回線交換

回線交換は、2つのネットワークノードが通信する前にネットワークを介して専用の通信チャネル（回線）を確立する通信ネットワークを実装する方法です。回線はチャネルの全帯域幅を保証し、通信セッションの期間中は接続されたままになります。^{[1]回線は、ノードが}電気回路のように物理的に接続されているかのように機能します。

回線交換は、アナログ電話ネットワークで始まり、ネットワークは通話中に2台の電話機の間に専用回線を作成します。 [ ^2]これは、交換センター間のトランクラインが専用回線なしでデータパケットの形式で多くの異なるノード間でデータを伝送する、現代のデジタルネットワークで使用されるメッセージ交換およびパケット交換とは対照的です。

説明

回線交換ネットワークの代表的な例は、初期のアナログ電話ネットワークです。1台の電話機から別の電話機に電話をかけると、電話交換機内のスイッチが、通話が続く限り、2 台の電話機の間に連続した有線回線を作成します。

回線交換では、接続中のビット遅延は一定です (パケット交換では、パケットキューによってパケット転送の遅延が変動し、場合によっては無限に長くなる可能性があります)。回線が解放され、新しい接続が確立されるまで、回線は他の呼び出し元による使用から保護されるため、競合するユーザーによって回線の性能が低下することはありません。実際の通信が行われていない場合でも、チャネルは予約されたままで、競合するユーザーから保護されます。

回線交換は音声回線の接続によく使用されますが、通信する 2 つの当事者またはノード間に専用パスが持続するという概念は、音声以外の信号コンテンツにも拡張できます。回線交換を使用する利点は、パケットに関連するオーバーヘッドなしで連続転送が可能であり、その通信に使用可能な帯域幅を最大限に活用できることです。欠点の 1 つは、接続に保証された未使用の容量を同じネットワーク上の他の接続で使用できないため、比較的効率が悪い可能性があることです。さらに、回線が切断されると、通話を確立できないか、切断されます。

呼び出し

通話のセットアップと制御 (およびその他の管理目的)のために、エンドノードからネットワークへの別の専用シグナリングチャネルを使用できます。ISDNは別のシグナリングチャネルを使用するサービスですが、従来の一般電話サービス(POTS)では使用されません。

接続を確立し、ネットワークを通じてその進行状況と終了を監視する方法は、CCS7パケット交換シグナリングプロトコルを使用して通話設定と制御情報を通信し、TDM を使用して実際の回線データを転送する電話交換機間のリンクの場合のように、別の制御チャネルを使用することもできます。

初期の電話交換機は、回線交換の好例です。加入者は、同じ交換機内または交換機間リンクと別の交換機を介して、別の加入者に接続するよう交換機オペレーターに依頼します。その結果、通話中は 2 人の加入者の電話機が物理的に電気的に接続されます。接続に使用された銅線は、加入者が実際に通話しておらず回線が無音であっても、同時に他の通話を伝送するために使用することはできませんでした。

代替案

回線交換では、経路とそれに関連する帯域幅が送信元から送信先まで予約されるため、接続が継続的に使用されているかどうかに関係なく容量が予約されるため、回線交換は比較的非効率的です。回線交換は、メッセージ交換やパケット交換とは対照的です。^[3]これらの方法は両方とも、データ通信ネットワークの一般的な条件下で、複数の通信セッション間で利用可能なネットワーク帯域幅をより有効に活用できます。

メッセージ交換では、メッセージ全体を 1 ホップずつルーティングします。つまり、メッセージ全体を保存して転送します。パケット交換では、送信するデータをパケットに分割し、ネットワークを介して個別に送信します。一度に 1 つの通信セッション専用にするのではなく、ネットワークリンクは複数の競合する通信セッションのパケットによって共有されるため、回線交換によって提供されるサービス品質の保証が失われます。

パケット交換は、コネクション指向通信またはコネクションレス通信、つまり仮想回線またはデータグラムに基づく通信に基づくことができます。

仮想回線は、パケットが転送される前に接続が確立され、パケットが順番に配信されるという意味で、回線交換をエミュレートするパケット交換テクノロジを使用します。

コネクションレスパケットスイッチングでは、送信するデータをデータグラムと呼ばれるパケットに分割し、ネットワークを通じて独立して送信します。各データグラムには、宛先と、関連するパケットを順序付けるためのシーケンス番号が付けられるため、パケットが宛先に到達するまでの専用パスは必要ありません。各データグラムは独立して送信され、それぞれが異なるパスを経由してルーティングされる場合があります。宛先では、元のメッセージがパケット番号に基づいて並べ替えられ、元のメッセージが再現されます。その結果、データグラムパケットスイッチングネットワークでは回線を確立する必要がなく、多数のノードペアが同じチャネル上で同時に通信できます。

同じ物理導体上で複数の通信接続を多重化することは以前から可能でしたが、多重化されたリンク上の各チャネルは、一度に 1 つの通話専用であるか、通話間でアイドル状態でした。

回線交換ネットワークの例

公衆交換電話網(PSTN)
ISDNのBチャネル
GSMなどの携帯電話システムにおける回線交換データ（CSD）および高速回線交換データ（HSCSD）サービス
データキット
X.21 (ドイツの DATEX-L およびスカンジナビアの DATEX 回線交換データネットワークで使用)
光メッシュネットワーク

参照

参考文献

^ Schneps-Schneppe, MA (2015-01-01). 「回路スイッチングが復活？」. Automatic Control and Computer Sciences . 49 (1): 57–65. doi :10.3103/S0146411615010083. ISSN 0146-4116. S2CID 15237860.
^ メトカーフ、ロバート M. (1973 年 5 月)。「パケット通信」。ケンブリッジ: MIT: 1–1、1–2。たとえば、電話をかけると、電話システムは、利用可能な電話ケーブル (回線) をエンドツーエンドで接続して、あなたと通話相手の間に電気パスを確立します。「接続」を完了するために、電話システムの交換機 (交換ノード) は、回線の形でケーブルマイルを割り当て、通話中はこの割り当てを維持します。したがって、回線交換では、回線は接続を運ぶために割り当てられます。純粋な回線交換では、接続を確立するには、端から端までの連続パスをつなぎ合わせるために、多数の離れた交換ノードが必要です。そして、接続が存続している間、その構成回線は会話を運ぶために専念します。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
^ デイヴィス、ドナルド・ワッツ（1979）。コンピュータネットワークとそのプロトコル。インターネットアーカイブ。チチェスター、[英語];ニューヨーク：ワイリー。pp.456–477。ISBN 9780471997504。

外部リンク

ネットヘッズ対ベルヘッズスティーブ・スタインバーグ著
バージニア大学
RFC 3439 インターネットアーキテクチャのガイドラインと哲学

[1] Schneps-Schneppe, MA (2015-01-01). 「回路スイッチングが復活？」. Automatic Control and Computer Sciences . 49 (1): 57–65. doi :10.3103/S0146411615010083. ISSN 0146-4116. S2CID 15237860.

[2] メトカーフ、ロバート M. (1973 年 5 月)。「パケット通信」。ケンブリッジ: MIT: 1–1、1–2。たとえば、電話をかけると、電話システムは、利用可能な電話ケーブル (回線) をエンドツーエンドで接続して、あなたと通話相手の間に電気パスを確立します。「接続」を完了するために、電話システムの交換機 (交換ノード) は、回線の形でケーブルマイルを割り当て、通話中はこの割り当てを維持します。したがって、回線交換では、回線は接続を運ぶために割り当てられます。純粋な回線交換では、接続を確立するには、端から端までの連続パスをつなぎ合わせるために、多数の離れた交換ノードが必要です。そして、接続が存続している間、その構成回線は会話を運ぶために専念します。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です

[:4-3] デイヴィス、ドナルド・ワッツ（1979）。コンピュータネットワークとそのプロトコル。インターネットアーカイブ。チチェスター、[英語];ニューヨーク：ワイリー。pp.456–477。ISBN 9780471997504。