Přehled přepínání obvodů a přepínání paketů

Co je to přepínání?

V moderním světě jsme spojeni s každým, ať už prostřednictvím internetu nebo telefonického připojení. V této obrovské síti dochází při telefonování nebo při přístupu na nějaký web k přenosu dat z jedné sítě do druhé. Dokonce i pro přístup na jednoduchou webovou stránku je přístupných mnoho počítačů (serverů), aby vám poskytly požadovaná data, která hledáte. Ať už jste v uzavřené síti nebo ve velkém segmentu sítě, přepínání je nejdůležitější mechanismus, který si vyměňuje informace mezi různými sítěmi nebo různými počítači. Přepínání je způsob, který směruje data nebo jakékoli digitální informace do vaší sítě až do koncového bodu.

Předpokládejme, že prohledáváte jakýkoli typ informací souvisejících s okruhy na internetu nebo hledáte nějaký hobby projekt v elektronice, nebo pokud otevřete stránku circuitdigest.com a najdete konkrétní článek o elektronice, za vaší počítačovou sítí se odehrává spousta pohybů dat. Tyto pohyby jsou směrovány síťovými přepínači, které používají různé přepínací techniky v různých síťových uzlech.

Různé typy dat používají různé typy přepínacích technik, které mají své vlastní výhody a nevýhody. K dispozici jsou tři typy přepínacích technik: Přepínání obvodů, Přepínání paketů a Přepínání zpráv. Mezi těmito třemi jsou nejoblíbenější přepínání obvodů a paketů.

Přepínání obvodů

Přepínání obvodů je metoda přepínání, při které je před zahájením přenosu dat mezi dvěma stanicemi v síti vytvořena cesta typu end-to-end.

Přepínání obvodů má tři fáze: Vytvoření obvodu, Přenos dat a odpojení obvodu.

Metoda přepínání obvodů má pevnou rychlost přenosu dat a oba předplatitelé musí pracovat s touto pevnou rychlostí. Přepínání obvodů je nejjednodušší metodou datové komunikace, kdy jsou navázána vyhrazená fyzická spojení mezi dvěma jednotlivými vysílači a přijímači. K vytvoření těchto vyhrazených připojení je sada přepínačů propojena fyzickými odkazy.

Na následujícím obrázku jsou tři počítače na levé straně propojeny se třemi počítači s počítači na pravé straně fyzickými linkami, v závislosti na čtyřech přepínačích obvodu. Pokud se přepínání obvodů nepoužívá, je třeba je propojit spojením point-to-point, kde je vyžadováno mnoho vyhrazených linek, což nejen zvýší náklady na připojení, ale také zvýší složitost systému.

Rozhodnutí o směrování je v případě přepínání obvodů učiněno, když je v síti vytvořena směrovací cesta. Po vytvoření vyhrazené směrovací cesty jsou data nepřetržitě odesílána do cíle příjemce. Spojení je udržováno až do konce konverzace.

Tři fáze komunikace přepínání obvodů

Komunikace od začátku do konce v Circuit Switching se provádí pomocí této formace -

Během fáze nastavení je v síti přepínání obvodů vytvořeno vyhrazené směrování nebo cesta připojení mezi odesílatelem a přijímačem. V tomto období musí být adresování typu End to End, jako zdrojová adresa, cílová adresa vytvořeno spojení mezi dvěma fyzickými zařízeními. Přepínání obvodů probíhá ve fyzických vrstvách.

K přenosu dat dochází až po dokončení fáze nastavení a pouze po vytvoření fyzické vyhrazené cesty. V této fázi není zahrnuta žádná metoda adresování. Přepínače používají k směrování dat od odesílatele k přijímači časový slot (TDM) nebo obsazené pásmo (FDM). Je třeba mít na paměti jednu věc, že ​​odesílání dat je nepřetržité a při přenosu dat může dojít k období ticha. Všechna interní připojení jsou provedena v duplexní formě.

V závěrečné fázi odpojení obvodu, když kterýkoli z účastníků v síti, odesílateli nebo přijímači potřebuje odpojit cestu, je odeslán signál odpojení všem zúčastněným přepínačům, aby se uvolnil zdroj a přerušilo připojení. Tato fáze se v metodě přepínání obvodů také nazývá fáze Teardown.

Přepínač obvodu vytvoří dočasné spojení mezi vstupním spojem a výstupním spojem. K dispozici jsou různé typy přepínačů s více vstupními a výstupními linkami.

Přepínání obvodů se obecně používá v telefonních linkách.

Výhody přepínání obvodů

Způsob přepínání obvodů poskytuje v konkrétních případech velké výhody. Výhody jsou následující -

1. Rychlost dat je pevná a vyhrazená, protože připojení je navázáno pomocí vyhrazeného fyzického připojení nebo obvodů.
2. Protože se jedná o vyhrazené přenosové cesty, je to dobrá volba pro nepřetržitý přenos po dlouhou dobu.
3. Zpoždění přenosu dat je zanedbatelné. U přepínačů není nutná žádná čekací doba. Data se tedy přenášejí bez jakéhokoli předchozího zpoždění přenosu. To je rozhodně pozitivní výhoda metody Circuit Switching.

Nevýhody přepínání obvodů

Kromě výhod má přepínání obvodů také některé nevýhody.

1. Ať už je komunikační kanál volný nebo zaneprázdněný, vyhrazený kanál nelze použít pro další přenos dat.
2. Vyžaduje větší šířku pásma a nepřetržitý přenos nabízí plýtvání šířkou pásma, když je období ticha.
3. Při využití systémového zdroje je vysoce neefektivní. Zdroj nemůžeme použít pro jiné připojení, protože je přidělen pro celou konverzaci.
4. Během navazování fyzických vazeb mezi odesílateli a příjemci trvá velmi dlouho.

Přepínání paketů

Přepínání paketů je metoda přenosu dat, kdy jsou data rozdělena na malé kousky proměnné délky a poté přenesena na síťovou linku. Zlomené části dat se nazývají pakety. Po obdržení těchto poškozených dat nebo paketů jsou všechna znovu sestavena na místo určení a vytvoří se tak kompletní soubor. Díky této metodě se data přenášejí rychle a efektivně. V této metodě není vyžadováno žádné přednastavení ani rezervace prostředků, jako je metoda přepínání obvodů.

Tato metoda používá techniky Store and Forward. Každý skok tedy nejprve uloží paket a poté předá pakety do dalšího cíle hostitele. Každý paket obsahuje řídicí informace, zdrojovou adresu a cílovou adresu. Díky tomu mohou pakety používat jakoukoli trasu nebo cesty ve stávající síti.

Přepínání paketů na základě VC

Přepínání balíků na základě VC je režim přepínání paketů, při kterém se mezi odesílatelem a přijímačem provádí logická cesta nebo připojení virtuálního obvodu. VC znamená Virtual Circuit. V tomto režimu přepínání paketů se vytvoří předdefinovaná trasa a všechny pakety budou následovat předdefinované cesty. Všechny směrovače nebo přepínače, které jsou zapojeny do logického připojení, mají jedinečné ID virtuálního okruhu, které jednoznačně identifikuje virtuální připojení. To také má stejný trojfázový protokol používaný v přepojování okruhů, přípravné fáze, data fázového přenosu a strhnout fáze.

Na výše uvedeném obrázku jsou 4 počítače připojeny k síti se 4 přepínači a datový tok bude přepínáním paketů v režimu virtuálního obvodu. Jak vidíme, přepínače jsou vzájemně propojeny a navzájem sdílejí komunikační cestu. Nyní ve virtuálním okruhu je třeba vytvořit předdefinovanou trasu. Pokud chceme přenést data z PC1 do PC 4, bude cesta směrována ze SW1 na SW2 do SW3 a nakonec na PC4. Tato trasa je předdefinována a všechny SW1, SW2, SW3 jsou vybaveny jedinečným ID k identifikaci datových cest, takže data jsou vázána těmito cestami a nemohla si vybrat jinou trasu.

Přepínání paketů založené na datagramu

Přepínání datagramů je zcela odlišné od technologie přepínání paketů založené na VC. Při přepínání datagramu je cesta závislá na datech. Pakety mají všechny potřebné informace, jako je zdrojová adresa, cílová adresa a identita portu atd. V režimu přepínání paketů na bázi datagramů bez připojení je tedy s každým paketem zacházeno samostatně. Mohou si vybrat různé trasy a rozhodnutí o směrování se provádějí dynamicky, když se data přenášejí uvnitř sítě. Pakety v cílovém místě mohou být přijímány mimo pořadí nebo v jakémkoli pořadí, neexistuje žádná předdefinovaná trasa a zaručené doručení paketů není možné. K zajištění zaručeného příjmu paketů je třeba nakonfigurovat další protokoly koncového systému.

V tomto režimu přepínání paketů nedochází k žádné fázi nastavení, přenosu a roztržení.

Na výše uvedeném obrázku jsou opět připojeny 4 počítače a přenášíme data z PC1 do PC4. Data obsahují dva pakety označené jako 1 a 2. Jak vidíme, v režimu Datagramu se paket 1 rozhodl sledovat cestu SW1 - SW4 - SW3, zatímco paket 2 si vybral cestu trasy SW1 - SW5 - SW3 a nakonec dosáhl PC4. Pakety mohou zvolit jinou cestu v závislosti na době zpoždění a přetížení na jiných cestách v síti přepínání paketů Datagram.

Výhody přepínání paketů

Přepínání paketů nabízí oproti přepínání obvodu výhody. Síť pro přepojování paketů je navržena tak, aby překonala nevýhody metody přepínání obvodů.

1. Efektivní z hlediska šířky pásma.
2. Zpoždění přenosu je minimální
3. Chybějící pakety lze zjistit podle cíle.
4. Nákladově efektivní implementace.
5. Spolehlivé, když je v síti zjištěno zaneprázdnění cesty nebo poruchy odkazů. Pakety mohou být přenášeny jinými odkazy nebo mohou použít jinou cestu.

Nevýhody přepínání paketů

Přepínání paketů také naráží na několik nevýhod.

1. Přepínání paketů nenásleduje žádný konkrétní příkaz k přenosu paketu jeden po druhém.
2. Při přenosu velkých dat dochází k chybě paketu.
3. Každý paket musí být kódován pořadovými čísly, adresou příjemce a odesílatele a dalšími informacemi.
4. Směrování je v uzlech složité, protože pakety mohou sledovat více cest.
5. Dojde-li k přesměrování z nějakého důvodu, prodleva při příjmu paketů se zvýší.

Rozdíly mezi přepínáním obvodů a přepínáním paketů

Už jsme dostali představu o tom, jaké jsou rozdíly mezi přepínáním obvodů a přepínáním paketů. Podívejme se na rozdíly ve formátu tabulky pro lepší pochopení -

Rozdíly	Přepínání obvodů	Přepínání paketů
Kroky zapojení	Při přepínání obvodů je pro celkovou konverzaci vyžadováno 3fázové nastavení. Navázání připojení, přenos dat, odtržení připojení	V případě přepínání paketů můžeme provádět přenos dat přímo.
Cílová adresa	Adresu celé cesty poskytuje zdroj.	Každý datový paket zná pouze konečnou cílovou adresu, cesta směrování závisí na rozhodnutí routeru.
Zpracování dat	Zpracování dat probíhá ve zdrojovém systému.	Zpracování dat probíhá v uzlech a zdrojových systémech.
Jednotné zpoždění mezi datovými jednotkami	Stává se jednotné zpoždění.	Zpoždění mezi datovými jednotkami není jednotné.
Spolehlivost	Přepínání obvodů je spolehlivější ve srovnání s přepínáním paketů	Přepínání paketů je ve srovnání s přepínáním obvodů méně spolehlivé.
Ztráta zdrojů	Plýtvání zdroji je při přepínání obvodů vysoké.	Plýtvání zdroji je při přepínání paketů menší.
Technika ukládání a předávání	Nepoužívá techniku ​​ukládání a předávání	Využívá techniku ​​ukládání a předávání
Dopravní zácpy	K zahlcení dochází pouze v době založení připojení.	Ve fázi přenosu dat může dojít ke zpochybnění.
Přenosová data	Zdroj provádí přenos dat.	Přenos dat provádí zdroj, směrovače.