La commutazione di pacchetto è un metodo di trasmissione dati in cui le informazioni vengono suddivise in pacchetti più piccoli e inviati in modo indipendente attraverso una rete.
Che cos'è il cambio di pacchetto?
La commutazione di pacchetto è un metodo di comunicazione di rete in cui i dati vengono suddivisi in piccole unità gestibili chiamate pacchetti prima di essere trasmessi attraverso una rete. Ogni pacchetto contiene una porzione dei dati originali, insieme a informazioni di controllo come indirizzi di destinazione e dettagli di sequenziamento, che consentono alla rete di instradarli in modo indipendente attraverso vari percorsi.
A differenza della commutazione di circuito, che stabilisce una connessione dedicata per l'intera sessione di comunicazione, la commutazione di pacchetto determina dinamicamente il percorso più efficiente per ogni pacchetto. Ciò significa che i pacchetti possono prendere percorsi diversi attraverso la rete, arrivando a destinazione in tempi diversi, dove vengono riassemblati nell'ordine corretto per ricreare il messaggio originale.
Questo metodo è altamente efficiente per l'utilizzo delle risorse di rete, poiché più trasmissioni di dati possono condividere gli stessi percorsi simultaneamente. Migliora anche la tolleranza ai guasti, poiché i pacchetti possono essere reindirizzati se una parte della rete diventa congestionata o fallisce. Per queste ragioni, la commutazione di pacchetto è diventata la tecnologia di base per la maggior parte delle reti di comunicazione moderne, tra cui Internet.
Come funziona la commutazione di pacchetto?
La commutazione di pacchetto funziona suddividendo grandi quantità di dati in unità più piccole e di dimensioni fisse chiamate pacchetti, che possono essere trasmesse indipendentemente su una rete. Ecco una ripartizione passo dopo passo di come funziona il processo:
- Segmentazione dei dati. I dati originali, come un file o un messaggio, sono divisi in pacchetti più piccoli. Ogni pacchetto contiene non solo i dati effettivi, ma anche informazioni aggiuntive come le intestazioni, che includono indirizzi di destinazione, informazioni sulla sorgente, sequenziamento e dati di controllo degli errori.
- Trasmissione di pacchetti. Una volta che i dati sono segmentati in pacchetti, ogni pacchetto viene trasmesso individualmente attraverso la rete. A differenza della commutazione di circuito, non viene stabilito alcun percorso dedicato per la sessione di comunicazione. Invece, ogni pacchetto viaggia attraverso vari nodi (router or interruttori) attraverso la rete e il percorso può variare per ognuno di essi, a seconda delle condizioni della rete, come traffico o congestione.
- Routing dinamico. I router e gli switch nella rete esaminano le informazioni di destinazione di ogni pacchetto e decidono il percorso più efficiente da seguire in un dato momento. Il percorso può cambiare dinamicamente per ogni pacchetto, a seconda dello stato corrente della rete.
- Riassemblaggio del pacchetto. Quando i pacchetti raggiungono la loro destinazione, potrebbero arrivare fuori ordine a causa dei diversi percorsi che hanno seguito. Il sistema ricevente utilizza le informazioni di sequenziamento contenute nell'intestazione di ogni pacchetto per riassemblarli nell'ordine corretto, ricostruendo i dati originali.
- Gestione degli errori e ritrasmissione. Se durante la trasmissione si perdono o si danneggiano pacchetti, i meccanismi di controllo degli errori rilevano questi problemi. Il sistema richiede la ritrasmissione dei pacchetti mancanti o danneggiati, assicurando l'integrità dei dati.
Che cosa è una rete a commutazione di pacchetto?
A rete a commutazione di pacchetto è un tipo di sistema di comunicazione digitale in cui i dati vengono suddivisi in piccoli pacchetti e inviati indipendentemente attraverso una rete. In questa rete, ogni pacchetto trasporta non solo una parte dei dati, ma anche informazioni di controllo, come l'indirizzo di destinazione, consentendone l'instradamento dinamico attraverso vari percorsi in base alle condizioni della rete. I pacchetti vengono riassemblati nel messaggio originale a destinazione. Le reti a commutazione di pacchetto sono efficienti perché consentono a più utenti di condividere la stessa infrastruttura contemporaneamente, rendendole ideali per comunicazioni ad alta velocità e scalabili come Internet.
Cos'è la perdita di pacchetti?
Perdita di pacchetti si verifica quando uno o più pacchetti di dati che viaggiano attraverso una rete non riescono a raggiungere la destinazione. Ciò può accadere a causa di congestione della rete, hardware, bug del software o interferenze del segnale nelle reti wireless. Quando si verifica una perdita di pacchetti, i dati mancanti possono causare interruzioni in applicazioni che richiedono flussi di dati continui, come videochiamate o giochi online, con conseguenti ritardi, scarsa qualità o disconnessioni temporanee. Nella maggior parte dei casi, le reti utilizzano meccanismi di rilevamento degli errori e ritrasmissione per recuperare i pacchetti persi, ma una perdita eccessiva di pacchetti può comunque degradare le prestazioni complessive e l'esperienza utente.
Tipi di commutazione di pacchetto
La commutazione di pacchetto può essere implementata in diversi modi, ognuno con il proprio approccio alla gestione della trasmissione dei dati. I principali tipi di commutazione di pacchetto (datagramma, circuito virtuale, senza connessione e orientato alla connessione) offrono vari metodi per il routing e la gestione dei pacchetti attraverso una rete. Comprendere le differenze tra questi tipi aiuta a ottimizzare le prestazioni della rete e a garantire una distribuzione affidabile dei dati in base a specifiche esigenze di comunicazione.
Commutazione di pacchetti di datagrammi
Nella commutazione di pacchetti datagram, ogni pacchetto viene trattato in modo indipendente e segue il proprio percorso attraverso la rete, senza richiedere una rotta o una connessione dedicata. I router o gli switch decidono il percorso per ogni pacchetto in modo dinamico in base alle condizioni di rete correnti come congestione e disponibilità. larghezza di bandaPoiché i pacchetti possono seguire percorsi diversi, possono arrivare fuori ordine e devono essere riassemblati a destinazione utilizzando le informazioni di sequenziamento.
La commutazione dei pacchetti datagramma è altamente efficiente e flexpossibile, in quanto consente il reindirizzamento dei pacchetti in caso di guasti della rete, ma può comportare ritardi variabili (latenza) a causa di percorsi diversi.
Commutazione di pacchetti a circuito virtuale
Nella commutazione di pacchetti a circuito virtuale, un percorso logico o "circuito virtuale" viene stabilito tra il mittente e il destinatario prima che qualsiasi pacchetto venga trasmesso. Mentre il percorso fisico può variare, tutti i pacchetti seguono lo stesso percorso prestabilito durante la sessione. Ciò garantisce che i pacchetti arrivino in ordine e con un ritardo più coerente, riducendo la necessità di un riassemblaggio complesso e di una gestione degli errori.
La commutazione di circuito virtuale fornisce un compromesso tra l'efficienza della commutazione di pacchetto e l'affidabilità della commutazione di circuito, offrendo prestazioni stabili pur continuando a utilizzare le risorse di rete in modo dinamico.
Commutazione di pacchetti senza connessione
La commutazione di pacchetto senza connessione è un tipo di commutazione di pacchetto di datagrammi in cui non viene stabilita alcuna connessione precedente tra i dispositivi comunicanti. Ogni pacchetto contiene informazioni di indirizzamento complete, consentendone l'instradamento indipendente verso la destinazione senza basarsi su un percorso predeterminato.
La commutazione di pacchetti senza connessione è altamente scalabile e utilizzata nella maggior parte delle reti moderne, inclusa Internet. Tuttavia, poiché ogni pacchetto viene gestito individualmente, potrebbe causare la consegna di pacchetti fuori ordine o l'eliminazione di pacchetti se le condizioni di rete cambiano, richiedendo la correzione degli errori o la ritrasmissione.
Commutazione di pacchetti orientata alla connessione
La commutazione di pacchetto orientata alla connessione è simile alla commutazione di circuito virtuale, in cui viene prima stabilita una connessione tra mittente e destinatario prima che inizi il trasferimento dei dati. Tutti i pacchetti seguono lo stesso percorso durante la sessione, fornendo una consegna affidabile e ordinata.
Questo metodo è spesso utilizzato in applicazioni in cui la coerenza delle prestazioni è fondamentale, come le chiamate vocali o lo streaming di contenuti multimediali. Sebbene offra prestazioni più prevedibili rispetto ai metodi senza connessione, può essere meno flexe richiedono maggiori risorse per configurare e gestire la connessione.
Commutazione di circuito vs. commutazione di pacchetto vs. commutazione di cella
Questa tabella evidenzia le differenze nella configurazione della connessione, nell'efficienza e nei casi d'uso nelle tecnologie di commutazione di circuito, pacchetto e cella.
caratteristica | Commutazione del circuito | Commutazione di pacchetto | Cambio di cella |
Configurazione della connessione | Richiede che venga stabilita una connessione dedicata prima della trasmissione. | Non è necessaria una connessione dedicata: i pacchetti vengono trasmessi in modo indipendente. | Utilizza un percorso predefinito ma trasmette celle di dimensioni fisse anziché pacchetti di dimensioni variabili. |
Metodo di trasferimento dei dati | Flusso di dati continuo su un percorso dedicato. | I dati vengono suddivisi in pacchetti che vengono trasmessi attraverso vari percorsi. | I dati vengono suddivisi in celle di dimensioni fisse e seguono un percorso definito. |
Coerenza del percorso | Percorso fisso per tutta la durata della sessione. | I pacchetti possono seguire percorsi diversi, con conseguenti ritardi variabili. | Le cellule seguono un percorso prestabilito, garantendo ordine e prevedibilità. |
EFFICIENZA | Bassa efficienza, poiché il percorso dedicato rimane riservato anche quando non è in uso. | Elevata efficienza, poiché i pacchetti condividono dinamicamente le risorse di rete. | Elevata efficienza e prevedibilità grazie alle celle di dimensioni fisse e ai percorsi di rete condivisi. |
Ritardo di trasmissione | Basso ritardo una volta stabilito il circuito, ma l'installazione può richiedere del tempo. | Ritardi variabili dovuti al routing dinamico e alla congestione della rete. | Ritardi prevedibili e uniformi dovuti a celle di dimensioni fisse e percorsi predefiniti. |
Utilizzo della larghezza di banda | Inefficiente per i dati a raffica, poiché la larghezza di banda dedicata potrebbe restare inutilizzata. | Efficiente per i dati a raffica, poiché i pacchetti vengono inviati solo quando necessario. | Utilizzo efficiente della larghezza di banda con prestazioni prevedibili grazie alla dimensione uniforme delle celle. |
L’affidabilità | Elevata affidabilità una volta stabilito il circuito; nessun riordino dei pacchetti. | Potrebbe richiedere il riordino e la ritrasmissione dei pacchetti persi o fuori ordine. | Elevata affidabilità senza riordino, poiché tutte le celle seguono lo stesso percorso. |
Utilizzo Tipico | Reti telefoniche tradizionali, chiamate vocali o video dedicate. | Internet, trasmissione dati tramite LAN e WAN, streaming video. | Reti ATM (modalità di trasferimento asincrona), comunicazione vocale e video in tempo reale. |