books network segmentation

نظرة عامة

تجزئة فضاء العناوين هي عملية رياضية يتم فيها تقسيم فضاء عناوين إلى فضاءَين أو أكثر ذوي أحجام أصغر من الفضاء الأصلي. يجري التمييز بين أفضية العنونة الجزئية الناتجة رياضياً باستعمال عدد خاص يُسمّى قناع الشبكات الجزئية. إن مفهوم التجزئة مدعوم في الإصدارين الرابع والسادس من بروتوكول الإنترنت.

بشكل عام، تتكون بنية عناوين المضيفين من قسمين، هما مُعرّف الشبكة (بالإنجليزية: Network identifier اختصاراً NID)‏ ومُعرّف المضيف (بالإنجليزية: Host identifier اختصاراً HID)‏، ويقاس طول المُعرفين بالبت. يكون مُعرّف الشبكة مُشتركاً بين جميع العناوين التي تنتمي إلى نفس الفضاء، أما مُعرّف المضيف، فهو يستخدم لتمييز المضيفين، وتختلف قيمته من مضيف إلى آخر، ويُحدد طوله عدد العناوين الموجودة ضمن الفضاء، فإذا كان طول مُعرّف المضيف هو ( ) بت، فإن عدد العناوين الموجودة في الفضاء سيكون ( )، أمّا عدد العناوين المتاحة لعنونة المضيفين فقد يكون ( )، لأن أصغر عنوان في الفضاء يكون محجوزاً دائماً ليمثّل كامل الفضاء، أما أكبر عنوان فيه فيمثل عنوان البث العام الخاص بالفضاء، إن كان البث العام مدعوماً، وإلا فإنّ عدد العناوين الموجودة في الفضاء يكون ( ) عنواناً.

عند تجزئة الشبكة يتم اقتطاع جزء من مُعرّف المضيف، وتشكيل قسم جديد هو مُعرّف الشبكة الجزئيّة (بالإنجليزية: Subnet identifier اختصاراً SID)‏، في حين يبقى طول مُعرّف الشبكة ثابتاً. من أجل كل فضاء جزئي ناتج عن التجزئة، يكون هذا القسم مشتركاً بين جميع العناوين فيه، ويحدد طوله عدد الشبكات الجزئية الناتجة عن التجزئة، فإذا تمّ اقتطاع ( ) بت من مُعرّف المضيف، فإنّ طول معرّف المضيف الجديد سيكون ( )، ويكون عدد الشبكات الجزئية الناتجة هو ( ) شبكة جزئية، يغطي كل منها فضاء يضمّ ( ) عنواناً.

في العنونة الصنفية الخاصة بالإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت، يكون الحد الفاصل بين مُعرّف الشبكة ومُعرّف المضيف عند المراتب التي تشكّل حدود البايتات في العنوان، ويحصل المشترك على بادئة قياسية بطول (1) أو(2) أو(3) بايت، تُمثّل فضاء عنونة جزئي من صنف ما يتحدد بطول البادئة، التي نتجت عن عملية تجزئة سابقة لفضاء العناوين الكلي من قبل الجهة المانحة، ويمكن أن يقوم مدير الشبكة بتجزئة الفضاء مجدداً حسب الحاجة. أمّا في العنونة غير الصنفية، ويشمل ذلك الإصدارين الرابع والسادس، فإن الحد الفاصل بين مُعرّف الشبكة ومُعرّف المضيف، يمكن أن يكون في أي مرتبة ضمن العنوان، ولكن ليس هناك قواعد أصناف تحدد طولها، ويجرى توليد البادئة بحسب هرمية خاصّة تعتمد على موقع المشترك، وتُمثّل البادئة فضاءً جزئياً مُقتطعاً من فضاء العناوين الكلي، ويُمكن إعادة تجزئته مُجدداً حسب الحاجة.

تشرف هيئة عناوين وأرقام الإنترنت على عملية منح بادئات الإصدارين الرابع والسادس من بروتوكول الإنترنت.

نبذة تاريخية

كانت تجزئة الشبكة إحدى الآليات الأساسية التي اعتمدت عليها شبكة الإنترنت أثناء نموها وتطورها لتصل إلى شكلها الحالي. لقد كان الشكل البدائي للإنترنت مُكوّناً من مستويين، الأول هو مستوى شبكة كاتي نت (بالإنجليزية: Catenet)‏، وهي شبكة تبديل رزم تربط بين عدد من الشبكات المختلفة، والثاني هو مستوى الشبكات التي يراد ربط بعضها ببعض، والتي يكون لكل منها عنوان شبكة مميز - يجب الانتباه إلى أن هذا التوصيف لا يعني أن طوبولوجيا الإنترنت الأولى كانت هرمية- لكن المقصود بما سبق هو أن الرؤية الأوليّة لبنية نظام العنونة في الشبكة كانت هرمية.

في ملاحظات التجارب على الإنترنت رقم 46 (INE 46) المنشورة في العام 1978م، أشار ديفيد كلارك إلى بنية عنوان الإنترنت المستعملة، وإلى المشاكل المتوقعة لذلك. كان طول العنوان هو (32) بت، وهو مقسم إلى قسمين، قسم خاص بالشبكة طوله (8) بت، ويسمح بوجود (256) شبكة مختلفة فقط، وقسم خاص بالمضيفين، طوله (24) بت ويُستعمل للعنونة المحليّة، إنّ عدد شبكاتٍ كهذا كان كافياً في ذلك الوقت، ولكنّه لم يكن مناسباً للتوسع المتوقع للشبكة، وقد اقترح كلارك البدء بالإعداد لتلك المرحلة، وقدم بعض الحلول لذلك.

بعد ذلك، طُوّر الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت في العام 1981م، ووصف في الوثيقة (RFC 791)، وفيه جرى اعتماد طول العنوان ليكون (32) بت، وقُسّم فضاء العنونة رياضياً إلى ثلاثة أصناف قياسية تستخدم لعنونة المضيفين، هي الأصناف (A) و(B) و(C)، وحُدد قناع خاص لكلٍ منها. يُستخدم القناع لتحديد طول مُعرّف الشبكة وطول مُعرّف المُضيف. ووصفت هذه الأصناف بأنّها قياسيّة (بالإنجليزية: Classful)‏ لأنه يكفي معرفة الصنف الذي ينتمي إليه العنوان لتحديد طول مُعرّف الشبكة وطول مُعرّف المضيف.

يحدد طول مُعرّف الشبكة عدد أفضية العناوين في كل صنف، ويحدد طول مُعرّف المضيف عدد العناوين الموجودة في كل فضاء، وبما أن المُعرّفات في الأصناف القياسية ثابتة الطول دائماً من أجل كل صنف، فإنّ عدد الأفضية وحجمها ثابتان أيضاً. إنّ فضاء عناوين شبكات الصنف (A) هو الأكبر، وهناك (256) فضاءً يحتوي كل منها على أكثر من (16) مليوناً من العناوين، يليه بالحجم فضاء عناوين الصنف (B)، الذي يحتوي (65536) عنواناً، وأخيراً فضاء عناوين الصنف (C) الذي يضمّ (256) عنواناً.

لاحقاً في العام 1985م، تمّ تطوير آلية تجزئة الشبكات، ووصفت في وثيقة طلب التعليقات (RFC 950). وكان الهدف من ذلك إضافة مستوى جديد للتعامل مع أفضية العناوين القياسية، بحيث أصبح من الممكن تقسيم فضاء الصنف نفسه، إلى عدد من الأفضية الجزئيّة، التي يمكن تميّزُها رياضياً واستخدامُها في عنونة شبكات مختلفة. لقد ساهم ذلك في تقنين استهلاك فضاء العناوين، والحد من الهدر فيه، ولكنه خلق مشكلة جديدة هي العدد الكبير من الشبكات الناتجة وأحجام جداول توجيه المُوافقة. لعلاج هذه المشكلة، طُرح حلّ تجميع الشبكات (بالإنجليزية: Supernetting)‏ الذي قدّم آلية لتجميع عناوين بعض أو كل الأفضية الناتجة عن التجزئة لإنتاج عنوان واحد يمثل فضاءً أكبر يشمل الأفضية الجزئية، ويمكن بعدها استخدامُه في الموجهات لتوجيه الرزم باتجاه الشبكات المعنونة بعناوين من هذه الأفضية، أضافت هذه التقنية بعض القيود على آليات منح العناوين، ولكنّها قدّمت حلاً لمشكلة الأحجام الكبيرة لجداول التوجيه، وأصبح بالإمكان اختزال جداول التوجيه الكبيرة (بالإنجليزية: Summarization)‏،عن طريق تجميع المسارات (بالإنجليزية: Route aggregation)‏، وبالتالي بات بالإمكان تجزئة الشبكات بدون القلق من الزيادة المُفرطة في حجم جداول التوجيه.

في العام 1993م، وبعد 12 عاماً على استخدم أفضية العنونة القياسيّة، طُرحت الوثيقة (RFC 1519)، التي قدمت مفهوماً جديداً هو التوجيه غير الصنفي بين النطاقات كآليّة لتوجيه رزم البيانات بين الشبكات اعتماداً على نمط عنونة جديد غير قياسي، إنّ التوجيه غير الصنفي بين النطاقات هو حلّ متوسط الأمد يخلق توازناً بين طرفي المُشكلة، فهو يُعالج مشكلة استهلاك فضاء العنونة من خلال طرح مفهوم العنونة غير الصنفية، وفي نفس الوقت يحلّ مشكلة زيادة أحجام جداول التوجيه باعتماد آلية التوجيه غير الصنفي بين النطاقات، لاحقاً عُدّل المعيار الأصلي، وطرحت وثيقة طلب تعليقات جديدة تناولت نفس الموضوع تحت الرقم الرمزي (RFC 4632). تُقدّم وثيقة طلب التعليقات مقارنة لإنجاز عملية التجزئة اعتماداً على العنونتين الصنفية وغير الصنفية، وتعرض مجموعة من الجداول يُمكن استخدامُها لإنجاز العمليتين.

إنّ أصل المشكلة يكمن في بنية عنوان الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت نفسه، فهي غير مناسبة لعنونة شبكات بيانات بهذا الحجم، وعلى الرغم من أن التوجيه غير الصنفي بين النطاقات قدم حلاً أطال عمر الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت بشكل غير متوقع لأكثر من 25 عاماً إضافية، فإنّ الحل النهائي للمشكلة يكمن في الاعتماد بشكل نهائي على إصدار آخر من بروتوكول الإنترنت هو الإصدار السادس الذي طُرح للمرة الأولى في شهر ديسمبر من العام 1995م.

يدعم الإصدار السادس مفهوم تجزئة الشبكة أيضاً، ولكن ليس لغرض تقنين استهلاك العناوين، بل كأداة بيد مُدير الشبكة، وقد اقترحت الوثيقة (RFC 3587) بنية مميزة لعنوان الإصدار السادس لكي يدعم تجزئة الشبكة، وفيه يَمْنح مزود الخدمة الشبكات المُتصلة بادئات بطول (48) بت، ثُمّ يختار مدير كل شبكة قسم الشبكة الجزئية، ويكون الذي يكون بطول (16) بت، ويترك ذلك (64) بت متاحة لعنونة المضيفين، ويكون بذلك متوافقاً مع آلية توليد المُعرّف الفريد المُوسّع (EUI-64)، لكن الوثيقة (RFC 6177) التي نشرت لاحقاً أكدت على أن البنية السابقة اختيارية، وشددت على عدم وجود طول محدد قياسي للبادئة، وبأنّ التوجه العام هو منح الشبكات المتصلة فضاء عناوين يمكن تجزئته، بدون وضع قيود صارمة على ذلك.

تقوم هيئة تعيين أرقام الإنترنت بمنح بادئات بطول (23) بت إلى مكاتب تسجيل الإنترنت الإقليمية، وبدورها تقوم سجلات الإنترنت الإقليميّة بتجزئة البادئات التي تمنح لها وتنتج بادئات جزئية طولها (32) بت تُمنح لمزودات الخدمة المحلية، التي تُجزّئ البادئات المُمنوحة لها وتنتج بادئات جزئية بطول (48) بت يجري منحها إلى المستخدمين، وعادة ما يقوم مدراء الشبكات بتجزئة البادئة الممنوحة وإنتاج بادئات جزئية بطول (64) بت، بحيث يُترك (64) بت ليكون متاحاً لعنونة المضيفين، وبذلك تكون العناوين الناشئة عن التجزئة مُتوافقة مع آلية توليد المُعرّف الفريد المُوسّع.

خلفية رياضية

أنظمة العد