Comutação de Circuitos, Pacotes e Células

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A função da comutação em uma rede de comunicação se refere à alocação dos recursos da rede para possibilitar a transmissão de dados pelos diversos dispositivos conectados.

Nos primórdios da telefonia, a conexão para uma ligação telefônica era feita pela telefonista que conectava um cabo aos soquetes de entrada e saída em um painel manualmente. Porém hoje esse processo é automatizado pelo equipamento de comutação. Um processo de comutação é aquele que reserva e libera recursos de uma rede para sua utilização. As comutações de circuitos e de pacotes são usadas no sistema telefônico atual. A comutação de circuito particularmente é usada no tráfego de voz, ela é a base para o sistema telefônico tradicional, e a comutação de pacotes é usada para o tráfego de dados, sendo por sua vez, a base para a Internet e para a Voz sobre IP.

Comutação de Circuitos

É um tipo de alocação de recursos para transferência de informação que se caracteriza pela utilização permanente destes recursos durante toda a transmissão.

Na comutação de circuitos, ocorrem três fases:

  1. Estabelecimento do circuito: antes que os terminais (telefones) comecem a se comunicar, há a reserva de recurso necessário para essa comunicação, esse recurso é a largura de banda.
  2. Transferência da voz: ocorre depois do estabelecimento do circuito, com a troca de informações entre a origem e o destino.
  3. Desconexão do circuito: terminada a comunicação, a largura de banda é liberada em todos os equipamentos de comutação.

Quando se efetua uma chamada telefônica, o equipamento de comutação procura um caminho físico desde o telefone do transmissor até o telefone do receptor. Esse caminho pode conter trechos de fibra óptica ou de micro-ondas, mas a ideia básica funciona: quando a chamada telefônica é estabelecida, haverá um caminho dedicado entre as extremidades até que a ligação termine. Nesse tipo de comutação, há a garantia da taxa de transmissão, e a informação de voz chegará na mesma ordem desde o transmissor até o receptor.

Uma das propriedades mais importantes na comutação de circuitos é a necessidade de estabelecer esse caminho fim a fim antes que qualquer informação seja enviada. O tempo que o telefone do receptor leva para tocar logo depois do número discado é justamente o momento em que o sistema telefônico procura pela conexão física. Logo o sinal de chamada se propaga por todo o trajeto para que possa ser reconhecido.

Na comutação de circuitos há também a reserva de largura de banda entre as extremidades, fazendo com que a informação de voz percorra o mesmo caminho e chegue na mesma ordem. Isso é necessário para que uma conversa telefônica seja compreendida claramente pelo transmissor e pelo receptor. Mas se houver a reserva para um circuito de um determinado usuário, e ela não for usada, (o usuário permanecer em silêncio durante a ligação, por exemplo), a largura de banda desse circuito será desperdiçada. A reserva exclusiva de largura de banda para o circuito faz o sistema ineficiente, porque dificilmente os dispositivos trocam informações durante 100% do tempo em que ficam conectados. Sempre haverá tempos ociosos que não podem ser aproveitados, e a largura de banda só será liberada para outros fins quando um dos terminais encerrar a comunicação. Portanto, quando uma ligação é estabelecida, aquele que a originou é o master da conexão, caso aquele que recebeu a chamada devolva o telefone ao gancho, a ligação não se encerra.

O circuito dedicado pode ser composto por:

  • enlaces físicos dedicados;
  • canais de frequênica (canal FDM);
  • canais de tempo (canal TDM).

Características:

  • É feita uma reserva prévia de recursos ao longo de todo o caminho de comunicação;
  • Os pacotes seguem sempre o mesmo caminho que foi reservado;
  • Bom desempenho por existir uma garantia de recurso (largura de banda);
  • Há desperdício de recursos por ser reservado e pode haver momentos de ociosidade no tráfego, assim outros canais não poderão utilizar este que já está criado;
  • No caso de uma sobrecarga, em uma rede de comutação por circuitos os pedidos de novas conexões são recusados

Comutação de Pacotes

A comutação de pacotes é a técnica que envia uma mensagem de dados dividida em pequenas unidades chamadas de pacotes. Ela não exige o prévio estabelecimento de um caminho físico para a transmissão dos pacotes de dados. Os pacotes podem ser transmitidos por diferentes caminhos e chegar fora da ordem em que foram transmitidos. Por esse motivo, a comutação de pacotes é mais tolerante a falhas em relação a comutação de circuitos, pois os pacotes podem percorrer caminhos alternativos até o destino de forma a contornar os equipamentos de comutação inativos.

Nesse tipo de comutação, não há a reserva prévia de largura de banda, e assim, também não há o desperdício de recursos. A largura de banda é fornecida sob demanda, como ocorre na tecnologia VoIP.

Na comutação de pacotes é utilizado o tipo de transmissão store-and-forward. O pacote é recebido e armazenado por completo pelo equipamento e depois encaminhado para o próximo destino. Em cada um desses equipamentos, o pacote recebido tem um endereço de destino, que possibilita indicar o caminho correto para o qual ele deve ser encaminhado.

A comutação por pacotes pode ser:

  • Com ligação (circuito virtual): é estabelecido um caminho virtual fixo (sem parâmetros fixos, como na comutação de circuitos) e todos os pacotes seguirão por esse caminho. Uma grande vantagem é que oferece a garantia de entrega dos pacotes, e de uma forma ordenada. Ex: ATM (comutação de células), Frame Relay e X.25;
  • Sem ligação (datagrama): os pacotes são encaminhados independentemente, oferecendo flexibilidade e robustez superiores, já que a rede pode reajustar-se mediante a quebra de um link de transmissão de dados. É necessário enviar-se sempre o endereço de origem. Ex: endereço IP.

Características:

  • Usam os recursos de forma livre, a medida que for necessário, sem reserva prévia;
  • Utilizam a largura de banda total disponível para transferir os pacotes (otimização da largura de banda);
  • Quando a demanda é maior que os recursos oferecidos há congestionamento com uma geração de fila, podendo haver falha e perda de pacote;
  • Baixa latência;

Comparação entre comutações de circuitos e pacotes

ITEM COMUTAÇÃO DE CIRCUITOS COMUTAÇÃO DE PACOTES
Configuração de chamadas Obrigatória Não necessária
Caminho físico dedicado Sim Não
Pacotes seguem o mesmo caminho Sim Não
Pacotes chegam na mesma ordem Sim Não
Reserva da largura de banda Fixa Dinâmica
Largura de banda desperdiçada Sim Não
A falha de um equipamento é fatal Sim Não

ATM – Asynchronous Transfer Mode

Utilizada inicialmente nas Redes Digitais de Serviços Integrados Banda Larga. É uma técnica orientada à conexão.

Células em uma rede ATM são transportadas através de conexões. Uma conexão fim a fim em redes ATM é conhecida como Conexão com Canal Virtual (VCC – Virtual Channel Connection). O conceito de conexão com canal virtual é semelhante ao conceito tradicional de conexão com circuito virtual. Uma VCC é formada pela concatenação de conexões virtuais estabelecidas nos vários enlaces da rede, da origem até o destino, formando um caminho único através do qual as células são encaminhadas. Cada conexão virtual em um enlace é denominada Enlace de Canal Virtual (VCL – Virtual Channel Link).

As redes ATM têm seu próprio modelo de referência, diferente do modelo OSI e do modelo TCP/IP. O ATM é um modelo tridimensional, sendo composto não só por camadas, mas também por planos.

Características:

  • Utiliza comutação de células;
  • Largamente utilizado em backbones e interligação de redes;
  • É uma evolução da técnica de comutação de pacotes, suportando voz, dados e imagem em tempo real e em alta velocidade, operando com células de tamanho fixo.

Questões de Concursos

  1. (FCC – 2011 – TRT – 1ª REGIÃO (RJ) – Analista Judiciário – Tecnologia da Informação) Ocorrer a disputa pelo acesso somente na fase de conexão e não haver processamento nos nós intermediários são características
    a) comuns à comutação de pacotes e à comutação de células.
    b) exclusivas da comutação de pacotes.
    c) exclusivas da comutação de células.
    d) exclusivas da comutação de circuito.
    e) comuns à comutação circuitos e à comutação de células.
  2. (CESPE – 2010 – BASA – Técnico Científico – Tecnologia da Informação – Produção e Infraestrutura) Na comutação de células, existe a necessidade de se manterem as células em tamanhos variados, como estratégia para que o cabeçalho não tenha overhead muito grande.
    ( ) Certo ( ) Errado
  3. (FEPESE – 2010 – SEFAZ-SC – Auditor Fiscal da Receita Estadual – Parte III – Tecnologia da Informação) Classifique, com base nas técnicas de comutação utilizadas, as tecnologias de rede listadas abaixo.
    Técnica de Comutação
    1. Comutação de circuitos
    2. Comutação de pacotes
    3. Comutação de células
    Tecnologia de Rede
    ( ) ATM
    ( ) Ethernet
    ( ) MPLS
    ( ) Frame Relay
    Assinale a alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo.
    a) 1 – 1 – 2 – 2
    b) 1 – 2 – 3 – 2
    c) 3 – 1 – 1 – 3
    d) 3 – 2 – 1 – 3
    e) 3 – 2 – 2 – 2
  4. (FCC – 2007 – MPU – Analista de Informática – Suporte Técnico) Em relação às técnicas de comutação de pacotes, considere:
    I. Os pacotes são individualmente encaminhados entre nós da rede através de ligações de dados tipicamente partilhadas por outros nós.
    II. A comutação de pacotes tem como características marcantes a otimização da largura de banda da rede, a minimização da latência e o aumento da robustez da comunicação.
    III. A qualidade de transmissão na comutação de pacotes é assegurada pela alocação de uma fração fixa da capacidade do link para o estabelecimento de uma ligação virtual, exclusiva, entre ambos os nós, o que minimiza e até elimina a ocorrência de ruídos na comunicação.
    IV. A natureza contínua que caracteriza a comunicação de dados é um fator determinante para o emprego da técnica de comutação de pacotes, em função de sua ineficácia no tráfego de rajadas.É correto o que consta APENAS em
    a) III e IV.
    b) II, III e IV.
    c) I e IV.
    d) I, II e III.
    e) I e II.
  5. (FCC – 2009 – MPE-SE – Analista do Ministério Público – Especialidade Análise de Sistemas) A comutação de células
    a) foi desenvolvida exclusivamente para redes analógicas de serviço.
    b) suporta voz, somente.
    c) suporta voz e imagem, porém não dados.
    d) suporta voz e dados, porém não imagem.
    e) é uma técnica orientada a conexão.

Gabarito:

  1. D.
  2. Errado. A célula ATM é composta de 53 bytes, sendo 5 destinados ao cabeçalho (header) e 48 aos dados (payload).
  3. E.
  4. E.
  5. E.

Compilação feita a partir de:
– http://pt.wikipedia.org/wiki/Comutação_de_circuitos
– http://pt.wikipedia.org/wiki/Comutação_de_pacotes
– http://pt.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_Transfer_Mode
– http://penta2.ufrgs.br/rc952/trab2/atm33.html
– http://pt.scribd.com/doc/49637772/25/Comutacao-de-celulas
– http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialvoipconv/pagina_3.asp
– http://www.lsi.usp.br/~volnys/courses/redes/pdf/07COMUTA-col.pdf

Sou bacharel em Sistemas de Informação pela Estácio de Sá (Alagoas), especialista em Gestão Estratégica da Tecnologia da Informação pela Univ. Gama Filho (UGF) e pós-graduando em Gestão da Segurança da Informação pela Univ. do Sul de Santa Catarina (UNISUL). Tenho interesse por todas as áreas da informática, mas em especial em Gestão, Segurança da Informação, Ethical Hacking e Perícia Forense. Sempre disposto a receber sugestões de assuntos para criar uma postagem.

3 Responses to “Comutação de Circuitos, Pacotes e Células”

  1. Ana disse:

    Muito obrigada, me ajudou muito!

  2. regor disse:

    Ola,
    Ao explicar a comutaçao por pacotes(circuito virtual), vc o exemplifica com a tecnologia ATM. Porem, afirma q ATM pertence ‘a comutaçao por celulas na 3a questao. Poderia explicar isso melhor? Grato.

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