يعد مستوى البيانات، المعروف أيضًا باسم مستوى إعادة التوجيه، مكونًا حاسمًا في شبكات الكمبيوتر الحديثة، خاصة في سياق الخوادم الوكيلة وأجهزة الشبكات. وهي مسؤولة عن معالجة وإرسال حزم البيانات بكفاءة من المصدر إلى الوجهة داخل الشبكة. يعمل مستوى البيانات في الطبقات السفلية لمكدس الشبكة ويختلف عن مستوى التحكم الذي يتعامل مع إدارة الشبكة وتكوينها.
تاريخ أصل Data Plane وأول ذكر لها
ظهر مفهوم مستوى البيانات جنبًا إلى جنب مع تطور تقنيات الشبكات المبكرة. يمكن إرجاع الإشارات الأولية لمستوى البيانات إلى أوائل السبعينيات عندما كانت شبكات تبديل الرزم في مهدها. يمكن أن يُعزى العمل الرائد في تصميم مستوى البيانات وإعادة توجيه الحزم إلى الباحثين في Xerox PARC ومؤسسات أخرى. ومع تزايد تعقيد الشبكات وزيادة حجم حركة المرور، أصبحت الحاجة إلى إعادة توجيه الحزم بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية.
معلومات مفصلة عن طائرة البيانات
تتمثل الوظيفة الأساسية لمستوى البيانات في نقل حزم البيانات عبر الشبكة، وتنفيذ قرارات إعادة التوجيه التي يتخذها مستوى التحكم. عندما تصل حزمة بيانات إلى جهاز شبكة، مثل جهاز توجيه أو خادم وكيل، يقوم مستوى البيانات بمعالجة رؤوس الحزمة لتحديد خطوتها التالية بناءً على معلومات التوجيه. تعتبر هذه العملية حيوية لضمان وصول البيانات إلى وجهتها المقصودة بسرعة ودقة.
يعمل مستوى البيانات على الطبقات السفلية لنموذج OSI (الاتصال البيني للأنظمة المفتوحة)، وخاصة الطبقة المادية وطبقة ارتباط البيانات وطبقة الشبكة. في الطبقة المادية، يتعامل مستوى البيانات مع النقل الأولي للبتات عبر الوسط المادي. تعالج طبقة ارتباط البيانات عنونة الأجهزة الموجودة على نفس مقطع الشبكة باستخدام عناوين MAC. وأخيرًا، تكون طبقة الشبكة مسؤولة عن معالجة IP والتوجيه وإعادة توجيه الحزم.
الهيكل الداخلي لطائرة البيانات. كيف تعمل طائرة البيانات.
يعتمد الهيكل الداخلي لمستوى البيانات على جهاز الشبكة المحدد أو الخادم الوكيل الموجود فيه. ومع ذلك، بشكل عام، يتكون مستوى البيانات من المكونات التالية:
-
واجهة الإدخال: يستقبل هذا المكون حزم البيانات الواردة من واجهة الشبكة ويقوم بإعدادها للمعالجة.
-
محرك معالجة الحزم: محرك معالجة الحزم هو جوهر مستوى البيانات. فهو يفحص رؤوس الحزم، وينفذ تصنيف الحزم، ويطبق سياسات جودة الخدمة (QoS)، ويتخذ قرارات إعادة التوجيه بناءً على جدول التوجيه.
-
جدول الشحن: جدول إعادة التوجيه، الذي يتم تنفيذه غالبًا كذاكرة قابلة للمحتوى (CAM) أو ذاكرة ثلاثية قابلة للمحتوى (TCAM)، يحتفظ بمعلومات إعادة التوجيه الخاصة بالشبكة، بما في ذلك عناوين الوجهة وواجهات الإخراج المرتبطة بها.
-
واجهة الإخراج: بعد أن يحدد محرك معالجة الحزم الواجهة الصادرة، ترسل واجهة الإخراج الحزمة إلى الخطوة التالية على الشبكة.
-
التخزين المؤقت والجدولة: إذا كانت هناك حزم متعددة تتنافس على نفس واجهة الإخراج في وقت واحد، فإن آليات التخزين المؤقت والجدولة تضمن نقل الحزمة بشكل عادل وفعال.
-
معالجة طبقة ارتباط البيانات: في هذه المرحلة، يضيف مستوى البيانات رؤوس طبقة ارتباط البيانات (على سبيل المثال، رؤوس Ethernet) إلى الحزمة قبل إرسالها عبر الوسيط المادي.
تحليل السمات الرئيسية لطائرة البيانات
تؤثر كفاءة وأداء مستوى البيانات بشكل كبير على الأداء العام للشبكة. تتضمن بعض الميزات الرئيسية لمستوى البيانات ما يلي:
-
إعادة توجيه سريع للحزم: يجب أن يكون مستوى البيانات قادرًا على معالجة الحزم بسرعة لتقليل زمن الوصول وضمان تسليم البيانات في الوقت المناسب.
-
قابلية التوسع: مع نمو الشبكات وتعاملها مع أحجام حركة المرور المتزايدة، يجب أن يتغير مستوى البيانات وفقًا لذلك للحفاظ على الأداء الأمثل.
-
التوجيه المرن: يجب أن تدعم أجهزة مستوى البيانات بروتوكولات التوجيه المختلفة وأن تكون قادرة على التكيف مع التغييرات في هيكل الشبكة.
-
دعم جودة الخدمة (QoS).: يجب أن يعطي مستوى البيانات الأولوية لحركة المرور الهامة ويفرض سياسات جودة الخدمة لضمان تجربة مستخدم مرضية.
-
الأمن والتصفية: تتضمن تطبيقات مستوى البيانات القوية ميزات الأمان، مثل قوائم التحكم في الوصول (ACLs) وتصفية الحزم، لحماية الشبكة من الوصول غير المصرح به والتهديدات المحتملة.
أنواع طائرة البيانات
يمكن أن يتخذ مستوى البيانات أشكالًا مختلفة اعتمادًا على جهاز الشبكة والغرض منه. فيما يلي بعض الأنواع الشائعة لتطبيقات مستوى البيانات:
| يكتب | وصف |
|---|---|
| على أساس الأجهزة | يستخدم ASICs المتخصصة (الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات) أو معالجات الشبكة لتحقيق معالجة حزم عالية السرعة. مثالية لأجهزة الشبكات عالية الأداء. |
| القائم على البرمجيات | يتم تنفيذها في البرامج التي تعمل على وحدات المعالجة المركزية للأغراض العامة. أكثر مرونة وأسهل في التحديث، ولكنها قد لا تتطابق مع سرعة مستويات البيانات المستندة إلى الأجهزة. |
| طائرة البيانات الهجينة | يجمع بين عناصر الأجهزة والبرامج للاستفادة من مزايا كل نهج. يوفر التوازن بين الأداء والمرونة. |
يتم تطبيق مستوى البيانات في أجهزة وأنظمة الشبكات المختلفة، بما في ذلك:
-
أجهزة التوجيه: تستخدم أجهزة التوجيه مستوى البيانات لإعادة توجيه حزم البيانات بين الشبكات المختلفة، مما يضمن التوجيه والتسليم الأمثل.
-
مفاتيح: تستخدم المحولات مستوى البيانات لإعادة توجيه حزم البيانات داخل نفس مقطع الشبكة، وذلك باستخدام جداول عناوين MAC لتسليم الحزم بكفاءة.
-
جدران الحماية: تستخدم جدران الحماية مستوى البيانات لفحص الحزم الواردة والصادرة، وتطبيق سياسات الأمان وقواعد التصفية.
-
موازن الأحمال: تعمل موازنات التحميل على الاستفادة من مستوى البيانات لتوزيع حركة المرور الواردة عبر خوادم متعددة لتحسين الأداء والموثوقية.
قد تشمل التحديات المتعلقة باستخدام مستوى البيانات ما يلي:
-
قطرات الحزمة: يمكن أن يؤدي ازدحام الشبكة أو قيود الأجهزة إلى انخفاض الحزم، مما يؤدي إلى إعادة الإرسال وتدهور الأداء.
-
الثغرات الأمنية: يمكن أن تؤدي التدابير الأمنية غير الكافية في مستوى البيانات إلى انتهاكات أمنية محتملة ووصول غير مصرح به.
-
سياسات التوجيه المعقدة: يمكن أن يكون الحفاظ على سياسات التوجيه وقواعد إعادة التوجيه المعقدة أمرًا صعبًا، خاصة في الشبكات واسعة النطاق.
تتضمن حلول هذه التحديات المراقبة المستمرة وتحديث الأجهزة وتحسينات البرامج وبروتوكولات الأمان القوية.
الخصائص الرئيسية ومقارنات أخرى مع مصطلحات مماثلة في شكل جداول وقوائم
| صفات | طائرة البيانات | طائرة مراقبة |
|---|---|---|
| وظيفة | إعادة توجيه الحزمة | إدارة الشبكة |
| موقع | أجهزة الشبكة | وحدة تحكم مركزية |
| مسؤولية | عمليات منخفضة المستوى | اتخاذ القرار على مستوى عال |
| سرعة المعالجة | عالي | معتدلة إلى منخفضة |
| قابلية التوسع | قابلة للتطوير بدرجة كبيرة | تعتمد قابلية التوسع على تصميم مستوى التحكم |
| أمثلة | أجهزة التوجيه والمحولات وجدران الحماية | وحدات تحكم SDN، بروتوكولات التوجيه |
يرتبط مستقبل مستوى البيانات ارتباطًا وثيقًا بالتقدم في تقنيات الشبكات، مثل:
-
ابتكارات الأجهزة: التقدم المستمر في الأجهزة المتخصصة، مثل ASICs القابلة للبرمجة وFPGAs، سيمكن من معالجة الحزم بشكل أسرع وأكثر كفاءة.
-
الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN): يفصل SDN مستوى البيانات عن مستوى التحكم، مما يسمح لمسؤولي الشبكة بالحصول على رؤية أكثر مركزية وقابلة للبرمجة للشبكة.
-
الشبكات القائمة على النوايا (IBN): IBN هو أسلوب ناشئ يستخدم تعليمات عالية المستوى لتوجيه سلوك الشبكة وتبسيط إدارة الشبكة وتحسين التشغيل الآلي.
-
الشبكات المعتمدة على الذكاء الاصطناعي: يمكن لتقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي تحسين قرارات إعادة توجيه الحزم، وتحسين كفاءة الشبكة واستجابتها.
كيف يمكن استخدام الخوادم الوكيلة أو ربطها بـ Data Plane
تلعب الخوادم الوكيلة دورًا مهمًا في تحسين وظائف مستوى البيانات، خاصة في سياق حركة مرور الويب والأمن. فيما يلي بعض الطرق التي ترتبط بها الخوادم الوكيلة ومستوى البيانات:
-
توجيه حركة المرور: تعمل الخوادم الوكيلة كوسيط بين العملاء والخوادم، حيث تقوم بإعادة توجيه الطلبات والاستجابات. إنهم يستخدمون مستوى البيانات لتوجيه حركة المرور بكفاءة بناءً على المحتوى والوجهة.
-
التخزين المؤقت: يستخدم الوكلاء إمكانات مستوى البيانات للتخزين المؤقت للمحتوى الذي يتم الوصول إليه بشكل متكرر، مما يقلل الحمل على الخوادم الأولية ويحسن أوقات الاستجابة.
-
تصفية الأمن: يقوم الوكلاء بتنفيذ سياسات الأمان باستخدام مستوى البيانات، وتصفية المحتوى الضار أو غير المصرح به قبل أن يصل إلى العميل أو الخادم.
-
توزيع الحمل: يمكن للوكلاء توزيع طلبات العملاء عبر خوادم خلفية متعددة، مع الاستفادة من إمكانات إعادة توجيه حزم مستوى البيانات لتحقيق موازنة التحميل الأمثل.
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات حول Data Plane والموضوعات ذات الصلة، قد تجد الموارد التالية مفيدة:
-
[1] "مستوى البيانات مقابل مستوى التحكم: فهم الفرق"، Cisco. وصلة
-
[2] "مقدمة إلى مستوى البيانات"، جونيبر نتوركس. وصلة
-
[3] "تطور مستويات البيانات: من الأجهزة إلى البرامج وما بعدها"، ACM Queue. وصلة
-
[4] "الشبكات المعرفة بالبرمجيات: تشريح وحدة تحكم SDN"، مؤسسة الشبكات المفتوحة. وصلة
-
[5] "شرح الشبكات القائمة على النوايا"، عالم الشبكات. وصلة
مع استمرار تطور التكنولوجيا، سيظل مستوى البيانات عنصرًا حاسمًا في نقل البيانات بكفاءة وأمان في الشبكات الحديثة والبنية التحتية للخادم الوكيل. إن قدرتها على التعامل مع أحجام البيانات المتزايدة ودعم التقنيات الناشئة ستلعب دورًا محوريًا في تشكيل مستقبل الشبكات.
