بروتوكولات FHRP لتوفير التوافر العالي

مقدمة عن بروتوكول FHRP (First Hop Redundancy Protocol)

بروتوكول FHRP (First Hop Redundancy Protocol) هو مجموعة من البروتوكولات التي تهدف إلى تحسين موثوقية الشبكات عن طريق ضمان استمرارية الاتصال بالبوابة الافتراضية أو الـ Default Gateway، وذلك عندما يتعذر الوصول إلى البوابة الفعلية بسبب خلل أو عطل. تعمل هذه البروتوكولات على توفير درجة من التكرار أو التوافر العالي في الشبكة، بحيث يمكن للأجهزة في الشبكة أن تظل قادرة على الوصول إلى الشبكة الخارجية حتى في حال حدوث خلل في الجهاز الرئيسي المسؤول عن التوجيه.

يعد FHRP جزءًا أساسيًا في تصميم الشبكات، خاصة في شبكات الشركات الكبرى أو الشبكات التي تتطلب توافرًا دائمًا للاتصال. في هذا المقال، سنتناول تفاصيل بروتوكول FHRP بشكل عام، بالإضافة إلى الأنواع المختلفة للبروتوكولات التي تعمل تحت مظلته مثل HSRP (Hot Standby Router Protocol)، VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol)، و GLBP (Gateway Load Balancing Protocol).

الهدف من استخدام FHRP

البوابة الافتراضية في الشبكة تمثل الجهاز الذي يتولى توجيه البيانات من داخل الشبكة إلى الشبكات الأخرى، مثل الإنترنت أو الشبكات البعيدة. في حالة فشل هذه البوابة، قد يترتب على ذلك توقف الاتصال داخل الشبكة، مما يؤثر على استمرارية العمل.

للتغلب على هذه المشكلة، يوفر FHRP حلولًا تعمل على إعادة توجيه حركة البيانات بشكل تلقائي إلى جهاز آخر في حال حدوث خلل في البوابة الافتراضية الأولى. هذه البروتوكولات تسمح بوجود تكرار للبوابة الافتراضية وتوزيع الحمل بينها. بناءً على ذلك، فإن البروتوكولات التي تعمل تحت نطاق FHRP تضمن استمرارية الاتصال وتعزز من موثوقية الشبكة بشكل عام.

أنواع البروتوكولات تحت نطاق FHRP

1. بروتوكول HSRP (Hot Standby Router Protocol)

يعتبر HSRP أحد أكثر البروتوكولات شيوعًا في شبكات Cisco. تم تطويره في الأساس لضمان التوافر العالي للبوابة الافتراضية في الشبكة من خلال تفعيل جهاز واحد ليكون “جهاز رئيسي” مسؤول عن التوجيه، بينما يتم تحديد جهاز آخر كـ “جهاز احتياطي” جاهز للعمل في حال فشل الجهاز الرئيسي.

• آلية العمل:
  يعتمد HSRP على تحديد مجموعة من أجهزة التوجيه داخل الشبكة بحيث يتم تكوين عنوان IP افتراضي يتم استخدامه كبوابة افتراضية لجميع الأجهزة في الشبكة. يتم تفعيل جهاز واحد فقط (الجهاز الرئيسي) ليقوم بإدارة حركة البيانات عبر هذا العنوان الافتراضي. في حال حدوث عطل في الجهاز الرئيسي، يتم ترقية جهاز آخر ليصبح الجهاز الرئيسي ويستلم العنوان الافتراضي.

• العملية:

  1. Active Router: هو الجهاز المسؤول عن توجيه البيانات.

  2. Standby Router: هو الجهاز الذي يظل في وضع الاستعداد للانتقال إلى حالة التفعيل في حال فشل الـ Active Router.

  3. Other Routers: أجهزة التوجيه التي تظل في وضع “الاستماع” ولا تشارك في معالجة حركة البيانات إلا في حالة فشل الأجهزة الرئيسية.

تتميز هذه التقنية بأنها توفر توافرًا عالياً للبوابة الافتراضية دون الحاجة إلى تكوين عدة عناوين IP في الشبكة.

2. بروتوكول VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol)

تم تطوير بروتوكول VRRP بواسطة IETF ليكون بديلاً لـ HSRP في شبكات Cisco. يعمل هذا البروتوكول على تحسين توافر البوابة الافتراضية عبر شبكة تتطلب مستوى أعلى من الموثوقية. يتميز VRRP بدعمه للعمل عبر أنظمة تشغيل مختلفة، وهو لا يقتصر فقط على أجهزة Cisco.

• آلية العمل:
  في VRRP، يتم تخصيص عنوان IP افتراضي للمستخدمين في الشبكة، وتقوم مجموعة من أجهزة التوجيه بمراقبة الحالة الفعلية لهذا العنوان. يتم اختيار جهاز واحد ليكون الجهاز الرئيسي (أو Master Router) الذي يتولى مسؤولية توجيه البيانات. في حالة فشل الجهاز الرئيسي، يتم انتخاب جهاز آخر من بين الأجهزة الأخرى ليحل محله.

• الفرق بين VRRP و HSRP:

  1. تعددية الأجهزة: في VRRP، يمكن لأجهزة التوجيه التي تشارك في البروتوكول أن تكون من مختلف الشركات المصنعة، بينما HSRP يعمل فقط في بيئات Cisco.

  2. الاختيار التلقائي: في VRRP، يتم اختيار الجهاز الرئيسي بناءً على أولويته، ويمكن لأجهزة التوجيه الأخرى التي لديها أولوية عالية أن تأخذ مكان الجهاز الفاشل.

3. بروتوكول GLBP (Gateway Load Balancing Protocol)

يعتبر GLBP أحدث وأقوى بروتوكول ضمن مجموعة FHRP. يختلف GLBP عن HSRP و VRRP من حيث أنه لا يقتصر على توفير التوافر العالي فقط، بل يوفر أيضًا موازنة التحميل (Load Balancing) بين عدة أجهزة توجيه تعمل في الشبكة. يعد هذا البروتوكول مثاليًا للشبكات التي تتطلب أعلى مستوى من الأداء والكفاءة.

• آلية العمل:
  في GLBP، يتم استخدام عنوان IP افتراضي واحد، ولكنه يسمح بأن تكون هناك عدة أجهزة توجيه نشطة تتقاسم المسؤولية عن توجيه البيانات. كل جهاز توجيه داخل GLBP يعين عنوان IP افتراضي خاص به لتوزيع حركة البيانات بين أجهزة التوجيه. هذا يعزز من الكفاءة ويزيد من مستوى التوافر.

• المزايا:

  1. موازنة التحميل: يمكن توزيع حركة البيانات بين الأجهزة المتعددة بشكل ديناميكي، مما يعزز من أداء الشبكة ويقلل من الضغط على جهاز واحد.

  2. مرونة في التوزيع: في حالة فشل أي جهاز توجيه، يتم إعادة توجيه حركة البيانات إلى جهاز آخر بسرعة وكفاءة.

• العناصر الأساسية:

  • Active Virtual Gateway (AVG): هو الجهاز الذي يتولى إدارة العنوان الافتراضي.

  • Active Virtual Forwarder (AVF): هو الجهاز الذي يقوم بتوجيه حركة البيانات إلى الشبكة الفعلية.

مقارنة بين HSRP و VRRP و GLBP

الخاتمة

يعد بروتوكول FHRP أحد الركائز الأساسية في تصميم شبكات الحوسبة المتقدمة، حيث يعزز من موثوقية الشبكة عن طريق ضمان استمرارية الاتصال بالبوابة الافتراضية. تتنوع البروتوكولات التي تعمل تحت نطاق FHRP لتشمل HSRP و VRRP و GLBP، التي تقدم حلولًا مبتكرة لزيادة التوافر العالي في الشبكات من خلال توفير تكرار للبوابة الافتراضية أو موازنة التحميل بين أجهزة التوجيه المختلفة. يساهم اختيار البروتوكول المناسب في تحسين أداء الشبكة ويمنح الشبكة القدرة على مواجهة التحديات في بيئات العمل الحاسوبية المتنوعة.