Схема переключатель. Сети с коммутацией пакетов и каналов: ключевые различия и особенности

• Что такое сеть с коммутацией пакетов?
• Что такое сеть с коммутацией каналов?
• Различия между сетью с коммутацией пакетов и сетью с коммутацией каналов

Что такое сеть с коммутацией пакетов?

Сеть с коммутацией пакетов определяется как цифровая сеть, которая управляет передачей данных в виде небольших и оптимизированных пакетов, содержащих полезную нагрузку и заголовок, что является улучшением по сравнению с более ранними типами сетей аналоговой эры .

Технологии связи развивались годами — от громко звучащих гонгов до открытия телефона и радиоволн. В телекоммуникационной отрасли данные передаются из одного места или устройства в другое посредством коммутации пакетов.

Коммутация пакетов — это средство организации и обмена данными в виде битов, называемых пакетами, которые затем передаются по цифровой сети. Эти пакеты состоят из двух частей; заголовок и полезная нагрузка. Заголовок каждого пакета содержит информацию о пакете данных. Эта информация включает в себя адрес назначения пакета, источник извлеченной полезной нагрузки и другие детали. Сетевое оборудование использует эту информацию для направления пакетов.

Коммутация пакетов является основной основой для передачи данных по компьютерным сетям. При коммутации пакетов маршрутизация и перемещение пакетов данных выполняются таким образом, что канал занят только тогда, когда по нему перемещается пакет. Когда пакет данных отправлен на указанный адрес, канал немедленно становится доступным и может передавать последующие входящие пакеты данных.

Коммутация пакетов работает путем выделения ресурсов по мере необходимости. Ресурсы в данном случае относятся к открытым каналам для передачи битов данных. Это распределение выполняется с использованием методов статистического мультиплексирования и динамического распределения полосы пропускания. Каждый раз, когда пакеты данных достигают любого аппаратного компонента, они принимаются, буферизуются, собираются и отправляются снова, пока не достигнут следующего местоположения. Этот процесс повторяется на протяжении всего расстояния, пройденного путешествующим пакетом данных.

При коммутации пакетов специализированный канал не должен резервироваться исключительно для потока данных. Это отличает его от других типов передачи данных по компьютерным сетям. Преимущество пакетной коммутации заключается в том, что даже если пакеты разбиваются на биты и отправляются по разным сетям к месту назначения, они все равно собираются в том порядке, в котором они были отправлены, а затем представляются конечному получателю.

Чтобы объяснить это, отправитель может отправить данные, читая три, пять и семь в указанном порядке. При передаче этот пакет данных с номером три может прибыть сразу после пакета с номером пять. Тем не менее, они будут расположены в виде трех, пяти и семи в конечном пункте назначения, повторяя исходное сообщение.

Подробнее: Как работает пограничная сеть и что ее ждет в будущем? Ответы Терезы Лановиц из AT&T

Плюсы и минусы пакетной коммутации

Плюсы пакетной коммутации включают:

• При пакетной коммутации пакеты данных могут найти адрес назначения, не путешествуя по одному выделенному каналу.
• Коммутация пакетов позволяет отправителю повторно отправлять отсутствующие или отброшенные пакеты. Таким образом, снижается потеря пакетов.
• Передача голоса и данных по протоколу Интернет (VOIP) дешевле, поскольку выделенные каналы не нужны.

У коммутации пакетов также есть несколько недостатков:

• Она не полностью поддерживает постоянно используемые методы связи, такие как голосовые вызовы с большим объемом.
• Нет протокола безопасности для пакетов данных, отправляемых по сети.
• Потеря пакетов все еще возможна, особенно при очень большом потоке трафика. Эти пакеты не могут быть отправлены повторно.

Подробнее: Как подготовить сети к облачной эре с помощью SD-WAN

Что такое сеть с коммутацией каналов?

Сеть с коммутацией каналов определяется как тип сети, основанный на физическом соединении между двумя отдельными сетевыми узлами, которое требует установки соединения до того, как узлы смогут обмениваться данными.

Коммутация каналов — это еще один тип коммутируемой сетевой связи. Это сети на основе соединений, в которых данные передаются напрямую по уже выбранному и выделенному каналу без перерыва до тех пор, пока полная информация не будет отправлена ​​​​назначению и канал связи не прервется.

Коммутация каналов была создана в 1878 году и является технологией, на основе которой Александр Белл построил свой телефон. Коммутация каналов была доминирующей технологией, которую телекоммуникационные компании использовали более 100 лет. Это было до открытия сетей с коммутацией пакетов.

В коммуникационной сети несколько каналов соединяются через узлы или коммутаторы. Затем данные передаются от узла к узлу через информацию о процессе переключения к месту назначения. В коммутационных узлах тип информации менее важен, чем пункт назначения, к которому направляется информация. Устройства конечных пользователей, такие как наши телефоны, компьютеры и мобильные телефоны, называются станциями и подключаются к узлам.

Коммутация каналов устанавливается на физическом уровне и используется для прямой передачи данных по выделенному каналу. Это делает его идеальным для передачи чувствительных и непрерывных информационных потоков, таких как передача голоса. В противном случае отправка данных короткими пакетами приведет к нерациональному использованию пропускной способности, поскольку данные будут передаваться короткими пакетами.

Коммутация каналов на физическом уровне направляет полное сообщение через выделенный канал, созданный при установке соединения. Поскольку данные доставляются и принимаются потоками, такое переключение не является оптимальным для передачи данных, поскольку между волнами передачи линия будет неактивна.

В каждой компьютерной сети существует максимальная скорость передачи данных на канал в сети. Это распространяется на все устройства, присутствующие в сети. Коммутация каналов обеспечивает равную пропускную способность независимо от того, активно ли эти устройства передают.

В процессе коммутации канала есть три этапа:

• Установление канала : Перед отправкой данных сеть обеспечивает запатентованный, свободный и доступный путь между узлами в сети, соединяющий отправляющее и принимающее устройства. . Если доступно, теперь создается и устанавливается цепь.
• Передача данных : затем передаются данные любого типа, голос, данные, аналоговые или цифровые.
• Отключение : После передачи данных канал завершается, и пропускная способность становится доступной для другого использования.

Плюсы и минусы сети с коммутацией каналов

Плюсы сети с коммутацией каналов:

• Уменьшается задержка и задержка перед и особенно во время вызова.
• Пакеты данных поступают в правильном порядке и с минимальной потерей пакетов.
• Связь осуществляется с постоянной пропускной способностью и постоянной скоростью передачи данных.

Важно помнить и о минусах такой сети:

• Плохо приспособлена для интернет-общения.
• Каналы, используемые для коммутации каналов, автоматически становятся недоступными для других целей.
• Существует риск неэффективного использования ресурсов.

Подробнее: Что такое ячеистая сеть? Значение, рабочие типы и приложения в 2022 году

Различия между сетью с коммутацией пакетов и сетью с коммутацией каналов

Сети с коммутацией пакетов и сети с коммутацией каналов имеют явные различия между собой. Они привязаны к их основному режиму работы. Однако их общая функция в передаче информации и общении остается прежней. Различия между обеими технологиями коммутации включают:

1. Необходимость подключения

Коммутация каналов — это сетевой метод, ориентированный на установление соединения (во многом аналогичный протоколу управления передачей или TCP), в то время как коммутация пакетов — это метод коммутации сети без установления соединения. Это означает, что для коммутации каналов должно быть фактически создано сетевое соединение, по которому будет проходить информация.

Ориентация на соединение также включает завершение той же самой сети. При коммутации каналов существует сквозное соединение между отправителем и получателем. Он был разработан для моделирования телефонной системы, которая работает очень похожим образом.

Коммутация каналов использует метод квитирования, называемый надежной сетевой услугой. С другой стороны, без подключения можно сравнить с почтовым отделением. Пакеты могут идти по разным маршрутам, пока они достигают пункта назначения.

2. Фазы, участвующие в передаче данных

В сетях с коммутацией каналов данные передаются по сети, состоящей из трех фаз. Однако коммутация пакетов не требует специальных шагов или стадий, прежде чем можно будет передавать данные. Три фазы в протоколе коммутации каналов включают фазу установления соединения, фазу фактической передачи данных и фазу завершения соединения.

Каждая фаза важна и необходима для бесперебойной работы сети коммутации каналов. Неспособность установить соединение означает, что передача данных не произойдет, в то время как сбой соединения делает эту полосу пропускания недоступной и бесполезной для последующей передачи данных.

3. Резервирование ресурсов

Резервирование ресурсов является уникальной функцией коммутации каналов, тогда как при коммутации пакетов ресурсы не выделяются ни одному пользователю. Выделение ресурсов вызывает поддержание пропускной способности определенной полосы пропускания для передачи между двумя узлами. Распределение ресурсов при коммутации каналов обусловлено наличием фиксированного пути передачи данных.

Резервирование ресурсов может привести к недоступным путям для других пользователей и потребовать от них ожидания освобождения канала связи. Этого не происходит в сетях с коммутацией пакетов, где каждая станция, пытающаяся передать данные, подключается как можно быстрее, а пакеты проходят по любому доступному пути.

4. Степень гибкости

Сети с коммутацией каналов не очень гибки. Однако сети с коммутацией пакетов обеспечивают большую гибкость. При коммутации каналов связи между узлами создают соединение между отправителем и получателем и предназначены для этой цели. Их нельзя использовать для других целей, отсюда жесткость пути.

Например, нельзя одновременно использовать путь, используемый для голосового вызова при переключении каналов между двумя телефонами, для отправки информации через Интернет или передачи файлов.

С другой стороны, коммутация пакетов представляет собой гибкую виртуальную сетевую схему, которая обеспечивает одновременное подключение к нескольким пользователям. Пакеты данных из одного и того же источника следуют по множеству разных маршрутов. Пока пакеты правильно помечены, каждый из них будет доставлен в нужное место назначения с минимальными помехами.

5. Передача с сохранением и переадресацией

При коммутации каналов передача с сохранением и пересылкой не происходит. Однако при коммутации пакетов существует функция передачи с сохранением и пересылкой.

Метод передачи с сохранением и переадресацией применяется в сетях с коммутацией пакетов, где пакеты данных поступают на узел и сохраняются перед отправкой другим узлам. Узел, хранящий входящие пакеты, проверяет пакет данных на наличие ошибок, которые могут скомпрометировать сообщение. Эта передача с сохранением и переадресацией исключает плохие или недействительные пакеты и повторяется на каждом промежуточном узле по всем маршрутам, по которым проходят разные пакеты данных.

Поскольку это делает передачу безошибочной, это увеличивает период ожидания технологии связи с коммутацией пакетов.

Подробнее: Что такое управление сетью? Определение, ключевые компоненты и передовой опыт

6. Степень надежности

Сети с коммутацией каналов очень надежны, в то время как сети с коммутацией пакетов имеют низкую надежность и могут легко перегружаться. Надежность зависит от того, насколько точно данные, отправленные пользователем на одном конце сети, будут полностью доставлены на другой конец топологии сети.

В сетях с коммутацией каналов имеется выделенный канал для передачи всех входящих данных от одного пользователя к другому по всему соединению. Это означает, что существует очень низкая вероятность потери данных и высокая уверенность в том, что сеть точно передаст всю информацию. С другой стороны, сеть с коммутацией пакетов не регулирует поток данных через сеть. Потеря данных довольно распространена во время перегрузки, поскольку несколько пакетов данных борются за доступную полосу пропускания.

7. Обработка двустороннего трафика

Коммутация каналов не позволяет легко обрабатывать двусторонний трафик, в то время как технология пакетной коммутации обеспечивает максимально гладкую передачу двустороннего трафика. При коммутации каналов есть только один канал, и он занят данными, поступающими от отправителя. Это становится проблематичным, если получатель пытается отправить сообщение отправителю. В сетях с коммутацией пакетов канал между двумя узлами может быть занят, но пакеты данных могут легко пройти по другому каналу и, таким образом, попасть от получателя обратно к отправителю.

8. Доступность полосы пропускания

Оптимизированная доступность полосы пропускания — это функция, наблюдаемая в сети с коммутацией пакетов, но не встречающаяся в сетях с коммутацией каналов. В последнем случае общая пропускная способность уже распределяется между устройствами, подключенными через широкую сеть. Каждое устройство имеет свою пропускную способность и может использоваться или нет, в зависимости от уровня активности. Это снижает доступность пропускной способности. То есть размер уже фиксированный.

Кроме того, передача данных должна быть завершена после использования полосы пропускания, прежде чем она станет доступной для других. Обратное происходит при коммутации пакетов, когда полоса пропускания распределяется на основе текущего спроса. Это делает его всегда доступным, за исключением случаев, когда возникает перегрузка из-за слишком большого трафика.

9. Стоимость и расценки

В стоимость сети связи входят расходы на установку и эксплуатацию. Для сетей с коммутацией каналов первоначальные затраты на их установку довольно низки. Однако взимание эксплуатационных расходов зависит от времени, проведенного в сети, и расстояния между получателем и отправителем.

Это означает, что международные звонки между двумя странами, например, с использованием сети с коммутацией каналов, будут дорогостоящими. Для сети с коммутацией пакетов стоимость установки немного дороже. Однако за использование взимается плата в зависимости от времени и размера пакетов данных. Пользователям не нужно беспокоиться о расстоянии, так как цена исключает это.

10. Природа уровней

Уровни, используемые сетями с коммутацией каналов и сетями с коммутацией пакетов, различаются. Цепная сеть реализована на физическом уровне, тогда как сеть с коммутацией пакетов реализована на сетевом уровне.

Физический уровень является самым нижним уровнем в соответствии с моделью взаимодействия открытых систем (OSI) компьютерных сетей. Физический уровень сети фиксированной связи означает, что между устройствами должны быть физические соединения. Хорошим примером являются традиционные стационарные телефонные линии, которые довольно часто использовались в прошлом.

Сетевым уровнем, используемым для коммутации пакетов, является уровень 3 OSI. Он позволяет данным перемещаться в другие сети и через них и отвечает за упаковку данных с правильными метками, содержащими адреса назначения. Сетевой уровень также помогает направлять каждый пакет данных в выбранную полосу пропускания.

11. Конечный терминал

При коммутации каналов логическим конечным терминалом является телефон и модем, а в сети с коммутацией пакетов конечным терминалом обычно является компьютер.

12. Используемые технологии

Коммутация каналов и коммутация пакетов используют различные типы технологий. Коммутация каналов использует коммутацию с временным и пространственным разделением, в то время как коммутация пакетов использует подходы дейтаграмм и виртуальных каналов. Кроме того, протоколы доставки с использованием технологий коммутации каналов более просты, чем технологии коммутации пакетов с более сложными протоколами.

13. Тип информации 

Технология коммутации каналов использует аналоговый голос или цифровые голоса с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Коммутация пакетов использует двоичную информацию. Аналоговый голос представляет собой аудиозапись в механическом формате. Он преобразует исходные звуковые волны в непрерывные колебания. Это та же техника, с помощью которой звуки запечатлеваются на виниловых пластинках или магнитной ленте. Импульсно-кодовая модуляция используется для представления аналоговых сигналов в цифровой форме. Он используется в компьютерах, компакт-дисках и других цифровых аудиоприложениях.

14. Приложения

Коммутация каналов изначально была разработана для передачи голоса. В отличие от этого, открытие технологии коммутации пакетов в свое время подошло для Интернета. Поэтому коммутация пакетов используется для передачи пакетов данных через Интернет и большинство локальных сетей (LAN). В настоящее время коммутация пакетов используется для создания новых телефонных технологий, таких как Long-Term Evolution (LTE) и Global System for Mobile Communications (GSM). Все эти сети не нуждаются в предварительно установленном соединении или выделенном канале для передачи данных между конечными пользователями.

15. Схема маршрутизации

Маршрут, используемый для коммутации каналов, выбирается во время первоначальной настройки, тогда как при коммутации пакетов маршрут для каждого пакета выбирается независимо друг от друга.

Подробнее: Что такое сетевое оборудование? Определение, архитектура, проблемы и передовой опыт

Выводы

По мере того, как предприятия становятся все более цифровыми, эра сетей с коммутацией каналов почти закончилась. В более старых сетях, таких как 2G и 3G, используется коммутация каналов, поэтому нельзя было одновременно осуществлять передачу данных и голосовые вызовы. Сегодня появление 4G и 5G, основанных на технологии коммутации пакетов, решает эту проблему, являющуюся критическим различием между двумя типами сетей.

Помогла ли вам эта статья понять, чем сеть с коммутацией пакетов отличается от сети с коммутацией каналов? Tell us on Facebook Opens a new window , Twitter Opens a new window , and LinkedIn Opens a new window . Мы хотели бы услышать от вас!