2.1.1 Μεταγωγή κυκλώματος

Είναι σημαντικό να κατανοήσετε γιατί το Διαδίκτυο και άλλα δίκτυα υπολογιστών χρησιμοποιούν μεταγωγή πακέτου αντί της πιο παραδοσιακής τεχνολογίας μεταγωγής κυκλώματος, που χρησιμοποιείται στα τηλεφωνικά δίκτυα. Για αυτό το λόγο, θα δώσουμε τώρα μια συνοπτική περιγραφή της μεταγωγής κυκλώματος.

Εικόνα 2.1: Ένα απλό δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος

Η Εικόνα 2.1 δείχνει ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος. Σε αυτό το δίκτυο, οι τέσσερις δρομολογητές κυκλώματος διασυνδέονται με τέσσερις ζεύξεις. Καθεμία από τις ζεύξεις έχει n κυκλώματα, οπότε κάθε ζεύξη μπορεί να υποστηρίζει n ταυτόχρονες συνδέσεις. Οι υπολογιστές υπηρεσίας (για παράδειγμα, PC και σταθμοί εργασίας) συνδέονται απευθείας σε έναν από τους δρομολογητές. Όταν δύο υπολογιστές υπηρεσίας θέλουν να επικοινωνήσουν, το δίκτυο καθορίζει μια αποκλειστική σύνδεση από άκρο σε άκρο ανάμεσα στους δύο υπολογιστές υπηρεσίας. (Είναι επίσης δυνατό να υπάρχουν κλήσεις διάσκεψης, ανάμεσα σε περισσότερες από μία συσκευές. Αλλά, για να κρατήσουμε τα πράγματα απλά, ας υποθέσουμε για την ώρα ότι υπάρχουν μόνο δύο υπολογιστές υπηρεσίας για κάθε σύνδεση.) Έτσι, για να στείλει ο υπολογιστής υπηρεσίας Α μηνύματα στον υπολογιστή υπηρεσίας Β, το δίκτυο πρέπει πρώτα να δεσμεύσει ένα κύκλωμα σε κάθε μία από τις ζεύξεις. Επειδή κάθε ζεύξη έχει n κυκλώματα, για κάθε ζεύξη που χρησιμοποιείται από την από άκρο σε άκρο σύνδεση, η σύνδεση παίρνει ένα κλάσμα 1/n του εύρους ζώνης της ζεύξης για όλη τη διάρκεια της σύνδεσης.

Ένα κύκλωμα σε μια ζεύξη υλοποιείται με πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας (frequency-division multiplexing, FDM) ή με πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (time-division multiplexing, TDM). Με την FDM, το φάσμα συχνοτήτων μιας ζεύξης μοιράζεται από τις συνδέσεις που έχουν καθορισθεί επάνω στη ζεύξη. Ειδικότερα, η ζεύξη αφιερώνει μια ζώνη συχνοτήτων σε κάθε σύνδεση για τη διάρκεια της σύνδεσης. Στα τηλεφωνικά δίκτυα, αυτή η ζώνη συχνοτήτων έχει πλάτος 4 kHz (δηλαδή, 4.000 Hertz ή 4.000 κύκλους ανά δευτερόλεπτο). Το πλάτος της ζώνης ονομάζεται, φυσικά, εύρος ζώνης. Οι ραδιοφωνικοί σταθμοί FM χρησιμοποιούν επίσης FDM για να μοιράζονται το μικροκυματικό φάσμα συχνοτήτων.

Η τάση στη μοντέρνα τηλεφωνία είναι να αντικατασταθεί η FDM με TDM. Οι περισσότερες ζεύξεις στα περισσότερα τηλεφωνικά συστήματα στις αναπτυγμένες χώρες χρησιμοποιούν σήμερα TDM. Για μια ζεύξη ΤΟΜ, ο χρόνος διαιρείται σε πλαίσια σταθερής διάρκειας και κάθε πλαίσιο διαιρείται σε ένα σταθερό αριθμό χρονοθυρίδων. Όταν το δίκτυο καθορίσει μια σύνδεση επάνω σε μια ζεύξη, το δίκτυο αφιερώνει μια χρονοθυρίδα σε κάθε πλαίσιο για τη σύνδεση. Αυτές οι θυρίδες αφιερώνονται για την αποκλειστική χρήση αυτής της σύνδεσης και μια χρονοθυρίδα διατίθεται (σε κάθε πλαίσιο) για να μεταδίδει τα δεδομένα της σύνδεσης.

Εικόνα 2.2: FDM & TDM

Η Εικόνα 2.2 δείχνει τις FDM και ΤDΜ για μια συγκεκριμένη ζεύξη δικτύου, που υποστηρίζει έως τέσσερα κυκλώματα. Για FDM, ο τομέας συχνότητας τμηματοποιείται σε τέσσερις ζώνες, όπου η καθεμία έχει πλάτος 4 kHz. Για ΤΟΜ, ο τομέας χρόνου τμηματοποιείται σε πλαίσια, με τέσσερις χρονοθυρίδες σε κάθε πλαίσιο. Κάθε κύκλωμα έχει την ίδια χρονοθυρίδα σε κάθε πλαίσιο TDM. Για ΤΟΜ, ο ρυθμός μετάδοσης ενός κυκλώματος είναι ίσος με τον ρυθμό πλαισίου επί τον αριθμό των bit μέσα σε μια θυρίδα. Για παράδειγμα, αν η ζεύξη μεταδίδει 8.000 πλαίσια ανά δευτερόλεπτο και κάθε θυρίδα αποτελείται από οκτώ bit, ο ρυθμός μετάδοσης ενός κυκλώματος είναι 64 Kbps.