Обзор коммутации каналов и коммутации пакетов

Что такое переключение?

В современном мире мы связаны со всеми через Интернет или телефонную связь. В этой огромной сети, когда делается телефонный звонок или когда мы заходим на какой-то веб-сайт, данные передаются из одной сети в другую. Даже для доступа к простой веб-странице осуществляется доступ ко многим компьютерам (серверам), чтобы предоставить вам желаемые данные, которые вы ищете. Независимо от того, находитесь ли вы внутри закрытой сети или в большом сетевом сегменте, переключение является наиболее важным механизмом, который обменивается информацией между разными сетями или разными компьютерами. Коммутация - это способ направления данных или любой цифровой информации в вашу сеть до конечной точки.

Предположим, вы ищете в Интернете информацию о схемах любого типа или ищете хобби-проект в области электроники, или если вы открываете сайт circuitdigest.com, чтобы найти конкретную статью об электронике, за вашей компьютерной сетью происходит много перемещений данных. Эти движения управляются сетевыми коммутаторами, которые используют различные методы переключения в различных сетевых узлах.

В разных типах данных используются разные методы переключения, которые имеют свои преимущества и недостатки. Доступны три типа коммутации: коммутация каналов, коммутация пакетов и коммутация сообщений. Коммутация каналов и пакетов наиболее популярна среди этих трех.

Переключение цепей

Коммутация каналов - это метод коммутации, при котором между двумя станциями в сети перед началом передачи данных создается сквозной путь.

Коммутация схемы имеет три фазы: установление схемы, передача данных и отключение схемы.

Метод коммутации каналов имеет фиксированную скорость передачи данных, и оба абонента должны работать с этой фиксированной скоростью. Коммутация каналов - это простейший метод передачи данных, при котором между двумя отдельными отправителями и получателем устанавливаются выделенные физические соединения. Для создания этих выделенных соединений набор переключателей подключается физическими соединениями.

На изображении ниже три компьютера на левой стороне соединены с тремя настольными компьютерами на правой стороне с помощью физических соединений, в зависимости от четырех переключателей цепи. Если коммутация каналов не используется, их необходимо соединить с помощью соединений точка-точка, где требуется большое количество выделенных линий, что не только увеличит стоимость подключения, но и усложнит систему.

Решение о маршрутизации в случае коммутации каналов принимается, когда маршрут маршрутизации устанавливается в сети. После того, как выделенный маршрут маршрутизации установлен, данные непрерывно отправляются в пункт назначения получателя. Связь сохраняется до конца разговора.

Три фазы в коммутации цепи

Связь от начала до конца в коммутации цепей осуществляется с использованием этой схемы:

На этапе настройки в сети с коммутацией каналов устанавливается выделенная маршрутизация или путь соединения между отправителем и получателем. В этот период сквозная адресация, как и адрес источника, адрес назначения, должна создавать соединение между двумя физическими устройствами. Коммутация схемы происходит на физических уровнях.

Передача данных происходит только после завершения этапа настройки и только после установления физического выделенного пути. На этом этапе не используется никаких методов адресации. Коммутаторы используют временной интервал (TDM) или занятую полосу (FDM) для маршрутизации данных от отправителя к получателю. Следует иметь в виду, что отправка данных является непрерывной, и при передаче данных могут быть периоды тишины. Все внутренние соединения выполнены в дуплексном виде.

На последней фазе отключения цепи, когда любому из абонентов в сети, отправителю или получателю необходимо отключить путь, на все задействованные коммутаторы отправляется сигнал отключения, чтобы освободить ресурс и разорвать соединение. Эта фаза также называется фазой разборки в методе переключения цепей.

Коммутатор цепи создает временное соединение между входным звеном и выходным звеном. Доступны различные типы переключателей с несколькими входами и выходами.

Как правило, коммутация каналов используется в телефонных линиях.

Преимущества коммутации цепей

Метод коммутации цепей дает большие преимущества в определенных случаях. Преимущества заключаются в следующем:

Скорость передачи данных фиксированная и выделенная, поскольку соединение устанавливается с использованием выделенного физического соединения или каналов.
Поскольку используются выделенные пути маршрутизации передачи, это хороший выбор для непрерывной передачи в течение длительного времени.
Задержка передачи данных незначительна. В переключателях нет времени ожидания. Таким образом, данные передаются без какой-либо предварительной задержки передачи. Это определенно положительное преимущество метода коммутации цепей.

Недостатки коммутации цепей

Помимо преимуществ, коммутация цепей также имеет некоторые недостатки.

Независимо от того, свободен ли канал связи или занят, выделенный канал нельзя использовать для передачи других данных.
Это требует большей пропускной способности, а непрерывная передача приводит к потере пропускной способности в период молчания.
Это крайне неэффективно при использовании системного ресурса. Мы не можем использовать ресурс для другого подключения, поскольку он выделен для всего разговора.
На установление физических связей между отправителями и получателями уходит много времени.

Пакетная коммутация

Коммутация пакетов - это метод передачи данных, при котором данные разбиваются на небольшие части переменной длины, а затем передаются по сетевой линии. Битые фрагменты данных называются пакетами. После получения поврежденных данных или пакетов все они собираются в месте назначения и, таким образом, создается полный файл. Благодаря этому методу данные передаются быстро и эффективно. В этом методе не требуется предварительной настройки или резервирования ресурсов, как в случае метода переключения каналов.

Этот метод использует методы Store и Forward. Таким образом, каждый переход будет сначала сохранять пакет, а затем пересылать пакеты следующему адресату хоста. Каждый пакет содержит управляющую информацию, адрес источника и адрес назначения. Благодаря этому пакеты могут использовать любой маршрут или пути в существующей сети.

Коммутация пакетов на основе VC

Коммутация пакетов на основе VC - это режим коммутации пакетов, при котором между отправителем и получателем выполняется соединение по логическому пути или виртуальному каналу. VC расшифровывается как Virtual Circuit. В этом режиме коммутации пакетов создается заранее определенный маршрут, и все пакеты будут следовать по заранее определенным путям. Всем маршрутизаторам или коммутаторам, участвующим в логическом соединении, предоставляется уникальный идентификатор виртуального канала для уникальной идентификации виртуальных соединений. Он также имеет тот же трехфазный протокол, который используется в коммутации цепей, фазе настройки, фазе передачи данных и фазе отключения.

На изображении выше 4 ПК подключены к сети с 4 коммутаторами, и поток данных будет коммутироваться пакетами в режиме виртуального канала. Как мы видим, коммутаторы связаны друг с другом и совместно используют канал связи друг с другом. Теперь в виртуальном канале необходимо установить заранее определенный маршрут. Если мы хотим передать данные с ПК1 на ПК 4, путь будет направлен от SW1 к SW2 к SW3 и, наконец, к ПК4. Этот маршрут предопределен, и всем SW1, SW2, SW3 предоставляется уникальный идентификатор для идентификации путей данных, поэтому данные связаны путями и не могут выбрать другой маршрут.

Коммутация пакетов на основе дейтаграмм

Коммутация дейтаграмм полностью отличается от технологии коммутации пакетов на основе VC. При переключении дейтаграмм путь зависит от данных. Пакеты содержат всю необходимую информацию, такую как адрес источника, адрес назначения, идентификатор порта и т. Д. Таким образом, в режиме коммутации пакетов на основе дейтаграмм без установления соединения каждый пакет обрабатывается независимо. Они могут выбирать разные маршруты, и решения о маршрутизации принимаются динамически при передаче данных внутри сети. Таким образом, в пункте назначения пакеты могут быть получены не по порядку или в любой последовательности, нет заранее определенного маршрута и гарантированная доставка пакетов невозможна. Чтобы обеспечить гарантированный прием пакетов, необходимо настроить дополнительные протоколы конечной системы.

В этом режиме коммутации пакетов нет этапов установки, передачи и разрыва.

Снова на изображении выше, 4 компьютера подключены, и мы передаем данные с ПК1 на ПК4. Данные содержат два пакета, помеченных как 1 и 2. Как мы видим, в режиме дейтаграммы пакет 1 выбрал путь SW1-SW4-SW3, тогда как пакет 2 выбрал путь маршрута SW1-SW5-SW3 и, наконец, достиг ПК4. Пакеты могут выбирать другой путь в зависимости от времени задержки и перегрузки на других путях в сети коммутации пакетов дейтаграмм.

Преимущества пакетной коммутации

Пакетная коммутация дает преимущества перед коммутацией каналов. Сеть с пакетной коммутацией предназначена для преодоления недостатков метода коммутации каналов.

Эффективен с точки зрения пропускной способности.
Задержка передачи минимальная
Пропавшие пакеты могут быть обнаружены адресатом.
Экономичное внедрение.
Надежен при обнаружении в сети загруженного пути или нарушения связи. Пакеты могут передаваться по другим каналам или по другому пути.

Недостатки пакетной коммутации

Коммутация пакетов также имеет несколько недостатков.

Коммутация пакетов не следует какому-либо определенному порядку для передачи пакетов по одному.
Отсутствие пакета происходит при передаче больших объемов данных.
Каждый пакет должен быть закодирован порядковыми номерами, адресами получателя и отправителя и другой информацией.
Маршрутизация в узлах сложна, поскольку пакеты могут следовать по нескольким путям.
Когда по какой-то причине происходит перенаправление, увеличивается задержка при приеме пакетов.

Различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов

Мы уже получили представление о том, в чем разница между коммутацией каналов и коммутацией пакетов. Давайте посмотрим на различия в формате таблицы для лучшего понимания -

Отличия	Переключение цепей	Пакетная коммутация
Вовлечение шагов	При коммутации цепей для полного разговора требуется трехфазная установка. Установление соединения, передача данных, разрыв соединения	В случае пакетной коммутации мы можем осуществлять передачу данных напрямую.
Адрес назначения	Полный адрес пути предоставляется источником.	Каждому пакету данных известен только конечный адрес назначения, путь маршрутизации зависит от решения маршрутизатора.
Обработка данных	Обработка данных происходит в исходной системе.	Обработка данных происходит в узлах и исходных системах.
Равномерная задержка между блоками данных	Равномерная задержка случается.	Задержка между блоками данных неравномерна.
Надежность	Коммутация каналов более надежна по сравнению с коммутацией пакетов	Пакетная коммутация менее надежна по сравнению с коммутацией каналов.
Рациональное использование ресурсов	Высокий уровень нерационального использования ресурсов при переключении каналов.	Уменьшение потерь ресурсов при коммутации пакетов.
Техника хранения и пересылки	Он не использует технику хранения и пересылки	Он использует технику хранения и пересылки
Затор	Перегрузка возникает только во время установления соединения.	Соревнование может происходить на этапе передачи данных.
Данные передачи	Источник осуществляет передачу данных.	Передача данных осуществляется источником, маршрутизаторами.