انتقل إلى المحتوى

تبديل الرزم: الفرق بين النسختين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابق
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
ط إضافة بوابة معلوماتية (شريط البوابات)
 
(114 مراجعة متوسطة بواسطة 16 مستخدماً غير معروضة)
سطر 1: سطر 1:
{{شريط جانبي إرسال متعدد}}
'''تحويل الطرود packet switching''' هي إحدى طرق نقل المعطيات الرقمية على الشبكات، حيث يتم فيها تقسيم المعطيات المراد إرسالها إلى أجزاء يسمى كل منها [[طرداً]]، ويحدد حجم الطرد [[الشبكة]] و[[البروتوكولات]] المستخدمة في النقل. عندما تمر الطرود خلال مسيرتها من المرسل إلى المستقبل عبر عقد الشبكة (كال[[مّبدلات]] switches و[[راوتر|الراوتر]] routers وغيرها) تخزن في ذاكرة العقد buffer وتنتتظر دورها في رتل الإرسال queue الذي قد يكون ممتلئاً أو فارغاً مما يؤدي إلى زمن تأخير (انتظار) متغير delay time في وصول الطرود إلى المستقبل وإلى اختلاف مردودية الشبكة throughput وذلك حسب درجة ازدحامها.
'''تبديل الرزم'''<ref>{{استشهاد بويكي بيانات|Q111284802|ص=350}}</ref> أو '''تبديل الحزم''' {{إنج|Packet Switching}} هي طريقة [[نقل البيانات|لنقل البيانات]] المُرسلة عبر [[شبكة حاسوب|شبكة رقميّة]] على شكل [[رزمة بيانات|رزم بيانات]] يتكوّن كل منها من [[ترويسة (حوسبة)|ترويسة]] و[[حمولة (حوسبة)|حمولة]]، تُستخدم المعلومات الموجودة في الترويسة من قبل عتاد الشبكة [[توجيه (توضيح)|لتوجيه الرزمة]] إلى وجهتها حيث يتم استخلاص الحمولة واستخدامها من قبل [[برمجيات تطبيقية|التطبيقات البرمجيّة]]. يُسيطر هذا المفهوم على نقل البيانات في شبكات الحاسب على مستوى العالم.
تقنية تحويل الطرود هي إحدى أنواع تقنيات التحويل Switching والتي تشمل أيضاً تقنية التحويل عبر الدارة Circuit Switching، وتقنية تحويل الرسائل Message Switching. كما يندرج تحت تحويل الطرود نوعان هما:


في مطلع الستينيات من القرن العشرين، طوّر عالم الحاسوب الأميركي [[بول باران]] مفهوماً جديداً يصف إمكانية نقل البيانات على شكل كتل موزّعة ذات أحجام متغيرة، بطريقة تُمكّن من توجيه هذه الكتل نحو وجهتها بهامش من مقبول من الخطأ، وكان هذا جزءاً من دراسة بحثية مُمولة من قبل [[وزارة الدفاع (الولايات المتحدة)|وزارة الدفاع]] في [[مؤسسة راند]].<ref name = "Book-1">{{استشهاد بكتاب
# [[التحويل عبر الدائرة الافتراضية]] Virtual Circuit Switching وهو يقيم اتصالاً Connection-oriented، وفي هذا النوع من التحويل يتم حجز مسار لللطرود route قبل إرسالها على الشبكة وبالتالي فإن جميع الطرود تسلك هذا الطريق وتصل إلى المستقبل بترتيب إرسالها.
|مؤلف1-الأخير = Baran
# [[تحويل وحدات المعطيات]] Datagram Switching الذي لا يقيم اتصالاً Connectionless، وهذا النوع من التحويل لا يحجز مساراً للطرود بشكل مسبق وبالتالي يمكن أن تسلك الطرود طرقاً مختلفةً عن بعضها البعض أثناء الإرسال وأن تصل بدون ترتيب إلى المستقبل.
|مؤلف1-الأول = Paul
|عنوان = On Distributed communications networks: Introductions to Distributed communications networks
|مسار = https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/research_memoranda/2006/RM3420.pdf
|سنة = 1964
|ناشر = The Rand corporation
|لغة = en
|صيغة = PDF
|مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200912090246/https://web.archive.org/web/20170421063227/https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/research_memoranda/2006/RM3420.pdf
|تاريخ أرشيف = 12 سبتمبر 2020
|تاريخ الوصول = 5 سبتمبر 2019
|حالة المسار = bot: unknown
}}</ref> ناقض هذا المبدأ المفاهيم المُهيمنة في تلك الحقبة، وأهمها التخصيص المسبق [[عرض نطاق|لعرض النطاق]] الذي كان مدعوماً بشكل أساسي من مطوري أنظمة الاتصالات في شركة [[أنظمة بل]] (Bell System). لم يحصل المبدأ الجديد على الاهتمام من قبل مطوري الشبكات حتى نشر عالم الحاسوب البريطاني [[دونالد ديفيس]] من [[مختبر الفيزياء القومي (الممكلة المتحدة)|مختبر الفيزياء القوميّ]] في [[المملكة المتحدة]] نتائج دراساته بشكل مستقل في العام 1965م.<ref name = "JOU-1">{{استشهاد بدورية محكمة
|الأخير = Roberts
|الأول = L.G.
|صحيفة = Proceedings of the IEEE
|عنوان = The evolution of packet switching
|المجلد = 66
|العدد = 11
|تاريخ = نوفمبر 1978
|صفحة = 1307-1313
|ناشر = IEEE
|doi = 10.1109/PROC.1978.11141
|مسار = http://www.packet.cc/files/ev-packet-sw.html
|مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200404200749/http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache%3Ahttp%3A%2F%2Fwww.packet.cc%2Ffiles%2Fev-packet-sw.html
|تاريخ أرشيف = 4 أبريل 2020
|تاريخ الوصول = 19 سبتمبر 2017
|حالة المسار = dead
}}</ref>


يُنسب لديفيس تطوير مصطلح تبديل الرزم الذي ألهم مُطوري الشبكات في العقد التالي، ويشمل ذلك تطبيق هذا المبدأ في [[أربانت|شبكة الأربانت]] في [[الولايات المتحدة]].<ref name = "JOU-2">{{استشهاد بدورية محكمة
== تاريخ تحويل الطرود ==
|الأخير= Kirstein
<ref>1http://www.livinginternet.com/i/ii_rand.htm</ref>
|الأول= P.T.
=== بول بيران Paul Baran ===
|صحيفة = IEEE Annals of the History of Computing
إنَّ [[بول بيران]] هو أول من طوّر مفهوم تحويل الطرود في بداية ستينيات القرن الماضي، وذلك خلال أبحاثه التي قام بها ضمن شركة راند RAND Corporation لصالح [[القوات الجوية الأميركية]]، والتي عرضها عليهم في صيف عام 1961 (كملخص B-265) ثم نشرت فكرته كبحث تحت اسم RAND Paper P-2626 عام 1962، والذي وَصًّفَ بنيةً عامة للشبكات الكبيرة والموزعة والموثوقة ويركز على ثلاث أفكار رئيسة:
|عنوان= Early experiences with the Arpanet and Internet in the United Kingdom
# استخدام شبكة غير مركزية تحوي عدة طرق لنقل المعطيات بين أي نقطتين من الشبكة.
|المجلد= 21
# تقسيم الرسالة المراد إرسالها إلى قطع (ما يسمى حالياً الطرود).
|العدد = 1
# توصيل هذه القطع باستخدام التحويل store and forward أي تخزين قطع المعطيات ثم إعادة إرسالها على الشبكة كما في المبدّلات.
|صفحة= 38-44
| ناشر = IEEE
| doi = 10.1109/85.759368
| issn = 1058-6180
|تاريخ=يناير-مارس-1999}}</ref>


== نظرة عامة ==
كان لبحث بيران تأثير على [[لورنس روبرتس]] Lawrence Roberts مما جعله يتبنى التقنية التي وصفها بيران عندما اختاره [[روبرت تايلور]] Robert Taylor ليشرف على تطوير شبكة ARPANET، وهي أول شبكة تستخدم تحويل الطرود.
[[ملف:Packet Switching.gif|تصغير|300px|صورة متحركة توضّح مبدأ تبديل الرزم، حيث يتمّ [[توجيه (شبكات)|توجيه]] كل رزمة بشكلٍ مُستقلٍ بين [[مضيف (حوسبة)|المُضيف]] المصدر والمضيف الهدف.]]


يُمكن تعريف تبديل الرزم بشكل بسيط بالشكل التالي: هو [[نقل البيانات|نقل]] و[[توجيه (شبكات)|توجيه البيانات]] باستعمال عناوين [[رزمة بيانات|الرزم]] بحيث يتم حجز [[قناة اتصال|القناة]] خلال فترة النقل فقط، لتعود وتصبح مُتاحة لنقل حركة بيانات أخرى بعد انتهائه.<ref name = "Book-4">{{استشهاد بكتاب
=== دونالد ديفيس Donald Davis ===
|مؤلف1= Martin Weik
بحث [[دونالد ديفيس]] الذي قام به في [[المختبر الفيزيائي الوطني]] في المملكة المتحدة National Physical Laboratory (واختصاراً NPL) مشابه لبحث بيرن، ففي عام 1965 طور ديفيس مفهوم تحويل الطرود واقترح تطوير شبكة واسعة wide network للملكة المتحدة. وفي عام 1966و بعد قيامه بإلقاء محاضرة لشرح اقتراحه أخبره أحد موظفي وزارة الدفاع عن عمل بيران، وعلى إثرها التقى أحد أعضاء فريق ديفيس مع لورنس روبرتس عام 1967 في مؤتمر ACM لمبادئ نظم التشغيل ACM Symposium on Operating System Principles
|عنوان= Fiber Optics Standard Dictionary
في عام 1970 بدأت شبكة نقل المعطيات في المختبر الفيزيائي الوطني NPL Data Communications Network بالعمل وذلك بعد 4 سنوات من العمل حيث اقترح ديفيس إنشاءها عام 1966 لتخدم حاجات المختبر، ولتبرهن على إمكانية تطبيق مفهوم تحويل الطرود.
|مسار= https://archive.org/details/fiberopticsstand00weik
|صفحة=[https://archive.org/details/fiberopticsstand00weik/page/n739 718]
|سنة=1997
|إصدار = الثالثة
|ناشر= Springer
|ردمك= 0412122413
|لغة= en
}}</ref>


يُؤمّن تبديل الرزم نقل دفقات من البيانات لكل منها معدل نقل مختلف، على شكل تتابع من الرزم، عبر الشبكة التي تخصص موارداً لعملية النقل مثل [[عرض نطاق|عرض النطاق]] سواء باستخدام التحصيص الآليّ أو أحد تقنيّات [[إرسال متعدد|الإرسال المتعدد]]. أثناء انتقالها عبر الشبكة، تقوم عقد الشبكة كالموجهات والمُبدلات باستقبال وتخزين وتوجيه الرزم، وينتج عن هذا اختلاف في [[معدل الإنتاجية (اتصالات)|مُعدّل الإنتاجية]] و[[كمون (هندسة)|زمن تأخير]] بحسب مواصفات وسط النقل وازدحام حركة المعطيات عبر الشبكة.
=== ليونارد كلينروك Leonard Klienrock ===
أجرى [[ليونارد كلينروك]] أبحاثاً أولية في حقل تحويل الرسائل الرقمية digital message switching وساعد في بناء شبكة الـ ARPANET.


يتناقض مبدأ تبديل الرزم مع مفهوم أساسيّ آخر في الشبكات هو [[تبديل الدارة|تبديل الدارات]]، وفيه يتم تحصيص عرض النظاق في الشبكة بشكل مسبق لكل جلسة اتصال، ويكون لكل منها [[معدل نقل البتات|معدل بت]] ثابت زمن تأخير محدد بين [[عقدة (شبكات)|العُقد]]. في الشبكات المُفوترة، [[شبكة خليوي|كالشبكات الخليويّة]]، يتمّ تحصل الرسوم عن خدمات تبديل الدرات مقابل حجز الدارة للمُشترك، بغضّ النظر عن كمية الاستهلاك، فعرض النطاق المرافق قد تم تخصيصه للمشترك وحده فقط، ويتمّ تقاضي الرسوم عن ذلك سواء جرى استخدامُه أو لا. أمّا في حالة تبديل الرزم، فتحصيل الرسوم يكون بناء على كميّة [[بيانات|البيانات]] المُرسلة عبر الشبكة، والتي ترسل على شكل رزم أو رسائل.
== مبادئ توجيه الطرود ==


يمكن تنفيذ تقنية تبديل الرزم مع أو بدون وجود عقد توجيه وسيطيّة (كالموجهات مثلاً). بشكلٍ عام، يتمّ توجيه الرزم بواسطة عقد الشبكة الوسيطية بشكلٍ غير متزامن عن طريق تخزين الرزم بمبدأ [[الأول في الدخول الأول في الخروج]] (FIFO)، ولكن هناك إمكانية لتوجيه الرزم بحسب أولوبة معينة أو تبعاً لسياسات ترتبط [[جودة الخدمة|بجودة الخدمة]] . في حالة [[وسط ناقل|الوسط]] المُشترك، كالراديو أو [[ثيك نت (شبكة)|كشبكة ثيك نت]] مثلاً، يتمّ توصيل الرزم بحسب [[طريقة الوصول المتعدد]] المُستخدمة في الوسط.
المعطيات ترسل على شكل طرود، ويكون الحد الأقصى لحجم الطرد غالباً 1000 [[بايت]]، فإذا كان حجم الرسالة التي يرغب المرسل بإرسالها أكبر من ذلك عندها تقسم إلى مجموعة من الطرود، وكل طرد يحوي جزء من الرسالة (المعطيات المراد ارسالها) بالإضافة إلى مجموعة من معلومات التحكم التي تسمح بإيصال الطرد إلى المستقبل كعنوان المستقبل وحجم الطرد وغيرها والتي توضع كمقدمة header. في كل عقدة يمر عليها الطرد قبل وصوله إلى المستقبل يتم تخزينه بشكل مؤقت ثم تمريره إلى العقدة التالية على الشبكة.


== نبذة تاريخية ==
== فوائد توجيه الطرود ==
{{مفصلة|تاريخ الإنترنت}}
[[ملف:Arpanet map 1973.jpg| تصغير|300 بك |[[أربانت|شبكة الأربانت]] في العام 1973م]]
[[ملف:CYCLADES - ar.png|تصغير|300 بك| امتداد [[سيكلاد (شبكة)|شبكة سيكلاد]] في [[فرنسا]] أثناء إنشائها.]]
في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، بدأت [[القوات الجوية الأمريكية]] في بناء شبكة متباعدة من أجل النظام الدفاعي لمنظُومة رادار البيئة الأرضية نصف الآلية (the Semi-Automatic Ground Environment SAGE)، المعروفة اختصاراً بالاسم ساج. كان الهدف الأساسي هو البحث عن نظام قادر على النجاة في حال حصول [[حرب نووية]]، وبالتالي حرمان الأعداء من ميزة الضربة الاستباقية.<ref name="Web-2">{{استشهاد ويب
| مسار أرشيف = http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:https://www.livinginternet.com/i/ii_rand.htm
| تاريخ أرشيف = 26 سبتمبر 2017
| مسار= https://www.livinginternet.com/i/ii_rand.htm
| عنوان= Paul Baran Invents Packet Switching
| موقع= Living Internet
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 30 سبتمبر 2017}}</ref>


كان [[ليونارد كلينروك]] أول من قدّم بحثاً مُتماسكاً عن [[نظرية الأرتال]]، ونشر كتاباً بهذا الشأن ذكر فيه مفهوماً جديداً هو [[تبديل الرسالة|تبديل الرسائل الرقميّة]]، من دون التطرّق لمفهوم [[رزمة بيانات|رزمة البيانات]].<ref name = "Book-2">{{استشهاد بكتاب
# في شبكات تحويل الطرود يمكن أن يتصل جهازان لهما سرعتا نقل معطيات مختلفتان، وذلك لأن كل منهما يتصل بعقدة شبكة مناسبة لسرعته في بنية توجيه الطرود.
|مؤلف1= Walter Isaacson
# عندما تزدحم شبكة تستخدم التحويل عبر الدارة فإنها ترفض إنشاء اتصالات جديدة حتى يخف الازدحام على الشبكة (كما في خط الهاتف حيث نحصل على رنة مميزة للدلالة على رفض المقسم لإنشاء اتصالنا عندما يكون مشغولاً)، بينما ستقبل الشبكة التي تستخدم تحويل الطرود طروداً جديدة رغم أنشغالها ولكن زمن الانتظار سيزداد على الشبكة.
|عنوان= The Innovators: How a Group of Inventors, Hackers, Geniuses, and Geeks Created the Digital Revolution
# يمكننا توجيه الطرود من استخدام أولويات، فمثلاً يستطيع طرد ذو أولوية عالية أن يتجاوز رتل الانتظار ضمن عقدة الشبكة، ويرسل قبل الطرود الموجودة في الرتل.
|مسار= https://archive.org/details/innovatorshowgro0000isaa_p2p3
|صفحة= [https://archive.org/details/innovatorshowgro0000isaa_p2p3/page/245 245]
|سنة=2014
|ناشر= Simon & Schuster
|ردمك= 1467687650
|لغة= en
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20220428183612/https://archive.org/details/innovatorshowgro0000isaa_p2p3/ | تاريخ أرشيف = 28 أبريل 2022 }}</ref> أمّا مفهوم إرسال قطع صغيرة من [[بيانات|البيانات]] فقد طُرح لأوّل مرة من قبل [[بول باران]] في [[مؤسسة راند]] بالتوازي ولكن بشكلٍ مُستقل عن عمل مُشابه في [[مختبر الفيزياء القومي]] (NPL) في [[المملكة المتحدة]] بإشراف [[دونالد ديفيس]].<ref name = "Book-3">{{استشهاد بكتاب
|مؤلف1= Janet Abbate
|عنوان= Inventing the Internet
|صفحة=38
|سنة=2000
|ناشر= The MIT Press
|ردمك= 0262511150
|لغة= en
}}</ref><ref name="Web-3">{{استشهاد ويب
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170202062517/http://www.invent.org/honor/inductees/inductee-detail/?IID=328
| تاريخ أرشيف = 2 فبراير 2017
| مسار= https://www.invent.org/inductee-redirect/328
| عنوان= Donald Watts Davies
| موقع= National Inventors Hall of Fame
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 10 أوكتوبر 2017|url-status=dead}}</ref><ref name="Web-4">{{استشهاد ويب
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170202055714/http://www.invent.org/honor/inductees/inductee-detail/?IID=316
| تاريخ أرشيف = 2 فبراير 2017
| مسار= https://www.invent.org/inductee-redirect/316
| عنوان= Paul Baran
| موقع= National Inventors Hall of Fame
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 10 أوكتوبر 2017|url-status=dead}}</ref>


طوّر باران مبدأ تبديل كتل الرسائل المُتكيّفة المُوزّعة خلال أبحاثه في مؤسسة راند التي كونت موجّهة لشبكة اتصالات للقوات الجوية الأميركية قادرة على التجاة من [[حرب نووية]]. عُرض عمله أمام القوات الجويّة في صيغ العام 1961م ضمن التقرير (B-265)، <ref name="Web-2"/> ثُمّ نُشر في العام 1962م ضمن تقرير خاص بمؤسسة راند حمل الرقم (P-2626)،<ref name = "JOU-4">{{استشهاد بدورية محكمة
== أنواع توجيه الطرود ==
|الأخير= Baran
=== توجيه وحدات المعطيات Datagram Switching ===
|الأول= Paul
|عنوان= P-2626, On Distributed Communications.
|سنة= 1962
| ناشر = RAND Corporation
| مسار = https://www.rand.org/pubs/papers/P2626.html
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20191020200855/https://www.rand.org/pubs/papers/P2626.html|تاريخ أرشيف=2019-10-20}}</ref> وعَرَض هذا التقرير بُنية عامّة لشبكة اتصالات موزّعة تركز على ثلاث محاور أساسية، الأول هو عدم مركزيّة الشبكة وتعدد المسارات، والثاني هو تقسيم رسالة المُستخدم إلى عدد من كتل الرسائل، والثالث هو اعتماد تقنيّة [[تخزين وتوجيه|التخزين والتوجيه]]. لاحقاً نُشر شكلٍ مُعدّل من التقرير في العام 1964م تحت الرقم (RM 3420)،<ref name = "JOU-3">{{استشهاد بدورية محكمة
|الأخير= Baran
|الأول= Paul
|عنوان= RM-3420-PR, On Distributed Communications.
|سنة= 1964
| ناشر = RAND Corporation
| مسار = https://www.rand.org/pubs/research_memoranda/RM3420.html
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20191121045454/https://www.rand.org/pubs/research_memoranda/RM3420.html|تاريخ أرشيف=2019-11-21}}</ref> كما نشر [[مجلة علمية محكمة|كمقالة علميّة مُحكّمة]] في نفس العام.<ref name = "JOU-5">{{استشهاد بدورية محكمة
|الأخير= Baran
|الأول= Paul
|صحيفة = IEEE Transactions on Communications Systems
|عنوان= On Distributed Communications Networks
|المجلد= 12
|العدد = 1
| تاريخ = مارس 1964
|صفحة= 1-9
| ناشر = IEEE
| doi = 10.1109/TCOM.1964.1088883
| issn = 0096-1965
}}</ref>


في عام 1965، طوّر دونالد ديفيس في مختبر الفيزياء القومي في الممكلكة المتحدة مبدأ مُشابهاً لتوجيه الرسائل، وسمّاه تبديل الرزم، واقترح بناء شبكة داخل المملكة اعتماداً عليه،<ref name="Web-5">{{استشهاد ويب
في الشبكات التي تستخدم تحويل وحدات المعطيات يعامل كل طرد بشكل مستقل عن جميع الطرود الأخرى، حتى ولو كان ذلك الطرد جزءاً من مجموعة طرود تمثل المعطيات المرسلة. تسمى الطرود في هذا النوع وحدات معطيات datagrams.
| تاريخ= 1986
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170712071120/https://conservancy.umn.edu/handle/11299/107241
| تاريخ أرشيف = 12 يوليو 2017
| مسار= https://conservancy.umn.edu/handle/11299/107241
| عنوان= Oral history interview with Donald W. Davies
| موقع= University of Minnesota
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 14 أوكتوبر 2017}}</ref> في العام 1966م حيث أُبلغ ديفيس من قبل وزارة دفاع المملكة المتحدة بعمل باران، ثم اقترح بناء الشبكة داخل مختبر الفيزياء القومي، بعد عدّة تجارب في العام 1967،<ref name = "Book-7">{{استشهاد بكتاب
|مؤلف1= Fitzroy Dearborn
|عنوان= Technological Innovation and Economic Performance
|سنة=2002
|ناشر= Princeton University Press,
|ردمك= 0691090912
|لغة= en
}}</ref> استمر التطوير حتى دخلت [[شبكة مختبر الفيزياء القومي]] الخدمة في العام 1969م.


وفي العام التالي اقترح روجر سكانتيلبري (Roger Scantlebury)، وهو أحد أعضاء فريق ديفيس، على [[لورانس روبرتس (عالم)|لورانس روبرتس]] في ندوة مبادئ انظمة التشغيل المُنظمة من قبل [[جمعية آلات الحوسبة|رابطة مكائن الحوسبة]] (ACM) استخدام هذه التقنية في [[أربانت|شبكة الأربانت]].<ref name = "Book-5">{{استشهاد بكتاب
يحتوي كل طرد على عنوان مرسل المعطيات وعنوان مستقبلها، ويصل الطرد إلى هدفه النهائي بمساعدة [[جداول التحويل]] routing tables، وهي جداول موجودة ضمن المبدلات تحتوي بشكل أساسي على عنوان المستقبل Destination Address، والمنفذ المقابل لذلك العنوان والذي سيتم إرسال الطرود الموجهة للمستقبل عليه. تتميز جداول التحويل بأنها متغيرة ويتم تحديثها بشكل دوري.
|مؤلف1= James Gillies, Robert Cailliau
|عنوان= How the Web was Born: The Story of the World Wide Web
|مسار= https://archive.org/details/howwebwasbornsto00gill
|صفحة= [https://archive.org/details/howwebwasbornsto00gill/page/25 25]
|سنة=2000
|ناشر= Oxford University Press
|ردمك= 0192862073
|لغة= en
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20210308013255/https://archive.org/details/howwebwasbornsto00gill | تاريخ أرشيف = 8 مارس 2021 }}</ref> ثُمّ، وبالاعتماد على [[نظرية الأرتال]] التي سبق لليونارد كلينورك وضعها وعلى مجموعة من نتائج مُحاكاة لتقنيّة تبديل الرزم في مختبر الفيزياء القومي<ref name = "Book-6">{{استشهاد بكتاب
|مؤلف1= Fitzroy Dearborn
|عنوان= Encyclopedia of 20Th-Century Technology
|صفحة= 574
|سنة=2005
|ناشر= Fitzroy Dearborn Pub
|ردمك= 1579584640
|لغة= en
}}</ref> قام لورانس روبرتس بتمويل من [[داربا|وكالة مشاريع البحوث المتطورة]] ببناء شبكة الأربانت في العام 1969م.


في العام 1974م، نشر [[فينت سيرف]] و[[روبرت خان]] مُحددات [[بروتوكول (اتصالات)|بروتوكول]] جديد يعمل في شبكات تبديل الرزم،<ref name = "JOU-6">{{استشهاد بدورية محكمة
=== مبدأ العمل ===
|الأخير = Cerf
عندما يستقبل المبّدل طرداً يقوم بفحص عنوان المستقبل – الموجود في مقدمة الطرد- ثم يبحث ضمن جدول التوجيه الخاص به عن عنوان المستقبل، وعندما يجده يفحص رقم المنفذ المقابل له والذي سيقوم بارسال الطرد عبره، وفي حال وجود أكثر من منفذ مقابل لنفس العنوان (أي هناك أكثر من مسار ممكن) عندها يختار المبّدل المسار الأقل ازدحاماً، وبالتالي قد تصل الطرود إلى المستقبل بغير الترتيب الذي أرسلت به فقد يرسل المبدل الطرد الأول عبر شبكة مزدحمة والطرد الثاني عبر شبكة أقل ازدحاماً من الأولى فيصل الطرد الثاني قبل الأول، والمسؤول عن إعادة ترتيب الطرود في توجيه وحدات المعطيات هو المستقبل النهائي للرسالة.
|الأول = V.
يبقى عنوان المستقبل ضمن مقدمة الطرد ثابتاً لا يتغير حتى وصول الطرد إلى المستقبل.
|مؤلف2-الأخير = Kahn
|مؤلف2-الأول = R.
|صحيفة = IEEE Transactions on Communications
|عنوان = A protocol for packet network intercommunication
|المجلد = 22
|العدد = 5
|تاريخ = مايو 1974
|صفحة = 637 - 648
|ناشر = IEEE
|doi = 10.1109/TCOM.1974.1092259
|issn = 0090-6778
|مسار = http://ece.ut.ac.ir/Classpages/F84/PrincipleofNetworkDesign/Papers/CK74.pdf
|مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200331091022/https://web.archive.org/web/20160304150203/http://ece.ut.ac.ir/Classpages/F84/PrincipleofNetworkDesign/Papers/CK74.pdf
|تاريخ أرشيف = 31 مارس 2020
|تاريخ الوصول = 14 أكتوبر 2017
|حالة المسار = dead
}}</ref> تمّ تطوير هذا البروتوكول لاحقاً، وفصل وظائفه ليقوم بها بروتوكولين هما [[بروتوكول التحكم بالنقل]] (TCP)<ref name="ietf-2">{{استشهاد ويب
| الأخير= Postal
| الأول= J.
| تاريخ= سبتمبر 1981
| مسار= https://tools.ietf.org/html/rfc793
| عنوان= RFC 793, Transmission control protocol, DARPA internet program,protocol specification.
| موقع= The Internet Society
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 14 أوكتوبر 2017| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190505045142/https://tools.ietf.org/html/rfc793 | تاريخ أرشيف = 05 مايو 2019 }}</ref> و[[بروتوكول الإنترنت (الإصدار الرابع)|الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت]] (IPv4)<ref name="ietf-1">{{استشهاد ويب
| الأخير= Postel
| الأول= J.
| تاريخ= سبتمبر 1981
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190519111306/https://tools.ietf.org/html/rfc791| مسار= https://tools.ietf.org/html/rfc791
| عنوان= RFC 791, Internet Protocol, DARPA Internet Program Protocol Specification
| موقع=The Internet Society
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 14 أوكتوبر 2017| تاريخ أرشيف = 19 مايو 2019 }}</ref> في العام 1981م.


كانت شبكة [[سيكلاد (شبكة)|سيكلاد]] الفرنسيّة، التي صممها [[لويس بوزان]] في العام 1976م، هي أول شبكة تبديل رزم تعمل [[مبدأ الطرفين|بمبدأ الطرفين]] وتنقل مسؤوليّة التوصيل [[وثوقية (شبكات)|الموثوق]] للبيانات [[مضيف (حوسبة)|للمُضيفين]] بدلاً من كونها [[خدمة (شبكات)|خدمة]] مركزيّة مُقدّمة من الشبكة نفسها.<ref name="Web-6">{{استشهاد ويب
يطلق على الشبكات التي تستخدم تحويل وحدات المعطيات اسم الشبكات التي لا تقيم رابطة Connectionless بمعنى أنها لا تحتفظ بمعلومات حول حالة الاتصال.
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20061006085837/http://www.cs.utexas.edu/users/chris/think/Cyclades/index.shtml
| تاريخ أرشيف = 6 أكتوبر 2006
| مسار= https://www.cs.utexas.edu/users/chris/think/Cyclades/index.shtml
| عنوان= A Technical History of CYCLADES
| موقع= THINK Protocols
| لغة= en
|url-status=dead}}</ref>


== أنماط تقنية تبديل الرزم ==
'''بعض بروتوكولات تحويل وحدات المعطيات:''' Ethernet, IP, and UDP
{{مفصلة|اتصال غير مهيأ|اتصال مهيأ}}


يُمكن تصنيف أنماط تقنية تبديل الرزم بحسب نوع الاتصال المُستخدم إلى تبديل الرزم غير المُهيأ، والذي يُسمى أيضاً تبديل حزم البيانات، وإلى تبديل الرزم المُهيأ الذي يعرف باسم تبديل [[دارة افتراضية|الدارات الافتراضية]].
=== التحويل عبر الدارة الافتراضية Virtual Circuit Switching ===


في نمط تبديل الرزم غير المُهيأ، تحتوي رزمة البيانات على كامل معلومات العنونة، ويشكل ذلك عناوين المصدر والوجهة وأرقام المنافذ ويتم توجيه الرزم بشكل منفصل، وقد يُسبب ذلك وجود مسارات متعدد تسلكها الرزم بين نفس المصدر والوجهة، ما قد يؤدي بدوره إلى [[وصول بترتيب مغاير للإرسال|وصول الرزم بترتيب مغاير للإرسال]]، ويجب معالجة الرزمة في كل عقدة على المسار. أمّا في نمط تبديل الرزم المُهيأ، فيكون ذلك في مرحلة تسبق تبادل البيانات، تُسمى مرحلة إعداد الاتصال، حيث يُمكن الاتفاق بشكل مسبق على أرقام خاصة مُتتابعة لدفق الرزم لتسهيل ترتيبها في الوجهة وإعادة طلب ما فُقد، ولكن ذلك يؤدي إلى زيادة حجم الترويسة التي تحملها كل رزمة.
هذا النوع من التحويل خليط بين التحويل عبر الدارة، وتحويل الطرود:


يسمح نمط تبديل الرزم غير المُهيأ بعد إنهاء إنشاء المسار بتسريع عملية التوجيه من خلال اختصار الزمن اللازم لاتخاذ قرار التوجيه، عوضاً عن البحث في، من خلال الاعتماد على اللوافت (Label)، حيث يتمّ توجيه جميع الرزم التي تنتمي لنفس التدفق، والتي يمكن تميزُها من لافتة خاصّة تحملُها كل رزمة، بحسب نفس قرار التوجيه وتختصر هذه الآليّة اتخاذ قرار التوجيه مُقارنة مع الزمن اللازم لاتخاذ القرار في عند إجراء عملية البحث التقليدية في جداول التوجيه.
* كما في التحويل عبر الدارة فإن التحويل عبر الدارة الافتراضية:


بشكل افتراضي، يتم توجيه رزم بيانات [[بروتوكول الإنترنت (الإصدار الرابع)|الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت]] (IPv4) بشكل غير مُهيّأ، لذلك يجب أن تحتوي ترويسة الرزمة على كافة معلومات التوجيه. لاحقاً في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت (IPv6)،<ref name="ietf-5">{{استشهاد ويب
# يحتوي على مرحلة لإنشاء الاتصال ومرحلة لإنهائه، بالإضافة لمرحلة نقل المعطيات.
| الأخير= Deering
# يمكننا من حجز الموارد أثناء مرحلة إنشاء الاتصال.
| الأول= S.
# الطرود فيه تتبع نفس المسار حتى نهاية الإرسال.
| مؤلف2-الأخير= Hinden
| مؤلف2-الأول= R.
| تاريخ= يوليو 2017
| مسار= https://tools.ietf.org/html/rfc8200
| عنوان= RFC 8200, Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification
| موقع= The Internet Society
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 29 أوكتوبر 2017| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190321150215/https://tools.ietf.org/html/rfc8200 | تاريخ أرشيف = 21 مارس 2019 }}</ref> تمّ إضافة حقل خاص [[ترويسة (حوسبة)|للترويسة]] هو مُعرف التدفق، بحيث أصبح توجيه الرزم بحسب النمطين مدعوماً. من تقنيّات تبديل الرزم غير المُهيأة [[سيسكو للتوجيه السريع|تقنيّة سيسكو للتوجيه السريع]] (CEF)<ref name="Web-7">{{استشهاد ويب
| مسار أرشيف = http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:https://www.cisco.com/c/en/us/support/docs/routers/12000-series-routers/47321-ciscoef.html
| تاريخ أرشيف = 26 أوكتوبر 2017
| مسار= https://www.cisco.com/c/en/us/support/docs/routers/12000-series-/index.html
| عنوان= Understanding Cisco Express Forwarding (CEF)
| موقع= Cisco Systems Inc.
| لغة= en
| تاريخ الوصول= 29 أوكتوبر 2017|url-status=dead}}</ref> و[[تبديل عديد البروتوكولات باستخدام المؤشرات التعريفية|التبديل متعدد البروتوكولات باستعمال اللافتة]] (MPLS).<ref name="ietf-1" />


== فوائد توجيه الطرود ==
* كما في تحويل الطرود فإن التحويل عبر الدارة الافتراضية:
# يتم فيه تقسيم المعطيات المراد إرسالها إلى طرود.
# يحتوي الطرد فيه على عنوان، ولكنّ هذا العنوان ليس عنوان المستقبل النهائي للرسالة بل هو عنوان العقدة التالية على الشبكة أو ما يسمى بالعنوان المحلي Local Address.


# في شبكات تحويل الطرود يمكن أن يتصل جهازان لهما سرعتا نقل معطيات مختلفتان، وذلك لأن كل منهما يتصل بعقدة شبكة مناسبة لسرعته في بنية توجيه الطرود.
'''نفرق بين نوعين من العنونة التي يستخدمها التحويل عبر الدارة الافتراضية:'''
# عندما تزدحم شبكة تستخدم التحويل عبر الدارة فإنها ترفض إنشاء اتصالات جديدة حتى يخف الازدحام على الشبكة (كما في خط الهاتف حيث نحصل على رنة مميزة للدلالة على رفض المقسم لإنشاء اتصالنا عندما يكون مشغولاً)، بينما ستقبل الشبكة التي تستخدم تحويل الطرود طروداً جديدة رغم أنشغالها ولكن زمن الانتظار سيزداد على الشبكة.
# العنوان العالمي Global Address وهو عنوان وحيد على الشبكة الموجود عليها الجهاز الذي يريد الإرسال ونفس الشيء بالنسبة للجهاز الذي يريد الاستقبال.
# يمكننا توجيه الطرود من استخدام أولويات، فمثلاً يستطيع طرد ذو أولوية عالية أن يتجاوز رتل الانتظار ضمن عقدة الشبكة، ويرسل قبل الطرود الموجودة في الرتل.
# العنوان المحلي Local Address أو مُعرِّف الدارة الافتراضية Virtual-Circuit Identifier واختصاراً vel، وهو رقم الجهاز ضمن مجال رؤية المبدل switch scope، ويستخدم لارسال الطرود بين المبدلات وهو الذي يتم وضعه ضمن مقدمة الطرد Header في شبكات التوجيه عبر الدارة الافتراضية.

'''بعض بروتوكولات التوجيه عبرالدارة الافتراضية:''' X.25، [[تنقيل الأطر]]، [[تي سي بي]]

'''إنشاء الاتصال في التوجيه عبر الدارة الافتراضية:'''

يرسل المرسل طرد تحكمٍ خاصاً يسمى طرد طلب-الاتصال Call Request packet يحوي العناوين العالمية للمرسل والمستقبل، فيستقبله المبدّل المتصل مع المرسل، ويختار هذا المبدّل إرسال طرد التحكم عبر منفذ معين ويحفظ رقم ذلك المنفذ عنده، ثم يرسل هذا الطرد عبر المنفذ الذي اختاره وقد يستقبله مبدل آخر وعندها تتكرر العملية السابقة وذلك حتى وصول طرد طلب الاتصال إلى المستقبل الذي يقوم بإرسال طرد قبول الاتصال Call-Accept في حال عدم انشغاله، ويعاد إرسال هذا الطرد عبر المبدلات السابقة التي مر عليها طرد طلب الاتصال حتى يصل إلى المرسل، وعندها تكون الرابطة قد أقيمت بين الجهازين ويمكن بدأ إرسال الطرود عبر المسار الذي تم تحديده، حيث يحتوي الطرد المرسل في مقدمته على العنوان المحلي الذي يدل على المبدل التالي الذي يجب إرسال الطرد إليه، وهذا المبدل بدوره يعلم إلى أين سيرسل الطرد. عند انتهاء الإرسال يرسل إحدى الجهازين إشارة أيقاف الاتصال Clear-Request packet.
رغم أن الطرود تسلك مساراً واحداً في هذه التقنية إلا أنها مختلفة عن التحويل عبر الدارة حيث لا يتم حجز دارة فعلية للاتصال (لا يوجد عرض حزمة معطيات محجوز ولا زمن تأخير ثابت)، فالطرود المرسلة باستخدام التحويل عبر الدارة الافتراضية تنتظر في رتل الانتظار كغيرها، ومن ثم ترسل ولكن الفرق في أنها ترسل عبر المنفذ الذي حدد أثناء إنشاء الاتصال وبذلك تختلف عن تحويل وحدات المعطيات الذي يحدد المبدل فيه مسار كل طرد بشكل منفصل عن الطرود الأخرى.


== استخدام توجيه الطرود في الشبكات ==
== استخدام توجيه الطرود في الشبكات ==
يستخدم تحويل الطرود في البروتوكول X.25 وهو بروتوكول من طبقة الشبكة طُوِّر عام 1976 ويحدد واجهة التخاطب بين جهاز شبكي وشبكة تستخدم تقنية توجيه الطرود، يستخدم هذا البروتوكول في ال ISDN، وظل سائداً لفترةٍ طويلة، وقد تميزت الشبكات الواسعة التي اعتمدته بسرعة الاتصالات فيها، ولكن لم يعد بإمكان هذا البروتوكول مواكبة التقنيات الجديدة ذات السرعة العالية<ref name="4electron.com">2 http://www.4electron.com/phpbb/viewtopic.php?f=55&t=743</ref>.
يستخدم تحويل الطرود في البروتوكول X.25 وهو بروتوكول من طبقة الشبكة طُوِّر عام 1976 ويحدد واجهة التخاطب بين جهاز شبكي وشبكة تستخدم تقنية توجيه الطرود، يستخدم هذا البروتوكول في ال ISDN، وظل سائداً لفترةٍ طويلة، وقد تميزت الشبكات الواسعة التي اعتمدته بسرعة الاتصالات فيها، ولكن لم يعد بإمكان هذا البروتوكول مواكبة التقنيات الجديدة ذات السرعة العالية.<ref name="4electron.com">2 http://www.4electron.com/phpbb/viewtopic.php?f=55&t=743 {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120618132753/http://4electron.com/phpbb/viewtopic.php?f=55&t=743|date=2012-06-18}}</ref>


و يستخدم أيضاً تحويل الطرود في بروتوكول تنقيل الأطر frame relay الذي طور عن البروتوكول X.25 في نهاية الثمانينيات، وهو غير موثوق بعكس ال X.25. ينتشر هذا البروتوكول بكثرة في الشبكات الواسعة، إذ ترسل المعلومات باستخدامه في طرود عبر مسارات محددة مسبقا تعرف باسم الدارات الافتراضية الدائمة<ref name="4electron.com"/> (Permanent Virtual Circuits-PVC).
و يستخدم أيضاً تحويل الطرود في بروتوكول تنقيل الأطر frame relay الذي طور عن البروتوكول X.25 في نهاية الثمانينيات، وهو غير موثوق بعكس ال X.25. ينتشر هذا البروتوكول بكثرة في الشبكات الواسعة، إذ ترسل المعلومات باستخدامه في طرود عبر مسارات محددة مسبقا تعرف باسم الدارات الافتراضية الدائمة<ref name="4electron.com"/> (Permanent Virtual Circuits-PVC).
سطر 89: سطر 274:
|لا يوجد حجز للموارد للطرد ويتم تخديم الطرود بترتيب وصولها للمبّدل first-come, first serve basis
|لا يوجد حجز للموارد للطرد ويتم تخديم الطرود بترتيب وصولها للمبّدل first-come, first serve basis
|تحجز الموارد قبل بدء عملية النقل كما في تبديل الدارة Circuit Switching
|تحجز الموارد قبل بدء عملية النقل كما في تبديل الدارة Circuit Switching
|قبل بدء عملية النقل يجب أن تحجز جميع الموارد التي ستمر عليها الرسالة مثل قناة الاتصال، ذاكرة المُبّدل switch buffer وغيرها وتبقى محجوزة حتى نهاية عملية النقل.
|قبل بدء عملية النقل يجب أن تحجز جميع الموارد التي ستمر عليها الرسالة مثل قناة الاتصال، ذاكرة المُبّدل switch buffer وغيرها وتبقى محجوزة حتى نهاية عملية النقل.
|-
|-
|'''كيفية نقل المعطيات'''
|'''كيفية نقل المعطيات'''
سطر 98: سطر 283:
| '''عنونة المعطيات المرسلة'''
| '''عنونة المعطيات المرسلة'''
| هناك عنونة للمرسل والمستقبل فطرود الرسالة الواحدة قد لا تسلك طريقاً واحداً.
| هناك عنونة للمرسل والمستقبل فطرود الرسالة الواحدة قد لا تسلك طريقاً واحداً.
| تعنون طرود المعطيات ولكن لا تعطى عنوان المستقبل النهائي للطرد بل فقط عنوان العقدة التالية التي ستستقبل هذا الطرد، وهذا العنوان يسمى بالعنوان المحلي Local أو معرّف الدارة الافتراضية Virtual Circuit Identifier
| تعنون طرود المعطيات ولكن لا تعطى عنوان المستقبل النهائي للطرد بل فقط عنوان العقدة التالية التي ستستقبل هذا الطرد، وهذا العنوان يسمى بالعنوان المحلي Local أو معرّف الدارة الافتراضية Virtual Circuit Identifier
| لا يوجد عنونة للمعطيات المرسلة لأن ال switches تستطيع توجيه المعطيات على القناة المحجوزة لها. ولكن هناك عنونة فقط في مرحلة ال setup أي حجز موارد الاتصال.
| لا يوجد عنونة للمعطيات المرسلة لأن ال switches تستطيع توجيه المعطيات على القناة المحجوزة لها. ولكن هناك عنونة فقط في مرحلة ال setup أي حجز موارد الاتصال.
|-
|-
سطر 127: سطر 312:
|- bgcolor="#EFEFEF"
|- bgcolor="#EFEFEF"
|}
|}
== المصادر ==
== المراجع ==

<!--- See [[Wikipedia:Footnotes]] on how to create references using <ref></ref> tags which will then appear here automatically -->
{{مراجع}}

Forouzan, Behrouz A., and Sophia Chung Fegan. ''Data Communications and Networking''. New York: McGraw-Hill, 2007.

''Living Internet''. 7 Dec. 2009. <http://www.livinginternet.com>

Stallings, William A. "Data and Computer Communications." Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1997.

== المواقع الخارجية ==
# [http://www.livinginternet.com/ttoc_site.htm موقع الإنترنت الحي]
# [http://www.4electron.com/phpbb/viewtopic.php?f=55&t=743 عالم الإلكترون- الشبكات الواسعة]
# [http://www.cs.virginia.edu/~mngroup/projects/mpls/documents/thesis/node8.html تقنية التوجيه]


{{مراجع|2}}
<!--- Categories --->


{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|معلوماتية}}
{{اتصالات}}
{{شريط بوابات|اتصال عن بعد|تقانة|علم الحاسوب|إنترنت|تقنية المعلومات}}


[[تصنيف:بروتوكول الشبكات]]
[[تصنيف:بروتوكولات الشبكة]]
[[تصنيف:تشبيك حاسوبي]]
[[تصنيف:تاريخ الإنترنت]]
[[تصنيف:تاريخ الإنترنت]]
[[تصنيف:شبكات]]
[[تصنيف:ربط الشبكات الحاسوبية]]
[[تصنيف:شبكات كمبيوتر]]
[[تصنيف:رزم البيانات]]
[[تصنيف:معلوماتية بعدية]]

النسخة الحالية 09:32، 29 أبريل 2024

جزء من سلسلة مقالات حول
الإرسال المتعدد
طرق الإرسال المتعدد
تقنيات نقل البيانات
مواضيع مرتبطة
شعار بوابة بوابة اتصال عن بعد

تبديل الرزم[1] أو تبديل الحزم (بالإنجليزية: Packet Switching)‏ هي طريقة لنقل البيانات المُرسلة عبر شبكة رقميّة على شكل رزم بيانات يتكوّن كل منها من ترويسة وحمولة، تُستخدم المعلومات الموجودة في الترويسة من قبل عتاد الشبكة لتوجيه الرزمة إلى وجهتها حيث يتم استخلاص الحمولة واستخدامها من قبل التطبيقات البرمجيّة. يُسيطر هذا المفهوم على نقل البيانات في شبكات الحاسب على مستوى العالم.

في مطلع الستينيات من القرن العشرين، طوّر عالم الحاسوب الأميركي بول باران مفهوماً جديداً يصف إمكانية نقل البيانات على شكل كتل موزّعة ذات أحجام متغيرة، بطريقة تُمكّن من توجيه هذه الكتل نحو وجهتها بهامش من مقبول من الخطأ، وكان هذا جزءاً من دراسة بحثية مُمولة من قبل وزارة الدفاع في مؤسسة راند.[2] ناقض هذا المبدأ المفاهيم المُهيمنة في تلك الحقبة، وأهمها التخصيص المسبق لعرض النطاق الذي كان مدعوماً بشكل أساسي من مطوري أنظمة الاتصالات في شركة أنظمة بل (Bell System). لم يحصل المبدأ الجديد على الاهتمام من قبل مطوري الشبكات حتى نشر عالم الحاسوب البريطاني دونالد ديفيس من مختبر الفيزياء القوميّ في المملكة المتحدة نتائج دراساته بشكل مستقل في العام 1965م.[3]

يُنسب لديفيس تطوير مصطلح تبديل الرزم الذي ألهم مُطوري الشبكات في العقد التالي، ويشمل ذلك تطبيق هذا المبدأ في شبكة الأربانت في الولايات المتحدة.[4]

نظرة عامة[عدل]

صورة متحركة توضّح مبدأ تبديل الرزم، حيث يتمّ توجيه كل رزمة بشكلٍ مُستقلٍ بين المُضيف المصدر والمضيف الهدف.

يُمكن تعريف تبديل الرزم بشكل بسيط بالشكل التالي: هو نقل وتوجيه البيانات باستعمال عناوين الرزم بحيث يتم حجز القناة خلال فترة النقل فقط، لتعود وتصبح مُتاحة لنقل حركة بيانات أخرى بعد انتهائه.[5]

يُؤمّن تبديل الرزم نقل دفقات من البيانات لكل منها معدل نقل مختلف، على شكل تتابع من الرزم، عبر الشبكة التي تخصص موارداً لعملية النقل مثل عرض النطاق سواء باستخدام التحصيص الآليّ أو أحد تقنيّات الإرسال المتعدد. أثناء انتقالها عبر الشبكة، تقوم عقد الشبكة كالموجهات والمُبدلات باستقبال وتخزين وتوجيه الرزم، وينتج عن هذا اختلاف في مُعدّل الإنتاجية وزمن تأخير بحسب مواصفات وسط النقل وازدحام حركة المعطيات عبر الشبكة.

يتناقض مبدأ تبديل الرزم مع مفهوم أساسيّ آخر في الشبكات هو تبديل الدارات، وفيه يتم تحصيص عرض النظاق في الشبكة بشكل مسبق لكل جلسة اتصال، ويكون لكل منها معدل بت ثابت زمن تأخير محدد بين العُقد. في الشبكات المُفوترة، كالشبكات الخليويّة، يتمّ تحصل الرسوم عن خدمات تبديل الدرات مقابل حجز الدارة للمُشترك، بغضّ النظر عن كمية الاستهلاك، فعرض النطاق المرافق قد تم تخصيصه للمشترك وحده فقط، ويتمّ تقاضي الرسوم عن ذلك سواء جرى استخدامُه أو لا. أمّا في حالة تبديل الرزم، فتحصيل الرسوم يكون بناء على كميّة البيانات المُرسلة عبر الشبكة، والتي ترسل على شكل رزم أو رسائل.

يمكن تنفيذ تقنية تبديل الرزم مع أو بدون وجود عقد توجيه وسيطيّة (كالموجهات مثلاً). بشكلٍ عام، يتمّ توجيه الرزم بواسطة عقد الشبكة الوسيطية بشكلٍ غير متزامن عن طريق تخزين الرزم بمبدأ الأول في الدخول الأول في الخروج (FIFO)، ولكن هناك إمكانية لتوجيه الرزم بحسب أولوبة معينة أو تبعاً لسياسات ترتبط بجودة الخدمة . في حالة الوسط المُشترك، كالراديو أو كشبكة ثيك نت مثلاً، يتمّ توصيل الرزم بحسب طريقة الوصول المتعدد المُستخدمة في الوسط.

نبذة تاريخية[عدل]

المقالة الرئيسة: تاريخ الإنترنت
شبكة الأربانت في العام 1973م
امتداد شبكة سيكلاد في فرنسا أثناء إنشائها.

في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، بدأت القوات الجوية الأمريكية في بناء شبكة متباعدة من أجل النظام الدفاعي لمنظُومة رادار البيئة الأرضية نصف الآلية (the Semi-Automatic Ground Environment SAGE)، المعروفة اختصاراً بالاسم ساج. كان الهدف الأساسي هو البحث عن نظام قادر على النجاة في حال حصول حرب نووية، وبالتالي حرمان الأعداء من ميزة الضربة الاستباقية.[6]

كان ليونارد كلينروك أول من قدّم بحثاً مُتماسكاً عن نظرية الأرتال، ونشر كتاباً بهذا الشأن ذكر فيه مفهوماً جديداً هو تبديل الرسائل الرقميّة، من دون التطرّق لمفهوم رزمة البيانات.[7] أمّا مفهوم إرسال قطع صغيرة من البيانات فقد طُرح لأوّل مرة من قبل بول باران في مؤسسة راند بالتوازي ولكن بشكلٍ مُستقل عن عمل مُشابه في مختبر الفيزياء القومي (NPL) في المملكة المتحدة بإشراف دونالد ديفيس.[8][9][10]

طوّر باران مبدأ تبديل كتل الرسائل المُتكيّفة المُوزّعة خلال أبحاثه في مؤسسة راند التي كونت موجّهة لشبكة اتصالات للقوات الجوية الأميركية قادرة على التجاة من حرب نووية. عُرض عمله أمام القوات الجويّة في صيغ العام 1961م ضمن التقرير (B-265)، [6] ثُمّ نُشر في العام 1962م ضمن تقرير خاص بمؤسسة راند حمل الرقم (P-2626)،[11] وعَرَض هذا التقرير بُنية عامّة لشبكة اتصالات موزّعة تركز على ثلاث محاور أساسية، الأول هو عدم مركزيّة الشبكة وتعدد المسارات، والثاني هو تقسيم رسالة المُستخدم إلى عدد من كتل الرسائل، والثالث هو اعتماد تقنيّة التخزين والتوجيه. لاحقاً نُشر شكلٍ مُعدّل من التقرير في العام 1964م تحت الرقم (RM 3420)،[12] كما نشر كمقالة علميّة مُحكّمة في نفس العام.[13]

في عام 1965، طوّر دونالد ديفيس في مختبر الفيزياء القومي في الممكلكة المتحدة مبدأ مُشابهاً لتوجيه الرسائل، وسمّاه تبديل الرزم، واقترح بناء شبكة داخل المملكة اعتماداً عليه،[14] في العام 1966م حيث أُبلغ ديفيس من قبل وزارة دفاع المملكة المتحدة بعمل باران، ثم اقترح بناء الشبكة داخل مختبر الفيزياء القومي، بعد عدّة تجارب في العام 1967،[15] استمر التطوير حتى دخلت شبكة مختبر الفيزياء القومي الخدمة في العام 1969م.

وفي العام التالي اقترح روجر سكانتيلبري (Roger Scantlebury)، وهو أحد أعضاء فريق ديفيس، على لورانس روبرتس في ندوة مبادئ انظمة التشغيل المُنظمة من قبل رابطة مكائن الحوسبة (ACM) استخدام هذه التقنية في شبكة الأربانت.[16] ثُمّ، وبالاعتماد على نظرية الأرتال التي سبق لليونارد كلينورك وضعها وعلى مجموعة من نتائج مُحاكاة لتقنيّة تبديل الرزم في مختبر الفيزياء القومي[17] قام لورانس روبرتس بتمويل من وكالة مشاريع البحوث المتطورة ببناء شبكة الأربانت في العام 1969م.

في العام 1974م، نشر فينت سيرف وروبرت خان مُحددات بروتوكول جديد يعمل في شبكات تبديل الرزم،[18] تمّ تطوير هذا البروتوكول لاحقاً، وفصل وظائفه ليقوم بها بروتوكولين هما بروتوكول التحكم بالنقل (TCP)[19] والإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت (IPv4)[20] في العام 1981م.

كانت شبكة سيكلاد الفرنسيّة، التي صممها لويس بوزان في العام 1976م، هي أول شبكة تبديل رزم تعمل بمبدأ الطرفين وتنقل مسؤوليّة التوصيل الموثوق للبيانات للمُضيفين بدلاً من كونها خدمة مركزيّة مُقدّمة من الشبكة نفسها.[21]

أنماط تقنية تبديل الرزم[عدل]

المقالات الرئيسة: اتصال غير مهيأ واتصال مهيأ

يُمكن تصنيف أنماط تقنية تبديل الرزم بحسب نوع الاتصال المُستخدم إلى تبديل الرزم غير المُهيأ، والذي يُسمى أيضاً تبديل حزم البيانات، وإلى تبديل الرزم المُهيأ الذي يعرف باسم تبديل الدارات الافتراضية.

في نمط تبديل الرزم غير المُهيأ، تحتوي رزمة البيانات على كامل معلومات العنونة، ويشكل ذلك عناوين المصدر والوجهة وأرقام المنافذ ويتم توجيه الرزم بشكل منفصل، وقد يُسبب ذلك وجود مسارات متعدد تسلكها الرزم بين نفس المصدر والوجهة، ما قد يؤدي بدوره إلى وصول الرزم بترتيب مغاير للإرسال، ويجب معالجة الرزمة في كل عقدة على المسار. أمّا في نمط تبديل الرزم المُهيأ، فيكون ذلك في مرحلة تسبق تبادل البيانات، تُسمى مرحلة إعداد الاتصال، حيث يُمكن الاتفاق بشكل مسبق على أرقام خاصة مُتتابعة لدفق الرزم لتسهيل ترتيبها في الوجهة وإعادة طلب ما فُقد، ولكن ذلك يؤدي إلى زيادة حجم الترويسة التي تحملها كل رزمة.

يسمح نمط تبديل الرزم غير المُهيأ بعد إنهاء إنشاء المسار بتسريع عملية التوجيه من خلال اختصار الزمن اللازم لاتخاذ قرار التوجيه، عوضاً عن البحث في، من خلال الاعتماد على اللوافت (Label)، حيث يتمّ توجيه جميع الرزم التي تنتمي لنفس التدفق، والتي يمكن تميزُها من لافتة خاصّة تحملُها كل رزمة، بحسب نفس قرار التوجيه وتختصر هذه الآليّة اتخاذ قرار التوجيه مُقارنة مع الزمن اللازم لاتخاذ القرار في عند إجراء عملية البحث التقليدية في جداول التوجيه.

بشكل افتراضي، يتم توجيه رزم بيانات الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت (IPv4) بشكل غير مُهيّأ، لذلك يجب أن تحتوي ترويسة الرزمة على كافة معلومات التوجيه. لاحقاً في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت (IPv6)،[22] تمّ إضافة حقل خاص للترويسة هو مُعرف التدفق، بحيث أصبح توجيه الرزم بحسب النمطين مدعوماً. من تقنيّات تبديل الرزم غير المُهيأة تقنيّة سيسكو للتوجيه السريع (CEF)[23] والتبديل متعدد البروتوكولات باستعمال اللافتة (MPLS).[20]

فوائد توجيه الطرود[عدل]

  1. في شبكات تحويل الطرود يمكن أن يتصل جهازان لهما سرعتا نقل معطيات مختلفتان، وذلك لأن كل منهما يتصل بعقدة شبكة مناسبة لسرعته في بنية توجيه الطرود.
  2. عندما تزدحم شبكة تستخدم التحويل عبر الدارة فإنها ترفض إنشاء اتصالات جديدة حتى يخف الازدحام على الشبكة (كما في خط الهاتف حيث نحصل على رنة مميزة للدلالة على رفض المقسم لإنشاء اتصالنا عندما يكون مشغولاً)، بينما ستقبل الشبكة التي تستخدم تحويل الطرود طروداً جديدة رغم أنشغالها ولكن زمن الانتظار سيزداد على الشبكة.
  3. يمكننا توجيه الطرود من استخدام أولويات، فمثلاً يستطيع طرد ذو أولوية عالية أن يتجاوز رتل الانتظار ضمن عقدة الشبكة، ويرسل قبل الطرود الموجودة في الرتل.

استخدام توجيه الطرود في الشبكات[عدل]

يستخدم تحويل الطرود في البروتوكول X.25 وهو بروتوكول من طبقة الشبكة طُوِّر عام 1976 ويحدد واجهة التخاطب بين جهاز شبكي وشبكة تستخدم تقنية توجيه الطرود، يستخدم هذا البروتوكول في ال ISDN، وظل سائداً لفترةٍ طويلة، وقد تميزت الشبكات الواسعة التي اعتمدته بسرعة الاتصالات فيها، ولكن لم يعد بإمكان هذا البروتوكول مواكبة التقنيات الجديدة ذات السرعة العالية.[24]

و يستخدم أيضاً تحويل الطرود في بروتوكول تنقيل الأطر frame relay الذي طور عن البروتوكول X.25 في نهاية الثمانينيات، وهو غير موثوق بعكس ال X.25. ينتشر هذا البروتوكول بكثرة في الشبكات الواسعة، إذ ترسل المعلومات باستخدامه في طرود عبر مسارات محددة مسبقا تعرف باسم الدارات الافتراضية الدائمة[24] (Permanent Virtual Circuits-PVC). أشهر مثال على الشبكات القائمة على تحويل الطرود هو شبكة الإنترنت التي تستخدم الIP مع إحدى بروتوكولات طبقة ربط المعطيات كالـ frame relay.

الفروق بين أنواع التحويل بالطرودوالتحويل عبر الدارة[عدل]

نواحي المقارنة التحويل عبر وحدات المعطيات التوجيه عبر الدارة الافتراضية التوجيه عبر الدارة
حجز الموارد لا يوجد حجز للموارد للطرد ويتم تخديم الطرود بترتيب وصولها للمبّدل first-come, first serve basis تحجز الموارد قبل بدء عملية النقل كما في تبديل الدارة Circuit Switching قبل بدء عملية النقل يجب أن تحجز جميع الموارد التي ستمر عليها الرسالة مثل قناة الاتصال، ذاكرة المُبّدل switch buffer وغيرها وتبقى محجوزة حتى نهاية عملية النقل.
كيفية نقل المعطيات المعطيات المرسلة تقسم إلى طرود ذات حجم ثابت أو متغير. المعطيات المرسلة تقسم إلى طرود ذات حجم ثابت أو متغير. المعطيات المرسلة غير مقطعة إلى أجزاء فالنقل على القناة الفيزيائية يكون بنقل البتات بشكل مستمر دون انقطاع (لكن قد توجد لحظات صمت بدون إرسال).
عنونة المعطيات المرسلة هناك عنونة للمرسل والمستقبل فطرود الرسالة الواحدة قد لا تسلك طريقاً واحداً. تعنون طرود المعطيات ولكن لا تعطى عنوان المستقبل النهائي للطرد بل فقط عنوان العقدة التالية التي ستستقبل هذا الطرد، وهذا العنوان يسمى بالعنوان المحلي Local أو معرّف الدارة الافتراضية Virtual Circuit Identifier لا يوجد عنونة للمعطيات المرسلة لأن ال switches تستطيع توجيه المعطيات على القناة المحجوزة لها. ولكن هناك عنونة فقط في مرحلة ال setup أي حجز موارد الاتصال.
التأخير التأخير ينتج عن انتظار الطرود عند كل مُبّدل switch وبما أن كل طرد قد يسلك طريقاً مختلفاً فزمن التأخير غير ثابت لجميع الطرود. التأخير ليس ثابتاً وهو غالباً أكبر من التأخير في تحويل الطرود. التأخير أثناء النقل أصغري وهو ذو قيمة ثابتة.
التعامل مع ازدحام الشبكة تستمر الشبكة باستقبال الطرود ولكن زمن التأخير delay يزداد. يخبر المرسل بعدم إمكانية إنشاء اتصال. ترفض إنشاء أي اتصال (إشارة خط مشغول)
طريق المعطيات ممكن أن تسلك الطرود مسارات مختلفةً عن بعضها البعض كل الطرود تسلك مساراً واحداً. تسلك المعطيات مساراً واحداً فقط
الخدمات التي تقدمها خدمات غير متزامنة كنقل المعطيات. خدمات غير متزامنة كنقل المعطيات. خدمات متزامنة كنقل الصوت (الهاتف مثلاً)
عرض حزمة قناة النقل ديناميكي ديناميكي ثابت

المراجع[عدل]

  1. ^ ميشيل بكني (2022). ساندرا هانبو (المحرر). بروتوكول الإِنترنت: الإِصداران الرابع والسادس. أورتيز: مطبعة إيسن. ص. 350. DOI:10.6084/M9.FIGSHARE.19326086. ISBN:978-2-9576887-1-5. OCLC:1425075897. OL:36773625W. QID:Q111284802.
  2. ^ Baran, Paul (1964). On Distributed communications networks: Introductions to Distributed communications networks (PDF) (بالإنجليزية). The Rand corporation. Archived from the original on 2020-09-12. Retrieved 2019-09-05.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: BOT: original URL status unknown (link)
  3. ^ Roberts، L.G. (نوفمبر 1978). "The evolution of packet switching". Proceedings of the IEEE. IEEE. ج. 66 ع. 11: 1307-1313. DOI:10.1109/PROC.1978.11141. مؤرشف من الأصل في 2020-04-04. اطلع عليه بتاريخ 2017-09-19.
  4. ^ Kirstein، P.T. (يناير-مارس-1999). "Early experiences with the Arpanet and Internet in the United Kingdom". IEEE Annals of the History of Computing. IEEE. ج. 21 ع. 1: 38-44. DOI:10.1109/85.759368. ISSN:1058-6180. {{استشهاد بدورية محكمة}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  5. ^ Martin Weik (1997). Fiber Optics Standard Dictionary (بالإنجليزية) (الثالثة ed.). Springer. p. 718. ISBN:0412122413.
  6. ^ ا ب "Paul Baran Invents Packet Switching". Living Internet (بالإنجليزية). Archived from the original on 2017-09-26. Retrieved 2017-09-30.
  7. ^ Walter Isaacson (2014). The Innovators: How a Group of Inventors, Hackers, Geniuses, and Geeks Created the Digital Revolution (بالإنجليزية). Simon & Schuster. p. 245. ISBN:1467687650. Archived from the original on 2022-04-28.
  8. ^ Janet Abbate (2000). Inventing the Internet (بالإنجليزية). The MIT Press. p. 38. ISBN:0262511150.
  9. ^ "Donald Watts Davies". National Inventors Hall of Fame (بالإنجليزية). Archived from the original on 2 فبراير 2017. Retrieved 10 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (help)
  10. ^ "Paul Baran". National Inventors Hall of Fame (بالإنجليزية). Archived from the original on 2 فبراير 2017. Retrieved 10 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (help)
  11. ^ Baran، Paul (1962). "P-2626, On Distributed Communications". RAND Corporation. مؤرشف من الأصل في 2019-10-20. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الاستشهاد بدورية محكمة يطلب |دورية محكمة= (مساعدة)
  12. ^ Baran، Paul (1964). "RM-3420-PR, On Distributed Communications". RAND Corporation. مؤرشف من الأصل في 2019-11-21. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الاستشهاد بدورية محكمة يطلب |دورية محكمة= (مساعدة)
  13. ^ Baran، Paul (مارس 1964). "On Distributed Communications Networks". IEEE Transactions on Communications Systems. IEEE. ج. 12 ع. 1: 1-9. DOI:10.1109/TCOM.1964.1088883. ISSN:0096-1965.
  14. ^ "Oral history interview with Donald W. Davies". University of Minnesota (بالإنجليزية). 1986. Archived from the original on 12 يوليو 2017. Retrieved 14 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (help)
  15. ^ Fitzroy Dearborn (2002). Technological Innovation and Economic Performance (بالإنجليزية). Princeton University Press,. ISBN:0691090912.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: علامات ترقيم زائدة (link)
  16. ^ James Gillies, Robert Cailliau (2000). How the Web was Born: The Story of the World Wide Web (بالإنجليزية). Oxford University Press. p. 25. ISBN:0192862073. Archived from the original on 2021-03-08.
  17. ^ Fitzroy Dearborn (2005). Encyclopedia of 20Th-Century Technology (بالإنجليزية). Fitzroy Dearborn Pub. p. 574. ISBN:1579584640.
  18. ^ Cerf، V.؛ Kahn، R. (مايو 1974). "A protocol for packet network intercommunication" (PDF). IEEE Transactions on Communications. IEEE. ج. 22 ع. 5: 637 - 648. DOI:10.1109/TCOM.1974.1092259. ISSN:0090-6778. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2020-03-31. اطلع عليه بتاريخ 2017-10-14.
  19. ^ Postal, J. (سبتمبر 1981). "RFC 793, Transmission control protocol, DARPA internet program,protocol specification". The Internet Society (بالإنجليزية). Archived from the original on 05 مايو 2019. Retrieved 14 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (help)
  20. ^ ا ب Postel, J. (سبتمبر 1981). "RFC 791, Internet Protocol, DARPA Internet Program Protocol Specification". The Internet Society (بالإنجليزية). Archived from the original on 19 مايو 2019. Retrieved 14 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (help)
  21. ^ "A Technical History of CYCLADES". THINK Protocols (بالإنجليزية). Archived from the original on 2006-10-06.
  22. ^ Deering, S.; Hinden, R. (يوليو 2017). "RFC 8200, Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification". The Internet Society (بالإنجليزية). Archived from the original on 21 مارس 2019. Retrieved 29 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (help)
  23. ^ "Understanding Cisco Express Forwarding (CEF)". Cisco Systems Inc. (بالإنجليزية). Archived from the original on 26 أوكتوبر 2017. Retrieved 29 أوكتوبر 2017. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= and |تاريخ أرشيف= (help)
  24. ^ ا ب 2 http://www.4electron.com/phpbb/viewtopic.php?f=55&t=743 نسخة محفوظة 2012-06-18 على موقع واي باك مشين.
مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=تبديل_الرزم&oldid=66774318»