جسر الشبكة

جسر الشبكة هو جهاز في شبكات الحاسوب يُنشئ شبكة واحدة مُجمّعة من شبكات اتصال متعددة أو أجزاء شبكية . تُسمى هذه الوظيفة بربط الشبكات . ^{[ 1 ]} يختلف الربط عن التوجيه . يسمح التوجيه لشبكات متعددة بالتواصل بشكل مستقل مع الحفاظ على انفصالها، بينما يربط الربط شبكتين منفصلتين كما لو كانتا شبكة واحدة. ^{[ 2 ]} في نموذج OSI ، يتم الربط في طبقة ربط البيانات (الطبقة 2). ^{[ 3 ]} إذا كان جزء واحد أو أكثر من أجزاء الشبكة المربوطة لاسلكيًا ، يُعرف الجهاز باسم جسر لاسلكي .

تشمل الأنواع الرئيسية لتقنيات ربط الشبكات الربط البسيط، والربط متعدد المنافذ، والربط الشفاف أو الربط القائم على التعلم. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تستخدم تقنية الربط الشفاف جدولًا يُسمى قاعدة معلومات التوجيه للتحكم في توجيه الإطارات بين قطاعات الشبكة. يبدأ الجدول فارغًا، وتُضاف إليه إدخالات عند استقبال الجسر للإطارات. إذا لم يُعثر على عنوان الوجهة في الجدول، يُعاد توجيه الإطار إلى جميع منافذ الجسر الأخرى، مما يؤدي إلى إرسال الإطار إلى جميع القطاعات باستثناء القطاع الذي استُلم منه. من خلال هذه الإطارات المُرسلة، يستجيب جهاز مضيف على شبكة الوجهة، ويُنشأ إدخال في قاعدة بيانات التوجيه. تُستخدم عناوين المصدر والوجهة في هذه العملية: تُسجل عناوين المصدر في إدخالات الجدول، بينما تُبحث عناوين الوجهة في الجدول وتُطابق مع القطاع المناسب لإرسال الإطار إليه. ^{[ 6 ]} طورت شركة ديجيتال إكويبمنت (DEC) هذه التقنية في الأصل عام 1983 ^{[ 7 ]} ، وقدمت جهاز LANBridge 100 الذي طبقها عام 1986. ^{[ 8 ]}

في سياق جسر ثنائي المنافذ، يمكن اعتبار قاعدة معلومات التوجيه بمثابة قاعدة بيانات تصفية. يقرأ الجسر عنوان وجهة الإطار ويقرر إما توجيهه أو تصفيته. إذا حدد الجسر أن المضيف الوجهة يقع على جزء آخر من الشبكة، فإنه يوجه الإطار إلى ذلك الجزء. أما إذا كان عنوان الوجهة يقع على نفس الجزء الذي يقع عليه عنوان المصدر، فإن الجسر يقوم بتصفية الإطار، مانعًا إياه من الوصول إلى الشبكة الأخرى حيث لا حاجة إليه.

يمكن أن تعمل تقنية الربط الشفاف عبر أجهزة تحتوي على أكثر من منفذين. على سبيل المثال، لنفترض وجود جسر متصل بثلاثة مضيفين، A وB وC. يحتوي الجسر على ثلاثة منافذ. A متصل بالمنفذ 1، وB متصل بالمنفذ 2، وC متصل بالمنفذ 3. يرسل A إطارًا موجهًا إلى B عبر الجسر. يفحص الجسر عنوان المصدر للإطار، وينشئ مدخلًا لعنوان ورقم منفذ المضيف A في جدول التوجيه الخاص به. يفحص الجسر عنوان الوجهة للإطار، ولا يجده في جدول التوجيه، فيقوم ببثه إلى جميع المنافذ الأخرى: 2 و3. يستقبل المضيفان B وC الإطار. يفحص المضيف C عنوان الوجهة، ويتجاهل الإطار لعدم تطابقه مع عنوانه. يتعرف المضيف B على تطابق عنوان الوجهة، ويرسل ردًا إلى A. في مسار العودة، يضيف الجسر مدخلًا لعنوان ورقم منفذ B إلى جدول التوجيه الخاص به. يحتوي الجسر بالفعل على عنوان الجهاز A في جدول التوجيه الخاص به، لذا فهو يُعيد توجيه الاستجابة إلى المنفذ 1 فقط. لا يتم تحميل الجهاز C أو أي أجهزة أخرى على المنفذ 3 بالاستجابة. أصبح الاتصال ثنائي الاتجاه ممكنًا الآن بين A وB دون أي إغراق إضافي للشبكة. الآن، إذا أرسل A إطارًا موجهًا إلى C، فسيتم استخدام الإجراء نفسه، ولكن هذه المرة لن يُنشئ الجسر مدخلًا جديدًا في جدول التوجيه لعنوان/منفذ A لأنه قد فعل ذلك بالفعل.

يُطلق على عملية الربط اسم الربط الشفاف عندما لا يتغير تنسيق الإطار وعنونته بشكل جوهري. أما الربط غير الشفاف فيُستخدم تحديدًا عندما لا تتوافق أنظمة عنونة الإطارات على جانبي الجسر، كما هو الحال بين ARCNET ذي العنونة المحلية وشبكة إيثرنت التي تستخدم عناوين MAC وفقًا لمعيار IEEE ، مما يستلزم ترجمة هذه العناوين. مع ذلك، غالبًا ما يتم توجيه هذه الشبكات غير المتوافقة بين بعضها البعض، وليس ربطها.

يربط الجسر البسيط بين جزأين من الشبكة، ويعمل عادةً بشفافية تامة، ويتخذ قراره بشأن إعادة توجيه كل إطار على حدة من شبكة إلى أخرى. ويُستخدم عادةً أسلوب التخزين وإعادة التوجيه ، حيث يتم التحقق من سلامة الإطار في الشبكة المصدر، وتُراعى تأخيرات CSMA/CD في الشبكة الوجهة. وعلى عكس المُكرِّرات التي تُوسِّع ببساطة أقصى مدى للجزء، فإن الجسور لا تُعيد توجيه سوى الإطارات اللازمة لعبور الجسر. إضافةً إلى ذلك، تُقلِّل الجسور من التصادمات بإنشاء نطاق تصادم منفصل على جانبي الجسر.

يربط جسر المنافذ المتعددة شبكات متعددة ويعمل بشفافية لتحديد ما إذا كان سيتم توجيه حركة البيانات على أساس كل إطار على حدة . بالإضافة إلى ذلك، يجب على جسر المنافذ المتعددة تحديد وجهة توجيه حركة البيانات. ومثل الجسر البسيط، يستخدم جسر المنافذ المتعددة عادةً عملية التخزين والتوجيه. وتُعد وظيفة جسر المنافذ المتعددة أساسًا لمحولات الشبكة .

تكون قاعدة معلومات التوجيه المخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي للمحتوى (CAM) فارغة في البداية. لكل إطار إيثرنت مُستلم ، يتعرف المحول على عنوان MAC المصدر للإطار ويضيفه مع مُعرّف الواجهة إلى قاعدة معلومات التوجيه. ثم يُعيد توجيه الإطار إلى الواجهة الموجودة في ذاكرة الوصول العشوائي للمحتوى (CAM) بناءً على عنوان MAC الوجهة للإطار. إذا كان عنوان الوجهة غير معروف، يُرسل المحول الإطار عبر جميع الواجهات (باستثناء واجهة الإدخال). يُسمى هذا السلوك بالبث الأحادي .

بمجرد أن يتعرف الجسر على عناوين العقد المتصلة به، يقوم بإعادة توجيه إطارات طبقة ربط البيانات باستخدام طريقة إعادة توجيه من الطبقة الثانية. يوجد أربع طرق لإعادة التوجيه يمكن للجسر استخدامها، وكانت الطرق من الثانية إلى الرابعة منها طرقًا لتحسين الأداء عند استخدامها على منتجات المحولات ذات عرض النطاق الترددي نفسه لمنافذ الإدخال والإخراج.

1. التخزين والتوجيه : يقوم المحول بتخزين كل إطار مؤقتًا والتحقق منه قبل إعادة توجيهه؛ يتم استلام الإطار بالكامل قبل إعادة توجيهه.
2. التوجيه المباشر : يبدأ المحول بإعادة التوجيه بعد استلام عنوان وجهة الإطار. لا يوجد فحص للأخطاء في هذه الطريقة. عندما يكون منفذ الإخراج مشغولاً، يعود المحول إلى وضع التخزين وإعادة التوجيه. كذلك، يُستخدم وضع التخزين وإعادة التوجيه عادةً عندما يكون معدل نقل البيانات في منفذ الإخراج أسرع من معدل نقل البيانات في منفذ الإدخال.
3. تقنية الإرسال بدون تجزئة : هي طريقة تجمع بين مزايا تقنيتي التخزين والتوجيه، مع إمكانية التجاوز. تتحقق هذه التقنية من أول 64 بايت من الإطار، حيث تُخزَّن معلومات العنونة . وفقًا لمواصفات الإيثرنت، يُفترض اكتشاف التصادمات خلال أول 64 بايت من الإطار، لذا لن تُعاد توجيه عمليات إرسال الإطارات التي تُجهض بسبب تصادم. أما التحقق من صحة البيانات الفعلية في الحزمة، فيُترك للجهاز النهائي.
4. التبديل التكيفي : طريقة للاختيار التلقائي بين الأوضاع الثلاثة الأخرى. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

إذا تم توصيل جسور الشبكة بطريقة تُشكّل مسارات زائدة أو حلقات متداخلة، فإن إطارات البث ستدور عبر الشبكة بشكل متكرر لا نهائي، مما يؤدي إلى توقفها. يجب معالجة هذه المشكلة باستخدام بروتوكول الشجرة الممتدة أو خوارزمية توجيه أكثر ذكاءً مثل بروتوكول أقصر مسار للربط أو TRILL .

• ربط الصوت والفيديو – مواصفات البث المتزامن منخفض زمن الوصول 
• معيار IEEE 802.1D – وهو معيار يتضمن الربط، وبروتوكول الشجرة الممتدة، وغيرها. 
• معيار IEEE 802.1Q – معيار شبكات IEEE الذي يدعم الشبكات المحلية الظاهرية (VLANs) 
• معيار IEEE 802.1ah-2008 - معيار الربط عبر شبكة مزود الخدمة. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه. 
• الوضع المختلط – وضع وحدة تحكم واجهة الشبكة الذي يتجسس على الرسائل الموجهة للآخرين