Огляд комутації ланцюгів та комутації пакетів

Що таке перемикання?

У сучасному світі ми зв’язані з усіма, або через Інтернет, або за допомогою телефонного зв’язку. У цій величезній мережі, коли здійснюється телефонний дзвінок або коли ми отримуємо доступ до якогось веб-сайту, дані передаються з однієї мережі в іншу. Навіть для доступу до простої веб-сторінки доступ до багатьох комп’ютерів (серверів) надає вам потрібні дані, які ви шукаєте. Незалежно від того, перебуваєте ви в закритій мережі чи у великому сегменті мережі, комутація є найважливішим механізмом обміну інформацією між різними мережами або різними комп’ютерами. Переключення - це шлях, який спрямовує дані або будь-яку цифрову інформацію до вашої мережі до кінцевої точки.

Припустимо, ви шукаєте будь-яку інформацію, пов’язану зі схемою в Інтернеті, або шукаєте хобі-проект в галузі електроніки, або якщо ви відкриваєте circuitdigest.com, щоб знайти конкретну статтю про електроніку, за вашою комп’ютерною мережею відбувається багато переміщення даних. Ці рухи спрямовуються мережевими комутаторами, які використовують різні техніки комутації в різних мережевих вузлах.

Різні типи даних використовують різні типи методів комутації, які мають свої переваги та недоліки. Доступні три типи методів комутації: комутація ланцюгів, комутація пакетів та комутація повідомлень. Комутація каналів та пакетів є найбільш популярними серед цих трьох.

Комутаційна схема

Комутаційна комутація - це метод комутації, коли наскрізний шлях створюється між двома станціями в мережі перед початком передачі даних.

Комутаційне перемикання має три фази: встановлення ланцюга, передача даних та відключення ланцюга.

Метод комутації каналів має фіксовану швидкість передачі даних, і обидва абоненти повинні працювати з цією фіксованою швидкістю. Комутація каналів - це найпростіший спосіб передачі даних, коли між двома окремими відправниками та приймачем встановлюються виділені фізичні зв’язки. Для створення цих виділених з'єднань набір комутаторів з'єднаний фізичними зв'язками.

На зображенні нижче три комп’ютери зліва з'єднані з трьома настільними ПК з правого боку за допомогою фізичних зв'язків, залежно від чотирьох комутаторів ланцюгів. Якщо комутація ланцюгів не використовується, їх потрібно підключати міжточковими підключеннями, де потрібна велика кількість виділених ліній, що не тільки збільшить вартість підключення, але й збільшить складність системи.

Рішення про маршрутизацію, у разі комутації ланцюгів, приймається, коли шлях маршрутизації встановлюється в мережі. Після встановлення виділеного шляху маршрутизації дані безперервно подаються до одержувача. Зв'язок підтримується до кінця розмови.

Три фази в комутації комутації ланцюгів

Початок до кінця зв'язку в комутації ланцюгів здійснюється за допомогою цього формування -

На етапі налаштування в мережі комутації ланцюгів встановлюється виділений шлях маршрутизації або з'єднання між відправником і приймачем. У цей період Адресація від кінця до кінця, як адреса джерела, адреса призначення повинна створювати зв’язок між двома фізичними пристроями. Перемикання ланцюга відбувається у фізичних шарах.

Передача даних відбувається лише після завершення фази налаштування і лише тоді, коли встановлений фізичний, виділений шлях. На цьому етапі не задіяний жоден метод адресації. Комутатори використовують часовий інтервал (TDM) або зайнятий діапазон (FDM) для маршрутизації даних від відправника до одержувача. Потрібно пам’ятати, що надсилання даних відбувається безперервно, і при передачі даних можуть бути періоди тиші. Всі внутрішні з'єднання виконані в дуплексній формі.

На завершальній фазі відключення ланцюга, коли будь-якому абоненту мережі, відправнику або одержувачу потрібно відключити шлях, сигнал відключення надсилається всім задіяним комутаторам, щоб звільнити ресурс і розірвати з'єднання. Ця фаза також називається фазою відключення в методі комутації ланцюга.

Перемикач ланцюга створює тимчасовий зв’язок між вхідним каналом з вихідним каналом. Існують різні типи комутаторів, що мають кілька входів і вихідних ліній.

Як правило, комутація ланцюгів використовується в телефонних лініях.

Переваги комутації ланцюгів

Метод комутації ланцюгів забезпечує великі переваги в конкретних випадках. Переваги такі:

Швидкість передачі даних є фіксованою та виділеною, оскільки з'єднання встановлюється за допомогою спеціального фізичного з'єднання або схем.
Оскільки задіяні виділені шляхи маршрутизації передачі, це хороший вибір для безперервної передачі протягом тривалого часу.
Затримка передачі даних незначна. Час очікування в перемикачах не задіяний. Отже, дані передаються без будь-якої попередньої затримки передачі. Це, безумовно, позитивна перевага методу комутації ланцюгів.

Недоліки комутації ланцюгів

Крім переваг, комутація ланцюгів також має деякі недоліки.

Незалежно від того, чи є канал зв'язку вільним чи зайнятим, виділений канал не може бути використаний для іншої передачі даних.
Це вимагає більшої пропускної здатності, і безперервна передача забезпечує втрату пропускної здатності, коли настає період тиші.
Це дуже неефективно при використанні системного ресурсу. Ми не можемо використовувати ресурс для іншого підключення, оскільки він виділений для всієї розмови.
Це вимагає величезного часу під час встановлення фізичних зв’язків між відправниками та одержувачами.

Комутація пакетів

Комутація пакетів - це метод передачі даних, коли дані розбиваються на невеликі шматочки змінної довжини, а потім передаються на мережеву лінію. Побиті фрагменти даних називаються пакетами. Отримавши ці пошкоджені дані або пакети, всі знову збираються в пункті призначення і таким чином створюють повний файл. Завдяки цьому методу дані передаються швидко та ефективно. У цьому методі не потрібно попереднє налаштування або резервування ресурсів, як метод комутації ланцюгів.

Цей метод використовує методи збереження та пересилання. Отже, кожен стрибок спочатку зберігає пакет, а потім пересилає пакети до наступного пункту призначення. Кожен пакет містить контрольну інформацію, адресу джерела та адресу призначення. Завдяки цьому пакети можуть використовувати будь-який маршрут або шляхи в існуючій мережі.

Перемикання пакетів на основі VC

Перемикання пакетів на основі VC - це режим комутації пакетів, коли логічний шлях або віртуальне з'єднання здійснюється між відправником і одержувачем. VC розшифровується як Virtual Circuit. У цьому режимі операції комутації пакетів створюється заздалегідь визначений маршрут, і всі пакети йдуть за попередньо визначеними шляхами. Усі маршрутизатори або комутатори, які беруть участь у логічному з'єднанні, мають унікальний ідентифікатор віртуальної ланцюга для унікальної ідентифікації віртуальних з'єднань. Він також має той самий трифазний протокол, який використовується для комутації ланцюгів, фази налаштування, фази передачі даних та фази зриву.

На зображенні вище, 4 ПК підключені до мережі з 4 комутаторами, і потік даних буде здійснювати комутацію пакетів у режимі віртуальної схеми. Як ми бачимо, комутатори з'єднані між собою і діляться між собою шляхами зв'язку. Тепер у віртуальній схемі потрібно встановити заздалегідь визначений маршрут. Якщо ми хочемо передати дані з ПК1 на ПК 4, шлях буде спрямований від SW1 до SW2 до SW3, а потім, нарешті, до PC4. Цей маршрут визначений заздалегідь, і всі SW1, SW2, SW3 мають унікальний ідентифікатор для ідентифікації шляхів даних, тому дані пов’язані шляхами і не можуть вибрати інший маршрут.

Перемикання пакетів на основі дейтаграм

Перемикання дейтаграм повністю відрізняється від технології комутації пакетів на основі VC. У комутації датаграм шлях залежить від даних. Пакети мають всю необхідну інформацію, наприклад, адресу джерела, адресу призначення, ідентифікатор порту тощо. Отже, у режимі комутації пакетів на основі дейтаграм без підключення кожен пакет обробляється самостійно. Вони можуть вибирати різні маршрути, і рішення про маршрутизацію приймаються динамічно, коли дані передаються всередині мережі. Отже, у пункті призначення пакети можуть бути отримані не в порядку або в будь-якій послідовності, немає заздалегідь визначеного маршруту, а гарантована доставка пакетів неможлива. Для забезпечення гарантованого прийому пакетів необхідно налаштувати додаткові кінцеві системні протоколи.

У цьому режимі комутації пакетів немає налаштування, бере участь фаза передачі та відключення.

Знову ж на зображенні вище, підключено 4 комп’ютери, і ми передаємо дані з ПК1 на ПК4. Дані містять два пакети, позначені як 1 і 2. Як бачимо, в режимі дейтаграми пакет 1 вирішив слідувати шляху SW1-SW4-SW3, тоді як пакет 2 вибрав шлях маршруту SW1-SW5-SW3 і, нарешті, досяг PC4. Пакети можуть вибрати різний шлях залежно від часу затримки та перевантажень на інших шляхах мережі комутації пакетів Datagram.

Переваги комутації пакетів

Пакетна комутація пропонує переваги перед комутацією ланцюгів. Мережа комутації пакетів призначена для подолання недоліків методу комутації ланцюгів.

Ефективний з точки зору пропускної здатності.
Затримка передачі мінімальна
Відсутні пакети може виявити адресат.
Економічно ефективне впровадження.
Надійний, коли в мережі виявляється зайнятий шлях або пробій посилань. Пакети можуть передаватися за іншими посиланнями або можуть використовувати інший шлях.

Недоліки комутації пакетів

Комутація пакетів також має кілька недоліків.

Комутація пакетів не відповідає певному порядку передачі пакета по одному.
Відсутній пакет відбувається при великій передачі даних.
Кожен пакет повинен кодуватися порядковими номерами, адресою одержувача та відправника та іншою інформацією.
Маршрутизація є складною у вузлах, оскільки пакети можуть проходити кілька шляхів.
Коли відбувається перенаправлення з якихось причин, збільшується затримка прийому пакетів.

Різниця між комутацією ланцюгів та комутацією пакетів

Ми вже мали уявлення про те, які відмінності між комутацією ланцюгів та комутацією пакетів. Давайте побачимо відмінності у форматі таблиці для кращого розуміння -

Відмінності	Перемикання ланцюга	Комутація пакетів
Кроки Залучення	При комутації ланцюга для загальної розмови потрібна трифазна настройка. Встановлення з'єднання, передача даних, розрив зв'язку	У разі комутації пакетів ми можемо здійснити передачу даних безпосередньо.
Адреса призначення	Повну адресу шляху надає джерело.	Кожен пакет даних знає лише кінцеву адресу призначення, шлях маршрутизації залежить від рішення маршрутизатора.
Обробка даних	Обробка даних відбувається в системі Джерело.	Обробка даних відбувається в вузлах та системах джерел.
Рівномірна затримка між одиницями даних	Трапляється рівномірна затримка.	Затримка між одиницями даних не є рівномірною.
Надійність	Комутаційна комутація є більш надійною в порівнянні з комутацією пакетів	Пакетна комутація менш надійна в порівнянні з комутацією ланцюгів.
Відходи ресурсів	Втрата ресурсів велика при комутації ланцюгів.	Втрата ресурсів менше при комутації пакетів.
Техніка зберігання та пересилання	Він не використовує техніку зберігання та пересилання	Він використовує техніку зберігання та пересилання
Затори	Затори виникають лише під час встановлення зв'язку.	Оскарження може відбуватися на етапі передачі даних.
Дані передачі	Джерело здійснює передачу даних.	Передача даних здійснюється джерелом, маршрутизаторами.