Koncepcja Komutacji Łączy
Komutacja łączy (nazywana też komutacją kanałów lub obwodów) to jedna z podstawowych metod budowy sieci komunikacyjnych. Jej zasadą jest ustanowienie dedykowanej ścieżki komunikacyjnej z zarezerwowanymi zasobami (zwanej „łączem” lub „obwodem”) między dwiema stronami, zanim zostaną przesłane dane. Ścieżka może mieć postać fizyczną lub logiczną i pozostaje zarezerwowana na czas sesji, zapewniając stronom wyłączny dostęp do przydzielonych zasobów.
Klasycznym przykładem komutacji łączy jest tradycyjna analogowa sieć telefoniczna. Podniesienie słuchawki zajmuje pętlę abonencką, a po wybraniu numeru centrale łączą obwód utrzymywany do chwili rozłączenia. W sieciach cyfrowych odpowiednikiem takiego toru jest przydzielony kanał lub szczelina czasowa.
Trzy Fazy Komunikacji
Każda sesja komunikacyjna w sieci z komutacją łączy przebiega przez trzy odrębne, następujące po sobie fazy:
- Faza 1: Zestawianie Połączenia
Zanim zostaną przesłane dane, musi zostać ustanowiona kompletna ścieżka fizyczna lub logiczna od źródła do celu. Proces obejmuje wysłanie wiadomości sygnalizacyjnych przez sieć i zarezerwowanie kanału na każdym łączu wybranej trasy. Jeśli użytkownik A chce połączyć się z użytkownikiem B, żądanie przechodzi przez węzły sieci, takie jak centrale, a każdy z nich rezerwuje kanał wyjściowy do następnego węzła. Potwierdzenie zestawienia musi wrócić przed rozpoczęciem transferu, a gdy łącze nie może zarezerwować kanału, sygnalizacja zwalnia rezerwacje częściowe. Ta faza wprowadza opóźnienie nazywane czasem zestawiania połączenia.
- Faza 2: Transfer Danych
Gdy łącze zostanie ustanowione i potwierdzone, dane mogą być przesyłane między dwiema stronami. Przydzielone zasoby zapewniają ustaloną szybkość i przewidywalne opóźnienie, bez rywalizacji z innymi połączeniami o ten sam kanał. Poszczególne porcje danych nie muszą zawierać informacji adresowej, ponieważ trasa jest już ustalona. Ponieważ rezerwacja dotyczy całej sesji, cisza nie udostępnia kanału innemu połączeniu przed rozłączeniem.
- Faza 3: Rozłączenie Połączenia
Po zakończeniu komunikacji jedna ze stron inicjuje sygnał rozłączenia. Sygnał przechodzi przez sieć, a każdy przełącznik zwalnia stan zarezerwowanego kanału. Zasoby te stają się dostępne dla innych użytkowników przy zestawianiu nowych połączeń.
Charakterystyka: Wady i Zalety
Model komutacji łączy ma określone zalety i ograniczenia. Z tego powodu sprawdza się w wybranych zastosowaniach, a w innych wykorzystuje zasoby mniej efektywnie.
Zalety
- Gwarantowana Przepustowość: Po zestawieniu łącza przydzielona przepustowość kanału jest dostępna wyłącznie dla połączonych stron.
- Stałe i Niskie Opóźnienie: Dane podążają stałą ścieżką, a podczas transferu nie trzeba podejmować decyzji o wyborze trasy dla każdej jednostki. Opóźnienie pozostaje przewidywalne i zwykle niewielkie, co odpowiada usługom czasu rzeczywistego, takim jak głos i wideo.
- Wysoka Niezawodność: Po początkowym zestawieniu transfer danych ma ustaloną ścieżkę. Dane docierają w kolejności wysłania, bez potrzeby stosowania mechanizmów porządkujących u odbiorcy, choć sama komutacja nie eliminuje błędów transmisji.
Wady
- Niska Efektywność Wykorzystania Zasobów: Dedykowany kanał jest zarezerwowany na całą sesję, także wtedy, gdy dane nie są przesyłane, na przykład podczas ciszy w rozmowie telefonicznej. Niewykorzystana przepustowość nie może wtedy obsłużyć innych połączeń.
- Opóźnienie Zestawiania Połączenia: Transfer danych rozpoczyna się dopiero po zakończeniu sygnalizacji i rezerwacji zasobów w całej sieci. Czas tej procedury zwiększa opóźnienie początkowe.
- Blokowanie Połączeń: Jeśli na którymkolwiek łączu wybranej ścieżki nie ma wolnego kanału, zestawianie kończy się niepowodzeniem. Sygnalizacja zgłasza niedostępność obwodu lub kanału, a użytkownik telefonu może usłyszeć sygnał zajętości, nawet gdy odbiorca jest wolny.
Zastosowania Komutacji Łączy
Komutacja łączy pozostaje właściwa dla sieci, które wymagają przydzielonej przepustowości i przewidywalnego opóźnienia w komunikacji czasu rzeczywistego.
- : Tradycyjna telefonia głosowa w sieci stacjonarnej jest klasycznym przykładem komutacji łączy.
- : ISDN definiował usługi przenoszenia głosu i danych w kanałach B z komutacją łączy, zwykle o przepływności 64 kbit/s.
- : Połączenia głosowe w sieciach GSM oraz w części systemów 3G korzystają z komutacji łączy, co pozwala utrzymać przydzielone zasoby na czas rozmowy.