Введение
Цифровая сеть, в которой два узла устанавливают канал связи через сеть перед началом обмена данными.
Коммутация каналов – это метод реализации телекоммуникационной сети, в котором два сетевых узла устанавливают выделенный канал связи (канал) через сеть до начала обмена данными. Этот канал гарантирует полную пропускную способность и остается активным на протяжении всего сеанса связи. Канал функционирует так, как если бы узлы были физически соединены, подобно электрической цепи. Коммутация каналов возникла в аналоговых телефонных сетях, где сеть создавала выделенный канал между двумя телефонами на время телефонного разговора. Она отличается от коммутации сообщений и пакетной коммутации, используемых в современных цифровых сетях, в которых магистральные линии между коммутационными центрами передают данные между множеством различных узлов в виде пакетов данных без использования выделенных каналов.
Описание
Определяющим примером сети с коммутацией каналов является ранняя аналоговая телефонная сеть. Когда совершается вызов с одного телефона на другой, коммутаторы в телефонных станциях создают непрерывную проводную цепь между двумя телефонами на всё время вызова. В коммутации каналов битовая задержка остаётся постоянной во время соединения (в отличие от пакетной коммутации, где очереди пакетов могут приводить к различным и потенциально неограниченно большим задержкам передачи пакетов). Ни одна цепь не может быть ухудшена другими пользователями, поскольку она защищена от использования другими вызывающими абонентами до тех пор, пока цепь не будет освобождена и не будет установлено новое соединение. Даже если фактическая передача данных не происходит, канал остаётся зарезервированным и защищённым от других пользователей. Хотя коммутация каналов обычно используется для соединения голосовых каналов, концепция выделенного пути, сохраняющегося между двумя взаимодействующими сторонами или узлами, может быть расширена и на передачу сигнального контента, отличного от голоса. Преимущество использования коммутации каналов заключается в обеспечении непрерывной передачи без накладных расходов, связанных с пакетами, что позволяет максимально эффективно использовать доступную полосу пропускания для данной связи. Недостатком является то, что она может быть относительно неэффективной, поскольку неиспользуемая пропускная способность, гарантированная соединению, не может быть использована другими соединениями в той же сети. Кроме того, вызовы не могут быть установлены или будут прерваны, если цепь разорвана.
Звонок
Для настройки и управления вызовами (и других административных целей) возможно использование отдельного выделенного канала сигнализации от конечного узла к сети. ISDN – один из таких сервисов, использующий отдельный канал сигнализации, в то время как обычная телефонная связь (POTS) не использует его. Метод установления соединения и контроля его состояния и завершения через сеть также может использовать отдельный канал управления, как, например, в соединениях между телефонными станциями, использующими протокол сигнализации CCS7 с пакетной коммутацией для передачи информации о настройке и управлении вызовом, и TDM для передачи самих данных канала связи. Ранние телефонные станции являлись наглядным примером коммутации каналов. Абонент обращался к оператору с просьбой соединить его с другим абонентом, будь то на той же станции или через межстанционную линию и другого оператора. В результате формировалось физическое электрическое соединение между телефонами двух абонентов на время разговора. Медный провод, используемый для соединения, не мог быть использован для одновременной передачи других вызовов, даже если абоненты фактически молчали и на линии была тишина.
Альтернативы
При коммутации цепей маршрут и соответствующая полоса пропускания резервируются от источника до назначения, что делает коммутацию цепей относительно неэффективной, поскольку емкость зарезервирована независимо от того, используется ли соединение постоянно. Коммутация цепей противопоставляется коммутации сообщений и коммутации пакетов. Оба этих метода позволяют более эффективно использовать доступную полосу пропускания сети между множеством сеансов связи в типичных условиях в сетях передачи данных. Коммутация сообщений маршрутизирует сообщения целиком, перепрыгивая с узла на узел, то есть сохраняет и пересылает все сообщение. Коммутация пакетов разделяет передаваемые данные на пакеты, которые передаются по сети независимо друг от друга. Вместо того чтобы быть выделенными для одного сеанса связи, сетевые каналы используются пакетами из нескольких конкурирующих сеансов связи, что приводит к потере гарантий качества обслуживания, предоставляемых коммутацией цепей. Коммутация пакетов может быть с установлением соединения или без установления соединения, то есть основана на виртуальных каналах или дейтаграммах. Виртуальные каналы используют технологию коммутации пакетов, эмулирующую коммутацию цепей в том смысле, что соединение устанавливается до передачи каких-либо пакетов, и пакеты доставляются в порядке их отправки. Коммутация пакетов без установления соединения разделяет передаваемые данные на пакеты, называемые дейтаграммами, которые передаются по сети независимо друг от друга. Каждая дейтаграмма маркируется адресом назначения и порядковым номером для упорядочения связанных пакетов, что устраняет необходимость в выделенном пути для доставки пакета к месту назначения. Каждая дейтаграмма отправляется независимо, и каждая может быть маршрутизирована по разному пути. В пункте назначения исходное сообщение восстанавливается на основе номеров пакетов для воссоздания исходного сообщения. В результате сети коммутации пакетов дейтаграммами не требуют установления цепи и позволяют многим парам узлов одновременно общаться по одному каналу. Мультиплексирование нескольких телекоммуникационных соединений по одному физическому проводнику было возможно уже давно, но каждый канал на мультиплексированной линии либо был выделен для одного вызова в каждый момент времени, либо простаивал между вызовами.