شرح مادة عال 329 (CSC 329) شبكات الحاسب - جامعة الملك سعود

مادة عال 329 (CSC 329)، شبكات الحاسب (Computer Networks)، هي اللحظة اللي تكتشف فيها كيف يشتغل الانترنت فعلا. كل مرة تفتح يوتيوب، ترسل واتساب، او تفتح حسابك البنكي، فيه عشرات البروتوكولات تشتغل تحت الغطاء عشان توصل البيانات وترجع لك. هذي المادة تكشف الكواليس.

تخيل الانترنت مثل شبكة بريد ضخمة: ظرف (الرسالة)، عنوان مرسل (IP المصدر)، عنوان مستلم (IP الوجهة)، ساعي بريد محلي (الراوتر القريب)، مراكز فرز كبيرة (الراوترات الرئيسية)، وقواعد على شكل البيانات (البروتوكولات). عال 329 تشرح لك هذي الاجزاء وحدة وحدة.

ليش عال 329 مادة لازم تركّز فيها؟

• اساس كل وظيفة تقنية: تطوير الويب، السحابة، الامن السيبراني، DevOps. ما في وظيفة تقنية معاصرة بدون فهم الشبكات
• بوابتك لشهادات معتمدة: المادة تغطي 60-70% من منهج CCNA 200-301 و CompTIA Network+. تختصر شهور من المذاكرة لاحقا
• مقابلات الوظائف: اسئلة TCP vs UDP، DNS، HTTPS، و Subnetting من الاسئلة الكلاسيكية. سواء قدّمت لـ STC او Aramco Digital او Google، راح يجي ذكر لمواضيع عال 329
• فهم المشاكل اليومية: لما الانترنت يبطّئ، لما يطلع 404 او 502، لما VPN ما يشتغل، انت تفهم وش يصير وراها
• مادة تبني على عال 227: مفاهيم Sockets و Processes اللي درستها في نظم التشغيل (عال 227) تتطبق هنا مباشرة. لما برنامجين يتواصلون عبر الشبكة، هم في النهاية عمليتين تستخدمان نظام التشغيل

نظرة عامة على محتوى عال 329

الاسابيع	الموضوع	المفاهيم الرئيسية
1	مقدمة في الشبكات والانترنت	تعريف الشبكة، انواعها، البنية العامة
2-3	نموذج OSI و TCP/IP	الطبقات السبع، التغليف (Encapsulation)
4	الطبقة المادية وطبقة ربط البيانات	Ethernet، MAC، Switches
5-6	طبقة الشبكة و IPv4	عناوين IP، Subnetting، CIDR
7	التوجيه (Routing) و IPv6	جداول التوجيه، RIP، OSPF، IPv6
8	اختبار نصفي ومراجعة	تطبيق على Subnetting و OSI
9-10	طبقة النقل: TCP و UDP	3-Way Handshake، Ports، Flow Control
11	طبقة التطبيق: HTTP و DNS	طلبات HTTP، نظام اسماء النطاقات
12	بروتوكولات اخرى: SMTP و FTP	البريد الالكتروني، نقل الملفات
13	امن الشبكات الاساسي	Firewalls، NAT، TLS، الهجمات الشائعة
14	الشبكات اللاسلكية ومواضيع متقدمة	Wi-Fi، تشفير WPA، VPN
15	مراجعة ومشروع نهائي	Wireshark، Packet Tracer

1. نموذج OSI، الطبقات السبع

نموذج OSI (Open Systems Interconnection) هو اطار نظري يقسم وظائف الشبكة الى 7 طبقات. كل طبقة لها مسؤولية محددة، وتتواصل فقط مع الطبقة اللي فوقها واللي تحتها.

ليش نقسم الشبكة لطبقات؟ نفس سبب تقسيم البرامج الى دوال: الفصل بين المسؤوليات يخلي الصيانة اسهل. مصمم بطاقة الشبكة ما يحتاج يفهم HTTP، ومطور المتصفح ما يحتاج يفهم Ethernet.

الطبقات السبع من الاعلى للاسفل

الطبقة	الاسم	المسؤولية	امثلة
7	Application	واجهة البرامج مع الشبكة	HTTP، DNS، SMTP
6	Presentation	تشفير وضغط البيانات	TLS، JPEG، ASCII
5	Session	ادارة جلسات الاتصال	NetBIOS، RPC
4	Transport	نقل موثوق او سريع	TCP، UDP
3	Network	التوجيه بين الشبكات	IP، ICMP
2	Data Link	نقل بين جهازين متجاورين	Ethernet، MAC
1	Physical	الاشارات الكهربائية والضوئية	كابلات، موجات

اختصار حفظ الطبقات

من الاسفل للاعلى: Please Do Not Throw Sausage Pizza Away (Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application). من الاعلى للاسفل: All People Seem To Need Data Processing.

مفهوم التغليف (Encapsulation)

لما تطلع رسالتك من الطبقة 7 وتنزل للطبقة 1، كل طبقة تضيف ترويسة (Header) قبل ما ترسل. الطبقة المستقبلة عند الجهة الثانية تشيل الترويسة وتعطي اللي فوقها.

[Data]
[TCP Header | Data]
[IP Header | TCP Header | Data]
[Eth Header | IP Header | TCP Header | Data]

2. نموذج TCP/IP، النموذج العملي للانترنت

نموذج TCP/IP اقدم من OSI واكثر استخداما في التطبيق الفعلي. يقسم الشبكة الى 4 طبقات فقط بدل 7. كل جهاز متصل بالانترنت يطبّق هذي الطبقات الاربع.

TCP/IP	OSI المقابل	البروتوكولات
Application	5، 6، 7	HTTP، DNS، SMTP، FTP
Transport	4	TCP، UDP
Internet	3	IP، ICMP، ARP
Network Access	1، 2	Ethernet، Wi-Fi

التصميم الاصلي للانترنت ركّز على البساطة، فدمج الباحثون الطبقات الاضافية في OSI لان البرامج تقدر تتعامل معها بنفسها.

3. الطبقة المادية وطبقة ربط البيانات

هذي اول طبقتين من الاسفل، ومسؤوليتهم نقل البيانات بين جهازين متجاورين في نفس الشبكة المحلية.

الطبقة المادية تتعامل مع الاشارات الكهربائية والضوئية: تحويل البتات (0 و 1) الى اشارات تنتقل عبر الكابلات النحاسية (Cat5e، Cat6)، الالياف البصرية، او الموجات اللاسلكية (Wi-Fi، Bluetooth، 5G).

طبقة ربط البيانات مسؤولة عن التواصل بين جهازين في نفس الشبكة المحلية، وتستخدم عناوين MAC. عنوان MAC رقم فريد محفور في بطاقة الشبكة من المصنع، مكون من 48 بت مكتوبة كـ 12 رمز سداسي عشري:

00:1A:2B:3C:4D:5E

اول 24 بت تحدد الشركة المصنعة (Apple، Samsung)، والباقي رقم تسلسلي للبطاقة. Ethernet هو المعيار اللي سيطر على الشبكات السلكية لاكثر من 40 سنة.

Switch مقابل Hub

المعيار	Hub (قديم)	Switch (الحديث)
طريقة العمل	يرسل البيانات لكل المنافذ	يرسل البيانات للمنفذ المستهدف فقط
الذكاء	غبي، طبقة 1 فقط	ذكي، طبقة 2، يحفظ جدول MAC
الامان	ضعيف، كل الاجهزة تشوف كل البيانات	اقوى
الاداء	يقسم النطاق على كل الاجهزة	كل جهاز ياخذ النطاق الكامل

Hubs انقرضت تقريبا. كل الشبكات الحديثة تستخدم Switches.

4. طبقة الشبكة، عناوين IP و Subnetting

هذي قلب الانترنت. وظيفتها توصيل البيانات بين شبكات مختلفة عبر العالم. هنا يجي دور عناوين IP والراوترات.

عناوين IPv4

عنوان IPv4 مكون من 32 بت مقسمة الى 4 بايتات (Octets). نكتبه عادة بالشكل العشري:

192.168.1.10

كل octet يقدر ياخذ قيمة من 0 الى 255. اقصى عدد عناوين ممكن هو 4.3 مليار تقريبا، وهذا اقل من عدد سكان العالم. عشان كذا تم اختراع IPv6 لاحقا.

الفئات (Classes) واصل العنوان

الفئة	المدى	الاستخدام
A	1.0.0.0 الى 126.255.255.255	شبكات ضخمة
B	128.0.0.0 الى 191.255.255.255	شبكات متوسطة
C	192.0.0.0 الى 223.255.255.255	شبكات صغيرة
D	224.0.0.0 الى 239.255.255.255	Multicast
E	240.0.0.0 الى 255.255.255.255	محجوزة للابحاث

العناوين الخاصة (Private IP)

نطاقات محجوزة للشبكات الداخلية ما تخرج للانترنت: 10.0.0.0/8، 172.16.0.0/12، 192.168.0.0/16. لما جهازك ياخذ IP مثل 192.168.1.5، هذا عنوان داخلي. الراوتر يترجمه لعنوان عام عبر NAT لما يتصل بالانترنت.

Subnetting و CIDR، الجزء الصعب

Subnetting يعني تقسيم شبكة كبيرة الى شبكات اصغر. الفكرة بسيطة، لكن الحسابات تربك معظم الطلاب اول مرة.

CIDR (Classless Inter-Domain Routing) هو طريقة كتابة العنوان مع قناع الشبكة. الشكل:

192.168.1.0/24

الرقم بعد / يسمى Prefix Length: يقول كم بت من العنوان تمثّل الشبكة. الباقي يمثّل الاجهزة.

مثال عملي على حساب Subnet:

العنوان: 192.168.10.0/26

كم بت للشبكة؟ 26
كم بت للاجهزة؟ 32 - 26 = 6
كم جهاز ممكن؟ 2^6 - 2 = 62
(نطرح 2: واحد لعنوان الشبكة وواحد للـ Broadcast)

قناع الشبكة (Subnet Mask):
26 بت = 255.255.255.192
(11111111.11111111.11111111.11000000)

عنوان الشبكة: 192.168.10.0
اول جهاز:    192.168.10.1
آخر جهاز:    192.168.10.62
Broadcast:   192.168.10.63

IPv6، الجيل الجديد

IPv6 يستخدم 128 بت بدل 32. النتيجة: 340 سكستليون عنوان، رقم ضخم لدرجة ان كل جهاز في الكون يقدر ياخذ عنوان منفصل. الشكل: 8 مجموعات من 4 ارقام سداسية عشرية مفصولة بـ : مثل 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334 (الاصفار المتتالية تختصر بـ ::).

التوجيه (Routing)

الراوتر يقرر مسار الحزمة من المصدر للوجهة. كل راوتر عنده جدول توجيه يحدد لاي شبكة يرسل عبر اي منفذ. البروتوكولات الشائعة:

• RIP: قديم، يعتمد على عدد القفزات (Hops)
• OSPF: يعتمد على Dijkstra لايجاد اقصر طريق
• BGP: بروتوكول الانترنت الفعلي بين مزودي الخدمة

كثير من الطلاب يعتبرون Subnetting و CIDR اصعب جزء في عال 329. لو حسيت ان الحسابات تلخبطك، انت مو لحالك. السر هو التمرين بالاوراق وحل عشرات الامثلة حتى تصير تلقائية.

5. طبقة النقل، TCP و UDP

طبقة النقل مسؤولة عن التواصل بين برنامجين (مو بين جهازين). البرامج تستخدم منافذ (Ports) للتمييز: متصفح الويب يستخدم 443، البريد 25، خادم SSH 22.

المنافذ الشائعة احفظها

المنفذ	البروتوكول	الاستخدام
20، 21	FTP	نقل الملفات
22	SSH	اتصال آمن بالخادم
25	SMTP	ارسال البريد
53	DNS	استعلام اسماء النطاقات
80	HTTP	الويب (غير آمن)
443	HTTPS	الويب (آمن)
3306	MySQL	قواعد البيانات

TCP مقابل UDP، اهم مقارنة في المادة

المعيار	TCP	UDP
نوع الاتصال	يحتاج اتصال (Connection-oriented)	بدون اتصال (Connectionless)
الموثوقية	عالية، يضمن الوصول والترتيب	لا يضمن شيء
السرعة	ابطا بسبب الفحص	اسرع
اعادة الارسال	يعيد ارسال الحزم المفقودة	لا يعيد
ترتيب الحزم	يحافظ عليه	ممكن تجي خارج الترتيب
حجم الترويسة	20 بايت	8 بايت
استخدامات	الويب، البريد، تحميل الملفات	البث المباشر، الالعاب، DNS

TCP 3-Way Handshake

قبل ما يبدا اي اتصال TCP، الجهازين يسوون مصافحة بثلاث خطوات عشان يتفقوا على بداية الاتصال:

العميل (Client)                  الخادم (Server)
     |                                  |
     |---- SYN (seq=x) ---------------->|
     |                                  |
     |<--- SYN-ACK (seq=y, ack=x+1) ----|
     |                                  |
     |---- ACK (ack=y+1) -------------->|
     |                                  |
     |    الاتصال جاهز للبيانات         |

1. SYN: العميل يطلب فتح اتصال، يرسل رقم تسلسل عشوائي x
2. SYN-ACK: الخادم يرد، يقبل ويرسل رقمه الخاص y ويؤكد x+1
3. ACK: العميل يؤكد استلام y بالرد بـ y+1

بعد هذي الخطوات، الاتصال مفتوح ويبدا تبادل البيانات.

Flow Control و Congestion Control

اغلاق TCP يحتاج 4 خطوات (FIN → ACK → FIN → ACK). اثناء الاتصال يدير TCP سرعته بناء على:

• Flow Control: يمنع المرسل من اغراق المستقبل، يستخدم نافذة (Window Size)
• Congestion Control: يكتشف ازدحام الشبكة ويبطّء الارسال، يستخدم Slow Start و Congestion Avoidance

6. طبقة التطبيق، البروتوكولات اللي تستخدمها كل يوم

هذي اعلى طبقة، وهي اللي تلامسها كمستخدم نهائي وكمبرمج.

HTTP و HTTPS

HTTP هو البروتوكول الاساسي للويب. لما تكتب URL في المتصفح، يرسل طلب HTTP للخادم، والخادم يرد بصفحة HTML. طلب بسيط:

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.ksu.edu.sa
Accept: text/html

استجابة:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html

HTTPS هو HTTP مع تشفير TLS. كل البيانات بين متصفحك والخادم مشفرة. اليوم اكثر من 95% من الويب يستخدم HTTPS.

DNS، نظام اسماء النطاقات

البشر يحفظون اسماء (ksu.edu.sa)، الاجهزة تفهم ارقام (103.97.224.18). DNS هو دليل الهاتف اللي يترجم الاسماء الى عناوين IP. لما تكتب اسم موقع، متصفحك يسال DNS Resolver، والـ Resolver يبحث في خوادم DNS الهرمية: Root Servers ← TLD Servers (.com، .sa) ← Authoritative Servers لكل نطاق.

SMTP و FTP

SMTP بروتوكول ارسال البريد بين خوادم البريد. الجهة المقابلة تستخدم POP3 او IMAP لجلب البريد للجهاز.

FTP لرفع وتحميل الملفات. قديم ولا يشفّر. اليوم نستخدم SFTP (عبر SSH) او FTPS (مع TLS) للامان.

7. امن الشبكات الاساسي

كل المفاهيم اللي درستها لها جانب امني. الانترنت اصلا ما صُمم بالامان كاولوية، عشان كذا نضيف طبقات حماية فوقه.

Firewall، الجدار الناري

الـ Firewall حارس بوابة يفحص كل حزمة داخلة وخارجة، ويقبل او يرفض حسب قواعد محددة. انواعه: Packet Filter يفحص ترويسات الحزم (IP، Port)، Stateful Inspection يتذكر حالة الاتصالات، و Application Firewall يفحص محتوى الحزم نفسها (مثل WAF لحماية المواقع).

NAT، ترجمة العناوين

NAT حل مشكلة قلة عناوين IPv4. الراوتر في بيتك يحول كل اجهزتك (IPs خاصة) ليظهروا للانترنت بـ IP عام واحد، ويحفظ جدول يربط كل اتصال داخلي بمنفذ مختلف عشان يميّز ردود الانترنت.

TLS، التشفير

TLS هو اللي يخلي HTTPS آمن. يعمل في طبقة بين النقل والتطبيق:

1. متصفحك يطلب اتصال آمن من الخادم
2. الخادم يرسل شهادة فيها مفتاحه العام
3. متصفحك يتحقق ان الشهادة موقّعة من جهة موثوقة (CA)
4. يتفقون على مفتاح تشفير متماثل لباقي الجلسة
5. كل البيانات بعد كذا مشفرة

الهجمات الشائعة

• DDoS: الهاكر يستخدم آلاف الاجهزة المخترقة (Botnet) عشان يرسلون طلبات هائلة لخادم معين فيوقف تحت الضغط. خدمات مثل Cloudflare تمتص هذي الهجمات
• MITM (Man-in-the-Middle): الهاكر يضع نفسه بين طرفين متصلين، يقرا او يعدّل بياناتهم. الحماية: TLS، البيانات المشفرة ما يقدر احد يقراها حتى لو مسكها
• Phishing: موقع مزيف يقلّد شرعي. الحماية: تحقق من URL وشهادة TLS

اخطاء شائعة في عال 329 ونصائح للاختبار

1. خلط طبقات OSI و TCP/IP: اقرا السؤال بدقة، اي نموذج المطلوب
2. Subnetting بدون رسم: ارسم بالبت والقناع، لا تحسب في راسك
3. نسيان -2 في عدد الاجهزة: عنوان الشبكة و Broadcast ما يحسبون كاجهزة
4. خلط TCP و UDP: الفيديو المباشر = UDP، تحميل ملف = TCP
5. خلط MAC و IP: MAC للشبكة المحلية، IP بين الشبكات
6. خلط Switch و Router: Switch طبقة 2، Router طبقة 3
7. نسيان منفذ HTTPS: 443 مو 80
8. اعتقاد ان UDP غير مفيد: له استخدامات حرجة (الالعاب، البث، DNS)

استراتيجية المذاكرة

ربط عال 329 بمسارك الاكاديمي

عال 329 ترتبط بكثير من المواد قبلها وبعدها:

• عال 227 نظم التشغيل: مفاهيم Sockets و Processes اللي درستها هناك تتطبق هنا مباشرة. Socket Programming هو الطريقة العملية لكتابة برامج تتواصل عبر الشبكة
• عال 220 تنظيم الحاسب: فهم كيف تنتقل البيانات داخل الجهاز يساعدك تفهم كيف بطاقة الشبكة تتعامل مع البيانات على المستوى المنخفض
• عال 456 شبكات متقدمة: يتعمق في بروتوكولات التوجيه، MPLS، SDN
• الحوسبة السحابية: AWS و Azure و Google Cloud تعتمد على فهم عميق للشبكات. VPC، Subnets، Security Groups كلها مفاهيم عال 329
• شهادات معتمدة: بعد عال 329 تقدر تذاكر CCNA او CompTIA Network+ بسهولة

خلاصة

عال 329 مادة ممتعة لان كل ما تتعلمه فيها تطبّقه يوميا بدون ما تدري. السر في النجاح هو الربط المستمر بين النظرية والواقع. لا تذاكر OSI كنظرية مجردة، فكّر في كيف رسالة واتساب تمر عبر الطبقات السبع. لا تحفظ Subnetting بالغصب، حل تمارين عملية. لا تقرا عن TLS، شغّل Wireshark وشوف كيف يبدا الاتصال الآمن.

المادة ماهي “حفظ”. الطلاب اللي يفهمون القصة ورا كل بروتوكول يحفظون بدون ما يحاولون. اعرف ليش TCP محتاج 3-Way Handshake، ليش IPv6 صار ضروري، ليش NAT اخترع. القصص تثبّت المعلومة. افتح Wireshark، حل 50 سؤال Subnetting، وارسم نموذج OSI من راسك. تعدّي المادة بتقدير ممتاز ان شاء الله.