التقنيةشبكات الحاسوب

ما هي أنواع البروتوكولات المستخدمة في طبقة الشبكة Network layer

البروتوكول هو طريقة متفق عليها لتنسيق البيانات حتى يستطيع جهازان أو أكثر من التراسل مع بعضهما البعض واتفاقهما، حيث هناك عدد من البروتوكولات المختلفة تجعل الاتصالات والاختبار والتوجيه والتشفير ممكناً في طبقة الشبكة.

 

ما هي أساسيات البروتوكولات في طبقة الشبكة

 

في بروتوكولات طبقة الشبكة وتحديداً في “IP” تحدد العناوين محولات الشبكة، حيث من المهم ملاحظة أنّ النظام أحادي الطرف قد يحتوي على واجهات شبكة متعددة، وعلى سبيل المثال يحتوي الكمبيوتر المحمول النموذجي اليوم على واجهة شبكة واحدة تستخدم “Ethernet” سلكياً، وواجهة شبكة تستخدم “Ethernet” لاسلكية وربما واجهة أخرى تستخدم اتصال بيانات خلوي، كما تستخدم كل واجهة عنوان “IP” الخاص بها.

 

أحد متطلبات العناوين في طبقة الشبكة هو أنّها مصممة بحيث يصبح الاتصال من طرف إلى طرف الوظيفة الرئيسية لطبقة الشبكة ممكناً وفي حالة “IP” تكون العناوين فريدة عالمياً، هذا يعني أنّ كل واجهة شبكة متصلة بالإنترنت يجب أن تستخدم عنوان “IP” مختلفاً، ولم يعد هذا التفرد العالمي لجميع عناوين “IP” صحيحاً بسبب ترجمة عنوان الشبكة.

 

باستخدام عنوان “IP” فريد عالمياً يمكن تحديد واجهة النظام النهائي بشكل لا لبس فيه، كما يمكن للمرسل، والذي يريد إرسال حزمة إلى تلك الواجهة ببساطة وضع عنوان “IP” المقابل في حقل عنوان الوجهة، وتستخدم الشبكة عنوان الوجهة هذا لتحديد كيفية إعادة توجيه الحزمة عبر الشبكة بحيث تصل إلى واجهة شبكة جهاز الاستقبال في النهاية.

 

إحدى الملاحظات المهمة هي أنّ كل جهاز توجيه في الشبكة يحتاج إلى تحديد مكان إرسال الحزم لكل عنوان “IP” ممكن، وقد تقرر الأنظمة الطرفية إرسال حركة المرور إلى أي وجهة ممكنة في أي وقت وكما يحتاج جهاز التوجيه إلى أن يكون قادراً على إعادة توجيه أي حزمة، وبالتالي يحتاج إلى معرفة أي من ارتباطاته لإعادة توجيه حزمة بأي عنوان “IP” محتمل.

 

في بروتوكول “IP” يبلغ طول حقل العنوان “32 بت” وتجاهل أنّ بعض العناوين محجوزة ولا يمكن استخدامها، فهناك “232 × 4 × 109 عناوين IP” محتملة، ولكل من هذه العناوين يحتاج جهاز التوجيه إلى الاحتفاظ بمعلومات حول مكان إرسال الحزمة المخصصة لهم، وإذا تم إجراء عنونة “IP” بنفس الطريقة التي تتم بها العنونة للإيثرنت، حيث تحصل كل واجهة على عنوان معين في وقت التصنيع فلن يكون هناك بنية لمساحة عنوان “IP”.

 

في مثل هذه الحالة سيتعين على أجهزة التوجيه الاحتفاظ بإدخال إعادة توجيه منفصل لكل عنوان “IP” موجود، كما قد يتطلب جدول إعادة التوجيه هذا حوالي أربعة مليارات إدخال ويستهلك قدراً كبيراً من الذاكرة، ولتجنب هذه المشكلة يستخدم “IP” تعيينات العناوين المهيكلة التي تضمن أن الواجهات الموجودة على نفس الشبكة الفرعية لها عناوين متشابهة، ويمكن استخدام التشابه في العناوين لتكثيف المعلومات التي يجب تخزينها على أجهزة التوجيه.

 

  • “IP” هي اختصار لـ “Internet-Protocol”.

 

أنواع البروتوكولات المستخدمة في طبقة الشبكة

 

1- بروتوكول تحليل العنوان ARP

 

  • أثناء الاتصال يحتاج المضيف إلى عنوان “Layer-2 (MAC)” للجهاز الوجهة الذي ينتمي إلى نفس مجال البث أو الشبكة.

 

  • يتم نسخ عنوان “MAC” فعلياً في بطاقة واجهة الشبكة “NIC” لجهاز ولا يتغير أبداً.

 

  • من ناحية أخرى، نادراً ما يتم تغيير عنوان “IP” في المجال العام.

 

  • إذا تم تغيير “NIC” في حالة حدوث خطأ ما يتغير عنوان “MAC” أيضاً، وبهذه الطريقة لكي يحدث اتصال الطبقة الثانية يلزم تعيين الاثنين.

 

  • لمعرفة عنوان “MAC” للمضيف البعيد على مجال البث، يرسل الكمبيوتر الذي يرغب في بدء الاتصال رسالة بث “ARP” تسأل “من لديه عنوان IP هذا؟”، ونظراً لأنّه بث باستلام جميع المضيفين في قطاع الشبكة أي مجال البث هذه الحزمة ويعالجونها.

 

  • تتضمن حزمة “ARP” على عنوان “IP” للمضيف الوجهة يرغب المضيف المرسل في التحدث إليه.

 

  • عندما يتلقى مضيف حزمة “ARP” الموجهة إليه، فإنّه يرد مرة أخرى بعنوان “MAC” الخاص به.

 

  • بمجرد الوصول إلى المضيف على عنوان “MAC” الوجهة يمكنه الاتصال بالمضيف البعيد باستعمال بروتوكول ارتباط الطبقة الثانية.

 

  • يتم حفظ تخصيص “MAC” إلى “IP” هذا في ذاكرة التخزين المؤقت “ARP” لكل من مضيفي الإرسال والاستلام.

 

  • وإذا احتاجوا إلى الاتصال فيمكنهم الرجوع مباشرة إلى ذاكرة التخزين المؤقت “ARP” الخاصة بهم.

 

  • عكس “ARP” هي آلية، حيث يعرف المضيف عنوان “MAC” للمضيف البعيد ولكنّه يتطلب معرفة عنوان “IP” للتواصل.

 

ملاحظة: “ARP” هي اختصار لـ “Address-Resolution-Protocol”.

 

ملاحظة: “MAC” هي اختصار لـ “Media-Access-Control”.

 

ملاحظة: “NIC” هي اختصار لـ “Network-Interface-Card”.

 

2- بروتوكول رسائل التحكم في الإنترنت ICMP

 

بروتوكول رسائل التحكم في الإنترنت “ICMP”: هو بروتوكول لتشخيص الشبكة والإبلاغ عن الأخطاء، وتنتمي إلى مجموعة بروتوكولات “IP” وتستخدم “IP” كبروتوكول ناقل، وبعد إنشاء الحزمة يتم تغليفها في حزمة “IP”، لأنّ “IP” نفسه هو أفضل بروتوكول غير موثوق به وكذلك “ICMP“.

 

  • يتم إرسال أي ملاحظات حول الشبكة إلى المضيف الأصلي.

 

  • في حالة حدوث خطأ ما في الشبكة يتم الإبلاغ عنه بواسطة “ICMP”.

 

  • تحتوي “ICMP” على العشرات من رسائل التشخيص والإبلاغ عن الأخطاء.

 

  • تعد “ICMP-echo” و”ICMP-echo-response” أكثر رسائل “ICMP” شيوعاً للتحقق من قابلية الوصول للمضيفين من طرف إلى طرف.

 

  • عندما يتلقى مضيف طلب ارتداد “ICMP”، فإنّه ملزم بإرسال رد صدى “ICMP” مرة أخرى.

 

  • إذا كانت هناك أي مشكلة في شبكة النقل، فستقوم اللجنة الدولية لشؤون المفقودين بالإبلاغ عن هذه المشكلة.

 

ملاحظة: “ICMP” هي اختصار لـ “Internet-Control-Message-Protocol”.

 

3- الإصدار 4 من بروتوكول الإنترنت IP

 

بروتوكول “IPv4”: هو نظام عنونة “32 بت” يستخدم كآلية عنونة لمضيف “TCP / IP”، ويتيح عنوان “IP” إمكانية التعرف على كل مضيف على شبكة “TCP / IP” بشكل فريد.

 

يحتوي “IPv4” أيضاً على مساحات عناوين محددة جيداً لاستخدامها كعناوين خاصة، وغير قابلة للتوجيه على الإنترنت، وعناوين عامة يوفرها مزودو خدمات الإنترنت ويمكن توجيهها على الإنترنت، وعلى الرغم من أنّ “IP” ليس موثوقاً به وإنّه يوفر آلية أفضل جهد للتسليم، كما يوفر “IPv4” مخطط عنونة هرمي يمكّنه من تقسيم الشبكة إلى شبكات فرعية ولكل منها عدد محدد جيداً من المضيفين، وتنقسم عناوين “IP” إلى عدة فئات:

 

  • الفئة A، تستخدم الثماني بتات الأولى لعناوين الشبكة وآخر ثلاث ثماني بتات لعنونة المضيف.

 

  • الفئة B، تستخدم أول ثماني بتات لعناوين الشبكة وآخر اثنتين لعناوين المضيف.

 

  • الفئة C، تستخدم أول ثلاث ثماني بتات لعناوين الشبكة والأخيرة لعناوين المضيف.

 

  • الفئة D، توفر مخطط عنونة IP مسطحًا على عكس الهيكل الهرمي لما فوق الثلاثة.

 

  • الفئة E، يتم استخدامها كاختبار.

 

ملاحظة: “TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol/Internet-Protocol”.

 

4- الإصدار 6 من بروتوكول الإنترنت IP

 

أدى استخدام عناوين “IPv4” إلى ولادة الجيل التالي من بروتوكول الإنترنت الإصدار 6، وعناوين “IPv6” لعقدها مع عنوان بعرض “128 بت”، يوفر مساحة كبيرة من العناوين لاستخدامها في المستقبل على الكوكب بأكمله أو ما بعده.

 

  • أدخل “IPv6” عنونة “Anycast” ولكنّه أزال مفهوم البث.

 

  • يمكّن “IPv6” الأجهزة من الحصول على عنوان “IPv6” والتواصل داخل تلك الشبكة الفرعية.

 

  • يزيل هذا التكوين التلقائي الاعتماد على خوادم بروتوكول التكوين الديناميكي للمضيف “DHCP”.

 

  • بهذه الطريقة حتى إذا كان خادم “DHCP” على تلك الشبكة الفرعية معطلاً، يمكن للمضيفين التواصل مع بعضهم البعض.

 

  • يوفر “IPv6” ميزة جديدة للتنقل عبر “IPv6”.

 

  • يمكن للأجهزة المزودة بـ “IPv6” المتنقلة أن تتجول دون الحاجة إلى تغيير عناوين “IP” الخاصة بها.

 

  • لا يزال “IPv6” في مرحلة انتقالية ومن المتوقع أن يحل محل IPv4 بالكامل في السنوات القادمة.

 

  • هناك عدد قليل من الشبكات التي تعمل على “IPv6”.

 

ملاحظة: “DHCP” هي اختصار لـ “Dynamic-Host-Configuration-Protocol”.

المصدر
COMPUTER NETWORKING / James F. Kurose & Keith W. RossComputer Networks - The Swiss BayCOMPUTER NETWORKS LECTURE NOTES / B.TECH III YEAR – II SEM (R15)An Introduction to Computer Networks / Peter L Dordal

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى