سوئیچینگ بسته‌ای و سوئیچینگ مداری

سوئیچینگ بسته‌ای داده‌ها را در بسته‌هایی که به طور مستقل مسیریابی می‌شوند و ظرفیت پیوند را بر اساس تقاضا به اشتراک می‌گذارند، ارسال می‌کند، در حالی که سوئیچینگ مداری یک مسیر اختصاصی با ظرفیت ثابت را برای مدت زمان یک اتصال رزرو می‌کند؛ این دو، جایگزین‌های اساسی برای انتقال داده‌ها از طریق یک شبکه را نشان می‌دهند.

Definition

سوئیچینگ بسته‌ای روشی است که در آن داده‌ها به بسته‌هایی تقسیم می‌شوند که به طور مستقل ارسال شده و ظرفیت پیوند را به صورت آماری به اشتراک می‌گذارند؛ سوئیچینگ مداری روشی است که در آن یک مسیر اختصاصی سرتاسری با ظرفیت رزرو شده برای کل مدت زمان یک ارتباط برقرار می‌شود.

Scope

این موضوع دو پارادایم سوئیچینگ را مقایسه می‌کند. برای سوئیچینگ بسته‌ای، انتقال ذخیره و ارسال، مالتی‌پلکسینگ آماری، صف‌بندی، و احتمال تأخیر و از دست دادن داده‌ها را پوشش می‌دهد. برای سوئیچینگ مداری، راه‌اندازی اتصال، رزرو منابع اختصاصی، و طرح‌های مالتی‌پلکسینگ مانند تقسیم زمانی و تقسیم فرکانسی را پوشش می‌دهد. این موضوع توضیح می‌دهد که چرا اینترنت سوئیچینگ بسته‌ای را انتخاب کرده و چه مصالحه‌هایی را به همراه دارد. پروتکل‌های مسیریابی که مسیرها را محاسبه می‌کنند و الگوریتم‌های مدیریت صف در داخل روترها را شامل نمی‌شود.

Core questions

• انتقال بسته ذخیره و ارسال چگونه کار می‌کند و چه تأخیرهایی را به همراه دارد؟
• مالتی‌پلکسینگ آماری چیست و چرا کارایی را برای ترافیک انفجاری بهبود می‌بخشد؟
• سوئیچینگ مداری چگونه منابع را رزرو می‌کند و راه‌اندازی اتصال شامل چه مواردی است؟
• تحت چه شرایط ترافیکی، هر پارادایم از ظرفیت به طور کارآمدتری استفاده می‌کند؟
• چرا اینترنت سوئیچینگ بسته‌ای را به جای سوئیچینگ مداری پذیرفت؟

Key concepts

• سوئیچینگ بسته‌ای
• سوئیچینگ مداری
• ذخیره و ارسال
• مالتی‌پلکسینگ آماری
• تأخیر انتقال و انتشار
• صف‌بندی و از دست دادن بسته
• مالتی‌پلکسینگ تقسیم زمانی و تقسیم فرکانسی
• راه‌اندازی و قطع اتصال

Key theories

سوئیچینگ بسته‌ای ذخیره و ارسال

یک سوئیچ بسته قبل از ارسال آن، کل بسته را دریافت می‌کند و در هر هاپ (hop) یک تأخیر انتقال ایجاد می‌کند؛ بسته‌ها به صورت آماری پیوندها را به اشتراک می‌گذارند، بنابراین کارایی تحت بار انفجاری بالا است اما تأخیر صف‌بندی و از دست دادن بسته می‌تواند زمانی رخ دهد که تقاضا از ظرفیت فراتر رود.

سوئیچینگ مداری و رزرو منابع

سوئیچینگ مداری یک مسیر اختصاصی با ظرفیت تضمین شده از طریق مالتی‌پلکسینگ تقسیم زمانی یا فرکانسی برقرار می‌کند، که عملکرد قابل پیش‌بینی بدون رقابت برای هر بسته را فراهم می‌کند اما ظرفیت رزرو شده را در دوره‌های بیکاری هدر می‌دهد.

شبکه‌های بسته‌ای توزیع شده برای بقا

کارهای اولیه در مورد ارتباطات بلوک پیام توزیع شده استدلال می‌کردند که تقسیم داده‌ها به بسته‌هایی که به طور مستقل از طریق یک شبکه مش (mesh) اضافی مسیریابی می‌شوند، شبکه‌ای را ایجاد می‌کند که در برابر از دست دادن گره‌ها یا پیوندهای منفرد مقاوم است، که یک دلیل اصلی پشت سوئیچینگ بسته‌ای است.

Clinical relevance

انتخاب بین سوئیچینگ بسته‌ای و مداری، نحوه تأمین منابع شبکه‌ها و رفتار آن‌ها را تحت بار شکل می‌دهد. کارایی سوئیچینگ بسته‌ای تحت ترافیک انفجاری دلیل ساختار اینترنت داده بر پایه آن است، در حالی که پیش‌بینی‌پذیری ظرفیت رزرو شده، استفاده طولانی مدت از سوئیچینگ مداری در شبکه تلفن سنتی و جذابیت تکنیک‌های رزرو ظرفیت برای جریان‌های حساس به تأخیر را توضیح می‌دهد.

History

شبکه تلفن به طور تاریخی سوئیچینگ مداری بود و برای هر تماس یک خط اختصاص می‌داد. در اوایل دهه ۱۹۶۰، پل باران و به طور مستقل، دونالد دیویس پیشنهاد کردند که داده‌ها به بسته‌هایی تقسیم شوند که از طریق یک شبکه توزیع شده مسیریابی می‌شوند، با تحلیل صف‌بندی لئونارد کلاین‌راک که مبنای نظری را فراهم می‌کرد. آرپانت (ARPANET) سوئیچینگ بسته‌ای را در مقیاس بزرگ نشان داد و این اساس اینترنت مدرن شد.

Key figures

• Paul Baran
• Donald Davies
• Leonard Kleinrock

Seminal works

• baran1964
• kurose2021

Frequently asked questions

چرا سوئیچینگ بسته‌ای برای داده‌ها کارآمدتر از سوئیچینگ مداری است؟

ترافیک داده معمولاً انفجاری است، با دوره‌های آرام بین انتقال‌ها. سوئیچینگ بسته‌ای به بسیاری از جریان‌ها اجازه می‌دهد تا ظرفیت پیوند را بر اساس تقاضا به اشتراک بگذارند، بنابراین لحظات بیکاری یک جریان توسط جریان دیگر استفاده می‌شود. سوئیچینگ مداری ظرفیت را برای کل اتصال رزرو می‌کند، چه استفاده شود و چه نشود، که برای ترافیک انفجاری ظرفیت را هدر می‌دهد.

آیا سوئیچینگ مداری هنوز وجود دارد؟

بله، از نظر مفهومی. شبکه تلفن سنتی سوئیچینگ مداری بود و این ایده در فناوری‌هایی که ظرفیت را رزرو می‌کنند یا مدارهای مجازی را برای خدمات قابل پیش‌بینی و با تأخیر کم ایجاد می‌کنند، باقی مانده است. با این حال، صدای مدرن و بیشتر داده‌ها اکنون از طریق شبکه‌های IP سوئیچینگ بسته‌ای منتقل می‌شوند.