Prehľad prepínania okruhov a prepínania paketov

Čo je to prepínanie?

V modernom svete sme prepojení s každým, či už pomocou internetu alebo telefonického spojenia. V tejto obrovskej sieti sa pri uskutočňovaní telefónnych hovorov alebo pri prístupe na niektoré webové stránky prenášajú údaje z jednej siete do druhej. Dokonca aj na prístup k jednoduchej webovej stránke je prístupných veľa počítačov (serverov), ktoré vám poskytujú požadované údaje, ktoré hľadáte. Či už sa nachádzate v uzavretej sieti alebo vo veľkom sieťovom segmente, prepínanie je najdôležitejším mechanizmom, ktorý si vymieňa informácie medzi rôznymi sieťami alebo rôznymi počítačmi. Prepínanie je spôsob, ktorý smeruje údaje alebo akékoľvek digitálne informácie do vašej siete až do koncového bodu.

Predpokladajme, že hľadáte akýkoľvek typ informácií o obvodoch na internete alebo hľadáte záujmový projekt v elektronike, alebo ak otvoríte stránku CircuitDigest.com, kde nájdete konkrétny článok o elektronike, za vašou počítačovou sieťou sa deje veľa pohybov údajov. Tieto pohyby sú smerované sieťovými prepínačmi, ktoré používajú rôzne prepínacie techniky v rôznych sieťových uzloch.

Rôzne typy údajov používajú rôzne typy prepínacích techník, ktoré majú svoje vlastné výhody a nevýhody. K dispozícii sú tri typy prepínacích techník: prepínanie okruhov, prepínanie paketov a prepínanie správ. Medzi týmito tromi sú najobľúbenejšie prepínanie obvodov a paketov.

Prepínanie obvodov

Prepínanie obvodov je prepínacia metóda, pri ktorej sa pred začatím dátového prenosu vytvorí medzi dvoma stanicami v sieti cesta medzi dvoma stanicami.

Prepínanie obvodov má tri fázy: Vytvorenie obvodu, Prenos údajov a odpojenie obvodu.

Metóda prepínania obvodov má pevnú dátovú rýchlosť a obaja predplatitelia musia pracovať s touto pevnou rýchlosťou. Prepínanie obvodov je najjednoduchšou metódou dátovej komunikácie, pri ktorej sú nadviazané vyhradené fyzické spojenia medzi dvoma jednotlivými vysielačmi a prijímačmi. Na vytvorenie týchto vyhradených pripojení je sada prepínačov prepojená fyzickými spojeniami.

Na nasledujúcom obrázku sú tri počítače na ľavej strane prepojené s tromi počítačmi na pravej strane počítačmi, v závislosti od štyroch prepínačov obvodov. Ak sa prepínanie obvodov nepoužíva, je potrebné ich prepojiť s prepojeniami typu point-to-point, kde je potrebný veľký počet vyhradených liniek, čo nielen zvýši náklady na pripojenie, ale tiež zvýši zložitosť systému.

Rozhodnutie o smerovaní sa v prípade prepínania obvodov prijíma pri vytváraní smerovacej cesty v sieti. Po vytvorení vyhradenej smerovacej cesty sa údaje nepretržite odosielajú do cieľového miesta prijímača. Spojenie sa zachováva až do konca konverzácie.

Tri fázy v komunikácii prepínania obvodov

Komunikácia začiatku do konca v prepínaní obvodov sa vykonáva pomocou tejto formácie -

Počas fázy nastavovania sa v sieti s prepínaním okruhov vytvorí vyhradené smerovacie alebo spojovacie spojenie medzi odosielateľom a prijímačom. V tomto období musí end-to-end adresovanie, rovnako ako zdrojová adresa, cieľová adresa vytvárať spojenie medzi dvoma fyzickými zariadeniami. Prepínanie obvodov sa deje vo fyzických vrstvách.

K prenosu dát dôjde až po dokončení fázy nastavenia a až po vytvorení fyzickej vyhradenej cesty. V tejto fáze nie je zahrnutá žiadna metóda adresovania. Prepínače používajú na smerovanie údajov od odosielateľa k prijímaču časový úsek (TDM) alebo obsadené pásmo (FDM). Je potrebné mať na pamäti jednu vec, že ​​odosielanie údajov je nepretržité a pri prenose údajov môžu byť určité obdobia ticha. Všetky interné pripojenia sú vyhotovené v duplexnej forme.

V záverečnej fáze odpojenia okruhu, keď ktorýkoľvek z účastníkov v sieti, odosielateľ alebo prijímač potrebuje odpojiť cestu, sa na všetky zapojené prepínače odošle signál odpojenia, aby sa uvoľnil zdroj a prerušilo spojenie. Táto fáza sa tiež nazýva ako Teardown fáza v metóde prepínania obvodov.

Prepínač obvodu vytvára dočasné spojenie medzi vstupnou linkou a výstupnou linkou. K dispozícii sú rôzne typy prepínačov s viacerými vstupnými a výstupnými linkami.

Prepínanie obvodov sa všeobecne používa v telefónnych linkách.

Výhody prepínania obvodov

Metóda prepínania obvodov poskytuje v konkrétnych prípadoch veľké výhody. Výhody sú nasledujúce -

1. Dátová rýchlosť je pevná a vyhradená, pretože spojenie je nadviazané pomocou vyhradeného fyzického spojenia alebo obvodov.
2. Pretože sa jedná o vyhradené prenosové cesty, je to dobrá voľba pre dlhodobý nepretržitý prenos.
3. Oneskorenie prenosu údajov je zanedbateľné. Prepínače nezahŕňajú čakaciu dobu. Dáta sa teda prenášajú bez predchádzajúceho oneskorenia v prenose. To je určite pozitívna výhoda metódy Circuit Switching.

Nevýhody prepínania obvodov

Okrem výhod má prepínanie obvodov aj určité nevýhody.

1. Bez ohľadu na to, či je komunikačný kanál voľný alebo zaneprázdnený, vyhradený kanál nemožno použiť na iný dátový prenos.
2. Vyžaduje si väčšiu šírku pásma a nepretržitý prenos ponúka plytvanie šírkou pásma, keď existuje obdobie ticha.
3. Pri využívaní systémových prostriedkov je to veľmi neefektívne. Zdroj nemôžeme použiť na iné pripojenie, pretože je pridelený pre celú konverzáciu.
4. Nadviazanie fyzického spojenia medzi odosielateľom a príjemcom trvá nesmierne dlho.

Prepínanie paketov

Prepínanie paketov je metóda prenosu údajov, pri ktorej sa údaje rozbíjajú na malé kúsky premenlivých dĺžok a potom sa prenášajú na sieťovú linku. Zlomené časti údajov sa nazývajú pakety. Po prijatí týchto rozbitých údajov alebo paketov sa všetky znovu zhromaždia na mieste určenia a vytvorí sa tak kompletný súbor. Vďaka tejto metóde sa dáta prenášajú rýchlo a efektívne. V tejto metóde nie je potrebné žiadne prednastavenie ani rezervácia zdrojov, ako napríklad metóda prepínania obvodov.

Táto metóda využíva techniky Store and Forward. Každý skok teda najskôr uloží paket a až potom preposiela pakety na ďalšie miesto určenia hostiteľa. Každý paket obsahuje kontrolné informácie, zdrojovú adresu a cieľovú adresu. Z tohto dôvodu môžu pakety používať akúkoľvek cestu alebo cesty v existujúcej sieti.

Prepínanie paketov na základe VC

Prepínanie balíkov na báze VC je režim prepínania paketov, pri ktorom sa medzi odosielateľom a prijímateľom uskutočňuje logická cesta alebo pripojenie virtuálneho obvodu. VC je skratka pre Virtual Circuit. V tomto režime prepínania paketov sa vytvorí preddefinovaná trasa a všetky pakety budú nasledovať preddefinované cesty. Všetky smerovače alebo prepínače, ktoré sa podieľajú na logickom pripojení, majú jedinečné ID virtuálneho obvodu, pomocou ktorého môžu jednoznačne identifikovať virtuálne pripojenia. To tiež má rovnaký trojfázový protokol používaný v prepojovanie okruhov, prípravnej fázy, dáta fázového prenosu a strhnúť fázy.

Na vyššie uvedenom obrázku sú 4 počítače pripojené k sieti so 4 prepínačmi a dátový tok bude prepínaním paketov v režime virtuálneho obvodu. Ako vidíme, prepínače sú navzájom prepojené a navzájom si zdieľajú komunikačnú cestu. Teraz vo virtuálnom okruhu je potrebné vytvoriť preddefinovanú trasu. Ak chceme preniesť údaje z PC1 do PC 4, cesta bude smerovať zo SW1 do SW2 do SW3 a potom nakoniec do PC4. Táto trasa je preddefinovaná a všetky SW1, SW2, SW3 sú vybavené jedinečným ID na identifikáciu dátových ciest, takže údaje sú viazané týmito cestami a nemohla si zvoliť inú cestu.

Prepínanie paketov na základe datagramu

Prepínanie datagramov je úplne odlišné od technológie prepínania paketov založenej na VC. Pri prepínaní datagramu je cesta závislá od údajov. Pakety obsahujú všetky potrebné informácie, ako sú zdrojová adresa, cieľová adresa a identita portu atď. V režime prepínania paketov bez spojenia s dátagrammi sa teda s každým paketom zaobchádza nezávisle. Môžu si zvoliť rôzne trasy a rozhodnutia o smerovaní sa prijímajú dynamicky, keď sa údaje prenášajú v sieti. Takže v cieľovom mieste môžu byť pakety prijímané mimo poradia alebo v ľubovoľnom poradí, neexistuje žiadna vopred definovaná trasa a zaručené doručenie paketov nie je možné. Na zabezpečenie zaručeného príjmu paketov je potrebné nakonfigurovať ďalšie protokoly koncového systému.

V tomto režime prepínania paketov nie je zapojená fáza nastavenia, prenosu a roztrhnutia.

Na vyššie uvedenom obrázku sú opäť pripojené 4 počítače a prenášame údaje z PC1 do PC4. Dáta obsahujú dva pakety označené ako 1 a 2. Ako vidíme, v režime Datagram sa paket 1 vybral po ceste SW1 - SW4 - SW3, zatiaľ čo paket 2 si vybral cestu trasy od SW1 - SW5 - SW3 a nakoniec dosiahol PC4. Pakety si môžu v sieti na prepínanie paketov Datagram zvoliť inú cestu v závislosti od času oneskorenia a preťaženia iných ciest.

Výhody prepínania paketov

Prepínanie paketov ponúka oproti prepínaniu okruhov výhody. Sieť na prepínanie paketov je navrhnutá tak, aby prekonala nevýhody metódy prepínania obvodov.

1. Efektívne z hľadiska šírky pásma.
2. Prenosové oneskorenie je minimálne
3. Cieľové miesto môže zistiť chýbajúce pakety.
4. Nákladovo efektívna implementácia.
5. Spoľahlivé, keď sa v sieti zistí porucha obsadenej cesty alebo odkazov. Pakety môžu byť prenášané inými odkazmi alebo môžu používať inú cestu.

Nevýhody prepínania paketov

Prepínanie paketov tiež naráža na niekoľko nevýhod.

1. Prepínanie paketov nesleduje nijaké konkrétne poradie na prenos paketu jeden po druhom.
2. Chybný paket sa vyskytuje pri veľkom prenose dát.
3. Každý paket musí byť kódovaný sekvenčnými číslami, adresou príjemcu a odosielateľa a ďalšími informáciami.
4. Smerovanie je v uzloch zložité, pretože pakety môžu sledovať viac ciest.
5. Keď z nejakého dôvodu dôjde k presmerovaniu, oneskorenie prijímania paketov sa zvýši.

Rozdiely medzi prepínaním okruhov a prepínaním paketov

Už sme dostali predstavu o tom, aké sú rozdiely medzi prepínaním obvodov a prepínaním paketov. Pozrime sa na rozdiely vo formáte tabuľky pre lepšie pochopenie -

Rozdiely	Prepínanie obvodov	Prepínanie paketov
Kroky zapojenia	Pri prepínaní okruhov je pre celkovú konverzáciu potrebné trojfázové nastavenie. Nadviazanie spojenia, prenos dát, strhnutie spojenia	V prípade prepínania paketov môžeme uskutočniť prenos dát priamo.
Cieľová adresa	Celú adresu cesty poskytuje zdroj.	Každý dátový paket pozná iba konečnú cieľovú adresu, smerovacia cesta závisí od rozhodnutia smerovača.
Spracovanie dát	Spracovanie údajov prebieha v zdrojovom systéme.	Spracovanie údajov sa uskutočňuje v uzloch a zdrojových systémoch.
Jednotné oneskorenie medzi dátovými jednotkami	Stáva sa jednotné oneskorenie.	Oneskorenie medzi dátovými jednotkami nie je jednotné.
Spoľahlivosť	Prepínanie obvodov je spoľahlivejšie v porovnaní s prepínaním paketov	Prepínanie paketov je v porovnaní s prepínaním okruhov menej spoľahlivé.
Strata zdrojov	Strata zdrojov je pri prepínaní obvodov vysoká.	Plytvanie zdrojmi je pri prepínaní paketov menšie.
Technika ukladania a preposielania	Nevyužíva techniku ​​store and forward	Používa techniku ​​store and forward
Preťaženie	Preťaženie nastáva iba v čase založenia spojenia.	Vo fáze prenosu údajov môže dôjsť k spochybneniu.
Údaje o prenose	Zdroj uskutočňuje prenos údajov.	Prenos údajov vykonáva zdroj, smerovače.