اقرأ في هذا المقال
- ما هي طبقة الشبكة
- العناصر الرئيسية التي تؤديها طبقة الشبكة
- وظائف طبقة الشبكة
- ما هي مشاكل التصميم مع طبقة الشبكة
- فئات مشكلات تصميم طبقة الشبكة
- كيفية تنفيذ الخدمة الموجهة بالاتصال في طبقة الشبكة
- الخدمات التي تقدمها طبقة الشبكة
تتحكم طبقة الشبكة في عمل الشبكة الفرعية، والغرض الأساسي من هذه الطبقة هو تسليم الحزم من المنبع إلى الوجهة عبر روابط أي شبكات متنوعة، حيث إذا تم ربط جهازي كمبيوتر أي نظام على رابط واحد فلا يوجد هناك أهمية لتوفر طبقة الشبكة، كما يوجه الإشارة عبر قنوات متنوعة إلى الطرف الآخر ويعمل كوحدة تحكم في الشبكة، كما أنّه يقسم الرسائل الخارجة إلى حزم وتجميع الحزم الواردة في رسائل لمستويات أعلى.
ما هي طبقة الشبكة
طبقة الشبكة: هي الطبقة الثالثة من نموذج “OSI”، حيث يتعامل مع طلبات الخدمة من طبقة النقل ويعيد توجيه طلب الخدمة إلى طبقة ارتباط البيانات، وتقوم الطبقة بترجمة العناوين المنطقية إلى عناوين فعلية، كما يحدد المسار من المصدر إلى الوجهة ويدير أيضاً مشاكل حركة المرور مثل التبديل والتوجيه والتحكم في ازدحام حزم البيانات.
يتمثل الدور الرئيسي لطبقة الشبكة في نقل الحزم من المضيف المرسل إلى المضيف المستلم، وفي شبكات البث تُعد مشكلة التوجيه بسيطة، لذلك في كثير من الأحيان ما تُعد طبقة الشبكة بسيطة أو حتى غير متوفرة.
- “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.
العناصر الرئيسية التي تؤديها طبقة الشبكة
1- التوجيه
عندما تصل الحزمة إلى ارتباط إدخال جهاز التوجيه سينقل جهاز التوجيه الحزم إلى ارتباط إخراج جهاز التوجيه، فعلى سبيل المثال يجب إعادة توجيه حزمة من “S1” إلى “R1” إلى جهاز التوجيه التالي على المسار إلى “S2”.
2- العنونة المنطقية
تقوم طبقة ارتباط البيانات بتنفيذ العنونة المادية وطبقة الشبكة التي تنفذ العنونة المنطقية، ويتم استخدام العنونة المنطقية أيضاً للتمييز بين نظام المصدر والوجهة، وتضيف طبقة الشبكة رأساً إلى الحزمة يتضمن العناوين المنطقية لكل من المرسل والمستقبل.
3- الإنترنت
هذا هو الدور الرئيسي لطبقة الشبكة التي توفر الاتصال المنطقي بين أنواع الشبكات المختلفة.
4- التجزئة
التجزئة: هي عملية تقسيم الحزم إلى أصغر وحدات بيانات فردية تنتقل عبر شبكات مختلفة.
وظائف طبقة الشبكة
- يترجم عنوان الشبكة المنطقي إلى عنوان فعلي.
- تقوم أجهزة التوجيه والبوابات بالعمل في طبقة الشبكة، كما يتم إتاحة آلية بواسطة “Network Layer” لتوجيه الحزم إلى الوجهة النهائية.
- يتم تقديم خدمات الاتصال خاصة التحكم في تدفق طبقة الشبكة “network layer flow” والتحكم في أخطاء طبقة الشبكة والتحكم في تسلسل الحزمة.
- يكسر الحزم الكبيرة إلى حزم صغيرة.
ما هي مشاكل التصميم مع طبقة الشبكة
تُعد إحدى مشكلات التصميم الرئيسية في تحديد كيفية توجيه الحزم من المصدر إلى الوجهة، ويمكن أن تستند المسارات إلى جداول ثابتة متصلة بالشبكة ونادراً ما يتم تعديلها، كما يمكن أن تكون أيضاً ديناميكية للغاية، حيث يتم نعيينها من جديد لكل حزمة لتعكس حمل الشبكة الحالي.
إذا كان هناك عدد كبير جداً من الحزم في الشبكة الفرعية في نفس الوقت فسوف تتناقض مع بعضها البعض ممّا يشكل تصادمات، حيث يرجع التحكم في هذا الازدحام أيضاً إلى طبقة الشبكة وعلاوةً على ذلك، فإنّ جودة الخدمة المعروضة أي التأخير “Delay” ووقت الإرسال والارتعاش هي أيضاً مشكلة في طبقة الشبكة، أمّا عندما تضطر الحزمة إلى الانتقال من شبكة إلى أخرى للوصول إلى وجهتها، يمكن أن تظهر العديد من المشكلات مثل:
- قد يكون العنوان الذي تستخدمه الشبكة الثانية مختلفاً عن الأول.
- قد لا تقبل الثانية الحزمة على الإطلاق لأنّها كبيرة جداً.
- قد تتعدد البروتوكولات، والأمر يعود لطبقة الشبكة للتخلص من كل هذه المشاكل للإعطاء الإذن للشبكات غير المتجانسة بالترابط.
فئات مشكلات تصميم طبقة الشبكة
1- تخزين وتحويل الحزمة إلى الأمام
يرسل المضيف حزماً إلى أقرب جهاز توجيه ويتم تخزين الحزمة هناك حتى تتم معالجتها بالكامل عن طريق التحقق من المجموع الاختباري، ثم يتم نقلها إلى جهاز التوجيه التالي حتى تصل إلى الوجهة.
2- الخدمات المقدمة لطبقة النقل
أولاً: بدون اتصال
يتم التوجيه والإدخال بشكل فردي ولا يلزم الإعداد، وإذا كان هناك موقف يكون فيه حجم الرسالة المطلوب إرسالها هو أربعة أضعاف حجم الحزمة، فإنّ طبقة الشبكة تقسمها إلى “4 حزم” ثم ترسل كل حزمة إلى جهاز التوجيه.
ثانياً: مهيأ للاتصال
يتم إرسال جميع الحزم من خلال مسار واحد، وفي هذا يتم إنشاء اتصال أولاً ثم يتم استخدامه وتحريره يتم إرسال حزم البيانات إلى جهاز الاستقبال بنفس المسار الذي يرسله المرسل، كما يمكن أن يتم ذلك بطريقتين:
- توصيل مفتاح الدائرة: يتم إنشاء دائرة بين العقد المتصلة.
- اتصال مبدّل افتراضي: يتم إنشاء مسار افتراضي بين العقد المتصلة.
3- إعادة التوجيه والتوجيه
في طبقة الشبكة يتم استخدام جهاز توجيه لإعادة توجيه الحزم، وكل جهاز توجيه لديه جدول إعادة توجيه، كما يعمل جهاز التوجيه بإعادة توجيه الحزمة عن طريق فحص حقل رأس الحزمة ثم استعمال قيمة حقل الرأس للفهرسة في جدول إعادة التوجيه، وتشير القيمة المخزنة في جدول إعادة التوجيه المقابلة لقيمة حقل الرأس إلى ارتباط واجهة الصادر للموجه الذي سيتم إعادة توجيه الحزمة إليه.
على سبيل المثال يصل جهاز التوجيه الذي يحتوي على قيمة حقل رأس تبلغ “0111” إلى جهاز توجيه ثم يقوم جهاز التوجيه بفهرسة قيمة الرأس، وهذه في جدول إعادة التوجيه الذي يحدد واجهة ارتباط الإخراج هي 2، كما يقوم جهاز التوجيه بإعادة توجيه الحزمة إلى الواجهة 2 وخوارزمية التوجيه يحدد القيم التي تم إدراجها في جدول إعادة التوجيه، كما يمكن أن تكون خوارزمية التوجيه مركزية أو لامركزية.
كيفية تنفيذ الخدمة الموجهة بالاتصال في طبقة الشبكة
تعمل وظيفة الخدمة المهيأة للاتصال على الشبكة الفرعية الافتراضية وتؤدي الشبكة الفرعية الافتراضية عملية تجنب مسار جديد لكل إرسال حزمة، وكبديل لذلك عندما يكون هناك اتصال يتم تحديد مسار من عقدة المصدر إلى عقدة الوجهة والحفاظ عليه في الجداول.
كما يؤدي هذا المسار عمله في وقت الازدحام المروري، وفي الوقت الذي يتم فيه تحرير الاتصال يتم أيضاً رفض الشبكة الفرعية الافتراضية، وفي هذه الخدمة تحمل كل حزمة معرّفها الخاص الذي يحدد العنوان الدقيق للدائرة الافتراضية.
الخدمات التي تقدمها طبقة الشبكة
1- التسليم المضمون
توفر هذه الطبقة الخدمة التي تضمن وصول الحزمة إلى وجهتها.
2- تسليم مضمون مع تأخير محدود
تضمن هذه الخدمة أن الحزمة سيتم تسليمها في غضون تأخير محدد من مضيف إلى مضيف.
3- حزم “In-Order”
تضمن هذه الخدمة وصول الحزمة إلى الوجهة بالترتيب الذي تم إرسالها به.
4- ضمان الحد الأقصى من عدم الاستقرار
تضمن هذه الخدمة أن مقدار الوقت المستغرق بين عمليتي إرسال متتاليتين عند المرسل يساوي الوقت بين استلامهما في الوجهة.
5- خدمات الأمان
توفر طبقة الشبكة الأمان باستخدام مفتاح جلسة بين مضيف المصدر والوجهة، كما تقوم طبقة الشبكة في المضيف المصدر بتشفير الحمولات من مخططات البيانات، والتي يتم إرسالها إلى المضيف الوجهة حيث ستقوم طبقة الشبكة في المضيف الوجهة بفك تشفير الحمولة، وبهذه الطريقة تحافظ طبقة الشبكة على سلامة البيانات وخدمات مصادقة المصدر.
