Μια επισκόπηση της εναλλαγής κυκλώματος και της αλλαγής πακέτων

Τι είναι η εναλλαγή;

Στον σύγχρονο κόσμο, είμαστε συνδεδεμένοι με όλους, είτε μέσω Διαδικτύου είτε μέσω τηλεφωνικής σύνδεσης. Σε αυτό το τεράστιο δίκτυο, όταν πραγματοποιείται τηλεφωνική κλήση ή όταν έχουμε πρόσβαση σε κάποιον ιστότοπο, τα δεδομένα μεταφέρονται από το ένα δίκτυο στο άλλο. Ακόμη και για πρόσβαση σε μια απλή ιστοσελίδα, έχουν πρόσβαση πολλοί υπολογιστές (διακομιστές) για να σας παρέχουν τα επιθυμητά δεδομένα που αναζητάτε. Είτε βρίσκεστε σε κλειστό δίκτυο είτε σε μεγάλο τμήμα δικτύου, η εναλλαγή είναι ο πιο σημαντικός μηχανισμός που ανταλλάσσει τις πληροφορίες μεταξύ διαφορετικών δικτύων ή διαφορετικών υπολογιστών. Η εναλλαγή είναι ο τρόπος που κατευθύνει δεδομένα ή οποιαδήποτε ψηφιακή πληροφορία στο δίκτυό σας μέχρι το τελικό σημείο.

Ας υποθέσουμε ότι αναζητάτε οποιοδήποτε είδος πληροφοριών σχετικά με το κύκλωμα στο Διαδίκτυο ή ψάχνετε για ένα έργο χόμπι στα ηλεκτρονικά ή εάν ανοίξετε το circuitdigest.com για να βρείτε ένα συγκεκριμένο άρθρο σχετικά με την ηλεκτρονική, υπάρχουν πολλές μετακινήσεις δεδομένων που συμβαίνουν πίσω από το δίκτυο υπολογιστών σας. Αυτές οι κινήσεις κατευθύνονται από τους διακόπτες δικτύου που χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές μεταγωγής σε διάφορες συνδέσεις δικτύου.

Διαφορετικοί τύποι δεδομένων χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους τεχνικών αλλαγής που έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Υπάρχουν τρεις διαθέσιμοι τύποι τεχνικών εναλλαγής: Circuit Switching, Packet Switching και Message Switching. Το Circuit and Packet Switching είναι τα πιο δημοφιλή μεταξύ αυτών των τριών.

Εναλλαγή κυκλώματος

Η εναλλαγή κυκλώματος είναι μια μέθοδος αλλαγής όπου δημιουργείται μια διαδρομή από άκρο σε άκρο μεταξύ δύο σταθμών εντός ενός δικτύου πριν ξεκινήσει η μεταφορά δεδομένων.

Μεταγωγής κυκλώματος περιλαμβάνει τρεις φάσεις: δημιουργία κυκλώματος, μεταφορά της αποσύνδεσης των δεδομένων και το κύκλωμα.

Η μέθοδος εναλλαγής κυκλώματος έχει σταθερό ρυθμό δεδομένων και και οι δύο συνδρομητές πρέπει να λειτουργούν με αυτόν τον σταθερό ρυθμό. Η εναλλαγή κυκλώματος είναι η απλούστερη μέθοδος επικοινωνίας δεδομένων όπου δημιουργούνται αποκλειστικές φυσικές συνδέσεις μεταξύ δύο μεμονωμένων αποστολέων και δεκτών. Για να δημιουργήσετε αυτές τις αποκλειστικές συνδέσεις, ένα σύνολο διακοπτών συνδέεται με φυσικούς συνδέσμους.

Στην παρακάτω εικόνα, τρεις υπολογιστές στην αριστερή πλευρά συνδέονται με τρεις επιτραπέζιους υπολογιστές στη δεξιά πλευρά με φυσικούς συνδέσμους, ανάλογα με τους τέσσερις διακόπτες κυκλώματος. Εάν η εναλλαγή κυκλώματος δεν χρησιμοποιείται, πρέπει να συνδεθούν με συνδέσεις από σημείο σε σημείο, όπου απαιτούνται πολλές ειδικές γραμμές, οι οποίες όχι μόνο θα αυξήσουν το κόστος σύνδεσης αλλά και θα αυξήσουν την πολυπλοκότητα του συστήματος.

Η απόφαση δρομολόγησης, στην περίπτωση εναλλαγής κυκλώματος, λαμβάνεται όταν η διαδρομή δρομολόγησης δημιουργείται στο δίκτυο. Μετά την καθιέρωση της ειδικής διαδρομής δρομολόγησης, τα δεδομένα υποβάλλονται συνεχώς στον προορισμό του παραλήπτη. Η σύνδεση διατηρείται μέχρι το τέλος της συνομιλίας.

Τρεις φάσεις στην επικοινωνία εναλλαγής κυκλωμάτων

Η επικοινωνία από την αρχή έως το τέλος στο Circuit Switching γίνεται χρησιμοποιώντας αυτόν τον σχηματισμό-

Κατά τη φάση εγκατάστασης, στο δίκτυο εναλλαγής κυκλώματος, δημιουργείται μια ειδική διαδρομή δρομολόγησης ή σύνδεσης μεταξύ του αποστολέα και του δέκτη. Σε αυτήν την περίοδο Διεύθυνση End to End, όπως η διεύθυνση προέλευσης, η διεύθυνση προορισμού πρέπει να δημιουργήσει μια σύνδεση μεταξύ δύο φυσικών συσκευών. Η εναλλαγή κυκλώματος συμβαίνει στα φυσικά στρώματα.

Η μεταφορά δεδομένων πραγματοποιείται μόνο μετά την ολοκλήρωση της φάσης εγκατάστασης και μόνο όταν δημιουργείται μια φυσική, ειδική διαδρομή. Καμία μέθοδος αντιμετώπισης δεν εμπλέκεται σε αυτήν τη φάση. Οι διακόπτες χρησιμοποιούν την χρονική υποδοχή (TDM) ή την κατειλημμένη ζώνη (FDM) για να δρομολογήσουν τα δεδομένα από τον αποστολέα στον δέκτη. Ένα πράγμα πρέπει να θυμόμαστε ότι η αποστολή δεδομένων είναι συνεχής και μπορεί να υπάρχουν περίοδοι σιωπής κατά τη μετάδοση δεδομένων. Όλες οι εσωτερικές συνδέσεις γίνονται σε διπλή μορφή.

Στην τελική φάση αποσύνδεσης κυκλώματος, όταν ένας από τους συνδρομητές στο δίκτυο, ο αποστολέας ή ο δέκτης πρέπει να αποσυνδέσει τη διαδρομή, αποστέλλεται ένα σήμα αποσύνδεσης σε όλους τους εμπλεκόμενους διακόπτες για να απελευθερώσει τον πόρο και να διακόψει τη σύνδεση. Αυτή η φάση ονομάζεται επίσης ως μέθοδος εναλλαγής κυκλώματος Teardown.

Ένας διακόπτης κυκλώματος δημιουργεί μια προσωρινή σύνδεση μεταξύ ενός συνδέσμου εισόδου και ενός συνδέσμου εξόδου. Υπάρχουν διάφοροι τύποι διακοπτών με πολλαπλές εισόδους και γραμμές εξόδου.

Γενικά, η εναλλαγή κυκλώματος χρησιμοποιείται στις τηλεφωνικές γραμμές.

Πλεονεκτήματα της εναλλαγής κυκλώματος

Η μέθοδος Circuit Switching παρέχει μεγάλα πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένες περιπτώσεις. Τα πλεονεκτήματα έχουν ως εξής-

1. Ο ρυθμός δεδομένων είναι σταθερός και αποκλειστικός επειδή η σύνδεση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ειδική φυσική σύνδεση ή κυκλώματα.
2. Δεδομένου ότι υπάρχουν συγκεκριμένες διαδρομές δρομολόγησης μετάδοσης, είναι μια καλή επιλογή για συνεχή μετάδοση για μεγάλη διάρκεια.
3. Η καθυστέρηση μετάδοσης δεδομένων είναι αμελητέα. Δεν υπάρχει χρόνος αναμονής στους διακόπτες. Έτσι, τα δεδομένα μεταδίδονται χωρίς προηγούμενη καθυστέρηση στη μετάδοση. Αυτό είναι σίγουρα ένα θετικό πλεονέκτημα της μεθόδου Circuit Switching.

Μειονεκτήματα της εναλλαγής κυκλώματος

Εκτός από τα πλεονεκτήματα, η εναλλαγή κυκλώματος έχει επίσης μερικά μειονεκτήματα.

1. Είτε το κανάλι επικοινωνίας είναι ελεύθερο ή απασχολημένο, το ειδικό κανάλι δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για άλλη μετάδοση δεδομένων.
2. Απαιτεί περισσότερο εύρος ζώνης και η συνεχής μετάδοση προσφέρει σπατάλη εύρους ζώνης όταν υπάρχει περίοδος σιωπής.
3. Είναι εξαιρετικά αναποτελεσματικό όταν χρησιμοποιείτε τον πόρο του συστήματος. Δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον πόρο για άλλη σύνδεση καθώς εκχωρείται για ολόκληρη τη συνομιλία.
4. Χρειάζεται τεράστιος χρόνος κατά τη δημιουργία φυσικών δεσμών μεταξύ αποστολέων και παραληπτών.

Αλλαγή πακέτων

Η εναλλαγή πακέτων είναι μια μέθοδος μεταφοράς δεδομένων όπου τα δεδομένα χωρίζονται σε μικρά κομμάτια μεταβλητού μήκους και στη συνέχεια μεταδίδονται στη γραμμή δικτύου. Τα σπασμένα κομμάτια δεδομένων ονομάζονται πακέτα. Αφού λάβετε αυτά τα σπασμένα δεδομένα ή πακέτα, όλα συναρμολογούνται ξανά στον προορισμό και δημιουργώντας έτσι ένα πλήρες αρχείο. Λόγω αυτής της μεθόδου, τα δεδομένα μεταφέρονται γρήγορα και με αποτελεσματικό τρόπο. Σε αυτήν τη μέθοδο, δεν απαιτείται προεγκατάσταση ή κράτηση πόρων όπως η μέθοδος εναλλαγής κυκλώματος.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί τεχνικές Store and Forward. Έτσι κάθε hop θα αποθηκεύσει πρώτα το πακέτο και μετά θα προωθήσει τα πακέτα στον επόμενο προορισμό του κεντρικού υπολογιστή. Κάθε πακέτο περιέχει πληροφορίες ελέγχου, διεύθυνση προέλευσης και διεύθυνση προορισμού. Λόγω αυτού του πακέτου μπορεί να χρησιμοποιήσει οποιαδήποτε διαδρομή ή διαδρομές σε ένα υπάρχον δίκτυο.

Εναλλαγή πακέτων με βάση το VC

Η εναλλαγή πακέτων με βάση το VC είναι ένας τρόπος αλλαγής πακέτων όπου πραγματοποιείται λογική διαδρομή ή σύνδεση εικονικού κυκλώματος μεταξύ αποστολέα και δέκτη. Το VC σημαίνει Virtual Circuit. Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας αλλαγής πακέτων, δημιουργείται μια προκαθορισμένη διαδρομή και όλα τα πακέτα θα ακολουθήσουν τις προκαθορισμένες διαδρομές. Σε όλους τους δρομολογητές ή διακόπτες που εμπλέκονται στη λογική σύνδεση παρέχεται ένα μοναδικό αναγνωριστικό εικονικού κυκλώματος για τον μοναδικό προσδιορισμό των εικονικών συνδέσεων. Επίσης έχει το ίδιο πρωτόκολλο τριών φάσεων που χρησιμοποιούνται σε μεταγωγή κυκλωμάτων, Ρύθμιση Φάσης, δεδομένων μεταφοράς φάσης και γκρεμίσουμε Φάσης.

Στην παραπάνω εικόνα, 4 υπολογιστές συνδέονται με ένα δίκτυο 4 διακοπτών και η ροή δεδομένων θα αλλάζει πακέτο σε λειτουργία εικονικού κυκλώματος. Όπως μπορούμε να δούμε οι διακόπτες συνδέονται μεταξύ τους και μοιράζονται τη διαδρομή επικοινωνίας μεταξύ τους. Τώρα στο εικονικό κύκλωμα, πρέπει να καθοριστεί μια προκαθορισμένη διαδρομή. Αν θέλουμε να μεταφέρουμε δεδομένα από το PC1 στον υπολογιστή 4, η διαδρομή θα κατευθυνθεί από το SW1 στο SW2 στο SW3 και τελικά στο PC4. Αυτή η διαδρομή είναι προκαθορισμένη και Όλα τα SW1, SW2, SW3 παρέχονται με ένα μοναδικό αναγνωριστικό για την αναγνώριση των διαδρομών δεδομένων, επομένως τα δεδομένα δεσμεύονται από τις διαδρομές και δεν μπορούσαν να επιλέξουν άλλη διαδρομή.

Εναλλαγή πακέτων βάσει δεδομένων

Η εναλλαγή δεδομένων είναι εντελώς διαφορετική από την τεχνολογία εναλλαγής πακέτων που βασίζεται σε VC. Στην εναλλαγή Datagram, η διαδρομή εξαρτάται από τα δεδομένα. Τα πακέτα έχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες όπως τη διεύθυνση πηγής, τη διεύθυνση προορισμού και την ταυτότητα θύρας κ.λπ. Μπορούν να επιλέξουν διαφορετικές διαδρομές και οι αποφάσεις δρομολόγησης λαμβάνονται δυναμικά όταν μεταδίδονται δεδομένα μέσα στο δίκτυο. Έτσι, στον προορισμό, τα πακέτα μπορούν να παραληφθούν εκτός λειτουργίας ή με οποιαδήποτε σειρά, δεν υπάρχει προκαθορισμένη διαδρομή και η εγγυημένη παράδοση πακέτων δεν είναι δυνατή. Για να εξασφαλιστεί η εγγυημένη λήψη πακέτων, πρέπει να διαμορφωθούν πρόσθετα πρωτόκολλα τελικού συστήματος.

Σε αυτόν τον τρόπο αλλαγής πακέτων, δεν υπάρχει ρύθμιση, η μετάδοση και η φάση αποσύνδεσης εμπλέκεται.

Και πάλι στην παραπάνω εικόνα, 4 υπολογιστές είναι συνδεδεμένοι και μεταφέρουμε δεδομένα από PC1 σε PC4. Τα δεδομένα περιέχουν δύο πακέτα με την ένδειξη 1 και 2. Όπως μπορούμε να δούμε, στη λειτουργία Datagram, το πακέτο 1 επέλεξε να ακολουθήσει τη διαδρομή SW1- SW4-SW3 ενώ το Πακέτο 2 επέλεξε τη διαδρομή διαδρομής του SW1- SW5- SW3 και τελικά έφτασε στο PC4. Τα πακέτα μπορούν να επιλέξουν διαφορετική διαδρομή ανάλογα με το χρόνο καθυστέρησης και τη συμφόρηση σε άλλες διαδρομές στο δίκτυο εναλλαγής πακέτων Datagram.

Πλεονεκτήματα της αλλαγής πακέτων

Η εναλλαγή πακέτων προσφέρει πλεονεκτήματα έναντι της εναλλαγής κυκλωμάτων. Το δίκτυο μεταγωγής πακέτων έχει σχεδιαστεί για να ξεπεράσει τα μειονεκτήματα της μεθόδου εναλλαγής κυκλώματος.

1. Αποτελεσματική από άποψη εύρους ζώνης.
2. Η καθυστέρηση μετάδοσης είναι ελάχιστη
3. Τα πακέτα που λείπουν μπορούν να εντοπιστούν από τον προορισμό.
4. Οικονομικά αποδοτική εφαρμογή.
5. Αξιόπιστο όταν ανιχνεύεται απασχολημένη διαδρομή ή διακοπή συνδέσμων στο δίκτυο Τα πακέτα μπορούν να μεταδοθούν από άλλους συνδέσμους ή να χρησιμοποιήσουν διαφορετική διαδρομή.

Μειονεκτήματα της αλλαγής πακέτων

Η εναλλαγή πακέτων αντιμετωπίζει επίσης μερικά μειονεκτήματα.

1. Η εναλλαγή πακέτων δεν ακολουθεί καμία συγκεκριμένη σειρά για τη μετάδοση του πακέτου ένα προς ένα.
2. Το πακέτο που λείπει εμφανίζεται σε μεγάλη μετάδοση δεδομένων.
3. Κάθε πακέτο πρέπει να κωδικοποιείται με αριθμούς ακολουθίας, διεύθυνση παραλήπτη και αποστολέα και άλλες πληροφορίες.
4. Η δρομολόγηση είναι περίπλοκη στους κόμβους καθώς τα πακέτα μπορούν να ακολουθήσουν πολλαπλές διαδρομές.
5. Όταν πραγματοποιείται αναδρομολόγηση για κάποιο λόγο, αυξάνεται η καθυστέρηση στη λήψη των πακέτων.

Διαφορές μεταξύ εναλλαγής κυκλώματος και εναλλαγής πακέτων

Έχουμε ήδη μια ιδέα για το ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ εναλλαγής κυκλώματος και εναλλαγής πακέτων. Ας δούμε τις διαφορές σε μορφή πίνακα για καλύτερη κατανόηση-

Διαφορές	Αλλαγή κυκλώματος	Αλλαγή πακέτων
Συμμετοχή βημάτων	Στην εναλλαγή κυκλώματος, απαιτείται ρύθμιση 3 φάσεων για συνολική συνομιλία. Δημιουργία σύνδεσης, μεταφορά δεδομένων, σύνδεση Teardown	Στην περίπτωση της αλλαγής πακέτων, μπορούμε να πραγματοποιήσουμε απευθείας μεταφορά δεδομένων.
Διεύθυνση προορισμού	Ολόκληρη η διεύθυνση διαδρομής παρέχεται από την πηγή.	Κάθε πακέτο δεδομένων γνωρίζει μόνο την τελική διεύθυνση προορισμού, η διαδρομή δρομολόγησης εξαρτάται από την απόφαση των δρομολογητών.
Επεξεργασία δεδομένων	Η επεξεργασία δεδομένων πραγματοποιείται στο σύστημα προέλευσης.	Η επεξεργασία δεδομένων πραγματοποιείται σε κόμβους και συστήματα πηγής.
Ομοιόμορφη καθυστέρηση μεταξύ μονάδων δεδομένων	Η ομοιόμορφη καθυστέρηση συμβαίνει.	Η καθυστέρηση μεταξύ των μονάδων δεδομένων δεν είναι ομοιόμορφη.
Αξιοπιστία	Το Circuit Switching είναι πιο αξιόπιστο σε σύγκριση με το Packet Switching	Το Packet Switching είναι λιγότερο αξιόπιστο σε σύγκριση με το Circuit Switching.
Απόβλητα πόρων	Η σπατάλη πόρων είναι υψηλή στην εναλλαγή κυκλώματος.	Η σπατάλη πόρων είναι λιγότερη στην εναλλαγή πακέτων.
Τεχνική αποθήκευσης και προώθησης	Δεν χρησιμοποιεί τεχνική αποθήκευσης και προώθησης	Χρησιμοποιεί τεχνική αποθήκευσης και προώθησης
Συμφόρηση	Η συμφόρηση συμβαίνει μόνο κατά τη σύνδεση.	Ο διαγωνισμός μπορεί να συμβεί κατά τη φάση μεταφοράς δεδομένων.
Δεδομένα μετάδοσης	Η πηγή πραγματοποιεί τη μετάδοση των δεδομένων.	Η μετάδοση δεδομένων γίνεται από την πηγή, τους δρομολογητές.