Uma visão geral da comutação de circuitos e comutação de pacotes

O que está mudando?

No mundo moderno, estamos conectados com todos, seja pela internet ou por telefone. Nessa enorme rede, quando uma ligação é feita, ou quando acessamos algum site, os dados são transferidos de uma rede para a outra. Mesmo para acessar uma página da web simples, muitos computadores (servidores) são acessados ​​para fornecer a você os dados desejados que você está procurando. Esteja você dentro de uma rede fechada ou em um grande segmento de rede, Switching é o mecanismo mais importante que troca as informações entre diferentes redes ou diferentes computadores. Switching é a maneira que direciona os dados ou qualquer informação digital para a sua rede até o ponto final.

Suponha que você esteja pesquisando qualquer tipo de informação relacionada a circuito na Internet ou procurando um projeto de hobby em eletrônica, ou se você abrir circuitdigest.com para encontrar um artigo específico sobre eletrônica, há muita movimentação de dados acontecendo por trás de sua rede de computadores. Esses movimentos são dirigidos pelos comutadores de rede que usam várias técnicas de comutação em várias junções de rede.

Diferentes tipos de dados usam diferentes tipos de técnicas de comutação, que têm suas próprias vantagens e desvantagens. Existem três tipos de técnicas de comutação disponíveis: Comutação de circuitos, comutação de pacotes e comutação de mensagens. A comutação de circuitos e pacotes são os mais populares entre esses três.

Comutação de circuitos

A comutação de circuitos é um método de comutação em que um caminho de ponta a ponta é criado entre duas estações em uma rede antes de iniciar a transferência de dados.

A comutação de circuitos tem três fases: estabelecimento do circuito, transferência de dados e desconexão do circuito.

O método de comutação de circuito tem uma taxa de dados fixa e ambos os assinantes precisam operar nessa taxa fixa. A comutação de circuitos é o método mais simples de comunicação de dados em que conexões físicas dedicadas são estabelecidas entre dois emissores e receptores individuais. Para criar essas conexões dedicadas, um conjunto de switches é conectado por links físicos.

Na imagem abaixo, três computadores do lado esquerdo estão conectados a três desktops PCs do lado direito com links físicos, dependendo dos quatro comutadores de circuito. Se a comutação de circuito não for usada, eles precisam ser conectados com conexões ponto-a-ponto, onde muitos números de linhas dedicadas são necessários, o que não só aumentará o custo da conexão, mas também aumentará a complexidade do sistema.

A decisão de roteamento, no caso de comutação de circuitos, é feita quando o caminho de roteamento está sendo estabelecido na rede. Depois que o caminho de roteamento dedicado é estabelecido, os dados são continuamente enviados ao destino do receptor. A conexão é mantida até o final da conversa.

Três fases na comunicação de comutação de circuito

A comunicação do início ao fim na Comutação de Circuito é feita usando esta formação-

Durante a fase de configuração, na rede de comutação de circuitos, um roteamento dedicado ou caminho de conexão é estabelecido entre o emissor e o receptor. Nesse período, o endereçamento de ponta a ponta, como o endereço de origem, o endereço de destino deve criar uma conexão entre dois dispositivos físicos. A comutação do circuito acontece nas camadas físicas.

A transferência de dados só acontece depois que a fase de configuração é concluída e apenas quando um caminho físico dedicado é estabelecido. Nenhum método de endereçamento está envolvido nesta fase. Os switches usam o intervalo de tempo (TDM) ou a banda ocupada (FDM) para rotear os dados do emissor para o receptor. É preciso ter em mente que o envio de dados é contínuo e pode haver períodos de silêncio na transmissão de dados. Todas as conexões internas são feitas em formato duplex.

Na fase final de desconexão do circuito, quando qualquer um dos assinantes da rede, remetente ou receptor precisa desconectar o caminho, um sinal de desconexão é enviado a todos os switches envolvidos para liberar o recurso e interromper a conexão. Esta fase também é chamada de fase de destruição no método de comutação de circuito.

Uma chave de circuito cria uma conexão temporária entre um link de entrada e um link de saída. Existem vários tipos de interruptores disponíveis com várias entradas e linhas de saída.

Geralmente, a comutação de circuitos é usada em linhas telefônicas.

Vantagens da Comutação de Circuito

O Método de Comutação de Circuito oferece grandes vantagens em casos específicos. As vantagens são as seguintes-

1. A taxa de dados é fixa e dedicada porque a conexão é estabelecida usando uma conexão física ou circuitos dedicados.
2. Como há caminhos de roteamento de transmissão dedicados envolvidos, é uma boa escolha para transmissão contínua por um longo período.
3. O atraso na transmissão de dados é insignificante. Nenhum tempo de espera está envolvido nas mudanças. Assim, os dados são transmitidos sem qualquer atraso prévio na transmissão. Esta é definitivamente uma vantagem positiva do método de Comutação de Circuito.

Desvantagens da Comutação de Circuito

Além das vantagens, a comutação de circuito também tem algumas desvantagens.

1. Esteja o canal de comunicação livre ou ocupado, o canal dedicado não pode ser usado para outra transmissão de dados.
2. Requer mais largura de banda, e a transmissão contínua oferece desperdício de largura de banda quando há um período de silêncio.
3. É altamente ineficiente ao utilizar os recursos do sistema. Não podemos usar o recurso para outra conexão, pois está alocado para toda a conversa.
4. Leva muito tempo durante o estabelecimento de links físicos entre remetentes e destinatários.

Comutação de pacotes

A comutação de pacotes é um método de transferência de dados onde os dados são divididos em pequenos pedaços de comprimentos variáveis ​​e então transmitidos para a linha da rede. Pedaços de dados são chamados de pacotes. Depois de receber esses dados ou pacotes quebrados, todos são remontados no destino, formando um arquivo completo. Devido a este método, os dados são transferidos de forma rápida e eficiente. Neste método, nenhuma pré-configuração ou reserva de recursos é necessária como o método de comutação de circuito.

Este método usa técnicas de armazenamento e encaminhamento. Portanto, cada salto armazenará o pacote primeiro e depois os encaminhará ao próximo destino de host. Cada pacote contém informações de controle, endereço de origem e endereço de destino. Devido a isso, os pacotes podem usar qualquer rota ou caminhos em uma rede existente.

Comutação de pacotes baseada em VC

A comutação de pacotes baseada em VC é um modo de comutação de pacotes em que um caminho lógico ou conexão de circuito virtual é feito entre o emissor e o receptor. VC significa Virtual Circuit. Neste modo de operação de comutação de pacotes, uma rota predefinida é criada e todos os pacotes seguirão os caminhos predefinidos. Todos os roteadores ou switches envolvidos na conexão lógica recebem um ID de Circuito Virtual exclusivo para identificar exclusivamente as conexões virtuais. Ele também tem o mesmo protocolo trifásico usado na comutação de circuito, Fase de Configuração, Fase de Transferência de Dados e Fase de Desmontagem.

Na imagem acima, 4 PCs estão conectados a uma rede de 4 switches e o fluxo de dados será comutação de pacotes no modo de circuito virtual. Como podemos ver, os interruptores estão conectados uns aos outros e compartilham o caminho de comunicação uns com os outros. Agora, no circuito virtual, uma rota predefinida precisa ser estabelecida. Se quisermos transferir dados do PC1 para o PC 4, o caminho será direcionado do SW1 para o SW2 para o SW3 e finalmente para o PC4. Esta rota é predefinida e todos os SW1, SW2, SW3 são fornecidos com um ID exclusivo para identificar os caminhos de dados, de modo que os dados são limitados pelos caminhos e não podem escolher outra rota.

Comutação de pacotes baseada em datagrama

A comutação de datagramas é completamente diferente da tecnologia de comutação de pacotes baseada em VC. Na troca de datagrama, o caminho depende dos dados. Os pacotes têm todas as informações necessárias, como endereço de origem, endereço de destino e identidade da porta, etc. Portanto, no modo de comutação de pacotes baseado em datagrama sem conexão, cada pacote é tratado independentemente. Eles podem escolher rotas diferentes e as decisões de roteamento são feitas dinamicamente quando os dados estão sendo transmitidos dentro da rede. Assim, no destino, os pacotes podem ser recebidos fora de ordem ou em qualquer sequência, não existe uma rota predefinida e a entrega garantida dos pacotes não é possível. Para proteger o recebimento de pacotes garantidos, protocolos adicionais do sistema final precisam ser configurados.

Neste modo de comutação de pacotes, não há fase de configuração, transmissão e desmontagem envolvida.

Novamente na imagem acima, 4 computadores estão conectados e estamos transferindo dados do PC1 para o PC4. Os dados contêm dois pacotes rotulados como 1 e 2. Como podemos ver, no modo Datagrama, o pacote 1 escolheu seguir o caminho SW1-SW4-SW3 enquanto o Pacote 2 escolheu o caminho de rota SW1-SW5-SW3 e finalmente alcançou PC4. Os pacotes podem escolher caminhos diferentes dependendo do tempo de atraso e do congestionamento em outros caminhos na rede de comutação de pacotes de datagrama.

Vantagens da troca de pacotes

A comutação de pacotes oferece vantagens sobre a comutação de circuitos. A rede de comutação de pacotes é projetada para superar as desvantagens do método de comutação de circuitos.

1. Eficiente em termos de largura de banda.
2. O atraso de transmissão é mínimo
3. Os pacotes ausentes podem ser detectados pelo destino.
4. Implementação econômica.
5. Confiável quando caminho ocupado ou quebra de links são detectados na rede. Os pacotes podem ser transmitidos por outros links ou podem usar um caminho diferente.

Desvantagens da troca de pacotes

A comutação de pacotes também encontra algumas desvantagens.

1. A comutação de pacotes não segue nenhuma ordem específica para transmitir os pacotes um por um.
2. A falta de pacotes ocorre em grandes transmissões de dados.
3. Cada pacote precisa ser codificado com números de sequência, endereços do receptor e do remetente e outras informações.
4. O roteamento é complexo nos nós, pois os pacotes podem seguir vários caminhos.
5. Quando o redirecionamento ocorre por algum motivo, o atraso no recebimento dos pacotes aumenta.

Diferenças entre comutação de circuitos e comutação de pacotes

Já temos uma ideia sobre quais são as diferenças entre comutação de circuitos e comutação de pacotes. Vamos ver as diferenças em um formato de tabela para melhor compreensão

Diferenças	Comutação de circuitos	Comutação de pacotes
Envolvimento de Etapas	Na comutação de circuito, a configuração trifásica é necessária para uma conversa total. Estabelecimento de conexão, transferência de dados, exclusão de conexão	No caso de Packet Switching, podemos fazer a transferência de dados diretamente.
Endereço de Destino	O endereço do caminho inteiro é fornecido pela fonte.	Cada pacote de dados conhece apenas o endereço de destino final, o caminho de roteamento depende da decisão do roteador.
Processamento de dados	O processamento de dados ocorre no sistema de origem.	O processamento de dados ocorre em nós e sistemas de origem.
Atraso uniforme entre unidades de dados	Atraso uniforme acontece.	O atraso entre as unidades de dados não é uniforme.
Confiabilidade	A comutação de circuitos é mais confiável em comparação com a comutação de pacotes	A comutação de pacotes é menos confiável em comparação com a comutação de circuitos.
Desperdício de recursos	O desperdício de recursos é alto na comutação de circuitos.	O desperdício de recursos é menor na troca de pacotes.
Técnica de armazenamento e encaminhamento	Não usa a técnica de armazenar e encaminhar	Ele usa a técnica de armazenar e encaminhar
Congestionamento	O congestionamento ocorre apenas no momento do estabelecimento da conexão.	A contestação pode ocorrer na fase de transferência de dados.
Dados de transmissão	A fonte faz a transmissão dos dados.	A transmissão de dados é feita pela fonte, roteadores.