Un article pour comprendre la commutation de circuits, la commutation de messages et la commutation de paquets

1. Explication détaillée de la commutation de circuit

(1) Principe

(1) Une connexion doit être établie avant la communication et la connexion doit être libérée une fois la communication terminée. En d’autres termes, la communication doit comporter trois étapes : établir la connexion, communiquer et libérer la connexion.

(2) Pendant tout le processus de communication, les deux parties occupent le canal physique utilisé du début à la fin. Par conséquent, pour les communications informatiques, étant donné que les données informatiques sont en rafale, l'efficacité de la commutation de circuits est relativement faible si l'on considère le taux d'utilisation des lignes de communication. De plus, lorsque la ligne de communication occupée par les deux interlocuteurs est constituée de nombreux liens (ces liens sont connectés via plusieurs commutateurs), la communication ne peut être connectée que si chaque lien peut être connecté (chaque lien dispose de ressources de canal libres). d'autres utilisateurs, c'est-à-dire qu'il existe des ressources disponibles), l'établissement complet de la connexion peut être réalisé (même s'il n'y a qu'un seul lien sans canal libre à utiliser, l'établissement de la connexion ne peut pas être réalisé). Lorsque le volume de trafic du réseau de communication est très chargé, la commutation de circuits ne peut pas garantir que chaque appel de l'utilisateur puisse être connecté. Si la première phase d’établissement de la connexion ne peut pas être achevée, alors bien entendu la phase suivante du processus de communication ne sera pas possible. Dans le processus de communication à commutation de circuits, tant qu'un lien dans l'ensemble de la connexion (comme un certain lien ou un commutateur) tombe en panne, la connexion entière cesse d'exister, puis la communication est interrompue. Pour rétablir la communication, la connexion doit être rétablie. Si une nouvelle connexion peut être établie en contournant le lien ou le commutateur défaillant, une nouvelle communication peut commencer. Cela signifie que les systèmes à commutation de circuits ne peuvent pas se remettre automatiquement d'une panne. Mais l'un des principaux avantages de la commutation de circuits est que tant que la connexion peut être établie, la bande passante de transmission requise pour la communication entre les deux parties a été allouée et ne changera pas. C'est ce qu'on appelle l'allocation statique de la bande passante de transmission. Les deux parties communicantes peuvent occuper des ressources de communication tant qu'elles le souhaitent (pour les réseaux publics, à condition de payer conformément à la réglementation), elles ne seront pas affectées par les autres utilisateurs du réseau. En cas de congestion du réseau, les autres utilisateurs du réseau seront probablement incapables d'établir une connexion malgré des appels répétés, mais ces actions n'affecteront pas la qualité de communication des utilisateurs qui ont occupé des ressources de communication (sauf s'il y a un défaut dans le réseau de communication qui affecte la connexion actuelle pour la communication).

(2) Exemple

Vous pouvez comprendre le fonctionnement de la commutation de circuits lorsque vous passez un appel téléphonique traditionnel. Voici un exemple pour vous donner une idée du fonctionnement de la commutation de circuits :

Processus de numérotation : Supposons que vous souhaitiez appeler votre ami. Tout d’abord, vous décrochez le combiné et composez le numéro de téléphone de votre ami. À ce stade, le système téléphonique commencera la commutation de circuit.
Établir une connexion : Le numéro que vous composez est envoyé au commutateur téléphonique, qui est un appareil du réseau téléphonique auquel vous êtes connecté. Le commutateur téléphonique utilisera le numéro que vous composez, trouvera l'emplacement du téléphone de votre ami, puis tentera d'établir une connexion de circuit dédié entre votre téléphone et celui de votre ami.
Appel en cours : Une fois la connexion établie, l'appel entre vous et votre ami peut commencer. À l'heure actuelle, le circuit sur la ligne téléphonique est réservé exclusivement à vous deux, et personne d'autre ne peut parler sur ce circuit.
Fin d'appel : Lorsque vous et votre ami raccrochez, la connexion est libérée et le circuit est fermé. Cela signifie que les ressources précédemment occupées peuvent désormais être utilisées pour d'autres appels téléphoniques.

Dans cet exemple, le point clé de la commutation de circuit est qu'une connexion de circuit dédiée est établie avant le début de l'appel et reste ouverte jusqu'à la fin de l'appel. Cette méthode garantit le temps réel et la qualité des appels, mais signifie également que le circuit ne peut pas être utilisé pour d'autres appels pendant l'appel. C'est ainsi que fonctionne essentiellement la commutation de circuits, et bien que la technologie numérique et la commutation de paquets soient plus courantes dans les communications modernes, la commutation de circuits est toujours utilisée dans les réseaux téléphoniques traditionnels.

(3) Avantages

La commutation de circuits est une méthode de communication utilisée pour établir et maintenir des chemins de communication afin de transmettre des données ou de la voix entre deux ou plusieurs terminaux. Cela diffère de la commutation de paquets, qui divise les données en petits morceaux et les envoie selon des chemins incertains à travers le réseau.

Établissement d'un chemin fixe : Dans la commutation de circuits, le chemin de communication est établi avant le début de l'appel. Ce chemin est un circuit physique qui reste ouvert jusqu'à la fin de l'appel. Cela signifie que pendant l'appel, le chemin est réservé exclusivement à cet appel et ne sera pas utilisé par d'autres appels.
Allocation de ressources : dans la commutation de circuits, chaque appel doit se voir attribuer une bande passante suffisante et d'autres ressources pour garantir une bonne qualité d'appel. Cela signifie que pendant l'appel, ces ressources ne peuvent pas être utilisées pour d'autres appels.
Faible latence : le chemin de communication étant fixe, la commutation de circuits présente généralement une faible latence, ce qui signifie que les appels peuvent avoir lieu en temps réel, ce qui la rend adaptée aux applications nécessitant une réponse immédiate, telles que les appels vocaux.
Réseau téléphonique traditionnel : L'application la plus courante de la commutation de circuits est le réseau téléphonique traditionnel (PSTN, Public Switched Telephone Network). Dans ce type de réseau, les appels téléphoniques établissent une connexion de circuit via un commutateur, permettant à deux interlocuteurs de parler dans les deux sens.
Problèmes d'efficacité : la commutation de circuits présente des problèmes d'efficacité en matière d'allocation des ressources, car un circuit fixe est maintenu pendant toute la durée d'un appel, mais l'appel n'a en réalité lieu qu'une partie du temps. Cela se compare à la commutation de paquets, qui permet un partage plus flexible des ressources réseau mais peut introduire une certaine latence.

(4) Développement

Progressivement remplacés par les réseaux IP : Avec le développement des réseaux IP (Internet Protocol), de plus en plus de communications se tournent vers les communications numériques basées sur la commutation de paquets, comme les appels VoIP (Voice over Internet Protocol) et la vidéoconférence. Ces technologies sont plus flexibles et peuvent utiliser les ressources du réseau plus efficacement.

En général, la commutation de circuits est une méthode de communication traditionnelle adaptée à des scénarios d'application spécifiques, mais elle est progressivement remplacée par la commutation de paquets et les technologies de communication numérique dans les communications modernes.

2. Échange de messages

(1) Principe

La commutation de messages utilise également la technologie de stockage et de retransmission. La différence est que la commutation de messages ne divise plus les messages en groupes plus petits, mais stocke l'intégralité du message dans les nœuds du réseau et le transmet ensuite. De cette manière, l'étape de division des petits paquets est omise et le processus de réassemblage des paquets en messages au point final est éliminé. Cependant, la commutation de messages n'est pas aussi flexible que la commutation de paquets et le délai de transmission des données est important. À l’origine, l’échange de messages servait à transmettre des télégrammes. De nos jours, peu de gens envoient des télégrammes, c'est pourquoi l'échange de messages est rarement utilisé.

(2) Demande

Communication Web : HTTP (Hypertext Transfer Protocol) est un protocole d'échange de messages utilisé pour transmettre des pages Web HTML, des images, des vidéos et d'autres ressources Web entre les navigateurs Web et les serveurs Web. Lorsque vous demandez une page Web dans le navigateur, le navigateur enverra un message de requête HTTP au serveur et attendra que le serveur envoie un message de réponse contenant le contenu de la page Web.
Email : SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) est un protocole d'échange de messages utilisé pour transmettre des emails. Lorsque vous envoyez un e-mail, le client de messagerie regroupe le contenu de l'e-mail dans un message et l'envoie au serveur de messagerie via SMTP. Le serveur de messagerie transmet ensuite le message au serveur de messagerie du destinataire, et enfin, le destinataire récupère l'e-mail via le client de messagerie. .et assemblez-le dans un message lisible.
Transfert de fichiers : FTP (File Transfer Protocol) est un protocole d'échange de messages utilisé pour transférer des fichiers d'un ordinateur à un autre. Les utilisateurs peuvent utiliser un client FTP pour créer des messages de transfert de fichiers, puis télécharger ou télécharger des fichiers sur le serveur FTP.
Messagerie instantanée : dans les applications de messagerie instantanée, telles que les applications de chat et les plateformes de réseaux sociaux, les messages envoyés par les utilisateurs sont regroupés en messages puis transmis au destinataire via le réseau pour établir une communication en temps réel ou différée.
Recherche sur le Web : lorsque vous saisissez une requête dans un moteur de recherche, votre requête est regroupée dans un paquet et envoyée au serveur du moteur de recherche, et le serveur renvoie un paquet contenant les résultats de la recherche.
Appel de procédure à distance : dans l'informatique distribuée, l'échange de messages est utilisé pour effectuer un appel de procédure à distance (RPC) sur différents ordinateurs. Le client regroupe la demande d'appel dans un message, puis l'envoie au serveur distant via le réseau. Le serveur effectue l'opération demandée, regroupe le résultat dans un message et le renvoie au client.
Transmission de streaming multimédia : dans les applications de streaming audio et vidéo, telles que le streaming de musique en ligne et la diffusion vidéo en direct, les données audio et vidéo sont généralement transmises sous forme de paquets pour obtenir un streaming multimédia en temps réel.

Dans l'ensemble, l'échange de messages est une méthode de communication polyvalente qui convient à une variété d'applications, de la navigation Web et du courrier électronique à la messagerie instantanée et au streaming multimédia. Différentes applications utilisent différents protocoles d'échange de messages pour répondre à leurs besoins spécifiques. La flexibilité et l’utilisation généralisée de cette méthode de communication la rendent fondamentale dans les réseaux informatiques modernes.

3. Commutation de paquets

(1) Principe

La commutation de paquets la plus couramment utilisée aujourd'hui utilise le protocole IP sans connexion. Ce type de commutation de paquets utilise les paquets comme unité de transmission, utilise la technologie de stockage et de retransmission et ne comporte pas les deux étapes d'établissement et de libération de la connexion, il transmet donc les données rapidement. Pendant le processus de transmission des données, la bande passante de transmission est allouée dynamiquement et la liaison de communication est occupée segment par segment. Autrement dit, si la bande passante d'un certain lien est plus élevée, le taux de transmission des paquets est plus rapide ; si la bande passante d'un autre lien est inférieure, le taux de transmission est plus lent. Contrairement à la commutation de circuits, le débit de transmission est le même de la source à la destination. On peut voir que la commutation de paquets peut utiliser de manière raisonnable et efficace la bande passante de transmission de chaque liaison.

La commutation de paquets utilise un protocole de routage distribué. Lorsqu'un nœud ou une liaison du réseau tombe en panne, l'itinéraire de transmission des paquets peut être modifié de manière adaptative et dynamique afin que la transmission des données puisse continuer. Le point source de transmission des données et le point de destination de réception des données ne seront même pas conscients de la panne du réseau. Par conséquent, le réseau à commutation de paquets présente une bonne capacité de survie. La commutation de paquets présente également certains inconvénients. Par exemple, les paquets doivent être mis en file d'attente lorsqu'ils sont stockés et transmis par chaque routeur, ce qui entraînera un certain retard. De plus, comme la commutation de paquets ne peut pas garantir la bande passante requise pour la communication de bout en bout, lorsque le trafic sur le réseau de commutation de paquets augmente soudainement, une congestion peut survenir quelque part dans le réseau, prolongeant ainsi le temps de transmission des données. Lorsque la congestion du réseau est grave, l’ensemble du réseau peut être paralysé.

Un autre problème avec la commutation de paquets est que chaque paquet doit transporter des informations de contrôle, ce qui entraîne également une certaine surcharge. L’ensemble du réseau de commutation de paquets nécessite également des mécanismes de gestion et de contrôle spécialisés. Bien entendu, les réseaux à commutation de circuits nécessitent également une gestion de réseau, mais les commutateurs des réseaux à commutation de circuits ont de solides fonctions de gestion de réseau et peuvent gérer efficacement le réseau. Les routeurs des réseaux à commutation de paquets sont relativement simples et ne peuvent pas gérer l'intégralité du réseau. Un logiciel de gestion de réseau spécial doit être exécuté par un hôte spécial du réseau pour gérer l'ensemble du réseau.

Résumé (les trois sont différents)

Les avantages et les inconvénients de la commutation de circuits, de la commutation de messages et de la commutation de paquets sont expliqués ci-dessous :

(1) Commutation de circuits :

avantage:

Qualité d'appel élevée : la commutation de circuits offre généralement une qualité et une clarté d'appel élevées grâce à la bande passante fixe et aux ressources allouées lorsque l'appel est établi.
Temps réel : La commutation de circuits convient aux applications qui nécessitent une communication en temps réel, telles que les appels téléphoniques traditionnels, car une fois la connexion établie, la communication commence immédiatement.
Simple : Le principe de la commutation de circuits est relativement simple, facile à comprendre et à gérer, et convient aux réseaux téléphoniques traditionnels.
Convient à la communication point à point : la commutation de circuits connecte directement deux terminaux et convient à la communication point à point.

défaut:

Gaspillage de ressources : les ressources allouées lors d'un appel sont inutilisées lorsque l'appel est inactif, ce qui entraîne un gaspillage de ressources.
Mise à l'échelle des difficultés : difficulté de mise à l'échelle pour prendre en charge un grand nombre d'appels simultanés, en particulier dans les réseaux à grande échelle.
Ne convient pas à la transmission de données : La commutation de circuits est principalement utilisée pour la communication audio et ne convient pas à la transmission de données.

(2) Échange de messages :

avantage:

Intégrité des données : l'échange de messages garantit l'intégrité de l'ensemble du message pour éviter la perte ou l'endommagement des données.
Transmission ordonnée : les messages sont généralement transmis dans l'ordre dans lequel ils sont envoyés, garantissant ainsi que les messages sont assemblés et traités correctement à la réception.
Convient à différents types de données : Convient à différents types de données, notamment le texte, les images, l'audio et la vidéo, etc.
Large application : Largement utilisé sur Internet et LAN, y compris la communication Web, le courrier électronique, le transfert de fichiers, etc.

défaut:

Problèmes d'efficacité : par rapport à la commutation de paquets, la commutation de messages peut ne pas être suffisamment efficace pour utiliser les ressources du réseau, car l'intégralité du message doit être transmise.
Problème de latence : En raison de la nécessité d'attendre que la transmission de l'intégralité du message soit terminée, un délai important peut être introduit, ce qui ne convient pas à certaines applications temps réel.
Consommation de ressources : l'établissement et le maintien de connexions pour l'échange de paquets peuvent occuper davantage de ressources réseau.

(3) Commutation de paquets :

avantage:

Partage de ressources : la commutation de paquets permet à plusieurs communications de partager des ressources réseau en même temps, améliorant ainsi l'utilisation des ressources réseau.
Forte adaptabilité : la commutation de paquets convient à différents types de données, notamment les données, l'audio, la vidéo, etc., et est très flexible.
Évolutivité : relativement facile à mettre à l'échelle pour prendre en charge des réseaux à grande échelle et un plus grand nombre d'utilisateurs.
Adapté aux réseaux hétérogènes : Adapté aux topologies de réseau complexes connectant différents types d'appareils et de réseaux.

défaut:

Délai et gigue : la commutation de paquets peut introduire un certain retard et une gigue, ce qui ne convient pas à certaines applications nécessitant des performances extrêmement en temps réel.
Fragmentation des données : les données sont fragmentées en petits paquets, qui peuvent devoir être réassemblés à la réception, ce qui peut introduire une complexité supplémentaire.
Ne convient pas aux exigences de faible latence et de bande passante élevée : pour certaines applications ayant des exigences de faible latence et de bande passante élevées, telles que la transmission vidéo haute définition, la commutation de paquets peut nécessiter plus de bande passante et de ressources.