نظرة عامة على تبديل الدارة وتبديل الحزمة

ما هو التحول؟

في العالم الحديث ، نحن متصلون مع الجميع ، إما عن طريق الإنترنت أو عن طريق الاتصال الهاتفي. في هذه الشبكة الضخمة ، عندما يتم إجراء مكالمة هاتفية ، أو عندما نصل إلى بعض مواقع الويب ، يتم نقل البيانات من شبكة إلى الشبكة الأخرى. حتى للوصول إلى صفحة ويب بسيطة ، يتم الوصول إلى العديد من أجهزة الكمبيوتر (الخوادم) لتزويدك بالبيانات المطلوبة التي تبحث عنها. سواء كنت داخل شبكة مغلقة أو في قطاع شبكة كبير ، فإن التبديل هو أهم آلية لتبادل المعلومات بين الشبكات المختلفة أو أجهزة الكمبيوتر المختلفة. التبديل هو الطريقة التي توجه البيانات أو أي معلومات رقمية نحو شبكتك حتى نقطة النهاية.

لنفترض أنك تبحث عن أي نوع من المعلومات المتعلقة بالدوائر على الإنترنت أو تبحث عن مشروع هواية في مجال الإلكترونيات ، أو إذا فتحت موقع circdigest.com للعثور على مقال محدد عن الإلكترونيات ، فهناك الكثير من حركة البيانات التي تحدث خلف شبكة الكمبيوتر. يتم توجيه هذه الحركات بواسطة محولات الشبكة التي تستخدم تقنيات تبديل مختلفة في تقاطعات الشبكة المختلفة.

تستخدم الأنواع المختلفة من البيانات أنواعًا مختلفة من تقنيات التبديل التي لها مزاياها وعيوبها. هناك ثلاثة أنواع من تقنيات التبديل المتاحة: تبديل الدوائر وتبديل الحزم وتبديل الرسائل. تعد تبديل الدوائر والحزم هي الأكثر شيوعًا بين هؤلاء الثلاثة.

تبديل الدائرة الكهربية

تبديل الدارة هو طريقة تبديل حيث يتم إنشاء مسار من طرف إلى طرف بين محطتين داخل الشبكة قبل بدء نقل البيانات.

يتكون التبديل الدائري من ثلاث مراحل: إنشاء الدائرة ونقل البيانات وفصل الدائرة.

تحتوي طريقة تبديل الدائرة على معدل بيانات ثابت ويحتاج كل من المشتركين إلى العمل بهذا المعدل الثابت. يعد تبديل الدارة أبسط طريقة لاتصال البيانات حيث يتم إنشاء اتصالات مادية مخصصة بين مرسلين ومستقبلين فرديين. لإنشاء هذه الاتصالات المخصصة ، يتم توصيل مجموعة من المفاتيح بواسطة روابط فعلية.

في الصورة أدناه ، تم توصيل ثلاثة أجهزة كمبيوتر على الجانب الأيسر بثلاثة أجهزة كمبيوتر سطح مكتب على الجانب الأيمن مع روابط فعلية ، اعتمادًا على محولات الدوائر الأربعة. إذا لم يتم استخدام تبديل الدائرة ، فيجب توصيلها بوصلات من نقطة إلى نقطة ، حيث يلزم وجود عدد كبير من الخطوط المخصصة ، والتي لن تؤدي فقط إلى زيادة تكلفة الاتصال ولكن أيضًا زيادة تعقيد النظام.

يتم اتخاذ قرار التوجيه ، في حالة تبديل الدائرة ، عند إنشاء مسار التوجيه في الشبكة. بعد تحديد مسار التوجيه المخصص ، يتم إرسال البيانات باستمرار إلى وجهة المستقبل. يتم الاحتفاظ بالاتصال حتى نهاية المحادثة.

ثلاث مراحل في اتصال تبديل الدائرة

يتم إجراء الاتصال من البداية إلى النهاية في تبديل الدائرة باستخدام هذا التشكيل-

أثناء مرحلة الإعداد ، في شبكة تبديل الدائرة ، يتم إنشاء مسار توجيه أو اتصال مخصص بين المرسل والمستقبل. في هذه الفترة ، يجب أن ينشئ عنوان الوجهة ، مثل عنوان المصدر ، اتصالاً بين جهازين فعليين. يحدث تبديل الدائرة في الطبقات المادية.

يحدث نقل البيانات فقط بعد اكتمال مرحلة الإعداد وفقط عند إنشاء مسار مادي مخصص. لا توجد طريقة عنونة متضمنة في هذه المرحلة. تستخدم المحولات الفاصل الزمني (TDM) أو النطاق المشغول (FDM) لتوجيه البيانات من المرسل إلى المستقبل. هناك شيء واحد يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن إرسال البيانات مستمر وقد تكون هناك فترات من الصمت في نقل البيانات. يتم إجراء جميع التوصيلات الداخلية في شكل مزدوج.

في مرحلة فصل الدائرة النهائية ، عندما يحتاج أي مشترك في الشبكة أو المرسل أو المتلقي إلى فصل المسار ، يتم إرسال إشارة فصل إلى جميع المفاتيح المعنية لتحرير المورد وقطع الاتصال. تسمى هذه المرحلة أيضًا بمرحلة Teardown في طريقة تبديل الدائرة.

ينشئ مفتاح الدائرة اتصالاً مؤقتًا بين ارتباط الإدخال مع ارتباط الإخراج. هناك أنواع مختلفة من المفاتيح المتاحة مع العديد من المدخلات وخطوط الإخراج.

بشكل عام ، يتم استخدام تبديل الدارات في خطوط الهاتف.

مزايا تبديل الدوائر

توفر طريقة تبديل الدائرة مزايا كبيرة في حالات محددة. المزايا هي كما يلي-

1. معدل البيانات ثابت ومخصص لأنه يتم إنشاء الاتصال باستخدام اتصال أو دوائر مادية مخصصة.
2. نظرًا لوجود مسارات توجيه مخصصة للإرسال ، فهي اختيار جيد للإرسال المستمر على مدى فترة طويلة.
3. تأخير إرسال البيانات لا يكاد يذكر. لا يوجد وقت انتظار متضمن في المفاتيح. لذلك ، يتم إرسال البيانات دون أي تأخير مسبق في الإرسال. هذه بالتأكيد ميزة إيجابية لطريقة تبديل الدوائر.

عيوب تبديل الدارة

بخلاف المزايا ، فإن تبديل الدائرة له أيضًا بعض العيوب.

1. سواء كانت قناة الاتصال خالية أو مشغولة ، لا يمكن استخدام القناة المخصصة لنقل البيانات الأخرى.
2. يتطلب مزيدًا من عرض النطاق الترددي ، ويوفر الإرسال المستمر إهدارًا في عرض النطاق الترددي عندما تكون هناك فترة صمت.
3. إنه غير فعال للغاية عند استخدام مورد النظام. لا يمكننا استخدام المورد للاتصال الآخر حيث تم تخصيصه للمحادثة بأكملها.
4. يستغرق الأمر وقتًا طويلاً أثناء إنشاء الروابط المادية بين المرسلين والمستلمين.

تبديل الحزمة

تبديل الحزم هو طريقة لنقل البيانات حيث يتم تقسيم البيانات إلى أجزاء صغيرة ذات أطوال متغيرة ثم نقلها إلى خط الشبكة. تسمى قطع البيانات المقطوعة كحزم. بعد تلقي تلك البيانات أو الحزم المعطلة ، يتم إعادة تجميعها جميعًا في الوجهة وبالتالي إنشاء ملف كامل. بسبب هذه الطريقة ، يتم نقل البيانات بسرعة وبطريقة فعالة. في هذه الطريقة ، لا يلزم الإعداد المسبق أو حجز الموارد مثل طريقة تبديل الدائرة.

تستخدم هذه الطريقة تقنيات Store و Forward. لذلك ستقوم كل قفزة بتخزين الحزمة أولاً ثم إعادة توجيه الحزم إلى وجهة المضيف التالية. تحتوي كل حزمة على معلومات التحكم وعنوان المصدر وعنوان الوجهة. بسبب هذه الحزم يمكن استخدام أي مسار أو مسارات في شبكة موجودة.

تحويل الحزم القائم على VC

تبديل الحزمة القائم على VC هو وضع تبديل الحزمة حيث يتم إجراء مسار منطقي أو اتصال دائرة افتراضية بين المرسل والمستقبل. يرمز VC إلى Virtual Circuit. في هذا الوضع من عملية تبديل الحزم ، يتم إنشاء مسار محدد مسبقًا وستتبع جميع الحزم المسارات المحددة مسبقًا. يتم تزويد جميع أجهزة التوجيه أو المحولات التي تشارك في الاتصال المنطقي بمعرف دائرة افتراضية فريد لتحديد الاتصالات الافتراضية بشكل فريد. كما أن لديها نفس البروتوكول ثلاثي الأطوار المستخدم في تبديل الدائرة ومرحلة الإعداد ومرحلة نقل البيانات ومرحلة التمزيق.

في الصورة أعلاه ، تم توصيل 4 أجهزة كمبيوتر بشبكة 4 مفاتيح وسيكون تدفق البيانات عبارة عن تبديل الحزمة في وضع الدائرة الافتراضية. كما يمكننا أن نرى المحولات متصلة ببعضها البعض وتتشارك في مسار الاتصالات مع بعضها البعض. الآن في الدائرة الافتراضية ، يجب إنشاء مسار محدد مسبقًا. إذا أردنا نقل البيانات من PC1 إلى الكمبيوتر 4 ، فسيتم توجيه المسار من SW1 إلى SW2 إلى SW3 ثم أخيرًا إلى PC4. هذا المسار محدد مسبقًا ويتم تزويد كل SW1 و SW2 و SW3 بمعرف فريد لتحديد مسارات البيانات ، وبالتالي فإن البيانات مرتبطة بالمسارات ولا يمكنها اختيار مسار آخر.

تبديل الحزم القائم على مخطط البيانات

يختلف تبديل مخطط البيانات تمامًا عن تقنية تبديل الحزم القائمة على VC. في تبديل مخطط البيانات ، يعتمد المسار على البيانات. تحتوي الحزم على جميع المعلومات الضرورية مثل عنوان المصدر وعنوان الوجهة وهوية المنفذ وما إلى ذلك. لذا في وضع تبديل الحزمة القائم على مخطط البيانات بدون اتصال ، يتم التعامل مع كل حزمة بشكل مستقل. يمكنهم اختيار طرق مختلفة ويتم اتخاذ قرارات التوجيه ديناميكيًا عند نقل البيانات داخل الشبكة. لذلك ، في الوجهة ، يمكن استلام الحزم خارج الترتيب أو بأي تسلسل ، ولا يوجد مسار محدد مسبقًا ولا يمكن تسليم الحزم المضمون. لتأمين استقبال الحزم المضمون ، يلزم تكوين بروتوكولات إضافية للنظام النهائي.

في هذا الوضع من تبديل الحزمة ، لا توجد مرحلة الإعداد والإرسال والتفكيك.

مرة أخرى في الصورة أعلاه ، تم توصيل 4 أجهزة كمبيوتر ونقوم بنقل البيانات من PC1 إلى PC4. تحتوي البيانات على رزمتين معنونتين بالرقم 1 و 2. كما نرى ، في وضع مخطط البيانات ، اختارت الحزمة 1 أن تتبع مسار SW1- SW4-SW3 بينما اختارت Packet 2 مسار مسار SW1- SW5- SW3 ووصلت أخيرًا إلى PC4. يمكن للحزم أن تختار مسارًا مختلفًا بناءً على وقت التأخير والازدحام على المسارات الأخرى في شبكة تبديل حزم البيانات.

مزايا تبديل الحزم

يوفر تبديل الحزمة مزايا أكثر من تبديل الدائرة. تم تصميم شبكة تبديل الحزم للتغلب على عيوب طريقة تبديل الدائرة.

1. كفاءة من حيث النطاق الترددي.
2. تأخير الإرسال هو الحد الأدنى
3. يمكن أن تكتشف الوجهة الحزم المفقودة.
4. التنفيذ الفعال من حيث التكلفة.
5. يمكن الاعتماد عليها عند اكتشاف مسار مشغول أو تعطل الروابط في الشبكة. يمكن نقل الحزم عن طريق روابط أخرى أو يمكن استخدام مسار مختلف.

عيوب تبديل الحزم

يواجه تبديل الحزم أيضًا بعض العيوب.

1. لا يتبع تبديل الحزم أي ترتيب معين لإرسال الحزمة واحدة تلو الأخرى.
2. فقدان الحزمة يحدث في نقل البيانات الكبيرة.
3. يجب ترميز كل حزمة بأرقام تسلسلية وعنوان المرسل والمستقبل ومعلومات أخرى.
4. التوجيه معقد في العقد حيث يمكن أن تتبع الحزم مسارات متعددة.
5. عند حدوث إعادة التوجيه لسبب ما ، يزداد التأخير في استلام الحزم.

الاختلافات بين تبديل الدائرة وتبديل الحزم

لقد حصلنا بالفعل على فكرة حول ما هي الاختلافات بين تبديل الدائرة وتبديل الحزمة. دعونا نرى الاختلافات في تنسيق الجدول من أجل فهم أفضل-

اختلافات	تبديل الدائرة الكهربية	تبديل الحزمة
خطوات المشاركة	في تبديل الدائرة ، يلزم إعداد 3 مراحل للمحادثة الكاملة. إنشاء الاتصال ونقل البيانات وتفكيك الاتصال	في حالة تبديل الحزم ، يمكننا نقل البيانات مباشرة.
عنوان الوجهة	يتم توفير عنوان المسار بالكامل من قبل المصدر.	تعرف كل حزم بيانات عنوان الوجهة النهائي فقط ، ويعتمد مسار التوجيه على قرار أجهزة التوجيه.
معالجة البيانات	تتم معالجة البيانات في نظام المصدر.	تتم معالجة البيانات في العقد وأنظمة المصدر.
التأخير المنتظم بين وحدات البيانات	يحدث تأخير موحد.	التأخير بين وحدات البيانات غير منتظم.
الموثوقية	يعد تبديل الدارة أكثر موثوقية مقارنة بتبديل الحزم	يعد تبديل الحزم أقل موثوقية مقارنة بتبديل الدارة.
إهدار الموارد	إهدار الموارد مرتفع في تبديل الدوائر.	فاقد الموارد أقل في تبديل الحزم.
تقنية التخزين والتوجيه	لا يستخدم تقنية التخزين والأمام	يستخدم تقنية التخزين والأمام
ازدحام، اكتظاظ، احتقان	يحدث الازدحام في وقت إنشاء الاتصال فقط.	يمكن أن يحدث الطعن في مرحلة نقل البيانات.
بيانات الإرسال	المصدر يقوم بنقل البيانات.	يتم نقل البيانات من قبل المصدر والموجهات.