تم النشر اليوم 2023-12-04 | تجزئة الشبكة

مشكلات مرتبطة بالتجزئة

مشكلات ذات صلة بالعنونة
تراكب أفضية العناوين
تراكب أفضية العناوين عند استخدام الأقنعة مختلفة الطول، حيث يتراكب الفضاء (200.100.10.0/26) في المستوى الثالث مع الفضاء (200.100.10.0/27) في المستوى الرابع والفضاءَين (200.100.10.32/28) و(200.100.10.48/28) في المستوى الخامس، ويمكن حل هذه المشكلة بعدم استخدام الفضاء (200.100.10.0/26) في العنونة.
تراكب أفضية العناوين (بالإنجليزية: Address Space Overlapping)‏ هو وجود مجموعة عناوين مشتركة في فضاءي عناوين أو أكثر قيد الاستخدام. إن تراكب الأفضية هي ظاهرة غير مرغوبة تحصل نتيحة خطأ في تصميم الشبكة، وهي شائعة عند استعمال الأقنعة مختلفة الطول (VLSM). على الرغم من أن التراكب هو نتيجة خطأ في العنونة، فإنّ المشكلة المترتبة على ذلك تظهر في التوجيه، حيث لا يمكن بلوغ مجموعة واحدة أو أكثر من المجموعات المتراكبة. من الأمثلة على ظاهرة تراكب أفضية العناوين استعمال فضاءي الإصدار الرابع (10.1.2.0/23) و (10.1.3.248/30) لعنونة مضيفين في نفس الشبكة. يحتوي الفضاء الأول على (512) عنوان ويمتد الفضاء الأول بين العنوانين (10.1.2.0) و (10.1.3.255) في حين يحتوي الفضاء الثاني على (4) عناوين فقط ويمتد بين العنوانين (10.1.3.248) و (10.1.3.252)، إنّ الفضاء الثاني محتوى بالكامل ضمن الفضاء الأول. يمكن استخدام نفس فضاء العناوين أو جزء منه أكثر من مرة في نفس الشبكة باستعمال تقنية ترجمة عنوان الشبكة (NAT)، وغالباً ما تستخدم أفضية العناوين الخاصة من أجل ذلك.(10) إهدار العناوين في الشبكات الجزئية الصغيرة
تحتاج بعض بروتوكولات الوصلة، مثل بروتوكول الربط بين نقطتين، إلى أفضية عناوين صغيرة جداً، تحتوي على عنوانين فقط، لكن تجزئة فضاء عناوين للإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت محدود بطول أصغري لمُعرّف المضيف هو 2 بت، ويعني ذلك وجود 4 عناوين في الفضاء الجزئي الناتج، يكون اثنان منها محجوزين لعنوان الشبكة وعنوان البث العام فيها، ويظل اثنان متاحين لعنونة المضيفين. إذا تمّت التجزئة على أساس معرف مضيف بطول 1 بت فقط، وتكون الأفضية الجزئية الناتجة محددة بقناع الشبكة 31/، فإنّ عدد العناوين في الفضاء هو 2 فقط، وهما محجوزان سلفاً، أي لا يوجد أي عنوان متاح لعنونة المضيفين. إنّ التقسيم السابق يعني هدر ما قيمته 50% تقريباً من عدد العناوين المتاحة للمضيفين لصالح قضايا تتعلق بالتوجيه. فمثلاً إذا جُزِّئ فضاء عناوين قياسي من الصنف C حسب القناع 30/، فسينتج ذلك 64 شبكة جزئية في كل منها 4 عناوين فقط، اثنان منها متاحان للعنونة، أي ما مجمله 128 عنواناً فقط، في مقابل 254 عنواناً متاحاً للمضيفين في الفضاء القياسي قبل التجزئة. اقترحت وثيقة طلب التعليقات (RFC 3021) حلاً لهذه المشكلة من خلال إيجاد آلية لاستعمال الأفضية ذات الأقنعة 31/، حيث يُستخدم عنوانا الشبكة والبث العام كعنواني مضيفين، ولكنّها اشترطت استخدام بروتوكول الربط بين نقطتين لنجاح ذلك. مشكلات ذات صلة بالتوجيه
زيادة أحجام جداول التوجيه
الزيادة المفرطة في عدد المسارات المُعلَنة في شبكة ميريت بين عامي 1988-1992.
ينتج عن تجزئة فضاء عناوين ما فضاءي عناوين جزئيين أو أكثر، ويجب أن يملك كل موجه في جدول توجيهه مساراً واحدًا على الأقل نحو كل شبكة مُستعملة في العنونة، ويسبب زيادة عدد الشبكات بسبب عملية التجزئة زيادة في عدد البنود في جدول التوجيه، وتصبح القضية إشكالية في الشبكات الكبيرة مثل شبكة الإنترنت، حيث يمكن أن تنمو أحجام جداول التوجيه بشكل خارج عن السيطرة. أشارت وثيقة طلب التعليقات (RFC 1338) إلى مشكلة نمو حجم جداول التوجيه في سياق عرضها لثلاث مشاكل مُرتبطة بالعنونة والتوجيه في شبكة الإنترنت، ووصفت فيها المشكلة كما يلي:(12) نمو جداول التوجيه في موجهات شبكة الإنترنت لتتجاوز القدرات الحالية للبرمجيات (والأشخاص) لإدارتها بشكل فعال
تابعت وثائق طلب التعليقات هذه المشكلة، ووردت هذه المشكلة أيضاً في الوثيقتين (RFC 1519) و (RFC 4632) بشكل مُعدّل حيث أضيفت كلمة معدات الحاسب (بالإنجليزية: Hardware)‏ إلى البرمجيات والأشخاص، وقد توقعت هذه الوثائق نمواً أسياً في أحجام جداول التوجيه إذا استمرت إضافة البنود إليها بالشكل السابق، وتظهر الإحصائيات الخاصة بتوسّع شبكة الإنترنت في الفترة بين (1989-2007)م[100] وفي الفترة بين (2008-2017)م[101] ازدياداً أسيّاً في عدد البنود الفريدة في جدول توجيه بروتوكول البوابة الحدودية بشكلٍ متوافق التوقعات التي وضعت في العامين 1992م و1993م. يسمح استعمال التوجيه غير الصنفي بين النطاقات باستعمال آلية لتجميع بنود جدول التوجيه التي تخص شبكات جزئية ناتجة عن شبكة أصلية واحدة، وينتج عن ذلك بند واحد يمثل فضاءً يشمل كل الأفضية الجزئية، وتسمى العملية تجميع المسارات (بالإنجليزية: Route Aggregation)‏، ينتج عنها انخفاض ملحوظ في حجم جداول التوجيه، لكنها تتطلب تصميماً مُحكماً للشبكة، فالاستخدام غير الملائم لها يؤدي إلى حصول تجميع غير مناسب وهو إحدى المشاكل الخاصة بالتوجيه. تجميع المسارات غير المناسب
مثال عن حالة لا يمكن استخدام تجميع المسارات فيها بالشكل الأمثل، حيث يمنع موقع الشبكة المعنونة بالفضاء 200.100.10.160/27 إمكانية اختزال كل المسارات نحو الشبكات الناتجة عن تجزئة الفضاء الصنفي 200.100.10.0/24 إلى مسار وحيد. إنّ عمليّة تجميع كل المسارات نحو الشبكات الجزئية السابقة ستقود إلى مشكلة التجميع غير المناسب.
تجميع المسارات هو آلية رياضية لاختزال عدد من المسارات نحو أفضية جزئية ناتجة عن تجزئة فضاء أصلي واحد، وإنتاج مسار واحد يشمل المسارات نحو تلك الأفضية.[102] تستعمل هذه الآلية لإنقاص حجم جداول التوجيه وبالتالي توفير وقت المعالجة، وتقليل استهلاك عرض النطاق عند إرسال تحديثات، وأيضاً للحفاظ على ثبات جداول التوجيه، فعند استخدام هذه الآلية لا تؤثر عدم صلاحية مسار يصل لشبكة جزئية ما على المسار المُختزل الناتج عن عملية التجميع، والموجود في جدول التوجيه.[103] يتطلب إنجاز تجميع المسارات بشكل صحيح تخطيطاً مسبقاً لعملية العنونة، بحيث يتم توزيع الأفضية الجزئية بطريقة تسمح باختزالها لاحقاً عند إنجاز التوجيه. ويسبب غياب التخطيط أو إنجاز عملية التجميع بشكل غير متوافق مع طوبولوجيا الشبكة مُشكلة التجميع غير المُناسب، وفيها يتم توليد مسار مُختزل لا يمثل كل المسارات نحو الأفضية الجزئية، أو توليد مسار مختزل يمثل بالإضافة للمسارات المطلوبة عدداً من المسارات الإضافية الأخرى، وتُسبب هذه الحالات جميعاً مشاكل مُرتبطة بالتوجيه، وبشكلٍ أساسي تعذّر الوصول إلى شبكة جزئية أو أكثر.[104]

هوامش

1. في أنظمة العد ذات الأساس الثابت تكون القيمة المقابلة لكل مرتبة هي جداء قيمة الرقم الموجود فيها مع أساس نظام العد مرفوعاً إلى فهرس المرتبة، على أن تبدأ فهرسة المراتب من الصفر، وتكون قيمة كل عدد هي مجموع القيم المقابلة للمراتب، مثلاً العدد 11510 في المثال السابق، يكتب بالشكل: 5x100+1x101+1x102=115.
2. فضاء العناوين (0.0.0.0/8) محجوز بالكامل، ولا يستعمل في عنونة المُضيفين إلا ضمن عملية التهيئة الآلية، وأيضاً الفضاء (127.0.0.0/8) محجوز لأغراض الحلقة المحلية ولا يستخدم في عنونة المضيفين.[105]
3. الصنف (D) محجوز للبث المجموعاتي.[106]
4. الصنف (E) محجوز لاستخدامات مستقبلية،[107] أما وجود العدد (25510) في المرتبة الأكثر أهمية فهو يقتصر على استخدامات خاصة للبث العام،[108] ولا استخدامات للفضاء (255.0.0.0/8) في عنونة المُضيفين.[109]
5. المقصود بالبادئة هو قسم الشبكة في العنوان، وسمي بالبادئة لأنه يبدأ العنوان دائماً. في تدوين البادئة يتم ذكر طول هذا القسم بشكل مباشر، بواحدة هي البت، أمّا في الشبكات ذات الأصناف القياسية، فإنّ طول البادئة، أو طول قسم الشبكة، يتحدد بصنف العنوان.
6. الترتيب (3) ثم (4) ذو مغزى في هذا السياق، لأن مُعرّف الشبكة الجزئية ينمو من الخانة الأكثر أهمية نحو الخانة الأقل الأهمية.
7. لإنجاز الحساب يستخدم اللوغاريتم ذو الأساس الثنائي، أي (..log2(25)=4.6438) ثم يُقرّب الناتج إلى أعلى عدد صحيح فينتج (5).
8. نظرياً، من الممكن اختيار طول مُعرّف المضيف في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت ليكون مُساوياً للقيمة (1)، وسينتج عن ذلك شبكات جزئية تحتوي على (21=2) عنوان فقط، يكون أحدهما هو عنوان الشبكة والآخر هو عنوان البث العام، ولا يبقى أي عنوان مُتاح لعنونة المضيفين، لذلك، وعند تجزئة فضاء عناوين من الإصدار الرابع يجب التمييز بين عدد العناوين الإجمالي في الفضاء الجزئي الناتج، وعدد العناوين المتاحة للمضيفين في الفضاء الجزئي الناتج، وهو أقل بعنوانين من عدد العناوين الإجمالي.
9. الأصل في حساب عدد الأفضية هو طرح (2) من عدد الأفضية الجزئية الإجمالي، ويعود السبب في ذلك إلى الفترة التي استُخدمت فيها بروتوكولات التوجيه الصنفية، أي تلك التي لا تقوم بالإعلان عن أقنعة الشبكات بل تعتمد على الأصناف لتحديد الأقنعة، فلم يكن بالإمكان التمييز بين الشبكة الصنفية وأي شبكة أخرى تتوافق معها من حيث بنية العنوان، ولكنها تختلف عنها بالقناع، مثلاً (192.168.1.0/24) و(192.168.1.0/26). بالإضافة لما سبق، فإنّ الشبكة الأخيرة التي تنتج عن التجزئة تملك عنوان بث عام، يشابه، من حيث البنية، عنوان البث العام للشبكة الأصلية. لذلك كانت هذه الشبكات تُستثنى دائماً في عمليات التجزئة، ولكن استعمال بروتوكولات توجيه لا صنفية تُعلن عن الأقنعة حلّ هذا الإشكال.
10. أفضية العناوين الخاصة في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت هي (10.0.0.0/8) و (172.168.0.0/12) و (192.168.0.0/16)،[110] أمّا في الإصدار السادس فهي من الفضاءFC00::/7.[111]
11. يستثنى البت رقم (0) من المرتبة الستة عشرية الأولى، ولذلك فحدود نهاية معرّف الشبكة الجزئية الخاصة بها تضمّ البتات ذات الفهارس {1,2} فقط، والسبب في ذلك أن استعماله يعني بادئة شبكة بطول (0) بت، وهي حالة مستحيلة.
12. النص الأصلي كما ورد في الوثيقة (RFC 1338) هو: (بالإنجليزية: Growth of routing tables in Internet routers beyond the ability of current software (and people) to effectively manage.)‏ أمّا النص المُعدّل كما ورد في الوثيقة (RFC 4632) فهو: (بالإنجليزية: Growth of routing tables in Internet routers beyond the ability of current software, hardware, and people to effectively manage.)‏

نبذة تاريخية

. ثانياً، أساسُه هو (16). استخدم نظام العد الست عشري قي شبكات البيانات لأنه يوفر طريقة سهلة وسريعة لقراءة وكتابة تتابعات طويلة من الأصفار والوحدان، حيث تُمثّل كل 4 بتات برقم واحد فقط، ويسمح ذلك بخفض عدد الأرقام اللازمة لتمثيل عنوان الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت من 128 بتاً في نظام العد الثنائي إلى 32 رقماً فقط عند استخدام نظام العد الست عشري. للإشارة إلى أن العدد مكتوب بنظام العد الست عشري، تضاف البادئة (0x) إلى يسار العدد أو اللاحقة (h) إلى يمينه، أو يضاف العدد (16) إلى أسفل ويسار العدد. مثلاً للدلالة على أن العدد (101) مكتوب بنظام العد الست عشري يُكتب (ox101) أو (101h) أو (10116). العطف المنطقي جدول الحقيقية لعملية العطف المنطقي
المدخل الأول
المدخل الثاني
الخرج
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1 العطف المنطقي (بالإنجليزية: Logical conjunction)‏ هو عملية ثنائية منطقية بين قيمتين منطقيتين تُسميان المَدخَلَين، ينتج عنها قيمة منطقية ثالثة تُسمّى الخرج. تفترض العملية أن قيمة الخرج ستكون (TRUE)، إذا وفقط إذا، كانت قيمة المدخلين معاً هي (TRUE). يُشار إلى العملية بالرمز (.AND.)، وتُوضع قيمة المدخل الأول قبل الرمز والثانية بعده. لإجراء عملية العطف المنطقي على عددين رياضيين، يجب تمثيل الأعداد بنظام العد الثنائي أولاً، ثُمّ تنفيذ العملية حسب جدول الحقيقة الخاص بها على أزواج من القيم المنطقية، يضم كل زوج رقمين لهما نفس المرتبة، مأخوذين من العدد الأول والثاني على الترتيب، أي يتشكل الزوج الأول من الرقم في المرتبة ذات الفهرس (0) في العدد الأول، والرقم في المرتبة ذات الفهرس (0) في العدد الثاني، ويتشكل الزوج الثاني من الرقم في المرتبة ذات الفهرس (1) في العدد الأول، والرقم في المرتبة ذات الفهرس (1) في العدد الثاني، وهكذا. أخيراً، يُعاد تمثيل الناتج بنظام العدّ الأصل. مثلاً لإجراء عملية العطف المنطقي بين العددين (14310) و(25410) تتبع الخطوات التالية: يُمثّل العددان بنظام العد الثنائي، وتكون القيمتان على التوالي هما (100011112) و(111111102).
تجرى عملية العطف المنطقي بين كل خانتين متقابلتين من حيث المرتبة، حسب جدول الحقيقة، وستكون النتيجة (1000111010).
يُعاد تحويل الناتج إلى نظام العد العشري، وهو يقابل القيمة (14210). عملية العطف المنطقي بين العددين 143 و254
العدد
القيمة العشرية
القيمة الثنائية
الأرقام حسب فهارس المراتب في نظام العد الثنائي
الخرج ثنائياً
الخرج عشرياً
0
1
2
3
4
5
6
7
الأول
143
10001111
1
1
1
1
0
0
0
1
الثاني
254
11111110
0
1
1
1
1
1
1
1
خرج العملية
0
1
1
1
0
0
0
1
100011102
14210 تدوين عناوين وأقنعة بروتوكول الإنترنت المقالة الرئيسة: عنوان آي بي
الإصدار الرابع جدول لبعض أقنعة الشبكة المستخدمة مع الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت
القناع بالنظام العشري المنقط
القناع بالنظام الثنائي المُنقط
بتدوين البادئة
ملاحظات
0.0.0.0
00000000.00000000.00000000.00000000
0/
قناع المسار الافتراضي
128.0.0.0
10000000.00000000.00000000.00000000
1/
-
254.0.0.0
11111110.00000000.00000000.00000000
7/
-
255.0.0.0
11111111.00000000.00000000.00000000
8/
القناع القياسي للصنف (A).
255.128.0.0
11111111.10000000.00000000.00000000
9/
-
255.254.0.0
11111111.11111110.00000000.00000000
15/
-
255.255.0.0
11111111.11111111.00000000.00000000
16/
القناع القياسي للصنف (B).
255.255.128.0
11111111.11111111.10000000.00000000
17/
-
255.255.254.0
11111111.11111111.11111110.00000000
23/
-
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
24/
القناع القياسي للصنف (C).
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.10000000
25/
-
255.255.255.254
11111111.11111111.11111111.11111110
31/
-
255.255.255.255
11111111.11111111.11111111.11111111
32/
قناع مسار مضيف واحد يُكتب عنوان الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت باستخدام التدوين العشري المنقط (بالإنجليزية: Dotted decimal notation)‏ وهو طريقة لتمثيل البيانات تعتمد على نظام العد العشري. حسب طريقة التدوين، يتكون العدد من أربع مراتب متتالية، يشغل كل منها عدد صحيح عشري، ويفصل بين كل مرتبتين مُتجاورين نقطة (.)، يُمكن أن يأخذ كل عدد أي قيمة صحيحة من المجال [255,0]، وسبب اختيار هذه القيم هو طريقة تمثيلها في نظام العد الثنائي، حيث تمثل بالشكل (000000002) و(111111112) على الترتيب. يمكن كتابة العنوان أيضاً بالشكل الثنائي المقابل، ويتكون عندها من (32) بت، مقسمة إلى أربع مجموعات، يسمى كل منها، مرتبة أو خانة ثُمانيّة (بالإنجليزية: Octet)‏ أو بايت. إمّا أن تُكتب كل مراتب العدد بالنظام الثنائي فقط أو بالعشري فقط، ولا يجوز خلط الاثنين معاً. مثلاً: (10.0.0.1) هو عنوان بروتوكول إنترنت من الإصدار الرابع مكتوب بنظام العد العشري المُنقط، ومقابله الثنائي هو (0001010.00000000.00000000.00000001). قناع الشبكة (بالإنجليزية: Network Mask)‏ في الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت هو عدد ثنائي، طوله (32) بت، مُكوّن من تتابع غير مُتقطع من الوحدان، يليه تتابع غير متقطع من الأصفار، ويستخدّم لتحديد طول مُعرّف الشبكة في عنوان بروتوكول الإنترنت، يُرفق كل عنوان بقناع شبكة، ويمكن أن يُمثّل قناع الشبكة بالنظام العشري المُنقّط، فمثلاً القناع (255.255.0.0) هو مثال لقناع شبكة للإصدار الرابع، ومقابله الثنائي هو (11111111.11111111.00000000.00000000). يُمكن الاستفادة من خاصية التتابع غير المتقطع للوحدان أولاً ثم للأصفار ثانياً، بالإضافة لثبات طول القناع لتمثيله بشكل أكثر بساطة، يُسمّى تدوين البادئة(5) (بالإنجليزية: Prefix Notation)‏، وفيه يكتب عدد الوحدان في القناع فقط، بعد محرف الشريطة المائلة (/)، مثلاً إنّ القناع في المثال السابق يُمكن أن يُكتب (16/) وذلك لأنه يحتوي على (16) واحداً متتالياً، وبما أن طول القناع في الإصدار الرابع ثابت دوماً، وهو (32) بت، فهذا يعني أن القسم المُتبقي، وطوله (16) بت أيضاً، هو تتابع الأصفار. الإصدار السادس
يكتب عنوان الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت باستخدام نظامي العد الثنائي أو الست عشري، وهو بطول (128) بت، أو (32) مرتبة ستة عشرية. من غير المستحب تمثيل العنوان بنظام العد الثنائي بسبب طوله مما يجعلُه صعباً للقراءة أو للكتابة. أمّا عند تمثيل العنوان بنظام العد الست عشري، فإنّ العدد يُقسّم إلى ثماني مجموعات متتالية، في كل منها أربع مراتب، ويفصل بين كل مجموعتين متتاليتين الرمز (::)، تقع المرتبة الأعلى قيمةً في أقصى يسار العدد والأقل قيمةً في أقصى يمينه. على سبيل المثال، العنوان (1111::2222::3333::4444::AAAA::BBBB::CCCC::DDDD) هو عنوان من الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت. هناك آليات إضافية لاختصار العنوان المكتوب بنظام العد الست عشري، لتسهيل قراءته أو كتابته. بشكل مشابه للإصدار الرابع، يستخدم قناع الشبكة في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت لتحديد طول مُعرّف الشبكة في العنوان، وقناع الإصدار السادس هو عدد ثنائي طوله (128) بت مُكوّن من تتابع مستمر من الوحدان يليه تتابع مستمر من الأصفار، لكنّه لا يُكتب إلا بتدوين البادئة، حيث يكتب عدد الوحدان فيه بعد محرف الشريط المائلة (/). مثلاً اللاحقة (64/) تعني قناعاً مكوّن من (64) رقم (1) متتالي، يليه (64) صفراً متتالياً.

شرح مبسط

تجزئة الشبكة أو تجزئة فضاء العناوين (بالإنجليزية: Subnetting)‏ هي عملية رياضية تُقسّم فضاء عناوين خاص ببروتوكول تشبيك إلى فضاءَي عناوين أو أكثر، متساوية الحجم وأصغر من فضاء العناوين الأصلي وقابلة للتمايز رياضياً.[1] يكون لكل فضاء عناوين جزئي ناتج عنوان مميز وقناع شبكة يمثلان كامل الفضاء الجزئي. وتستخدم العناوين المأخوذة من الأفضية الجزئية لعنونة شبكات مختلفة.[2]