جدولة الشبكة

الموسوعة الحرة
ترتيب الحزم في بنية بيانات FIFO (الأول في الأول خارج).

مُجدوِل الشبكة ، ويُسمى أيضًا مُجدوِل الحزم ، أو نظام إدارة الطوابير ( qdisc )، أو خوارزمية الطوابير ، هو مُحكِّم على عقدة في شبكة اتصالات تبديل الحزم . يُدير تسلسل حزم الشبكة في طوابير الإرسال والاستقبال الخاصة بمكدس البروتوكولات ووحدة تحكم واجهة الشبكة . تتوفر العديد من مُجدوِلات الشبكة لأنظمة التشغيل المختلفة، والتي تُطبِّق العديد من خوارزميات جدولة الشبكة الموجودة .

تحدد آلية جدولة الشبكة أي حزمة بيانات سيتم توجيهها تاليًا. ترتبط هذه الآلية بنظام طوابير، حيث يتم تخزين حزم البيانات مؤقتًا إلى حين إرسالها. قد تحتوي الأنظمة على طابور واحد أو عدة طوابير، وفي هذه الحالة قد يحتوي كل طابور على حزم بيانات من نوع تدفق أو تصنيف أو أولوية محددة.

في بعض الحالات، قد لا يكون من الممكن جدولة جميع عمليات الإرسال ضمن قيود النظام. في هذه الحالات، يكون مُجدوِل الشبكة مسؤولاً عن تحديد حركة البيانات التي يجب إعادة توجيهها وتلك التي يجب تجاهلها .

المصطلحات والمسؤوليات

قد يكون لمُجدوِل الشبكة مسؤولية تنفيذ مبادرات مُحددة للتحكم في حركة مرور الشبكة . يُعدّ التحكم في حركة مرور الشبكة مصطلحًا شاملًا لجميع التدابير التي تهدف إلى تقليل ازدحام الشبكة ، وزمن الاستجابة، وفقدان الحزم. على وجه التحديد، تُعرف إدارة قائمة الانتظار النشطة (AQM) بأنها إسقاط انتقائي لحزم الشبكة المُخزّنة في قائمة الانتظار لتحقيق الهدف الأكبر المتمثل في منع الازدحام المفرط للشبكة. يجب على المُجدوِل تحديد الحزم التي سيتم إسقاطها. يعمل تشكيل حركة المرور على تبسيط متطلبات عرض النطاق الترددي لتدفقات البيانات عن طريق تأخير إرسال الحزم عندما يتم تخزينها في قائمة الانتظار على دفعات. يُحدد المُجدوِل توقيت إرسال الحزم. جودة الخدمة (QoS) هي تحديد أولويات حركة المرور بناءً على فئة الخدمة ( الخدمات المُميزة ) أو الاتصال المحجوز ( الخدمات المُتكاملة ).

الخوارزميات

بمرور الوقت، تم تطوير العديد من آليات تنظيم طوابير الشبكة. توفر كل آلية منها إعادة ترتيب أو حذف حزم الشبكة داخل مخازن الإرسال أو الاستقبال المختلفة . [ 1 ] تُستخدم آليات تنظيم الطوابير عادةً كمحاولة للتعويض عن ظروف الشبكة المختلفة، مثل تقليل زمن الاستجابة لأنواع معينة من حزم الشبكة، وتُستخدم عمومًا كجزء من مقاييس جودة الخدمة. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

تتيح أنظمة إدارة الطوابير المصنفة إنشاء فئات، تعمل كأغصان في شجرة. ويمكن بعد ذلك وضع قواعد لتصفية الحزم وتوجيهها إلى كل فئة. ويمكن لكل فئة أن تُخصص لها أنظمة إدارة طوابير مصنفة أو غير مصنفة . ولا تسمح أنظمة إدارة الطوابير غير المصنفة بإضافة أنظمة إدارة طوابير أخرى إليها. [ 5 ]

تتضمن أمثلة الخوارزميات المناسبة لإدارة حركة مرور الشبكة ما يلي:

خوارزميات الانتظار
الخوارزميةاختصاريكتبدعم الأجهزة
خوارزمية معدل الخلية العامةGCRA
اختر واقتل التدفقات غير المستجيبةخنقبلا طبقات
تأخير مُتحكم بهكوديلبلا طبقات
التطبيقات الشائعة مع الحفاظ على التحسينات [ 6 ]كعكة
أبكر وقت إرسال أولاًصندوق المؤشرات المتداولةبلا طبقاتنعم
أسبقية الدخول، أسبقية الخروجFIFOبلا طبقات
نظام انتظار عادلFQبلا طبقات
نظام الانتظار العادل والتأخير المُتحكم بهFQ-CoDelبلا طبقات
نظام إدارة تدفق الطوابير مع وحدة تحكم تناسبية تكاملية محسّنةفطيرةبلا طبقات
الكشف المبكر العشوائي المعممجريدبلا طبقات
مرشح الضربة القاضية [ 7 ]HHFبلا طبقات
أولوية الطوابير المتعددةMQ-PRIOبلا طبقاتنعم
طابور متعددمتعددبلا طبقاتنعم
محاكي الشبكة [ 8 ]NETEMبلا طبقات
وحدة التحكم التناسبية التكاملية المحسنة [ 9 ]فطيرةبلا طبقات
الكشف المبكر العشوائيأحمربلا طبقات
أزرق ستوكاستيك عادلSFBبلا طبقات
نظام الانتظار العادل العشوائيSFQبلا طبقات
فلتر دلو الرموز المميزةTBFبلا طبقات
نظام الانتظار القائم على الفئاتسي بي كيوأنيق
مُشكِّل قائم على الائتمانسي بي إسأنيقنعم
جولة روبن بالعجز [ 10 ]الحد من مخاطر الكوارثأنيق
اختيار ناقل الحركة المحسّنETSأنيق
منحنى الخدمة العادلة الهرميHFSCأنيق
دلو الرموز الهرمي [ 11 ]HTBأنيق
أولويةPRIOأنيق
نظام الانتظار السريع والعادل [ 12 ]QFQأنيق
مُحدد الأولويات الواعي بالوقتتابريوأنيقنعم

تم تنفيذ العديد من العناصر المذكورة أعلاه كوحدات نواة لينكس [ 13 ] [ 14 ] وهي متاحة مجانًا .

ازدحام المخزن المؤقت

تُعدّ ظاهرة ازدحام المخزن المؤقت ظاهرةً في شبكات تبديل الحزم، حيث يؤدي التخزين المؤقت الزائد للحزم إلى زيادة زمن الاستجابة وتفاوت تأخير الحزم . ويمكن معالجة هذه الظاهرة من خلال مُجدوِل الشبكة الذي يتخلص استراتيجياً من الحزم لتجنب تراكمها بشكل غير ضروري. ومن الأمثلة على ذلك: CoDel و FQ-CoDel والكشف المبكر العشوائي .

التطبيقات

نواة لينكس

يُعد مُجدول حزم نواة لينكس جزءًا من حزمة الشبكة، إلى جانب netfilter و nftables و Berkeley Packet Filter .

يُعد مُجدول حزم نواة لينكس جزءًا لا يتجزأ من حزمة الشبكة الخاصة بنواة لينكس ، وهو يدير مخازن الإرسال والاستقبال الحلقية لجميع بطاقات الشبكة.

يتم تكوين مُجدول الحزم باستخدام الأداة المساعدة المسماة tc(اختصارًا للتحكم في حركة البيانات ). يستخدم مُجدول الحزم، كنظام افتراضي لتنظيم الطوابير، تطبيق FIFO يُسمى pfifo_fast ، [ 15 ] على الرغم من أن systemd منذ إصداره 217 يُغير نظام تنظيم الطوابير الافتراضي إلى fq_codel. [ 16 ]

تُمكّن الأدوات ifconfigالمساعدة ipمديري النظام من ضبط أحجام المخازن المؤقتة txqueuelenلكل rxqueuelenجهاز على حدة من حيث عدد إطارات الإيثرنت بغض النظر عن حجمها. تحتوي حزمة الشبكة في نواة لينكس على العديد من المخازن المؤقتة الأخرى، والتي لا يديرها مُجدول الشبكة. [ أ ]

يمكن ربط مرشحات Berkeley Packet Filter بمصنفات جدولة الحزم. وقد وسّعت وظيفة eBPF، التي أُضيفت مع الإصدار 4.1 من نواة لينكس عام 2015، نطاق مصنفات BPF الكلاسيكية القابلة للبرمجة لتشمل eBPF. [ 17 ] ويمكن تجميع هذه المصنفات باستخدام واجهة LLVM eBPF الخلفية، وتحميلها في نواة قيد التشغيل باستخدام tcالأداة المساعدة. [ 18 ]

BSD و OpenBSD

يُعدّ ALTQ تطبيقًا لمجدول الشبكة لأنظمة BSD . ابتداءً من إصدار OpenBSD 5.5، تم استبدال ALTQ بمجدول HFSC.

جدولة الشبكة اللاسلكية

تُدير مُجدولات الشبكات تخصيص الموارد، بما في ذلك تحديد أولويات الحزم وتوقيتها وتوزيعها. وتستفيد التطبيقات المتقدمة بشكل متزايد من الذكاء الاصطناعي لمعالجة تعقيدات تكوينات الشبكات الحديثة. على سبيل المثال، تم إدخال مُجدول قائم على شبكة عصبية مُشرفة في الشبكات اللاسلكية للتعامل بكفاءة مع التفاعلات بين وحدات الراديو المتعددة ومعدات المستخدم. يُقلل هذا النهج من التعقيد الحسابي مع تحسين زمن الاستجابة والإنتاجية وتخصيص الموارد، مما يجعله حلاً واعداً لشبكات ما بعد الجيل الخامس. [ 19 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ كان الحجم الإجمالي لجميع المخازن المؤقتة هو نقطة النقد من قبل مشروع Bufferbloat ، الذي قدم حلاً جزئياً باستخدام CoDel تم اختباره بشكل أساسي في OpenWrt .

مراجع

  1. ↑ "دليل تنظيم حركة المرور: قواعد تنظيم الطوابير بدون تصنيفات (qdiscs)" . tldp.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2013 .
  2. ↑ "دليل التحكم في حركة المرور: مكونات التحكم في حركة المرور في لينكس" . tldp.org . مؤرشف من الأصل في 18 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه في 24 نوفمبر 2013 .
  3. ↑ "دليل إدارة حركة المرور: العناصر التقليدية لإدارة حركة المرور" . tldp.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 مايو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2013 .
  4. ↑ "أنظمة الطوابير: ترتيب إرسال الحزم وإسقاطها" (ملف PDF) . tau.ac.il. 25 أكتوبر 2006. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 4 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 18 مارس 2014 .
  5. ↑ "التحكم المتقدم في حركة المرور - ArchWiki" . wiki.archlinux.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-09-2023 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-09-2023 .
  6. ↑ "دعهم يديرون الكعكة" . LWN.net . مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 نوفمبر 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 سبتمبر 2019 .
  7. ↑ "مرشح qdisc عالي الأداء" . kernel.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-02-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-07-2016 .
  8. ↑ "محاكي الشبكة، وحدة جدولة الشبكة في نواة لينكس" . kernel.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-02-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 07-09-2013 .
  9. ↑ "وحدة التحكم التناسبية التكاملية المحسّنة (PIE)" . kernel.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-02-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-07-2016 .
  10. ↑ "وحدة جدولة الشبكة لنواة لينكس DRR" . kernel.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 سبتمبر 2013 .
  11. ↑ "وحدة جدولة الشبكة لنواة لينكس HTB" . kernel.org . تم الاسترجاع في 2013-09-07 .
  12. ↑ "وحدة جدولة الشبكة لنواة لينكس QFQ" . kernel.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 سبتمبر 2013 .
  13. ↑ "مجدول الشبكة في نواة لينكس" . kernel.org . 2012-12-26 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-09-07 .
  14. ↑ "tc(8) - صفحة دليل لينكس" . man7.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2023-09-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-09-11 .
  15. ↑ "دليل التوجيه والتحكم المتقدم في حركة البيانات في لينكس، القسم 9.2.1. pfifo_fast" . lartc.org . 19-05-2012. مؤرشف من الأصل في 21-09-2014 . تم الاطلاع عليه في 19-09-2014 .
  16. ↑ "systemd مدير النظام والخدمات: ملف الأخبار" . freedesktop.org . 22-05-2015. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-12-2014 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-06-2015 .
  17. ↑ "نواة لينكس 4.1، القسم 11. الشبكات" . kernelnewbies.org . 21-06-2015. مؤرشف من الأصل في 16-10-2015 . تم الاطلاع عليه في 19-04-2016 .
  18. ↑ "دليل مرجعي لـ BPF وXDP" . موقع توثيق Cilium . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2018 .
  19. ↑ هوليهيل، يارا؛ مامان، جيل؛ حداد، زيون؛ شاشا، إيلي؛ بيرموتر، حاييم ح. (2025). "جدولة خلوية مدفوعة بالبيانات". شبكات مخصصة . 169 103738. إلسيفير. doi : 10.1016/j.adhoc.2025.103738 .