اقرأ في هذا المقال
- ما هو التوجيه الهرمي
- مستويات التوجيه الهرمي
- مزايا التوجيه الهرمي
- عيوب التوجيه الهرمي
- أساسيات التوجيه الهرمي
- استخدامات التوجيه الهرمي
بسبب الطبيعة العالمية لنظام الإنترنت يصبح من الصعب مركزية إدارة النظام وتشغيله، ولهذا السبب يجب أن يكون النظام هرمياً، بحيث يتم تنظيمه في مستويات متعددة مع عدة حلقات مجموعة متصلة ببعضها البعض في كل مستوى، لذلك يشيع استخدام التوجيه الهرمي لمثل هذا النظام.
ما هو التوجيه الهرمي
التوجيه الهرمي: هو إجراء ترتيب أجهزة التوجيه بطريقة هرمية، حيث يقلل من تعقيد طوبولوجيا الشبكة ويزيد من كفاءة التوجيه ويسبب ازدحاماً أقل بكثير بسبب عدد أقل من إعلانات التوجيه، وهو طريقة التوجيه في الشبكات التي تعتمد على العنونة الهرمية.
ففي معظم بروتوكول التحكم في الإرسال أي بروتوكول الإنترنت “DCPIP” يعتمد التوجيه على مستويين من التوجيه الهرمي، حيث يتم تقسيم عنوان “IP” إلى شبكة وشخص وشخص مضيف، كما تستخدم البوابات الشبكة فقط التي يخبرها الشخص ببيانات “IP” حتى تقوم البوابات بتسليمها مباشرة.
- “DCPIP” هي اختصار لـ “Dichlorophenolindophenol”.
- “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.
مستويات التوجيه الهرمي
هذه في الأساس استراتيجية “فرق تسد”، وتنقسم الشبكة إلى مناطق مختلفة وجهاز التوجيه لمنطقة معينة يعرف فقط مجاله الخاص وأجهزة التوجيه الأخرى، وبالتالي يتم عرض الشبكة على مستويين:
1- مستوى الشبكة الفرعية
حيث تحتوي كل عقدة في منطقة ما على معلومات حول أقرانها في نفس المنطقة وحول واجهة المنطقة مع المناطق الأخرى، كما قد يكون للمناطق المختلفة خوارزميات توجيه “محلية” مختلفة، وتعالج كل خوارزمية محلية حركة المرور بين العقد في نفس المنطقة وتوجه أيضاً الحزم الصادرة إلى الواجهة المناسبة.
2- مستوى الشبكة
تعتبر كل منطقة بمثابة عقدة واحدة متصلة بعقد واجهتها، وتتعامل خوارزميات التوجيه في هذا المستوى مع توجيه الحزم بين عقدتي واجهة، وهي معزولة عن النقل داخل المنطقة.
يمكن تنظيم الشبكات في تسلسلات هرمية من عدة مستويات، فعلى سبيل المثال الشبكات المحلية لمدينة على مستوى واحد ومدن بلد على مستوى أعلى منه وأخيراً شبكة جميع الدول، وفي التوجيه الهرمي تحتاج الواجهات إلى تخزين معلومات حول:
- جميع العقد في منطقتها التي تقع في مستوى واحد تحتها.
- واجهات نظيرتها.
- واجهة واحدة على الأقل بالمستوى الأعلى للحزم الصادرة.
مزايا التوجيه الهرمي
- أحجام أصغر من جداول التوجيه.
- عمليات حسابية أقل بشكل كبير وتحديثات لجداول التوجيه.
عيوب التوجيه الهرمي
- بمجرد فرض التسلسل الهرمي على الشبكة يتم اتباعه ويتم تجاهل إمكانية المسارات المباشرة.
- قد يؤدي هذا إلى التوجيه الفرعي الأمثل.
أساسيات التوجيه الهرمي
إنّ الشبكة ببساطتها عبارة عن مجموعة من أجهزة التوجيه المترابطة، وكان لا يمكن تمييز جهاز توجيه عن آخر، أي أنّ جميع أجهزة التوجيه تنفذ نفس خوارزمية التوجيه لحساب مسارات التوجيه عبر الشبكة بأكملها، ومن الناحية العملية يُعد هذا النموذج ونظرته لمجموعة متجانسة من أجهزة التوجيه التي تنفذ جميعها نفس خوارزمية التوجيه بسيطة بعض الشيء لسببين مهمين على الأقل:
1- المقياس
نظراً لأنّ عدد أجهزة التوجيه أصبح كبيراً، فإنّ النفقات العامة المتضمنة في الحوسبة والتخزين والاتصال بمعلومات جدول التوجيه تصبح باهظة، كما يتكون الإنترنت العام اليوم من ملايين أجهزة التوجيه المترابطة وأكثر من “50 مليون مضيف”، كما أنّ تخزين إدخالات جدول التوجيه لكل من هذه الأجهزة المضيفة والموجهات يتطلب كميات هائلة من الذاكرة.
لن يترك الحمل الزائد المطلوب لبث تحديثات حالة الارتباط بين ملايين أجهزة التوجيه أي نطاق ترددي متبقي لإرسال حزم البيانات، ومن المؤكد أنّ خوارزمية متجه المسافات التي تكررت بين ملايين أجهزة التوجيه لن تتقارب أبداً، وكما أنّه يجب القيام بشيء ما لتقليل تعقيد حساب المسار في شبكات كبيرة مثل شبكة الإنترنت العامة.
2- الاستقلال الإداري
على الرغم من أنّ المهندسين يميلون إلى تجاهل قضايا مثل رغبة الشركة في تشغيل أجهزة التوجيه الخاصة بها كما يحلو لها، أو “إخفاء” جوانب التنظيم الداخلي للشبكات من الخارج فهذه اعتبارات مهمة ومن الناحية المثالية يجب أن تكون المنظمة قادرة على تشغيل وإدارة شبكتها كما تشاء بينما تظل قادرة على توصيل شبكتها بشبكات “خارجية” أخرى.
يمكن حل هاتين المشكلتين عن طريق تجميع أجهزة التوجيه في “مناطق” أو “أنظمة مستقلة، حيث تعمل أجهزة التوجيه داخل نفس “AS” جميعاً على نفس خوارزمية التوجيه، ولديها معلومات كاملة عن بعضها البعض كما تسمى خوارزمية التوجيه التي تتفعل داخل نظام مستقل ببروتوكول توجيه النظام الداخلي، وسيكون من الضروري توصيل “AS” ببعضها البعض وبالتالي سيكون لدى واحد أو أكثر من أجهزة التوجيه في “AS” مهمة إضافية تتمثل في كونه مسؤولاً عن توجيه الحزم إلى وجهات خارج “AS”.
تسمى أجهزة التوجيه في “AS” التي تتحمل مسؤولية توجيه الحزم إلى وجهات خارج “AS” بأجهزة توجيه البوابة، ولكي تقوم أجهزة توجيه البوابة بتوجيه الحزم من “AS” إلى آخر أو ربما تمر عبر عدة “AS” أخرى قبل الوصول إلى الوجهة “AS”، يجب أن تعرف البوابات كيفية التوجيه أي تحديد مسارات التوجيه فيما بينها، وتُعرف خوارزمية التوجيه التي تستخدمها البوابات للتوجيه بين مختلف “AS” ببروتوكول توجيه النظام بين الأنظمة المستقلة.
كما يتم حل مشاكل المقياس والسلطة الإدارية من خلال تحديد الأنظمة المستقلة، وضمن “AS” تقوم جميع أجهزة التوجيه بتشغيل نفس بروتوكول توجيه النظام داخل الحكم الذاتي، وتعمل أجهزة توجيه البوابة الخاصة في أنظمة تشغيل “AS” المختلفة على تشغيل بروتوكول توجيه نظام بيني يحدد مسارات التوجيه بين “AS”، كما تم حل مشكلة الحجم نظراً لأنّ جهاز التوجيه داخل “AS” يحتاج فقط إلى معرفة أجهزة التوجيه داخل “AS” وجهاز توجيه البوابة في “AS” الخاص به.
- “AS” هي اختصار لـ “Autonomous System”.
استخدامات التوجيه الهرمي
المزايا النظرية التي تجلبها شبكات الهاتف المحمول المخصصة معروفة جيداً، ومن بين هذه المزايا سهولة التكوين والقدرة على إنشاء مسار اتصال بين أي عقد في الشبكة دون استخدام عنصر مركزي، وعلاوةً على ذلك يمكن لشبكة مخصصة أن تعمل في وضع منعزل أو أن تكون متصلة ببنية تحتية أكبر للشبكة مثل الإنترنت.
وبهذا المعنى يمكن تصور السيناريوهات الجديدة كتطبيقات لـ “MANET” مثل المفهوم الشائع للمدن الذكية وإنترنت الأشياء السائد “IoT“، كما أنّها عنصر أساسي في شبكات الجيل الخامس الجديدة، حيث تتضمن سيناريوهات الشبكة هذه مجموعة من العقد اللاسلكية المستقلة التي يمكنها الاتصال والتحرك في نفس الوقت، ونظراً لعدم وجود بنية تحتية ثابتة مطلوبة للسماح بمثل هذه الاتصالات يجب أن تتعاون العقد في مهمة توجيه الحزم إلى العقد الوجهة.
ومن أجل الاتصال بالعقد الموجودة خارج نطاق الإرسال الخاص بها تحتاج العقد اللاسلكية إلى استخدام العقد الوسيطة كموجهات، ولهذا السبب يتم تعريف “MANET” على أنّها شبكات لاسلكية متعددة القفزات، وتلعب بروتوكولات التوجيه دوراً مهماُ لأنّها مسؤولة عن اكتشاف وصيانة مسارات الحزم من العقدة المصدر إلى الوجهة، كما يمثل التوجيه في البيئات المتنقلة تحدياً بسبب التغييرات المحتملة في طوبولوجيا الشبكة والقيود الموجودة على الموارد.
علاوة على ذلك فإنّ التطبيقات والخدمات تتطلب المزيد والمزيد من عرض النطاق الترددي والموارد، وعلى سبيل المثال تعد خدمات الفيديو واحدة من أكثر الخدمات طلباً في الوقت الحاضر، والتي تعتبر متطلبات النطاق الترددي والتأخير فيها مقيدة للغاية، وإنّ تقديم خدمات الفيديو في الوقت الفعلي في الشبكات اللاسلكية المخصصة ليس بالمهمة السهلة بسبب صعوبة ضمان جودة معينة في وسيط مشترك.
كما أنّه بسبب الهيكل الديناميكي لـ “MANET”، فإنّ بروتوكولات التوجيه أكثر تعقيداً من بروتوكولات التوجيه التقليدية المستخدمة على الإنترنت، وعلى أي حال فإنّ الهدف الرئيسي لبروتوكولات التوجيه هذه هو تحقيق مسارات فعالة بين العقد، بحيث تكون المعلومات متاحة في العقد الوجهة بشكل موثوق وضمن الوقت المحدد.
- “MANET” هي اختصار لـ “mobile ad hoc network”.
- “IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things”.
