اقرأ في هذا المقال
- ما هو تبديل الحزمة في الاتصالات Packet Switching؟
- أنواع طرق تبديل الحزم
- أنواع التأخير في تبديل الحزم
- مزايا تبديل الحزم على تبديل الدائرة
- عيوب تبديل الحزم على تبديل الدائرة
- ما هو تبديل الدارة؟
يُعد تبديل الحزمة أحد هذه التقنيات المستخدمة في الوقت الحاضر على شبكات البيانات مثل الإنترنت والشبكة المحلية والشبكة الواسعة الخاصة بالاتصالات، كما عمل تطوير بروتوكول نقل الصوت عبر الإنترنت “VoIP” إلى تفعيل تبديل الحزمة لنقل البيانات وحركة الصوت بسهولة، كما يشير هذا التبديل إلى توجيه البيانات ونقلها بطريقة فعالة عبر قناة الاتصالات أو الشبكة بأقل زمن انتقال، والقناة متاحة لأغراض أخرى عند الانتهاء من الإرسال.
ما هو تبديل الحزمة في الاتصالات Packet Switching؟
تبديل الحزمة “Packet Switching”: هو مجموعة من البروتوكولات التي تستخدم نهج تبديل الشبكة بدون اتصال لنقل الحزم، وفي هذا التبديل يتم تقسيم الرسائل وتجميعها في وحدات صغيرة تسمى الحزم، كما يتم إرسال هذه الحزم بشكل فردي عبر شبكة رقمية للوصول إلى وجهتها، حيث لا تحتاج الحزم إلى اتباع نفس الطريق للوصول إلى وجهتها، ونظراً لأنّ جميع الحزم تصل إلى وجهة بترتيب مختلف، تتم إعادة تجميع الرسالة الأصلية بواسطة الوجهة نفسها.
في هذا التبديل، تتكون الحزم من جزأين رأس وحمولة، كما تسمح المعلومات الموجودة في الرأس لأجهزة الشبكات أو العقدة الوسيطة بالتأكد من توجيه الحزم نحو وجهتها، بينما يتم نقل البيانات المحددة بواسطة الحمولة، كما تحتوي كل حزمة على عنوان مصدر ووجهة للتنقل بشكل مستقل عبر شبكة ذات معدل بت متغير، كما يتم إرجاع توجيه الحزم بشكل غير متزامن من خلال العقد الوسيطة بسبب الازدحام وبالتالي تتبع مسارات متنوعة.
تنتقل هذه الحزم إلى الوجهة بترتيب متنوع، وتضمن الوجهة إعادة تجميع بيانات نفس الملف، كما تتكون الرسالة من أربع حزم، وهي “A” و”B” و”C” و”D”، وتتكون كل حزمة من عنوان المصدر والوجهة وتتبع أكثر من مسار للوصول إلى الوجهة من المصدر.
- “VoIP” هي اختصار لـ “Voice Over Internet Protocol”.
أنواع طرق تبديل الحزم:
أولاً: تبديل الحزمة المهيأ للاتصال:
يُعرف هذا أيضاً باسم تبديل الدائرة الافتراضية، والذي يتطلب مرحلة إعداد أو اتصالاً افتراضياً لإنشاء مسار قبل الإرسال، وباستعمال بروتوكول الإشارة يتم إعداد مسار معين مسبقاً؛ لتمكين المرسل والمستقبل وجميع حزم الرسالة نفسها من اتباع هذا المسار، كما توفر المحولات أو أجهزة التوجيه معرف الدائرة الافتراضية للتعرف على الاتصال الظاهري، حيث يتم تقسيم البيانات في هذا النوع من التبديل إلى وحدات صغيرة، كما يتم إضافة رقم تسلسلي إلى هذه الوحدات الصغيرة.
مراحل تبديل الحزمة المهيأ للاتصال:
- في مرحلة الإعداد، يتم إرسال معلومات العنوان فقط إلى كل عقدة، وعند العثور على المسار المحدد للوجهة المطلوبة، تتم إضافة إدخال إلى جدول التبديل لكل عقدة وسيطة.
- في مرحلة نقل البيانات، قد يحتوي رأس الحزمة على معلومات، مثل الطول والطابع الزمني ورقم التسلسل، كما قد تختلف هذه المعلومات باختلاف الحزم.
أحد التطبيقات البارزة لتبديل الحزمة المهيأ للاتصال هو في “WAN” المحول، حيث تستخدم بروتوكولات مثل “X.25″ و”Frame-Relay” ووضع النقل غير المتزامن “ATM” وتبديل الملصقات متعدد البروتوكولات هذا النوع من نهج التبديل.
- “ATM” هي اختصار لـ “Asynchronous Transfer Mode”.
ثانياً: تبديل الحزمة بدون اتصال:
يُعرف التبديل بدون اتصال بشكل شائع باسم تبديل مخطط البيانات، حيث تحتوي كل حزمة على عنوان المصدر والوجهة وعنوان المنفذ والمعلومات الضرورية الأخرى، وفي بعض الأحيان يتم تعريف الحزم برقم تسلسلي، وفي تبديل حزم البيانات تسير الحزم بشكل مستقل وفي اتجاهات مختلفة، وبالتالي قد تكون الحزم التي تصل إلى الوجهة خارج الطلب.
وبمجرد وصول الحزم إلى الوجهة بتنسيق غير مرتب، يجب استرداد الرسالة الأصلية بناءً على أرقام التسلسل للحزم، كما لا يمكن ضمان التسليم الموثوق للحزم في التبديل غير المتصل، لذلك يلزم توفير أنظمة شاملة ببروتوكولات إضافية.
أنواع التأخير في تبديل الحزم:
أولاً: تأخير الإرسال:
إنّه يشير ببساطة إلى الوقت الذي يستغرقه إرسال جميع الحزم، أو الوقت الذي يستغرقه استيعاب جميع بتات البيانات على وسيط الاتصال، كما يعتمد تأخير الإرسال على طول الحزمة وعرض النطاق الترددي للشبكة.
تأخير الإرسال = حجم البيانات / عرض النطاق الترددي = (L / B) ثانية
ثانياً: تأخير الانتشار:
يُشير تأخير الانتشار إلى الوقت الذي تستغرقه البتات للانتقال من المصدر إلى الوجهة عبر الارتباط والمسافة وسرعة الانتشار هي العوامل التي تؤثر على تأخير الانتشار.
تأخير الانتشار = المسافة / سرعة الإرسال = d / s
ثالثاً: تأخير في قائمة الانتظار:
يحدث تأخير في قائمة الانتظار بسبب طبيعة حركة الانتقال في الشبكة، لذلك يدل على الوقت الذي تحتاجه البيانات للانتظار في قائمة الانتظار حتى يتم تنفيذه.
Average waiting delay = (N-1) L / (2 * R)
حيث “N” هو عدد من الحزم، و”L” هو حجم الحزمة، و”R” هو النطاق الترددي.
رابعاً: تأخير المعالجة:
يشير إلى الوقت المستغرق لمعالجة الحزمة، ويُشير تأخير المعالجة إلى الوقت المطلوب للتحقق من أخطاء البت، وتحديد ارتباط الإنتاج.
إجمالي الوقت أو وقت النهاية = تأخير الإرسال + تأخير الانتشار + تأخير الانتظار + تأخير المعالجة
مزايا تبديل الحزم على تبديل الدائرة:
- يسلم البيانات إلى وجهة من خلال إيجاد مساراتهم الخاصة، أمّا تبديل الدارة له قناة مخصصة ومحددة مسبقاً.
- إنّها موثوقة للغاية، حيث يتم الكشف عن الحزم المفقودة بالوجهة، أمّا تبديل الدائرة لا يحتوي على هذا الخيار.
- يستخدم عرض نطاق أقل، حيث يتم توجيه الحزم بسرعة نحو الوجهة، أمّا تبديل الدائرة يجب أن يكون لتبديل الدارة عرض نطاق ترددي مخصص.
- القناة في هذا التبديل متاحة للإرسالات الأخرى بمجرد توجيه الحزم، أمّا في تبديل الدائرة يشغل القناة حتى يكتمل الاتصال الصوتي.
- إنّها فعالة من حيث التكلفة وسهلة التنفيذ، أمّا تبديل الدوائر باهظ الثمن.
عيوب تبديل الحزم على تبديل الدائرة:
- نظراً لأنّ حركة الحزم ليست متزامنة في هذا التبديل، فقد لا تكون مناسبة في تطبيقات الاتصال مثل المكالمات الصوتية، بينما تبديل الدارة مناسب للغاية للمكالمات الصوتية.
- لا تتحرك الحزم بطريقة منظمة، ويجب توفير أرقام تسلسلية لتحديد كل حزمة، يعطي تبديل الدارة الأولوية القصوى للقناة لإعطاء أفضل تجربة للمستخدمين.
- في هذا التبديل، يكون التعقيد مرتفعاً في كل عقدة، حيث يتم توجيه الحزم عبر مسارات متعددة للوصول إلى الوجهة، ممّا يؤدي إلى فقدان البيانات أو التأخير في تسليم الحزم، أمّا تبديل الدائرة يتأكد من عدم وجود فقدان للبيانات.
- يحتاج هذا التحويل إلى بروتوكولات إضافية وآمنة لحماية البيانات، ممّا يؤدي إلى ارتفاع كبير في تكاليف التنفيذ، أمّا تبديل الدارة له قناة مخصصة لخدمة واحدة ومسار فردي واحد.
ما هو تبديل الدارة؟
تم تصميم تبديل الدائرة خصيصًا للاتصال الصوتي وليس مثاليًا لنقل البيانات، حيث في تبديل الدائرة يجب إنشاء قناة مخصصة بين المرسل والمستقبل، وقبل أن يتمكن كل منهما من التحدث مع الآخر، كما يُرسل تبديل الدائرة الذي يتم إعداده على الطبقة المادية والرسالة بأكملها عبر القناة المخصصة، وهذا النوع من التبديل ليس مثالياً لنقل البيانات؛ لأنّه يتم إرسال البيانات واستلامها في تدفقات، ممّا يعني أنّ الخط سيبقى خاملاً بين دفعات الإرسال، وسيكون ذلك مضيعة لعرض النطاق الترددي.
مزايا تبديل الدارة عبر تبديل الحزمة:
- يقلل التأخير الذي يواجه المستخدم قبل المكالمة وأثناءها.
- سيتم إجراء المكالمة بعرض نطاق ترددي ثابت وقناة مخصصة ومعدل بيانات ثابت.
- يتم تسليم الحزم دائمًا بالترتيب الصحيح.
عيوب تبديل الدارة:
- مناسب للاتصال الصوتي فقط.
- لا يستخدم الموارد بكفاءة.
- القنوات المخصصة لتبديل الدارات غير متاحة لأي استخدام آخر.
- هناك تكلفة أعلى لتخصيص قناة واحدة لكل استخدام.
