طبقة الشبكة  (network layer) هي الطبقة الثالثة (من الأسفل) في نموذج OSI (طبقات نموذج OSI). تهتم طبقة الشبكة بتسليم حزمة عبر شبكات متعددة. تعتبر طبقة الشبكة العمود الفقري لنموذج OSI. يختار ويدير أفضل مسار منطقي لنقل البيانات بين العقد. تحتوي هذه الطبقة على أجهزة مثل أجهزة التوجيه والجسور والجدران النارية والمفاتيح، ولكنها في الواقع تخلق صورة منطقية لمسار الاتصال الأكثر فعالية وتنفذها باستخدام وسيط فعلي. توجد بروتوكولات طبقة الشبكة في كل مضيف أو جهاز توجيه. يفحص جهاز التوجيه حقول الرأس لجميع حزم IP التي تمر عبره. بروتوكول الإنترنت و Netware IPX / SPX هما البروتوكولات الأكثر شيوعًا المرتبطة بطبقة الشبكة.

في نموذج OSI، تستجيب طبقة الشبكة للطلبات من الطبقة التي فوقها (transport layer) وتصدر الطلبات إلى الطبقة الموجودة أسفلها (datalink layer).

مقدمة ورأس مخطط بيانات IPv4

مسؤوليات طبقة الشبكة

  • إعادة توجيه الحزم (packet forwarding) / توجيه الحزم (routing of packets): ترحيل حزم البيانات من قطاع شبكة إلى آخر عن طريق العقد في شبكة الكمبيوتر
  • الاتصال غير المتصل (IP)(connectionless communication): طريقة نقل البيانات المستخدمة في شبكات تبديل الرزم حيث يتم معالجة كل وحدة بيانات بشكل منفصل وتوجيهها بناءً على المعلومات التي تحملها
  • تجزئة حزم البيانات (fragmentation): تقسيم حزم البيانات الكبيرة جدًا بحيث لا يمكن نقلها على الشبكة

أنواع تقنیات الشبکه

هناك نوعان من تقنيات نقل الشبكة، شبكة تبديل الدائرات وشبكة تبديل الحزمة.

تبديل الدائرة مقابل تبديل الحزمة

في شبكة تبديل الدارات، يتم تخصيص مسار واحد لنقل جميع حزم البيانات. بينما في حالة وجود شبكة بتبديل الحزم، يمكن إرسال كل حزمة عبر مسار مختلف للوصول إلى الوجهة.

في شبكة تبديل الدارات، يتم استلام حزم البيانات بالترتيب بينما في شبكة تبديل الحزم، قد يتم استلام حزم البيانات خارج الترتيب.

ينقسم تبديل الحزمة إلى دوائر افتراضية ومخطط بيانات.

IPv4

IPv4

IPv4 هو بروتوكول غير متصل يستخدم لشبكات تبديل الحزم. إنه يعمل على نموذج توصيل لأفضل جهد، حيث لا يتم ضمان التسليم، ولا يتم ضمان التسلسل الصحيح أو تجنب التسليم المكرر. الإصدار 4 من بروتوكول الإنترنت (IPv4) هو المراجعة الرابعة لبروتوكول الإنترنت وهو بروتوكول مستخدم على نطاق واسع في اتصالات البيانات عبر أنواع مختلفة من الشبكات. IPv4 هو بروتوكول غير متصل يستخدم في شبكات الطبقة بتبديل الحزم، مثل Ethernet. يوفر اتصالاً منطقيًا بين أجهزة الشبكة من خلال توفير تعريف لكل جهاز. هناك العديد من الطرق لتهيئة IPv4 مع جميع أنواع الأجهزة – بما في ذلك التكوينات اليدوية والتلقائية – اعتمادًا على نوع الشبكة.

تم تعريف IPv4 وتحديده في منشور IETF RFC 791.

يستخدم IPv4 عناوين 32 بت لاتصالات Ethernet في خمس فئات: A و B و C و D و E. تحتوي الفئات A و B و C على طول بت مختلف لمخاطبة مضيف الشبكة. عناوين الفئة D محجوزة للأغراض العسكرية، بينما عناوين الفئة E محجوزة للاستخدام في المستقبل. (مقدمة عن عنونة IP المصنفة)

يستخدم IPv4 معالجة 32 بت (4 بايت)، والتي تعطي 232 عنوانًا. تتم كتابة عناوين IPv4 بالتدوين ذي الفاصلة العشرية، والذي يتكون من أربع ثماني بتات من العنوان معبرًا عنها بشكل فردي في النظام العشري ومفصولة بنقاط، على سبيل المثال، 192.168.1.5.

رأس مخطط بيانات IPv4 (ipv4 datagram header)

حجم الرأس من 20 إلى 60 بايت.

رأس مخطط بيانات IPv4 (ipv4 datagram header)
  • الإصدار (version): إصدار بروتوكول IP  (4بتات)، وهو 4 لـ IPv4.
  • HLEN: طول رأس IP (4 بتات)، وهو عدد كلمات 32 بت في الرأس. الحد الأدنى لقيمة هذا الحقل هو 5 والحد الأقصى هو 15.
  • نوع الخدمة: تأخير منخفض، إنتاجية عالية، موثوقية (8 بتات).
  • الطول الإجمالي: طول الرأس + البيانات (16 بت)، والذي يبلغ الحد الأدنى للقيمة 20 بايت والحد الأقصى 65.535 بايت.
  • التعريف: معرف حزمة فريد لتحديد مجموعة أجزاء مخطط بيانات IP واحد (16 بت).
  • الأعلام: 3 أعلام من 1 بت لكل منها: بت محجوز (يجب أن يكون صفرًا)، علامة عدم تجزئة، علم مزيد من الأجزاء (نفس الترتيب).
  • إزاحة الجزء: يمثل عدد وحدات بايت البيانات قبل الجزء المعين في مخطط البيانات المحدد. محدد من حيث عدد 8 بايت، والذي تبلغ قيمته القصوى 65528 بايت.
  • الوقت للعيش: عمر مخطط البيانات (8 بتات)، يمنع مخطط البيانات من المرور عبر الشبكة عن طريق تقييد عدد القفزات التي اتخذتها الحزمة قبل تسليمها إلى الوجهة.
  • البروتوكول: اسم البروتوكول الذي سيتم تمرير البيانات إليه (8 بتات).
  • مجموع اختباري للرأس: مجموع اختباري للرأس 16 بت لفحص الأخطاء في رأس مخطط البيانات.
  • عنوان IP المصدر: 32 بت عنوان IP للمرسل.
  • عنوان IP للوجهة: عنوان IP 32 بت لجهاز الاستقبال.
  • الخيار: معلومات اختيارية مثل مسار المصدر وتسجيل المسار. يستخدم من قبل مسؤول الشبكة للتحقق مما إذا كان المسار يعمل أم لا.

نظرًا لوجود الخيارات، يمكن أن يكون حجم رأس مخطط البيانات متغير الطول (20 بايت إلى 60 بايت).

تجزئة مخطط بيانات IPv4 والتأخيرات

لماذا يلزم تجزئة مخطط بيانات IPv4؟

قد تحتوي الشبكات المختلفة على وحدة نقل قصوى مختلفة (MTU)، على سبيل المثال بسبب الاختلافات في تقنية LAN. عندما ترغب إحدى الشبكات في إرسال مخططات البيانات إلى شبكة بها وحدة MTU أصغر، فقد تتسبب أجهزة التوجيه الموجودة على المسار في تجزئة مخططات البيانات وإعادة تجميعها.

كيف يتم التجزؤ (Fragmentation)؟

عند استلام حزمة على جهاز التوجيه، يتم فحص عنوان الوجهة وتحديد MTU. إذا كان حجم الحزمة أكبر من MTU، وتم تعيين بت “عدم التجزئة DF” على 0 في الرأس، فسيتم تجزئة الحزمة إلى أجزاء وإرسالها واحدة تلو الأخرى. الحد الأقصى لحجم كل جزء هو MTU مطروحًا منه حجم رأس IP  (الحد الأدنى 20 بايت والحد الأقصى 60 بايت).

يتم تحويل كل جزء إلى حزمة وتحدث التغييرات التالية في رأس مخطط البيانات:

  • يتم تغيير حقل الطول الإجمالي إلى حجم الجزء.
  • تم تعيين بت الجزء الأكبر (بت MF) لجميع حزم الأجزاء باستثناء الحزمة الأخيرة.
  • يتم تعيين حقل إزاحة الجزء، بناءً على عدد الجزء الذي يتم تعيينه ووحدة الإرسال الكبرى.
  • يتم إعادة حساب المجموع الاختباري للرأس.

مثال: بالنسبة لحزمة بيانات تبلغ 4000 بايت و MTU تبلغ 1500 بايت، لدينا بيانات فعلية من 3980 بايت سيتم إرسالها و 1480 بايت هي الحد الأقصى لحجم البيانات المسموح بإرسالها. إذن، سيكون هناك 3 أجزاء:

-بالنسبة للجزء الأول، حجم البيانات = 1480 بايت ، الإزاحة = 0 وعلامة MF = 1
-بالنسبة للجزء الثاني، حجم البيانات = 1480 بايت، الإزاحة = 1480 وعلامة MF = 1
-وبالنسبة للجزء الثالث، حجم البيانات = 1020 بايت، الإزاحة = 2960 وعلامة MF = 0

نقطة مهمة يجب ملاحظتها هنا هي أن جميع الأجزاء سيكون لها نفس رقم التعريف، مما يشير إلى أن جميع الأجزاء تنتمي إلى نفس حزمة البيانات الأصلية.

التأخير

  • تأخير المعالجة: الوقت الذي تستغرقه أجهزة التوجيه لمعالجة رأس حزمة البيانات.
  • تأخير وضع قائمة الانتظار: الوقت الذي تستغرقه حزمة البيانات في قوائم انتظار التوجيه.
  • تاخير الإرسال: الوقت المستغرق لتحميل حزمة بيانات على قناة الإرسال

Dt = N / R

N: عدد البتات المطلوب إرسالها
R: معدل أو سرعة إرسال القناة

  • تأخر الانتشار: الوقت الذي تستغرقه حزمة البيانات للوصول من المصدر إلى الوجهة

موانئ دبي = D / S

D: المسافة بين المصدر والوجهة
S: هي سرعة التكاثر

منشور ذات صلة
TCP/IP 9 Minutes

ما هو TCP/IP؟

جاسم ناظري

يحدد TCP / IP كيفية تبادل البيانات عبر الإنترنت من خلال توفير اتصالات من طرف إلى طرف تحدد كيفية تقسيمها إلى حزم ومعالجتها وإرسالها وتوجيهها واستلامها في الوجهة.

لغة البرمجة ++C 7 Minutes

كيف ولدت لغة البرمجة ++C؟

جاسم ناظري

في أي نظام كبير، تجد عادةً C ++ في الأجزاء ذات المستوى الأدنى والأداء الحرج. وغالبًا ما لا يرى المستخدمون النهائيون أو حتى مطورو أجزاء أخرى من النظام مثل هذه الأجزاء من النظام ، لذلك أشير أحيانًا إلى cpp كأساس غير مرئي لكل شيء.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

السلة