اقرأ في هذا المقال
يوجد عدد من مشكلات التصميم لنهج طبقة إلى طبقة لشبكات الكمبيوتر، حيث تتعامل قضايا تصميم الطبقات بشكل أساسي مع البروتوكولات والتصميم من أجل الكفاءة، كما أنّ التمييز بين الواجهات والخدمات والبروتوكولات أمر ضروري.
وظائف تصميم طبقات شبكات الحاسوب
في البنية الطبقية يجب تحديد وظيفة كل طبقة:
1- المصداقية
- قد تكون قنوات ومكونات الشبكة غير موثوق بها ممّا يؤدي إلى فقدان وحدات البت أثناء نقل البيانات.
- لذلك تتمثل إحدى مشكلات التصميم المهمة في التأكد من عدم تشويه المعلومات المنقولة.
2- قابلية التوسع
- تتطور الشبكات باستمرار، والأحجام تتزايد باستمرار ممّا يؤدي إلى الازدحام.
- وأيضاً عند تطبيق تقنيات جديدة على المكونات المضافة، فقد يؤدي ذلك إلى مشكلات عدم التوافق.
- ومن ثم يجب أن يتم التصميم بحيث تكون الشبكات قابلة للتوسع ويمكن أن تستوعب مثل هذه الإضافات والتعديلات.
3- المعالجة
- في وقت معين يتم نقل عدد لا يحصى من الرسائل بين أعداد كبيرة من أجهزة الكمبيوتر.
- لذلك يجب أن يوجد نظام تسمية أو عنونة بحيث يمكن لكل طبقة تحديد المرسل والمستقبلات لكل رسالة.
4- التحكم في الخطأ
- تقدم القنوات غير الموثوقة عدداً من الأخطاء في تدفقات البيانات التي يتم توصيلها.
- لذلك يجب أن تتفق الطبقات على طرق اكتشاف الأخطاء الشائعة وتصحيحها لحماية حزم البيانات أثناء نقلها.
5- التحكم في التدفق
إذا كان المعدل الذي ينتج به المرسل البيانات أعلى من المعدل الذي يستقبل به المتلقي البيانات فهناك فرص لتجاوز جهاز الاستقبال، لذلك يجب تنفيذ آلية مناسبة للتحكم في التدفق.
6- تخصيص الموارد
- تقدم شبكات الكمبيوتر خدمات في شكل موارد شبكة للمستخدمين النهائيين.
- تتمثل قضية التصميم الرئيسية في تخصيص الموارد وإلغاء تخصيصها للعمليات.
- يجب أن يقع التخصيص أو إلغاء التخصيص بحيث يحدث أدنى تداخل بين المضيفين ويكون هناك استعمال أمثل للموارد.
7- المضاعفة الإحصائية
- لا يمكن تخصيص مسار مخصص لكل رسالة أثناء نقلها من المصدر إلى الوجهة.
- لذلك تحتاج قناة البيانات إلى مضاعفة الإرسال وذلك لتخصيص جزء من عرض النطاق الترددي أو الوقت لكل مضيف.
8- التوجيه
- قد تكون هناك مسارات متعددة من المصدر إلى الوجهة.
- يتضمن التوجيه اختيار المسار الأمثل بين جميع المسارات الممكنة، من حيث التكلفة والوقت.
- هناك العديد من خوارزميات التوجيه المستخدمة في أنظمة الشبكة.
9- الحماية
- يتمثل أحد العوامل الرئيسية لاتصالات البيانات في الدفاع عنها ضد التهديدات مثل التنصت والتغيير الخفي للرسائل.
- لذلك يجب أن تكون هناك آليات مناسبة لمنع الوصول غير المصرح به إلى البيانات من خلال المصادقة والتشفير.
قضايا تصميم طبقات شبكات الحاسوب
1- العنونة
- تحتاج آلية تحديد المرسلين والمستلمين على الشبكة إلى شكل من أشكال العنونة.
- هناك عدة عمليات تعمل على جهاز واحد.
- هناك حاجة إلى بعض الوسائل لإجراء عملية على جهاز واحد لتحديد من تريد الاتصال به.
2- التحكم في الخطأ
- قد يكون هناك إرسال خاطئ بسبب عدة مشاكل أثناء الاتصالات.
- هناك بسبب مشكلة في دوائر الاتصالات أي وسط المادي بسبب الضوضاء الحراريةوالتداخل.
- العديد من رموز اكتشاف الأخطاء وتصحيح الأخطاء معروفة، ولكن يجب أن يتفق طرفي الاتصال على أيهما يتم استخدامه.
- بالإضافة إلى ذلك يجب أن يكون لدى المستلم آلية ما لإخبار المرسل بالرسائل التي تم استلامها بشكل صحيح وأيها لم يتم استلامه.
3- التحكم في التدفق
- إذا كان هناك مرسل سريع في أحد طرفيه يرسل البيانات إلى جهاز استقبال بطيء، فيجب أن تكون هناك آلية للتحكم في التدفق تتحكم أيضاً في فقدان البيانات بواسطة أجهزة الاستقبال البطيئة.
- هناك العديد من الآليات المستخدمة للتحكم في التدفق مثل زيادة حجم المخزن المؤقت في أجهزة الاستقبال وإبطاء المرسل السريع وما إلى ذلك.
- لن تكون بعض العمليات في وضع يسمح لها بقبول الرسائل الطويلة بشكل تعسفي.
- وبعد ذلك يجب أن تكون هناك آلية ما لتفكيك الرسائل وإرسالها ثم إعادة تجميعها.
4- تعدد الإرسال أو إلغاء تعدد الإرسال
- إذا كان يجب نقل البيانات على وسائط الإرسال بشكل منفصل، فمن غير الملائم أو المكلف إعداد اتصال منفصل لكل زوج من عمليات الاتصال.
- لذلك يلزم تعدد الإرسال في الطبقة المادية عند نهاية المرسل، وكما يلزم إزالة تعدد الإرسال في نهاية المستقبل.
5- التوجيه
- عندما يتعين نقل البيانات من المصدر إلى الوجهة، فقد تكون هناك مسارات متعددة بينها.
- يجب اختيار الطريق الأمثل أي الأقصر.
- يتم اتخاذ هذا القرار على أساس العديد من خوارزميات التوجيه، والتي تختار المسار الأمثل إلى الوجهة.
مشكلات تصميم طبقة الشبكة
1- تبديل حزم التخزين وإعادة التوجيه
- تكون العناصر الأساسية هي معدات الناقل أي الاتصال بين أجهزة التوجيه عبر خطوط النقل ومعدات العميل.
- يتضمن “H1” على اتصال مباشر بجهاز توجيه الناقل “A”، بينما يتم ربط “H2” بجهاز توجيه الناقل “F” على اتصال “LAN”.
- يتم توجيه أحد موجِّهات شبكة الجوّال “F” إلى خارج معدات الناقل لأنّه لا يخضع للناقل في حين يُنظر إليه على أنّه بروتوكولات وبرامج وبناء.
- تقوم شبكة التبديل هذه عندما يكون هناك نقل البيانات وعندما بعمل المضيف “H1” مع حزمة بنقلها إلى جهاز التوجيه القريب عبر شبكة “LAN”، أو اتصال من نقطة إلى نقطة إلى شركة الاتصالات ويعمل الناقل بحفظ الحزمة حتى وصولها تماماً وبالتالي يحقق المجموع الاختباري.
- ثم بعد ذلك يتم إرسال الحزمة عبر المسار حتى الوصول إلى “H2”.
ملاحظة:“LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.
2- الخدمات المقدمة لطبقة النقل
- من خلال واجهة طبقة الشبكة أو النقل تقدم طبقة الشبكة خدماتها إلى طبقة النقل، لذلك ستتحرك مع نفس الاستفسار والتحقق من الخدمات المقدمة.
- تم تخصيص الخدمات التي تحتاجها طبقة الشبكة مع ملاحظة بعض الأهداف بحيث يجب ألّا تقوم على خدمات المعرفة على أسلوب جهاز التوجيه.
- تتطلب طبقة النقل إلى الحماية من النوع والرقم وطوبولوجيا أجهزة التوجيه المتوفرة، كما تتطلب الشبكة التي تأخذ طبقة النقل إلى اعتماد أسلوب ترقيم، وثابت أيضاً في اتصالات “LAN” و”WAN“.
- هناك مجموعتان ممكنتان بناءً على الخدمات المقدمة هما بدون اتصال أي يتم تنفيذ التوجيه وإدخال الحزم في الشبكة الفرعية بشكل فردي، ولا يحتاج أي إعداد إضافي أو موجه بالاتصال أي يجب أن تظهر الشبكة الفرعية خدمة آمنة ومناسبة ويتم إرسال جميع الحزم عبر مسار واحد.
ملاحظة:“WAN” هي اختصار لـ “Wide Area Network”.
3- تنفيذ الخدمة غير المتصلة
- تُسمى الحزم مخططات بيانات ويطلق على الشبكة الفرعية النقيضة اسم الشبكة الفرعية لمخطط البيانات.
- عندما يكون حجم الرسالة المراد إرسالها “5 أضعاف حجم الحزمة”، تنقسم طبقة الشبكة إلى “5 حزم”، ثم ترسل كل حزمة إلى جهاز التوجيه “A” من خلال عدد قليل من البروتوكولات وكما يتم تزويد كل جهاز توجيه بجدول توجيه حيث يقرر نقاط الوجهة.
- كما أنّ الحزم من “A” تحتاج إلى الإرسال إما إلى “B” أو “C” حتى عندما تكون الوجهة “F”.
- بينما في حالة الحزمة يتم إرسال الحزمة من “A” إلى “B” حتى عقدة الوجهة هي “F” وتحدد الحزمة “A” إرسال الحزمة عبر مسار متنوع عن المسارات الأولية، حيث قد يحدث هذا بسبب الازدحام أثناء الانتقال على طول مسار “ACE”.
ملاحظة:“ACE” هي اختصار لـ “Access Control Entry”.
