Chuyển mạch gói và Chuyển mạch kênh

Chuyển mạch gói chuyển tiếp dữ liệu dưới dạng các gói được định tuyến độc lập, chia sẻ dung lượng liên kết theo yêu cầu, trong khi chuyển mạch kênh dành riêng một đường dẫn chuyên dụng với dung lượng cố định trong suốt thời gian kết nối; hai phương pháp này đại diện cho các lựa chọn cơ bản để di chuyển dữ liệu qua mạng.

Definition

Chuyển mạch gói là một phương pháp trong đó dữ liệu được chia thành các gói được chuyển tiếp độc lập và chia sẻ dung lượng liên kết một cách thống kê; chuyển mạch kênh là một phương pháp trong đó một đường dẫn đầu cuối chuyên dụng với dung lượng được dành riêng được thiết lập trong suốt thời gian giao tiếp.

Scope

Chủ đề này so sánh hai mô hình chuyển mạch. Đối với chuyển mạch gói, nó bao gồm truyền tải lưu trữ và chuyển tiếp, ghép kênh thống kê, xếp hàng đợi, và khả năng xảy ra độ trễ và mất mát. Đối với chuyển mạch kênh, nó bao gồm thiết lập kết nối, dành riêng tài nguyên chuyên dụng, và các lược đồ ghép kênh như phân chia theo thời gian và phân chia theo tần số. Nó giải thích lý do tại sao Internet chọn chuyển mạch gói và những đánh đổi mà điều đó kéo theo. Nó không bao gồm các giao thức định tuyến tính toán đường dẫn và các thuật toán quản lý hàng đợi bên trong bộ định tuyến.

Core questions

• Truyền gói lưu trữ và chuyển tiếp hoạt động như thế nào, và nó gây ra những độ trễ nào?
• Ghép kênh thống kê là gì, và tại sao nó cải thiện việc sử dụng cho lưu lượng bùng nổ?
• Chuyển mạch kênh dành riêng tài nguyên như thế nào, và việc thiết lập kết nối bao gồm những gì?
• Trong điều kiện lưu lượng nào thì mỗi mô hình sử dụng dung lượng hiệu quả hơn?
• Tại sao Internet lại áp dụng chuyển mạch gói thay vì chuyển mạch kênh?

Key concepts

• chuyển mạch gói
• chuyển mạch kênh
• lưu trữ và chuyển tiếp
• ghép kênh thống kê
• độ trễ truyền và lan truyền
• xếp hàng đợi và mất gói
• ghép kênh phân chia theo thời gian và phân chia theo tần số
• thiết lập và hủy kết nối

Key theories

Chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp

Một bộ chuyển mạch gói nhận toàn bộ gói trước khi chuyển tiếp nó, gây ra độ trễ truyền tại mỗi chặng; các gói chia sẻ liên kết một cách thống kê, do đó việc sử dụng cao dưới tải bùng nổ nhưng độ trễ xếp hàng đợi và mất mát có thể xảy ra khi nhu cầu vượt quá dung lượng.

Chuyển mạch kênh và dành riêng tài nguyên

Chuyển mạch kênh thiết lập một đường dẫn chuyên dụng với dung lượng được đảm bảo thông qua ghép kênh phân chia theo thời gian hoặc phân chia theo tần số, mang lại hiệu suất dự đoán được mà không có tranh chấp trên mỗi gói nhưng lãng phí dung lượng dành riêng trong thời gian rảnh rỗi.

Mạng gói phân tán để đảm bảo khả năng sống sót

Công trình ban đầu về truyền thông khối tin nhắn phân tán đã lập luận rằng việc chia dữ liệu thành các gói được định tuyến độc lập qua một mạng lưới dự phòng tạo ra một mạng có thể sống sót khi mất các nút hoặc liên kết riêng lẻ, một lý do chính đằng sau chuyển mạch gói.

Clinical relevance

Việc lựa chọn giữa chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh định hình cách các mạng được cung cấp và cách chúng hoạt động dưới tải. Hiệu quả của chuyển mạch gói dưới lưu lượng bùng nổ là lý do tại sao Internet dữ liệu được xây dựng trên đó, trong khi tính dự đoán của dung lượng dành riêng giải thích việc sử dụng lâu dài chuyển mạch kênh trong mạng điện thoại truyền thống và sức hấp dẫn của các kỹ thuật dành riêng dung lượng cho các luồng nhạy cảm với độ trễ.

History

Mạng điện thoại trong lịch sử là chuyển mạch kênh, dành riêng một đường dây cho mỗi cuộc gọi. Đầu những năm 1960, Paul Baran và, độc lập, Donald Davies đã đề xuất chia dữ liệu thành các gói được định tuyến qua một mạng phân tán, với phân tích hàng đợi của Leonard Kleinrock cung cấp cơ sở lý thuyết. ARPANET đã chứng minh chuyển mạch gói ở quy mô lớn, và nó đã trở thành nền tảng của Internet hiện đại.

Key figures

• Paul Baran
• Donald Davies
• Leonard Kleinrock

Seminal works

• baran1964
• kurose2021

Frequently asked questions

Tại sao chuyển mạch gói hiệu quả hơn chuyển mạch kênh đối với dữ liệu?

Lưu lượng dữ liệu thường bùng nổ, với các khoảng thời gian yên tĩnh giữa các lần truyền. Chuyển mạch gói cho phép nhiều luồng chia sẻ dung lượng liên kết theo yêu cầu, do đó những khoảnh khắc rảnh rỗi của một luồng được sử dụng bởi luồng khác. Chuyển mạch kênh dành riêng dung lượng cho toàn bộ kết nối dù có được sử dụng hay không, điều này lãng phí dung lượng cho lưu lượng bùng nổ.

Chuyển mạch kênh có còn tồn tại không?

Có, về mặt khái niệm. Mạng điện thoại truyền thống là chuyển mạch kênh, và ý tưởng này vẫn tồn tại trong các công nghệ dành riêng dung lượng hoặc xây dựng các mạch ảo để có dịch vụ dự đoán được, độ trễ thấp. Mặc dù vậy, giọng nói hiện đại và hầu hết dữ liệu hiện nay đều chạy trên các mạng IP chuyển mạch gói.