بروتوكول توجيه

في شبكات تبديل الرزم، بروتوكول التوجيه أو  بروتوكول التسيير (بالإنجليزية: Routing Protocol) هو اسم لعائلة من بروتوكولات الشبكة التي تُحدد مجموعة القواعد الضابطة لكيفيّة تواصل تجهيزات الشبكة، كالمُوجّهات أو العُقد مع بعضها البعض، وكيفيّة توزيع المعلومات المُرتبطة بطوبولوجيا الشبكة وكيفيّة اختيار أفضل مسار يصل نحو أيّ وجهة أو عقدة فيها، وآليّة تعديل جداول التوجيه بشكل آلي عند حصول تغير في الطولوبوجيا. أي أن بروتوكول التوجيه يلعب دوراً جوهريّاً في إنجاز عملية التوجيه بشكلٍ سليم.
تُساعد بروتوكولات التوجيه في ملء جداول التوجيه وفي اتخاذ قرارات التوجيه، وتتمايز عن بعضها البعض بمجموعة من العوامل هي الخوارزمية التي يُطبقها البروتوكول ونوع وبنية رسائل التحديث الخاصّة به ومعنى الوزن وطريقة حسابه، بالإضاقة لذلك، يستخدم كل بروتوكول توجيه عدداً من المؤقتات لضبط رد فعله على التغييرات الحاصبة في طوبولوجيا الشبكة أو لمنع تشكّل الحلقات.
تلعب بروتوكولات التوجيه دوراً أساسياً في شبكات المُعطيات، ويمكن تصنيفها إلى بروتوكولات التوجيه العاملة في شبكات الحاسب وبروتوكولات التوجيه العاملة في الشبكات المتحركة.

آليّة العمل

إنّ الهدف الأساسي من عمل تجهيزات الطبقة الثالثة هو إنجاز عمليّة التوجيه، وتتطلب هذه العملية إنجاز مهمتين أساسيتين، الأولى هي الحصول على المعلومات التي تصف طوبولوجيا الشبكة، والتي تسمى معلومات التوجيه، والثانيّة هي فهم وتحليل المعلومات، وحساب أفضل مسار من أجل كل وجهة مُحتملة ثُمّ إضافته إلى جدول التوجيه، وليساعد في اتخاذ قرار التوجيه لكل رزمة بشكل منفرد، وقرار التوجيه هو تحديد المنفذ الذي سيتمّ دفع رزمة البيانات عبره، ويعتمد هذا القرار على المعلومات الموجودة في جدول التوجيه.
بروتوكولات التوجيه هي أحد مصادر معلومات التوجيه، وتقوم بتأمين هذه المعلومات للتجهيزات العاملة على مستوى الطبقة الثالثة، إلى جانب التوجيه اليدوي (Static routing) والشبكات المُتصلة بشكلٍ مباشر. بالإضافة لذلك، فإن بروتوكولات التوجيه تقوم بتحليل المعلومات واختيار أفضل مسار نحو كل وجهة، يتمّ بعد ذلك إضافة المسار إلى جدول التوجيه، مع الإشارة إلى مصدره، أي إلى كونه مضافاً عن طريق أحد بروتوكولات التوجيه.

الحصول على معلومات عن طوبولوجيا الشبكة

تحصل العقد العاملة على مستوى الطبقة الثالثة على المعلومات اللازمة لملء جدول التوجيه خاصتها بثلاثة طرق، الأولى هي الاتصال المباشر مع الشبكات، والثانية هي التوجيه اليدوي، وفيه يقوم مدير الشبكة بملء جدول التوجيه بشكلٍ يدوي، إمّا باستخدام الأوامر الخاصة بنظام تشغيل الموجه أو الواجهة الرسوميّة في حال وجودها، أمّا الثالثة فهي التوجيه الآليّ (Dynamic Routing)، وفيه يتمّ ملء جدول التوجيه بشكل آليّ بواسطة بروتوكول توجيه واحد أو أكثر.
تستطيع كل عقد الشبكة العاملة على مستوى الطبقة الثالثة، كالمُوجّه مثلاً، التعرّف على الشبكات المتصلة معه بشكلٍ مباشر، بشرط أن يستضيف منفذُه الذي يتصل معها أحد عناوين الشبكة، ولكنّه لا يستطيع التعرّف على باقي الشبكات بشكلٍ آلي، ومهمة بروتوكول التوجيه هي تعريف المُوجّه بوجود هذه الشبكات وتزويده بالمعلومات الخاصّة بطبولوبوجيا الشبكة والتي تشمل شبكات غير متصلة معه بشكلٍ مباشر، يقوم البرتوكول أيضاً بحساب أفضل المسارات نحوها ليمهد الطريق أمام الموجه اتخاذ قرار التوجيه بشكل سليم.
تبدأ العملية بشكل مستقل في كل موجه، حيث يتعرف في البداية على الشبكات المتصلة معه بشكل مباشر، ثُمّ يجري الاعتماد على بروتوكول توجيه، لنشر هذه المعلومات عبر الشبكة وبين الموجّهات باستخدام رسائل التحديث. تختلف طبيعة ومحتوى وحجم ومدى انتشار هذه الرسائل بحسب بروتوكولات التوجيه، ولكن العامل المشترك فيها أنها تُرسل بعد ملء جدول التوجيه بالمعلومات من الشبكات المتصلة بشكل مباشر، وعند حدوث أي تغيير في هذه المعلومات. ترسل العديد من بروتوكولات التوجيه رسائل التحديث بشكل دوريّ بفواصل زمنية ثابتة يمكن التحكم بها.
يمكن أن تسبب عملية نشر معلومات التوجيه ثغرة أمنيّة في الشبكة، فقد يهدف المُهاجمون للحصول على معلومات عن عملية التوجيه أو إلى العبث بمحتويات جدول التوجيه بهدف توجيه حركة البيانات نحو وجهة معينة، أو كهجوم حجب الخدمة (DoS)، وتدعم بعض بروتوكولات التوجيه العديد من الميزات من الميزات الأمنية مثل كلمات المرور والتحقق من الهوية.

اختيار أفضل المسارات

بعد أن يقوم بروتوكول التوجيه بنقل المعلومات المرتبطة بعملية التوجيه بين الموجهات، والتي قد تكون عبارة عن جداول توجيه كاملة أو معلومات عن الطوبولوجيا بحاجة لمزيد من المعالجة، يتمّ تطبيق مجموعة من القواعد التي تحدد كيفية التعامل مع هذه المعلومات، وتُسمّى هذه القواعد خوارزمية التوجيه. لكل بروتوكول توجيه خوارزمية توجيه خاصة، تحدد هذه الخوازمية كيفيّة فهم البروتوكول لطوبولوجيا الشبكة وكيفيّة تعامله معها، ومعنى كلفة المسار، وبالتالي فهي تحدد آليّة اختيار أفضل مسار ، وأشهر الخوارزميات المعتمدة من قبل بروتوكولات التوجيه هي خوارزمية بلمان-فورد وخوارزمية ديكسترا.
تدعم أنظمة تشغيل بعض الموجهات استخدام أكثر من بروتوكول توجيه في نفس الوقت، ويسبب هذا التباساً بسبب اختلاف معنى كلفة المسار في كل منها، فعلى سبيل المثال قد يكون المسار الأفضل بالنسبة لأحد البروتوكولات هو المسار صاحب الوزن الأقل، بينما بالنسبة لآخر قد يكون المسار صاحب الوزن الأعلى، بالإضافة لذلك تتعامل بعض البروتوكولات مع أوزان من رتبة الملايين، وبعضها الآخر برتبة العشرات والمئات فقط، في هذه الحالة يتم استخدام الوزن الإشرافي (Administrative Distance)، وهو قيمة عدديّة يُمكن ضبطُها وتُمنح لبروتوكول التوجيه، وفي حال وجود مسارين تمّ الحصول عليهما من بروتوكولي توجيه مُختلفين، لا تتم مُقارنة الأوزان مع بعضها البعض لأنها نتجت عن بروتوكولات مُختلفة، لكن يتمّ اختيار المسار الخاصّ ببروتوكول التوجيه صاحب الوزن الإشرافي الأقل.
بعد اختيار أفضل المسارات نحو وجهة ما، تضاف هذه المعلومات إلى جدول التوجيه لتصبح معتمدة في عملية اتخاذ قرار التوجيه.
من الخصائص التي تتمايز فيها بروتوكولات التوجيه عن بعضها البعض: كيفية تجنب الحلقات، وكيفية اختيار أفضل المسارات، ومعنى الوزن أو الكلفة والزمن اللازم لإنجاز إعادة الحساب عند حصول تغيير ما في الطوبولوجيا، بالإضافة إلى قابليّة التوسّع.

رسائل التحديث

هي الطريقة التي يستخدمها بروتوكول التوجيه لنقل المعلومات التي تصف طوبولوجيا الشبكة بين العقد التي تُشغّله، ولكل بروتوكول توجيه رسائل تحديث خاصة به، لها بُنيّة ومحتوى مُميزين وطريقة انتشار خاصّة وتواتر إرسال يرتبط بمؤقّت واحد أو أكثر، كما أن بروتوكول توجيه واحد قد يدعم أكثر من نمط من رسائل التحديث.
تُرسل رسائل التحديث عندما يتم تفعيل البروتوكول على أحد منافذ العُقدة، أو عند حصول تغيّر في طوبولوجيا الشبكة وذلك بهدف نشر بيانات تفيد بحصول التغييرالحاصل، لإنجاز عملية إعادة الحساب بأسرع شكلٍ مُمكن، لمنع تشكّل الحلقات وللحفاظ على توافريّة الشبكة. عادة ما يتم إرسالها بشكل دوريّ بفواصل زمنية ثابتة يُمكن تغيرها،ويضبطها أحد مؤقتات البروتوكول. في البداية كانت رسائل التحديث تُرسل على شكل رسائل بثّ عام، إلى جميع العقد في الشبكة، لكن لاحقاً أصبحت ترسل بشكل بثّ مجموعاتي بهدف تقليل استهلاك عرض النطاق إلى الحد الأدنى.
قد تحتوي رسائل التحديث على جدول توجيه كامل، وفي هذه الحالة يقوم بروتوكول التوجيه في الطرف المُستقبل بمُقارنة محتوى الرسالة مع جدول التوجيه المحليّ، ويعدّله بحسب آليّة التعديل المُتبعة، وقد تحتوي الرسالة على بيانات تصفّ طوبولوجيا الشبكة، مثل عرض نطاق الوصلات أو زمن تأخيرها، ولكنّ هذه البيانات بحاجة لمزيد من المُعالجة قبل أن تُوضع في جدول التوجيه، مثل حساب الأوزان أو اختيار أفضل مسار، وفي هذه الحالة يُعيد البروتوكول تطبيق خوازميّة التوجيه على اعتبار أن محتوى رسالة التحديث هو مُدخلاتها، وينتج عن ذلك معلومات يمكن وضعُها في جدول التوجيه بحسب آلية التعديل التي يتبعها البروتوكول.

المؤقتات

إنّ الأحداث الأساسية التي يتجاوب معها بروتوكول التوجيه هي تفعيله على أحد المنافذ في عقدة ما من عقد الشبكة أو حصول تغيير في الطوبولوجيا. تُنظّم مؤقتات البروتوكول عملية التجاوب، وهي عبارة عن أداة لقياس  مدّة زمنية مُحددة بالثواني، وقد تجري عمليّة القياس بشكل تصاعدي، أي بدءاً من الصفر حتى قيمة مُحددة، أو تنازلي، أي من قيمة محددة حتى الصفر، وعند يسمى انتهاء الفترة الزمنية التي يجري قياسها بنفاذ المؤقت، أمّا إعادة ضبط المؤقت فتعني البدء بقياس الفترة الزمنية مرة أخرى من جديد.
يُشغل كل بروتوكول التوجيه عدد من المؤقتات بحسب حاجته، وتكون هذه قيمة هذه المؤقتات عند إعادة الضبط قابلة للتهيئة، ولكن مُعظم البروتوكولات تستخدم قيماً مدروسة ومختارة بعناية لمؤقتاتها ويتمّ عادة تحديدها في المعايير الخاصة بالبروتوكول، ويجب توخّي الحذر عند تغيير هذه القيم لأن ذلك قد يؤدي إلى فشل البروتوكول أو عمله بصورة غير صحيحة، كما قد يؤدي ذلك إلى غمر الشبكة برسائل التحديث واستهلاك عرض نطاقها.
تُنظّم المؤقتات عمل رسائل التحديث، وعادة ما يقترن أحد المُؤقتات بها بحيث يُحدد الزمن الفاصل بين كل رسالتي تحديث مُتتاليتين، فيتمّ إعادة ضبطه عند إرسال رسالة التحديث، ثُمّ انتظار نفاذه لإعادة إرسالها مرة أخرى من جديد. بعض المؤقتات تُستخدم في عملية التحقق من استمرار الاتصال مع العقد الأخرى التي تُشغّل البروتوكول، والتي تسمى جيراناً. لتحقيق ذلك يُرسل البروتوكول العامل في العقدة رسائل تعارف (Hello) لكل جار من جيرانه، وتحصل هذه العملية بشكلٍ دوري، بفواصل زمنيّة ثابتة يُحددها مُؤقت خاص، وطالما استمرت عملية استقبال رسائل التعارف من الجار فإنّ ذلك يعني أنّه ما يزال فعّالاً.
تُساعد المؤقتات أيضاً في تنظيم دورة حياة المسار، فالعديد من بروتوكولات التوجيه تُخصص مؤقّت لكل مسار، لتحديد صلاحيّته، ويتمّ إعادة ضبط هذا المؤقت في كل يجري فيها استقبال رسالة تحديث تُؤكّد أن المسار المرتبط به مازال فعّالاً. بالإضافة لذلك، فإنّ بعض بروتوكولات التوجيه لا تحذف المسار غير الصالح بشكل مُباشر من جدول التوجيه، وإنمّا توسمه بسمة خاصّة على أنّه غير صالح لفترة من الزمن يُحددها مؤقّت خاصّ، وفي حال نفاذ هذا المؤقّت بدون ورود أي معلومات عن المسار يتمّ حذفه بشكلٍ نهائي من جدول التوجيه.

البروتوكولات المُوجّهة

يُطلق مصطلح البروتوكولات المُوجّهة على البروتوكولات العاملة في طبقة الإنترنت والتي تقوم بتوليد رزم البيانات التي سيتم توجيهها، وتكون هذه البروتوكولات مسؤولة أيضاً عن تعريف آليّة عنونة وتحديد فضاء العناوين وهي الأساسيات التي تستخدمها بروتوكولات التوجيه، من الأمثلة عن البرتوكولات الموجّهة: الإصدار الرابع من بروتوكول الإنترنت (IPv4) والإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت (IPv6) و بروتوكول تبادل رزم الشبكات (IPX).