بروتوكول توجيه حالة الارتباط

تُعدّ بروتوكولات توجيه حالة الارتباط إحدى الفئتين الرئيسيتين لبروتوكولات التوجيه المستخدمة في شبكات تبديل الحزم لاتصالات الحاسوب ، والفئة الأخرى هي بروتوكولات توجيه متجه المسافة . ^{[ 1 ]} ومن أمثلة بروتوكولات توجيه حالة الارتباط بروتوكول OSPF ( فتح أقصر مسار أولاً ) وبروتوكول IS-IS ( نظام وسيط إلى نظام وسيط ). ^{[ 2 ]}

يُنفَّذ بروتوكول حالة الارتباط بواسطة كل عقدة تحويل في الشبكة (أي العقد المُهيأة لإعادة توجيه الحزم؛ وتُسمى هذه العقد في الإنترنت بالموجهات ). ^{[ 3 ]} ويتمثل المفهوم الأساسي لتوجيه حالة الارتباط في أن كل عقدة تُنشئ خريطة للاتصال بالشبكة على شكل رسم بياني ، يُبين أي العقد متصلة بأي عقد أخرى. ^{[ 4 ]} ثم تحسب كل عقدة بشكل مستقل أفضل مسار منطقي تالٍ من موقعها إلى كل وجهة ممكنة في الشبكة. ^{[ 5 ]} وتُشكل كل مجموعة من أفضل المسارات جدول توجيه كل عقدة . ^{[ 6 ]}

يختلف هذا عن بروتوكولات توجيه متجه المسافة، التي تعمل من خلال مشاركة كل عقدة جدول التوجيه الخاص بها مع جيرانها. في بروتوكول حالة الارتباط، تقتصر المعلومات المتبادلة بين العقد على معلومات الاتصال . ^{[ 7 ]} تُوصف خوارزميات حالة الارتباط أحيانًا بشكل غير رسمي بأن كل موجه "يُخبر العالم عن جيرانه". ^{[ 8 ]}

في بروتوكولات توجيه حالة الارتباط، يمتلك كل موجه معلومات حول بنية الشبكة الكاملة . ثم يقوم كل موجه بشكل مستقل بحساب أفضل قفزة تالية من هذه المعلومات لكل وجهة محتملة في الشبكة باستخدام المعلومات المحلية للبنية. وتشكل مجموعة أفضل القفزات التالية جدول التوجيه.

يختلف هذا عن بروتوكولات توجيه متجه المسافة ، التي تعمل من خلال مشاركة كل عقدة لجدول التوجيه الخاص بها مع جيرانها. في بروتوكول حالة الارتباط، المعلومات الوحيدة التي يتم تبادلها بين العقد هي المعلومات المستخدمة لإنشاء خرائط الاتصال.

يُعتقد أن أول شبكة توجيه تكيفية للحواسيب، باستخدام توجيه حالة الارتباط، صُممت ونُفذت خلال الفترة 1976-1977 من قِبل فريق من شركة بليسي رادار بقيادة برنارد جيه هاريس؛ وكان المشروع مخصصًا لنظام "ويفيل" - وهو نظام قيادة وتحكم حاسوبي للجيش البريطاني . نُشر أول مفهوم لتوجيه حالة الارتباط عام 1979 من قِبل جون إم. ماكويلان (الذي كان يعمل آنذاك في شركة بولت، بيرانيك ونيومان ) كآلية لحساب المسارات بسرعة أكبر عند تغير ظروف الشبكة، مما يؤدي إلى توجيه أكثر استقرارًا. ^{[ 9 ] [ 10 ]} 

تم لاحقًا تكييف هذه التقنية لاستخدامها في بروتوكولات توجيه حالة الارتباط المعاصرة IS-IS وOSPF. تشير منشورات سيسكو إلى بروتوكول توجيه البوابة الداخلية المحسّن (EIGRP) باعتباره بروتوكولًا "هجينًا" ^{[ 11 ]} ، على الرغم من أنه يوزع جداول التوجيه بدلًا من خرائط الطوبولوجيا. ومع ذلك، فإنه يقوم بمزامنة جداول التوجيه عند بدء التشغيل كما يفعل OSPF، ويرسل تحديثات محددة فقط عند حدوث تغييرات في الطوبولوجيا.

في عام 2004، اقترحت راديا بيرلمان استخدام توجيه حالة الارتباط لإعادة توجيه الإطارات في الطبقة الثانية باستخدام أجهزة تُسمى جسور التوجيه ، أو جسور R. وقد قامت فرقة عمل هندسة الإنترنت بتوحيد بروتوكول الربط الشفاف للعديد من الروابط (TRILL) لتحقيق ذلك. ^{[ 12 ]}

في الآونة الأخيرة، طُبقت هذه التقنية الهرمية على شبكات المش اللاسلكية باستخدام بروتوكول توجيه حالة الارتباط المُحسَّن (OLSR). في حال تفاوت جودة الاتصال، يُمكن استخدام جودة الاتصال لاختيار اتصالات أفضل. يُستخدم هذا في بعض بروتوكولات التوجيه المخصصة التي تعتمد على إرسال الترددات الراديوية.

تتمثل المرحلة الرئيسية الأولى في خوارزمية حالة الارتباط في تزويد كل عقدة بخريطة للشبكة. ويتم ذلك عبر عدة خطوات فرعية. أولًا، تحتاج كل عقدة إلى تحديد المنافذ الأخرى المتصلة بها عبر روابط عاملة بالكامل؛ ويتم ذلك باستخدام بروتوكول إمكانية الوصول الذي تُشغّله دوريًا وبشكل منفصل مع كل جار من جيرانها المتصلين بها مباشرةً.

تقوم كل عقدة بشكل دوري (وفي حالة حدوث تغييرات في الاتصال) بإرسال رسالة قصيرة، وهي إعلان حالة الارتباط ، والتي:

• يحدد العقدة التي تنتجها.
• يحدد جميع العقد الأخرى (سواء كانت أجهزة توجيه أو شبكات) التي يتصل بها مباشرة.
• يتضمن "رقم تسلسلي"، والذي يزداد في كل مرة تقوم فيها عقدة المصدر بإنشاء نسخة جديدة من الرسالة .

تُرسل هذه الرسالة إلى جميع عُقد الشبكة. وكخطوة تمهيدية ضرورية، تحتفظ كل عُقدة في الشبكة، لكل جار من جيرانها ، برقم تسلسل آخر رسالة حالة ارتباط استلمتها من ذلك الجار. عند استلام إعلان حالة ارتباط في عُقدة ما، تبحث هذه العُقدة عن رقم التسلسل المُخزّن لديها لمصدر تلك الرسالة؛ فإذا كانت هذه الرسالة أحدث (أي تحمل رقم تسلسل أعلى)، تُحفظ، ويُحدّث رقم التسلسل، ثم تُرسل نسخة منها بدورها إلى كل جار من جيران تلك العُقدة. تُتيح هذه العملية بسرعة إرسال نسخة من أحدث إصدار من إعلان حالة الارتباط لكل عُقدة إلى جميع عُقد الشبكة.

تُنتج المجموعة الكاملة الرسم البياني لخريطة الشبكة. تُعاد حساب رسالة حالة الرابط التي تُقدم معلومات عن الجيران، ثم تُعمم على الشبكة كلما طرأ تغيير على الاتصال بين العقدة وجيرانها، على سبيل المثال، عند تعطل رابط.

تتمثل المرحلة الرئيسية الثانية في خوارزمية حالة الارتباط في إنشاء جداول التوجيه من خلال فحص الخرائط. يقوم كل عقدة بتشغيل خوارزمية بشكل مستقل على الخريطة لتحديد أقصر مسار من موقعها إلى كل عقدة أخرى في الشبكة؛ وعمومًا، يُستخدم أحد أشكال خوارزمية ديكسترا . تحتفظ كل عقدة ببنيتين بيانات: بنية بيانات شجرية تحتوي على العقد "المكتملة"، وقائمة بالعقد المرشحة . تبدأ الخوارزمية ببنيتي البيانات فارغتين؛ ثم تضيف العقدة نفسها إلى البنية الأولى. بعد ذلك، يقوم شكل من أشكال الخوارزمية الجشعة بما يلي بشكل متكرر:

• تُضاف جميع العقد المجاورة المتصلة مباشرةً بالعقدة إلى الشجرة (باستثناء أي عقد موجودة بالفعل في الشجرة أو قائمة المرشحين ). أما باقي العقد فتُضاف إلى القائمة الثانية ( قائمة المرشحين ).
• تُقارن كل عقدة في قائمة المرشحين بكل عقدة موجودة بالفعل في الشجرة. تُنقل العقدة المرشحة الأقرب إلى أي من العقد الموجودة في الشجرة إلى داخل الشجرة وتُلحق بالعقدة المجاورة المناسبة. عند نقل عقدة من قائمة المرشحين إلى الشجرة، تُزال من قائمة المرشحين ولا تُؤخذ في الاعتبار في التكرارات اللاحقة للخوارزمية.

تُكرر الخطوتان طالما بقيت أي عقد في قائمة المرشحين. (عندما لا تبقى أي عقد، تكون جميع العقد في الشبكة قد أُضيفت إلى الشجرة). تنتهي هذه العملية بشجرة تحتوي على جميع العقد في الشبكة. بالنسبة لأي عقدة وجهة معينة، فإن أفضل مسار لتلك الوجهة هو العقدة التي تمثل الخطوة الأولى من العقدة الجذرية، نزولاً على الفرع في شجرة أقصر مسار المؤدي إلى عقدة الوجهة المطلوبة.

عند حدوث أي تغيير في خريطة الاتصال، يصبح من الضروري إعادة حساب شجرة أقصر المسارات، ثم إعادة إنشاء جدول التوجيه. وقد اكتشفت شركة BBN Technologies طريقة لحساب الجزء من الشجرة الذي قد يكون تأثر بتغيير معين في الخريطة فقط.

إذا لم تعمل جميع العقد باستخدام نفس الخريطة تمامًا، فقد تتشكل حلقات توجيه . في أبسط صورها، تعتقد عقدتان متجاورتان أن الأخرى هي أفضل مسار إلى وجهة معينة. أي حزمة بيانات متجهة إلى تلك الوجهة وتصل إلى أي من العقدتين ستمر بينهما، ومن هنا جاءت التسمية. كما يمكن أن تشمل حلقات التوجيه أكثر من عقدتين.

قد يحدث هذا لأن كل عقدة تحسب شجرة أقصر مسار وجدول التوجيه الخاص بها دون التفاعل بأي شكل من الأشكال مع أي عقد أخرى. إذا بدأت عقدتان بخرائط مختلفة، فمن المحتمل أن تنشأ حلقات توجيه. في بعض الحالات، يمكن تفعيل الحلقات التفاضلية ضمن بيئة متعددة السحابات. كما يمكن لعقد الوصول المتغيرة عبر بروتوكول الواجهة تجاوز مشكلة عقد الوصول المتزامن. ^{[ 15 ]}

بروتوكول توجيه حالة الارتباط المُحسَّن (OLSR) هو بروتوكول توجيه مُحسَّن لحالة الارتباط، مُصمَّم خصيصًا لشبكات الجوال المخصصة (ويمكن استخدامه أيضًا في شبكات لاسلكية مخصصة أخرى ). ^{[ 16 ]} يتميز OLSR بنهجه الاستباقي، حيث يستخدم رسائل الترحيب ورسائل التحكم في الطوبولوجيا لنشر معلومات حالة الارتباط في شبكة الجوال المخصصة. باستخدام رسائل الترحيب، يكتشف كل عقد معلومات الجوار على بُعد قفزتين، ويختار مجموعة من نقاط الترحيل المتعددة (MPRs). تُميز نقاط الترحيل المتعددة OLSR عن بروتوكولات توجيه حالة الارتباط الأخرى. تستخدم كل عقدة معلومات الطوبولوجيا لحساب مسارات القفزة التالية لجميع العقد في الشبكة، وذلك باستخدام مسارات التوجيه الأقصر.

• 802.1aq أقصر مسار للربط

• القسم "حالة الارتباط مقابل متجه المسافة" في الفصل "أساسيات التوجيه" في "دليل تكنولوجيا الشبكات" من سيسكو