة الشبكات مثل: أنواع الشبكات وكيفية إعدادها وتوصيلها وتفاصيل كل جهاز في الشبكة. إضافةً إلى الإلمام التام بلغات البرمجة الخاصة ببرمجة الشبكات، لكتابة شيفرات برمجية سريعة خالية من الأخطاء، وتنفيذ التجارب على برامج المحاكاة قبل تنفيذها على الشبكة الفعلية.

إجراء الاختبارات

ينبغي لمبرمج الشبكات الخبرة بإجراء الاختبارات، إذ تتطلب برمجة الشبكات إجراء اختبارات متعددة للتأكد من صحة تنفيذ كل مرحلة وخلوّها من الأخطاء قبل الانتقال للمرحلة التالية، كما يجب إجراء اختبارات دورية حتى بعد الانتهاء من إكمالها؛ وذلك بهدف التغلب على الثغرات، وبخاصةٍ وأن ثغرات أي شبكة تُعدّ الهدف الأول للمتسللين.

حل المشكلات

كون مجال برمجة الشبكات يتضمن ربط الكثير من العناصر المختلفة مع بعضها البعض ووجود تعديلات كثيرة؛ فقد تظهر العديد من المشكلات، والتي تتطلب حل فوري وفق طريقة منهجية لها خطوات معينة. مما يستلزم من مبرمج الشبكات التعرّف على أشهر المشكلات الشائعة في المجال وطرق حلّها، ليمتلك المهارة لحل أي مشكلة جديدة.

التواصل الفعال

يعمل مبرمج الشبكات مع عدد كبير من الأشخاص، بمجالات ومناصب مختلفة مثل: المدراء والموظفين والعاملين في مجال تكنولوجيا المعلومات والفنيين. ويتلقى الملاحظات والتعديلات من معظمهم، مما يحتم عليه امتلاك مهارات التواصل الفعال والعمل بروح الفريق الواحد، وعرض أفكاره بطريقة سلسة ومُبسطة.

يبدو الأمر مُعقدًا، وقد تظن أنك لن تجد مبرمج شبكات يمتلك كل هذه المهارات معًا. لكن لحسن الحظ، يمكنك توظيف مبرمج شبكات محترف من منصة مستقل، أكبر منصة عربية للعمل الحر؛ لإنشاء شبكات احترافية بمختلف أنواعها لأعمالك وبرمجتها بطريقة احترافية خالية من الأخطاء، لتحصل بعدها على كل المزايا التي تقدمها عملية برمجة الشبكات.

تُساعدك عملية برمجة الشبكات على ربط الأجهزة الخاصة بك مع بعضها البعض على اختلاف أنواعها، وتسهيل عملية التواصل فيما بينها لتحقيق أكبر استفادة من ذلك؛ من خلال نقل البيانات ومشاركة الموارد والعديد من الأمور الأخرى. وهو ما يقدم العديد من المزايا التي تنعكس نتائجها في النهاية إيجابيًا على إنتاجية شركتك.

تم النشر في: تطوير المواقع والتطبيقات منذ 13 ثانية

المصدر