تفاوت Routing و Switching چیست؟

نویسنده : تارا قلخانی
ارسال شده در: 30 اردیبهشت 1404
ارسال دیدگاه: 2

تفاوت Routing و Switching چیست؟

مسیریابی (Routing): شریان حیاتی ارتباطات در شبکه‌های کامپیوتری

در دنیای به هم پیوسته و پیچیده شبکه‌های کامپیوتری، داده‌ها به طور مداوم در حال انتقال از مبدأ به مقصد هستند. اما چگونه این داده‌ها مسیر صحیح را در میان انبوه دستگاه‌ها و شبکه‌ها پیدا می‌کنند؟ پاسخ این سوال در مفهوم “مسیریابی” (Routing) نهفته است. مسیریابی، فرآیندی حیاتی است که تعیین می‌کند داده‌ها چگونه در طول یک شبکه، از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شوند. در این مقاله، به بررسی عمیق مفهوم مسیریابی، اجزای اصلی آن، الگوریتم‌های مورد استفاده و اهمیت آن در عملکرد بهینه شبکه‌ها می‌پردازیم.

تعریف و اهمیت مسیریابی:

مسیریابی به طور خلاصه، فرآیند انتخاب بهترین مسیر برای انتقال بسته‌های داده (Data Packets) از مبدأ (Source) به مقصد (Destination) در یک شبکه کامپیوتری است. این فرآیند شامل بررسی اطلاعات مربوط به شبکه، ارزیابی مسیرهای ممکن و انتخاب مسیری است که به نظر می‌رسد کارآمدترین و قابل اعتمادترین باشد. بدون مسیریابی، داده‌ها قادر به یافتن مقصد خود نخواهند بود و ارتباطات شبکه‌ای غیرممکن خواهد شد.

اهمیت مسیریابی را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

اتصال پذیری (Connectivity): مسیریابی، اتصال دستگاه‌ها و شبکه‌های مختلف را امکان‌پذیر می‌سازد و امکان تبادل داده‌ها بین آن‌ها را فراهم می‌کند.
کارایی (Efficiency): الگوریتم‌های مسیریابی تلاش می‌کنند تا بهترین مسیر را برای انتقال داده‌ها انتخاب کنند، که منجر به کاهش تأخیر (Latency) و افزایش سرعت انتقال می‌شود.
قابلیت اطمینان (Reliability): مسیریابی می‌تواند مسیرهای جایگزین را در صورت بروز مشکل در مسیر اصلی شناسایی کند، که باعث افزایش قابلیت اطمینان شبکه می‌شود.
مقیاس‌پذیری (Scalability): سیستم‌های مسیریابی مدرن برای مدیریت شبکه‌های بزرگ و پیچیده با تعداد زیادی دستگاه طراحی شده‌اند و قابلیت مقیاس‌پذیری بالایی دارند.
مدیریت ترافیک (Traffic Management): مسیریابی به توزیع ترافیک شبکه کمک می‌کند و از ازدحام (Congestion) در یک مسیر خاص جلوگیری می‌کند.

اجزای اصلی سیستم مسیریابی:

یک سیستم مسیریابی به طور کلی از اجزای زیر تشکیل شده است:

گره‌ها (Nodes): گره‌ها، نقاط اتصال در شبکه هستند که می‌توانند دستگاه‌های کامپیوتری، روترها (Routers) یا سوئیچ‌ها (Switches) باشند. وظیفه گره‌ها دریافت، پردازش و ارسال بسته‌های داده است.
مسیرها (Paths): مسیرها، کانال‌های ارتباطی بین گره‌ها هستند که داده‌ها از طریق آن‌ها منتقل می‌شوند. مسیرها می‌توانند فیزیکی (مانند کابل‌های شبکه) یا منطقی (مانند ارتباطات بی‌سیم) باشند.
روترها (Routers): روترها، دستگاه‌های تخصصی هستند که وظیفه اصلی آن‌ها مسیریابی بسته‌های داده بین شبکه‌های مختلف است. روترها اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه (Network Topology) را جمع‌آوری می‌کنند و از الگوریتم‌های مسیریابی برای انتخاب بهترین مسیر استفاده می‌کنند.
جدول مسیریابی (Routing Table): جدول مسیریابی، یک پایگاه داده است که حاوی اطلاعات مربوط به مسیرهای مختلف به مقصدهای مختلف است. روترها از جدول مسیریابی برای تصمیم‌گیری در مورد نحوه ارسال بسته‌های داده استفاده می‌کنند.
الگوریتم‌های مسیریابی (Routing Algorithms): الگوریتم‌های مسیریابی، مجموعه‌ای از قوانین و دستورالعمل‌ها هستند که روترها از آن‌ها برای محاسبه بهترین مسیر استفاده می‌کنند. این الگوریتم‌ها بر اساس معیارهای مختلفی مانند فاصله، پهنای باند (Bandwidth)، هزینه (Cost) و تأخیر (Latency) کار می‌کنند.

انواع الگوریتم‌های مسیریابی:

الگوریتم‌های مسیریابی را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد. برخی از مهم‌ترین دسته‌بندی‌ها عبارتند از:

ایستا (Static) در مقابل پویا (Dynamic):
- مسیریابی ایستا: در مسیریابی ایستا، مسیرها به صورت دستی توسط مدیر شبکه تنظیم می‌شوند و تغییر نمی‌کنند. این نوع مسیریابی برای شبکه‌های کوچک و پایدار مناسب است.
- مسیریابی پویا: در مسیریابی پویا، روترها به طور خودکار اطلاعات مربوط به شبکه را جمع‌آوری می‌کنند و مسیرها را بر اساس شرایط شبکه به‌روزرسانی می‌کنند. این نوع مسیریابی برای شبکه‌های بزرگ و پویا مناسب است.
تک مسیری (Unicast) در مقابل چند مسیری (Multicast) در مقابل همه‌پخشی (Broadcast):
- مسیریابی تک مسیری: در مسیریابی تک مسیری، بسته‌های داده از یک مبدأ به یک مقصد ارسال می‌شوند.
- مسیریابی چند مسیری: در مسیریابی چند مسیری، بسته‌های داده از یک مبدأ به گروهی از مقصدها ارسال می‌شوند.
- مسیریابی همه‌پخشی: در مسیریابی همه‌پخشی، بسته‌های داده از یک مبدأ به تمام دستگاه‌های موجود در شبکه ارسال می‌شوند.
مسیر یابی بردار فاصله (Distance Vector Routing) در مقابل مسیر یابی حالت لینک (Link-State Routing):
- مسیر یابی بردار فاصله: در این نوع الگوریتم، هر روتر اطلاعات مربوط به فاصله خود تا سایر روترها را به همسایگان خود ارسال می‌کند. روترها با دریافت این اطلاعات، جدول مسیریابی خود را به‌روزرسانی می‌کنند. (مانند RIP)
- مسیر یابی حالت لینک: در این نوع الگوریتم، هر روتر اطلاعات کاملی از توپولوژی شبکه را جمع‌آوری می‌کند و از این اطلاعات برای محاسبه بهترین مسیر استفاده می‌کند. (مانند OSPF)

پروتکل‌های مسیریابی:

پروتکل‌های مسیریابی، مجموعه‌ای از قوانین و استانداردهایی هستند که روترها برای تبادل اطلاعات مسیریابی و تصمیم‌گیری در مورد مسیرها از آن‌ها پیروی می‌کنند. برخی از مهم‌ترین پروتکل‌های مسیریابی عبارتند از:

RIP (Routing Information Protocol): یک پروتکل مسیریابی بردار فاصله که برای شبکه‌های کوچک مناسب است.
OSPF (Open Shortest Path First): یک پروتکل مسیریابی حالت لینک که برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده مناسب است.
BGP (Border Gateway Protocol): یک پروتکل مسیریابی مسیر که برای مسیریابی بین سیستم‌های خودمختار (Autonomous Systems) در اینترنت استفاده می‌شود.
EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): یک پروتکل مسیریابی ترکیبی (Hybrid) که توسط سیسکو توسعه داده شده است.

چالش‌های مسیریابی:

مسیریابی در شبکه‌های مدرن با چالش‌های متعددی روبرو است، از جمله:

مقیاس‌پذیری: مدیریت شبکه‌های بزرگ و پیچیده با تعداد زیادی دستگاه.
پویایی: سازگاری با تغییرات مداوم در توپولوژی شبکه و شرایط ترافیکی.
امنیت: محافظت از شبکه‌ها در برابر حملات مخرب که می‌توانند مسیریابی را مختل کنند.
کیفیت خدمات (QoS): ارائه سطوح مختلف کیفیت خدمات به برنامه‌های مختلف.
بهینه‌سازی مصرف انرژی: کاهش مصرف انرژی روترها و سایر دستگاه‌های شبکه.

نتیجه‌گیری:

مسیریابی، یکی از اساسی‌ترین و حیاتی‌ترین فرآیندها در شبکه‌های کامپیوتری است. انتخاب یک استراتژی مسیریابی مناسب، نقش کلیدی در عملکرد بهینه، قابلیت اطمینان و مقیاس‌پذیری شبکه ایفا می‌کند. با درک عمیق از مفاهیم و الگوریتم‌های مسیریابی، می‌توان شبکه‌های کارآمدتر و قابل اعتمادتر را طراحی و مدیریت کرد و از تبادل اطلاعات روان و بی‌نقص در دنیای دیجیتال اطمینان حاصل نمود. در آینده، با پیشرفت فناوری و ظهور شبکه‌های جدید مانند شبکه‌های تعریف‌شده نرم‌افزاری (Software-Defined Networking – SDN)، مسیریابی همچنان نقش مهمی در تسهیل ارتباطات در دنیای به هم پیوسته ایفا خواهد کرد.

سوئیچینگ (Switching): مبانی، انواع و کاربردها

در دنیای شبکه‌های کامپیوتری، انتقال داده‌ها نقشی حیاتی ایفا می‌کند. داده‌ها باید از مبدأ به مقصد خود برسند، و این فرآیند مستلزم مسیریابی و هدایت هوشمندانه بسته‌های اطلاعاتی است. در این میان، سوئیچینگ (Switching) به عنوان یک تکنولوژی کلیدی، نقش مهمی در تسهیل و بهبود کارایی انتقال داده‌ها در شبکه‌ها ایفا می‌کند. این مقاله به بررسی مفهوم سوئیچینگ، انواع مختلف آن، مزایا و معایب هر نوع و همچنین کاربردهای متنوع آن در شبکه‌های مختلف می‌پردازد.

مقدمه‌ای بر سوئیچینگ:

به زبان ساده، سوئیچینگ به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن یک دستگاه شبکه (سوئیچ) بسته‌های اطلاعاتی را دریافت کرده و آن‌ها را به مقصد صحیح هدایت می‌کند. این فرآیند بر اساس اطلاعات موجود در هدر بسته (header) صورت می‌گیرد، که حاوی آدرس مبدأ و مقصد است. به عبارت دیگر، سوئیچ به عنوان یک پل هوشمند عمل می‌کند که ترافیک شبکه را مدیریت کرده و از ازدحام و اتلاف پهنای باند جلوگیری می‌کند.

سوئیچینگ در مقابل روش‌های قدیمی‌تر انتقال داده مانند هاب (Hub) از مزایای قابل توجهی برخوردار است. در هاب، هر بسته اطلاعاتی به تمامی پورت‌ها ارسال می‌شود، که منجر به ترافیک اضافی و کاهش کارایی شبکه می‌شود. در مقابل، سوئیچ تنها بسته را به پورتی که به مقصد متصل است ارسال می‌کند، که باعث افزایش سرعت و امنیت شبکه می‌شود.

انواع سوئیچینگ:

روش‌های مختلفی برای سوئیچینگ وجود دارد که هر کدام بر اساس مکانیزم متفاوتی عمل می‌کنند و مزایا و معایب خاص خود را دارند. در ادامه به بررسی مهم‌ترین انواع سوئیچینگ می‌پردازیم:

سوئیچینگ مدار (Circuit Switching): این نوع سوئیچینگ، یک مسیر فیزیکی اختصاصی را بین مبدأ و مقصد قبل از شروع انتقال داده ایجاد می‌کند. این مسیر تا پایان تبادل اطلاعات حفظ می‌شود و تمام داده‌ها از طریق آن منتقل می‌شوند. تلفن‌های سنتی (POTS) نمونه‌ای از این نوع سوئیچینگ هستند. مزیت اصلی این روش، تضمین پهنای باند و تأخیر کم است. اما از طرفی، کارایی کمتری دارد زیرا حتی در صورت عدم انتقال داده، مسیر اختصاصی حفظ می‌شود و منابع شبکه را هدر می‌دهد.
سوئیچینگ پیام (Message Switching): در این روش، کل پیام به عنوان یک واحد کامل ذخیره می‌شود و سپس به سمت مقصد ارسال می‌گردد. هر دستگاه در مسیر، کل پیام را دریافت کرده، ذخیره می‌کند، و سپس به دستگاه بعدی ارسال می‌کند. این فرآیند “ذخیره و ارسال” (Store-and-Forward) نامیده می‌شود. این روش برای شبکه‌هایی که ارتباط ناپیوسته و حجم بالای داده دارند مناسب است. با این حال، به دلیل زمان تأخیر بالا، برای برنامه‌های حساس به زمان مناسب نیست.
سوئیچینگ بسته (Packet Switching): در این نوع سوئیچینگ، داده‌ها به بسته‌های کوچک‌تری تقسیم می‌شوند و هر بسته به صورت مستقل از طریق شبکه ارسال می‌شود. هر بسته ممکن است از مسیر متفاوتی به مقصد برسد، و در مقصد، بسته‌ها دوباره به ترتیب اصلی خود مرتب می‌شوند. این روش به دلیل استفاده بهینه از پهنای باند و امکان به اشتراک‌گذاری منابع شبکه، به طور گسترده در شبکه‌های امروزی استفاده می‌شود. سوئیچینگ بسته خود به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:
- سوئیچینگ دیتگرام (Datagram Switching): در این روش، هر بسته به طور مستقل مسیریابی می‌شود و هیچ ارتباط قبلی بین مبدأ و مقصد وجود ندارد. هر سوئیچ در مسیر، بر اساس آدرس مقصد موجود در هدر بسته، بهترین مسیر را برای ارسال آن تعیین می‌کند. این روش انعطاف‌پذیر است اما تضمینی برای ترتیب رسیدن بسته‌ها به مقصد وجود ندارد.
- سوئیچینگ مدار مجازی (Virtual Circuit Switching): در این روش، قبل از شروع انتقال داده، یک مسیر منطقی (مدار مجازی) بین مبدأ و مقصد ایجاد می‌شود. تمام بسته‌های داده از طریق این مدار مجازی ارسال می‌شوند و ترتیب رسیدن آن‌ها به مقصد تضمین می‌شود. این روش ترکیبی از مزایای سوئیچینگ مدار و سوئیچینگ بسته را ارائه می‌دهد.

مکانیزم‌های سوئیچینگ در سوئیچ‌های لایه 2 (Data Link Layer):

سوئیچ‌های لایه 2 که بر اساس آدرس MAC (Media Access Control) عمل می‌کنند، از مکانیزم‌های زیر برای هدایت ترافیک استفاده می‌کنند:

Forwarding: فرآیند ارسال بسته از یک پورت سوئیچ به پورت دیگر بر اساس آدرس MAC مقصد.
Learning: سوئیچ‌ها با مشاهده آدرس MAC مبدأ بسته‌های ورودی، جدول آدرس MAC خود را به روز می‌کنند. این جدول به سوئیچ کمک می‌کند تا آدرس MAC هر دستگاه متصل به پورت‌های خود را شناسایی کند.
Filtering: سوئیچ‌ها می‌توانند ترافیک را بر اساس آدرس MAC مبدأ یا مقصد فیلتر کنند تا از ارسال بسته‌های غیرمجاز جلوگیری کنند.
Flooding: در صورتی که سوئیچ آدرس MAC مقصد را در جدول آدرس MAC خود پیدا نکند، بسته را به تمام پورت‌های دیگر (به جز پورت مبدأ) ارسال می‌کند. این فرآیند Flooding نامیده می‌شود و به سوئیچ کمک می‌کند تا آدرس MAC مقصد را یاد بگیرد.

کاربردهای سوئیچینگ:

سوئیچینگ در طیف گسترده‌ای از شبکه‌ها و کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

شبکه‌های محلی (LAN): سوئیچ‌ها ستون فقرات شبکه‌های LAN هستند و اتصال بین دستگاه‌ها را فراهم می‌کنند.
شبکه‌های گسترده (WAN): سوئیچ‌ها در شبکه‌های WAN نیز برای مسیریابی ترافیک بین شبکه‌های مختلف استفاده می‌شوند.
شبکه‌های دیتاسنتر (Datacenter Networks): سوئیچ‌های قدرتمند با سرعت بالا در دیتاسنترها برای مدیریت حجم عظیم ترافیک داده‌ها استفاده می‌شوند.
شبکه‌های تلفن همراه (Mobile Networks): سوئیچینگ نقش مهمی در شبکه‌های تلفن همراه برای مسیریابی تماس‌ها و داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف دارد.
اینترنت (Internet): روترها، که در واقع نوعی سوئیچ پیشرفته هستند، هسته اصلی اینترنت را تشکیل می‌دهند و ترافیک داده‌ها را در سطح جهانی هدایت می‌کنند.

مزایا و معایب انواع سوئیچینگ: راهنمای جامع برای انتخاب بهینه

سوئیچینگ، به عنوان قلب تپنده شبکه‌های مدرن، فرآیند انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه را مدیریت می‌کند. انتخاب نوع مناسب سوئیچینگ، تصمیمی حیاتی است که مستقیماً بر کارایی، امنیت، و مقیاس‌پذیری شبکه تأثیر می‌گذارد. با تنوع گسترده‌ای از تکنیک‌های سوئیچینگ موجود، آگاهی از مزایا و معایب هر کدام برای انتخاب بهینه ضروری است. در این مقاله، به بررسی عمیق سه نوع اصلی سوئیچینگ می‌پردازیم: سوئیچینگ مداری (Circuit Switching)، سوئیچینگ پیام (Message Switching) و سوئیچینگ بسته‌ای (Packet Switching).

۱. سوئیچینگ مداری (Circuit Switching): ایجاد مسیری اختصاصی برای انتقال داده

سوئیچینگ مداری، روشی سنتی برای انتقال داده است که در شبکه‌های تلفنی اولیه کاربرد فراوانی داشت. در این روش، قبل از شروع انتقال داده، یک مسیر فیزیکی اختصاصی بین فرستنده و گیرنده ایجاد می‌شود. این مسیر اختصاصی در طول کل مدت زمان ارتباط، محفوظ می‌ماند، حتی اگر داده‌ای در حال انتقال نباشد.

مزایای سوئیچینگ مداری:

کیفیت تضمین شده: از آنجا که یک مسیر اختصاصی برای ارتباط ایجاد می‌شود، تضمینی برای پهنای باند ثابت و حداقل تاخیر (Latency) وجود دارد. این ویژگی برای برنامه‌های حساس به زمان، مانند تماس‌های صوتی و تصویری، بسیار مهم است.
امنیت بالا: اختصاص یک مدار فیزیکی به یک ارتباط خاص، امنیت بیشتری را نسبت به سایر روش‌های سوئیچینگ فراهم می‌کند، زیرا احتمال استراق سمع یا دسترسی غیرمجاز به داده‌ها کاهش می‌یابد.
سادگی: طراحی و پیاده‌سازی سوئیچینگ مداری در مقایسه با روش‌های دیگر، نسبتاً ساده‌تر است.

معایب سوئیچینگ مداری:

عدم بهره‌وری از منابع: یک مدار در طول مدت زمان ارتباط، به صورت اختصاصی رزرو شده است، حتی اگر داده‌ای در حال انتقال نباشد. این امر منجر به اتلاف پهنای باند و عدم بهره‌وری از منابع شبکه می‌شود.
زمان راه‌اندازی بالا: ایجاد و برقراری یک مدار اختصاصی، زمان‌بر است. این تاخیر می‌تواند در برنامه‌هایی که به سرعت بالا در انتقال داده نیاز دارند، مشکل‌ساز باشد.
عدم انعطاف‌پذیری: سوئیچینگ مداری برای ترافیک متغیر و ناگهانی مناسب نیست. اگر میزان داده‌ای که باید منتقل شود، به طور غیرمنتظره‌ای افزایش یابد، مدار اختصاصی ممکن است نتواند آن را پشتیبانی کند.
هزینه بالا: به دلیل عدم بهره‌وری از منابع و نیاز به زیرساخت‌های فیزیکی اختصاصی، سوئیچینگ مداری معمولاً گران‌تر از سایر روش‌های سوئیچینگ است.

کاربردهای سوئیچینگ مداری:

شبکه‌های تلفنی سنتی (PSTN): سوئیچینگ مداری هنوز هم در برخی از بخش‌های شبکه‌های تلفنی قدیمی استفاده می‌شود.
شبکه‌های اختصاصی با پهنای باند تضمین شده: در برخی از برنامه‌های خاص، مانند سیستم‌های کنترل حساس و برنامه‌های نظامی، که نیاز به پهنای باند تضمین شده و امنیت بالا دارند، از سوئیچینگ مداری استفاده می‌شود.

۲. سوئیچینگ پیام (Message Switching): ذخیره و ارسال برای انتقال اطلاعات

سوئیچینگ پیام، روشی است که در آن کل پیام (داده) در یک گره میانی ذخیره شده و سپس به گره بعدی ارسال می‌شود. هر گره میانی، کل پیام را دریافت می‌کند، بررسی می‌کند و سپس آن را به گره بعدی در مسیر خود ارسال می‌کند. این فرآیند “ذخیره و ارسال” نامیده می‌شود.

مزایای سوئیچینگ پیام:

بهره‌وری بالا در استفاده از خطوط ارتباطی: خطوط ارتباطی تنها زمانی استفاده می‌شوند که پیامی برای انتقال وجود داشته باشد. این امر باعث می‌شود که پهنای باند به طور موثرتری استفاده شود.
امکان ذخیره و ارسال در زمان‌های مختلف: در صورت شلوغی شبکه، پیام‌ها می‌توانند در گره‌های میانی ذخیره شوند و بعداً، زمانی که شبکه خلوت‌تر شد، ارسال شوند.
قابلیت اولویت‌بندی پیام‌ها: پیام‌ها می‌توانند بر اساس اهمیت، اولویت‌بندی شوند. پیام‌های با اولویت بالاتر، زودتر ارسال می‌شوند.
امکان ارسال پیام به چندین مقصد: یک پیام می‌تواند به طور همزمان به چندین مقصد ارسال شود.

معایب سوئیچینگ پیام:

تاخیر زیاد: به دلیل فرآیند ذخیره و ارسال در هر گره میانی، تاخیر در انتقال پیام بسیار زیاد است. این امر سوئیچینگ پیام را برای برنامه‌های حساس به زمان، نامناسب می‌کند.
نیاز به حافظه زیاد در گره‌های میانی: هر گره میانی باید حافظه کافی برای ذخیره پیام‌های در حال انتقال داشته باشد.
پیچیدگی پیاده‌سازی: پیاده‌سازی سوئیچینگ پیام، پیچیده‌تر از سوئیچینگ مداری است.

کاربردهای سوئیچینگ پیام:

شبکه‌های پستی: سوئیچینگ پیام شباهت زیادی به سیستم پستی دارد. نامه‌ها (پیام‌ها) در دفاتر پستی (گره‌های میانی) جمع‌آوری شده و سپس به مقصد ارسال می‌شوند.
سیستم‌های انتقال تلگراف: در گذشته، سوئیچینگ پیام در سیستم‌های انتقال تلگراف کاربرد داشت.
برخی از کاربردهای پست الکترونیکی: در برخی از سیستم‌های پست الکترونیکی، از سوئیچینگ پیام استفاده می‌شود.

۳. سوئیچینگ بسته‌ای (Packet Switching): تقسیم داده به قطعات کوچک و ارسال جداگانه

سوئیچینگ بسته‌ای، روشی است که در آن داده‌ها به قطعات کوچک‌تری به نام بسته‌ها (Packets) تقسیم می‌شوند. هر بسته شامل اطلاعات آدرس مقصد و شماره ترتیب است. بسته‌ها به صورت مستقل در شبکه ارسال می‌شوند و ممکن است از مسیرهای مختلفی برای رسیدن به مقصد استفاده کنند. در مقصد، بسته‌ها بر اساس شماره ترتیب، دوباره به هم متصل می‌شوند تا پیام اصلی را تشکیل دهند.

مزایای سوئیچینگ بسته‌ای:

بهره‌وری بالا از منابع: بسته‌ها به صورت مستقل در شبکه ارسال می‌شوند و نیازی به ایجاد یک مسیر اختصاصی نیست. این امر باعث می‌شود که پهنای باند به طور موثرتری استفاده شود.
انعطاف‌پذیری: بسته‌ها می‌توانند از مسیرهای مختلفی برای رسیدن به مقصد استفاده کنند. این امر باعث می‌شود که شبکه در برابر خرابی‌ها و ازدحام ترافیک مقاوم‌تر باشد.
قابلیت اولویت‌بندی بسته‌ها: بسته‌ها می‌توانند بر اساس اهمیت، اولویت‌بندی شوند. بسته‌های با اولویت بالاتر، زودتر ارسال می‌شوند.
مناسب برای ترافیک متغیر: سوئیچینگ بسته‌ای برای ترافیک متغیر و ناگهانی بسیار مناسب است.
قابلیت مقیاس‌پذیری: سوئیچینگ بسته‌ای به راحتی قابل مقیاس‌پذیری است و می‌تواند برای پشتیبانی از شبکه‌های بزرگ و پیچیده استفاده شود.

معایب سوئیچینگ بسته‌ای:

تاخیر متغیر: از آنجا که بسته‌ها ممکن است از مسیرهای مختلفی برای رسیدن به مقصد استفاده کنند، تاخیر در انتقال بسته‌ها می‌تواند متغیر باشد.
احتمال از دست رفتن یا تکرار بسته‌ها: بسته‌ها ممکن است در طول مسیر گم شوند یا تکرار شوند.
نیاز به سربار (Overhead): هر بسته باید شامل اطلاعات آدرس مقصد و شماره ترتیب باشد. این اطلاعات اضافی، سربار ایجاد می‌کنند و باعث کاهش کارایی شبکه می‌شوند.
پیچیدگی پیاده‌سازی: پیاده‌سازی سوئیچینگ بسته‌ای، پیچیده‌تر از سوئیچینگ مداری است.

کاربردهای سوئیچینگ بسته‌ای:

اینترنت: سوئیچینگ بسته‌ای، فناوری اصلی زیربنای اینترنت است.
شبکه‌های محلی (LAN): سوئیچینگ بسته‌ای به طور گسترده در شبکه‌های محلی استفاده می‌شود.
شبکه‌های گسترده (WAN): سوئیچینگ بسته‌ای در شبکه‌های گسترده نیز کاربرد دارد.

تفاوت Routing و Switching: راهنمای جامع برای درک مفاهیم کلیدی شبکه

در دنیای پیچیده شبکه‌های کامپیوتری، اصطلاحات “Routing” و “Switching” به وفور شنیده می‌شوند. درک تفاوت‌های اساسی بین این دو مفهوم برای متخصصان IT، مدیران شبکه و حتی کاربران معمولی که به دنبال فهم عمیق‌تری از نحوه عملکرد اینترنت و شبکه‌های داخلی هستند، ضروری است. این مقاله یک راهنمای جامع برای توضیح این تفاوت‌ها ارائه می‌دهد، ضمن بررسی عملکرد، کاربردها و پروتکل‌های کلیدی مرتبط با هر یک.

مقدمه: شبکه‌ها چگونه کار می‌کنند؟

قبل از پرداختن به جزئیات Routing و Switching، ضروری است یک درک کلی از نحوه عملکرد شبکه‌ها داشته باشیم. یک شبکه کامپیوتری، مجموعه‌ای از دستگاه‌های متصل به یکدیگر است که می‌توانند اطلاعات را با هم تبادل کنند. این دستگاه‌ها می‌توانند شامل کامپیوترها، تلفن‌های همراه، سرورها، چاپگرها و سایر تجهیزات باشند. تبادل اطلاعات بین این دستگاه‌ها از طریق پروتکل‌های شبکه‌ای مشخصی انجام می‌شود که قوانین و دستورالعمل‌های لازم برای ارسال و دریافت داده‌ها را تعیین می‌کنند.

Switching: پل ارتباطی در یک شبکه محلی (LAN)

Switching، فرآیند ارسال داده‌ها بین دستگاه‌های متصل به یک شبکه محلی (LAN) است. یک Switch به عنوان یک دستگاه مرکزی در LAN عمل می‌کند و ترافیک داده‌ها را هدایت می‌کند. به عبارت دیگر، Switch یک پل ارتباطی هوشمند است که داده‌ها را مستقیماً به دستگاه گیرنده صحیح ارسال می‌کند.

نحوه عملکرد Switching:

جدول MAC Address: Switch ها یک جدول به نام جدول MAC Address (Media Access Control Address) دارند. این جدول شامل آدرس MAC هر دستگاه متصل به Switch و پورت متصل به آن دستگاه است.
دریافت فریم: هنگامی که Switch یک فریم داده را دریافت می‌کند، آدرس MAC مقصد را بررسی می‌کند.
جستجو در جدول MAC Address: Switch با استفاده از آدرس MAC مقصد، در جدول MAC Address خود جستجو می‌کند.
ارسال فریم به پورت مناسب: اگر Switch آدرس MAC مقصد را در جدول خود پیدا کند، فریم داده را فقط به پورتی ارسال می‌کند که به آن دستگاه متصل است. این عمل باعث کاهش ترافیک شبکه و افزایش سرعت انتقال داده‌ها می‌شود.
یادگیری آدرس‌های MAC: اگر Switch آدرس MAC مقصد را در جدول خود پیدا نکند، فریم داده را به تمام پورت‌های خود (به جز پورتی که فریم را از آن دریافت کرده است) ارسال می‌کند. این عمل به عنوان “Flooding” شناخته می‌شود. هنگامی که دستگاه مقصد پاسخ می‌دهد، Switch آدرس MAC آن را یاد می‌گیرد و آن را به جدول MAC Address خود اضافه می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی Switching:

سرعت بالا: Switch ها با استفاده از سخت‌افزار تخصصی طراحی شده‌اند تا داده‌ها را با سرعت بالا انتقال دهند.
امنیت: Switch ها می‌توانند با استفاده از ویژگی‌هایی مانند VLAN (Virtual LAN) و Port Security امنیت شبکه را افزایش دهند.
کارایی: Switch ها با ارسال داده‌ها فقط به دستگاه مقصد صحیح، ترافیک شبکه را کاهش داده و کارایی شبکه را افزایش می‌دهند.
عملکرد در لایه Data Link (لایه دوم مدل OSI): Switching به طور معمول در لایه دوم مدل OSI (لایه Data Link) عمل می‌کند و از آدرس‌های MAC برای هدایت ترافیک استفاده می‌کند.

Routing: راهنمایی داده‌ها در شبکه‌های گسترده (WAN)

Routing، فرآیند ارسال داده‌ها بین شبکه‌های مختلف است. یک Router به عنوان یک دروازه بین شبکه‌ها عمل می‌کند و بهترین مسیر را برای ارسال داده‌ها به مقصد تعیین می‌کند. به عبارت دیگر، Router یک سیستم مسیریابی است که داده‌ها را از یک شبکه به شبکه دیگر هدایت می‌کند.

نحوه عملکرد Routing:

جدول Routing: Router ها یک جدول به نام جدول Routing دارند. این جدول شامل اطلاعاتی در مورد شبکه‌های مختلف و بهترین مسیر برای رسیدن به هر شبکه است.
دریافت بسته: هنگامی که Router یک بسته داده را دریافت می‌کند، آدرس IP مقصد را بررسی می‌کند.
جستجو در جدول Routing: Router با استفاده از آدرس IP مقصد، در جدول Routing خود جستجو می‌کند.
انتخاب بهترین مسیر: Router با استفاده از الگوریتم‌های مسیریابی، بهترین مسیر را برای رسیدن به شبکه مقصد انتخاب می‌کند.
ارسال بسته به Router بعدی: Router بسته داده را به Router بعدی در مسیر انتخابی ارسال می‌کند. این فرآیند تا زمانی که بسته داده به شبکه مقصد برسد، ادامه می‌یابد.

ویژگی‌های کلیدی Routing:

مسیریابی بین شبکه‌ها: Routers مسئول مسیریابی داده‌ها بین شبکه‌های مختلف هستند.
انتخاب بهترین مسیر: Routers با استفاده از الگوریتم‌های مسیریابی، بهترین مسیر را برای ارسال داده‌ها به مقصد انتخاب می‌کنند.
مقیاس‌پذیری: Routers می‌توانند شبکه‌های بزرگ و پیچیده را مدیریت کنند.
امنیت: Routers می‌توانند با استفاده از ویژگی‌هایی مانند Firewall و VPN (Virtual Private Network) امنیت شبکه را افزایش دهند.
عملکرد در لایه Network (لایه سوم مدل OSI): Routing به طور معمول در لایه سوم مدل OSI (لایه Network) عمل می‌کند و از آدرس‌های IP برای هدایت ترافیک استفاده می‌کند.

تفاوت‌های کلیدی بین Routing و Switching:

ویژگی	Switching	Routing
حوزه عملکرد	داخل یک شبکه محلی (LAN)	بین شبکه‌های مختلف (WAN)
لایه OSI	لایه Data Link (لایه دوم)	لایه Network (لایه سوم)
آدرس مورد استفاده	آدرس MAC	آدرس IP
نوع دستگاه	Switch	Router
هدف اصلی	اتصال دستگاه‌ها در یک شبکه	اتصال شبکه‌های مختلف و مسیریابی ترافیک
پیچیدگی	نسبتاً ساده	پیچیده‌تر

پروتکل‌های کلیدی مرتبط با Routing و Switching:

Switching:
- Spanning Tree Protocol (STP): برای جلوگیری از ایجاد Loop در شبکه‌های مبتنی بر Switch.
- VLAN (Virtual LAN): برای تقسیم یک شبکه فیزیکی به چند شبکه منطقی.
- Port Security: برای محدود کردن تعداد آدرس‌های MAC مجاز در هر پورت.
- Link Aggregation Control Protocol (LACP): برای ترکیب چندین لینک فیزیکی به یک لینک منطقی واحد برای افزایش پهنای باند و افزونگی.
Routing:
- Routing Information Protocol (RIP): یک پروتکل مسیریابی بردار فاصله که برای شبکه‌های کوچک استفاده می‌شود.
- Open Shortest Path First (OSPF): یک پروتکل مسیریابی حالت لینک که برای شبکه‌های بزرگ استفاده می‌شود.
- Border Gateway Protocol (BGP): یک پروتکل مسیریابی بین دامنه‌ای که برای مسیریابی ترافیک بین شبکه‌های AS (Autonomous System) مختلف استفاده می‌شود (به عنوان مثال، بین ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی).
- Static Routing: تنظیم دستی مسیرهای ترافیک در Router.

جمع‌بندی:

درک تفاوت بین Routing و Switching برای مدیریت موثر شبکه‌ها ضروری است. Switching داده‌ها را در یک شبکه محلی هدایت می‌کند، در حالی که Routing داده‌ها را بین شبکه‌های مختلف مسیریابی می‌کند. هر دو فرآیند نقش مهمی در عملکرد شبکه‌های کامپیوتری ایفا می‌کنند و با استفاده از پروتکل‌های خاصی انجام می‌شوند. با درک عمیق این مفاهیم، می‌توان شبکه‌های کارآمدتر، امن‌تر و مقیاس‌پذیرتری را طراحی و مدیریت کرد.

نکات پایانی:

در شبکه‌های مدرن، اغلب دستگاه‌هایی وجود دارند که هم قابلیت Switching و هم Routing را دارند. این دستگاه‌ها به عنوان “Layer 3 Switches” یا “Routers با قابلیت Switching” شناخته می‌شوند.
انتخاب بین Switch و Router به نیازهای خاص شبکه بستگی دارد. برای شبکه‌های کوچک و ساده، Switch ها معمولاً کافی هستند. برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده که نیاز به مسیریابی بین شبکه‌ها دارند، Router ها ضروری هستند.
مطالعه مستمر پروتکل‌های شبکه‌ای و تکنولوژی‌های جدید در زمینه Routing و Switching، برای متخصصان IT حیاتی است تا بتوانند با چالش‌های پیش روی شبکه‌های مدرن مقابله کنند.

تارا قلخانی

بازدید:

دیدگاه

Elahe,

30 اردیبهشت 1404

این متن به من کمک کرد تا دید بهتری نسبت به موضوع پیدا کنم. سپاسگزارم

پاسخ

Pouria,

30 اردیبهشت 1404

با تشکر از مطلب مفیدتون. اگر امکان داره، تفاوت عملکرد لایه ۲ و لایه ۳ در بحث Switching و Routing رو هم توضیح بدید

پاسخ