بروتوكول توجيه متجه المسافة
يُحدد بروتوكول توجيه متجه المسافة في شبكات البيانات أفضل مسار لحزم البيانات بناءً على المسافة. يقيس هذا البروتوكول المسافة بعدد أجهزة التوجيه التي يجب أن تمر بها الحزمة؛ حيث يُحسب كل جهاز توجيه كقفزة واحدة. كما تأخذ بعض بروتوكولات توجيه متجه المسافة في الحسبان زمن استجابة الشبكة وعوامل أخرى تؤثر على حركة البيانات على مسار معين. لتحديد أفضل مسار عبر الشبكة، تتبادل أجهزة التوجيه التي تستخدم بروتوكول توجيه متجه المسافة المعلومات فيما بينها، وعادةً ما تتضمن هذه المعلومات جداول التوجيه وعدد القفزات لشبكات الوجهة، وربما معلومات أخرى عن حركة البيانات. كما تتطلب بروتوكولات توجيه متجه المسافة من جهاز التوجيه إبلاغ جيرانه دوريًا بأي تغييرات في بنية الشبكة .
تستخدم بروتوكولات توجيه متجه المسافة خوارزمية بيلمان-فورد لحساب أفضل مسار. وهناك طريقة أخرى لحساب أفضل مسار عبر الشبكة تعتمد على تكلفة الرابط، ويتم تنفيذها من خلال بروتوكولات توجيه حالة الرابط .
يشير مصطلح "متجه المسافة" إلى حقيقة أن البروتوكول يتعامل مع متجهات ( مصفوفات ) المسافات إلى العقد الأخرى في الشبكة. كانت خوارزمية متجه المسافة هي خوارزمية التوجيه الأصلية لشبكة ARPANET ، وتم تطبيقها على نطاق أوسع في الشبكات المحلية باستخدام بروتوكول معلومات التوجيه (RIP).
ملخص
تستخدم بروتوكولات توجيه متجه المسافة خوارزمية بيلمان-فورد . في هذه البروتوكولات، لا يمتلك كل موجه معلومات كاملة عن بنية الشبكة . يُعلن كل موجه عن قيمة المسافة (DV) المحسوبة له للموجهات الأخرى، ويتلقى إعلانات مماثلة منها ما لم تُجرَ تغييرات على الشبكة المحلية أو من قِبل الموجهات المجاورة. باستخدام إعلانات التوجيه هذه، يُحدّث كل موجه جدول التوجيه الخاص به. في دورة الإعلان التالية، يُعلن الموجه عن معلومات مُحدّثة من جدول التوجيه الخاص به. تستمر هذه العملية حتى تستقر جداول التوجيه لكل موجه عند قيم ثابتة.
بعض هذه البروتوكولات تعاني من عيب بطء التقارب.
أمثلة على بروتوكولات توجيه متجه المسافة:
- بروتوكول معلومات التوجيه (RIP)
- بروتوكول معلومات التوجيه الإصدار 2 (RIPv2)
- بروتوكول معلومات التوجيه من الجيل التالي (RIPng)، وهو امتداد لبروتوكول RIP الإصدار 2 مع دعم IPv6
- بروتوكول توجيه البوابة الداخلية (IGRP)
- بروتوكول توجيه البوابة الداخلية المحسّن (EIGRP)
المنهجية
تُحدد أجهزة التوجيه التي تستخدم بروتوكول متجه المسافة المسافة بينها وبين الوجهة. ويُقاس أفضل مسار للبيانات عبر شبكة البيانات بعدد أجهزة التوجيه (القفزات) التي يجب أن تمر بها الحزمة للوصول إلى شبكة الوجهة. بالإضافة إلى ذلك، تأخذ بعض بروتوكولات متجه المسافة في الاعتبار معلومات أخرى متعلقة بحركة البيانات، مثل زمن استجابة الشبكة . ولتحديد أفضل مسار، تتبادل أجهزة التوجيه بانتظام المعلومات مع أجهزة التوجيه المجاورة، وعادةً ما تتضمن هذه المعلومات جدول التوجيه ، وعدد القفزات لشبكة الوجهة، وربما معلومات أخرى متعلقة بحركة البيانات. وتعتمد أجهزة التوجيه التي تُطبق بروتوكول متجه المسافة كليًا على المعلومات التي تُقدمها لها أجهزة التوجيه الأخرى، ولا تُقيّم بنية الشبكة . [ 1 ]
تقوم بروتوكولات متجه المسافة بتحديث جداول توجيه أجهزة التوجيه وتحديد المسار الذي ستُرسل عبره الحزمة من خلال القفزة التالية ، والتي تُمثل واجهة الخروج لجهاز التوجيه وعنوان IP الخاص بواجهة جهاز التوجيه المُستقبِل. تُعد المسافة مقياسًا لتكلفة الوصول إلى عقدة معينة. المسار الأقل تكلفة بين أي عقدتين هو المسار ذو أقصر مسافة.
تُجرى التحديثات دوريًا في بروتوكول توجيه متجه المسافة، حيث يُرسل جدول توجيه الموجه، كليًا أو جزئيًا، إلى جميع جيرانه المُهيئين لاستخدام نفس بروتوكول توجيه متجه المسافة. بمجرد حصول الموجه على هذه المعلومات، يُمكنه تعديل جدول توجيهه ليعكس التغييرات، ثم إبلاغ جيرانه بها. تُوصف هذه العملية بـ"التوجيه بالاعتماد على المعلومات الواردة من الموجهات الأخرى، ولا يُمكن للموجهات التحقق من صحتها ودقتها. تتوفر عدة ميزات تُساعد في معالجة عدم استقرار معلومات التوجيه ودقتها.
تطوير توجيه متجه المسافة
يُعدّ بروتوكول معلومات التوجيه (RIPv1) الإصدار الأول أقدم بروتوكول توجيه ، وأقدم بروتوكول يعتمد على متجه المسافة . وقد تمّ توحيد معايير RIPv1 رسميًا عام 1988. [ 2 ] يُحدّد هذا البروتوكول أقصر مسار عبر الشبكة بناءً على عدد القفزات، أي عدد أجهزة التوجيه التي يجب المرور بها للوصول إلى الشبكة الوجهة. يُعتبر RIP بروتوكول بوابة داخلية ، لذا يُمكن استخدامه في الشبكات المحلية (LAN) على أجهزة التوجيه الداخلية أو الحدودية. تتبادل أجهزة التوجيه التي تدعم RIPv1 جداول التوجيه الخاصة بها مع أجهزة التوجيه المجاورة عن طريق بثّ حزمة RIPv1 كل 30 ثانية إلى جميع الشبكات المتصلة. لا يُناسب RIPv1 الشبكات الكبيرة لأنه يُحدّد عدد القفزات بـ 15 قفزة. تمّ وضع هذا الحدّ لتجنّب حلقات التوجيه، ولكنه يعني أيضًا أن الشبكات المتصلة عبر أكثر من 15 جهاز توجيه ستكون غير قابلة للوصول. [ 3 ]
بروتوكول متجه المسافة المصمم للاستخدام في الشبكات واسعة النطاق (WAN) هو بروتوكول بوابة الحدود (BGP). يُعد BGP بروتوكول بوابة خارجية ، ولذلك يُطبّق على أجهزة التوجيه الحدودية والخارجية على الإنترنت . يتبادل BGP المعلومات بين أجهزة التوجيه عبر جلسة بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP). تحدد أجهزة التوجيه المُفعّلة لبروتوكول BGP أقصر مسار عبر الشبكة بناءً على مجموعة من العوامل الأخرى غير عدد القفزات. كما يمكن للمسؤولين تهيئة BGP لتفضيل مسارات معينة أو تجنبها. يُستخدم BGP من قِبل مزودي خدمات الإنترنت (ISPs) وشركات الاتصالات. [ 4 ]
من بين بروتوكولات متجه المسافة التي وُصفت بأنها هجينة، نظرًا لاستخدامها أساليب توجيه مرتبطة ببروتوكولات توجيه حالة الارتباط ، بروتوكول التوجيه الداخلي المحسن للبوابة (EIGRP) الخاص بشركة سيسكو. طُوّر هذا البروتوكول من قِبل سيسكو في ثمانينيات القرن الماضي، وصُمم لتحقيق تقارب أفضل وتقليل حركة مرور الشبكة بين أجهزة التوجيه مقارنةً ببروتوكول توجيه حالة الارتباط OSPF ( فتح أقصر مسار أولًا ). [ 5 ]
ومن الأمثلة الأخرى على بروتوكول توجيه متجه المسافة بروتوكول Babel .
مسألة العد إلى ما لا نهاية
لا تمنع خوارزمية بيلمان -فورد حدوث حلقات التوجيه ، وتعاني من مشكلة العد اللانهائي . تكمن المشكلة الأساسية في أنه إذا أخبر الجهاز A الجهاز B بوجود مسار إليه، فلا سبيل للجهاز B لمعرفة ما إذا كان هذا المسار يمر عبره. لتوضيح المشكلة، تخيل شبكة فرعية متصلة على النحو التالي: A–B–C–D–E–F، ولنفترض أن المقياس بين الموجهات هو "عدد القفزات". الآن، لنفترض أن الجهاز A أصبح خارج الخدمة. في عملية تحديث المتجه، يلاحظ الجهاز B أن المسار إلى A، الذي كان يبعد مسافة 1، معطل - أي أن B لا يتلقى تحديث المتجه من A. تكمن المشكلة في أن B يتلقى أيضًا تحديثًا من C، ولا يزال C غير مدرك لتعطل A - لذلك يخبر B أن A يبعد عنه قفزتين فقط (من C إلى B إلى A). بما أن B لا يعلم أن المسار من C إلى A يمر عبره (B)، فإنه يُحدّث جدوله بالقيمة الجديدة "من B إلى A = 2 + 1". لاحقًا، يُرسل B التحديث إلى C، ونظرًا لإمكانية الوصول إلى A عبر B (من وجهة نظر C)، يقرر C تحديث جدوله إلى "C إلى A = 3 + 1". ينتشر هذا التحديث ببطء عبر الشبكة حتى يصبح لانهائيًا (وفي هذه الحالة، تُصحح الخوارزمية نفسها، نظرًا لخاصية الاسترخاء في خوارزمية بيلمان-فورد).
الحلول البديلة
يستخدم بروتوكول RIP تقنية تقسيم الأفق مع عكس السم لتقليل احتمالية تكوّن الحلقات، ويستخدم عددًا أقصى من القفزات لمواجهة مشكلة "العد إلى ما لا نهاية". تتجنب هذه الإجراءات تكوّن حلقات التوجيه في بعض الحالات، وليس جميعها. [ 6 ] يؤدي إضافة فترة انتظار (رفض تحديثات المسار لبضع دقائق بعد سحب المسار) إلى تجنب تكوّن الحلقات في جميع الحالات تقريبًا، ولكنه يتسبب في زيادة ملحوظة في أوقات التقارب.
في الآونة الأخيرة، تم تطوير عدد من بروتوكولات متجه المسافة الخالية من الحلقات، ومن أبرز الأمثلة عليها EIGRP و DSDV و Babel . تتجنب هذه البروتوكولات تكوين الحلقات في جميع الحالات، ولكنها تعاني من زيادة في التعقيد، وقد تباطأ انتشارها بسبب نجاح بروتوكولات توجيه حالة الارتباط مثل OSPF .
مثال
لدينا في هذه الشبكة 4 أجهزة توجيه A و B و C و D:
نُشير إلى الوقت الحالي (أو التكرار) في الخوارزمية بالرمز T، ونبدأ (عند الوقت 0، أو T=0) بإنشاء مصفوفات المسافة لكل موجه إلى جيرانه المباشرين. أثناء بناء جداول التوجيه أدناه، يُظلل أقصر مسار باللون الأخضر، ويُظلل أقصر مسار جديد باللون الأصفر. تشير الأعمدة الرمادية إلى العقد التي ليست جيرانًا للعقدة الحالية، وبالتالي لا تُعتبر اتجاهًا صالحًا في جدولها. يشير اللون الأحمر إلى الإدخالات غير الصالحة في الجدول لأنها تُشير إلى المسافات من عقدة إلى نفسها، أو عبر نفسها.
| T=0 |
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| في هذه المرحلة، تمتلك جميع أجهزة التوجيه (أ، ب، ج، د) مسارات أقصر جديدة لقيمة التوجيه الخاصة بها (قائمة المسافات من جهاز توجيه إلى آخر عبر جهاز مجاور). يقوم كل جهاز توجيه ببث قيمة التوجيه الجديدة هذه إلى جميع جيرانه: من أ إلى ب وج، ومن ب إلى ج وأ، ومن ج إلى أ وب ود، ومن د إلى ج. وبمجرد أن يتلقى كل جار هذه المعلومات، يقوم بإعادة حساب أقصر مسار باستخدامها. على سبيل المثال: يتلقى A قيمة DV من C تُخبره بوجود مسار عبر C إلى D، بمسافة (أو تكلفة) 5. بما أن أقصر مسار حالي إلى C هو 23، فإن A يعلم أن لديه مسارًا إلى D بتكلفة 23 + 5 = 28. ولأنه لا توجد مسارات أقصر أخرى يعرفها A، فإنه يعتبر هذه القيمة تقديره الحالي لأقصر مسار من A إلى D، عبر C. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| T=1 |
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| مرة أخرى، اكتسبت جميع أجهزة التوجيه في التكرار الأخير (عند T=1) "مسارات أقصر" جديدة، لذلك تقوم جميعها ببث قيم DV الخاصة بها إلى جيرانها؛ وهذا يدفع كل جار إلى إعادة حساب أقصر مسافاته مرة أخرى. على سبيل المثال: يتلقى A قيمة DV من B تُخبره بوجود مسار عبر B إلى D، بمسافة (أو تكلفة) 7. بما أن "أقصر مسار" حالي إلى B هو 3، فإن A يعلم أن لديه مسارًا إلى D بتكلفة 7 + 3 = 10. هذا المسار إلى D بطول 10 (عبر B) أقصر من "أقصر مسار" حالي إلى D بطول 28 (عبر C)، لذا يصبح هو "أقصر مسار" جديد إلى D. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| T=2 |
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| في هذه الحالة، يمتلك الموجهان A وD فقط أقصر المسارات الجديدة لبيانات التوجيه الخاصة بهما. لذا، يقومان ببث بيانات التوجيه الجديدة إلى جيرانهما: يبث A إلى B وC، ويبث D إلى C. يؤدي هذا إلى إعادة حساب أقصر المسارات لكل جار يستقبل بيانات التوجيه الجديدة. ومع ذلك، بما أن المعلومات الواردة من بيانات التوجيه لا تُنتج أي مسارات أقصر مما هو موجود بالفعل في جداول التوجيه الخاصة بها، فلا توجد أي تغييرات على جداول التوجيه. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| T=3 |
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| لا يوجد لدى أي من أجهزة التوجيه مسارات أقصر جديدة للبث. لذلك، لا يتلقى أي منها أي معلومات جديدة قد تُغير جداول التوجيه الخاصة بها. تتوقف الخوارزمية. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مراجع
- ↑ تامارا دين ( 2009). دليل Network+ للشبكات . سينجايج ليرنينج. ص 274. ISBN 9781423902454.
- ↑ سي. هيدريك (يونيو 1988). بروتوكول معلومات التوجيه . مجموعة عمل الشبكة. doi : 10.17487/RFC1058 . RFC 1058 .تاريخي. تم تحديثه بواسطة RFC 1388 و 1723 .
- ↑ تامارا دين ( 2009). دليل Network+ للشبكات . سينجايج ليرنينج. ص 274. ISBN 9781423902454.
- ↑ تامارا دين (2009). دليل Network+ للشبكات . سينجايج ليرنينج. الصفحات 274-275 . ISBN 9781423902454.
- ↑ تامارا دين ( 2009). دليل Network+ للشبكات . سينجايج ليرنينج. ص 275. ISBN 9781423902454.
- ↑ سي. هيدريك (يونيو 1988). بروتوكول معلومات التوجيه . مجموعة عمل الشبكة. doi : 10.17487/RFC1058 . RFC 1058 .تاريخي. القسم 2.2.2. تم تحديثه بواسطة RFC 1388 و 1723 .
- جي. مالكين (نوفمبر 1998). بروتوكول RIP الإصدار 2. مجموعة عمل الشبكة. doi : 10.17487/RFC2453 . STD 53. RFC 2453 .المعيار 53 للإنترنت. يلغي المعيارين RFC 1723 و 1388. تم تحديثه بواسطة المعيار RFC 4822 .
- "خوارزمية إيجاد المسار للتوجيه الخالي من الحلقات"، جي جي غارسيا لونا أسيفيس وإس مورثي، معاملات IEEE/ACM في الشبكات، فبراير 1997
- "الكشف عن إعلانات التوجيه غير الصالحة في بروتوكول RIP"، د. باي، د. ماسي، و ل. تشانغ، مؤتمر IEEE العالمي للاتصالات (Globecom)، ديسمبر 2003
للمزيد من القراءة
- القسم "حالة الارتباط مقابل متجه المسافة" مؤرشف بتاريخ 14-12-2010 في Wayback Machine في الفصل "أساسيات التوجيه" في "دليل تقنية الشبكات" من Cisco
- القسم 5.2 "خوارزميات التوجيه" في الفصل "5 طبقة الشبكة" من كتاب "شبكات الحاسوب" الطبعة الخامسة، تأليف أندرو س. تانينباوم وديفيد ج. ويذرال
- بروتوكولات التوجيه
- خوارزميات التوجيه