Comutarea circuitelor este o metoda de implementare a unei retele de telecomunicatii in care doua noduri de retea stabilesc un canal de comunicatii dedicat (circuit) prin retea inainte ca nodurile sa poata comunica. Circuitul garanteaza intreaga latime de banda a canalului si ramane conectat pe toata durata sesiunii de comunicare. Circuitul functioneaza ca si cum nodurile ar fi conectate fizic ca la un circuit electric.
Comutarea circuitelor a aparut in retelele telefonice analogice in care reteaua a creat un circuit dedicat intre doua telefoane, pe durata unui apel telefonic. Aceasta contrasteaza cu comutarea de mesaje si comutarea de pachete utilizate in retelele digitale moderne in care liniile principale dintre centrele de comutare transporta date intre multe noduri diferite, sub forma de pachete de date fara circuite dedicate.
Descriere
Exemplul definitoriu al unei retele cu comutare de circuite este reteaua telefonica analogica timpurie. Cand se efectueaza un apel de la un telefon la altul, comutatoarele din cadrul centralelor telefonice creeaza un circuit de fir continuu intre cele doua telefoane, atata timp cat dureaza apelul.
In comutarea circuitelor, intarzierea de biti este constanta in timpul unei conexiuni (spre deosebire de comutarea de pachete, unde cozile de pachete pot cauza intarzieri variabile si potentiale nedefinite la transferul de pachete). Chiar daca nu are loc comunicarea reala, canalul nu ramane rezervat si protejat de utilizatorii concurenti.
In timp ce comutarea circuitelor este folosita in mod obisnuit pentru conectarea circuitelor de voce, conceptul unei cai dedicate care persista intre doua parti sau noduri care comunica poate fi extins la continutul semnalului, altul decat voce.
Avantajul utilizarii comutarii circuitelor este ca asigura transferul continuu fara supraincarcare asociata pachetelor, utilizand la maximum latimea de banda disponibila pentru acea comunicare. Un dezavantaj este ca poate fi relativ ineficient deoarece capacitatea neutilizata garantata unei conexiuni, nu poate fi utilizata de alte conexiuni din aceeasi retea. In plus, apelurile nu pot fi stabilizate sau vor fi abandonate daca circuitul este intrerupt.
Apelul
Pentru configurarea si controlul apelurilor (si in alte scopuri administrative), este posibil sa se utilizeze un canal de semnalizare dedicat separat de la nodul final la retea. ISDN este un astfel de serviciu de ingrijire a unui canal de semnalizare separat, in timp ce serviciul de telefonie vechi simplu (POTS) nu.
Metoda de stabilire a conexiunii si de monitorizare a progresului si incheierii prin intermediul retelei poate utiliza, de asemenea, un canal de control separat, ca in cazul legilor centralele telefonice dintre care utilizeaza protocolul de semnalizare cu comutare de pachete CCS7 pentru a comunica informatiile de configurare si control a apelului si a folosit TDM pentru a transporta datele reale ale circuitului.
Primele centrale telefonice au fost un exemplu potrivit de comutare de circuite. Abonatul i-ar cere operatorului sa se conecteze la un alt abonat, fie pe aceeasi centrala, fie printr-o legatura intercentrala si un alt operator. Rezultatul a fost o conexiune electrica fizica intre telefoanele celor doi abonati pe toata durata convorbirii. Firul de cupru folosit pentru conexiune nu putea fi folosit pentru a transporta alte apeluri in acelasi timp, chiar daca abonatii de fapt nu vorbeau si linia era tacuta.
Alternativa
In comutarea circuitelor, ruta si latimea de banda sunt rezervate la sursa la destinatia asociata, facand comutarea circuitului relativ ineficienta, capacitatea fiind rezervata indiferent daca conexiunea este sau nu in utilizare continua. Comutarea circuitelor contrasteaza cu comutarea mesajelor si comutarea pachetelor. Ambele metode pot folosi mai bine latimea de banda disponibila a retelei intre mai multe sesiuni de comunicare, in conditii tipice, in retelele de comunicatii de date.
Comutarea mesajelor directioneaza mesajele in intregime, cate un salt, adica stocheaza si redirectioneaza intregul mesaj. Comutarea de pachete imparte datele care trebuie transmise in pachete transmise prin retea in mod independent. In loc sa fie dedicat unei singure sesiuni de comunicare la un moment dat, legaturile de retea sunt partajate de pachete din mai multe sesiuni de comunicatii concurente, ceea ce duce la pierderea garantiilor de calitate a serviciului oferit de comutarea circuitelor.
Comutarea de pachete se poate baza pe comunicarea orientata spre conexiune sau pe comunicarea fara conexiune, adica bazat pe circuite virtuale sau datagrame.
Circuitele virtuale folosesc tehnologia de comutare de pachete care emuleaza comutarea circuitelor, in sensul ca o conexiune este stabilita inainte ca orice pachet sa fie transferat, iar pachetele sunt livrate in ordine.
Comutarea de pachete fara conexiune, imparte datele care trebuie transmise in pachete, numite datagrame, care sunt mai apoi transmise prin retea in mod independent. Fiecare datagrama este etichetata cu destinatia sa si un numar de secventa pentru comandarea pachetelor aferente, excluzand necesitatea unei cai dedicate pentru a ajuta pachetul sa-si gaseasca drumul catre destinatie. Fiecare datagrama este expediata independent si fiecare poate fi directionata printr-o cale diferita.
La destinatie, mesajul original este reordonat pe baza numarului pachetului, pentru a reproduce mesajul original. Ca rezultat, retelele de comutare de pachete de datagrame nu necesita stabilitatea unui circuit si permit multor perechi sa comunice simultan pe acelasi canal.
Multiplexarea conexiunilor multiple de telecomunicatii pe conductor fizic a fost posibila mult timp, dar fiecare canal de legatura multiplexata a fost fie dedicat unui apel la un moment dat, fie era inactiv intre apeluri.
Exemple de retele cu comutare de circuite
- Retea telefonica publica comutata (PSTN)
- Canalul B al ISDN
- Servicii de date cu comutare de circuite (CSD) si date cu comutare de circuite de mare viteza (HSCSD) in sistemele celulare, cum ar fi GSM
- Kit de date
- X.21 (Utilizat in reteaua de date cu comutare de circuite DATEX-L germana si scandinava DATEX)
- Retea de plasa optica
Reteaua Clos
In domeniul telecomunicatiilor, o retea Clos este un fel de retea de comutare a circuitelor in mai multe etape care reprezinta o idealizare teoretica a sistemelor practice de comutare in mai multe etape. A fost inventat de Edson Erwin in 1938 si oficializat pentru prima data de Charles Clos (pronuntat “Clo” in fanceza), in 1952.
Prin adaugarea de etape, o retea Clos reduce numarul de puncte de incrucisare necesare pentru a compune un comutator mare transversal. O topologie de retea Clos este parametrizata prin trei numere intregi n, m si r: n reprezinta numarul de surse care alimenteaza fiecare dintre cele r comutatoare transversale ale etapei de intrare; fiecare comutator cu bara transversala de intrare are m prize; si exista m comutatoare de bara transversala.
Comutarea circuitelor aranjeaza o cale de comunicatii dedicata pentru o conexiune intre punctele finale pe durata conexiunii. Acest lucru sacrifica latimea de banda totala disponibila daca conexiunile dedicate sunt slab utilizate, dar face conexiunea si latimea de banda mai previzibile si introduce controlul general numai atunci cand conexiunile sunt initiate, mai degraba decat cu fiecare pachet gestionat, ca in retelele moderne cu comutare de pachete.
Cand a fost conceputa pentru prima data reteaua Clos, numarul de puncte de incrucisare a fost o buna aproximare a costului total al sistemului de comutare. Desi acest lucru a fost important pentru barele transversale electromecanice, a devenit mai putin relevant odata cu aparitia VLSI, in care interconexiunile puteau fi implementate fie direct in siliciu, fie intr-un grup relativ mic de placi. Odata cu aparitia centrelor de date complexe, cu structuri de interconectare uriase, fiecare bazat pe legaturi de fibra optica, retelele Clos si-au recastigat importanta. Un subtip de retea Clos, reteaua Beneš, a gasit, de asemenea, aplicatii recente in invatarea automata.
Topologie
Retelele Clos au trei etape: etapa de intrare, etapa de mijloc si etapa de iesire. Fiecare etapa este alcatuita dintr-un numar de comutatoare transversale, adesea numite doar bare transversale. Reteaua implementeaza un amestec perfect r-way intre etape. Fiecare apel care intra intr-un comutator de bara transversala de intrare, poate fi directionat prin oricare dintre comutatoarele de bara transversala disponibile in treapta mijlocie, catre comutatorul de bara transversala de iesire relevant. O bara transversala a treptei din mijloc este disponibila pentru un anumit apel nou, daca atat legatura care conecteaza comutatorul de intrare la comutatorul treptei din mijloc, cat si legatura care conecteaza comutatorul treptei din mijloc la comutatorul de iesire, sunt libere.
Caracteristici de blocare
Valorile relative ale lui m si n definesc caracteristicile de blocare ale retelei Clos.
Comutare determinata de timp
In retelele de telecomunicatii si calculatoare, comutarea determinata de timp (TDS) este o implementare a variantei de timp nod cu nod a comutarii circuitelor, in care datagrama care se propaga este mai scurta in spatiu decat distanta dintre sursa si destinatie. Cu TDS nu mai este necesar sa detii un circuit complet intre sursa si destinatie, ci doar fractiunea de circuit in care se afla temporar datagrama care se propaga. TDS adauga flexibilitate si capacitate retelelor cu comutare de circuite, dar necesita o sincronizare precisa intre noduri si propagarea datagramelor.
Datagramele sunt formatate in functie de programe care depind de calitatea serviciului si disponibilitatea nodurilor de comutare si a legaturilor fizice. Respectarea dimensiunii de timp adaugate pentru comutarea circuitelor introduce o complexitate suplimentara gestionarii retelei. La fel ca si in comutarea circuitelor, TDS functioneaza fara buffere si procesare antet, conform principiului de transmitere a conductei; prin urmare, o implementare integrala optica cu fibre optice si comutatoare optice, este posibila cu costuri reduse.
Conceptul TDS in sine este aplicabil si aduce anumite avantaje tehnologiilor existente de comutare a datelor, inclusiv comutarea de pachete, unde pachetele sau seturile de pachete devin datagramele care sunt directionate prin retea.
