تقنية التدفق المفتوح في شبكات الحاسوب OpenFlow

بدأ المفهوم الأصلي لتقنية التدفق المفتوح (OpenFlow) في جامعة ستانفورد في عام 2008م ولكن منذ ذلك الحين تدار من قبل مؤسسة الشبكات المفتوحة، ومع (OpenFlow) تكون قرارات نقل الحزم مركزية بحيث تستطيع برمجة الشبكة بشكل مستقل عن المفاتيح الفردية ومعدات مركز البيانات.

ما هي تقنية التدفق المفتوح OpenFlow

تقنية التدفق المفتوح (OpenFlow): هي واحدة من أولى معايير الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN) ويحدد بروتوكول الاتصال بين وحدات تحكم (SDN) ومستوى إعادة التوجيه لأجهزة الشبكات، بحيث تشمل قابلية البرمجة والذكاء المركزي وكيفية تجريد بنية الشبكة.

• “SDN” هي اختصار لـ “Software-Defined Networking”.

مبدأ تقنية التدفق المفتوح OpenFlow

يُعد (OpenFlow) هو بروتوكول يسمح للخادم بإخبار محولات الشبكة بمكان إرسال الحزم وفي الشبكة التقليدية يحتوي كل محول على برنامج احتكاري يخبره بما يجب فعله، وفي المحول التقليدي يتم إعادة توجيه الحزمة أي اتجاه البيانات والتوجيه عالي المستوى أي اتجاه التحكم على نفس الجهاز، وكما يفصل مفتاح (OpenFlow) مسار البيانات عن مسار التحكم.

يقع جزء مسار البيانات على المحول نفسه ووحدة السيطرة المقطوعه بحيث تتخذ قرارات النقل عالية المستوى وبحيث يتراسل المحول وجهاز التحكم عن طريق بروتوكول (OpenFlow)، كما تسمح هذه المنهجية المعروفة باسم الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN) باستخدام موارد الشبكة بشكل أكثر فعالية ممّا هو ممكن مع الشبكات التقليدية.

اكتسب (OpenFlow) شهرة في تطبيقات مثل التنقل آلة افتراضية (VM) والشبكات ذات المهام الحرجة والجيل التالي من شبكات المحمول القائمة على بروتوكول الإنترنت، كما أنّ العديد من الشركات الراسخة بما في ذلك (IBM) و(Google) و(HP) قد استفادت بالكامل أو أعلنت عن نيتها في دعم معيار OpenFlow.

قامت (Big Switch Networks) وهي شركة (SDN) بتنفيذ شبكات (OpenFlow) التي تعمل على رأس الشبكات التقليدية، ممّا يجعل من الممكن وضع الأجهزة الافتراضية في أي مكان في مركز البيانات لاستعادة قدرة الحوسبة التي تقطعت بهم السبل، وبحلول أوائل عام 2012م كانت شبكة (Google) الداخلية تعمل بالكامل على (OpenFlow).

• “VM” هي اختصار لـ “virtual machine”.

كيفية عمل تقنية OpenFlow

تُعد (OpenFlow) هو أول واجهة اتصال قياسية محددة بين طبقات التحكم وإعادة التوجيه لبنية (SDN) بحيث يتيح (OpenFlow) الوصول المباشر إلى معالجة مستوى إعادة التوجيه لأجهزة الشبكة، مثل المحولات وأجهزة التوجيه وهي الواجهة المؤسسية في البداية والبروتوكول الأكثر استخداماً المحدد بشكل خاص لـ (SDN).

وإنّها اتفاقية مفتوحة تستخدم للاتصال بين وحدات التحكم والمفاتيح وإنّها واجهة مفتوحة تُستخدم لتكوين جداول إعادة التوجيه الخاصة بمفاتيح الشبكة والموجهات، وفقًا للمسار المطلوب لحزم الشبكة المشتقة من وحدة تحكم (SDN)، وفي (OpenFlow) يجب أن تدعم الأجهزة المحيطة التي ترغب في الاتصال بوحدة تحكم (SDN) بروتوكول (OpenFlow).

كما يستخدم (OpenFlow) بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) ممّا يعني أنّ وحدة التحكم يمكن أن تتفاعل مع المحول عبر الشبكة ولا يلزم وضعها في مكان مشترك بجانب المحولات، وعبر هذه الاتفاقية تقوم وحدة تحكم (SDN) بإسقاط التغييرات في جدول تدفق المحولات أو أجهزة التوجيه، والتي تساعد مسؤول الشبكة في التحكم في تدفق الحزم، وتقسيم حركة المرور للحصول على الأداء الأمثل وهي ملائمة لاختبار التكوينات والتطبيقات الجديدة.

ومن خلال هذا يمكن تحديث مسارات التوجيه من وقت لآخر أو مخصصة بواسطة وحدة التحكم وتحويلها إلى قواعد وإجراءات ذات عمر افتراضي قابل للتكوين، والتي يتم تحديثها بعد ذلك إلى جدول إعادة توجيه المحولات، ممّا يؤدي إلى هجر التدفق الفعلي للحزم المتطابقة إلى المخزن المؤقت من التبديل للمدة الزمنية وفقاً لتلك القواعد، والمكون الرئيسي لـ (OpenFlow) الذي يشترك في هدف مشترك مع (SDN) هو:

• فصل مستويات التحكم والبيانات الخاصة بالمفاتيح، بحيث تتم إدارة مستوى التحكم بواسطة وحدات التحكم المركزية التي قد تكون واحدة أو أكثر من حيث العدد ولكنّها متزامنة.

• استخدام واجهة اتصال مؤسسية بين وحدة تحكم (SDN) والمفاتيح لتحديث جدول إعادة التوجيه الخاص بالمحول عبر الشبكة.

• ستتم برمجة وحدات التحكم المركزية عبر واجهات برمجة التطبيقات الحديثة والقابلة للتوسيع عبر الشبكة.

ملاحظة:“TCP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol”.

فوائد تقنية التدفق المفتوح OpenFlow

1- البرمجة Programmability

• تمكين الابتكار أو التمايز.

• تسريع إدخال الميزات والخدمات الجديدة.

2- الذكاء المركزي Centralized Intelligence

• تبسيط التوفير.

• تحسين الأداء.

• إدارة السياسة المفضلة.

3- الإزالة Abstraction

فصل الأجهزة والبرامج ومستوى التحكم وإعادة التوجيه والتكوينات المادية والمنطقية.

تطور تقنية OpenFlow

من المهم الإشارة إلى أنّ (OpenFlow) ليس (SDN) والعكس صحيح وإنّها إحدى اللبنات الأساسية لشبكة معرفة بالبرمجيات وهي مهمة جداً في ذلك، وكما أنّ (OpenFlow) هو بروتوكول يفصل التحكم في المحول عن المحول نفسه، بحيث يتم نقل التحكم عالي المستوى للمحول والذي يتضمن توجيه الحزم وما إلى ذلك إلى خادم مركزي، كما يسمح بروتوكول (OpenFlow) للمفاتيح وأجهزة التحكم التي تدعم (OpenFlow) بالتواصل مع بعضها البعض.

إنّ تمكين الشبكة من أن تتم برمجتها بشكل مستقل عن معداتها يجعل النظام بأكمله أكثر مرونة ومرونة وكذلك فعاليته من حيث التكلفة، وفي شبكة (OpenFlow) تتم إدارة الهيكل مركزياً وكما لا يزال مستوى البيانات موجوداً على المحول أو جهاز التوجيه، بينما يتم نقل قرارات التوجيه عالية المستوى إلى وحدة تحكم منفصلة، ويحدد (OpenFlow) مجموعة من الرسائل التي يتم تبادلها بواسطة وحدة التحكم والمفتاح.

كما تميز (OpenFlow) في تطبيق جديد يوفر خيارات برامج منفصلة لتعريف الشبكة وإدارتها، بحيث يُعد (OpenFlow) بتسهيل توفير شبكات مراكز البيانات الكبيرة والمعقدة، وإنّ (OpenFlow) هي تقنية جديدة لدرجة أنّ اعتمادها على نطاق واسع لا يزال على بعد عامين على الأقل، ومع ذلك يمكن إرجاع أصول (OpenFlow) إلى عام 2006م عندما طور (Martin Casado) شيئاً يسمى Ethane.

بهدف إدارة السياسة العالمية بشكل مركزي استخدمت شبكة ووحدة تحكم قائمة على التدفق مع التركيز على أمان الشبكة، وأدت هذه الفكرة في النهاية إلى ما أصبح يُعرف باسم (OpenFlow) وذلك بفضل المزيد من الأبحاث التي أجريت بشكل مشترك، وعلى الرغم من أنّها لا تزال تقنية حديثة العهد إلّا أنّها كانت تكتسب قدراً لا بأس به من الزخم، وفي عام 2011م تم إنشاء مؤسسة (Open Networking Foundation)، بهدف توحيد التقنيات الناشئة التي تدفع البرامج إلى طليعة إدارة الشبكات ومراكز البيانات.

كمل إنّ الشبكات المعرفة بالبرمجيات ستعمل في نهاية المطاف على تغيير صناعة الشبكات، حيث أنّ الفوائد التي يمكن أن تجلبها هي ببساطة ضخمة للغاية بحيث لا يمكن تجاهلها، وإنّ الجمع بين (OpenFlow) و(SDN) لديه القدرة على تحويل الشبكات من سوق الأجهزة والبرامج المجمعة إلى أحد مكونات الأجهزة والبرامج المنفصلة، ويمكنه تبسيط عمليات الشبكة بشكل كبير وتقليل التعقيد والتكاليف.

ومع ذلك في حين أنّ (OpenFlow) سيلعب بلا شك دوراً مهماً في الشبكات المعرفة بالبرمجيات، هناك احتمال أن تظهر بروتوكولات أخرى مماثلة للعمل جنباً إلى جنب معها، وفي الوقت الحالي على الرغم من ذلك يُعد (OpenFlow) هو الرائد الواضح وسيظل كذلك خلال السنوات القليلة القادمة مع نضوج هذه التكنولوجيا ودفع صناعة الشبكات إلى الأمام.