أساسيات الحزم والتوجيه

في اتصال الإنترنت، لا تُرسل البيانات مثل النصوص والصور والفيديوهات والملفات ككتلة ضخمة واحدة كما هي.

في الواقع، تُقسّم البيانات إلى وحدات تستطيع الشبكات التعامل معها، وتُضاف إليها معلومات الوجهة وما شابه، ثم تُرسل.

تسمى هذه الوحدات الصغيرة التي تُحمل على الشبكة عمومًا حزمًا.

فهم آلية الحزم يجعل التفكير في كيفية انتقال البيانات عبر الشبكات، وما الذي تنظر إليه الموجّهات عند الترحيل، وما أنواع المعلومات التي تُعالَج على مسار الاتصال، أسهل.

ما هي الحزمة؟

الحزمة وحدة بيانات تُرسل وتُستقبل على الشبكة.

عند تصفح موقع Web، أو إرسال صورة، أو مشاهدة فيديو، أو إرسال رسالة، تُقسّم بيانات الاتصال إلى وحدات أسهل للشبكة في التعامل معها. ثم تُلحق بكل وحدة معلومات تحكم مثل الوجهة قبل إرسالها.

بدقة، يتغير الاسم بحسب طبقة الاتصال. مثلًا، في طبقة IP قد تسمى حزمة IP، وفي طبقة TCP قد تسمى مقطعًا، وفي طبقة رابط البيانات قد تسمى إطارًا.

لكن هذا المقال لا يتعمق في أسماء كل طبقة بالتفصيل. بل يتعامل بصورة واسعة مع وحدات الاتصال التي تُقسّم وتُحمل على الشبكة باسم "حزم".

النقطة المهمة هي أن بيانات الاتصال لا تُرسل كـ"محتوى" فقط. بل تُعالَج مع المعلومات اللازمة لإيصالها.

لماذا تُقسّم البيانات إلى أجزاء صغيرة؟

تُقسّم البيانات الكبيرة إلى أجزاء صغيرة حتى تستطيع الشبكة ككل التعامل مع حجم كبير من الحركة بكفاءة.

لو كان ملف كبير أو فيديو يُرسل ككتلة ضخمة واحدة، فسيشغل ذلك الاتصال غالبًا الخط أو معالجة الأجهزة لفترة طويلة. عندها تضطر الاتصالات الأخرى إلى الانتظار، وتنخفض كفاءة الشبكة كلها.

إرسال البيانات كوحدات حزم يسمح بمعالجة اتصالات عدة مستخدمين وتطبيقات بالتناوب في أجزاء صغيرة.

تتيح هذه الآلية تشغيل تصفح Web ومشاهدة الفيديو والدردشة ونقل الملفات وما شابه في الوقت نفسه على الشبكة نفسها.

التحويل إلى حزم آلية أساسية تتيح للإنترنت معالجة كثير من الاتصالات في وقت واحد.

تحتوي الحزم على معلومات الوجهة

لكي تتحرك الحزمة على الشبكة، تحتاج إلى معلومات تبين "إلى أين ينبغي إيصالها".

في اتصال IP، تشمل المعلومات الممثلة عنوان IP المصدر وعنوان IP الوجهة.

يشير عنوان IP المصدر إلى مكان إرسال الاتصال منه. ويشير عنوان IP الوجهة إلى المكان الذي ينبغي إيصال الاتصال إليه.

لا يتناول هذا المقال البنية التفصيلية لترويسة IP.

النقطة التي ينبغي فهمها هي أن الحزمة لا تحتوي "جزءًا من البيانات التي تريد إرسالها" فقط، بل تحتوي أيضًا "معلومات لإيصالها عبر الشبكة".

ماذا تفعل الموجّهات؟

الجهاز النموذجي الذي يرحّل الحزم هو الموجّه.

يتحقق الموجّه من معلومات الوجهة في الحزمة التي يتلقاها، ويقرر إلى أين ينبغي إرسال تلك الحزمة بعد ذلك.

تسمى آلية القرار والتمرير هذه عمومًا التوجيه.

بدقة أكبر، يرجع الموجّه إلى معلومات المسارات التي لديه اعتمادًا على عنوان IP الوجهة، ثم يحدد وجهة التمرير التالية. وهذه "وجهة التمرير التالية" ليست بالضرورة الوجهة النهائية نفسها. في كثير من الحالات يمرر الموجّه الحزمة إلى الموجّه التالي أو الشبكة التالية.

الموجّهات لا ترحّل الحزم أساسًا عبر فهم معنى جزء البيانات في الحزمة.

مثلًا، لا تقرأ نص صفحة Web ولا تفسر معنى صورة لاتخاذ قرار. بل تنظر أساسًا إلى معلومات الوجهة ومعلومات المسارات عند التمرير.

تصل الحزم عبر عدة شبكات

الإنترنت ليس شبكة مفردة ضخمة واحدة.

في الواقع، يتكوّن من شبكات كثيرة متصلة، مثل الشبكات المنزلية، وشبكات الشركات، وشبكات شركات الاتصالات، وشبكات مراكز البيانات.

تمر الحزم عبر عدة موجّهات وشبكات في الطريق من المصدر إلى الوجهة.

في ذلك الوقت، لا يدير كل موجّه "المسار الكامل إلى الوجهة النهائية" بالتفصيل. في الأساس، يقرر إلى أين يمرر الحزمة بعد ذلك اعتمادًا على معلومات المسارات التي لديه.

أي إن الحزم تقترب من وجهتها وهي تُرحّل عند كل نقطة على الشبكة.

المسارات ليست دائمًا متطابقة تمامًا

حتى عند الوصول إلى موقع Web نفسه، لا يكون مسار الاتصال دائمًا متطابقًا بالكامل.

عادة، يتخذ تدفق الاتصال نفسه مسارًا مشابهًا غالبًا، لكن المسار قد يتغير بحسب ظروف الشبكة.

من العوامل مثلًا ما يلي.

لكن فهم ذلك على أنه "كل حزمة تختار مسارًا مختلفًا تمامًا بحرية كل مرة" غير دقيق.

في كثير من الحالات، تمرر الموجّهات وفق معلومات المسارات. وغالبًا ما يمر الاتصال إلى الوجهة نفسها بالمسار نفسه، وتتوقف تغييرات المسار على حالة الشبكة والإعدادات.

لا يتناول هذا المقال التحكم التفصيلي في المسارات مثل BGP. النقطة المهمة هي أن الاتصال على الإنترنت يمر عبر عدة شبكات، وأن مساره ليس خطًا واحدًا ثابتًا.

تُعاد البيانات في جهة الاستقبال إلى شكل قابل للاستخدام

تُعاد البيانات المقسمة في جهة الإرسال إلى شكل قابل للاستخدام في جهة الاستقبال.

مثلًا، عند فتح صفحة Web، يتلقى المتصفح عدة قطع من بيانات الاتصال ويعالجها كـ HTML وCSS وJavaScript وصور وما إلى ذلك.

في اتصال TCP، تُعالَج ترتيب البيانات المقسمة وتأكيدات الوصول بحيث تستطيع جهة الاستقبال استخدام البيانات بالترتيب الصحيح.

أما في اتصال مثل UDP، الذي تختلف خصائصه عن TCP، فلا يعالج البروتوكول نفسه تأكيد الوصول أو تحكم إعادة الإرسال بالطريقة نفسها. وبحسب الاستخدام، تنفذ جهة التطبيق المعالجة اللازمة.

لا يلاحظ المستخدمون عادة هذه المعالجة.

ذلك لأن المتصفح أو التطبيق يعرض ويعالج البيانات المستلمة كشاشة أو ملف يستطيع الإنسان رؤيته.

اتصال الحزم يدعم حجمًا كبيرًا من الحركة

على الإنترنت، يتصل مستخدمون حول العالم في الوقت نفسه.

بدل جعل كل اتصال يشغل مسارًا مخصصًا واحدًا تلو الآخر، يتعامل الإنترنت مع حجم كبير من الحركة عبر تقسيم البيانات إلى حزم صغيرة وجعل أجهزة الشبكة تمررها تباعًا.

يمكن تنظيم التدفق الأساسي لاتصال الحزم كما يلي.

تتيح هذه الآلية للإنترنت معالجة كثير من الاتصالات في الوقت نفسه.

الحزم وحدات صغيرة، لكن تراكم هذه الوحدات يجعل تصفح Web وبث الفيديو وإرسال الرسائل والاجتماعات على الإنترنت ونقل الملفات وما شابه ممكنًا.

منظورات مهمة عند التفكير في المجهولية

لا تنتقل الحزم مباشرة وفورًا من المصدر إلى الوجهة.

على مسار الاتصال، توجد عدة نقاط ترحيل مثل الموجّهات وشبكات شركات الاتصالات وشبكات مراكز البيانات.

لذلك، عند التفكير في المجهولية والخصوصية، يجب فهم أين قد تظهر كل معلومة على مسار الاتصال.

مثلًا، إذا كان محتوى الاتصال مشفرًا، فقد لا يستطيع طرف ثالث على المسار قراءة المحتوى كما هو.

لكن هناك معلومات لا يخفيها التشفير بالكامل، مثل حقيقة حدوث الاتصال، وعنوان IP الوجهة، وحجم الاتصال، وتوقيت الاتصال.

فهم أساسيات الحزم والتوجيه يصبح أساسًا للتفكير في كيفية انتقال المعلومات عبر الشبكات، وأي نقاط قد تُرصد عندها.

خلاصة

الحزمة وحدة اتصال صغيرة لإرسال البيانات واستقبالها على الشبكة.

تُقسّم البيانات الكبيرة إلى وحدات تستطيع الشبكة التعامل معها، وتُضاف إليها معلومات الوجهة وما شابه، ثم تُرسل.

تحدد الموجّهات أين تمرر الحزمة بعد ذلك اعتمادًا على معلومات وجهة الحزمة ومعلومات المسارات.

تتحرك الحزم نحو الوجهة عبر عدة شبكات، لكن المسار ليس دائمًا ثابتًا بالكامل. قد يتغير بسبب الأعطال أو الازدحام أو تغييرات الإعدادات أو حالة الاتصال بين الشبكات وعوامل مشابهة.

في جهة الاستقبال، تُعالَج البيانات الواصلة إلى شكل تستطيع التطبيقات التعامل معه. بعض الاتصالات مثل TCP تنفذ ضبط الترتيب وإعادة الإرسال، بينما تركز اتصالات أخرى مثل UDP على تسليم خفيف.

فهم هذه الآلية يتيح التفكير بدقة أكبر في كيفية حمل الاتصال على الإنترنت، وأنواع المعلومات التي قد تُعالَج على مسار الاتصال.

أدوات ذات صلة

مقالات ذات صلة