Commutation par paquets et commutation de circuits

La commutation par paquets achemine les données sous forme de paquets routés indépendamment qui partagent la capacité de liaison à la demande, tandis que la commutation de circuits réserve un chemin dédié avec une capacité fixe pour la durée d'une connexion ; ces deux approches représentent les alternatives fondamentales pour le transfert de données à travers un réseau.

Definition

La commutation par paquets est une méthode dans laquelle les données sont divisées en paquets qui sont acheminés indépendamment et partagent la capacité de liaison de manière statistique ; la commutation de circuits est une méthode dans laquelle un chemin dédié de bout en bout avec une capacité réservée est établi pour toute la durée d'une communication.

Scope

Ce sujet compare les deux paradigmes de commutation. Pour la commutation par paquets, il couvre la transmission par stockage et retransmission (store-and-forward), le multiplexage statistique, la mise en file d'attente et la possibilité de délais et de pertes. Pour la commutation de circuits, il aborde l'établissement de la connexion, la réservation de ressources dédiées et les schémas de multiplexage tels que la division temporelle et fréquentielle. Il explique pourquoi Internet a choisi la commutation par paquets et les compromis que cela implique. Il exclut les protocoles de routage qui calculent les chemins et les algorithmes de gestion de file d'attente à l'intérieur des routeurs.

Core questions

• Comment fonctionne la transmission de paquets par stockage et retransmission (store-and-forward), et quels délais cela entraîne-t-il ?
• Qu'est-ce que le multiplexage statistique, et pourquoi améliore-t-il l'utilisation pour le trafic en rafales ?
• Comment la commutation de circuits réserve-t-elle les ressources, et qu'implique l'établissement d'une connexion ?
• Dans quelles conditions de trafic chaque paradigme utilise-t-il la capacité plus efficacement ?
• Pourquoi Internet a-t-il adopté la commutation par paquets plutôt que la commutation de circuits ?

Key concepts

• commutation par paquets
• commutation de circuits
• stockage et retransmission (store-and-forward)
• multiplexage statistique
• délai de transmission et de propagation
• mise en file d'attente et perte de paquets
• multiplexage par répartition dans le temps et par répartition en fréquence
• établissement et libération de connexion

Key theories

Commutation par paquets avec stockage et retransmission

Un commutateur de paquets reçoit un paquet entier avant de le retransmettre, introduisant un délai de transmission à chaque saut ; les paquets partagent les liaisons de manière statistique, de sorte que l'utilisation est élevée sous une charge en rafales, mais des délais de mise en file d'attente et des pertes peuvent survenir lorsque la demande dépasse la capacité.

Commutation de circuits et réservation de ressources

La commutation de circuits établit un chemin dédié avec une capacité garantie via le multiplexage par répartition dans le temps ou en fréquence, offrant des performances prévisibles sans contention par paquet, mais gaspillant la capacité réservée pendant les périodes d'inactivité.

Réseaux de paquets distribués pour la résilience

Les premiers travaux sur la communication distribuée par blocs de messages ont suggéré que la division des données en paquets acheminés indépendamment sur un maillage redondant produit un réseau qui survit à la perte de nœuds ou de liaisons individuels, une justification clé de la commutation par paquets.

Clinical relevance

Le choix entre la commutation par paquets et la commutation de circuits détermine la manière dont les réseaux sont provisionnés et comment ils se comportent sous charge. L'efficacité de la commutation par paquets pour le trafic en rafales explique pourquoi l'Internet des données est construit sur ce principe, tandis que la prévisibilité de la capacité réservée explique l'utilisation prolongée de la commutation de circuits dans le réseau téléphonique traditionnel et l'attrait des techniques de réservation de capacité pour les flux sensibles à la latence.

History

Le réseau téléphonique était historiquement basé sur la commutation de circuits, dédiant une ligne par appel. Au début des années 1960, Paul Baran et, indépendamment, Donald Davies ont proposé de diviser les données en paquets acheminés sur un réseau distribué, l'analyse de file d'attente de Leonard Kleinrock fournissant une base théorique. L'ARPANET a démontré la commutation par paquets à grande échelle, et celle-ci est devenue le fondement de l'Internet moderne.

Key figures

• Paul Baran
• Donald Davies
• Leonard Kleinrock

Seminal works

• baran1964
• kurose2021

Frequently asked questions

Pourquoi la commutation par paquets est-elle plus efficace que la commutation de circuits pour les données ?

Le trafic de données est généralement en rafales, avec des périodes de calme entre les transferts. La commutation par paquets permet à de nombreux flux de partager la capacité de liaison à la demande, de sorte que les moments d'inactivité d'un flux sont utilisés par un autre. La commutation de circuits réserve la capacité pour toute la connexion, qu'elle soit utilisée ou non, ce qui gaspille de la capacité pour le trafic en rafales.

La commutation de circuits existe-t-elle toujours ?

Oui, en concept. Le réseau téléphonique traditionnel était basé sur la commutation de circuits, et l'idée persiste dans les technologies qui réservent de la capacité ou construisent des circuits virtuels pour un service prévisible et à faible latence. Malgré cela, la voix moderne et la plupart des données transitent désormais par des réseaux IP à commutation par paquets.