أساسيات IPv4
كيف تعود الأجزاء لتشكّل مخطط بيانات واحدًا؟
عندما يكون ذلك مسموحًا، قد يقسّم الموجّه مخطط بيانات IPv4 ليلائم الوصلة التالية. يجمع المضيف المستقبِل الأجزاء المرتبطة، ويضع حمولة كل جزء وفق إزاحته، وينتظر وصول جميع الأجزاء. وقد يؤدي فقدان جزء إلى انتهاء مهلة مخطط البيانات غير المكتمل. تشرح الرسوم أدناه الآلية، ولا تمثّل قياسًا لمنتج.
المسار
المرسِل → الموجّه → الوجهة
قد يجري الموجّه التجزئة عندما تكون مسموحة وتكون وحدة MTU للقفزة التالية أصغر.
الحقول
ID · الإزاحة · MF
يستخدم المستقبِل العناوين والبروتوكول وID لتجميع الأجزاء المرتبطة؛ وتحدّد الإزاحات مواضعها.
جزء مفقود
انتظار → انتهاء المهلة → إسقاط
وجود الجزء الأخير وحده لا يثبت اكتمال الحمولة.
قائمة التحقق للاستقصاء — توسيع
| الفحص | ما يجب تأكيده | كيفية التحقق |
|---|---|---|
| المسار | الواجهات ووحدات MTU | سجّل المسار الفعلي |
| الأجزاء | العناوين والبروتوكول وID والإزاحة وMF | قارن عمليات التقاط الحزم المصرّح بها |
| الفقد | تغطية كاملة | قارن الحزم الملتقطة على المسار وعند المستقبِل |
لا تصل المعلومات التي ترسلها وحدة تحكم دائمًا في صورة مخطط بيانات IP واحد مكتمل. فقد تُقسَّم أحيانًا إلى أجزاء. كيف يتعرّف المستقبِل على الأجزاء التي تنتمي إلى المخطط نفسه وعلى موضع كل منها؟ وماذا يحدث إذا لم يصل أحدها مطلقًا؟ لفهم تجزئة IPv4، ميّز بين تبديل Ethernet وتوجيه IP وإعادة التجميع لدى المستقبِل.
ميّز أولًا بين مخطط بيانات IP وإطار Ethernet
تتبادل وحدات التحكم والبوابات والخوادم البيانات عبر الوصلات. يُنقل مخطط بيانات IP ضمن تغليف خارجي يناسب الوصلة الحالية؛ وعلى Ethernet ينتقل داخل إطار Ethernet. تمر الإطارات بين الأجهزة المتجاورة، بينما تساعد عناوين IP في تحديد الوجهة على طبقة الشبكة. ولهذه الطبقات ترويسات وحدود طول مختلفة.
تحدّ وحدة الإرسال القصوى IP للواجهة، أو MTU، من حجم حزمة IP المرسلة عبرها. وقد يعبر المسار بين الشبكات الفرعية عدة واجهات IP ذات حدود مختلفة. والحزمة التي تلائم مرحلة سابقة من المسار لا تلائم بالضرورة القفزة التالية. يركّز هذا الدليل على حقول التجزئة وإعادة التجميع، ولا يقصد الإيحاء بأن كل فشل للحزم الكبيرة سببه التجزئة.
متى يمكن أن تحدث التجزئة؟
قد يجري مرسِل IPv4 التجزئة قبل الإرسال. ويمكن أيضًا لموجّه يمرّر IPv4 أن يقسّم حزمة إلى أجزاء أصغر إذا تجاوز حجمها وحدة MTU للقفزة التالية وكانت التجزئة مسموحة. ولكل جزء ترويسة IP خاصة به، ويحمل قسمًا من حمولة IP الأصلية.
إذا كانت راية DF، أي «عدم التجزئة»، مضبوطة في مخطط البيانات الأصلي وكان عليه المرور عبر قفزة تالية ذات MTU أصغر، فلا يمكن للموجّه ببساطة تقسيمه. وعادةً ما يُسقط الحزمة ويرسل رسالة خطأ ICMP مناسبة؛ وتعتمد الاستجابة الفعلية على الأجهزة والتصفية. أما تعديل المرسِل لحجم حزمه فيعتمد على البروتوكول والتنفيذ.
يمرّر المبدّل الصناعي العادي من الطبقة 2 إطارات Ethernet؛ ولا يقسّم مخطط بيانات IPv4 المتجاوز للحجم إلى أجزاء IP. وقد يعالج جهاز ذو قدرة على التوجيه حركة IP بصورة مختلفة وفقًا لواجهاته وإعداده والمسار الفعلي. ووجود كلمة مبدّل أو بوابة على غلاف الجهاز لا يحدّد سلوك كل منفذ.
كيف يتعرّف المستقبِل على الأجزاء المرتبطة؟
تتضمن ترويسة جزء IPv4 عنوانَي المصدر والوجهة والبروتوكول وحقل التعريف. ويستخدم المستقبِل هذه الحقول معًا لربط الأجزاء بمخطط البيانات الأصلي. يدعم حقل التعريف أساسًا التجزئة وإعادة التجميع؛ فلا تتعامل معه بوصفه رقمًا تسلسليًا عالميًا فريدًا بصورة دائمة لكل حزمة.
تخيّل مستندًا طويلًا مقسّمًا إلى صفحات: تساعد علامة الدفعة ومعلومات المستلِم في تجميع الصفحات المرتبطة. لكن لهذا التشبيه حدودًا. فأجهزة الشبكة تستخدم حقول الحزم وقواعد إعادة التجميع بدلًا من فهم المستند، كما أن ID ليس وسيلة مصادقة أو آلية أمنية.
قد تُظهر الحزم الملتقطة عند المرسِل والموجّه والمستقبِل جوانب مختلفة. لا تجمع الأجزاء اعتمادًا على ID وحده، ولا تدمج الحزم الملتقطة من اتجاهات ومواقع مختلفة دون سياق. حدّد أولًا نقطة الالتقاط ووقته وعناوين IP والبروتوكول؛ ثم افحص حقول التجزئة.
ماذا تخبرنا الإزاحة وراية MF؟
تحدّد إزاحة الجزء موضع حمولته ضمن حمولة IP الأصلية. ويُعبَّر عنها بوحدات من ثمانية بايتات، وليس برقم بايت ضمن إطار Ethernet. يستخدم المستقبِل الإزاحات لوضع الأجزاء في مواضعها بدلًا من مجرد ضمّها بحسب ترتيب الوصول. فقد يصل جزء لاحق أولًا.
تعني MF «المزيد من الأجزاء»: عادةً تُضبط MF في الجزء غير الأخير على 1، بينما تُضبط في الجزء الأخير على 0. وتشير رؤية MF = 0 إلى نهاية مخطط البيانات؛ لكنها لا تثبت وصول جميع الأجزاء السابقة. ويظل على المستقبِل امتلاك تغطية كاملة من البداية إلى النهاية قبل تمرير الحمولة المعاد تجميعها إلى المرحلة التالية.
تتبع التجزئة أيضًا قاعدة محاذاة: باستثناء الجزء الأخير، يجب عادةً أن تكون أطوال حمولات الأجزاء من مضاعفات ثمانية بايتات. لا يحتاج المشغّلون إلى حساب كل حقل ثنائي يدويًا، لكن ينبغي التحقق مما إذا كانت أداة التقاط الحزم تعرض حقل الإزاحة الخام أم موضعًا بالبايت جرى تحويله مسبقًا.
ماذا لو فُقد جزء؟
يحتفظ المستقبِل عادةً بحالة مؤقتة لإعادة التجميع وينتظر الأجزاء المفقودة. وإذا ظل مخطط البيانات غير مكتمل عند انتهاء مهلة تلك الحالة، يُسقط؛ ولا يستطيع التطبيق عادةً استخدام الأجزاء المتبقية بوصفها مخطط بيانات IP مكتملًا. وتختلف حدود التخزين المؤقت ومعالجة انتهاء المهلة والسياسات الأمنية باختلاف النظام، لذا لا تحدّد الشروحات العامة قيم منتج بعينه.
تعني زيادة عدد الأجزاء زيادة عدد القطع المرسلة بصورة مستقلة لمخطط بيانات واحد. وقد يمنع فقدان جزء إعادة تجميع مخطط البيانات بأكمله. وهذا يجعل المسار الكامل وكل جزء مهمَّين، لكن فشل الحزم الكبيرة وحده لا يثبت فقدان الأجزاء: فقد تبدو آثار الازدحام والتصفية وحمل الأجهزة ومشكلات الوصلات الأخرى مشابهة.
إن إعادة المحاولة من قِبل TCP أو أحد التطبيقات مسألة تخص الطبقات العليا وتعتمد على البروتوكول والتنفيذ. ولا توفّر تجزئة IPv4 بحد ذاتها آلية عامة وموثوقة لإعادة إرسال كل جزء على حدة. وينبغي ألا يفترض تطبيق يستخدم UDP أن IP سيعوّض الحمولة المفقودة تلقائيًا.
ما الذي ينبغي تسجيله أثناء الاستقصاء؟
في بيئة اختبار مصرّح بها، حدّد أولًا المرسِل ومبدّلات الطبقة 2 وواجهات التوجيه والأنفاق والمستقبِل. وسجّل وحدات MTU للواجهات وإعداد DF والبروتوكول وموقع التقاط الحزم ووقته. ولكل مجموعة أجزاء مشتبه بها، افحص عنوانَي المصدر والوجهة والبروتوكول وحقل التعريف والإزاحة وMF بدلًا من النظر إلى طول الحزمة وحده.
إذا أظهر المرسِل مخطط بيانات مكتملًا وأظهرت واجهة الخروج للموجّه عدة أجزاء، فتحقّق من تمرير IP ووحدة MTU للواجهة. وإذا غادرت جميع الأجزاء تلك الواجهة لكن وصل بعضها فقط إلى المستقبِل، فاستقصِ الفقد أو التصفية على طول المسار الفعلي. وقد تؤثر إعدادات نسخ حركة المرور وتفريغ مهام المعالجة إلى واجهة الشبكة وموضع الالتقاط في ما يمكن رؤيته؛ فلقطة شاشة واحدة لا تمثّل الشبكة بأكملها.
ضع في الحسبان أيضًا كيفية تعامل أجهزة الأمن مع الأجزاء. تفحص بعض القواعد منافذ طبقة النقل، لكن الجزء غير الأول لا يحتوي عادةً على ترويسة النقل كاملة. وتعتمد كيفية ربط الجهاز للحالة وسماحه بمرور الأجزاء على تنفيذه وقواعده. ولا يثبت مرور الجزء الأول أن كل الأجزاء قد مرّت. احفظ الإعداد الحالي ونسّق التغييرات مع المسؤولين عن السلامة التشغيلية والأمن.
إذا تكرر فشل إعادة التجميع، فاستقصِ وحدة MTU للمسار وفقدان الحزم والتصفية قبل الاكتفاء بإطالة فترات انتظار المستقبِل. وقد تختلف قيود التطبيقات الآنية والتطبيقات الحساسة لاكتمال البيانات. واتخذ قرارات التغيير بالاستناد إلى تصميم البروتوكول ووثائق المعدات والاختبارات المنضبطة.
في أنظمة التحكم بالإنتاج، احصل على موافقة مالك الموقع على فترة الاختبار ونطاقه. ولا تعطّل جدار حماية أو تزد أحجام الإطارات أو تفعّل التوجيه دون فهم الأثر ووضع خطة للتراجع. وتأكّد من دعم البروتوكول وحدود الشبكة قبل اختبار تغيير محدود.
ميّز بين المراحل
تجزئة IPv4 آلية تعمل على طبقة الشبكة. يستخدم المستقبِل العناوين والبروتوكول وحقل التعريف والإزاحات ومعلومات MF لإعادة تجميع مخطط البيانات. وقد تصل الأجزاء بغير ترتيبها، لكن يجب أن يكون مخطط البيانات مكتملًا ومستوفيًا لقواعد المستقبِل قبل تسليمه إلى الطبقات العليا. وتنتمي MTU وتوجيه IP وحدود إطارات المبدّل وإعادة محاولة التطبيق إلى مراحل مختلفة، وتحتاج إلى أدلة منفصلة.
يمكن أن تشكّل مبدّلات وبوابات FCTELE الصناعية جزءًا من شبكات Ethernet الصناعية. ويجب الرجوع إلى وثائق المنتج للتحقق مما إذا كان منتج محدّد وبرنامجه الثابت يدعمان توجيه IP أو إعدادات MTU للواجهات أو التصفية. تشرح هذه الرسوم آليات عامة؛ ولا تمثّل قياسًا أو دائرة داخلية لطراز FCTELE بعينه.
المراجع
RFC 791: بروتوكول الإنترنت · RFC 6864: حقل التعريف في IPv4 · معلومات منتج المحول الصناعي المُدار من FCTELE.
مترجم عن المقال التقني الصيني: اقرأ المقال الصيني الأصلي.
أسئلة شائعة
هل يجزّئ مبدّل Ethernet مخطط بيانات IPv4؟
يمرّر المبدّل العادي من الطبقة 2 الإطارات؛ ويمكن أن تحدث تجزئة IP عند مرسِل IPv4 أو عند موجّه عندما تكون مسموحة.
هل تعني MF = 0 أن جميع الأجزاء قد وصلت؟
لا. فهي تحدّد الجزء الأخير؛ ويظل المستقبِل بحاجة إلى تغطية كاملة للحمولة الأصلية.
ماذا لو فُقد أحد الأجزاء؟
ينتظر المستقبِل وفقًا لقواعد إعادة التجميع لديه؛ ويُسقط مخطط البيانات غير المكتمل إذا انتهت مهلة حالة إعادة التجميع.
النطاق وقراءات إضافية
هذا شرح عام لـ IPv4، وليس اختبارًا أو قياسًا لمنتج.
