مقدمه الي محاكاه شبكات الكمبيوتر

بعض محتويات هذه المقالة مبنية على مقالة Jack Hughes

مفهوم محاكاة شبكات الكمبيوتر, يقوم على أساس, “نمذجة” Modeling شبكات الكمبيوتر الحقيقية Real World Networks على شاشة كمبيوتر باستخدام برنامج كمبيوتر Software مخصص لهذا الغرض. والمقصود, بشبكات الكمبيوتر الحقيقية, هي الشبكات المنفذة مسبقاً على أرض الواقع, أو الشبكات التي يُرغب بتنفيذها مستقبلاً. والفائدة من هذه الة, أنه, ما دام بالإمكان نمذجة هذه الشبكات باستخدام الحاسوب, فإن جميع خصائصها ومكوناتها وكل ما يتعلق بها, من الممكن تغيرها أو التحكم بها. إن عملية النمذجة هذه أو المحاكاة, باستخدام برامج الكمبيوتر, هي عملية قليلة التكلفة إذا ما قيست يتكاليف تنفيذ الشبكة على أرض الواقع دون الدراسة المسبقة, آخذين بعين الإعتبار, كل التجارب التي قد تتم, القطع والمعدات التي قد يتم تغيرها وربما لأكثر من مرة حتى نصل إلى الهدف …

ولنضرب مثالاً بسيطاً على ذلك: تخيل أن شركة ترغب في توسعة شبكتها السلكية أو اللاسلكية المحلية, الأمر يتطلب, إضافة المزيد من الحواسيب, الأسلاك, والقطع الأخرى مثل Access Points إذا كنا نتحدث عن WLANs, أي الشبكات اللاسلكية المحلية. ولكن, هل وبعد كل هذه الإضافات والتغيرات ستحصل الشركة على أفضل أداء Performance أو فلنقل على أداء أفضل؟ لنتذكر أن عملية التغيير هذه هي عملية مكلفة, وأن التكلفة تزداد كلما ازداد حجم الشبكة والمعدات المستخدمة, الأمر يمكن تنفيذه ببساطة من خلال برنامج محاكاة. من خلال هذا البرنامج, يمكن بناء الشبكة على شاشة الكمبيوتر, ثم إجراء التغيرات المطلوبة, جمع الإحصائيات التي نرغب بدراستها مثل The Average Network Throughput و The Average Network Delay و The Server Status … إلخ. ولنتذكر دائماً, أنه من خلال برامج المحاكاة المتقدمة, يمكننا تحميل الشبكة بـ Traffic التي نستخدمها في الشبكة الواقعية والتي قد تتضمن على سبيل المثال, الدخول إلى البريد الإلكتروني, أو تصفح الويب, أو استخدام خادم FTP أو مهام الطباعة, أو الوصول إلى قواعد البيانات … الخ وفي المرحلة قبل الأخيرة سنقوم بتشغيل “المحاكي” Simulator وأخيراً بعد الانتهاء من المحاكاة سنقوم بقراءة, دراسة وتحليل النتائج. وبعد ذلك, سنقرر ما إذا كانت هذه التغيرات التي نرغب بإجرائها مجدية أم لا!

الشكل التالي, يوضح مراحل محاكاة أي نوع من أنواع شبكات الكمبيوتر, هذه المراحل الأربعة تعرف بـ دورة النمذجة The The Modeling Cycle

دورة النمذجة The Modeling Cycle

في المرحلة الأولى, وهي مرحلة بناء الشبكة, نقوم بنمذجة الشبكة, والعملية هنا تشتمل على إضافة الحواسيب, الأسلاك, السيرفرات … الخ وإذا كنا نتحدث عن شبكة لا سلكية WLAN فقد نختار في هذه المرحلة نوع المقياس العالمي IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g ونختار نوع Modulation Method فقد تكون DSSS أو FHSS أو OFDM أو حتى Infrared (IR). ويمكن اختيار ما إذا كنا سنستخدم خيار RTC/CTS أم لا أو خيار Fragmentation, وآليه الوصول إلى الوسط Medium Access Mechanism فمثلا يمكن الاختيار بين PCF أو DCF .

أما في المرحلة الثانية, سنختار الإحصائيات Statistics التي نرغب في جمعها عن أداء الشبكة كما ذكر سابقاً. وفي المرحلة قبل الأخيرة, أي المرحلة الثالثة, نقوم بضبط إعداد برنامج المحاكاة Simulator بالمدة الزمنية التي نرغب بمحاكاة الشبكة عليها, مثلاً لمدة خمس ساعات, لمدة يوم, لمدة أسبوع أو شهر … الخ

وزمن المحاكاة هذا يعني, أنه مثلاً, إذا تم تشغيل برنامج المحاكاة على أساس يوم واحد, فإن كل النتائج التي سنحصل عليها تمثل نمذجة الشبكة لمدة يوم واحد على أرض الواقع, إن تشغيل الشبكة على أرض الواقع لمدة يوم واحد قد يقابلة تشغيلها على برنامج المحاكاة لمدة خمس دقائق! تخيّل الفرق؟ وفي
المرحلة الرابعة والاخيرة, سيعرض لنا برنامج المحاكاة النتائج وسوف نقوم نحن بدورنا, بتحليلها.

والسؤال المطروح الآن هو: ما مدى دقة وصحة النتائج التي نحصل عليها من خلال برامج المحاكاة؟ لا يوجد أي برنامج محاكاة يعطينا نتائج مضمونة ومثالية بنسبة 100% إن برامج المحاكاة, على اختلافها, تحاول قدر المستطاع إعطاء نتائج أقرب ما تكون إلى الواقع, وأن تقدم ة قد تكون عامة أو دقيقة عن تأثير التغيرات التي نجريها على الشبكة . إن مدى دقة هذه النتائج, تعتمد على عوامل عديدة من أهمها, أولاً: العنصر البشري, أي, مدى مهارة الشخص الذي يستخدم برنامج المحاكاة, والمهارة هنا تنقسم إلى نوعين, مهارة في استخدام البرنامج, أي مدى اتقان مستخدم البرنامج للبرنامج نفسه, والثانية مدى إلمام الشخص بمفاهيم شبكات الكمبيوتر عموماً. ثانياً: كفاءة البرنامج نفسه.

برامج المحاكاة

يوجد نوعان من برامج المحاكاة من حيث التكلفة, النوع الأول, وهو المجاني, والذي يعرف بـ Open Source ومن أشهرها:

Ns-2 (Network Simulator 2),OPNET IT Guru, SSFNet (Scalable Simulation Framework), OMNET T++, J-Sim.

أما بالنسبة للبرامج التجارية Commercial software فمن أشهرها:

OPNET Modeler, QaulNet, NetRue, OMNEST.

أما بالنسبة لبرنامج OPNET Modeler من شركة OPNET Technologiesفهو البرنامج الأول في مجال شبكات الإتصالات عموماً, ليس فقط على مستوى شبكات الكمبيوتر فحسب. البرنامج يتمتع بإمكانيات كبيرة جداً في مجالات متعددة وهو الأكثر استخداماً في جميع الجامعات العالمية لأغراض البحث العلمي. وكما رأينا سابقاً عند ذكر البرامج المجانية, تتوفر نسخة مجانية منه لأغراض البحث العلمي بامكانيات محدودة إذا ما قورنت مع النسخة التجارية. بالنسة لشبكات الكمبيوتر اللاسلكية, فكحد أقصى يمكن العمل على الشبكات اللاسلكية وفقاً للمعيار IEEE 802.11b فقط! ولا تدعم هذه النسخة المجانية استخدام شبكات WiMax. كذلك, يوجد تقيد في كثير من الخيارات والإمكانات في النسخة المجانية إذا ما قورنت مع النسخة التجارية, ومنها زمن المحاكاة. وتعتبر الإصدارة المجانية منه والتي تعرف بـ OPNET IT Guru هي المنافس الكبير لبرنامج ns-2 الذي صمم للعمل على أنظمة Linux.

أما على الصعيد التجاري, فيبدو أن QaulNet, من شركة Scalable-Networks هو المنافس الأكبر لـ OPNET Modeler. أما بالنسة لشركة Scalable-Networks فهي تتيح للمستخدم تجربة البرنامجQaulNet لمدة ثلاثين يوم قبل الشراء, ولا تقدم أي إصدار مجاني.

الأغراض من محاكاة شبكات الكمبيوتر

هدفان أساسيان من استخدام برامج المحاكاة هما, أولاً: البحث العلمي, فعلى سبيل المثال, دراسة المعايير العالمية IEEE Standards لشبكات الكمبيوتر اللاسلكية وسبل تطويرها وكل ما يتعلق بها, ثانياً: الأغراض التجارية, كما ذكر سابقاً, فقلنا أن التغيرات التي نرغب بإجرائها على شبكتنا الحقيقية هي تغيرات مكلفة, والأخطاء البسيطة قد تؤدي إلى تكاليف باهظة, وقلنا أنه بالإمكان دراسة تنفيذ الشبكة حتى قبل أن يتم تنفيذها على أرض الواقع. وإذا تحدثنا على المستوى العربي, فسوف نأسف لأن مدى استجابة السوق العربية لاستخدام برامج المحاكاة لا تزال متواضعة إذا ما قورنت مع الشركات الأجنبية. كما أننا نفتقر لتدريب كوادرنا على برامج المحاكاة المختلفة, والأمر كذلك بالنسبة لأغراض البحث العلمي, فعلى سبيل المثال, إن قلة قليلة جداً من جامعاتنا العربية تمتلك برنامج من هذه البرامج مثل OPNET , يمكنك مثلاً, زيارة موقع الشركة, قم بتصفح ركن Universities Using OPNET ستجد الكم الهائل من جامعات العالم التي تستخدم هذا البرنامج الرائد. والأمر قد يبدو نفسة بالنسية للبرامج الأخرى مثل QualNet .

والحق, أن هذه البرامج, باهظة الثمن, فبرنامج مثل OPNET Modeler يزيد ثمنه عن 40,000 دولار! ولكن, ولتعزيز البحث العلمي في جامعاتنا لا بد من توفر هكذا برامج. وتشجيع الطلبة على استخدامها, كخطوة لتطوير البحث الأكاديمي وكذلك البحث العلمي.

البدء مع برامج المحاكاة

الخطوة الأولى, هي أن تقوم بزيارة مواقع هذه البرامج على الشبكة, ابدأ في القراءة عن كلٍ منها, ثم حاول أن تقرر أي من هذه البرامج سيناسبك, إذا كنت طالباً جامعياً, فيمكنك العودة إلى مدرسك ليفيدك بالنصح و المشورة, يمكنك أيضاً, مراسلة هذه الشركات, وتلقي المساعدة منها سواء باستخدام البريد الإلكتروني أو باستخدام الهاتف. يمكنك أيضاً, أن تسأل, شخصاً تعرفه يستخدم أياً من هذه البرامج سواء كنت طالباً أو مهندساً, موظفاً … الخ. كل هذه الوسائل ستؤدي بك إلى بداية الطريق. الخطوة التالية, بعد أن تتخذ قرارك, توفر العديد من هذه المواقع مصادر تعليمية مجانية Tutorials يمكن الوصول إليها أون لاين. كذلك, تتوفر كتب مختلفة يمكنك شراء بعضها عن هذه البرامج.

عناوين أشهر برامج المحاكاة على الشبكة
أولاً: البرامج المجانية:
Network Simulator - ns-2
OMNeT++
OPNET IT Guru
SSFNet
ثانياً: البرامج التجارية
OPNET Modeler
QualNet
OMNEST