مقارنة بين مستوى التحكم ومستوى البيانات

في سياق شبكات الكمبيوتر، يصف مصطلح "مستوى" طبقة من بنية الشبكة تُنفذ فيها مهام محددة مرتبطة بعمليات الشبكة. المستويات ليست عناصر مادية فعلية، بل هي مفاهيم تساعد المطورين والمهندسين على فهم كيفية تدفق حركة البيانات عبر الشبكة. توجد ثلاثة أنواع من مستويات الشبكة:

• يدير مستوى التحكم تخطيط الشبكة.
• يرسل مستوى البيانات البيانات ويستقبلها.
• يهيئ مستوى الإدارة الأجهزة المتصلة عبر الشبكة ويراقبها

اليوم، سنلقي نظرة عن كثب على مستويي التحكم والبيانات وكيفية عملهما معًا لتعزيز أداء الشبكة وكفاءتها وأمانها.

يُعد مستوى التحكم جزءًا من شبكة الكمبيوتر يحدد المسار الذي ستتخذه البيانات عبر الشبكة. ونظرًا إلى أن شبكات الكمبيوتر أصبحت تُدمج شيئًا فشيئًا في عمليات الأعمال الحديثة، فقد زاد أيضًا التدقيق في بنية الشبكات—وتحديدًا الطريقة التي تعمل بها مستويات الشبكة. 

يستخدم مستوى التحكم بروتوكولات التوجيه (القواعد المستندة إلى الخوارزميات) لتحديد أفضل مسار يمكن أن تتخذه المعلومات في أثناء الانتقال بين أجهزة الشبكة. ومن الأمثلة على هذه العملية تقنية تبديل التسمية متعددة البروتوكولات (MPLS)، والتي يحدد مستوى التحكم من خلالها المسار الأمثل لانتقال البيانات عبر الشبكة، ثم يعين لها تسمية فريدة قبل إرسالها إلى مستوى البيانات.

مستوى البيانات، المعروف أيضًا باسم مستوى التمرير، هو جزء من بنية الشبكة مسؤول عن نقل حزم البيانات، وهي وحدات صغيرة من المعلومات تُجمع للنقل عبر الشبكة. يتحكم مستوى البيانات في حركة الحزم عبر الشبكة في الوقت الفعلي بناءً على معلومات وبروتوكولات التوجيه التي يتلقاها من مستوى التحكم.

يتحقق مستوى البيانات باستمرار من جدول التوجيه الذي يُنشئه ويديره مستوى التحكم للحصول على إرشادات حول كيفية توجيه البيانات عبر الشبكة. واستنادًا إلى القواعد الموجودة في جدول التوجيه، يمرر مستوى البيانات الحزم إلى الوجهة الصحيحة. ويمكنه أيضًا تنفيذ مهام معالجة محددة (مثل تحديث رأس الحزمة، وهي بيانات حول مصدر المعلومات وتصنيفها) لتلبية متطلبات الأمان.

يخدم كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات أغراضًا مختلفة ويؤديان مهامَّ مختلفة لمساعدة الشبكات الحديثة على العمل. يركز مستوى التحكم بشكل أساسي على كيفية توجيه البيانات ومعالجتها، بينما يعمل مستوى البيانات على نقل البيانات بين الأجهزة (أو العُقد) عبر الشبكة. يمكن تلخيص أهم أوجه الاختلاف بينهم وفقًا للغرض والتعقيد ومنهجية التواصل.

باستخدام بروتوكولات التوجيه وهيكل الشبكة (وهو في الأساس مخطط للعُقد على الشبكة)، يختار مستوى التحكم مسارًا تنتقل من خلاله البيانات.

بمجرد اختيار المسار الأنسب، يمرر مستوى البيانات ببساطة حزم البيانات المناسبة إلى وجهتها باستخدام الإرشادات واتباع القواعد التي حُددت في مستوى التحكم.

وبطبيعتها، تُعد مستويات التحكم أكثر تعقيدًا من مستويات البيانات. تتطلب البروتوكولات ومسارات التوجيه التي تُحدد في مستوى التحكم منطق عمل معقدًا وعمليات فائقة لصناعة القرار.

وفي المقابل، يُنفِّذ مستوى البيانات مهمة بسيطة نسبيًا تتمثل في نقل البيانات عبر الشبكة ومنطقها بسيط مقارنة بمستوى التحكم—وهو نقل حزم البيانات إلى وجهتها وفقًا للقواعد الموضوعة في مستوى التحكم.

وأخيرًا، تختلف الأساليب التي يستخدمها كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات للتواصل مع الأنظمة التي تمكنها من العمل. يعتمد مستوى التحكم على مجموعات من القواعد (البروتوكولات) التي تدير كيفية نقل البيانات. على سبيل المثال، يُعد بروتوكول البوابة الحدودية (BGP) والنظام الوسيط إلى النظام الوسيط (IS-IS) والمسار الأقصر أولاً (OSPF) أمثلة على بروتوكولات مستوى التحكم الشائعة.

من ناحية أخرى، يستخدم مستوى البيانات اتصالات شبكة مادية سريعة مثل الإيثرنت وWi-Fi للتواصل.

مستوى التحكم ومستوى البيانات ليست عناصر مادية، ولكنها مفاهيم تساعد المهندسين والمطورين ومسؤولي الشبكات على فهم كيفية انتقال البيانات عبر الشبكة. يقع كل من مستويي التحكم والبيانات من الناحية النظرية ضمن طبقة الشبكة،—وهي جزء من بنية شبكة الكمبيوتر يُمكّن الأجهزة من التواصل عبر الشبكة. ولفهم كيفية عمل مستويات التحكم ومستويات البيانات بشكل أفضل، دعونا أولاً نلقِ نظرة على بعض المصطلحات الرئيسية.

 شبكة الكمبيوتر هي جهازان أو أكثر متصلان ببعضهما—مثل أجهزة الكمبيوتر المكتبية أو الأجهزة المحمولة أو أجهزة التوجيه—بغرض مشاركة الموارد والمعلومات. تعتمد الأجهزة المتصلة عبر الشبكة على بروتوكولات الاتصالات—وهي قواعد توضح كيفية إرسال المعلومات أو استقبالها عبر الشبكة، وتُحدد في مستوى التحكم. على سبيل المثال، بروتوكول البوابة الحدودية (BGP) هو بروتوكول شائع يدير كيفية توجيه البيانات من شبكة إلى أخرى عبر الإنترنت. 

الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN) هي نهج متحكم فيه بالبرمجيات في بنية شبكات الكمبيوتر ويعتمد بشكل كبير على واجهات برمجة التطبيقات (APIs)—وهي مجموعات من القواعد تُمكّن التطبيقات من التواصل مع بعضها وتبادل البيانات والمزايا. توجد واجهات برمجة التطبيقات في كل من مستويي التحكم والبيانات. تتواجد واجهات برمجة التطبيقات التي تدير عمليات النظام وتكوينه في مستوى التحكم، بينما تشكل واجهات برمجة التطبيقات التي تتفاعل مع البيانات الفعلية جزءًا من مستوى البيانات.

في الوقت الحالي، تستكشف العديد من المؤسسات الشبكات المعرّفة بالبرمجيات كوسيلة للاستفادة من مزايا البنية التحتية للسحابة في نهجها المتبع لإدارة الشبكات. تمثل الشبكات المعرّفة بالبرمجيات سوقًا سريع النمو، حيث بلغت قيمتها 28.2 مليار دولار أمريكي في العام الماضي، ومن المتوقع أن تنمو بأكثر من 17% خلال السنوات السبع المقبلة.¹

أجهزة التوجيه والمحولات هي أجهزة مادية أو افتراضية تؤدي دورًا مهمًا في وظائف الشبكة. تنقل أجهزة التوجيه حزم البيانات (وهي وحدات معلومات توجيه منسقة بشكل صحيح) بين الأجهزة المتصلة عبر الشبكة. يُمكّن مستوى التحكم أجهزة التوجيه من تحليل حزم البيانات وتحديد أفضل مسار لنقلها. تستخدم معظم أجهزة التوجيه خوارزميات توجيه متطورة للغاية لتمرير حزم البيانات.

وعلى غرار أجهزة التوجيه، يمكن أن تكون المحولات إما مادية أو افتراضية. المحولات هي عناصر تُمكّن أجهزة متعددة من الاتصال من خلال تمرير البيانات. تستخدم المحولات كابلات الإيثرنت لنقل حزم البيانات بين الأجهزة، ما يسمح بمشاركة البيانات والموارد بين المستخدمين والعُقد. 

يؤدي مستوى التحكم العديد من الوظائف المهمة التي تُمكّن شبكات الكمبيوتر الحديثة من العمل، وهي ما يلي: 

• التوجيه: التوجيه هو عملية إيجاد المسار الأنسب لنقل البيانات عبر الشبكة. تُجمّع جداول التوجيه—وهي قوائم تضم المسارات المختلفة التي يمكن أن تتخذها البيانات عبر الشبكة—باستخدام البروتوكولات وهيكل الشبكة.

• إدارة هيكل الشبكة: إدارة هيكل الشبكة هي مهمة تحديد ترتيب أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الأخرى على الشبكة. ينشأ هيكل الشبكة ويُدار من خلال مزيج من العناصر المادية والافتراضية، مثل أجهزة التوجيه والبرمجيات.

• إدارة حركة المرور: بعد تحديد المسارات، ينظم مستوى التحكم حركة مرور الشبكة ويحدد أولوياتها لضمان التوافر العالي للتطبيقات المهمة. ولإدارة حركة مرور الشبكة بشكل فعال، يجب أن يطبق مستوى التحكم سياسات الشبكة التي يضعها مسؤولو الشبكات.

• موازنة التحميل: تُعرف عملية توزيع حركة مرور الشبكة عبر خوادم مختلفة لزيادة توافر النظام باسم موازنة التحميل. تستقبل العديد من مواقع الويب والتطبيقات الشائعة ملايين الطلبات من المستخدمين يوميًا، ما يجعل موازنة التحميل جزءًا مؤثرًا في أداء الشبكة.

• التجميع والتوافر العالي: مستوى التحكم هو النقطة التي تُجمع فيها العُقد في مجموعات—وهي أجهزة متصلة تعمل كوحدة حوسبة واحدة. ويُعد التجميع أمرًا مهمًا لتحقيق التوازن في حركة المرور والحفاظ على التوافر العالي، أي إمكانية استخدام النظام طوال الوقت من دون توقف.

بمجرد أن يحدد مستوى التحكم المسار الذي ستنتقل من خلاله البيانات عبر الشبكة، يستخدم مستوى البيانات المنطق والتعليمات من مستوى التحكم لنقل البيانات إلى وجهتها. وعلى الرغم من أن مستوى البيانات أبسط بكثير من حيث التصميم والغرض من مستوى التحكم، فإنه لا يقل أهمية عنه بالنسبة إلى سلامة الشبكة ووظائفها.

في مستوى البيانات، تمر حركة مرور الشبكة عبر أجهزة التوجيه، حيث تخضع لتحكم صارم لحماية الأجهزة من أي حركة مرور خبيثة، مثل الهجمات الإلكترونية المصممة لتعطيل العمليات أو سرقة المعلومات. ومن دون مستوى البيانات، ستظل جميع البروتوكولات والمسارات المبنية في مستوى التحكم متوقفة عن العمل ولن يُجرى تبادل حزم البيانات بين الأجهزة عبر الشبكة.

بدءًا من تمكين التقنيات المتقدمة مثل الحوسبة السحابية وأنظمة الذكاء الاصطناعي (AI) من العمل وصولاً إلى تحسين أداء التطبيقات باستخدام مزايا مثل التوسع التلقائي والتزويد بالموارد، إليك أهم خمس مزايا لكل من مستوى التحكم ومستوى البيانات.

يساعد كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات الشبكات على العمل بكفاءة أكبر.

يوفر مستوى التحكم نقطة واحدة يمكن من خلالها إدارة كل جهاز على الشبكة.وذلك يسمح لمسؤولي الشبكات بتكوين إعدادات الأمان بسهولة، وأتمتة تحديثات البرامج، وتنفيذ مهام مهمة أخرى، كل ذلك من مكان واحد.

مستوى البيانات مصمم لمعالجة كميات هائلة من البيانات بسرعة، حيث تُنقل حزم البيانات بين العُقد على الشبكة بأقل زمن انتقال.

يساعد كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات على تحسين أداء الشبكات.

يطبق مستوى التحكم سياسات التوجيه التي وضعها مسؤولو الشبكة والتي تضمن عمل الشبكات بأعلى مستوياتها، بينما تسهم البساطة التشغيلية التي يتميز بها مستوى البيانات في نقل البيانات بسرعات قصوى.

من خلال الفصل بين مهمة توجيه البيانات ومهمة تمريرها، تسمح بنية مستوى التحكم ومستوى البيانات بتحسين كل وظيفة بشكل مستقل، ما يعزز أداء الشبكة بشكل عام.

يتميز كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات بقابلية التوسع الفائقة، ما يعني أنه يمكن إضافة المزيد من الموارد من دون المساس بأداء الشبكة.

في مستوى التحكم، تُجرى أتمتة قابلية التوسع من خلال عملية تُعرف باسم التوسيع التلقائي، وهي التزويد التلقائي بالموارد الإضافية عندما تصل حركة مرور المستخدمين إلى حد معين.

تُعد قابلية التوسع السمة الرئيسية في مستوى البيانات أيضًا، حيث تتأكد بنيتها من قابلية تكيفها مع متطلبات حركة المرور المتزايدة من دون التأثير في سرعة نقل البيانات.

يتميز كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات بمرونة عالية بفضل تصميمها. من خلال فصل المهام الرئيسية المرتبطة بتوجيه حركة المرور عن المهام المرتبطة بنقل حركة المرور، يضمن تصميم مستوى التحكم ومستوى البيانات أن المشكلات المتعلقة بأحدهما لن تؤثر في الآخر.

على سبيل المثال، إذا فشل موازن التحميل في مستوى التحكم، فمن غير المرجح أن يؤثر في نقل البيانات في مستوى البيانات.

يساعد كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات على تقليل زمن الانتقال—وهو مقياس مهم للتأخيرات في النظام—بعدة طرق.

تراقب مستويات التحكم مقاييس أداء الأجهزة للتأكد من عملها بمستويات معينة. على سبيل المثال، زمن انتقال وحدة المعالجة المركزية (CPU)—وهو مقياس لكمية الوقت الذي تستغرقه حزم البيانات للانتقال عبر النظام.

يستخدم مستوى البيانات تقنيات تعمل على زيادة سرعات معالجة البيانات، مثل معالجة الحزم المحسنة وخوارزميات التعلم الآلي (ML). تساعد كلتا التقنيتين المتطورتين على تقليل زمن انتقال الشبكة وزيادة توافر النظام. 

تؤدي مستويات التحكم ومستويات البيانات أدوارًا حيوية في شبكات الكمبيوتر الحديثة وتدعم العديد من التطبيقات المؤسسية القيمة. فيما يلي بعض من أكثرها شيوعًا.

لقد شهدت الحوسبة السحابية، وهي إمكانية الوصول إلى موارد الحوسبة عبر الإنترنت عند الطلب، انتشارًا كبيرًا، حيث من المتوقع أن تتبناها ما يصل إلى 90% من الشركات في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2024. ² لقد أصبح كل من مستوى التحكم ومستوى البيانات جزءًا لا يتجزأ من البنية التحتية السحابية الحديثة، حيث تتواجد مستويات بيانات سحابية ومستويات تحكم سحابية خاصة لتمكين الوظائف المحسنة في البيئات السحابية.

توفر مستويات التحكم السحابية الإدارة والتوجيه ومزايا أساسية أخرى على الشبكات السحابية، كما أن مستويات البيانات السحابية مصممة لنقل البيانات بكفاءة في الأنظمة البنائية السحابية. في الوقت الحالي، ينشر جميع مزودي السحابة الرائدين مستويات تحكم سحابية ومستويات بيانات سحابية كجزء من عروض البنية التحتية السحابية التي يقدمونها، بما في ذلك Cisco وMicrosoft Azure وAmazon Web Services (AWS). 

تعتمد Kubernetes، إحدى منصات الحاويات الأكثر استخدامًا على مستوى العالم، على مستويات التحكم ومستويات البيانات لكي تعمل.

تدير مجموعات Kubernetes العُقد في مستوى التحكم التي تسمح بتشغيل التعليمات البرمجية في أي بيئة حوسبة. في مستوى البيانات، تتعامل عناصر Kubernetes المتخصصة، مثل kubelet وkube-proxy، مع حركة مرور الشبكة بين العُقد. تُعد Kubernetes منصة بالغة الأهمية لقابلية التوسع والأمان والكفاءة في البُنى التحتية الحديثة لتكنولوجيا المعلومات.

لقد أصبحت الأجهزة الافتراضية (VMs)، وهي تمثيلات افتراضية لأجهزة كمبيوتر مادية تستخدم البرمجيات بدلاً من الأجهزة لتشغيل البرامج، أداة مهمة للشركات التي تسعى إلى خفض التكاليف. يمكن للمؤسسات التي تشغل الأجهزة الافتراضية الاستمتاع بالمرونة وقابلية التوسع في البيئة السحابية مع تقليل اعتمادها على البنية التحتية المادية. تشغل الأجهزة الافتراضية البرامج وأنظمة التشغيل (OS) تمامًا مثل أجهزة الكمبيوتر المادية ويمكنها تخزين البيانات ومعالجتها باستخدام الموارد الافتراضية.

الأجهزة الافتراضية تُهيأ وتُدار في مستوى التحكم وتنفذ أحمال التشغيل الحسابية، بما في ذلك تشغيل التطبيقات، في مستوى البيانات.

قواعد البيانات كخدمة (DbaaS) هي حل للحوسبة السحابية يتيح للمستخدمين إمكانية الوصول إلى قواعد البيانات وبرامج قواعد البيانات من دون شراء وإعداد أجهزة مادية.

في منصات DbaaS، تُدار عمليات قواعد البيانات في مستوى التحكم، بينما تُنجز مهام الحوسبة الفعلية في مستوى البيانات. على سبيل المثال، في منصات DbaaS، مستوى التحكم هو حيث تتوفر الخوادم ويُجرى توسيع نطاقها ولكن مستوى البيانات هو حيث تُنفذ استعلامات قواعد البيانات المهمة.

أنظمة الذكاء الاصطناعي مصممة لأداء المهام التي تتطلب عادة ذكاءً بشريًا. في العقد الماضي، أصبحت أنظمة الذكاء الاصطناعي مدمجة بعمق في الحياة الحديثة، ما أدى إلى تحسين وظائف العديد من الأجهزة الشائعة مثل السيارات والهواتف الذكية وحتى الأجهزة المنزلية.

على صعيد المؤسسات، تساعد أنظمة الذكاء الاصطناعي الشركات على تنفيذ حملات تسويقية أكثر ذكاءً، والاستفادة من البيانات بشكل أفضل، وتعزيز إمكانات الأتمتة. تعتمد أنظمة الذكاء الاصطناعي على مستوى التحكم ومستوى البيانات لتشغيل الخوارزميات المعقدة وإجراء العمليات الحسابية ونقل البيانات عبر الشبكات.