خصائص طبقة الشبكة في شبكة الحاسوب Network Layer

تُعتبر طبقة الشبكة هي الطبقة الثالثة في نموذج “OSI” لشبكات الحاسوب، كما تتم إعادة توجيه الحزم بما في ذلك التوجيه عبر أجهزة التوجيه وجودة إدارة الخدمة بواسطة طبقة الشبكة، وهذه الطبقة هي الطبقة 3 من نموذج “OSI” وهي الطبقة الأقل التي تتحكم بالإرسال من جهاز إلى جهاز وتتيح خدمات لطبقة النقل، كما يُعد الدور الأساسي لطبقة الشبكة في توجيه الرسائل المتعلقة بطبقة البروتوكول الأعلى فوقها وخلال الشبكة أي الشبكة التي تربط أنظمة “DTE” الموزعة.

أساسيات عمل طبقة الشبكة

يمكن أن تعمل طبقة الشبكة في أسلوب عدم الاتصال وكذلك في الوضع الموجه للاتصال، حيث في الشبكات المحلية تتم معالجة الإطار، وتوجيهه بين العقد المتصلة بنفس الشبكة المحلية باستخدام نقطة عنوان المرفق.

يُطلق على طبقة الشبكة أيضاً باسم الطبقة غير النشطة أو الطبقة الفقيرة نظراً لافتقارها إلى الوظائف في شبكات المنطقة المحلية، حيث إذا كانت الشبكة تتكون من عدة شبكات متصلة بدلاً من شبكة “LAN” واحدة فإنّ بروتوكول طبقة الشبكة يكون أكثر صعوبةً وإنّها طبقة برمجية بالكامل.

الهدف من طبقة الشبكة هو إسناد الخدمات المنطقية “logical” للكثير من المستعملين المتصلين بشبكات متنوعة، ومن ثم يجب أن تكون الخدمات المدعومة منعزلة عن التكنولوجيا الأساسية وبهذه الطريقة يحتاج استعمال العميل للخدمة إزعاجاً مع التنفيذ المادي للشبكة لإرسال رسائلهم.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

• “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.

• “DTE” هي اختصار لـ “Data terminal equipment”.

طبيعة الخدمة في طبقة الشبكة

• تستقبل طبقة النقل على جانب المضيف الخدمة التي توفرها طبقة الشبكة، لكنّ طبقة النقل توجد في المضيفين، بينما توجد طبقة الشبكة في الشبكة الفرعية.

• كما أنّ الشبكة الفرعية عبارة عن مجموعة من أجهزة التوجيه تتكون من الطبقات الثلاث السفلية فقط.

• يمكن أن تكون الخدمة التي توفرها طبقة الشبكة لطبقة النقل أكثر فاعلية من الخدمة التي تتيحها الشبكة الفرعية إلى المضيفين.

• توفر طبقة الشبكة فئتين من الخدمات المحددة جيداً، وهمُا الخدمات غير المتصلة والاتصال الموجهة إلى العديد من العقد أو المضيفين الذين يرتبطون خلال الشبكة الفرعية.

ما هي الخدمات التي تقدمها طبقة الشبكة

1- اتصال غير متصل

• توفر طبقة الشبكة وسيلة اتصال أقل لنقل البيانات من طرف إلى آخر.

• في الاتصال غير المتصل لا يتعين على المرء بناء جلسة مع جهاز الاستقبال.

• يمكن القيام بذلك في أي وقت ولا يلزم وجود إقرار في هذا النوع من الاتصال وهذا ممكن بسبب طبقة الشبكة.

2- عنونة المضيف

• يجب أن يكون لكل مضيف في الشبكة عنوان فريد يحدد مكان المضيف في الشبكة.

• يُعرف كل عنوان على الإنترنت بعنوان “IP” ويتم تناول عنوان “IP” هذا بواسطة طبقة الشبكة.

ملاحظة:“IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

3- إعادة توجيه الرسائل

• تعد إعادة توجيه الرسائل خدمة أخرى توفرها طبقة الشبكة.

• يتم تقسيم العديد من الشبكات إلى شبكات فرعية ومتصلة بشبكات أخرى لاتصالات واسعة النطاق.

• تعتمد طبقة الشبكة مضيفين متخصصين يُعرفون بالموجهات التي تُستخدم لإعادة توجيه الحزم بين الشبكات المختلفة.

• تستجيب طبقة الشبكة أيضاً لطلبات الخدمة “Service requests” من طبقة النقل وتنقل طلبات الخدمة إلى طبقة ارتباط البيانات.

سمات خدمات طبقة الشبكة

• تتمثل المسؤولية الرئيسية لطبقة الشبكة في نقل حزم البيانات من المصدر إلى الوجهة دون تغييرها أو استخدامها.

• إذا كانت الحزم كبيرة جداً بحيث لا يمكن تسليمها، فإنّها مجزأة أي مقسمة إلى حزم أصغر.

• يقرر الجذر الذي يجب أن تأخذه الحزم للانتقال من المصدر إلى الوجهة بين الجذور المتعددة المتاحة في الشبكة وتسمى أيضاً باسم التوجيه.

• تتم إضافة عناوين المصدر والوجهة إلى حزم البيانات داخل طبقة الشبكة.

• يمكن توصيل الكمبيوتر بكمبيوتر آخر بعدة طرق، وتحدد طبقة الشبكة المسار الأمثل لنقل البيانات بحيث يمكن نقل البيانات بشكل أسرع إلى جهاز الاستقبال.

• تُستخدم بروتوكولات “OSPF” و”BGP” و”IS-IS” لتحديد أفضل مسار ممكن لتسليم البيانات في طبقة الشبكات.

• التوجيه في طبقة الشبكة هو طريقة لنقل حزم البيانات من المصدر إلى الوجهة.

• يستخدم مجموعة من القناع وعنوان “IP” لنقل البيانات إلى الوجهة الصحيحة.

• تحتوي كل حزمة بيانات على ثلاثة مكونات إضافة قناع وعنوان “IP” للمرسل و”IP” لجهاز الاستقبال.

• يحدد القناع شبكة الكمبيوتر التي يجب تسليم البيانات إليها، ثم يحدد عنوان “IP” أي جهاز كمبيوتر على تلك الشبكة المعينة يحتاج إلى تلقي حزمة البيانات.

ملاحظة:“OSPF” هي اختصار لـ “Open Shortest Path First”.

ملاحظة:“BGP” هي اختصار لـ “Border Gateway Protocol”.

ملاحظة:“IS-IS” هي اختصار لـ “Intermediate System to Intermediate System”.

مزايا خدمات طبقة الشبكة

• توفر خدمة الحزم في طبقة الشبكة سهولة في نقل حزم البيانات.

• يزيل الحزم أيضاً نقاط الفشل الفردية في أنظمة اتصالات البيانات.

• تقوم أجهزة التوجيه المتوفرة في طبقة الشبكة على خفض حركة مرور الشبكة من خلال تكوين مجالات التصادم والبث.

• بمساعدة إعادة التوجيه، يتم نقل حزم البيانات من مكان إلى آخر في الشبكة.

عيوب خدمات طبقة الشبكة

• هناك نقص في التحكم في التدفق في تصميم طبقة الشبكة.

• ينشأ الازدحام أحياناً بسبب توفر عدد كبير جداً من مخططات البيانات في الشبكة والتي تفوق قدرة الشبكة أو أجهزة التوجيه، ونتيجةً لذلك قد تفشل بعض أجهزة التوجيه بعض مخططات البيانات وقد تفقد بعض المعلومات المهمة.

• على الرغم من توفر المراقبة في الأخطاء بطريقة غير تلقائي في طبقة الشبكة إلّا أنّه يوجد خفضاً في آليات المراقبة في الأخطاء الصحيحة، ونظراً لتوفر حزم بيانات مقسمة يصبح التحكم في الأخطاء صعب التنفيذ.

ما هو الغرض من طبقة الشبكة

أولاً: معالجة الأجهزة الطرفية

يجب تكوين الأجهزة الطرفية باستخدام عنوان “IP” فريد للتعريف على الشبكة.

ثانياً: التغليف

• تقوم طبقة الشبكة بتغليف وحدة بيانات البروتوكول “PDU” من طبقة النقل في حزمة.

• تضيف عملية التغليف معلومات رأس “IP”، مثل عنوان “IP” لمضيفي المصدر أي الإرسال والوجهة أي المستقبلة.

ثالثاً: التوجيه

• توفر طبقة الشبكة خدمات لتوجيه الحزم إلى مضيف وجهة على شبكة أخرى.

• للانتقال إلى شبكات أخرى يجب معالجة الحزمة بواسطة جهاز توجيه.

• يتمثل دور جهاز التوجيه في تحديد أفضل مسار وتوجيه الحزم نحو المضيف الوجهة في عملية تُعرف باسم التوجيه.

• قد تعبر الحزمة العديد من الأجهزة الوسيطة قبل الوصول إلى المضيف الوجهة.

• يُطلق على كل موجه عبور حزمة للوصول إلى مضيف الوجهة اسم قفزة.

رابعاً: إلغاء التغليف

• عند وصول الحزمة إلى طبقة الشبكة للمضيف الوجهة، يتحقق المضيف من عنوان “IP” للحزمة.

• إذا كان عنوان “IP” الوجهة داخل الرأس يطابق عنوان “IP” الخاص به، فسيتم إزالة رأس “IP” من الحزمة.

• بعد إلغاء تغليف الحزمة بواسطة طبقة الشبكة، يتم تمرير الطبقة “4 PDU” الناتجة إلى الخدمة المناسبة في طبقة النقل.

ملاحظة:“PDU” هي اختصار لـ “Protocol data unit”.