تطبيقات وخدمات الشبكة
تطبيقات وخدمات الشبكة هي البرامج والبروتوكولات التي تعمل على حافة الشبكة وتقدم قيمة للمستخدمين — من الويب والبريد الإلكتروني إلى نظام أسماء النطاقات وشبكات توصيل المحتوى — مبنية على خدمات النقل التي تقع تحتها.
Definition
طبقة التطبيقات هي الطبقة البروتوكولية العليا، حيث تتبادل عمليات التطبيقات المتصلة بالشبكة الرسائل وفقًا لبروتوكولات خاصة بالتطبيقات؛ خدمات الشبكة هي البنية التحتية الداعمة، مثل التسمية وتوصيل المحتوى، التي تعتمد عليها تلك التطبيقات.
Scope
تغطي هذه المنطقة طبقة التطبيقات وخدمات البنية التحتية التي تدعمها: معماريات التطبيقات (العميل-الخادم والند للند)، بروتوكولات التطبيقات الأساسية مثل HTTP وSMTP وFTP، نظام أسماء النطاقات الذي يربط الأسماء المقروءة بشريًا بالعناوين، شبكات توصيل المحتوى التي تنسخ المحتوى بالقرب من المستخدمين، ونظرة عامة على أمن الشبكات كما ينطبق على الأنظمة المتصلة. تستثني هذه المنطقة آليات طبقة النقل التي تعتمد عليها، وتركز بدلاً من ذلك على الخدمات التي تعرضها التطبيقات والبروتوكولات التي تتحدث بها.
Sub-topics
Core questions
- كيف تُبنى تطبيقات الشبكة — العميل-الخادم مقابل الند للند — وما هي المفاضلات؟
- كيف تحدد بروتوكولات التطبيقات الأساسية مثل HTTP وSMTP تنسيقات الرسائل والتفاعلات؟
- كيف يترجم نظام أسماء النطاقات الأسماء إلى عناوين بطريقة قابلة للتوسع وموزعة؟
- كيف تقلل شبكات توصيل المحتوى من زمن الوصول والحمل عن طريق نسخ المحتوى بالقرب من المستخدمين؟
- ما هي خصائص الأمان — السرية، النزاهة، المصادقة — التي يجب أن توفرها تطبيقات الشبكة، وكيف؟
Key concepts
- معمارية العميل-الخادم
- معمارية الند للند
- HTTP والويب
- بروتوكولات البريد الإلكتروني (SMTP, IMAP)
- نظام أسماء النطاقات (DNS)
- التخزين المؤقت والتسلسل الهرمي لنظام أسماء النطاقات (DNS caching and hierarchy)
- شبكات توصيل المحتوى (CDNs)
- المقابس وواجهات برمجة تطبيقات التطبيقات (sockets and application APIs)
- السرية والنزاهة والمصادقة
- أمان طبقة النقل (TLS)
Key theories
- معماريات العميل-الخادم والند للند
- تُنظم التطبيقات إما حول خوادم تعمل دائمًا يتصل بها العملاء، مما يركز الإدارة ولكنه يركز الحمل، أو كأنظمة ند للند حيث تقوم المضيفات المشاركة بالطلب والخدمة على حد سواء، مما يتوسع مع عدد المستخدمين ولكنه يعقد الإدارة والأمان.
- التسمية الهرمية الموزعة (DNS)
- يحل نظام أسماء النطاقات الأسماء إلى عناوين من خلال تسلسل هرمي من الخوادم الموثوقة المفوضة والتخزين المؤقت النشط، مما يوفر خدمة بحث قابلة للتوسع ومرنة لا تتحكم فيها منظمة واحدة بشكل كامل.
- نسخ المحتوى وتوزيعه
- تضع شبكات توصيل المحتوى نسخًا من المحتوى على خوادم قريبة من المستخدمين وتوجه كل طلب إلى نسخة جيدة، مما يقلل من زمن الوصول، وحمل الخادم الأصلي، وحركة المرور الأساسية — وهو سبب رئيسي لأداء خدمات الويب والبث واسعة النطاق بشكل جيد.
Clinical relevance
طبقة التطبيقات هي ما يختبره المستخدمون فعليًا: الويب، الوسائط المتدفقة، المراسلة، وخدمات السحابة كلها تعيش هنا. نظام أسماء النطاقات (DNS) هو اعتماد حاسم لكل تفاعل تقريبًا عبر الإنترنت، وتتسبب انقطاعاته في تداعيات واسعة النطاق. تحمل شبكات توصيل المحتوى حصة كبيرة من حركة مرور الإنترنت وهي أساسية لتوصيل الفيديو والبرامج على نطاق واسع، بينما يحمي أمن طبقة التطبيقات عبر TLS سرية وسلامة الاتصالات اليومية.
History
كانت تطبيقات الإنترنت المبكرة هي البريد الإلكتروني ونقل الملفات؛ وقد حولت الشبكة العنكبوتية العالمية، التي اخترعها تيم بيرنرز لي حوالي عام 1990 باستخدام HTTP وHTML، الإنترنت إلى وسيلة إعلام جماهيرية. حل نظام أسماء النطاقات (موكابيتريس، منتصف الثمانينيات) محل ملف أسماء المضيفين المسطح بدليل موزع قابل للتوسع. ظهرت شبكات توصيل المحتوى في أواخر التسعينيات للتعامل مع نمو الويب، وتطور تشفير طبقة التطبيقات من SSL إلى TLS لتأمين الاتصالات.
Debates
- خدمات السحابة المركزية للعميل-الخادم مقابل الأنظمة اللامركزية للند للند
- توفر معماريات السحابة المركزية قابلية الإدارة والأداء المتسق ولكنها تركز التحكم وتخلق نقاط فشل فردية، بينما تنشر التصميمات الند للند واللامركزية الحمل والتحكم على حساب التعقيد؛ يتكرر هذا التوازن عبر مشاركة الملفات، وتوصيل المحتوى، وجهود الويب اللامركزية الناشئة.
Key figures
- Tim Berners-Lee
- Paul Mockapetris
- Roy Fielding
- Jon Postel
Related topics
Seminal works
- kurose2021
- rfc9110
- rfc1035
Frequently asked questions
- ماذا يفعل نظام أسماء النطاقات (DNS)؟
- يترجم نظام أسماء النطاقات (DNS) الأسماء سهلة الاستخدام مثل example.com إلى عناوين IP التي تحتاجها طبقة الشبكة لتوجيه الحزم. إنه قاعدة بيانات موزعة وهرمية مع تخزين مؤقت، لذا فإن عمليات البحث سريعة ويتوسع النظام ليشمل الإنترنت بأكمله دون أن يحتفظ أي خادم واحد بجميع الأسماء.
- كيف تسرع شبكة توصيل المحتوى (CDN) الويب؟
- تخزن شبكة توصيل المحتوى (CDN) نسخًا من المحتوى على العديد من الخوادم المنتشرة حول العالم وتوجه طلب كل مستخدم إلى نسخة قريبة. هذا يقلل من مسار الشبكة، ويقلل من زمن الوصول وفقدان الحزم، بينما يخفف أيضًا الحمل عن الخادم الأصلي ويقلل من حركة المرور بعيدة المدى، مما يحسن السرعة والموثوقية معًا.