مفتاح متعدد الطبقات

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

مفتاح متعدد الطبقات ( MLS ) هو جهاز شبكات حاسوبية يعمل على الطبقة الثانية من نموذج OSI مثل مفتاح الشبكة العادي ، ويوفر وظائف إضافية على الطبقات العليا من النموذج . وقد ابتكره مهندسون في شركة ديجيتال إكويبمنت [ 1 ] .

تُعدّ تقنيات التحويل أساسية في تصميم الشبكات ، إذ تسمح بتوجيه البيانات إلى حيثما دعت الحاجة في معظم الحالات، باستخدام أساليب سريعة تعتمد على الأجهزة. وتستخدم هذه التقنيات أنواعًا مختلفة من محولات الشبكة. يُعرف المحول القياسي بمحول الطبقة الثانية، وهو شائع في معظم الشبكات المحلية (LAN). أما محولات الطبقة الثالثة والرابعة، فتتطلب تقنية متقدمة (انظر: المحول المُدار )، وهي أغلى ثمنًا، ولذلك لا توجد عادةً إلا في الشبكات المحلية الكبيرة أو في بيئات شبكية متخصصة.

مفتاح متعدد الطبقات

يجمع التبديل متعدد الطبقات بين تقنيات التبديل من الطبقات 2 و3 و4، ويوفر قابلية توسع عالية السرعة مع زمن استجابة منخفض. يستطيع التبديل متعدد الطبقات نقل البيانات بسرعة فائقة ، كما يوفر توجيهًا من الطبقة 3. لا يوجد فرق في الأداء بين التوجيه في الطبقات المختلفة، لأن التوجيه والتبديل يعتمدان على مكونات مادية ، حيث تُتخذ قرارات التوجيه بواسطة دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASICs) باستخدام ذاكرة قابلة للعنونة بالمحتوى . [ 2 ] 

يمكن لتقنية التبديل متعدد الطبقات اتخاذ قرارات التوجيه والتبديل بناءً على ما يلي

  • عنوان MAC في إطار ربط البيانات
  • حقل البروتوكول في إطار ربط البيانات
  • عنوان IP في رأس طبقة الشبكة
  • حقل البروتوكول في رأس طبقة الشبكة
  • أرقام المنافذ في رأس طبقة النقل

تُطبّق أنظمة التبديل متعددة الطبقات (MLSs) جودة الخدمة (QoS) في مكوناتها المادية. يُمكن لأنظمة التبديل متعددة الطبقات تحديد أولويات الحزم باستخدام رمز الخدمة المُميزة (DSCP) المكون من 6 بتات . كانت هذه البتات الستة تُستخدم في الأصل لتحديد نوع الخدمة . تتوفر عادةً عمليات الربط الأربع التالية في أنظمة التبديل متعددة الطبقات:

  • من الطبقة الثانية أو الثالثة أو الرابعة من نموذج OSI إلى IP DSCP (لحزم IP) أو IEEE 802.1p
  • من معيار IEEE 802.1p إلى معيار IP DSCP
  • من IP DSCP إلى IEEE 802.1p
  • من VLAN IEEE 802.1p إلى قائمة انتظار خروج المنفذ.

تستطيع أنظمة MLS أيضًا توجيه حركة مرور بروتوكول الإنترنت بين شبكات VLAN مثل جهاز التوجيه العادي . وعادةً ما يكون التوجيه سريعًا مثل التبديل (بسرعة السلك).

تبديل الطبقة الثانية

تستخدم عملية التحويل من الطبقة الثانية عناوين MAC الخاصة بوحدات التحكم في واجهة الشبكة (NICs) للأجهزة المضيفة لتحديد وجهة توجيه الإطارات. تعتمد هذه العملية على مكونات مادية، مما يعني أن المحولات تستخدم دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASICs) لإنشاء قاعدة بيانات معلومات التوجيه وصيانتها ، ولتنفيذ توجيه الحزم بسرعة فائقة. يمكن تشبيه محول الطبقة الثانية بجسر متعدد المنافذ .

تتميز تقنية التحويل من الطبقة الثانية بكفاءة عالية لعدم الحاجة إلى تعديل الإطار. يتغير تغليف الحزمة فقط عند مرورها عبر وسائط مختلفة (مثل الانتقال من الإيثرنت إلى FDDI). تُستخدم هذه التقنية لربط مجموعات العمل وتقسيم الشبكة (لتجنب نطاقات التصادم ). وهذا يسمح بتصميم شبكة أكثر انسيابية مع عدد أكبر من قطاعات الشبكة مقارنةً بالشبكات التقليدية التي يتم ربطها بواسطة موزعات وموجهات.

تُعاني مُبدِّلات الطبقة الثانية من نفس قيود الجسور. تُقسِّم الجسور نطاقات التصادم، لكن الشبكة تبقى نطاق بثٍّ واحدًا كبيرًا ، مما قد يُسبِّب مشاكل في الأداء ويُحدِّد حجم الشبكة. يُمكن أن يُسبِّب البثّ والبثّ المُتعدِّد، إلى جانب بطء تقارب بروتوكول الشجرة المُمتدة، مشاكل كبيرة مع نمو الشبكة. لهذا السبب، لا يُمكن لمُبدِّلات الطبقة الثانية أن تحل محلّ أجهزة التوجيه تمامًا. تُعدّ الجسور مُفيدة إذا صُمِّمت الشبكة وفقًا لقاعدة 80/20 : أي يقضي المُستخدمون 80% من وقتهم على شبكتهم المحلية.

تبديل الطبقة الثالثة

يمكن لمحول الطبقة الثالثة أن يؤدي بعض أو كل الوظائف التي يؤديها جهاز التوجيه عادةً. مع ذلك، فإن معظم محولات الشبكة تقتصر على دعم نوع واحد من الشبكات الفيزيائية، وعادةً ما يكون الإيثرنت، بينما قد يدعم جهاز التوجيه أنواعًا مختلفة من الشبكات الفيزيائية على منافذ مختلفة.

يعتمد تحويل الطبقة الثالثة كليًا على عنوان IP (الوجهة) المخزن في رأس حزمة بيانات IP (بينما قد يستخدم تحويل الطبقة الرابعة معلومات أخرى في الرأس). ويكمن الفرق بين محول الطبقة الثالثة والموجه في طريقة اتخاذ قرار التوجيه. ففي العادة، تستخدم الموجهات معالجات دقيقة لاتخاذ قرارات التوجيه برمجياً، بينما يقوم المحول بتحويل الحزم باستخدام مكونات مادية فقط (عبر دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات بمساعدة ذاكرة قابلة للعنونة بالمحتوى). [ 2 ] [ 3 ] ومع ذلك، تحتوي العديد من الموجهات الآن على وظائف مادية متقدمة للمساعدة في التوجيه.

تتمثل الميزة الرئيسية لمحولات الطبقة الثالثة في إمكانية تقليل زمن استجابة الشبكة ، حيث يمكن توجيه الحزمة دون الحاجة إلى قفزات إضافية إلى جهاز التوجيه. على سبيل المثال، يتطلب ربط قطاعين منفصلين (مثل شبكات VLAN ) بجهاز توجيه عبر محول طبقة ثانية قياسي تمرير الإطار إلى المحول (القفزة الأولى في الطبقة الثانية)، ثم إلى جهاز التوجيه (القفزة الثانية في الطبقة الثانية) حيث يتم توجيه الحزمة داخل الإطار (القفزة الثالثة في الطبقة الثالثة)، ثم إعادتها إلى المحول (القفزة الثالثة في الطبقة الثانية). يُنجز محول الطبقة الثالثة المهمة نفسها دون الحاجة إلى جهاز توجيه (وبالتالي قفزات إضافية) من خلال اتخاذ قرار التوجيه بنفسه، أي يتم توجيه الحزمة إلى شبكة فرعية أخرى وتحويلها إلى منفذ الشبكة الوجهة في آنٍ واحد.

نظرًا لأن العديد من محولات الطبقة الثالثة توفر نفس وظائف أجهزة التوجيه التقليدية، يمكن استخدامها كبدائل أرخص وأقل زمن استجابة في بعض الشبكات. تستطيع محولات الطبقة الثالثة القيام بالإجراءات التالية التي يمكن لأجهزة التوجيه القيام بها أيضًا:

تشمل فوائد التبديل من الطبقة الثالثة ما يلي:

  • توجيه سريع للحزم يعتمد على الأجهزة مع زمن استجابة منخفض
  • تكلفة أقل لكل منفذ مقارنة بأجهزة التوجيه البحتة
  • محاسبة التدفقات
  • جودة الخدمة (QoS)

طوّر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) مصطلحات هرمية مفيدة في وصف عمليات التوجيه والتحويل. تُسمى أجهزة الشبكة التي لا تملك القدرة على توجيه الحزم بين الشبكات الفرعية أنظمة طرفية (ESs، المفرد ES)، بينما تُسمى أجهزة الشبكة التي تملك هذه القدرة أنظمة وسيطة (ISs). تُقسم الأنظمة الوسيطة إلى نوعين: أنظمة تتواصل داخل نطاق التوجيه الخاص بها فقط (أنظمة وسيطة داخلية النطاق)، وأنظمة تتواصل داخل نطاقات التوجيه وفيما بينها (أنظمة وسيطة بين النطاقات). يُعتبر نطاق التوجيه عمومًا جزءًا من شبكة الإنترنت يخضع لسلطة إدارية مشتركة، ويتم تنظيمه وفقًا لمجموعة محددة من الإرشادات الإدارية. تُسمى نطاقات التوجيه أيضًا بالأنظمة المستقلة.

تتمثل إحدى القدرات الشائعة في الطبقة الثالثة في إدراك البث المتعدد عبر بروتوكول الإنترنت من خلال مراقبة بروتوكول إدارة مجموعات الإنترنت (IGMP) . وبفضل هذه القدرة، يستطيع محول الطبقة الثالثة زيادة الكفاءة عن طريق توجيه حركة مرور مجموعة البث المتعدد فقط إلى المنافذ التي أشار الجهاز المتصل بها إلى رغبته في الاستماع إلى تلك المجموعة.

تدعم محولات الطبقة الثالثة عادةً توجيه بروتوكول الإنترنت بين شبكات VLAN المُهيأة على المحول. كما تدعم بعض محولات الطبقة الثالثة بروتوكولات التوجيه التي تستخدمها أجهزة التوجيه لتبادل المعلومات حول المسارات بين الشبكات.

تبديل الطبقة الرابعة

يشير تحويل الطبقة الرابعة إلى تقنية تحويل الطبقة الثالثة المعتمدة على الأجهزة، والتي يمكنها أيضًا مراعاة نوع حركة مرور الشبكة (على سبيل المثال، التمييز بين UDP و TCP ). يوفر تحويل الطبقة الرابعة فحصًا إضافيًا لحزم البيانات من خلال قراءة أرقام المنافذ الموجودة في رأس طبقة النقل لاتخاذ قرارات التوجيه (أي المنافذ المستخدمة بواسطة HTTP و FTP و VoIP ). توجد أرقام المنافذ هذه في RFC 1700، وتشير إلى بروتوكول أو برنامج أو تطبيق الطبقة العليا.

باستخدام تقنية التحويل من الطبقة الرابعة، يستطيع مسؤول الشبكة تهيئة محوّل الطبقة الرابعة لتحديد أولويات حركة البيانات حسب التطبيق. كما يمكن استخدام معلومات الطبقة الرابعة للمساعدة في اتخاذ قرارات التوجيه. على سبيل المثال، يمكن لقوائم الوصول الموسّعة تصفية الحزم بناءً على أرقام منافذ الطبقة الرابعة. مثال آخر هو معلومات المحاسبة التي يتم جمعها بواسطة المعايير المفتوحة باستخدام بروتوكول sFlow .

يمكن لمحول الطبقة الرابعة استخدام المعلومات الموجودة في بروتوكولات طبقة النقل لاتخاذ قرارات التوجيه. ويشير هذا بشكل أساسي إلى القدرة على استخدام أرقام منافذ المصدر والوجهة في اتصالات TCP وUDP للسماح بالاتصالات أو حظرها أو تحديد أولوياتها. [ 4 ]

مفتاح الطبقة 4-7، أو مفتاح الويب، أو مفتاح المحتوى

يمكن لبعض المحولات استخدام معلومات الحزم حتى الطبقة السابعة من نموذج OSI؛ وقد تسمى هذه المحولات بالمحولات من الطبقة الرابعة إلى السابعة.تبديل المحتوى ،مفاتيح خدمات المحتوى ، أو مفاتيح الويب، أو مفاتيح التطبيقات.

تُستخدم محولات المحتوى عادةً لموازنة الأحمال بين مجموعات الخوادم. ويمكن إجراء موازنة الأحمال على بروتوكولات HTTP و HTTPS و VPN ، أو أي نوع من أنواع حركة مرور TCP/IP باستخدام منفذ محدد. غالبًا ما تتضمن موازنة الأحمال ترجمة عنوان الشبكة الوجهة، بحيث لا يكون عميل الخدمة المتوازنة الأحمال على دراية كاملة بالخادم الذي يعالج طلباته. تستطيع بعض محولات الطبقات من 4 إلى 7 إجراء ترجمة عناوين الشبكة (NAT) بسرعة فائقة. كما يمكن استخدام محولات المحتوى لإجراء عمليات قياسية مثل تشفير وفك تشفير SSL لتقليل الحمل على الخوادم التي تستقبل حركة المرور، أو لمركزة إدارة الشهادات الرقمية . وتُعد تقنية تحويل الطبقة 7 إحدى التقنيات المستخدمة في شبكة توصيل المحتوى (CDN).

تتطلب بعض التطبيقات توجيه الطلبات المتكررة من العميل إلى خادم التطبيق نفسه. ولأن العميل لا يعلم عادةً بالخادم الذي تواصل معه سابقًا، فإن مفاتيح المحتوى تُعرّف مفهوم "الثبات". على سبيل المثال، تُوجّه الطلبات من عنوان IP المصدر نفسه إلى خادم التطبيق نفسه في كل مرة. ويمكن أن يعتمد الثبات أيضًا على معرّفات SSL، كما يمكن لبعض مفاتيح المحتوى استخدام ملفات تعريف الارتباط لتوفير هذه الوظيفة.

موازن الأحمال من الطبقة الرابعة

يعمل جهاز التوجيه على طبقة النقل ويتخذ قرارات بشأن وجهة إرسال الحزم. تستخدم أجهزة التوجيه الحديثة لموازنة الأحمال قواعد مختلفة لتحديد مسار حركة البيانات. قد يعتمد ذلك على أقل حمل، أو أسرع أوقات استجابة ، أو ببساطة على موازنة الطلبات إلى وجهات متعددة تقدم نفس الخدمات. تُعد هذه أيضًا طريقة احتياطية ، فإذا تعطل أحد الأجهزة، لن يرسل جهاز التوجيه حركة البيانات إليه.

قد يمتلك جهاز التوجيه أيضًا إمكانية NAT مع الوعي بالمنافذ والمعاملات ويقوم بنوع من ترجمة المنافذ لإرسال الحزم الواردة إلى جهاز واحد أو أكثر مخفية خلف عنوان IP واحد.

الطبقة 7

قد تقوم محولات الطبقة السابعة بتوزيع الحمل بناءً على محددات مواقع الموارد الموحدة (URLs)، أو باستخدام تقنية خاصة بالتثبيت للتعرف على معاملات مستوى التطبيق. قد تتضمن محولات الطبقة السابعة ذاكرة تخزين مؤقتة للويب وتشارك في شبكة توزيع المحتوى ( CDN ). [ 5 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 5,500,860، تاريخ الإيداع 14 يونيو 1991، بيرلمان، كيربي، باكيس، كوفمان
  2. 1 2 هوكابي، ديفيد (24 أكتوبر 2003). "تشغيل المحولات لامتحان CCNP BCMSN" . ciscopress.com . سيسكو برس . تم الاسترجاع في 5 فبراير 2015 .
  3. ↑ "التحويل متعدد الطبقات" . أنظمة سيسكو. مؤرشف من الأصل في 1 أبريل 2014. تم الاسترجاع في 11 فبراير 2011 .
  4. ↑ جاك، تيري (2004). CCNP : بناء شبكات سيسكو متعددة الطبقات : دليل دراسي . سيبكس. ص 15. ISBN    9780585496849.
  5. ↑ إس. جيبارد (أكتوبر 2001). "ما هو الحد الذي يُعتبر فيه القلق مفرطًا؟ بالإضافة إلى قصة من رحلة عبر العالم" . أرشيفات القائمة البريدية لـ NANOG . مؤرشف من الأصل بتاريخ 3 يناير 2017.