Omówienie przełączania obwodów i przełączania pakietów

Co się zmienia?

We współczesnym świecie jesteśmy połączeni ze wszystkimi przez internet lub połączenie telefoniczne. W tej ogromnej sieci, gdy wykonuje się połączenie telefoniczne lub uzyskujemy dostęp do jakiejś strony internetowej, dane są przesyłane z jednej sieci do drugiej. Nawet w celu uzyskania dostępu do prostej strony internetowej uzyskuje się dostęp do wielu komputerów (serwerów) w celu dostarczenia żądanych danych, których szukasz. Niezależnie od tego, czy znajdujesz się w zamkniętej sieci, czy w dużym segmencie sieci, przełączanie jest najważniejszym mechanizmem, który wymienia informacje między różnymi sieciami lub różnymi komputerami. Przełączanie to sposób, który kieruje dane lub wszelkie informacje cyfrowe w kierunku Twojej sieci aż do punktu końcowego.

Załóżmy, że wyszukujesz w Internecie wszelkiego rodzaju informacje związane z obwodami lub szukasz hobbystycznego projektu w dziedzinie elektroniki, lub jeśli otworzysz stronę circuitdigest.com w celu znalezienia konkretnego artykułu o elektronice, za twoją siecią komputerową dzieje się dużo danych. Ruchy te są kierowane przez przełączniki sieciowe, które wykorzystują różne techniki przełączania w różnych węzłach sieciowych.

Różne typy danych wykorzystują różne typy technik przełączania, które mają swoje zalety i wady. Dostępne są trzy rodzaje technik przełączania: przełączanie obwodów, przełączanie pakietów i przełączanie wiadomości. Przełączanie obwodów i pakietów jest najpopularniejsze spośród tych trzech.

Przełączanie obwodów

Przełączanie obwodów to metoda przełączania polegająca na tworzeniu ścieżki od końca do końca między dwiema stacjami w sieci przed rozpoczęciem przesyłania danych.

Przełączanie obwodu ma trzy fazy: ustanowienie obwodu, przesyłanie danych i rozłączenie obwodu.

Metoda przełączania łączy ma stałą szybkość transmisji i obaj abonenci muszą pracować z tą stałą szybkością. Przełączanie obwodów to najprostsza metoda przesyłania danych, w której między dwoma indywidualnymi nadawcami i odbiornikiem są ustanawiane dedykowane połączenia fizyczne. Aby utworzyć te dedykowane połączenia, zestaw przełączników jest połączonych łączami fizycznymi.

Na poniższym obrazku trzy komputery po lewej stronie są połączone z trzema komputerami stacjonarnymi po prawej stronie za pomocą fizycznych łączy, w zależności od czterech przełączników obwodów. Jeśli nie stosuje się przełączania obwodów, należy je łączyć połączeniami punkt-punkt, gdzie wymagana jest duża liczba dedykowanych linii, co nie tylko zwiększy koszt połączenia, ale także zwiększy złożoność systemu.

Decyzja o routingu w przypadku komutacji obwodów jest podejmowana podczas ustanawiania ścieżki routingu w sieci. Po ustanowieniu dedykowanej ścieżki trasowania dane są stale przesyłane do odbiorcy. Połączenie jest utrzymywane do końca rozmowy.

Trzy fazy w komunikacji przełączania obwodów

Komunikacja od początku do końca w przełączaniu obwodów odbywa się za pomocą tej formacji-

Podczas fazy konfiguracji, w sieci komutacji obwodów, wyznaczany jest dedykowany routing lub ścieżka połączenia między nadawcą a odbiorcą. W tym okresie adresowanie od końca do końca, podobnie jak adres źródłowy, adres docelowy musi tworzyć połączenie między dwoma urządzeniami fizycznymi. Przełączanie obwodów zachodzi w warstwach fizycznych.

Transfer danych ma miejsce dopiero po zakończeniu fazy konfiguracji i tylko wtedy, gdy zostanie ustanowiona fizyczna, dedykowana ścieżka. W tej fazie nie stosuje się żadnej metody adresowania. Przełączniki wykorzystują szczelinę czasową (TDM) lub zajęte pasmo (FDM) do kierowania danych od nadawcy do odbiorcy. Należy pamiętać, że wysyłanie danych jest ciągłe i mogą występować okresy ciszy w transmisji danych. Wszystkie połączenia wewnętrzne są wykonywane w formie dupleksu.

W końcowej fazie odłączania obwodu, kiedy którykolwiek z abonentów w sieci, nadawca lub odbiorca musi odłączyć ścieżkę, sygnał rozłączenia jest wysyłany do wszystkich zaangażowanych przełączników w celu zwolnienia zasobu i przerwania połączenia. Ta faza jest również nazywana fazą Teardown w metodzie przełączania obwodów.

Przełącznik obwodu tworzy tymczasowe połączenie między łączem wejściowym a łączem wyjściowym. Dostępne są różne typy przełączników z wieloma liniami wejściowymi i wyjściowymi.

Generalnie w liniach telefonicznych stosuje się komutację obwodów.

Zalety przełączania obwodów

Metoda przełączania obwodów zapewnia duże korzyści w określonych przypadkach. Zalety są następujące:

1. Szybkość przesyłania danych jest stała i dedykowana, ponieważ połączenie jest ustanawiane za pomocą dedykowanego połączenia fizycznego lub obwodów.
2. Ponieważ w grę wchodzą dedykowane ścieżki trasowania transmisji, jest to dobry wybór do ciągłej transmisji przez długi czas.
3. Opóźnienie transmisji danych jest pomijalne. Przełączniki nie wymagają czasu oczekiwania. Zatem dane są przesyłane bez wcześniejszego opóźnienia w transmisji. To zdecydowanie pozytywna zaleta metody Circuit Switching.

Wady przełączania obwodów

Oprócz zalet przełączanie obwodów ma również pewne wady.

1. Niezależnie od tego, czy kanał komunikacyjny jest wolny, czy zajęty, kanał dedykowany nie może być używany do innej transmisji danych.
2. Wymaga większej przepustowości, a ciągła transmisja powoduje marnotrawstwo przepustowości, gdy występuje okres ciszy.
3. Jest to wysoce nieefektywne podczas wykorzystywania zasobów systemowych. Nie możemy użyć tego zasobu dla innego połączenia, ponieważ jest on przydzielony dla całej rozmowy.
4. Tworzenie fizycznych połączeń między nadawcami a odbiorcami zajmuje dużo czasu.

Przełączanie pakietów

Przełączanie pakietów to metoda przesyłania danych, w której dane są dzielone na małe fragmenty o zmiennej długości, a następnie przesyłane do linii sieciowej. Uszkodzone fragmenty danych nazywane są pakietami. Po otrzymaniu tych uszkodzonych danych lub pakietów wszystkie są ponownie składane w miejscu docelowym, tworząc w ten sposób kompletny plik. Dzięki tej metodzie dane są przesyłane szybko i sprawnie. W tej metodzie nie jest wymagana żadna konfiguracja wstępna ani rezerwacja zasobów, jak w przypadku metody przełączania obwodów.

Ta metoda wykorzystuje techniki Store and Forward. Tak więc każdy przeskok będzie najpierw przechowywać pakiet, a następnie przekazywać pakiety do następnego hosta. Każdy pakiet zawiera informacje kontrolne, adres źródłowy i adres docelowy. Dzięki temu pakiety mogą korzystać z dowolnej trasy lub ścieżki w istniejącej sieci.

Przełączanie pakietów w oparciu o VC

Przełączanie pakietów w oparciu o VC to tryb przełączania pakietów, w którym między nadawcą a odbiorcą odbywa się ścieżka logiczna lub połączenie obwodu wirtualnego. VC to skrót od Virtual Circuit. W tym trybie operacji przełączania pakietów tworzona jest predefiniowana trasa i wszystkie pakiety będą podążać predefiniowanymi ścieżkami. Wszystkie routery lub przełączniki zaangażowane w połączenie logiczne mają unikalny identyfikator obwodu wirtualnego, który jednoznacznie identyfikuje połączenia wirtualne. Ma również ten sam protokół trójfazowy, który jest używany w przełączaniu obwodów, fazie konfiguracji, fazie przesyłania danych i fazie zrywania.

Na powyższym obrazku 4 komputery PC są połączone siecią z 4 przełącznikami, a przepływ danych będzie przełączany pakietami w trybie obwodu wirtualnego. Jak widać, przełączniki są ze sobą połączone i współdzielą ze sobą ścieżkę komunikacyjną. Teraz w obwodzie wirtualnym należy ustanowić predefiniowaną trasę. Jeśli chcemy przesłać dane z PC1 do PC 4, ścieżka zostanie skierowana od SW1 do SW2 do SW3, a następnie na PC4. Ta trasa jest predefiniowana, a wszystkie SW1, SW2, SW3 mają unikalny identyfikator do identyfikacji ścieżek danych, więc dane są ograniczone przez ścieżki i nie mogą wybrać innej trasy.

Przełączanie pakietów oparte na datagramach

Przełączanie datagramów jest zupełnie inne niż technologia przełączania pakietów oparta na VC. W przypadku przełączania datagramów ścieżka zależy od danych. Pakiety zawierają wszystkie niezbędne informacje, takie jak adres źródłowy, adres docelowy, tożsamość portu itp. Zatem w bezpołączeniowym trybie przełączania pakietów opartym na datagramie każdy pakiet jest traktowany niezależnie. Mogą wybierać różne trasy, a decyzje dotyczące routingu są podejmowane dynamicznie, gdy dane są przesyłane w sieci. Tak więc w miejscu docelowym pakiety mogą być odbierane poza kolejnością lub w dowolnej kolejności, nie ma wstępnie zdefiniowanej trasy, a gwarantowane dostarczenie pakietu nie jest możliwe. Aby zabezpieczyć gwarantowane odbieranie pakietów, należy skonfigurować dodatkowe protokoły systemu końcowego.

W tym trybie przełączania pakietów nie jest wymagana faza konfiguracji, transmisji ani porzucenia.

Ponownie na powyższym obrazku, 4 komputery są połączone i przesyłamy dane z PC1 do PC4. Dane zawierają dwa pakiety oznaczone jako 1 i 2. Jak widać, w trybie Datagram pakiet 1 wybrał ścieżkę SW1-SW4-SW3, podczas gdy pakiet 2 wybrał ścieżkę trasy SW1-SW5-SW3 i ostatecznie dotarł do PC4. Pakiety mogą wybierać inną ścieżkę w zależności od czasu opóźnienia i przeciążenia na innych ścieżkach w sieci przełączania pakietów Datagram.

Zalety przełączania pakietów

Przełączanie pakietów ma zalety w porównaniu z przełączaniem obwodów. Sieć komutacji pakietów została zaprojektowana tak, aby przezwyciężyć wady metody komutacji obwodów.

1. Wydajne pod względem przepustowości.
2. Opóźnienie transmisji jest minimalne
3. Brakujące pakiety mogą zostać wykryte przez odbiorcę.
4. Ekonomiczna realizacja.
5. Niezawodny w przypadku wykrycia zajętej ścieżki lub awarii łączy w sieci. Pakiety mogą być przesyłane innymi łączami lub mogą korzystać z innej ścieżki.

Wady przełączania pakietów

Przełączanie pakietów również ma kilka wad.

1. Przełączanie pakietów nie odbywa się zgodnie z żadną określoną kolejnością przesyłania pakietów jeden po drugim.
2. Brak pakietów występuje przy dużej transmisji danych.
3. Każdy pakiet musi być zakodowany z numerami sekwencyjnymi, adresami odbiorcy i nadawcy oraz innymi informacjami.
4. Routing w węzłach jest złożony, ponieważ pakiety mogą podążać wieloma ścieżkami.
5. Kiedy z jakiegoś powodu następuje przekierowanie, opóźnienie w odbiorze pakietów wzrasta.

Różnice między przełączaniem obwodów a przełączaniem pakietów

Mamy już pomysł, jakie są różnice między przełączaniem obwodów a przełączaniem pakietów. Zobaczmy różnice w formacie tabeli, aby lepiej zrozumieć -

Różnice	Przełączanie obwodów	Przełączanie pakietów
Etapy zaangażowania	W przełączaniu obwodów do pełnej rozmowy wymagana jest konfiguracja 3-fazowa. Ustanowienie połączenia, transfer danych, zrywanie połączenia	W przypadku przełączania pakietów możemy wykonać transfer danych bezpośrednio.
Adres przeznaczenia	Cały adres ścieżki jest dostarczany przez źródło.	Każdy pakiet danych zna tylko ostateczny adres docelowy, ścieżka routingu zależy od decyzji routera.
Przetwarzanie danych	Przetwarzanie danych odbywa się w systemie źródłowym.	Przetwarzanie danych odbywa się w węzłach i systemach źródłowych.
Jednolite opóźnienie między jednostkami danych	Występuje jednolite opóźnienie.	Opóźnienie między jednostkami danych nie jest jednolite.
Niezawodność	Przełączanie obwodów jest bardziej niezawodne w porównaniu z przełączaniem pakietów	Przełączanie pakietów jest mniej niezawodne w porównaniu z przełączaniem obwodów.
Marnotrawstwo zasobów	Straty zasobów są wysokie w przełączaniu obwodów.	Marnotrawstwo zasobów jest mniejsze w przypadku przełączania pakietów.
Technika Store and Forward	Nie używa techniki „store and forward”	Wykorzystuje technikę store and forward
Przekrwienie	Zatory występują tylko w połączeniu Czas założenia.	Kwestionowanie może wystąpić na etapie przesyłania danych.
Transmisja danych	Źródło dokonuje transmisji danych.	Transmisja danych odbywa się za pośrednictwem źródła, routerów.