تمرير البيانات باستخدام السويتش

كيفية تمرير البيانات باستخدام السويتش في الشبكات

تعتبر الشبكات من الأنظمة المعقدة التي تعتمد على مختلف الأجهزة والبرمجيات لتبادل البيانات بين الحواسيب والمكونات الأخرى. أحد أهم الأجهزة التي تلعب دورًا أساسيًا في نقل البيانات داخل الشبكة هو “السويتش” (Switch). يعمل السويتش على توجيه البيانات بين الأجهزة المترابطة في الشبكة المحلية (LAN)، ويعتبر من الأجهزة الأساسية في تحسين كفاءة الأداء وضمان السرعة في عمليات النقل.

تعريف السويتش

السويتش هو جهاز يستخدم في الشبكات لتوصيل الأجهزة المختلفة (مثل الحواسيب والطابعات والخوادم) ببعضها البعض عبر كابلات الشبكة، من خلال تحديد مسارات نقل البيانات بشكل فعال. يتميز السويتش بالقدرة على معالجة البيانات بشكل أسرع من المبدلات الأخرى مثل “الهب” (Hub)، حيث يقوم بتوجيه البيانات إلى الأجهزة المستهدفة فقط بدلاً من إرسالها إلى جميع الأجهزة المتصلة بالشبكة.

كيفية عمل السويتش في تمرير البيانات

يتكون السويتش من عدة منافذ يتم من خلالها توصيل الأجهزة المختلفة في الشبكة. يتم تمرير البيانات باستخدام السويتش وفقًا لعدة آليات، أبرزها:

1. آلية تمرير البيانات باستخدام عناوين MAC

السويتش يستخدم عناوين MAC (Media Access Control) التي تُعتبر معرفًا فريدًا لكل جهاز متصل بالشبكة. عند إرسال جهاز ما بيانات إلى جهاز آخر، يقوم السويتش بمراجعة العنوان الخاص بالجهاز المستهدف (عنوان MAC) في إطار البيانات الوارد إليه.

• تعلّم السويتش: يبدأ السويتش بتعلم عناوين MAC للأجهزة المتصلة به عندما تستقبل المنافذ البيانات لأول مرة. عندما يرسل جهاز البيانات، يتعلم السويتش عنوان MAC الخاص به ويقوم بتخزينه في جدول داخلي يسمى “جدول السويتش” أو “Forwarding Table”. يحتوي هذا الجدول على علاقة بين كل عنوان MAC والمنفذ المتصل به في السويتش.

• إرسال البيانات: عندما يتلقى السويتش بيانات من جهاز معين، يقوم بالتحقق من العنوان المستهدف للبيانات في إطار البيانات. إذا كان العنوان موجودًا في جدول السويتش، يقوم بتوجيه البيانات إلى المنفذ المناسب الذي يتصل بالجهاز المستهدف. أما إذا كان العنوان غير معروف، يقوم السويتش ببث البيانات إلى جميع الأجهزة المتصلة به، في محاولة للعثور على الجهاز المستهدف.

2. التمرير باستخدام طبقة 2 (Data Link Layer)

يعمل السويتش في الغالب على طبقة الربط البيانات (Layer 2) في نموذج OSI. في هذه الطبقة، لا يحتاج السويتش إلى معرفة ما إذا كانت البيانات عبارة عن ملف أو طلب استجابة من تطبيق ما. بدلاً من ذلك، يركز السويتش فقط على تمرير البيانات بناءً على عنوان MAC للجهاز المرسل والجهاز المستقبل.

• البث (Broadcasting): في حال عدم وجود سجل لعنوان MAC المستهدف في جدول السويتش، يقوم الجهاز بإرسال البيانات إلى جميع الأجهزة المتصلة بالسويتش. بعد تلقي الرد من الجهاز الصحيح، يتم تحديث جدول السويتش لتخزين هذه العلاقة، وبالتالي تحسين الأداء في المرات القادمة.

3. التمرير باستخدام طبقة 3 (Network Layer)

في بعض الحالات المتقدمة، يوجد سويتشات يمكنها العمل على طبقة الشبكة (Layer 3)، حيث تستخدم عناوين IP بدلاً من عناوين MAC لتوجيه البيانات. هذه السويتشات، التي تعرف باسم “الراوترات” (Routers)، قادرة على فحص المعلومات المتعلقة بالشبكة، بما في ذلك حساب المسار الأمثل للبيانات عبر الشبكات المختلفة.

• التمييز بين العناوين: عندما يتم استخدام طبقة الشبكة، فإن السويتش يتعامل مع الحزم بناءً على عنوان IP الخاص بالجهاز المصدر والمستقبل. يقوم بتوجيه الحزمة عبر الشبكة بناءً على جداول التوجيه (Routing Tables) بدلًا من استخدام جداول MAC.

4. تحسين الأداء باستخدام الـ VLANs

تعتبر تقنيات الشبكات الافتراضية (VLANs) من الخيارات المتاحة لتحسين تقسيم الشبكة بشكل منطقي وتوجيه البيانات. باستخدام VLANs، يمكن تقسيم الشبكة إلى شبكات صغيرة، مما يزيد من الكفاءة ويحد من الازدحام.

• إنشاء VLANs: يتيح السويتش إنشاء VLANs لتقسيم الشبكة إلى عدة مجالات مرورية، مما يسهل إدارة البيانات ويقلل من التصادمات. كل VLAN يمثل شبكة فرعية مستقلة، حيث يُرسل السويتش البيانات داخل VLAN واحدة فقط دون التأثير على باقي الشبكة.

• عزل البيانات: باستخدام VLANs، يمكن عزل حركة مرور البيانات بين الأجهزة المتصلة على نفس VLAN، مما يحسن الأمان ويقلل من التعارضات.

5. الـ Spanning Tree Protocol (STP)

يعد بروتوكول Spanning Tree Protocol (STP) من الآليات الهامة التي يعتمد عليها السويتش لتجنب حدوث الحلقات (Loops) في الشبكة. في حالة وجود أكثر من مسار بين الأجهزة عبر السويتشات المختلفة، يمكن أن تحدث حلقات تؤدي إلى تباطؤ الأداء وازدحام الشبكة.

• منع الحلقات: يقوم STP بتحديد المسار الأفضل وتجنب الحلقات عن طريق إيقاف بعض الروابط المؤقتة، ليتمكن السويتش من تحديد المسار الأكثر كفاءة في تمرير البيانات.

6. التحكم في تدفق البيانات (Flow Control)

يساعد السويتش في التحكم في تدفق البيانات بين الأجهزة المختلفة لضمان عدم حدوث ازدحام في الشبكة. عند حدوث ازدحام، يقوم السويتش باستخدام آليات معينة مثل “التحكم في التدفق” (Flow Control) للتأكد من أن البيانات لا تزدحم في الشبكة.

• التخزين المؤقت: عند امتلاء الذاكرة المؤقتة في السويتش، قد يقوم بتخزين البيانات مؤقتًا ثم إرسالها عندما تتوفر المساحة، مما يساعد في تقليل فقدان البيانات وتحسين الأداء العام.

7. الـ Quality of Service (QoS)

من خلال تقنيات مثل “جودة الخدمة” (Quality of Service – QoS)، يضمن السويتش أن البيانات المهمة تتلقى الأولوية في النقل. يتم تحديد نوع البيانات حسب الحاجة، بحيث يتم منح التطبيقات الحساسة مثل VoIP أو الفيديو الأولوية في المرور عبر الشبكة.

• تحديد الأولويات: يقوم السويتش بتحديد نوع حركة المرور بناءً على معايير مثل نوع البيانات أو عنوان المصدر أو الوجهة، مما يسمح له بترتيب أولويات النقل وضمان انتقال البيانات الحرجة بسرعة أكبر.

فوائد استخدام السويتش في تمرير البيانات

• تحسين السرعة: مقارنة بالأجهزة الأخرى مثل “الهب”، يقوم السويتش بتحسين سرعة نقل البيانات من خلال التوجيه المباشر إلى الجهاز المستهدف فقط، مما يقلل من الوقت الضائع في بث البيانات إلى جميع الأجهزة.

• زيادة الأمان: يعزز السويتش الأمان داخل الشبكة بفضل آلية تعلم عناوين MAC، حيث يوجه البيانات فقط إلى الأجهزة التي تعرفها.

• تقليل التصادمات: باستخدام الآليات المتقدمة مثل VLANs وSTP، يساهم السويتش في تقليل التصادمات بين البيانات وتحسين الأداء العام للشبكة.

أنواع السويتشات

• السويتشات غير المُدارة: هي سويتشات أساسية لا تحتاج إلى إعدادات معقدة وتستخدم في الشبكات الصغيرة أو البيئات التي لا تتطلب إعدادات متقدمة.

• السويتشات المدارة: توفر هذه السويتشات إمكانيات متقدمة مثل إدارة VLANs، والمراقبة، وأداء الشبكة بشكل عام، وتستخدم في الشبكات الكبيرة والمهنية.

• السويتشات الذكية: تشبه السويتشات المدارة ولكنها تتميز بوجود بعض الإعدادات المبدئية التي يسهل تكوينها، وتعد خيارًا جيدًا للشبكات المتوسطة.

الختام

السويتشات هي حجر الزاوية في تصميم الشبكات الحديثة، حيث تساهم في تسريع عملية مرور البيانات بشكل فعال، وتقليل الازدحام، وتحسين الأمان. باستخدام آليات متعددة مثل الـ VLANs، وSTP، وQoS، يمكن تحسين أداء الشبكة بشكل ملحوظ. الفهم الجيد لعمل السويتشات وكيفية استخدامها يعتبر أمرًا أساسيًا في تصميم شبكات قوية وفعالة في البيئة الحديثة.