العلاقة بين الشبكات الفرعية والمحول Subnets and Switching

إذا تمت إعادة توجيه إطار إلى عنوان “MAC” غير معروف للبنية الأساسية للمحول فسيتم نقله إلى جميع المنافذ في مجال التحويل، ويتم أيضاً غمر إطارات البث والبث المتعدد، ويُعرف هذا باسم تدفق “BUM” البث والبث الأحادي غير المعروف والإغراق المتعدد، وتجعل هذه الإمكانية المحول جهازاً من الطبقة الثانية أو طبقة ارتباط البيانات في نموذج اتصالات ربط الأنظمة المفتوحة “OSI“.

ما هي الشبكة الفرعية Subnets

سينقسم أي من عناوين بروتوكول الإنترنت أي المعاوضة الفرعية إلى جزأين وهي معرف المضيف وبادئة التوجيه أو الشبكة، وتنتمي أجهزة الشبكة إلى الشبكة الفرعية التي تشارك بادئة التوجيه أو الشبكة المعتادة ضمن عناوين “IP” الخاصة بها.

يتم تحديد بادئة الشبكة من خلال ربط البت والعملية بين عناوين بروتوكول الإنترنت وقناع الشبكة الفرعية وعادةً “255.255.255.0”، ومع ذلك باستخدام نموذج عنوان “192.168.5.130” فإنّ بادئة الشبكة هي “192.168.5.0” في حين أنّ معرف المضيف هو “0.0.0.130”.

يتم تبديل حركة المرور أو توجيهها بين الشبكات الفرعية من خلال أجهزة التوجيه وتتكون أيضاً العديد من المحولات المبتكرة من وظائف جهاز التوجيه، وفي حين أنّ بادئات الشبكة الفرعية أو التوجيه الخاصة بعنوان المورد وكذلك عنوان الوجهة ليست هي نفسها، كما يقوم جهاز التوجيه بإنشاء حد فعلي أو منطقي بين الشبكات الفرعية.

قد تعمل أيضاً على تحسين كفاءة التوجيه أو لها فوائد أخرى في إدارة الشبكات بمجرد إدارة الشبكات الفرعية بواسطة أنواع أخرى من المجموعات الداخلية، وسيتم تنظيم الشبكات الفرعية بطريقة عقلانية بطريقة هرمية وتقسيم عنوان الشبكة لمساحة منظمة في شجرة مثل بنية التوجيه.

كما إن الطريقة التي يتم بها إنشاء عناوين “IP” تجعل من السهل نسبياً على أجهزة توجيه الإنترنت العثور على الشبكة المناسبة لتوجيه البيانات إليها، ومع ذلك في شبكة من الفئة يمكن أن يكون هناك الملايين من الأجهزة المتصلة وقد تستغرق البيانات بعض الوقت للعثور على الجهاز المناسب، وهذا هو السبب في أنّ الشبكات الفرعية تكون في متناول اليد وتعمل الشبكات الفرعية على تضييق عنوان “IP” لاستخدامه داخل مجموعة من الأجهزة.

ونظراً لأنّ عنوان “IP” يقتصر على الإشارة إلى الشبكة وعنوان الجهاز فلا يمكن استخدام عناوين “IP” للإشارة إلى الشبكة الفرعية التي يجب أن تنتقل إليها حزمة “IP”، كما تستعمل أجهزة التوجيه داخل الشبكة شيئاً يسمى قناع الشبكة الفرعية لفرز البيانات في شبكات فرعية.

أساسيات الشبكات الفرعية

1- إنشاء تصميم

يجب التفكير في عدد الشبكات الفرعية التي تحتاجها وأيها ستستخدمها، وعلى سبيل المثال إذا تم إضافة “R5” فيجب معرفة ما هي الشبكة الفرعية التي يجب استخدماها، وماذا لو تم تصميم شبكات محلية ظاهرية متنوعة على “SW1” وما الشبكات الفرعية التي ستستخدمها لشبكات “VLAN” هذه.

2- الحسابات

عند استخدام قناع شبكة فرعية “/ 24” يكون سهل ولكنه غير فعال، وبين أجهزة التوجيه قد ترغب في استخدام شبكة فرعية أصغر مع عناوين “IP” كافية فقط للموجهين، كما يمكن إجراء هذه الحسابات باستخدام حاسبات الشبكة الفرعية.

ما هو المحول Switching

المحول “Switching”: هو آلية تسمح لنا بربط الروابط لتشكيل شبكة أكبر، وهو عبارة عن جهاز متعدد المدخلات والمخرجات ينقل الحزم من الإدخال إلى واحد أو أكثر من المخرجات، وبالتالي يضيف المحول الهيكل النجمي إلى مجموعة هياكل الشبكة الممكنة.

خصائص الطوبولوجيا النجمية في المحولات Star Topology

• على الرغم من أنّ المحول يتضمن على عدد ثابت من المدخلات والمخرجات ممّا يحد من عدد الأجهزة المضيفة التي يمكن ربطها بمحول واحد، يمكن بناء شبكات كبيرة عن طريق توصيل عدد من المحولات.

• يمكن ربط المحولات ببعضها البعض وبالمضيفين باستعمال روابط من نقطة إلى نقطة ممّا يدل عادةً أنّه يمكن تصميم شبكات ذات نطاق جغرافي كبير.

• إنّ وضع مضيف جديد إلى الشبكة عن طريق ربطه بمحول لا يقلل بالضرورة من أداء الشبكة للمضيفين الآخرين المتصلين بالفعل.

ما هي العلاقة بين الشبكات الفرعية والمحول Subnets and Switching

من المستحيل على مضيفين على نفس مقطع “Ethernet” بسرعة “10 ميجابت في الثانية” الإرسال بشكل مستمر بسرعة “10 ميجابت في الثانية”؛ لأنّهما يشتركان في نفس وسيط الإرسال سواء في الشبكة الفرعية أو الرئيسية وكل مضيف على شبكة مبدلة له ارتباط خاص به إلى المحول، لذلك قد يكون من الممكن تماماً للعديد من المضيفين الإرسال بسرعة الارتباط الكاملة أي النطاق الترددي، بشرط أن يكون المحول مصمماً بسعة إجمالية كافية.

يُعد توفير إنتاجية كلية عالية أحد أهداف التصميم للمحول، كما تُعتبر الشبكات المحولة أكثر قابلية للتوسع أي أكثر قدرة على النمو إلى أعداد كبيرة من العقد من شبكات الوسائط المشتركة والفرعية، وبسبب هذه القدرة على دعم العديد من المضيفين بأقصى سرعة، كما يتم توصيل المحول بمجموعة من الروابط ولكل من هذه الروابط يقوم بتشغيل بروتوكول ارتباط البيانات المناسب للتواصل مع العقدة الموجودة في الطرف الآخر من الارتباط.

تتمثل المهمة الأساسية للمحول في تلقي الحزم الواردة على أحد ارتباطاته وإرسالها على رابط آخر، كما يشار إلى هذه الوظيفة أحياناً إمّا بالتبديل أو إعادة التوجيه، وفيما يتعلق بهندسة ربط الأنظمة المفتوحة “OSI” فإنّها تعتبر إحدى وظائف طبقة الشبكة، كما أنّه يُنظر إلى رأس الحزمة للمعرف الذي يستخدمه لاتخاذ القرار.

وتختلف تفاصيل كيفية استخدامه لهذا المعرف ولكن هناك طريق شائعة وهي مخطط البيانات أو النهج غير المتصل والدائرة الافتراضية أو النهج الموجه نحو الاتصال هي توجيه المصدر، أمّا الشيء الوحيد المشترك بين جميع الشبكات الفرعية هو أنّه هناك حاجة إلى طريقة لتحديد العقد النهائية، وعادة ما تسمى هذه المعرفات بالعناوين.

ومثل عنوان “48 بت” المستعمل لشبكة إيثرنت، والشرط الوحيد لعناوين “Ethernet” هو عدم توفر عقدتين على الشبكة لهما نفس العنوان، كما يتم تحقيق ذلك من خلال التحقق من تعيين معرّف فريد عالمياً لجميع بطاقات “Ethernet”، كما أنّ كل مضيف لديه عنوان فريد عالمياً.

يربط مفتاح الشبكة الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر والطابعات ونقاط الوصول اللاسلكية في شبكة ببعضها البعض ويسمح لها “بالتحدث” من خلال تبادل حزم البيانات، كما يمكن أن تكون المحولات عبارة عن أجهزة تدير الشبكات المادية الفرعية بالإضافة إلى أجهزة افتراضية قائمة على البرامج.

تشكل المحولات الجزء الأكبر من أجهزة الشبكة في شبكات البيانات المتقدمة، وهي تتيح الروابط السلكية لأجهزة الحاسوب المكتبية ونقاط الوصول اللاسلكية “Wireless Access Points”، وبعض أجهزة إنترنت الأشياء “IoT” مثل أنظمة إدخال البطاقات.

كما يقومون بتوصيل أجهزة الكمبيوتر التي تستضيف الأجهزة الافتراضية “VMs” في مراكز البيانات بالإضافة إلى الخوادم المادية والكثير من البنية التحتية للتخزين، وأنّها تحمل كميات هائلة من حركة المرور في شبكات مزود الاتصالات السلكيةواللاسلكية.

يعمل محول الشبكة على طبقة الشبكة 2 لنموذج “OSI”، وفي شبكة المنطقة المحلية “LAN” التي تستخدم “Ethernet”، يحدد محول الشبكة مكان إرسال كل إطار رسالة واردة من خلال النظر إلى عنوان الجهاز الحقيقي أو عنوان “MAC”، كما تحتفظ المحولات بالجداول التي تطابق كل عنوان “MAC” مع المنفذ الذي يتم استلام عنوان “MAC”.

كيفية عمل محول الشبكة بالنسبة للشبكات الفرعية

1- مفاتيح “Edge” أو “Access Switches”

تقوم هذه المفاتيح بإدارة حركة المرور القادمة إلى الشبكة أو الخروج منها، وتتصل أجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر ونقاط الوصول بمفاتيح الحافة.

2- مفاتيح التحويل أو التجميع أو التوزيع

• يتم وضع هذه المفاتيح داخل طبقة وسطى اختيارية.

• تتصل محولات “Edge” بهذه ويمكنها إرسال حركة المرور من المحول إلى التبديل أو إرسالها إلى المحولات الأساسية.

3- المحولات الأساسية

• تشكل محولات الشبكة هذه العمود الفقري للشبكة.

• تقوم المحولات الأساسية بتوصيل إما محولات التجميع أو المحولات الطرفية أو شبكات طرف المستخدم أي الفرعية أو الجهاز بشبكات مركز البيانات والشبكات المحلية للمؤسسات إلى أجهزة التوجيه.