Comutação de Circuitos e Pacotes

Quando falamos em multiplexação, estávamos analisando o que ocorre com um enlace isoladamente, e procurando a melhor forma de utilizá-lo. Mas, quando pensamos em uma rede, na maioria das vezes, a origem e o destino de uma comunicação estão separados por diversos equipamentos e, consequentemente, por diversos enlaces.

Desse modo, as informações transmitidas precisam atravessar diversos equipamentos e enlaces até atingir o destino desejado. A forma como esses recursos intermediários são alocados para permitir a comunicação é chamada de comutação, e pode ser de dois tipos: comutação de circuitos e comutação de pacotes. Vejamos cada uma delas.

Comutação de Circuitos

Na comutação de circuitos, um caminho dedicado (ou exclusivo) é estabelecido da origem até o destino. Para isso, são alocados recursos nos equipamentos e também é reservada banda de rede em cada enlace do caminho, de modo a garantir a taxa de transmissão desejada. A comunicação de um circuito envolve três fases, descritas a seguir:

O caminho dedicado entre a origem e o destino pode ser, realmente, um caminho físico, onde chaves nos intermediários fecham um circuito ligando duas portas no momento da conexão. Mas, o caminho, normalmente, é formado por canais criados a partir de algum tipo de multiplexação. Portanto, um circuito pode, por exemplo, ser um conjunto de canais gerados a partir de TDM, um canal em cada enlace intermediário.

Como você pode ver, existe uma relação muito forte entre comutação por circuitos e multiplexação (com exceção do TDM assíncrono). Desse modo, ambos possuem as mesmas características no que diz respeito à possibilidade de ociosidade na rede e garantia de banda. Ou seja, a comutação por circuitos garante a banda de rede para cada circuito estabelecido, mas, por outro lado, subutiliza a rede, caso existam momentos em que não há informações a serem transmitidas no circuito.

Os primeiros sistemas de telefonia utilizavam comutação por circuito através de um caminho físico, no qual pessoas utilizavam cabos e conectores para estabelecer os circuitos. Posteriormente, à medida que os sistemas de telefonia passaram a ser cada vez mais digitais, o TDM vem sendo utilizado para o estabelecimento dos circuitos. Na Figura 7, vemos a formação de um circuito fechado desde a origem até o destino, e os recursos nesse circuito permanecerão dedicados a essa ligação até o momento em que a conexão é finalizada.

Comutação de Pacotes

A comunicação de pacotes é dividida em duas abordagens ou métodos: por datagramas e por circuitos virtuais, conforme ilustra a Figura 8:

Na comutação por pacotes, as informações a serem transferidas são divididas em unidades menores e de mesmo tamanho, chamados pacotes. Veja um esquema na Figura 9:

Esses pacotes são formados por um cabeçalho e um conjunto de dados e cada pacote recebe o endereço completo do destino para onde deve ser enviado e é essa característica que os tornam independentes uns dos outros. Nesse método de comutação, os equipamentos intermediários (roteadores) trabalham armazenando e reenviando os pacotes por meio da rede baseados em rotas que são calculadas a partir dos endereços contidos em cada pacote. Quando os pacotes chegam ao destino, o receptor da mensagem remonta os pacotes obtendo, assim, a mensagem original.

A comutação de pacotes é eficiente para transmissão de dados através de longas distâncias e é mais flexível que a comutação de circuitos, pois permite a transmissão de dados entre dispositivos de velocidades diferentes. Porém, depois que uma mensagem é dividida em pacotes, não tem como garantir que eles seguirão pelo mesmo percurso (rota) e chegarão ao destino final na mesma ordem que foi enviada. Mas, cada pacote tem, além do seu endereço, um número de sequência e o destinatário usa esse campo para checar a ordem dos pacotes na hora de remontar a mensagem.

Como você já viu anteriormente, existem dois métodos diferentes na comutação de pacotes para a escolha de um percurso: datagrama e circuitos virtuais. Na comutação de pacotes por datagramas, o destino e o número de sequência do pacote são inseridos nas informações de identificação da mensagem a qual o pacote pertence. Cada pacote é manipulado independentemente e uma rota é escolhida para sua transmissão, assim que ele é aceito na rede. Perceba que há a possibilidade de cada parte da mensagem (pacote) viajar na rede por um caminho diferente. No ponto de destino, todos os pacotes pertencentes à mesma mensagem são reagrupados de acordo com o número de sequência e a mensagem reconstruída é entregue ao destinatário. Como a mensagem não pode ser entregue até que todos os pacotes tenham chegado, é de responsabilidade do receptor solicitar o reenvio de algum pacote que não tenha chegado ou tenha vindo com erro.

Esse método de roteamento possui duas vantagens: reduz a incidência de congestionamento (os pacotes são enviados por rotas menos sobrecarregadas) e é mais confiável (rotas alternativas podem ser escolhidas no caso de problema em algum nó). Nos circuitos virtuais, continuamos dividindo as mensagens em pacotes, porém, no lugar de colocar em cada pacote o endereço de destino, coloca-se o identificador do circuito virtual ao qual aquele pacote pertence. Veja que, assim como a comutação por circuitos, aqui também formamos um circuito completo entre o remetente e o destinatário, antes que a transmissão se inicie – e todos os pacotes pertencentes à mesma mensagem irão usar a mesma rota, que é calculada previamente. Sendo assim, você deve estar se perguntando qual é a diferença entre os dois métodos, não é? Bem, nessa abordagem, um mesmo nó pode seguir vários circuitos virtuais para chegar a qualquer um dos outros nós.

A vantagem dos circuitos virtuais sobre os datagramas é que a decisão sobre o melhor percurso é feita apenas uma vez para todos os pacotes pertencentes à mesma mensagem – o que agiliza a transmissão de mensagens muito longas, por outro lado, quando um nó apresenta problemas, todos os circuitos virtuais que passam por ele tornam-se indisponíveis. Além disso, quando um nó é submetido a um tráfego muito intenso, o congestionamento é mais difícil de ser resolvido.

Como você deve ter percebido, essa técnica utiliza alguns princípios da comutação de circuitos, mas o circuito é meramente lógico. Existem, igualmente, três fases na comunicação, descritas a seguir.