مقدمة
جميعنا يعلم مبدأ التصنيف وعدم التصنيف في بروتوكول الإنترنت (IP) وتطبيقاته في اتصالات الشبكة. تُعد تجزئة بروتوكول الإنترنت وإعادة تجميعه آليةً أساسيةً في عملية نقل الحزم. عندما يتجاوز حجم الحزمة الحد الأقصى لوحدة الإرسال (MTU) لرابط الشبكة، تُقسّم تجزئة بروتوكول الإنترنت الحزمة إلى عدة أجزاء أصغر للإرسال. تُنقل هذه الأجزاء بشكل مستقل في الشبكة، وعند وصولها إلى الوجهة، يُعاد تجميعها إلى حزم كاملة بواسطة آلية إعادة تجميع بروتوكول الإنترنت. تضمن عملية التجزئة وإعادة التجميع هذه إمكانية نقل الحزم كبيرة الحجم في الشبكة مع ضمان سلامة البيانات وموثوقيتها. في هذا القسم، سنتناول بالتفصيل آلية تجزئة بروتوكول الإنترنت وإعادة تجميعه.
تجزئة IP وإعادة التجميع
تختلف وحدات الإرسال القصوى (MTU) باختلاف روابط البيانات؛ على سبيل المثال، يبلغ حجم وحدة الإرسال القصوى في وصلة بيانات FDDI 4352 بايت، بينما يبلغ حجم وحدة الإرسال القصوى في وصلة Ethernet 1500 بايت. تشير وحدة الإرسال القصوى (MTU) إلى أقصى حجم للحزمة يمكن نقله عبر الشبكة.
واجهة البيانات الموزعة بالألياف الضوئية (FDDI) هي معيار شبكة محلية (LAN) عالي السرعة يستخدم الألياف الضوئية كوسيلة نقل. وحدة النقل القصوى (MTU) هي أقصى حجم للحزمة يمكن نقله عبر بروتوكول طبقة وصلة البيانات. في شبكات FDDI، يبلغ حجم وحدة النقل القصوى 4352 بايت. هذا يعني أن أقصى حجم للحزمة يمكن نقله عبر بروتوكول طبقة وصلة البيانات في شبكة FDDI هو 4352 بايت. إذا تجاوز حجم الحزمة المراد نقلها هذا الحجم، فيجب تجزئتها لتقسيمها إلى عدة أجزاء مناسبة لحجم وحدة النقل القصوى (MTU) لإرسالها وإعادة تجميعها عند جهاز الاستقبال.
بالنسبة لشبكة إيثرنت، يبلغ حجم وحدة نقل البيانات القصوى (MTU) عادةً 1500 بايت. هذا يعني أن إيثرنت يمكنها نقل حزم يصل حجمها إلى 1500 بايت. إذا تجاوز حجم الحزمة حد وحدة نقل البيانات القصوى (MTU)، تُجزأ الحزمة إلى أجزاء أصغر للإرسال، ثم تُعاد تجميعها في الوجهة. لا يمكن إعادة تجميع حزمة بيانات IP المجزأة إلا بواسطة المضيف الوجهة، ولن يقوم جهاز التوجيه بعملية إعادة التجميع.
سبق أن تحدثنا عن شرائح TCP، لكن MSS اختصار لـ "الحد الأقصى لحجم الشريحة"، وهو يلعب دورًا هامًا في بروتوكول TCP. يشير MSS إلى حجم شريحة البيانات القصوى المسموح بإرسالها في اتصال TCP. وكما هو الحال مع MTU، يُستخدم MSS لتحديد حجم الحزم، ولكن في طبقة النقل (طبقة بروتوكول TCP). ينقل بروتوكول TCP بيانات طبقة التطبيق بتقسيمها إلى شرائح بيانات متعددة، ويحدد MSS حجم كل شريحة.
تختلف وحدة نقل البيانات القصوى (MTU) لكل رابط بيانات، لأن كل نوع من روابط البيانات يُستخدم لأغراض مختلفة. وبناءً على غرض الاستخدام، يمكن استضافة وحدات نقل بيانات قصوى مختلفة.
لنفترض أن المُرسِل يُريد إرسال حزمة بيانات كبيرة بحجم 4000 بايت لنقلها عبر وصلة إيثرنت، لذا يجب تقسيم الحزمة إلى ثلاث حزم بيانات أصغر. ويرجع ذلك إلى أن حجم كل حزمة بيانات صغيرة لا يتجاوز حد وحدة نقل البيانات القصوى (MTU)، وهو 1500 بايت. بعد استلام حزم البيانات الصغيرة الثلاث، يُعيد المُستقبِل تجميعها في حزمة البيانات الأصلية الكبيرة بحجم 4000 بايت بناءً على رقم التسلسل وإزاحة كل حزمة بيانات.
في حالة الإرسال المُجزأ، يُؤدي فقدان أي جزء إلى إبطال حزمة بيانات IP بأكملها. ولتجنب ذلك، قدّم بروتوكول TCP تقنية MSS، حيث تتم عملية التجزئة في طبقة TCP بدلاً من طبقة IP. تكمن ميزة هذا النهج في أن TCP يُحسّن تحكمه في حجم كل جزء، مما يُجنّب مشاكل التجزئة في طبقة IP.
بالنسبة لبروتوكول UDP، نحاول تجنب إرسال حزمة بيانات أكبر من وحدة نقل البيانات القصوى (MTU). وذلك لأن UDP بروتوكول نقل يعتمد على عدم الاتصال، ولا يوفر آليات موثوقية وإعادة إرسال مثل TCP. إذا أرسلنا حزمة بيانات UDP أكبر من وحدة نقل البيانات القصوى، فسيتم تجزئتها بواسطة طبقة IP للإرسال. بمجرد فقدان إحدى هذه الأجزاء، لا يتمكن بروتوكول UDP من إعادة الإرسال، مما يؤدي إلى فقدان البيانات. لذلك، لضمان نقل بيانات موثوق، يجب التحكم في حجم حزم بيانات UDP داخل وحدة نقل البيانات القصوى وتجنب الإرسال المجزأ.
وسيط حزم الشبكة Mylinking ™يمكن التعرف تلقائيًا على أنواع مختلفة من بروتوكولات النفق VxLAN/NVGRE/IPoverIP/MPLS/GRE، وما إلى ذلك، ويمكن تحديدها وفقًا لملف تعريف المستخدم وفقًا لمخرجات تدفق النفق للخصائص الداخلية أو الخارجية.
○ يمكنه التعرف على حزم تسميات VLAN وQinQ وMPLS
○ يمكن التعرف على شبكة VLAN الداخلية والخارجية
○ يمكن التعرف على حزم IPv4/IPv6
○ يمكنه التعرف على حزم نفق VxLAN وNVGRE وGRE وIPoverIP وGENEVE وMPLS
○ يمكن التعرف على الحزم المجزأة IP (دعم التعرف على تجزئة IP ودعم إعادة تجميع تجزئة IP من أجل تنفيذ تصفية ميزات L4 على جميع حزم تجزئة IP. تنفيذ سياسة إخراج حركة المرور.)
لماذا يتم تجزئة IP و TCP؟
بما أن طبقة IP تُجزّئ حزمة البيانات تلقائيًا أثناء نقل الشبكة، فحتى لو لم تُجزّئ طبقة TCP البيانات، فستُجزّأ حزمة البيانات تلقائيًا بواسطة طبقة IP وتُنقل بشكل طبيعي. فلماذا إذن يحتاج TCP إلى التجزئة؟ أليس هذا مُبالغة؟
لنفترض وجود حزمة بيانات كبيرة غير مجزأة في طبقة TCP وفُقدت أثناء النقل؛ سيعيد TCP إرسالها، ولكن فقط بالحزمة الكبيرة كاملةً (مع أن طبقة IP تُقسّم البيانات إلى حزم أصغر، لكل منها طول MTU). ويرجع ذلك إلى أن طبقة IP لا تُولي أهميةً لموثوقية نقل البيانات.
بمعنى آخر، في وصلة نقل الجهاز إلى الشبكة، إذا قامت طبقة النقل بتجزئة البيانات، فإن طبقة بروتوكول الإنترنت لا تقوم بذلك. إذا لم تتم التجزئة في طبقة النقل، فمن الممكن حدوثها في طبقة بروتوكول الإنترنت.
ببساطة، يُجزّئ بروتوكول TCP البيانات بحيث لا تعود طبقة IP مُجزّأة، وعند إعادة الإرسال، لا يُعاد إرسال سوى أجزاء صغيرة من البيانات المُجزّأة. بهذه الطريقة، يُمكن تحسين كفاءة الإرسال وموثوقيته.
إذا كان TCP مجزأ، فهل طبقة IP ليست مجزأة؟
في المناقشة السابقة، ذكرنا أنه بعد تجزئة TCP عند المُرسِل، لا تحدث تجزئة في طبقة IP. ومع ذلك، قد تكون هناك أجهزة أخرى في طبقة الشبكة عبر وصلة النقل ذات وحدة إرسال قصوى (MTU) أصغر من وحدة الإرسال القصوى (MTU) عند المُرسِل. لذلك، حتى مع تجزئة الحزمة عند المُرسِل، فإنها تُجزّأ مرة أخرى عند مرورها عبر طبقة IP الخاصة بهذه الأجهزة. في النهاية، سيتم تجميع جميع الشظايا عند المُستقبِل.
إذا استطعنا تحديد الحد الأدنى لوحدة نقل البيانات القصوى (MTU) على كامل الرابط وإرسال البيانات بهذا الطول، فلن يحدث أي تجزئة بغض النظر عن العقدة المرسلة إليها البيانات. يُطلق على هذا الحد الأدنى لوحدة نقل البيانات القصوى (MTU) على كامل الرابط اسم وحدة نقل البيانات القصوى للمسار (PMTU). عند وصول حزمة IP إلى جهاز توجيه، إذا كانت وحدة نقل البيانات القصوى (MTU) أقل من طول الحزمة، وكانت علامة "عدم التجزئة" (DF) مضبوطة على 1، فلن يتمكن جهاز التوجيه من تجزئة الحزمة، وسيكتفي بحذفها. في هذه الحالة، يُصدر جهاز التوجيه رسالة خطأ ICMP (بروتوكول رسائل التحكم بالإنترنت) بعنوان "التجزئة مطلوبة، لكن DF مضبوطة". تُرسل رسالة خطأ ICMP هذه إلى عنوان المصدر بقيمة وحدة نقل البيانات القصوى (MTU) لجهاز التوجيه. عندما يستقبل المُرسِل رسالة خطأ ICMP، يُمكنه تعديل حجم الحزمة بناءً على قيمة وحدة نقل البيانات القصوى لتجنب تكرار حالة التجزئة المحظورة.
تجزئة بروتوكول الإنترنت (IP) ضرورية، ويجب تجنبها في طبقة بروتوكول الإنترنت، وخاصةً على الأجهزة الوسيطة في الرابط. لذلك، في IPv6، مُنعت تجزئة حزم بروتوكول الإنترنت بواسطة الأجهزة الوسيطة، ولا يمكن إجراء التجزئة إلا في بداية ونهاية الرابط.
فهم أساسي لـ IPv6
IPv6 هو الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت، وهو خليفة IPv4. يستخدم IPv6 طول عنوان يبلغ 128 بت، مما يوفر عناوين IP أكثر من طول عنوان IPv4 البالغ 32 بت. ويرجع ذلك إلى أن مساحة عناوين IPv4 تنفد تدريجيًا، بينما مساحة عناوين IPv6 واسعة جدًا، ويمكنها تلبية احتياجات الإنترنت المستقبلية.
عند الحديث عن IPv6، بالإضافة إلى مساحة العنوان الأكبر، فإنه يوفر أيضًا أمانًا وقابلية للتطوير أفضل، مما يعني أن IPv6 يمكن أن يوفر تجربة شبكة أفضل مقارنةً بـ IPv4.
على الرغم من وجود IPv6 منذ فترة طويلة، إلا أن انتشاره العالمي لا يزال بطيئًا نسبيًا. ويعود ذلك أساسًا إلى ضرورة توافق IPv6 مع شبكة IPv4 الحالية، مما يتطلب الانتقال والهجرة. ومع ذلك، مع نفاد عناوين IPv4 وتزايد الطلب عليه، يتزايد عدد مزودي خدمات الإنترنت والمؤسسات التي تتبنى IPv6 تدريجيًا، ويدركون تدريجيًا مبدأ العمل الثنائي لـ IPv6 وIPv4.
ملخص
في هذا الفصل، تعمقنا في كيفية عمل تجزئة بروتوكول الإنترنت (IP) وإعادة تجميعه. تختلف وحدات الإرسال القصوى (MTU) باختلاف روابط البيانات. عندما يتجاوز حجم الحزمة حد وحدة الإرسال القصوى، تُقسّم تجزئة بروتوكول الإنترنت (IP) الحزمة إلى عدة أجزاء أصغر للإرسال، ثم تُعيد تجميعها في حزمة كاملة بواسطة آلية إعادة تجميع بروتوكول الإنترنت (IP) بعد وصولها إلى الوجهة. الهدف من تجزئة بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) هو منع تجزئة طبقة بروتوكول الإنترنت (IP)، وإعادة إرسال البيانات الصغيرة التي تم تجزئتها فقط عند إعادة الإرسال، وذلك لتحسين كفاءة وموثوقية الإرسال. مع ذلك، قد تكون هناك أجهزة أخرى في طبقة الشبكة عبر رابط النقل قد تكون وحدة الإرسال القصوى (MTU) الخاصة بها أصغر من وحدة الإرسال القصوى الخاصة بالمرسل، وبالتالي ستظل الحزمة مجزأة مرة أخرى عند طبقة بروتوكول الإنترنت (IP) لهذه الأجهزة. يجب تجنب التجزئة عند طبقة بروتوكول الإنترنت (IP) قدر الإمكان، وخاصةً على الأجهزة الوسيطة في الرابط.
وقت النشر: ٧ أغسطس ٢٠٢٥
