Eine Übersicht über Leitungsvermittlung und Paketvermittlung

Was ist Umschalten?

In der modernen Welt sind wir mit jedem verbunden, entweder über das Internet oder über eine Telefonverbindung. In diesem riesigen Netzwerk werden die Daten beim Telefonieren oder beim Zugriff auf eine Website von einem Netzwerk zum anderen übertragen. Selbst um auf eine einfache Webseite zuzugreifen, wird auf viele Computer (Server) zugegriffen, um Ihnen die gewünschten Daten bereitzustellen, nach denen Sie suchen. Unabhängig davon, ob Sie sich in einem geschlossenen Netzwerk oder in einem großen Netzwerksegment befinden, ist Switching der wichtigste Mechanismus, mit dem Informationen zwischen verschiedenen Netzwerken oder verschiedenen Computern ausgetauscht werden. Beim Umschalten werden Daten oder digitale Informationen bis zum Endpunkt in Ihr Netzwerk geleitet.

Angenommen, Sie suchen im Internet nach Informationen zu Schaltkreisen oder nach einem Hobbyprojekt in der Elektronik. Wenn Sie Circuitdigest.com öffnen, um einen bestimmten Artikel über Elektronik zu finden, treten hinter Ihrem Computernetzwerk viele Datenbewegungen auf. Diese Bewegungen werden von den Netzwerkschaltern gesteuert, die verschiedene Schalttechniken in verschiedenen Netzwerkübergängen verwenden.

Unterschiedliche Datentypen verwenden unterschiedliche Schalttechniken, die ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Es stehen drei Arten von Vermittlungstechniken zur Verfügung: Leitungsvermittlung, Paketvermittlung und Nachrichtenvermittlung. Circuit und Packet Switching sind unter diesen drei am beliebtesten.

Schaltungsumschaltung

Die Leitungsvermittlung ist eine Vermittlungsmethode, bei der ein End-to-End-Pfad zwischen zwei Stationen innerhalb eines Netzwerks erstellt wird, bevor die Datenübertragung gestartet wird.

Das Schalten von Schaltkreisen besteht aus drei Phasen: Aufbau eines Schaltkreises, Übertragen der Daten und Trennen der Verbindung.

Das Leitungsvermittlungsverfahren hat eine feste Datenrate und beide Teilnehmer müssen mit dieser festen Rate arbeiten. Circuit Switching ist die einfachste Methode der Datenkommunikation, bei der dedizierte physische Verbindungen zwischen zwei einzelnen Sendern und Empfängern hergestellt werden. Um diese dedizierten Verbindungen herzustellen, werden eine Reihe von Switches durch physische Verbindungen verbunden.

In der folgenden Abbildung sind drei Computer auf der linken Seite mit drei Desktops-PCs auf der rechten Seite mit physischen Verbindungen verbunden, abhängig von den vier Schaltkreisen. Wenn die Leitungsvermittlung nicht verwendet wird, müssen sie mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verbunden werden, bei denen viele dedizierte Leitungen erforderlich sind, was nicht nur die Verbindungskosten erhöht, sondern auch die Komplexität des Systems erhöht.

Die Routing-Entscheidung wird im Fall einer Leitungsvermittlung getroffen, wenn der Routing-Pfad im Netzwerk eingerichtet wird. Nachdem der dedizierte Routing-Pfad eingerichtet wurde, werden die Daten kontinuierlich an das Empfängerziel gesendet. Die Verbindung bleibt bis zum Ende des Gesprächs bestehen.

Drei Phasen in der Schaltkreiskommunikation

Die Kommunikation von Anfang bis Ende in Circuit Switching erfolgt mit dieser Formation.

Während der Setup-Phase wird im Leitungsvermittlungsnetzwerk ein dedizierter Routing- oder Verbindungspfad zwischen dem Sender und dem Empfänger eingerichtet. In diesem Zeitraum muss die End-to-End-Adressierung wie die Quelladresse und die Zieladresse eine Verbindung zwischen zwei physischen Geräten herstellen. Das Schalten der Schaltung erfolgt in den physikalischen Schichten.

Die Datenübertragung erfolgt erst nach Abschluss der Einrichtungsphase und erst, wenn ein physischer, dedizierter Pfad eingerichtet wurde. In dieser Phase ist keine Adressierungsmethode beteiligt. Die Switches verwenden den Zeitschlitz (TDM) oder das belegte Band (FDM), um die Daten vom Sender zum Empfänger zu leiten. Eine Sache muss beachtet werden, dass das Senden von Daten kontinuierlich ist und es bei der Datenübertragung zu Ruhephasen kommen kann. Alle internen Verbindungen werden in Duplexform hergestellt.

In der letzten Phase der Verbindungsunterbrechung wird, wenn einer der Teilnehmer im Netzwerk, Sender oder Empfänger den Pfad trennen muss, ein Trennungssignal an alle beteiligten Switches gesendet, um die Ressource freizugeben und die Verbindung zu trennen. Diese Phase wird im Schaltkreisschaltverfahren auch als Abreißphase bezeichnet.

Ein Circuit Switch stellt eine temporäre Verbindung zwischen einer Eingangsverbindung und einer Ausgangsverbindung her. Es gibt verschiedene Arten von Schaltern mit mehreren Ein- und Ausgangsleitungen.

Im Allgemeinen wird die Leitungsvermittlung in Telefonleitungen verwendet.

Vorteile der Schaltkreisumschaltung

Das Circuit Switching-Verfahren bietet in bestimmten Fällen große Vorteile. Die Vorteile sind wie folgt:

1. Die Datenrate ist fest und dediziert, da die Verbindung über dedizierte physische Verbindungen oder Schaltungen hergestellt wird.
2. Da es sich um dedizierte Übertragungsroutingpfade handelt, ist dies eine gute Wahl für die kontinuierliche Übertragung über einen langen Zeitraum.
3. Die Datenübertragungsverzögerung ist vernachlässigbar. Bei Schaltern ist keine Wartezeit erforderlich. Die Daten werden also ohne vorherige Verzögerung bei der Übertragung übertragen. Dies ist definitiv ein positiver Vorteil der Circuit Switching-Methode.

Nachteile der Schaltkreisumschaltung

Neben den Vorteilen hat das Schalten von Schaltkreisen auch einige Nachteile.

1. Unabhängig davon, ob der Kommunikationskanal frei oder belegt ist, kann der dedizierte Kanal nicht für andere Datenübertragungen verwendet werden.
2. Es erfordert mehr Bandbreite, und die kontinuierliche Übertragung führt zu einer Verschwendung von Bandbreite, wenn eine Ruhephase vorliegt.
3. Es ist sehr ineffizient, wenn die Systemressource verwendet wird. Wir können die Ressource nicht für andere Verbindungen verwenden, da sie für die gesamte Konversation zugewiesen ist.
4. Das Herstellen physischer Verbindungen zwischen Sendern und Empfängern nimmt viel Zeit in Anspruch.

Paketvermittlung

Die Paketvermittlung ist eine Methode zur Datenübertragung, bei der die Daten in kleine Teile variabler Länge aufgeteilt und dann an die Netzwerkleitung übertragen werden. Gebrochene Daten werden als Pakete bezeichnet. Nach dem Empfang dieser fehlerhaften Daten oder Pakete werden alle am Ziel wieder zusammengesetzt und bilden so eine vollständige Datei. Durch diese Methode werden die Daten schnell und effizient übertragen. Bei dieser Methode ist keine Voreinstellung oder Ressourcenreservierung erforderlich, wie bei der Schaltungsumschaltmethode.

Diese Methode verwendet Store and Forward-Techniken. Jeder Hop speichert also zuerst das Paket und leitet die Pakete dann an das nächste Host-Ziel weiter. Jedes Paket enthält Steuerinformationen, Quelladresse und Zieladresse. Aus diesem Grund können Pakete jede Route oder jeden Pfad in einem vorhandenen Netzwerk verwenden.

VC-basierte Paketvermittlung

VC-basierte Paketvermittlung ist eine Art der Paketvermittlung, bei der eine logische Pfad- oder virtuelle Verbindungsverbindung zwischen Sender und Empfänger hergestellt wird. VC steht für Virtual Circuit. In diesem Modus der Paketvermittlungsoperation wird eine vordefinierte Route erstellt und alle Pakete folgen den vordefinierten Pfaden. Alle Router oder Switches, die an der logischen Verbindung beteiligt sind, erhalten eine eindeutige ID für virtuelle Verbindungen, um die virtuellen Verbindungen eindeutig zu identifizieren. Es hat auch das gleiche dreiphasige Protokoll, das für die Schaltkreisumschaltung, die Einrichtungsphase, die Datenübertragungsphase und die Abreißphase verwendet wird.

In der obigen Abbildung sind 4 PCs mit einem 4-Switch-Netzwerk verbunden, und der Datenfluss erfolgt über die Paketvermittlung im Modus für virtuelle Verbindungen. Wie wir sehen können, sind Switches miteinander verbunden und teilen den Kommunikationspfad miteinander. Jetzt muss in der virtuellen Verbindung eine vordefinierte Route eingerichtet werden. Wenn wir Daten von PC1 zu PC 4 übertragen möchten, wird der Pfad von SW1 zu SW2 zu SW3 und schließlich zu PC4 geleitet. Diese Route ist vordefiniert und alle SW1, SW2, SW3 erhalten eine eindeutige ID zur Identifizierung der Datenpfade, sodass die Daten an die Pfade gebunden sind und keine andere Route auswählen können.

Datagrammbasierte Paketvermittlung

Das Datagramm-Switching unterscheidet sich grundlegend von der VC-basierten Paketvermittlungstechnologie. Bei der Datagrammumschaltung ist der Pfad von den Daten abhängig. Die Pakete verfügen über alle erforderlichen Informationen wie Quelladresse, Zieladresse und Portidentität usw. Im verbindungslosen datagrammbasierten Paketvermittlungsmodus wird jedes Paket unabhängig behandelt. Sie können verschiedene Routen auswählen und die Routingentscheidungen werden dynamisch getroffen, wenn Daten innerhalb des Netzwerks übertragen werden. Am Zielort können die Pakete also nicht in der richtigen Reihenfolge oder in beliebiger Reihenfolge empfangen werden, es gibt keine vordefinierte Route und die garantierte Paketzustellung ist nicht möglich. Um einen garantierten Paketempfang zu gewährleisten, müssen zusätzliche Endsystemprotokolle konfiguriert werden.

In diesem Modus der Paketvermittlung gibt es keine Einrichtungs-, Sende- und Abschaltphase.

Auch im obigen Bild sind 4 Computer angeschlossen und wir übertragen Daten von PC1 nach PC4. Die Daten enthalten zwei Pakete, die mit 1 und 2 gekennzeichnet sind. Wie wir sehen können, hat sich Paket 1 im Datagrammmodus dafür entschieden, dem Pfad SW1-SW4-SW3 zu folgen, während Paket 2 den Routenpfad von SW1-SW5-SW3 gewählt und schließlich PC4 erreicht hat. Die Pakete können abhängig von der Verzögerungszeit und der Überlastung anderer Pfade im Datagram-Paketvermittlungsnetzwerk unterschiedliche Pfade wählen.

Vorteile der Paketvermittlung

Die Paketvermittlung bietet Vorteile gegenüber der Leitungsvermittlung. Das Paketvermittlungsnetzwerk wurde entwickelt, um die Nachteile des Circuit Switching-Verfahrens zu überwinden.

1. Effizient in Bezug auf die Bandbreite.
2. Die Übertragungsverzögerung ist minimal
3. Fehlende Pakete können vom Ziel erkannt werden.
4. Kostengünstige Implementierung.
5. Zuverlässig, wenn im Netzwerk ein Ausfall eines besetzten Pfads oder einer Verbindung festgestellt wird. Pakete können über andere Links übertragen werden oder einen anderen Pfad verwenden.

Nachteile der Paketvermittlung

Die Paketvermittlung weist auch einige Nachteile auf.

1. Die Paketvermittlung folgt keiner bestimmten Reihenfolge, um das Paket einzeln zu übertragen.
2. Paket fehlt bei der Übertragung großer Datenmengen.
3. Jedes Paket muss mit Sequenznummern, Empfänger- und Absenderadresse und anderen Informationen codiert werden.
4. Das Routing ist in den Knoten komplex, da Pakete mehreren Pfaden folgen können.
5. Wenn aus irgendeinem Grund eine Umleitung auftritt, wird die Verzögerung beim Empfangen der Pakete erhöht.

Unterschiede zwischen Circuit Switching und Packet Switching

Wir haben bereits eine Vorstellung davon, was die Unterschiede zwischen Leitungsvermittlung und Paketvermittlung sind. Lassen Sie uns die Unterschiede in einem Tabellenformat zum besseren Verständnis sehen.

Unterschiede	Schaltkreisumschaltung	Paketvermittlung
Schritte Beteiligung	Bei der Schaltkreisumschaltung ist ein 3-Phasen-Setup für das gesamte Gespräch erforderlich. Verbindungsaufbau, Datenübertragung, Verbindungsabbau	Bei der Paketvermittlung können wir die Daten direkt übertragen.
Zieladresse	Die gesamte Pfadadresse wird von der Quelle bereitgestellt.	Jedes Datenpaket kennt nur die endgültige Zieladresse, der Routing-Pfad hängt von der Entscheidung des Routers ab.
Datenverarbeitung	Die Datenverarbeitung erfolgt im Quellsystem.	Die Datenverarbeitung findet an Knoten und Quellsystemen statt.
Gleichmäßige Verzögerung zwischen Dateneinheiten	Es kommt zu einer einheitlichen Verzögerung.	Die Verzögerung zwischen Dateneinheiten ist nicht einheitlich.
Verlässlichkeit	Circuit Switching ist zuverlässiger als Packet Switching	Packet Switching ist im Vergleich zu Circuit Switching weniger zuverlässig.
Ressourcenverschwendung	Die Ressourcenverschwendung beim Circuit Switching ist hoch.	Bei der Paketvermittlung ist die Ressourcenverschwendung geringer.
Store and Forward-Technik	Es wird keine Store-and-Forward-Technik verwendet	Es verwendet Store-and-Forward-Technik
Überlastung	Eine Überlastung tritt nur zur Verbindungsaufbauzeit auf.	In der Datenübertragungsphase kann es zu einer Anfechtung kommen.
Übertragungsdaten	Die Quelle überträgt die Daten.	Die Datenübertragung erfolgt durch die Quelle, die Router.