Devre anahtarlama ve paket anahtarlamaya genel bakış

Geçiş nedir?

Modern dünyada, herkesle ya internet yoluyla ya da telefon bağlantısı ile bağlıyız. Bu devasa ağda, bir telefon görüşmesi yapıldığında veya bir web sitesine eriştiğimizde, veriler bir ağdan diğer ağa aktarılır. Basit bir web sayfasına erişmek için bile, aradığınız istenen verileri sağlamak için birçok bilgisayara (sunucuya) erişilir. İster kapalı bir ağın içinde ister büyük bir ağ segmentinde olun, Anahtarlama, farklı ağlar veya farklı bilgisayarlar arasında bilgi alışverişi yapan en önemli mekanizmadır. Geçiş, verileri veya herhangi bir dijital bilgiyi ağınıza son noktaya kadar yönlendirmenin yoludur.

İnternette devre ile ilgili her türlü bilgiyi araştırdığınızı veya elektronikte bir hobi projesi aradığınızı veya elektronikle ilgili belirli bir makale bulmak için Circuitdigest.com'u açarsanız, bilgisayar ağınızın arkasında çok sayıda veri hareketi olduğunu varsayalım. Bu hareketler, çeşitli ağ bağlantılarında çeşitli anahtarlama teknikleri kullanan ağ anahtarları tarafından yönlendirilir.

Farklı veri türleri, kendi avantajları ve dezavantajları olan farklı anahtarlama teknikleri kullanır. Üç tür anahtarlama tekniği mevcuttur: Devre Anahtarlama, Paket Anahtarlama ve Mesaj Değiştirme. Devre ve Paket Anahtarlama, bu üçü arasında en popüler olanlardır.

Devre anahtarlama

Devre anahtarlama, veri aktarımına başlamadan önce bir ağ içindeki iki istasyon arasında uçtan uca bir yolun oluşturulduğu bir anahtarlama yöntemidir.

Devre anahtarlamanın üç aşaması vardır: Devre kurulması, Verilerin aktarılması ve devre bağlantısının kesilmesi.

Devre anahtarlama yöntemi sabit bir veri hızına sahiptir ve her iki abonenin de bu sabit hızda çalışması gerekir. Devre anahtarlama, iki ayrı gönderici ve alıcı arasında özel fiziksel bağlantıların kurulduğu en basit veri iletişim yöntemidir. Bu özel bağlantıları oluşturmak için, bir dizi anahtar fiziksel bağlantılarla bağlanır.

Aşağıdaki resimde, sol taraftaki üç bilgisayar, dört devre anahtarına bağlı olarak, fiziksel bağlantılarla sağ taraftaki üç masaüstü PC'ye bağlanmıştır. Devre anahtarlama kullanılmıyorsa, çok sayıda özel hat gerektiren noktadan noktaya bağlantılarla bağlanmaları gerekir, bu sadece bağlantı maliyetini değil, aynı zamanda sistemin karmaşıklığını da artıracaktır.

Devre anahtarlama durumunda yönlendirme kararı, ağda yönlendirme yolu kurulurken verilir. Tahsis edilmiş yönlendirme yolu oluşturulduktan sonra, veriler sürekli olarak alıcı hedefe gönderilir. Bağlantı, görüşmenin sonuna kadar sürdürülür.

Devre Anahtarlama İletişiminde Üç Faz

Devre Anahtarlamada baştan sona iletişim bu formasyon kullanılarak yapılır.

Kurulum aşaması sırasında, devre anahtarlama ağında, gönderici ve alıcı arasında özel bir yönlendirme veya bağlantı yolu kurulur. Bu dönemde Uçtan Uca adresleme, kaynak adres gibi, hedef adres iki fiziksel cihaz arasında bir bağlantı oluşturmalıdır. Devre değiştirme fiziksel katmanlarda gerçekleşir.

Veri aktarımı yalnızca kurulum aşaması tamamlandıktan sonra ve yalnızca fiziksel, özel bir yol kurulduğunda gerçekleşir. Bu aşamada herhangi bir adresleme yöntemi dahil değildir. Anahtarlar, veriyi göndericiden alıcıya yönlendirmek için zaman dilimini (TDM) veya işgal edilen bandı (FDM) kullanır. Unutulmaması gereken bir husus, veri gönderiminin sürekli olduğunu ve veri aktarımında sessizlik dönemleri olabileceğidir. Tüm iç bağlantılar çift yönlü olarak yapılır.

Son Devre bağlantı kesme aşamasında, ağdaki abonelerden herhangi birinin, göndericinin veya alıcının yol bağlantısını kesmesi gerektiğinde, kaynağı serbest bırakmak ve bağlantıyı kesmek için ilgili tüm anahtarlara bir bağlantı kesme sinyali gönderilir. Bu faz, devre anahtarlama yönteminde Teardown fazı olarak da adlandırılır.

Bir Devre anahtarı, bir çıkış bağlantısı olan bir giriş bağlantısı arasında geçici bir bağlantı oluşturur. Çoklu giriş ve çıkış hatlarına sahip çeşitli anahtar türleri vardır.

Genellikle Telefon Hatlarında Devre Anahtarlama kullanılır.

Devre Anahtarlamanın Avantajları

Devre Anahtarlama Yöntemi, belirli durumlarda büyük avantajlar sağlar. Avantajlar aşağıdaki gibidir:

Veri hızı sabittir ve adanmıştır çünkü bağlantı özel fiziksel bağlantı veya devreler kullanılarak kurulur.
İlgili özel iletim yönlendirme yolları olduğundan, uzun bir süre boyunca sürekli iletim için iyi bir seçimdir.
Veri aktarım gecikmesi önemsizdir. Anahtarlarda bekleme süresi yoktur. Böylece veriler, iletimde herhangi bir gecikme olmaksızın iletilir. Bu kesinlikle Devre Anahtarlama yönteminin olumlu bir avantajıdır.

Devre Anahtarlamanın Dezavantajları

Avantajlar dışında, Devre anahtarlamanın da bazı dezavantajları vardır.

İletişim kanalı ister boş ister meşgul olsun, adanmış kanal diğer veri aktarımı için kullanılamaz.
Daha fazla bant genişliği gerektirir ve kesintisiz iletim, bir sessizlik dönemi olduğunda bant genişliği israfı sunar.
Sistem kaynağını kullanırken oldukça verimsizdir. Kaynağı, konuşmanın tamamı için ayrıldığından başka bir bağlantı için kullanamayız.
Göndericiler ve alıcılar arasında fiziksel bağlantıların kurulması çok zaman alır.

Paket değiştirme

Paket anahtarlama, verilerin küçük değişken uzunluklu parçalara bölündüğü ve ardından ağ hattına iletildiği bir veri aktarım yöntemidir. Kırık veri parçalarına paket adı verilir. Bu bozuk veri veya paketleri aldıktan sonra, hepsi hedefte yeniden birleştirilir ve böylece eksiksiz bir dosya oluşturulur. Bu yöntem sayesinde veriler hızlı ve verimli bir şekilde aktarılır. Bu yöntemde, devre anahtarlama yöntemi gibi hiçbir ön kurulum veya kaynak ayırma gerekli değildir.

Bu yöntem Depola ve İlet tekniklerini kullanır. Böylece her atlama önce paketi depolar ve ardından paketleri bir sonraki ana bilgisayar hedefine iletir. Her paket kontrol bilgilerini, kaynak adresini ve hedef adresini içerir. Bu paketler nedeniyle, mevcut bir ağdaki herhangi bir yol veya yolu kullanabilir.

VC Tabanlı Paket Anahtarlama

VC tabanlı paket anahtarlama, gönderici ve alıcı arasında mantıksal bir yol veya sanal devre bağlantısının yapıldığı bir paket anahtarlama modudur. VC, Sanal Devre anlamına gelir. Bu paket anahtarlama işlemi modunda, önceden tanımlanmış bir yol oluşturulur ve tüm paketler önceden tanımlanmış yolları takip eder. Mantıksal bağlantıya dahil olan tüm yönlendiriciler veya anahtarlar, sanal bağlantıları benzersiz şekilde tanımlamak için benzersiz bir Sanal Devre Kimliği sağlar. Ayrıca devre anahtarlama, Kurulum Aşaması, Veri Aktarım Aşaması ve Yırtma Aşamasında kullanılan aynı üç fazlı protokole sahiptir.

Yukarıdaki görüntüde, 4 PC 4 anahtarlı bir ağa bağlanmıştır ve veri akışı Sanal devre modunda paket anahtarlamalı olacaktır. Gördüğümüz gibi anahtarlar birbirine bağlı ve iletişim yolunu birbirleriyle paylaşıyor. Şimdi sanal devrede önceden tanımlanmış bir yolun oluşturulması gerekiyor. Verileri PC1'den PC 4'e aktarmak istersek, yol SW1'den SW2'ye SW3'e ve daha sonra PC4'e yönlendirilecektir. Bu rota önceden tanımlanmıştır ve Tüm SW1, SW2, SW3, veri yollarını tanımlamak için benzersiz bir kimlik ile sağlanır, bu nedenle veriler yollarla bağlanır ve başka bir rota seçemez.

Datagram Tabanlı Paket Anahtarlama

Datagram anahtarlama, VC tabanlı paket anahtarlama teknolojisinden tamamen farklıdır. Datagram anahtarlamasında, yol verilere bağlıdır. Paketler, Kaynak adresi, hedef adresi ve Bağlantı Noktası kimliği vb. Gibi gerekli tüm bilgilere sahiptir. Dolayısıyla, bağlantısız veri birimi tabanlı paket anahtarlama modunda, her paket bağımsız olarak işlenir. Farklı yollar seçebilirler ve ağ içinde veri aktarılırken yönlendirme kararları dinamik olarak alınır. Bu nedenle, hedefte paketler sıra dışı veya herhangi bir sırayla alınabilir, önceden tanımlanmış bir yol yoktur ve garantili paket teslimatı mümkün değildir. Garantili paket alımını güvence altına almak için, ek uç sistem protokollerinin yapılandırılması gerekir.

Bu paket anahtarlama modunda, herhangi bir kurulum, gönderme ve ayırma aşaması söz konusudur.

Yine yukarıdaki görüntüde 4 bilgisayar bağlı ve PC1'den PC4'e veri aktarıyoruz. Veriler 1 ve 2 olarak etiketlenmiş iki paket içerir. Gördüğümüz gibi, Datagram modunda, paket 1 SW1-SW4-SW3 yolunu izlemeyi seçerken, Paket 2 SW1-SW5-SW3 yolunu seçti ve sonunda PC4'e ulaştı. Paketler, gecikme süresine ve Datagram paket anahtarlama ağındaki diğer yollardaki tıkanıklığa bağlı olarak farklı yol seçebilir.

Paket Anahtarlamanın Avantajları

Paket anahtarlama, devre anahtarlamaya göre avantajlar sunar. Paket anahtarlama ağı, Devre Anahtarlama yönteminin dezavantajlarının üstesinden gelmek için tasarlanmıştır.

Bant genişliği açısından verimli.
İletim gecikmesi minimumdur
Eksik paketler hedef tarafından tespit edilebilir.
Uygun maliyetli uygulama.
Ağda meşgul yol veya bağlantı arızası algılandığında güvenilirdir. Paketler başka bağlantılarla iletilebilir veya farklı bir yol kullanabilir.

Paket Anahtarlamanın Dezavantajları

Paket anahtarlamanın birkaç dezavantajı da vardır.

Paket anahtarlama, paketi tek tek iletmek için herhangi bir belirli sırayı takip etmez.
Büyük veri iletiminde paket eksiktir.
Her paketin sıra numaraları, Alıcı ve Gönderici adresi ve diğer bilgilerle kodlanması gerekir.
Paketler birden çok yolu takip edebildiğinden, yönlendirme düğümlerde karmaşıktır.
Herhangi bir nedenle yeniden yönlendirme gerçekleştiğinde, paketlerin alınmasındaki gecikme artar.

Devre Anahtarlama ve Paket Anahtarlama arasındaki farklar

Devre anahtarlama ve paket anahtarlama arasındaki farkların neler olduğu hakkında zaten bir fikrimiz var. Daha iyi anlamak için bir tablo formatındaki farklılıkları görelim.

Farklılıklar	Devre anahtarlama	Paket değiştirme
Adım Katılım	Devre anahtarlamada, toplam konuşma için 3 fazlı kurulum gereklidir. Bağlantı Kurulumu, Veri Transferi, Bağlantı Kaldırma	Paket Anahtarlama durumunda doğrudan veri aktarımı yapabiliriz.
Varış noktası	Tam Yol Adresi kaynak tarafından sağlanır.	Her Veri paketi yalnızca son hedef adresini bilir, yönlendirme yolu yönlendiricinin kararına bağlıdır.
Veri işleme	Veri İşleme, Kaynak sistemde gerçekleşir.	Veri İşleme, düğümlerde ve kaynak sistemlerde gerçekleşir.
Veri Birimleri Arasında Tekdüzen Gecikme	Üniforma Gecikmesi gerçekleşir.	Veri birimleri arasındaki gecikme tekdüze değildir.
Güvenilirlik	Devre Anahtarlama, Paket Anahtarlamaya kıyasla daha güvenilirdir	Paket Anahtarlama, Devre Anahtarlamaya kıyasla daha az güvenilirdir.
Kaynak İsrafı	Devre Anahtarlamada Kaynak İsrafı yüksektir.	Paket Anahtarlamada kaynak israfı daha azdır.
Depo ve İletme Tekniği	Depola ve ilet tekniğini kullanmaz	Depola ve ilet tekniğini kullanır
Tıkanıklık	Tıkanıklık, yalnızca bağlantı Kurulma zamanında meydana gelir.	Veri aktarımı aşamasında itiraz olabilir.
İletim Verileri	Kaynak, verilerin iletimini yapar.	Verilerin iletimi kaynak, yönlendiriciler tarafından yapılır.