02 أبريل 2025·3 دقيقة
بوب خان وTCP/IP: الطبقة الخفية التي تشغّل التطبيقات
اكتشف كيف ساهم بوب خان في تشكيل TCP/IP، لماذا تهم الاعتمادية في شبكات الحزم، وكيف لا تزال تصاميمه تدعم التطبيقات، واجهات البرمجة، وخدمات السحابة.
اكتشف كيف ساهم بوب خان في تشكيل TCP/IP، لماذا تهم الاعتمادية في شبكات الحزم، وكيف لا تزال تصاميمه تدعم التطبيقات، واجهات البرمجة، وخدمات السحابة.
تبدو معظم التطبيقات "فورية": تضغط زرًا، يتحدّث الخلاصة، تكتمل الدفع، يبدأ الفيديو. ما لا تراه هو العمل الحاصل في الأسفل لنقل قطع صغيرة من البيانات عبر Wi‑Fi، الشبكات الخلوية، راوترات المنزل، ومراكز البيانات—غالبًا عبر دول متعددة—دون أن تفكّر في الأجزاء الفوضوية في الوسط.
تجسّد TCP/IP هذا الاختفاء. ليست منتجًا واحدًا أو ميزة سحابية؛ إنها مجموعة قواعد مشتركة تسمح للأجهزة والخوادم بالتحدث مع بعضها بطريقة تشعر عادةً بالسلاسة والاعتمادية، حتى عندما تكون الشبكة صاخبة، مزدحمة، أو تعاني أعطالًا جزئية.
كان بوب خان واحدًا من الأشخاص الرئيسيين الذين جعلوا ذلك ممكنًا. جنبًا إلى جنب مع متعاونين مثل فينت سيرف، ساعد خان في تشكيل الأفكار الأساسية التي أصبحت TCP/IP: "لغة" مشتركة للشبكات وطريقة لتوصيل البيانات بطريقة تثق بها التطبيقات. لا ضجة تسويقية—هذا العمل كان مهمًا لأنه حوّل الاتصالات غير المضمونة إلى شيء يمكن للبرمجيات البناء فوقه بثقة.
بدلًا من إرسال رسالة كاملة كسيل واحد، يكسر تبديل الحزم الرسالة إلى قطع صغيرة تُسمى حزمًا. كل حزمة يمكن أن تسلك طريقها الخاص إلى الوجهة، مثل أظرف منفصلة تمر بمكاتب بريد مختلفة.
سنفكك كيف يخلق TCP إحساس الاعتمادية، ولماذا IP لا يعد بالكمال عمدًا، وكيف يحافظ التكديس الطبقي على قابلية فهم النظام. في النهاية، ستتمكن من تصوير ما يحدث عندما يستدعي تطبيق واجهة برمجة تطبيقات—ولماذا هذه الأفكار القديمة تعيش وتدعم خدمات السحابة الحديثة.
شبكات الحواسيب المبكرة لم تولد كـ"الإنترنت". بُنيت لمجموعات محددة بأهداف محددة: شبكة جامعة هنا، شبكة عسكرية هناك، وشبكات مختبرات بحثية في أماكن مختلفة. كل واحدة قد تعمل جيدًا داخليًا، لكنها غالبًا ما استخدمت عتادًا مختلفًا، صيغ رسائل مختلفة، وقواعد مختلفة لطريقة تنقّل البيانات.
هذا خلق واقعًا محبطًا: حتى لو كان حاسوبان "مترابطين"، قد لا يتمكنا من تبادل المعلومات. إنه شبيه بوجود أنظمة سكة حديد متعددة حيث عرض المسارات مختلف ومعاني الإشارات مختلفة. يمكنك تحريك قطارات داخل نظام واحد، لكن العبور إلى نظام آخر قد يكون فوضويًا، مكلفًا، أو مستحيلاً.
التحدي الرئيسي لدى بوب خان لم يكن ببساطة "وصل الحاسوب A بالحاسوب B". كان: كيف توصل الشبكات ببعضها بحيث يمرّ المرور عبر أنظمة مستقلة متعددة كما لو كانت نظامًا واحدًا أكبر؟
هذا ما يعنيه "الربط بين الشبكات"—بناء طريقة لتقفز البيانات من شبكة إلى أخرى، حتى عندما تكون تلك الشبكات مصممة بشكل مختلف وتُدار من قبل منظمات مختلفة.
لكي يعمل الربط بين الشبكات على نطاق واسع، احتاج الجميع إلى مجموعة قواعد مشتركة—بروتوكولات—لا تعتمد على التصميم الداخلي لأي شبكة منفردة. كما كان على تلك القواعد أن تعكس قيودًا واقعية:
أصبح TCP/IP الإجابة العملية: "اتفاق" مشترك سمح للشبكات المستقلة بأن تتصل ببعضها وتُحرّك البيانات بما يكفي لتشغيل التطبيقات الحقيقية.
يشتهر بوب خان كأحد المهندسين الرئيسيين لقواعد الطريق في الإنترنت. في السبعينيات، أثناء عمله مع DARPA، ساعد في نقل الشبكات من تجربة بحثية ذكية إلى شيء يمكنه ربط أنواع مختلفة من الشبكات—دون إجبارها على استخدام نفس العتاد أو التصميم الداخلي.
أثبتت ARPANET أن الحواسيب يمكنها التواصل عبر وصلات تبديل الحزم. لكن شبكات أخرى بدأت تظهر—أنظمة لاسلكية، وصلات فضائية، وشبكات تجريبية إضافية—كل منها بخصوصياته. ركّز خان على التشغيل البيني: تمكين رسالة من السفر عبر شبكات متعددة كما لو كانت شبكة واحدة.
بدلًا من بناء شبكة "مثالية" واحدة، دفع نحو نهج حيث:
بالتعاون مع فينت سيرف، شارك خان في تصميم ما أصبح TCP/IP. وأحد النتائج الدائمة كان الفصل الواضح للمسؤوليات: يتعامل IP مع العنونة والتوجيه عبر الشبكات، بينما يتعامل TCP مع التسليم الموثوق للتطبيقات التي تحتاجه.
إذا استدعيت واجهة برمجة تطبيقات، حملت صفحة ويب، أو أرسلت سجلات من حاوية إلى خدمة مراقبة، فأنت تعتمد على نموذج الربط بين الشبكات الذي روج له خان. لا تحتاج لأن تعرف إن كانت الحزم تعبر Wi‑Fi، أليافًا، LTE، أو عمودًا سحابيًا. يجعل TCP/IP كل ذلك يبدو كنظام واحد متصل—حتى تركز البرمجيات على المزايا بدلًا من الأسلاك.
إحدى أذكى الأفكار وراء TCP/IP هي التكديس: بدلًا من بناء نظام شبكي عملاق "يفعل كل شيء"، تكدّس قطعًا أصغر حيث كل طبقة تقوم بمهمة واحدة جيدًا.
هذا مهم لأن الشبكات ليست متشابهة. كابلات مختلفة، راديوهات، راوترات، ومزودون يمكنهم التداخل طالما اتفقوا على عدد قليل من المسؤوليات الواضحة.
فكر في IP (بروتوكول الإنترنت) كجزء يجيب على: أين تذهب هذه البيانات، وكيف نحركها أقرب إلى ذلك المكان؟
يوفر IP عناوين (حتى يمكن تعريف الآلات) وتوجيهًا أساسيًا (حتى تقفز الحزم من شبكة إلى أخرى). والأهم أن IP لا يحاول أن يكون مثاليًا. يركّز على تحريك الحزم خطوة بخطوة، حتى لو تغيّر المسار.
ثم يأتي TCP (بروتوكول التحكم في الإرسال) فوق IP ويجيب: كيف نجعل هذا يبدو كاتصال موثوق؟
يتعامل TCP مع عمل "الاعتمادية" الذي تريده التطبيقات عادةً: ترتيب البيانات بشكل صحيح، اكتشاف الأجزاء المفقودة، إعادة المحاولة عند الحاجة، وتنظيم الإرسال حتى لا يغمر المرسل المستقبل أو الشبكة.
طريقة مفيدة لتصور الانقسام هي نظام بريدي:
لا تطلب من العنوان أن يضمن وصول الطرد؛ تبني هذا الضمان أعلى منه.
لأن المسؤوليات مفصولة، يمكنك تحسين طبقة واحدة دون إعادة تصميم كل شيء. الشبكات الفيزيائية الجديدة يمكنها حمل IP، والتطبيقات يمكنها الاعتماد على سلوك TCP دون الحاجة لفهم كيفية عمل التوجيه. هذا الانقسام النظيف سبب رئيسي في أن TCP/IP أصبح الأساس الخفي المشترك تحت كل تطبيق تقريبًا.
تبديل الحزم هي الفكرة التي جعلت الشبكات الكبيرة عملية: بدلًا من حجز خط مخصص لرسالتك كاملة، تقطع الرسالة إلى قطع صغيرة وتُرسل كل قطعة بشكل مستقل.
الحزمة هي حزمة بيانات صغيرة بها رأس (من أرسلها، إلى من، ومعلومات توجيه أخرى) بالإضافة إلى جزء من المحتوى.
تقسيم البيانات إلى قطع يساعد لأن الشبكة تستطيع:
هنا تبدأ "الفوضى". قد تسلك حزم من نفس التنزيل أو استدعاء API طرقًا مختلفة عبر الشبكة، اعتمادًا على ما هو مشغول أو متاح في تلك اللحظة. هذا يعني أنها قد تصل خارج الترتيب—الحزمة رقم 12 قد تصل قبل الحزمة رقم 5.
تبديل الحزم لا يحاول منع ذلك. يُعطي الأولوية لإيصال الحزم بسرعة، حتى لو كان ترتيب وصولها فوضويًا.
فقدان الحزم ليس نادرًا، وليس دومًا خطأ: الأسباب الشائعة تشمل:
الخيار التصميمي الرئيسي هو السماح للشبكة بأن تكون غير كاملة. يركّز IP على توجيه الحزم بأفضل ما يمكن بدون وعد بالتسليم أو الترتيب. هذه الحرية هي ما يسمح للشبكات بالتوسع—ولذلك توجد طبقات أعلى (مثل TCP) لتنظيف الفوضى.
TCP/IP هو مجموعة قواعد شبكية مشتركة تتيح لشبكات مختلفة أن تتصل ببعضها وتُحمِل البيانات بشكل متوقع.
هذا مهم لأنه يجعل الوصلات غير المضمونة والمتباينة (مثل Wi‑Fi، LTE، الألياف، الأقمار الصناعية) قابلة للاستخدام للتطبيقات — بحيث يمكن للتطبيقات افتراض أن بإمكانها إرسال بايتات واستلام استجابات دون الحاجة لفهم تفاصيل الشبكة الفيزيائية.
ساهم بوب خان في دفع فكرة “الربط بين الشبكات”: كيف تُوصل الشبكات ببعضها دون إجبار كل واحدة على استخدام نفس العتاد أو التصميم الداخلي.
بالتعاون مع آخرين (لا سيما فينت سيرف)، شكّل هذا العمل الانقسام التقليدي حيث IP يتعامل مع العنونة والتوجيه بين الشبكات وTCP يوفر الاعتمادية للتطبيقات فوقه.
تبديل الحزم يكسر الرسالة إلى حزم صغيرة packets يمكنها أن تسافر بشكل مستقل.
الفوائد:
يُركّز IP على وظيفة واحدة: إرسال الحزم نحو عنوان الوجهة. لا يضمن الوصول، أو الترتيب، أو توقيت الوصول.
نموذج “أفضل جهد” هذا يتيح التوسع العالمي لأن الموجّهات تبقى بسيطة وسريعة، ويمكن للشبكة أن تستمر بالعمل بينما الروابط تتغير أو تفشل أو تنضم شبكات جديدة.
يحوّل TCP حزم IP ذات “أفضل جهد” إلى سيل بايتات مرتب ومناسب للتطبيق.
يفعل ذلك عبر:
هما يعالجان مشكلتين مختلفتين:
عملياً الأداء الجيد يتطلب كلاهما: المرسل السريع يجب أن يحترم كلّاً من المستقبل والشبكة.
التقسيم الطبقي يفصل المسؤوليات بحيث يمكن لكل جزء التطور بشكل مستقل.
بالنسبة للمطوّرين، هذا يعني أنك تبني واجهات برمجة تطبيقات دون إعادة تصميم تطبيقك لكل نوع شبكة.
مبدأ الطرف إلى الطرف يبقي صلب الشبكة (الراوترات) بسيطًا نسبيًا ويضع "الذكاء" عند نقاط النهاية.
النتيجة العملية: التطبيقات وأنظمة التشغيل تتحمّل أشياء مثل الاعتمادية، المهل الزمنية، الإعادة، والتشفير (غالباً عبر TLS)، لأن الشبكة لا تستطيع تخصيص سلوك لكل تطبيق.
الزمن ذهابًا وإيابًا (اللاتنسي) هو الوقت المستغرق لرسالة لتصل وتعود؛ يؤثر سلبًا على الأنماط الحوارية (طلبات صغيرة كثيرة، إعادة توجيه، استدعاءات متكررة).
معدل النقل (الثروبت) هو كمية البيانات في الثانية؛ يهم في النقل الكبير (صور، نسخ احتياطية، فيديو).
نصائح عملية:
اختَر بناءً على احتياجاتك:
قاعدة عامة: إذا كان تطبيقك طلب/استجابة وتركيزك هو الصحة أولًا، فـTCP (أو QUIC عبر HTTP/3) هو نقطة البداية المعتادة.