توجيه القطاعات

توجيه القطاعات (SR) هو تقنية شبكات حاسوبية تُمكّن من توجيه الحزم عبر الشبكة وفقًا لقائمة مُرتبة من التعليمات، تُعرف باسم القطاعات. وقد طُوّرت هذه التقنية ضمن مجموعة عمل SPRING التابعة لـ IPv6 في فريق عمل هندسة الإنترنت (IETF) كامتداد لمفاهيم توجيه المصدر لبروتوكول الإنترنت (IP) و MPLS.

في نطاق توجيه القطاعات ، يُدرج موجّه الدخول قائمةً من القطاعات في كل حزمة. يُحدد كل قطاع تعليمات توجيه أو وظيفة شبكية تُنفذها الموجهات اللاحقة. وبالتالي، يُحدد مسار التوجيه بناءً على قائمة القطاعات التي تحملها الحزمة، وليس فقط بناءً على قرارات التوجيه خطوة بخطوة .

نشأت المفاهيم الأساسية لتوجيه القطاعات من أبحاث تهدف إلى تبسيط هندسة حركة البيانات في شبكات بروتوكول الإنترنت (IP ) وشبكات MPLS . اعتمدت هندسة حركة البيانات التقليدية في MPLS على بروتوكولات الإشارة، مثل بروتوكول حجز الموارد - هندسة حركة البيانات (RSVP-TE)، لإنشاء مسارات توجيه صريحة، مما استلزم من أجهزة التوجيه الاحتفاظ بحالة كل نفق على حدة في جميع أنحاء الشبكة. ومع ازدياد حجم شبكات مزودي الخدمة وتعقيدها، تم البحث عن مناهج بديلة تقلل من متطلبات الإشارة وتبسط تشغيل الشبكة. ^{[ 1 ]}

في عام 2013، أنشأت فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) فريق عمل SPRING (توجيه حزم المصدر في الشبكات) لتطوير بنية معيارية قائمة على مبادئ توجيه المصدر لشبكات تبديل الحزم. ركزت الأعمال المبكرة على دمج توجيه القطاعات مع علامات MPLS دون الحاجة إلى بروتوكولات إشارة إضافية ^{[ 2 ]} . عُرف هذا النهج لاحقًا باسم SR-MPLS. ^{[ 3 ]}

طوّرت أعمال لاحقة بنية بروتوكول IPv6 من خلال إدخال رأس توجيه القطاعات (SRH)، وهو رأس امتداد لبروتوكول IPv6 يحمل قائمة بمعرفات القطاعات (SIDs). ^{[ 4 ]} وقد أتاح هذا الامتداد، المعروف باسم توجيه القطاعات عبر IPv6 (SRv6) ^{[ 5 ]} ، إمكانية تمثيل سلوكيات التوجيه ووظائف الشبكة باستخدام عناوين IPv6.

تم توحيد البنية من خلال سلسلة من منشورات IETF، بما في ذلك RFC 8402 ، الذي يحدد بنية توجيه القطاعات، و RFC 8754 ، الذي يحدد رأس توجيه القطاعات لـ IPv6، و RFC 8986 ، الذي يحدد امتدادات بروتوكول برمجة شبكة SRv6 لـ MPLS وOSPF وIS-IS وBGP والتقنيات ذات الصلة، بينما يستمر التطوير داخل مجموعة عمل IETF SPRING.

تم تصميم توجيه القطاعات للعمل باستخدام معلومات الطوبولوجيا الموزعة بواسطة بروتوكولات توجيه حالة الارتباط الحالية، بما في ذلك OSPF و IS-IS . يتم الإعلان عن مُعرّفات القطاعات (SIDs) من خلال امتدادات البروتوكول، مما يسمح لأجهزة التوجيه داخل نطاق التوجيه بالحفاظ على رؤية متسقة للقطاعات المتاحة.

بخلاف عمليات نشر هندسة حركة مرور MPLS التقليدية القائمة على بروتوكولات الإشارة مثل RSVP-TE ، يعتمد توجيه القطاعات على المعلومات المتبادلة مسبقًا عبر بروتوكول التوجيه لإنشاء مسارات إعادة التوجيه. يمكن إنشاء قائمة القطاعات بواسطة جهاز التوجيه الداخل نفسه أو حسابها بواسطة وحدة تحكم خارجية مثل عنصر حساب المسار (PCE).

يمثل المقطع تعليمات ينفذها جهاز التوجيه عند إعادة توجيه حزمة بيانات. قد تحدد أنواع مختلفة من المقاطع ما يلي :

• جهاز توجيه ضمن نطاق التوجيه (معرف العقدة SID)
• بادئة الشبكة (بادئة SID)
• واجهة صادرة أو اتصال مجاور (معرف الاتصال المجاور)
• سياسة إعادة التوجيه (ربط SID)
• سلوك إعادة توجيه محدد محليًا

قد تحتوي الحزمة على جزء واحد أو أكثر. يقوم جهاز التوجيه بمعالجة الجزء الحالي قبل إعادة توجيه الحزمة نحو الوجهة التالية. وتستمر المعالجة حتى يتم استهلاك جميع الأجزاء.

يمكن نشر توجيه القطاعات عبر شبكة MPLS، حيث يشار إليه عادةً باسم SR-MPLS.

في بروتوكول SR-MPLS، تُشفّر مُعرّفات القطاعات على شكل علامات MPLS. يقوم موجّه الدخول بإضافة مجموعة من العلامات إلى الحزمة، ثم يقوم كل موجّه بتوجيه الحزمة وفقًا للعلامة الموجودة في أعلى المجموعة قبل إزالتها. وتُحدّد العلامات المتبقية مسار التوجيه اللاحق.

يتم توزيع معرفات النظام (SIDs) من خلال امتدادات لبروتوكولات البوابة الداخلية (IGPs)، بما في ذلك OSPF و IS-IS.

قد يعمل توجيه القطاعات أيضًا عبر IPv6 باستخدام SRv6 (توجيه القطاعات عبر IPv6).

في بروتوكول SRv6، يتم تمثيل المقاطع بواسطة عناوين IPv6 الموجودة ضمن امتداد IPv6 المعروف باسم رأس توجيه المقطع (SRH)، والذي تم تحديده بواسطة IETF. يحدد كل مقطع إما وجهة إعادة توجيه أو سلوك إعادة توجيه محدد مرتبط بعنوان IPv6.

أثناء مرور حزمة البيانات عبر الشبكة، تقوم أجهزة التوجيه بمعالجة رأس توجيه القطاع بالتسلسل حتى يتم تنفيذ كل قطاع.

رأس توجيه القطاع (SRH) هو رأس امتداد توجيه IPv6 يحتوي على المعلومات المطلوبة لتوجيه القطاع.

يتضمن رأس التوجيه قائمة بقطاعات IPv6، وفهرس القطاع النشط حاليًا، وكائنات اختيارية من نوع-طول-قيمة (TLV). تقوم أجهزة التوجيه بتحديث القطاع النشط أثناء إعادة التوجيه حتى تصل الحزمة إلى وجهتها النهائية. تم تعريف رأس توجيه القطاع في RFC 8754 .

يتم توزيع معرفات القطاعات عادةً بواسطة بروتوكولات توجيه حالة الربط من خلال امتدادات البروتوكول الموحدة بواسطة IETF.

في عمليات نشر SR-MPLS، تُخصص معرفات النظام (SIDs) عادةً من نطاق تسميات MPLS. أما في عمليات نشر SRv6، فتتوافق هذه المعرفات مع عناوين IPv6 أو البادئات التي يخصصها مشغل الشبكة.

اعتمادًا على وظيفتها، قد تكون معرفات القطاعات ذات أهمية عالمية في جميع أنحاء نطاق التوجيه أو ذات أهمية محلية لجهاز توجيه فردي.

يمكن استخدام توجيه القطاعات لتنفيذ سياسات هندسة حركة المرور من خلال تحديد مسارات إعادة توجيه صريحة عبر الشبكة.

بدلاً من الاعتماد بشكل حصري على أقصر مسار يتم حسابه بواسطة بروتوكول التوجيه، يمكن توجيه الحزم عبر عقد أو روابط محددة من أجل تلبية الأهداف التشغيلية مثل موازنة الأحمال ، أو قيود زمن الوصول، أو سياسات التوجيه الإدارية.

يمكن حساب قائمة القطاعات التي تحدد مسار إعادة التوجيه محليًا بواسطة جهاز التوجيه الداخل أو بواسطة وحدة تحكم مركزية.

يدعم توجيه القطاعات آليات الحماية المصممة لتقليل انقطاع حركة البيانات بعد أعطال الشبكة.

إحدى هذه الآليات هي Topology Independent Loop-Free Alternate (TI-LFA)، والتي تسمح لأجهزة التوجيه بإعادة توجيه حركة المرور إلى مسار احتياطي محسوب مسبقًا فور اكتشاف فشل رابط العقدة، دون انتظار اكتمال تقارب بروتوكول التوجيه.

يمكن استخدام توجيه القطاعات لتنفيذ ربط وظائف الخدمة (SFC)، حيث يتم توجيه الحزم من خلال تسلسل منظم من وظائف الشبكة.

بحسب طريقة النشر، قد تشمل هذه الوظائف جدران الحماية، وترجمة عناوين الشبكة (NAT)، وموازنات الأحمال، وأنظمة كشف التسلل، أو خدمات معالجة الحزم الأخرى. في بروتوكول SRv6، يمكن تمثيل هذه الوظائف مباشرةً بواسطة مقاطع IPv6 المرتبطة بسلوكيات توجيه محددة.

يتم نشر توجيه القطاعات في مجموعة متنوعة من بيئات الشبكة، بما في ذلك؛

• شبكات العمود الفقري لمزودي خدمة الإنترنت (ISPs)
• شبكات واسعة النطاق للمؤسسات
• الربط البيني لمراكز البيانات
• بنى الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN)
• شبكات النقل المتنقلة
• البنى التحتية السحابية

يمكن استخدامه في هندسة حركة المرور، وإعادة التوجيه السريع، وربط وظائف الخدمة، وتقسيم الشبكة.

يقلل توجيه القطاعات من كمية الإشارات المطلوبة لإنشاء مسارات توجيه صريحة بالاعتماد على المعلومات الموزعة مسبقًا بواسطة بروتوكولات التوجيه. كما أنه قد يبسط إدارة الشبكات المصممة لإدارة حركة البيانات عن طريق تقليل كمية بيانات التوجيه المحفوظة داخل نواة الشبكة.

في تطبيقات SRv6، يشغل كل جزء عنوان IPv6 ضمن رأس توجيه الجزء، مما يزيد من حجم رأس الحزمة مع إضافة أجزاء إضافية. وقد تعتمد معالجة سلوكيات إعادة توجيه SRv6 أيضًا على دعم الأجهزة الذي توفره معدات الشبكة.

تم توحيد بروتوكول توجيه القطاعات من قبل فريق عمل هندسة الإنترنت (IETF). وتشمل المواصفات الرئيسية ما يلي:

• RFC 8402 : بنية توجيه القطاعات
• RFC 8754 : رأس توجيه مقطع IPv6 (SRH)
• RFC 8986 : برمجة الشبكات باستخدام توجيه القطاعات عبر بروتوكول IPv6 (SRv6)

تحدد وثائق RFC الإضافية امتدادات لبروتوكولات التوجيه، وMPLS، وBGP لنشر توجيه القطاعات.

يستمر تطوير البنية المعمارية ضمن مجموعة عمل IETF SPRING.

• بانغ باث
• توجيه المصدر الديناميكي
• يمكن أيضًا استخدام التوجيه القائم على السياسات لتوجيه الحزم باستخدام عناوين المصدر الخاصة بها.
• توجيه المصدر القابل للتوسع

• الصفحة الرئيسية لتوجيه القطاعات
• تطبيق لينكس لتوجيه القطاعات IPv6
• "حول توجيه القطاعات" (ملف PDF) . سيسكو .
• "ما هو توجيه القطاعات؟" . جونيبر .
• "فوائد توجيه القطاعات وحساب المسار" . نوكيا . 15 سبتمبر 2015.
• "توجيه قطاعات MPLS: قيادة نهج حديث لنقل MPLS" (ملف PDF) . أريستا .
• جيلاني، سعيد (4 يونيو 2019). "مقدمة في توجيه القطاعات ومستقبل MPLS" . شبكات أفيات .
• فينتري، بيير لويجي؛ سالسانو، ستيفانو؛ بولفيريني، ماركو؛ سيانفراني، أنطونيو؛ عبد السلام، أحمد؛ فيلسفيلس، كلارنس؛ كاماريلو، بابلو؛ كلاد، فرانسوا (2021). "توجيه القطاعات: دراسة شاملة لأنشطة البحث، وجهود التقييس، ونتائج التنفيذ". مجلة IEEE للمسح والدروس التعليمية في مجال الاتصالات . 23 : 182-221 . arXiv : 1904.03471 . doi : 10.1109/COMST.2020.3036826 . S2CID 102352575 . 
• توجيه القطاعات: دراسة شاملة لأنشطة البحث وجهود التقييس ونتائج التنفيذ