طبقة الشبكة: أنواعها وقضايا تصميمها

جرب أداة القضاء على المشاكل





في نطاق علوم الكمبيوتر بالكامل ، نهج شبكة الاتصال تساعد الطبقة في معرفة تفاعلات الشبكة المعقدة. هناك تعرض للعديد من طبقات الشبكة ، ولكن النموذج الوحيد المعروف هو نهج OSI مع 7 طبقات. يحدد نموذج OSI (Open System Interconnection) الصورة الواضحة لنقل البيانات من خلال البروتوكولات القياسية. ولكن ، ما أداء هذه الطبقات السبع بالضبط؟ في إطار عمل الشبكات هذا ، تعمل الطبقات الدنيا (1-4) في الغالب على نقل البيانات وتتناول الطبقات العليا (5-7) البيانات على مستوى التطبيق. يتم تزويد كل طبقة بالمهام المقابلة ثم تمرر المعلومات إلى الطبقة التالية. في هذه المقالة ، سنذهب مع مفهوم طبقة الشبكة والوظائف والقضايا ، البروتوكولات ، والخدمات.

ما هي طبقة الشبكة؟

تتحمل طبقة الشبكة مسؤولية الإدارة الشبكة الفرعية أداء. تركز هذه الطبقة بشكل أكبر على التحكم في عمليات نقل البيانات ، وتقنيات التوجيه والتبديل ، وإعادة توجيه الحزم وتسلسلها ، ومعالجة الأخطاء ، ومعالجة إنشاء المسارات المنطقية ، والتحكم في الازدحام.




أنواع طبقات الشبكة

إن الأداء التعاوني لجميع الطبقات السبع في نموذج شبكة OSI يجعلها النهج الأكثر تطبيقًا على نطاق واسع في جميع التطبيقات.

نهج OSI

نهج OSI



تصف الجلسة أدناه وظائف كل طبقة:

1). طبقة التطبيقات

يحافظ على جميع التفاعلات البشرية والكمبيوتر وحيث يمكن للتطبيق الوصول إلى أنشطة الشبكة. يعني أن طبقة التطبيق تقدم خدمات لأنشطة مثل البريد الإلكتروني وبرامج الشبكة وإرسال الملفات. في نموذج OSI ، تحتوي هذه الطبقة على بروتوكولات اتصال وأساليب اتصال مستخدمة للاتصال من عملية إلى عملية من خلال IP. تقوم هذه الطبقة فقط بتوحيد الاتصال وبناءً على طبقة النقل أدناه لإدارة تبادل المعلومات وإنشاء مسارات نقل البيانات من المضيف إلى البيانات.

2). طبقة العرض

هنا يتم الاحتفاظ بالمعلومات بتنسيق قابل للاستخدام وهنا تحدث وظيفة البيانات التشفير . تعمل طبقة العرض على إرسال المعلومات في النموذج الذي تقبله طبقة التطبيق. في حالات قليلة ، تسمى هذه الطبقة طبقة بناء الجملة. تتأكد هذه الطبقة من أن البيانات التي تقدمها طبقة التطبيق في نظام واحد قابلة للفك بواسطة طبقة التطبيق للنظام الآخر.


3). طبقة الجلسة

يعمل على وظائف التوصيلات ويتحمل مسؤولية إدارة الجلسات والمنافذ المختلفة. تعمل طبقة الجلسة على تنسيق المحادثات والمناقشات بين التطبيقات والتبادلات وإنهائها.

4). طبقة النقل

تقوم هذه الطبقة بتنفيذ نشاط نقل البيانات من خلال بروتوكولات تتكون من UDP و TCP. ينقل المعلومات عبر المضيفين والأنظمة النهائية. يدير استرداد الأخطاء من طرف إلى طرف وتنظيم التدفق. توفر طبقة النقل خدمات مثل إدارة التدفق وتعدد الإرسال والاتصال الموجه نحو الاتصال وحتى إدارة الاتساق. تتحمل هذه الطبقة مسؤولية تسليم المعلومات لعملية التطبيق الدقيقة من خلال أجهزة الكمبيوتر المضيفة. كما أن لديها تعدد إرسال إحصائي حيث يذهب ذلك مع تجزئة البيانات ، وإضافة معرف المنفذ المصدر والوجهة في رأس طبقة النقل.

5). طبقة الشبكة

يقرر عنوان المسار المادي الذي يجب إرسال المعلومات إليه. تركز هذه الطبقة بشكل أكبر على التحكم في عمليات نقل البيانات ، وتقنيات التوجيه والتبديل ، وإعادة توجيه الحزمة وتسلسلها ، ومعالجة الأخطاء ، ومعالجة إنشاء المسارات المنطقية ، والتحكم في الازدحام.

6). طبقة وصل البيانات

تعمل هذه الطبقة على عملية تشفير وفك تشفير حزم البيانات. يوفر معلومات تتعلق ببروتوكول الإرسال ويتحكم في الأخطاء التي تحدث في الطبقة المادية وتنظيم التدفق وتزامن الإطار. توفر هذه الطبقة خدمات مثل تأطير حزم البيانات ، ومزامنة الإطار ، والعنونة المادية ، والتبديل بين التخزين وإعادة التوجيه ، وغيرها الكثير.

7). الطبقة المادية

ينقل النوع الخام من المعلومات عبر الوسيط المادي. توفر الطبقة المادية الواجهة الميكانيكية والإجرائية والكهربائية لوسيط النقل. حتى أنه يصف ترددات البث وخصائص الموصلات الكهربائية وعوامل أخرى منخفضة المستوى.

وظائف طبقة الشبكة

لنكن واضحين بشأن المصطلحات المذكورة أعلاه التي تؤديها طبقة الشبكة:

  • معالجة - يحتفظ بكل من عناوين المصدر والوجهة في رأس الإطار. تقوم طبقة الشبكة بإجراء العنونة لمعرفة الأجهزة المحددة على الشبكة.
  • التعبئة والتغليف - تعمل طبقة الشبكة على تحويل الحزم الواردة من طبقتها العليا. يتم إنجاز هذه الميزة بواسطة بروتوكول الإنترنت (IP).
  • التوجيه - نظرًا لكونها الوظيفة الرئيسية ، تختار طبقة الشبكة أفضل مسار لإرسال البيانات من نقطة المصدر إلى الوجهة.
  • الإنترنت - يعمل Internetworking على توصيل منطقي عبر أجهزة متعددة.

مشكلات تصميم طبقة الشبكة

تأتي طبقة الشبكة مع بعض مشكلات التصميم ويمكن وصفها على النحو التالي:

1). تبديل حزم التخزين وإعادة التوجيه

هنا ، العناصر الرئيسية هي معدات الناقل (الاتصال بين أجهزة التوجيه عبر خطوط النقل) ومعدات العميل.

تبديل حزم التخزين وإعادة التوجيه

تحويل حزم التخزين وإعادة التوجيه

  • يحتوي H1 على اتصال مباشر بجهاز توجيه الناقل 'A' ، بينما يتم توصيل H2 بجهاز توجيه الناقل 'F' على اتصال LAN.
  • يتم توجيه أحد الموجهات الناقل 'F' إلى خارج معدات الناقل لأنه لا يخضع للناقل ، في حين أنه يعتبر بروتوكولات وبرامج وبناء.
  • تعمل شبكة التبديل هذه عندما يحدث نقل البيانات عندما ينقلها المضيف (H1) مع حزمة إلى جهاز التوجيه القريب من خلال LAN (أو) اتصال من نقطة إلى نقطة بشركة الاتصالات. يقوم الناقل بتخزين الحزمة حتى وصولها تمامًا وبالتالي يؤكد المجموع الاختباري.
  • ثم بعد ذلك ، يتم إرسال الحزمة عبر المسار حتى الوصول إلى H2.

2). الخدمات المقدمة لطبقة النقل

من خلال واجهة طبقة الشبكة / النقل ، تقدم طبقة الشبكة خدماتها إلى طبقة النقل. قد يصادف المرء سؤالًا عن نوع الخدمات التي توفرها طبقة الشبكة؟

لذلك ، سننتقل مع نفس الاستعلام ونكتشف الخدمات المقدمة.

تم تحديد الخدمات التي تقدمها طبقة الشبكة مع مراعاة بعض الأهداف. هؤلاء يكونون:

  • يجب ألا يعتمد تقديم الخدمات على تقنية جهاز التوجيه
  • تحتاج طبقة النقل إلى الحماية من النوع والرقم وطبولوجيا أجهزة التوجيه المتاحة.
  • تحتاج الشبكة التي تتناول طبقة النقل إلى اتباع سيناريو ترقيم ثابت أيضًا في اتصالات LAN و WAN.

ملحوظة: يأتي بعد ذلك سيناريو الاتصال الموجه أو غير المتصل

هنا ، هناك مجموعتان ممكنتان بناءً على الخدمات المقدمة.

غير متصل - هنا ، يتم تنفيذ التوجيه وإدخال الحزم في الشبكة الفرعية بشكل فردي. لا يلزم أي إعداد إضافي

المنحى الاتصال - يجب أن تقدم الشبكة الفرعية خدمة موثوقة ويتم إرسال جميع الحزم عبر مسار واحد.

3). تنفيذ الخدمة غير المتصلة

في هذا السيناريو ، يُطلق على الحزم مخططات بيانات ويُطلق على الشبكة الفرعية المقابلة اسم الشبكة الفرعية لمخطط البيانات. يكون التوجيه في الشبكة الفرعية لمخطط البيانات كما يلي:

الشبكة الفرعية لمخطط البيانات

الشبكة الفرعية لمخطط البيانات

جدول الحقيقة

جدول الحقيقة

عندما يكون حجم الرسالة المراد إرسالها 4 أضعاف حجم الحزمة ، تنقسم طبقة الشبكة إلى 4 حزم ثم ترسل كل حزمة إلى جهاز التوجيه 'A' من خلال بضعة بروتوكولات. يتم تزويد كل جهاز توجيه بجدول توجيه حيث يقرر نقاط الوجهة.
في الشكل أعلاه ، من الواضح أن الحزم من 'A' تحتاج إلى الإرسال إما إلى B أو C حتى عندما تكون الوجهة 'F'. تم توضيح جدول التوجيه لـ 'A' أعلاه بوضوح.

بينما في حالة الحزمة 4 ، يتم توجيه الحزمة من 'أ' إلى 'ب' ، حتى عقدة الوجهة هي 'F'. تختار الحزمة 'أ' إرسال الحزمة 4 عبر مسار مختلف عن المسارات الثلاثة الأولية. قد يحدث هذا بسبب الازدحام المروري على طول مسار ACE. لذلك

4). تنفيذ الخدمة الموجهة بالاتصال

هنا ، تعمل وظيفة الخدمة المهيأة للاتصال على الشبكة الفرعية الافتراضية. تقوم الشبكة الفرعية الافتراضية بعملية تجنب مسار جديد لكل إرسال حزمة. كبديل لذلك ، عندما يكون هناك اتصال ، يتم تحديد مسار من عقدة المصدر إلى عقدة الوجهة والحفاظ عليه في الجداول. يؤدي هذا المسار عمله في وقت الازدحام المروري.

في الوقت الذي يتم فيه تحرير الاتصال ، يتم أيضًا رفض الشبكة الفرعية الافتراضية. في هذه الخدمة ، تحمل كل حزمة معرّفها الخاص الذي يوضح العنوان الدقيق للدائرة الافتراضية. يوضح الرسم البياني أدناه ملف خوارزمية التوجيه في الشبكة الفرعية الافتراضية.

تنفيذ الخدمة الموجهة بالاتصال

تنفيذ الخدمة الموجهة بالاتصال

بروتوكولات توجيه طبقة الشبكة

توجد عدة أنواع من بروتوكولات توجيه الشبكة. جميع البروتوكولات موصوفة أدناه:

1). بروتوكول معلومات التوجيه

يتم تنفيذ هذا البروتوكول بشكل أساسي في شبكة LAN و WAN. هنا ، يتم تصنيفها على أنها بروتوكول بوابة داخلية داخلي لاستخدام خوارزمية متجه المسافات.

2). بروتوكول توجيه البوابة الداخلية

يستخدم هذا البروتوكول لتوجيه المعلومات الداخلية إلى النظام المستقل. الهدف الرئيسي من هذا البروتوكول هو القضاء على قيود RIP في الشبكات المعقدة. حتى أنه يدير مقاييس مختلفة لكل مسار جنبًا إلى جنب مع الاتساق وعرض النطاق الترددي وحمل التأخير. أكبر قفزة هي 255 ويتم إرسال تحديثات التوجيه بمعدل 90 ثانية.

3). افتح أقصر طريق أولا

يعتبر بروتوكول التوجيه النشط المستخدم في الغالب في بروتوكولات الإنترنت. على وجه الخصوص ، هو بروتوكول توجيه حالة الارتباط وينتقل إلى تصنيف بروتوكول البوابة الداخلية.

4). بروتوكول البوابة الخارجية

أفضل بروتوكول توجيه تم اختياره لنشاط الإنترنت هو بروتوكول البوابة الخارجية. لها سيناريو مختلف عند مقارنتها ببروتوكولات متجه المسافة والمسافة. يتبع هذا البروتوكول طوبولوجيا مثل شجرة.

5). بروتوكول العبارة الداخلية التوجيه المعزز

إنه بروتوكول توجيه متجه المسافات قيد التحسين في تحسين تقليل عدم الاستقرار في التوجيه الذي يحدث بعد تعديل الهيكل ، بالإضافة إلى استخدام النطاق الترددي وقدرة المعالجة. بشكل عام ، يعتمد التحسين على العمل المزدوج من SRI الذي يتأكد من العملية الخالية من الحلقات ويوفر مجالًا لتقاطع سريع.

6). بروتوكول البوابة

هذا البروتوكول مسؤول عن صيانة جدول شبكات بروتوكول الإنترنت التي تدير قدرة الشبكة على الاقتراب بين AS. يتم التعبير عن هذا في شكل بروتوكول متجه المسار. هنا ، لا يتم تنفيذ مقاييس IGP العامة ولكنها تتماشى مع القرارات اعتمادًا على المسار وقواعد الشبكة.

7). نظام وسيط إلى متوسط

يتم استخدام هذا في الغالب بواسطة أجهزة الشبكة حيث يقرر أفضل طريقة لإرسال مخطط البيانات ويطلق على معرف السيناريو هذا اسم التوجيه.

خدمات طبقة الشبكة

توفر طبقة الشبكة الخدمات التي تسمح للأجهزة الطرفية بتبادل المعلومات عبر الشبكة. لتحقيق ذلك ، فإنه يستخدم أربع عمليات حيث توجد هذه العمليات

  • معالجة الأجهزة الطرفية
  • التغليف
  • التوجيه
  • فك التغليف

مع جميع بروتوكولات التوجيه والأنواع والخدمات والأطر الأخرى ، تقف طبقة الشبكة بمثابة دعم كبير لنموذج OSI. تحتوي وظيفة طبقة الشبكة في كل جهاز توجيه. البروتوكولات الأكثر عمومية المتعلقة بطبقة الشبكة هي بروتوكول إنترنت و Netware IPX / SPX. نظرًا لأن طبقة الشبكة قيد التنفيذ من قبل العديد من المؤسسات ، تعرف على رؤى أعمق حول ما هي الأساليب التي ترتبط بها طبقة الشبكة؟