تحدثنا سابقاً عن برمجة الشبكات وقلنا إنها عملية استخدام الشيفرات البرمجية (الأكواد) لكتابة البرامج أو العمليات التي يمكنها التواصل مع البرامج أو العمليات الاخرى عبر الشبكة كذلك يدل مصطلح برمجة الشبكات إلى عملية كتابة الشيفرات البرمجية لإدارة وتشغيل مكونات الشبكة مثل أجهزة التوجيه والمحولات والسيرفرات وأنظمة التشغيل المختلفة.
يستخدم المبرمجون العديد من لغات البرمجة ومكتبات التشفير والبروتوكولات للقيام بعملية برمجة الشبكات…
كيف تكون الشبكات قابلة للبرمجة؟
تُشير قابلية برمجة الشبكات عموماً إلى الأدوات وأفضل الممارسات لتشغيل أجهزة الشبكة وإدارتها واستكشاف الأخطاء وإصلاحها أثناء عمل الشبكة. بتعبير أدق، قابلية برمجة الشبكة هي عملية استخدام التعليمات البرمجية والمفاهيم المستندة إلى دورة حياة تطوير البرامج SDLC والأدوات الأخرى لجعل الشبكات تؤدي العمليات المطلوبة. الشبكات الحديثة هي أكثر من مجرد أجهزة توجيه Routers ومحولات Switches. إنها مجموعة من الأنظمة المترابطة التي تشمل التطبيقات والبرامج الأخرى، والأجهزة الافتراضية، والأنظمة السحابية، والحاويات Containers، والمزيد. تحتوي الشبكة القابلة للبرمجة على واجهات برمجة تطبيقات APIs في بنيتها التحتية التي يمكن للمطورين استخدامها لبرمجة التطبيقات والمكونات الأخرى للتفاعل مباشرة مع الشبكة ومكوناتها.
بعض الحالات العملية لبرمجة الشبكات
تُساعد قابلية برمجـة الشبكات جنباً إلى جنب مع أتمتة المهام Automation، الشركات على نشر التطبيقات والخدمات الجديدة بشكل أسرع. يمكن أيضاً تنظيم وإدارة الخدمات مركزياً من واجهة واحدة بدلاً من القيام بذلك بشكل منفصل لكل خدمة. حالة استخدام أخرى لبرمجـة الشبكات هي التخفيف من التهديدات الأمنية. باستخدام واجهات برمجة التطبيقات APIs، يمكن برمجة شبكة ما (عبر جدار الحماية مثلاً) لحظر البرامج الضارة أو غيرها من المرور دون مقاطعة المستخدمين حيث يقوم مهندسو أمن الشبكات بتشخيص المشكلة ومعالجتها.
بالإضافة لما سبق، يمكن عبر برمجة الشبكات بناء برامج صغيرة Scripts تقوم بقراءة حالات أجهزة الشبكة ومراقبة مكوناتها بالتفصيل ومعرفة الاختناقات أو المشاكل التي قد تظهر في الشبكة بحيث يتم معالجة الأضرار أولاً بأول وتفادي ما يُمكن تفاديه من مشاكل.
هل يتطلّب الأمر مهارات خاصة!
نعم؛ يتطلّب منك على الأقل توسيع المهارات الأساسية في البرمجة وعلم الشبكات حتى تتمكّن من الإلمام بموضوع برمجة الشبكات جيداً. لقد أصبح من المهم بشكل متزايد لمهندسي الشبكات أن يصبحوا على دراية بأساسيات برمجة الشبكة، حيث تحتل الشبكة القابلة للبرمجة مركز الصدارة في المؤسسات التي تركز على التطبيقات اليوم، والتي تتبنى الشبكات المُدارة بالبرمجيات، وشبكة اتصال G5، وتطبيقات انترنت الأشياء (IoT) وغيرها.
يمكن لمتخصصي تكنولوجيا المعلومات الذين يرغبون في تطوير مهاراتهم في برمجة الشبكات ومعرفة قابلية البرمجة الحصول على شهادات أو حضور برامج تعليمية أو الانخراط في فرص تعلم أخرى عبر العديد من المواقع التعليمية والمعاهد التي تقدم الدورات والدبلومات والبرامج الأكاديمية لهذا الغرض.
لغات برمجة الشبكات
تتطلّب برمجـة الشبكـات لمهندسي الشبكات وغيرهم من محترفي تكنولوجيا المعلومات عادةً استخدام مجموعة من لغات وأدوات البرمجة.
لنتعرف على اللغات التي تستخدم في برمجة الشبكات
البايثون وبرمجة الشبكات:
هي لغة برمجة تُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الشبكة وتطوير البرامج وعلم البيانات والتعلم الآلي ML. يستخدم المطورون Python لأنها تتسم بالكفاءة وسهولة التعلم ويمكن تشغيلها على عديد من المنصات المختلفة. إنَّ برنامج Python متاح للتحميل مجاناً ويتكامل جيداً مع جميع أنواع الأنظمة ويزيد من سرعة التطوير.
كما أنَّها لغة برمجة، عالية المستوى سهلة التعلم مفتوحة المصدر قابلة للتوسيع، تعتمد أسلوب البرمجة الكائنية.(OOP) لغة بايثون هي لغة مفسرة، ومتعددة الاستخدامات، وتُستخدم بشكل واسع في العديد من المجالات، كبناء البرامج المستقلة باستخدام الواجهات الرسومية وفي تطبيقات الويب، ويمكن استخدامها كلغة برمجة نصية للتحكم في أداء العديد من البرمجيات بشكل عام، يمكن استخدام بايثون لعمل البرامج البسيطة للمبتدئين، ولإنجاز المشاريع الضخمة في الوقت نفسه. غالباً ما يُنصح المبتدئين في ميدان البرمجة بتعلم هذه اللغة لأنها من بين أسرع اللغات البرمجية تعلماً.
كما تُوفر البايثون مستويين من الوصول إلى مكونات الشبكة. المستوى الأول يُدعى “المستوى المنخفض” حيث يُمكن برمجة ما يُسمى Socket، والذي يسمح لك ببناء تطبيقات الخادم والعملاء Client-Server لكل من البروتوكولات المعروفة في اتصال الشبكة. المستوى الأخر، وهو “المستوى العالي” ففيه تحتوي لغة البرمجة بايثون على مكتبات توفر وصولاً عالي المستوى إلى بروتوكولات لشبكة المختلفة، وما إلى ذلكHTTP وFTP مثل Application Layerعلى مستوى التطبيق.
فوائد بايثون
تتضمن فوائد بايثون التالي:
- يمكن للمطورين قراءة برنامج Python وفهمه بسهولة إذ يتضمن بناء بسيط للجملة يشبه اللغة الإنجليزية.
- تجعل python المطورين أكثر انتاجية إذ يستطيعون كتابة برامج python باستخدام سطور رموز أقل مقارنة بكثير من اللغات الأخرى.
- تتمتع python بمكتبة قياسية كبيرة تتضمن تعليمات برمجية قابلة لإعادة الاستخدام لأي مهمة تقريبا. ونتيجة ذلك لا يضطر المطورون الى كتابة تعليمية برمجية من البداية.
- يمكن للمطورين استخدام python بسهولة مع لغات البرمجة الشائعة الأخرى مثل: Java c, c++.
- يضم python النشط ملايين المطورين الداعمين حول العالم. إذا واجهت مشكلة فيمكنك الحصول على دعم سريع من المجتمع.
- تُعد لغة python قابلة للنقل عبر أنظمة تشغيل الحاسوب المختلفة مثل
.windows, macos, Linux, Unix
- الكثير من الموارد المفيدة متاحة على الانترنت إذا كنت تريد تعلم python على سبيل المثال ايجاد مقاطع فيديو وبرامج تعليمية ووثائق وأدلة المطورين بسهولة.
- لغة python بها مكتبة متكاملة تساعدك على التعامل مع مجموعة مختلفة من العناصر مثل التعامل مع GUI, XML, HTML .
- تتميز لغة python بأنها سريعة للغاية في عملية تطوير التطبيقات المختلفة.
- لغة python تحتوي على مجموعة بسيطة وغير معقدة من الجمل، فضلاً عن أنها تحتوي على كلمات بسيطة مكتوبة باللغة الإنكليزية.
- يعمل المبرمجين على تطوير هذه اللغة يوماً بعد يوم.
- إن لغة python تعتبر من أسهل اللغات التي يتم استخدامها في البرمجة وهذا ما يجعلها لغة مناسبة جدا للمبتدئين في العالم.
كيفية استخدام لغة python
للغة python عديد من حالات الاستخدام في تطوير التطبيقات بما في ذلك الأمثلة التالية:
1.تطوير الويب من جانب الخادم
يتضمن تطوير الويب من جانب الخادم وظائف برنامج الخلفية المعقدة التي تؤديها مواقع الويب لعرض المعلومات للمستخدم. على سبيل المثال، يتعين على مواقع الويب التفاعل مع قواعد البيانات والتعامل مع مواقع الويب الأخرى وحماية البيانات عند إرسالها عبر الشبكة.
تكون مفيدة لكتابة الرموز من جانب الخادم حيث توفر الكثير من المكتبات Python تعد التي تتضمن رموزاً مكتوبة سابقاً لوظائف برنامج الخلفية المعقدة. يستخدم التي توفر جميع Python المطورون كذلك مجموعة واسعة من الأُطر العامة للغة الأدوات اللازمة لإنشاء تطبيقات الشبكة بشكل أسرع وأسهل. على سبيل المثال، يمكن للمطورين إنشاء بنية تطبيق الشبكة في ثوانٍ لعدم حاجتهم إلى كتابتها من البداية. يمكنهم عقب ذلك اختبارها باستخدام أدوات اختبار الإطار العام، من دون الاعتماد على أدوات اختبار خارجية.
2.الأتمتة باستخدام برامج بايثون النصية
لغة البرمجة النصية هي لغة برمجة تعمل على أتمتة مهام عادةً ما يؤديها البشر.
يستخدم المبرمجون برامج بايثون النصية بشكل واسع لأتمتة الكثير من المهام اليومية مثل الآتي:
- إعادة تسمية عدد كبير من الملفات في الوقت ذاته.
- تحويل ملف الى نوع ملف آخر.
- إزالة الكلمات المكررة في كل ملف نصي.
- إجراء العمليات الحسابية الأساسية.
- إرسال رسائل البريد الإلكتروني.
- تحميل المحتوى.
- أداة تحليل السجلات الأساسية.
- البحث عن أخطاء في ملفات متعددة.
3.علم البيانات والتعلم الآلي
MLعلم البيانات هو عملية استخراج المعرفة القيِّمة من البيانات، بينما تعلم الآلة
يُعلِّم الحواسيب التعلم التلقائي من البيانات وإنشاء تنبؤات دقيقة.
يستخدم علماء البيانات بايثون لمهام علم البيان مثل المهام الآتية:
- إصلاح البيانات غير الصحيحة وإزالتها بما يعرف بتنظيف البيانات.
- استخراج ميزات مختلفة من البيانات واختيارها.
- تسمية البيانات وهي اضافة أسماء ذات معنى إلى البيانات.
- البحث عن إحصائيات مختلفة من البيانات.
- تصور البيانات باستخدام المخططات والرسوم البيانية مثل المخططات الخطية والرسوم الشريطية والمدرجات التكرارية والمخططات الدائرية.
يستخدم علماء البيانات مكتبات بايثون للتعلم الآلي لتدريب نماذج التعلم الآلي البيانات وإنشاء مصنفات تصنف البيانات بدقة.
يستخدم الأشخاص في مختلف المجالات مصنفات تستند الى بايثون لأداء مهام التصنيف مثل تصنيف الصور والنصوص وحركة بيانات الشبكة والتعرف على الكلام والتعرف على الوجه.
يستخدم ايضا علماء البيانات لغة بايثون للتعلم العميق أسلوب تعلم آلي متقدم.
4.تطوير البرامج
غالباً ما يستخدم مطورو البرامج بايثون لأداء مهام التطوير وتطبيقات البرامج المختلفة مثل الآتي:
- تتبع الأخطاء في رموز البرنامج.
- إنشاء البرنامج تلقائياً.
- معالجة ادارة مشروعات البرامج.
- تطوير نماذج البرامج الأولية GUIتطوير تطبيقات سطح المكتب باستخدام مكتبات واجهة المستخدم الرسومية.
- تطوير ألعاب نصية بسيطة الى ألعاب فيديو أكثر تعقيداً.
5.أتمتة اختبار البرامج
اختبار البرامج هو عملية التحقق مما إذا كانت النتائج الواقعية من البرنامج تُطابق النتائج المتوقعة لضمان خلو البرنامج من الأخطاء. يستخدم المطورون أُطراً عامة لاختبار وحدة بايثون مثل: pyunit, unittest, Robot لاختبار الوظائف التي يكتبونها.
يستخدم مختبرو البرامج بايثون لكتابة حالات اختبار لمختلف سيناريوهات الاختبار على سبيل المثال؛ يستخدمونها لاختبار واجهة المستخدم لتطبيق الشبكة ومكونات البرامج الجديدة والميزات الجديدة.
يمكن للمطورين استخدام عدة أدوات لتشغيل البرامج النصية الاختبار تلقائيا. تعرف هذه الأدوات بأدوات التكامل المستمر/التعيين المستمر CD/CI .
يستخدم مختبرو البرامج ومطوروها أدوات مثلTravis, Jenkins, CD/CI:
لأتمتة الاختبارات.
تعمل أدوات على تشغيل البرامج النصيّة لاختبار بايثون وتفيد بنتائج الاختبار كما أطلق المطورون تغييرات رموز جديدة CD/CL.
ميزات لغة بايثون
1.لغة مفسرة
تُعد بايثون لغة مُفسرة، ما يعني أنها تُدير الرموز سطراً بسطر. إذا كانت ثمَّة أخطاء في رموز البرنامج، فسيتوقف عن العمل. ومن ثم، يمكن للمبرمجين إيجاد الأخطاء في الرموز بسرعة.
2.لغة سهلة الاستخدام
تستخدم بايثون كلمات تشبه الانجليزية على عكس لغات البرمجة الأخرى، لا تستخدم بايثون الأقواس المتعرجة بدلاً من ذلك تستخدم المسافة البادئة.
3.لغة مكتوبة ديناميكياً
لا يتعين على المبرمجين الإعلان عن أنواع المتغيرات عند كتابة الرموز حيث تحددها بايثون في مدة العرض بفضل هذا يمكنك كتابة برامج بايثون أسرع.
4.لغة عالية المستوى
تُعد بايثون أقرب للغات البشر من بعض لغات البرمجة الأخرى. ومن ثمَّ لا يتعين على المبرمجين القلق إزاء وظائفها الأساسية مثل الهندسة وإدارة الذاكرة.
5.لغة موجّهة بالكائنات
كل شيء يُعد كائناً بالنسبة لبايثون لكنها تدعم كذلك أنواع أخرى من البرمجة مثل البرمجة المنظمة والوظيفية.
6.لغة سهلة القراءة
حتّى لو لم تكن تعرف البرمجة فبمجرد نظرك الى الأكواد البرمجية المكتوبة بلغة بايثون ومقارنتها مع الأكواد المكتوبة بغيرها من اللغات ستلاحظ مدى سهولة قراءة وفهم تعليمات بايثون فمفردات لغة بايثون تشابه الى حد كبير مفردات اللغة الإنكليزية المحكية وعباراتها موجزة وكلماتها المحجوزة مختصرة جداً بباقي لغات البرمجة.
7.لغة متعددة الاستخدامات
من مميزات لغة بايثون أنها لغة برمجة عامة الغرض أي أنها تصلح للاستخدام في مجالات وتطبيقات متنوعة في حين تتخصص بعض لغات البرمجة في أمر واحد فقط فهي تصلح للاستخدام في مجال برمجة التطبيقات والذكاء الصناعي وتحليل البيانات وأتمتة المهام اليومية وغيرها من المجالات.
8.لغة مفتوحة المصدر
من مميزات لغة بايثون أنها لغة برمجية مفتوحة المصدر أي أنه بإمكانك تنزيل الكود المصدري الخاص بها وتعديله وتوزيعه واستخدامه كيفما شئت كما تعني عبارة مفتوحة المصدر أنه بإمكان المطورين والمبرمجين الوصول الى مجموعة واسعة من الموارد والمكتبات التي تتيحها هذه اللغة واستخدامها مجاناً في تطبيقاتهم.
9.تمتلك مجتمع دعم كبير
تمتلك لغة بايثون مجتمع ضخم من المطورين الذين يعملون باستمرار على تطوير هذه اللغة وتحسينها واصلاح أخطائها وإضافة ميزات جديدة لها. كما توفر لغة بايثون العديد من مصادر التعلم ومواقع الدروس التعليمية والنصائح وتبادل الخبرات التي تساعد المبرمجين على تعلم اللغة باحترافية وحل أي مشكلة تواجههم في تطبيقاتهم.
10.تعمل على مختلف المنصات
من مميزات لغة بايثون أن شيفراتها البرمجية تعمل على مختلف المنصات ونظم التشغيل مثل ويندوز، لينكس، ماك أو إس دون الحاجة لإجراء أي تعديل بها.
السبب في هذه الميزة أن بايثون توفر بيئة لتنفيذ الكود تسمى آلة بايثون الافتراضية
pvmوالتي تغني المبرمجين عن تعديل تعليماتهم البرمجية لتتوافق مع أنظمة التشغيل المختلفة.
11.توفر مكتبات قياسية مدمجة غنية بالميزات
تملك لغة بايثون مجموعة من المكتبات والحزم القياسية على مستودعها الرسمي PYPI. إضافة للمكتبات الخارجية التي توفر للمطورين العديد من الوظائف والتعليمات البرمجية القابلة لإعادة الاستخدام والتي تساعدهم على حل المشكلات البرمجية في مختلف المجالات بسهولة وسلاسة.
سنجد مكتبات بايثون قوية في مجالات الويب والذكاء الاصطناعي وعلوم البيانات والتعلم الالي وغيرها من المجالات.
12.لغة قابلة للتوسع والعمل ضمن لغات اخرى
من أهم ميزات لغة بايثون أنها تتعاون وتندمج بسلاسة مع لغات برمجة أخرى حيثُ يمكن للمطور الاستعانة ببعض الوظائف التي توفرها بايثون ولا تملكها لغات البرمجة الاخرى مثل لغة البرمجة جافا وc++ وكتابة أكواد بايثون وتشغيلها ضمن التطبيقات المكتوبة بإحدى هذه اللغات.
13.لغة عالية الانتاجية
ترفع لغة بايثون من انتاجية المطورين والمبرمجين وتقلل من الوقت والجهد المبذول لكتابة نفس سطور التعليمات البرمجية بسبب بساطتها واختصار تعليماتها مقارنة باللغات الاكثر تعقيدا مثل جافا وc وc++ إضافة الى ذلك فإنَّ توفر عدد كبير من المكتبات القوية يساهم بشكل كبير في تقليل الوقت الذي يبذله المبرمجون في تطوير تطبيقاتهم المختلفة.
عيوب لغة بايثون
1.استهلاك الذاكرة
من أشهر العيوب الموجودة في لغة بايثون هي استهلاك الذاكرة بسبب مرونة أنواع بياناتها فاستهلاك الذاكرة عالي جداً.
2.سرعة بطيئة نسبياً
تحدثنا في ميزات لغة بايثون أنها لغة مفسرة ولغة مكتوبة ديناميكياً، فغالباً ما يؤدي تنفيذ التعليمات البرمجية سطراً بسطر إلى إبطاء التنفيذ. كما أنَّ الطبيعة الديناميكية لبايثون مسؤولة أيضاً عن بطء سرعة بايثون لأنه يتعين عليها القيام بالعمل الإضافي أثناء تنفيذ التعليمات البرمجية.
3.تطوير الهواتف المحمولة
يتم استخدام بايثون بشكل عام في البرمجة من جانب الخادم server side لذلك لا يمكن رؤية بايثون على جانب العميل client side أو تطبيقات الجوال بسبب أنها غير فعالة في الذاكرة ولديها قوة معالجة بطيئة مقارنة باللغات الاخرى، ومع ذلك يمكن استخدام بايثون للأغراض المحمولة لكنها تتطلب بعض الجهد الإضافي.
4.الوصول إلى قاعدة البيانات
هناك قيود كثيرة تفرضها لغة بايثون للوصول والتعامل مع قواعد البيانات على عكس لغات اخرى مثل PHP تتيح لك بمعظم الصلاحيات، لغة بايثون متخلفة الى حد ما في هذه النقطة.
هذه المشكلة أثَّرت على الشركات والمؤسسات الضخمة التي تحتاج الى سلالة مع البيانات المعقدة وبالتالي الشركات الكبيرة لا تفضل لغة بايثون.
5.أخطاء وقت التشغيل
كما نعلم أن بايثون هي لغة مكتوبة ديناميكياً لذا يمكن تغيير نوع بيانات المتغير في أي وقت، قد يحتوي المتغير الذي يحتوي على عدد صحيح على سلسلة في المستقبل مما قد يؤدي الى حدوث أخطاء في وقت التشغيل لذلك يحتاج مبرمجو بايثون الى إجراء اختبار شامل للتطبيقات.
