كيفية إرسال الـ Frame في السويتش

طريقة إرسال الـ Frame داخل السويتش Switch

تعتبر عملية إرسال الـ Frame داخل السويتش (Switch) من العمليات الأساسية والمهمة في شبكات الكمبيوتر، حيث تلعب دورًا محوريًا في تمكين تبادل البيانات بين الأجهزة المتصلة بالشبكة. السويتش هو جهاز شبكي ذكي يعمل على توجيه حركة المرور بين الأجهزة في الشبكة بطريقة فعالة وآمنة، عبر إرسال الـ Frame (إطار البيانات) بين هذه الأجهزة استنادًا إلى عنوان MAC (Media Access Control) لكل جهاز.

مقدمة حول السويتش (Switch)

السويتش هو جهاز يستخدم في الشبكات المحلية (LAN) لتوصيل عدة أجهزة معًا، مثل الحواسيب والطابعات وأجهزة التخزين. الهدف الرئيسي للسويتش هو تحسين الأداء عبر تحسين كيفية تدفق البيانات بين الأجهزة المختلفة في الشبكة. بدلاً من إرسال البيانات إلى كل جهاز في الشبكة، كما يحدث في المحور (Hub)، يوجه السويتش البيانات مباشرة إلى الجهاز الذي يحتاجها فقط. يتم ذلك باستخدام معلومات عنوان MAC، الذي يُعتبر بمثابة “عنوان فريد” لكل جهاز داخل الشبكة.

المفهوم الأساسي للـ Frame

الـ Frame في الشبكات هو وحدة من البيانات يتم إرسالها عبر الشبكة. تتكون هذه الوحدة من عدة أجزاء أساسية، تشمل البيانات التي يتم نقلها (payload)، بالإضافة إلى معلومات التحكم مثل عناوين المصدر والوجهة (MAC addresses)، وكذلك معلومات الحماية لضمان سلامة النقل مثل CRC (Cyclic Redundancy Check). تعمل هذه الـ Frames على حمل البيانات الحقيقية التي يرسلها جهاز إلى آخر داخل الشبكة.

عند إرسال الـ Frame عبر السويتش، يمر عبر مجموعة من المراحل التي تشمل معالجة عنوان MAC، التوجيه، والاختيار الأفضل للـ Port على السويتش. كل عملية من هذه العمليات تعتمد على قدرة السويتش على تحديد المسار المثالي لنقل البيانات، مما يضمن الكفاءة والأداء العالي في الشبكة.

كيفية إرسال الـ Frame داخل السويتش:

1. تلقي الـ Frame بواسطة السويتش:

   عندما يرسل جهاز متصل بالشبكة (مثل الحاسوب) بيانات إلى جهاز آخر في الشبكة، يقوم بتقسيم هذه البيانات إلى عدة Frames. يحتوي كل Frame على عنوان MAC المصدر (MAC Address of Source) وعنوان MAC الوجهة (MAC Address of Destination). يقوم السويتش أولًا بتلقي هذه الـ Frame من الجهاز المرسل عبر أحد منافذ الشبكة (Ports).

2. قراءة عنوان MAC الوجهة:

   بعد أن يتلقى السويتش الـ Frame، يبدأ في فحص عنوان MAC الوجهة الموجود في رأس الـ Frame. يحتوي السويتش على جدول يسمى “جدول الـ MAC Address Table” أو “جدول التوجيه” (MAC Address Table)، وهو عبارة عن قاعدة بيانات محلية تحتوي على جميع عناوين MAC للأجهزة المتصلة بالسويتش.

3. البحث في جدول الـ MAC Address Table:

   بمجرد أن يقرأ السويتش عنوان MAC الوجهة، يقوم بالبحث في جدول الـ MAC Address Table للتحقق مما إذا كان عنوان الـ MAC هذا موجودًا أم لا. إذا تم العثور على عنوان MAC في الجدول، فهذا يعني أن السويتش يعرف الجهاز الذي يجب إرسال الـ Frame إليه.

4. التوجيه إلى المنفذ المناسب:

   عندما يجد السويتش عنوان MAC الوجهة في الجدول، يقوم بتوجيه الـ Frame إلى المنفذ (Port) المرتبط بذلك العنوان. هذا يسمح بإرسال الـ Frame فقط إلى الجهاز الذي يمتلك هذا العنوان MAC، بدلاً من إرسالها إلى جميع الأجهزة المتصلة بالشبكة، كما هو الحال في المحور (Hub).

5. إذا لم يتم العثور على عنوان الـ MAC في الجدول:

   إذا لم يتم العثور على عنوان الـ MAC في جدول التوجيه، فإن السويتش يقوم بـ “البث” (Broadcast) للـ Frame إلى جميع المنافذ الأخرى باستثناء المنفذ الذي جاء منه الـ Frame. بمعنى آخر، يرسل السويتش الـ Frame إلى جميع الأجهزة المتصلة بالشبكة (باستثناء الجهاز المرسل) في محاولة لتحديد الوجهة الصحيحة.

6. تلقي الجهاز الوجهة للـ Frame:

   عندما يتلقى الجهاز الوجهة الـ Frame، يقوم بمقارنة عنوان MAC الوجهة في الـ Frame مع عنوان MAC الخاص به. إذا كان العنوانين متطابقين، فإن الجهاز يقوم بمعالجة الـ Frame. إذا لم يتطابق العنوان، فإنه يتم تجاهل الـ Frame.

7. إرسال رد (إذا كان مطلوبًا):

   في حال كان نقل البيانات يتطلب ردًا من الجهاز الوجهة (مثل حالة بروتوكولات الـ TCP)، فإن الجهاز الوجهة يقوم بإرسال رد يتم عبر نفس الآلية. يقوم السويتش بتوجيه الـ Frame الذي يحتوي على رد الجهاز الوجهة إلى الجهاز المرسل بناءً على جدول الـ MAC Address Table.

أنواع السويتشات وتقنيات إرسال الـ Frame:

تختلف أنواع السويتشات التي تستخدمها الشبكات في كيفية إرسال الـ Frame استنادًا إلى التقنيات والمزايا التي توفرها. السويتشات التقليدية تعتمد على تقنية “التوجيه المتصل” (Store and Forward)، بينما تستخدم السويتشات الأكثر تطورًا تقنيات مثل “التوجيه الاسترجاعي” (Cut Through) و”التوجيه المتطور” (Fragment Free).

• التوجيه المتصل (Store and Forward):

  في هذه التقنية، يقوم السويتش بقراءة الـ Frame بشكل كامل قبل إرسالها إلى المنفذ المناسب. هذه الطريقة تضمن أن السويتش يتحقق من صحة الـ Frame باستخدام تقنية CRC، مما يحسن من الموثوقية ويسهم في تصحيح الأخطاء.

• التوجيه الاسترجاعي (Cut Through):

  في هذه التقنية، يبدأ السويتش في توجيه الـ Frame إلى المنفذ المناسب بمجرد أن يقرأ عنوان MAC الوجهة في رأس الـ Frame. لا ينتظر السويتش حتى يتلقى الـ Frame بالكامل، مما يساعد في تقليل التأخير. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي هذه الطريقة إلى مشاكل إذا كانت الـ Frame تحتوي على أخطاء.

• التوجيه المتطور (Fragment Free):

  هذه التقنية تجمع بين فوائد الطريقتين السابقتين، حيث يبدأ السويتش في توجيه الـ Frame بعد قراءة جزء من الـ Frame يحتوي على معلومات كافية للتأكد من أنها صحيحة. يعتمد السويتش في هذه الطريقة على القدرة على تقسيم الـ Frame إلى أجزاء أصغر لتحليلها بسرعة أكبر.

التحكم في حركة المرور (Traffic Management) وتوجيه الـ Frame:

واحدة من المهام الرئيسية للسويتش هي التحكم في حركة المرور، بحيث يضمن نقل البيانات بكفاءة عالية وبأقل قدر من التأخير. لتحقيق ذلك، يمكن للسويتش استخدام عدة تقنيات مثل:

1. الـ VLANs (الشبكات المحلية الافتراضية):

   تساعد الـ VLANs في تقسيم الشبكة إلى شبكات منطقية أصغر، مما يسهل إدارة حركة البيانات داخل الشبكة ويحد من ازدحام المرور. عندما يتم إرسال الـ Frame عبر سويتش يعمل بتقنية الـ VLAN، يقوم السويتش بتوجيه الـ Frame بناءً على خصائص VLAN المعينة.

2. الـ Quality of Service (QoS):

   تعد تقنية الـ QoS مهمة في ضمان أن البيانات الحيوية (مثل الصوت والفيديو) تحصل على أولوية في النقل، بينما يتم تأخير البيانات غير الهامة. يقوم السويتش بتصنيف الـ Frames بناءً على النوع والأولوية، مما يسمح بتحقيق الأداء الأمثل في الشبكة.

3. الـ Link Aggregation:

   يمكن استخدام تقنية الـ Link Aggregation لزيادة عرض النطاق الترددي بين السويتشات أو بين الأجهزة المختلفة في الشبكة. عبر دمج عدة وصلات في قناة واحدة، يتيح السويتش إرسال الـ Frame عبر مسارات متعددة، مما يعزز من استقرار الشبكة.

الخاتمة

إرسال الـ Frame داخل السويتش هو عملية حيوية في الشبكات الحديثة، حيث تساهم السويتشات في تحسين أداء الشبكة بشكل كبير من خلال توجيه البيانات بشكل دقيق وفعال. باستخدام تقنيات مثل جدول الـ MAC Address، والتوجيه المتصل أو الاسترجاعي، والتحكم في حركة المرور، يتم ضمان انتقال البيانات بين الأجهزة بكفاءة وموثوقية عالية. هذه العمليات تسهم في إنشاء شبكات عالية الأداء، مما يجعل السويتشات جزءًا أساسيًا من كل شبكة محلية متطورة.