سوییچینگ یک مفهوم جدید در ارتباطات داده‌ نیست. از اولین روزهای استفاده‌ی فراگیر از تلفن، سوئیچینگ بخشی از ارتباطات بوده است. در آن زمان، اپراتورها تماس‌ها را به صورت دستی از طریق سوییچ‌بوردها متصل می‌کردند. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، شبکه‌های داده بیش از پیش رشد کرده‌اند و سوییچینگ نیز خودکارتر شده است. اما سوال این است که سوییچینگ به چه معناست؟

در ادامه‌ی این مقاله، ما ابتدا قصد داریم که به صورت دقیق‌تر و تخصصی‌تری توضیح دهیم که سوییچینگ چیست و سپس به بررسی انواع آن و همچنین تکنیک‌های مختلف مورد استفاده در این فرایند می‌پردازیم. بنابراین با ما همراه شوید تا این فرایند را بهتر بشناسیم.

سوئیچینگ شبکه و کاربرد آن چه است

برای پاسخ به این پرسش که سوییچینگ چیست، باید بدانید که در علم فناوری اطلاعات و شبکه‌های کامپیوتری، سوییچینگ به فرایندی گفته می‌شود که طی آن بسته‌های داده از یک دستگاه به دستگاه دیگر در شبکه منتقل می‌شوند که این کار با استفاده از دستگاه‌هایی خاص به نام سوییچ انجام می‌شود. سوئیچ‌ها داده‌ها را از پورت‌های مبدا در کامپیوتر‌ها و سایر دستگاه‌ها به پورت‌های مقصد در روترها و دستگاه‌های دیگر انتقال می‌دهند.

برای مشاهده و بررسی انواع روترها نیز می‌توانید به صفحه روتر میکروتیک مراجعه کنید.

البته این فرایند انتقال داده بین دو شبکه نیز می‌تواند انجام شود. شما به عنوان یک کاربر همواره با مفهوم سوئیچینگ در ارتباط هستید؛ به‌عنوان مثال، زمانی که شما با کامپیوتر خود به اینترنت متصل هستید و درخواست باز کردن یک صفحه وب را می‌دهید، این درخواست از طریق سوئیچینگ بسته‌های داده پردازش می‌شود.
به بیان دقیق‌تر، فرایند انتقال داده بین دستگاه مبدا و دستگاه مقصد از طریق یک سری از شبکه‌های متصل به هم انجام می‌شود و اگر شبکه بزرگ باشد و مسیرهای متعددی برای انتقال داده وجود داشته باشد، انتخاب بهترین مسیر انتقال داده در بین مسیرهای موجود توسط مکانیزم سوییچینگ انجام می‌شود. بنابراین زمانی که ما اطلاعاتی را از فرستنده به گیرنده ارسال می‌کنیم، اطلاعات به صورت مستقیم به دستگاه مقصد نمی‌رسند و بارها مسیر حرکت خود را از طریق گره‌های میانی که در شبکه وجود دارد، عوض می‌کنند.
در واقع هدف سوییچینگ این است که تمام دستگاه‌های یک شبکه را به یکدیگر متصل کند، بدون اینکه نیازی به اتصال جداگانه‌ای بین هر جفت دستگاه وجود داشته باشد. تکنولوژی سوییچینگ این امکان را فراهم می‌کند که این اتصالات تنها در زمان نیاز ایجاد شوند

اگر قصد خرید سوئیچ دارید، می‌توانید به صفحه سوییچ سیسکو مراجعه کنید و ویژگی های انواع محصولات را بررسی کنید.

اکسس پوینت ها (Access Point) و سوییچینگ شبکه

اکسس پوینت‌ها به طور مستقیم در فرآیند سوئیچینگ داده‌ها در لایه‌های پایین‌تر شبکه مانند لایه داده (Data Link Layer) دخالت نمی‌کنند. این کار معمولاً توسط سوئیچ‌ها انجام می‌شود. با این حال، اکسس پوینت‌ها به عنوان یک نقطه اتصال کلیدی در شبکه عمل می‌کنند و در فرآیند انتقال داده‌ها نقش بسیار مهمی دارند. آن‌ها به عنوان یک پل ارتباطی عمل می‌کنند و به دستگاه‌های بی‌سیم اجازه می‌دهند تا به شبکه سیمی متصل شوند.

دسته بندی سوئیچینگ شبکه

برای اینکه بهتر درک کنید سوییچینگ چیست، باید با انواع دسته‌بندی آن آشنا شوید. تکنیک‌های متفاوتی برای اجرای سوئیچینگ در شبکه به‌کار گرفته می‌شود که به طور عمده، سه نوع از آن‌ها به طور معمول در ارتباطات داده استفاده می شود. در ادامه آنها را بررسی کرده‌ایم.

سوئیچینگ پیام (Message Switching)

سوییچینگ پیام نوعی تکنیک سوییچینگ بدون اتصال است که داده‌ها را به صورت یک پیام کامل ذخیره کرده و انتقال می‌دهد. در این تکنیک پیام به واحدهایی با طول ثابت تقسیم می‌شود که به آن‌ها بلوک نیز گفته می‌شود. این بلوک‌ها با شماره توالی و آدرس مقصد مشخص می‌شوند. تا زمانی که سوییچ مسیر مناسبی به سوییچ بعدی یا دستگاه مقصد پیدا کند، بلوک‌ها در حافظه‌های موقت (بافرها) ذخیره می‌شوند.

هنگامی که این بلوک‌ها به مقصد می‌رسند، دستگاه مقصد آن‌ها را جمع کرده و به پیام اصلی تبدیل می‌کند. در این روش، پیام‌ها می‌توانند هر اندازه و فرمتی داشته باشند. این نوع تکنیک سوییچینگ تنها برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به ارتباطات بلادرنگ (Real-Time) ندارند. برای مثال ایمیل و فرایند‌های انتقال فایل از این تکنیک استفاده می‌کنند.

البته این تکنیک سوییچینگ قدیمی است و امروزه منسوخ شده است. در تکنیک سوییچینگ پیام، کل بلوک داده یا پیام در سراسر شبکه ارسال می‌شود، که این امر باعث می‌شود کارایی بسیار پایینی داشته باشد.

بیشتر بخوانید: سوئیچ شبکه چیست؟

سوئیچینگ مداری (Circuit Switching)

سوییچینگ مداری نوعی تکنیک سوییچینگ مبتنی بر اتصال است. در این تکنیک پیش از اینکه پیامی ارسال شود، یک مسیر فیزیکی یا منطقی بین مبدأ و مقصد برای ارسال پیام برقرار می‌شود. در اینجا مفهوم از مدار یک کانال اختصاصی است که داده‌ها را به طور مداوم انتقال می‌دهد. این کانال می‌تواند دائمی یا موقت باشد.
بنابراین در این نوع سوییچینگ، اتصال بین مبدأ و مقصد قبل از ارسال پیام برقرار می‌شود و این اتصال تا زمان انتقال کامل داده‌ها، کل پهنای باند شبکه را به خود اختصاص می‌دهد.
این روش نسبت به سوییچینگ پیام عملکرد بهتری دارد، زیرا داده‌ها به جای اینکه به کل شبکه ارسال شوند، تنها به مقصد مورد نظر فرستاده می‌شوند.

سوئیچینگ بسته‌ای (Packet Switching)

در این تکنیک، داده‌ها به اجزای کوچکتر، فریم‌های داده یا بسته‌ها تقسیم می‌شوند. این فریم‌های داده سپس بر اساس منابع موجود در شبکه در یک زمان خاص به مقصد خود منتقل می‌شوند.
سوییچینگ بسته‌ای می‌تواند به دو شکل بدون اتصال یا مبتنی بر اتصال باشد. در این تکنیک پیام به واحدهایی با طول متغیر به نام بسته تقسیم می‌شود که هر بسته دارای آدرس مبدأ و مقصد است. سوئیچ‌ها بدون استفاده از بافر یا توالی‌یابی (Sequencing) بسته‌ها را به صورت مستقل به جلو هدایت می‌کنند.
بسته به پیکربندی شبکه و در دسترس بودن مسیرها، بسته‌ها ممکن است مسیرهای متفاوتی را برای رسیدن به مقصد خود طی کنند.
در نهایت، دستگاه مقصد این بسته‌ها را کنار هم قرار می‌دهد تا پیام اصلی را تشکیل دهد. سوییچینگ بسته‌ای برای کاربرد‌هایی مناسب است که نیاز به ارتباطات بهینه و انعطاف‌پذیر دارند. از این کاربردها می‌توان به مرور وب و استریمینگ اشاره کرد.
این نوع سوییچینگ در کامپیوتر‌های مدرن و حتی اینترنت استفاده می‌شود. در این روش، هر فریم داده شامل اطلاعات اضافه درباره مقصد و دیگر اطلاعات لازم برای انتقال صحیح از طریق اجزای شبکه است.

روش های اجرای سوئیچینگ شبکه

به روش‌های متفاوت اجرای سوییچینگ در یک شبکه، در اصطلاح مودهای سوییچینگ (Switching modes) گفته می‌شود. در مود سوییچینگ، قسمت های مختلف یک فریم شناسایی می شوند. فریم از چندین بخش مانند مقدمه، آدرس مک مقصد، آدرس مک منبع، داده های کاربر و FCS تشکیل شده است. به طور کلی سه نوع مود سوییچینگ وجود دارد که در ادامه آنها را بررسی کرده‌ایم.

1. روش Store-and-forward

در این روش، گره‌های میانی فریمی را که دریافت می‌کنند ذخیره کرده و قبل از ارسال به گره بعدی آن‌ را برای یافتن خطا بررسی می‌کنند. سوییچ لایه ۲ تا زمانی که کل فریم دریافت نشود، منتظر می‌ماند. پس از دریافت کامل فریم، سوئیچ آن را در حافظه بافر خود ذخیره می‌کند. این مرحله به عنوان ذخیره فریم شناخته می‌شود. پس از این که فریم ذخیره شد، برای وجود خطا بررسی می‌شود. اگر خطایی یافت شود، پیام حذف می‌شود و در غیر این صورت، پیام به گره بعدی ارسال می‌شود. این مرحله به عنوان ارسال فریم شناخته می‌شود. در این تکنیک، از روش بررسی تناوبی خطا (CRC: Cyclic Redundancy Check) استفاده می‌شود که با استفاده از تعداد مشخصی بیت، خطاهای موجود در فریم دریافتی را بررسی می‌کند. تکنیک ذخیره و ارسال سطح بالایی از امنیت را تضمین می‌کند، زیرا شبکه مقصد تحت تأثیر فریم‌های خراب قرار نمی‌گیرد. سوییچ‌های ذخیره و ارسال بسیار قابل اعتماد هستند، زیرا فریم‌های خراب را به گره‌های بعدی ارسال نمی‌کنند.

2. روش Cut-through

در این روش، سوئیچ بسته ها را به محض شناسایی آدرس مقصد ارسال می کند، بدون اینکه برای دریافت کل فریم منتظر بماند. هنگامی که فریم دریافت شد، شش بایت اول فریم را پس از مقدمه بررسی می کند، سوئیچ مقصد را در جدول سوئیچینگ برای تعیین پورت رابط خروجی بررسی می کند و فریم را به مقصد ارسال می کند. این روش نرخ تأخیر پایینی دارد زیرا سوییچ منتظر نمی‌ماند تا کل فریم قبل از ارسال بسته ها به مقصد دریافت شود و تکنیک بررسی خطا ندارد. تکنیک سوییچینگ Cut-through زمان انتظار کمی دارد زیرا به محض شناسایی آدرس MAC مقصد، بسته ها را فوروارد می کند. در این تکنیک برخورد تشخیص داده نمی شود و در صورت برخورد نیز فریم های معیوب ارسال می‌شوند.

3. روش Fragment-free

سوئیچینگ بدون قطعه‌بندی (Fragment-free switching) یک تکنیک پیشرفته از سوئیچینگ برش مستقیم (Cut-through Switching) است. سوئیچینگ بدون قطعه‌بندی تکنیکی است که حداقل ۶۴ بایت از یک فریم را قبل از فوروارد کردن به نود بعدی می‌خواند تا انتقال بدون خطا را فراهم کند. این تکنیک سرعت سوئیچینگ برش مستقیم را با عملکرد بررسی خطا ترکیب می‌کند. این تکنیک ۶۴ بایت اول فریم اترنت را که حاوی اطلاعات آدرس‌دهی است، بررسی می‌کند. اگر برخوردی در این ۶۴ بایت اول تشخیص داده شود، فریم‌های برخورد کرده بیشتر فوروارد نخواهند شد.

سخن آخر

در این مطلب بررسی کردیم سوییچینگ چیست و کاربرد آن را در شبکه توضیح دادیم. همچنین به معرفی انواع دسته‌بندی و روش‌های اجرای آن پرداختیم. امیدواریم اطلاعات مفیدی در این رابطه کسب کرده باشید. می‌توانید برای مشاوره در زمینه خرید تجهیزات شبکه با کارشناسان مجرب جزیره سفید در ارتباط باشید.