اتجاهات بحثية في الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN)

الشبكات المحددة بالبرمجيات (Software-Defined Networking (SDN)) هي نهج حديث لتصميم وإدارة شبكات الحاسوب. وهي تفصل مستوى التحكم (الذي يتخذ القرارات بشأن المكان الذي يتم فيه إرسال حركة المرور) عن مستوى البيانات (الذي يقوم بإعادة توجيه حركة المرور إلى وجهتها). يوفر هذا الفصل طريقة مركزية لتكوين وإدارة وتحسين موارد الشبكة بشكل ديناميكي. تعتبر SDN تحولًا أساسيًا في الشبكات، حيث توفر للمؤسسات قدرًا أكبر من التحكم والقدرة على التكيف والكفاءة في إدارة البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات الخاصة بها.

الميزات الرئيسية للشبكات المحددة بالبرمجيات

التحكم المركزي: يتم تجميع ذكاء الشبكة في وحدة تحكم تعتمد على البرمجيات، والتي تشرف على الشبكة بأكملها وتديرها.

قابلية البرمجة: تمكن الشبكات المحددة بالبرمجيات المسؤولين من برمجة الشبكة بشكل ديناميكي عبر تطبيقات البرمجيات، مما يسمح بإدارة أكثر مرونة وكفاءة.

التجريد: تجرد الأجهزة الأساسية (المفاتيح وأجهزة التوجيه وما إلى ذلك)، مما يبسط إدارة الشبكة ويمكّن من تكوينات مستقلة عن الأجهزة.

الأتمتة: باستخدام الشبكات المحددة بالبرمجيات، يمكن أتمتة عمليات الشبكة مثل التزويد وإدارة حركة المرور والأمان، مما يقلل من التدخل اليدوي.

مكونات الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN)

وحدة التحكم في SDN: برنامج مركزي يعمل بمثابة "عقل" الشبكة. فهو يتواصل مع أجهزة الشبكة والتطبيقات، وينفذ السياسات ويدير تدفق حركة المرور.

الواجهات المتجهة جنوبًا: البروتوكولات (مثل OpenFlow) التي تمكن الاتصال بين وحدة التحكم في SDN وأجهزة الشبكة، مثل المحولات والموجهات.

الواجهات المتجهة شمالًا: واجهات برمجة التطبيقات التي تسمح للتطبيقات ومنطق العمل بالتواصل مع وحدة التحكم في SDN، مما يتيح التحكم على مستوى أعلى وقابلية البرمجة.

أجهزة الشبكة: أجهزة الأجهزة مثل المحولات والموجهات وجدران الحماية التي تقوم بإعادة توجيه حزم البيانات بناءً على التعليمات الصادرة عن وحدة التحكم في SDN.

فوائد الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN)

• المرونة حيث يمكن إعادة تكوين الشبكات بسرعة لتلبية احتياجات العمل المتغيرة.

• الفعالية من حيث التكلفة لقدرتها على تقلل من الاعتماد على الأجهزة الملكية باهظة الثمن.

• قابلية التوسع من خلال تبسط عملية توسيع الشبكات لأعلى أو لأسفل.

• أمان معزز يجعل التحكم المركزي من السهل نشر سياسات أمان متسقة.

• إدارة مبسطة حيث يمكن للمسؤولين إدارة الشبكة ككيان واحد بدلاً من التعامل مع أجهزة فردية.

حالات استخدام الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN)

• إدارة حركة مرور مركز البيانات على نطاق واسع بكفاءة.

• تحسين اتصال تطبيقات السحابة.

• إنشاء شبكات افتراضية متعددة على البنية التحتية المادية المشتركة.

• ضبط مسارات المرور ديناميكيًا لتجنب الازدحام.

• إدارة اتصال العديد من أجهزة إنترنت الأشياء.

أبحاث في مجال الشبكات المحددة بالبرمجيات

يستمر مجال الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN) في التطور، مدفوعًا بالتقنيات الناشئة والتعقيد المتزايد للشبكات الحديثة. فيما يلي بعض مجالات البحث الرئيسية التي تحظى بالاهتمام حاليًا:

المجال Security in SDN

التحديات: تجعل مستوى التحكم المركزي في SDN منه هدفًا عالي القيمة للهجمات، مثل رفض الخدمة الموزع (DDoS) أو اختراق وحدة التحكم.

اتجاهات البحث:

1.     تطوير أنظمة قوية للكشف عن التطفل والوقاية منه.

2.     آليات لتأمين الاتصال بين وحدة تحكم SDN والأجهزة.

3.     استراتيجيات المرونة للتخفيف من نقاط الفشل الفردية في مستوى التحكم.

المجال SDN in 5G and Beyond

التحديات: تتطلب تعقيدات شبكات 5G إدارة فعالة وزمن انتقال منخفض.

اتجاهات البحث:

1.     تنسيق شرائح الشبكة القائمة على SDN لتطبيقات 5G.

2.     دمج SDN مع الحوسبة الحافة متعددة الوصول (MEC).

3.     تحسين جودة الخدمة (QoS) وجودة التجربة (QoE) في شبكات 5G/6G.

المجال SDN for Internet of Things (IoT)

التحديات: تتضمن بيئات إنترنت الأشياء أجهزة عديدة ذات متطلبات مختلفة، مما يجعل إدارة الشبكة معقدة.

اتجاهات البحث:

1.     التعامل الفعّال مع حركة مرور إنترنت الأشياء باستخدام بنيات تعتمد على SDN.

2.     وحدات تحكم SDN خفيفة الوزن لأجهزة إنترنت الأشياء المحدودة الموارد.

3.     أطر أمان ديناميكية لمعالجة الثغرات الأمنية الخاصة بإنترنت الأشياء.

المجال  Integration with AI and ML

التحديات: تفتقر أنظمة SDN التقليدية إلى القدرة على التكيف للتعامل مع ظروف الشبكة الديناميكية وغير المتوقعة.

اتجاهات البحث:

1.     التنبؤ بحركة المرور وتحسينها بواسطة الذكاء الاصطناعي لشبكات SDN.

2.     خوارزميات تعلم الآلة للكشف عن الشذوذ في بيئات SDN.

3.     التعلم التعزيزي لتكوين الشبكة التكيفية.

المجال  SDN in Cloud and Data Center Networks

التحديات: تواجه شبكات السحابة مشكلات مثل ازدحام حركة المرور وموازنة الحمل والتعدد في المستأجرين.

اتجاهات البحث:

1.     تعزيز SDN لتحسين المحاكاة الافتراضية وتوزيع عبء العمل.

2.     حلول SDN القابلة للتطوير لمراكز البيانات الضخمة.

3.     التكامل مع البيئات الهجينة ومتعددة السحابة.

المجال Energy Efficiency in SDN

التحديات: تتعارض متطلبات الطاقة المتزايدة للشبكات الحديثة مع أهداف الاستدامة.

اتجاهات البحث:

1.     حلول SDN الخضراء لتحسين استهلاك الطاقة في مراكز البيانات.

2.     بروتوكولات وخوارزميات التوجيه التي تراعي الطاقة.

3.     دمج مصادر الطاقة المتجددة في الشبكات التي تديرها SDN.

المجال SDN for Blockchain and Decentralized Systems

التحديات: تتطلب الأنظمة اللامركزية مثل سلسلة الكتل شبكات موثوقة وفعالة.

اتجاهات البحث:

1.     إدارة حركة المرور على شبكة blockchain القائمة على SDN لتقليل زمن الوصول.

2.     تحسين قابلية التوسع للشبكات اللامركزية باستخدام SDN.

3.     بروتوكولات اتصال آمنة وفعالة بين عقد blockchain.

الخلاصة

تركز الأبحاث الحديثة في مجال الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN) على تعزيز الأمان وقابلية التوسع والكفاءة. وتشمل المجالات الرئيسية تأمين مستوى التحكم المركزي في SDN، ودمج SDN مع 5G وIoT لتحسين إدارة الشبكة، والاستفادة من الذكاء الاصطناعي/تعلم الالة لتحسين حركة المرور الديناميكية واكتشاف الشذوذ. تهدف الجهود المبذولة في كفاءة الطاقة والشبكات المحددة بالبرمجيات الخضراء إلى تقليل استهلاك الطاقة في مراكز البيانات، في حين يعمل دور SDN في الشبكات السحابية وNFV وblockchain على تحسين قابلية التوسع والافتراض. كما يستكشف البحث SDN في الأنظمة السيبرانية الفيزيائية (مثل الشبكات الذكية) للاتصالات فائقة الموثوقية والتحسين عبر الطبقات للتفاعل السلس مع الأنظمة القديمة. تهدف هذه التطورات إلى تلبية التعقيد المتزايد للشبكات الحديثة.

دكتورة أروى يحيى الأرياني

أستاذ مشارك - تكنولوجيا المعلومات

باحث ومستشار أكاديمي

لتسجيل متابعة، حتى يصلك الجديد من المدونة الأكاديمية أضغط هنا  Dr. Arwa Aleryani-Blog

 لمزيد من المعرفة تابع الفيديو ادناه