دائرة افتراضية

الدائرة الافتراضية ( VC ) هي وسيلة لنقل البيانات عبر شبكة بيانات، تعتمد على تبديل الحزم ، حيث يتم أولاً إنشاء اتصال عبر الشبكة بين نقطتي نهاية. وبدلاً من حجز معدل بيانات ثابت لكل اتصال كما هو الحال في تبديل الدوائر ، تستفيد الشبكة من خاصية التعدد الإحصائي على روابط الإرسال، وهي ميزة أساسية في تبديل الحزم.

يفرض معيار X.25 لعام 1978 ، الخاص بالدوائر الافتراضية، ضوابط تدفق على مستوى كل اتصال عند جميع واجهات المستخدم بالشبكة والشبكات فيما بينها. يسمح هذا المعيار بالمشاركة في التحكم في الازدحام ويقلل من احتمالية فقدان الحزم في الشبكات ذات الأحمال العالية. ^{[ 1 ] [ 2 ]} توفر بعض بروتوكولات الدوائر خدمة اتصال موثوقة من خلال إعادة إرسال البيانات عند اكتشاف الأخطاء وطلب إعادة الإرسال التلقائي (ARQ).

قبل استخدام الدائرة الافتراضية، يجب إنشاؤها بين عقد الشبكة في مرحلة إعداد المكالمة . وبمجرد إنشائها، يمكن تبادل تدفق البتات أو تدفق البايتات بين العقد، مما يوفر تجريدًا من التقسيم منخفض المستوى إلى وحدات بيانات البروتوكول ، ويتيح للبروتوكولات عالية المستوى العمل بشفافية.

تُعد شبكات مخططات البيانات بديلاً لشبكات الدوائر الافتراضية .

قدّم بول باران مفهوم الدوائر الافتراضية عام 1962. ^{[ 3 ]} كانت شبكة أربانت (ARPANET) تُعرف لاحقًا بشبكة الدوائر الافتراضية، ^{[ 4 ]} مع مراعاة شرط أنه لكل اتصال، لا يمكن أن تكون سوى رسالة واحدة قيد النقل في الشبكة، مع الحفاظ على الترتيب التسلسلي للرسائل من البداية إلى النهاية. ^{[ 5 ]} في أوائل سبعينيات القرن العشرين، طوّر مكتب البريد البريطاني مفهوم "المكالمات الافتراضية" لشبكته التجريبية EPSS، لكن البروتوكولات كانت معقدة ومحدودة. ^{[ 6 ] [ 7 ]} قام ريمي ديبري بصياغة مفهوم الدوائر الافتراضية رسميًا، وتحقق من صحته على شبكة RCP الفرنسية التجريبية مع فريقه في CNET . ^{[ 8 ]} قدّم هو وآخرون توصية X.25 إلى CCITT (التي تُعرف الآن باسم ITU-T)، والتي أصبحت بروتوكول الاتصال القياسي لشبكات البيانات العامة العالمية في سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يشبه الاتصال عبر الدوائر الافتراضية تبديل الدوائر ، فكلاهما يعتمد على الاتصال ، مما يعني أن البيانات تُسلّم في كلتا الحالتين بالترتيب الصحيح، ويتطلب إنشاء الاتصال وجود بيانات إضافية. مع ذلك، يوفر تبديل الدوائر معدل بت ثابتًا وزمن استجابة ثابتًا، بينما قد يختلف هذان العاملان في خدمة الدوائر الافتراضية تبعًا لعوامل مثل:

• أطوال طوابير حزم البيانات المتفاوتة في عقد الشبكة،
• معدل بت متغير يتم توليده بواسطة التطبيق،
• تغيير الحمل الناتج عن المستخدمين الآخرين الذين يتشاركون نفس موارد الشبكة عن طريق التعدد الإحصائي ، وما إلى ذلك.

في مجال الاتصالات ، تُعرف إمكانية الاتصال الافتراضي ، والتي تُسمى أحيانًا مرفق الاتصال الافتراضي ، بأنها ميزة خدمة تتضمن ما يلي:

• تحدد إجراءات إعداد المكالمة وإجراءات إنهاء المكالمة فترة الاتصال بين جهازي DTE يتم خلالها نقل بيانات المستخدم عبر شبكة تبديل الحزم
• يلزم التحكم في نقل الحزم من طرف إلى طرف داخل الشبكة
• قد يقوم مُنشئ المكالمة بتسليم البيانات إلى الشبكة قبل اكتمال مرحلة الوصول إلى المكالمة ، ولكن لا يتم تسليم البيانات إلى مُستقبل المكالمة إذا فشلت محاولة الاتصال.
• تقوم الشبكة بتسليم جميع بيانات المستخدم إلى متلقي المكالمة بنفس الترتيب الذي تستقبل به الشبكة البيانات.
• قد يكون لدى أجهزة DTE متعددة الوصول عدة مكالمات افتراضية قيد التقدم في نفس الوقت.

يُعد الاتصال غير المتصل باستخدام حزم البيانات نهجًا بديلًا للمكالمات الافتراضية . ^{[ 11 ]}

في أوائل سبعينيات القرن العشرين، طورت شركة بريتيش تيليكوم إمكانية الاتصال الافتراضي لنظام EPSS (بالاستناد إلى عمل دونالد ديفيز في المختبر الفيزيائي الوطني ). وقد عزز ريمي ديبريس هذا المفهوم ليصبح دوائر افتراضية لشبكة RCP التجريبية التابعة لشركة PTT الفرنسية . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

قد تعتمد بروتوكولات طبقة النقل الموجهة بالاتصال، مثل TCP ^{[ 15 ] [ 16 ]،} على بروتوكول طبقة الشبكة غير الموجه بالاتصال، مثل IP ، حيث يمكن توجيه الحزم المختلفة عبر مسارات مختلفة، وبالتالي تسليمها بترتيب غير صحيح. مع ذلك، من الممكن استخدام TCP كدائرة افتراضية ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]،} لأن TCP يتضمن ترقيمًا للقطاعات يسمح بإعادة ترتيب الحزم على جانب المُستقبِل لاستيعاب التسليم غير المُرتّب.

تعتمد بروتوكولات الدوائر الافتراضية في طبقة ربط البيانات وطبقة الشبكة على تبديل الحزم الموجه بالاتصال ، مما يعني أن البيانات تُنقل دائمًا عبر نفس مسار الشبكة، أي من خلال نفس العقد. ومن مزايا هذا الأسلوب مقارنةً بتبديل الحزم غير الموجه بالاتصال ما يلي:

• يدعم النظام حجز النطاق الترددي أثناء مرحلة إنشاء الاتصال، مما يضمن جودة الخدمة . على سبيل المثال، يمكن توفير فئة جودة خدمة بمعدل بت ثابت ، مما يؤدي إلى محاكاة تبديل الدوائر .
• يقلّ الحمل الزائد المطلوب لأن الحزم لا تُوجّه بشكل فردي، ولا تُقدّم معلومات العنونة الكاملة في رأس كل حزمة بيانات. يكفي فقط مُعرّف قناة افتراضية صغير (VCI) في كل حزمة. تُنقل معلومات التوجيه إلى عُقد الشبكة فقط خلال مرحلة إنشاء الاتصال.
• تتميز عقد الشبكة، نظريًا، بسرعتها العالية وسعتها الكبيرة، فهي عبارة عن محولات تقوم بالتوجيه فقط خلال مرحلة إنشاء الاتصال، بينما عقد الشبكة غير المتصلة هي عبارة عن موجهات تقوم بالتوجيه لكل حزمة على حدة. يقتصر التبديل على البحث عن مُعرّف القناة الافتراضية في جدول، بدلاً من تحليل عنوان كامل. يمكن تنفيذ المحولات بسهولة باستخدام دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASIC) ، بينما يُعد التوجيه أكثر تعقيدًا ويتطلب تنفيذًا برمجيًا. مع ذلك، ونظرًا لحجم سوق موجهات بروتوكول الإنترنت (IP)، ولأن موجهات IP المتقدمة تدعم التبديل على مستوى الطبقة الثالثة ، فقد تكون موجهات IP الحديثة اليوم أسرع من المحولات بالنسبة للبروتوكولات الموجهة للاتصال.

أمثلة على بروتوكولات طبقة النقل التي توفر دائرة افتراضية:

• يستخدم بروتوكول التحكم بالنقل (TCP) لإنشاء دائرة افتراضية موثوقة فوق بروتوكول الإنترنت (IP) الأساسي غير الموثوق وغير المتصل. تُحدد الدائرة الافتراضية بواسطة زوج عناوين مقبس الشبكة المصدر والوجهة ، أي عنوان IP للمرسل ورقم المنفذ للمستقبل. ولا يتم ضمان جودة الخدمة (QoS).
• بروتوكول نقل التحكم في التدفق (SCTP)، حيث يتم إنشاء دائرة افتراضية فوق بروتوكول IP.

أمثلة على بروتوكولات الدوائر الافتراضية لطبقة الشبكة وطبقة ربط البيانات، حيث يتم تسليم البيانات دائمًا عبر نفس المسار:

• في بروتوكول X.25 ، يتم تحديد القناة الافتراضية (VC) بواسطة مُعرّف القناة الافتراضية (VCI). يوفر بروتوكول X.25 اتصالاً موثوقاً بين العقد ويضمن جودة الخدمة (QoS).
• تقنية Frame Relay ، حيث يتم تحديد الدائرة الافتراضية بواسطة معرف اتصال الشبكة (DLCI). تُعتبر تقنية Frame Relay غير موثوقة، ولكنها قد توفر جودة خدمة مضمونة.
• في نمط النقل غير المتزامن (ATM)، تُعرَّف الدائرة بواسطة زوج من مُعرِّف المسار الافتراضي (VPI) ومُعرِّف القناة الافتراضية (VCI). توفر طبقة ATM دوائر افتراضية غير موثوقة، لكن بروتوكول ATM يضمن الموثوقية من خلال طبقة تكييف ATM (AAL) وطبقة التقارب الخاصة بالخدمة (SSCS) (مع أنها تستخدم مصطلحي "مضمون" و "غير مضمون" بدلاً من "موثوق" و "غير موثوق" ). ^{[ 19 ] [ 20 ]}
• خدمة الراديو العامة للحزم (GPRS)
• تُستخدم تقنية تحويل الملصقات متعددة البروتوكولات (MPLS) لنقل بروتوكول الإنترنت عبر الدوائر الافتراضية. ويتم تعريف كل دائرة بواسطة ملصق. ورغم أن MPLS غير موثوقة، إلا أنها توفر ثماني فئات مختلفة لجودة الخدمة (QoS).

تُنشأ الدوائر الافتراضية المُبدّلة ( SVCs ) عادةً لكل مكالمة على حدة، وتُفصل عند انتهاء المكالمة؛ ومع ذلك، يُمكن إنشاء دائرة افتراضية دائمة ( PVC ) كخيار لتوفير رابط دائرة مخصص بين موقعين. عادةً ما يُهيئ مُزود الخدمة إعدادات PVC مُسبقًا. على عكس SVCs، نادرًا ما تُفصل دوائر PVC.

الدائرة الافتراضية المُبدَّلة (SVC) هي دائرة افتراضية تُنشأ ديناميكيًا عند الطلب وتُزال عند اكتمال الإرسال، على سبيل المثال، بعد مكالمة هاتفية أو تنزيل ملف. تُستخدم الدوائر الافتراضية المُبدَّلة في الحالات التي يكون فيها نقل البيانات متقطعًا و/أو ليس دائمًا بين نفس نقاط نهاية معدات طرفية البيانات ( DTE ).

الدائرة الافتراضية الدائمة (PVC) هي دائرة افتراضية تُنشأ للاستخدام المتكرر/المستمر بين نفس جهاز DTE . في الدائرة الافتراضية الدائمة، يكون الارتباط طويل الأمد مطابقًا لمرحلة نقل البيانات في المكالمة الافتراضية . تُغني الدوائر الافتراضية الدائمة عن الحاجة إلى إنشاء المكالمات وإنهائها بشكل متكرر .

• تُستخدم تقنية Frame Relay عادةً لتوفير أنظمة الحماية من التسرب الإلكتروني (PVCs).
• توفر تقنية الصراف الآلي كلاً من الاتصالات الافتراضية المحولة والاتصالات الافتراضية الدائمة ، كما هو مسمى في مصطلحات الصراف الآلي.
• يوفر بروتوكول X.25 كلاً من المكالمات الافتراضية ودوائر الاتصال الدائمة (PVCs)، على الرغم من أن ليس كل مزودي خدمة X.25 أو تطبيقات DTE تدعم دوائر الاتصال الدائمة، حيث كان استخدامها أقل شيوعًا بكثير من دوائر الاتصال الافتراضية (SVCs).

• معرّف اتصال رابط البيانات (DLCI)
• تبديل الملصقات
• حروب البروتوكول
• تدفق البيانات (شبكات الحاسوب)

•  تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022.