回線交換とパケット交換の概要

スイッチングとは何ですか？

現代の世界では、私たちはインターネットまたは電話接続のいずれかによってすべての人とつながっています。この巨大なネットワークでは、電話をかけたり、Webサイトにアクセスしたりすると、データが1つのネットワークから別のネットワークに転送されます。単純なWebページにアクセスする場合でも、多くのコンピューター（サーバー）にアクセスして、探している目的のデータを提供します。閉じたネットワーク内であろうと大規模なネットワークセグメント内であろうと、スイッチングは、異なるネットワーク間または異なるコンピューター間で情報を交換する最も重要なメカニズムです。スイッチングは、データまたはデジタル情報をエンドポイントまでネットワークに向ける方法です。

インターネットで回路関連の情報を検索したり、電子機器の趣味のプロジェクトを探している場合、またはcircuitdigest.comを開いて電子機器に関する特定の記事を見つけた場合、コンピュータネットワークの背後で多くのデータ移動が発生するとします。これらの動きは、さまざまなネットワークジャンクションでさまざまなスイッチング技術を使用しているネットワークスイッチによって指示されます。

さまざまなタイプのデータは、独自の長所と短所を持つさまざまなタイプのスイッチング技術を使用します。利用可能なスイッチング技術には、回線交換、パケット交換、メッセージ交換の3種類があります。回線とパケット交換は、これら3つの中で最も人気があります。

回線交換

回線交換は、データ転送を開始する前に、ネットワーク内の2つのステーション間にエンドツーエンドパスを作成するスイッチング方式です。

回線交換には、回線の確立、データの転送、回線の切断の3つのフェーズがあります。

回線交換方式のデータレートは固定されており、両方の加入者がこの固定レートで動作する必要があります。回線交換は、2つの個別の送信者と受信者の間に専用の物理接続が確立される最も簡単なデータ通信方法です。これらの専用接続を作成するには、一連のスイッチを物理リンクで接続します。

下の画像では、4台の回路スイッチャーに応じて、左側の3台のコンピューターが右側の3台のデスクトップPCに物理リンクで接続されています。回線交換を使用しない場合は、多数の専用回線が必要なポイントツーポイント接続で接続する必要があります。これにより、接続コストが増加するだけでなく、システムが複雑になります。

回線交換の場合、ルーティングの決定は、ネットワークでルーティングパスが確立されているときに行われます。専用ルーティングパスが確立された後、データは受信者の宛先に継続的に送信されます。接続は、会話が終了するまで維持されます。

回線交換通信の3つのフェーズ

回線交換の開始から終了までの通信は、このフォーメーションを使用して行われます-

セットアップフェーズでは、回線交換ネットワークで、送信側と受信側の間に専用のルーティングまたは接続パスが確立されます。この期間では、送信元アドレスと同様に、エンドツーエンドのアドレス指定では、宛先アドレスが2つの物理デバイス間の接続を作成する必要があります。回線交換は物理層で行われます。

データ転送は、セットアップフェーズが完了した後、物理的な専用パスが確立されたときにのみ発生します。このフェーズには、アドレス指定方法は含まれていません。スイッチは、タイムスロット（TDM）または占有帯域（FDM）を使用して、送信側から受信側にデータをルーティングします。データ送信は継続的であり、データ送信には無音の期間がある可能性があることに注意する必要があります。すべての内部接続はデュプレックス形式で行われます。

回線切断の最終段階で、ネットワーク、送信者、または受信者のいずれかの加入者がパスを切断する必要がある場合、関連するすべてのスイッチに切断信号が送信され、リソースが解放されて接続が切断されます。このフェーズは、回線交換方式ではティアダウンフェーズとも呼ばれます。

回線交換は、入力リンクと出力リンクの間に一時的な接続を作成します。複数の入力および出力ラインで使用可能なさまざまなタイプのスイッチがあります。

一般に、回線交換は電話回線で使用されます。

回線交換の利点

回線交換方式は、特定の場合に大きな利点を提供します。利点は次のとおりです-

1. 接続は専用の物理接続または回線を使用して確立されるため、データレートは固定され、専用になります。
2. 専用の伝送ルーティングパスが含まれているため、長期間にわたる連続伝送に適しています。
3. データ転送の遅延はごくわずかです。スイッチには待ち時間はありません。そのため、データは送信を事前に遅らせることなく送信されます。これは間違いなく回線交換方式のプラスの利点です。

回線交換のデメリット

利点の他に、回線交換にもいくつかの欠点があります。

1. 通信チャネルが空いているかビジーであるかにかかわらず、専用チャネルを他のデータ送信に使用することはできませんでした。
2. それはより多くの帯域幅を必要とし、無段変速機は沈黙期間があるときに帯域幅の浪費を提供します。
3. システムリソースを利用する場合、非常に非効率的です。リソースは会話全体に割り当てられているため、他の接続にリソースを使用することはできません。
4. 送信者と受信者の間に物理的なリンクを確立するには、非常に時間がかかります。

パケット交換

パケット交換は、データを可変長の小さな断片に分割してからネットワーク回線に送信するデータ転送の方法です。壊れたデータはパケットと呼ばれます。これらの壊れたデータまたはパケットを受信した後、すべてが宛先で再構築され、完全なファイルが作成されます。この方法により、データは高速かつ効率的に転送されます。この方法では、回線交換方法のように事前設定やリソース予約は必要ありません。

この方法では、ストアアンドフォワードの手法を使用します。したがって、各ホップは最初にパケットを保存してから、次のホスト宛先にパケットを転送します。各パケットには、制御情報、送信元アドレス、および宛先アドレスが含まれています。このため、パケットは既存のネットワーク内の任意のルートを使用できます。

VCベースのパケット交換

VCベースのパッケージ交換は、送信者と受信者の間で論理パスまたは仮想回線接続が行われるパケット交換のモードです。VCはVirtualCircuitの略です。このモードのパケット交換操作では、事前定義されたルートが作成され、すべてのパケットが事前定義されたパスをたどります。論理接続に関係するすべてのルーターまたはスイッチには、仮想接続を一意に識別するための一意の仮想回線IDが提供されます。また有する回線交換で使用したのと同じ三相プロトコル、セットアップフェーズ、フェーズダウンデータ転送フェーズと涙。

上の画像では、4台のPCが4スイッチネットワークに接続されており、データフローは仮想回線モードでのパケット交換になります。ご覧のとおり、スイッチは相互に接続されており、通信パスを相互に共有しています。これで、仮想回線で、事前定義されたルートを確立する必要があります。PC1からPC4にデータを転送する場合、パスはSW1からSW2、SW3に転送され、最後にPC4に転送されます。このルートは事前定義されており、すべてのSW1、SW2、SW3にはデータパスを識別するための一意のIDが提供されているため、データはパスによってバインドされ、別のルートを選択できません。

データグラムベースのパケット交換

データグラムスイッチングは、VCベースのパケットスイッチングテクノロジーとはまったく異なります。データグラムスイッチングでは、パスはデータに依存します。パケットには、送信元アドレス、宛先アドレス、ポートIDなどの必要な情報がすべて含まれています。したがって、コネクションレス型データグラムベースのパケット交換モードでは、各パケットは個別に処理されます。彼らはさまざまなルートを選択でき、データがネットワーク内で送信されているときにルーティングの決定が動的に行われます。したがって、宛先では、パケットは順不同または任意の順序で受信される可能性があり、事前定義されたルートはなく、保証されたパケット配信は不可能です。保証されたパケット受信を保護するには、追加のエンドシステムプロトコルを構成する必要があります。

このモードのパケット交換では、セットアップ、送信、およびティアダウンのフェーズは含まれません。

上の画像でも、4台のコンピューターが接続されており、PC1からPC4にデータを転送しています。データには、1と2のラベルが付いた2つのパケットが含まれています。データグラムモードでは、パケット1はSW1- SW4-SW3パスをたどることを選択しましたが、パケット2はSW1- SW5- SW3のルートパスを選択し、最終的にPC4に到達しました。パケットは、Datagramパケット交換ネットワーク内の他のパスの遅延時間と輻輳に応じて異なるパスを選択できます。

パケット交換の利点

パケット交換は、回線交換よりも優れています。パケット交換ネットワークは、回線交換方式の欠点を克服するように設計されています。

1. 帯域幅の点で効率的です。
2. 伝送遅延は最小です
3. 欠落しているパケットは、宛先によって検出できます。
4. 費用効果の高い実装。
5. ビジーパスまたはリンクの故障がネットワークで検出された場合に信頼できます。パケットは他のリンクで送信することも、別のパスを使用することもできます。

パケット交換のデメリット

パケット交換にもいくつかの欠点があります。

1. パケット交換は、パケットを1つずつ送信するための特定の順序には従いません。
2. 大量のデータ送信では、パケットの欠落が発生します。
3. 各パケットは、シーケンス番号、受信者と送信者のアドレス、およびその他の情報でエンコードする必要があります。
4. パケットは複数のパスをたどることができるため、ノードでのルーティングは複雑です。
5. 何らかの理由で再ルーティングが発生すると、パケット受信の遅延が大きくなります。

回線交換とパケット交換の違い

回線交換とパケット交換の違いについては、すでに理解しています。理解を深めるために、表形式の違いを見てみましょう-

違い	回線交換	パケット交換
ステップの関与	回線交換では、完全な会話のために3相のセットアップが必要です。 接続の確立、データ転送、接続の切断	パケット交換の場合、直接データ転送を行うことができます。
宛先アドレス	パスアドレス全体はソースから提供されます。	各データパケットは最終的な宛先アドレスのみを知っており、ルーティングパスはルーターの決定に依存します。
情報処理	データ処理はソースシステムで行われます。	データ処理はノードとソースシステムで行われます。
データユニット間の均一な遅延	均一な遅延が発生します。	データユニット間の遅延は均一ではありません。
信頼性	回線交換は、パケット交換と比較して信頼性が高い	パケット交換は、回線交換と比較して信頼性が低くなります。
資源の浪費	リソースの浪費は回線交換が多いです。	パケット交換では、リソースの浪費が少なくなります。
ストアアンドフォワードテクニック	ストアアンドフォワード技術を使用していません	ストアアンドフォワード技術を使用しています
混雑	輻輳は、接続の確立時にのみ発生します。	データ転送フェーズで競合が発生する可能性があります。
送信データ	ソースはデータの送信を行います。	データの送信は、ソースであるルーターによって行われます。