A comutação de pacotes é um método de transmissão de dados em que as informações são divididas em pacotes menores e enviadas independentemente através de uma rede.
O que é comutação de pacotes?
A comutação de pacotes é um método de comunicação de rede em que os dados são divididos em unidades pequenas e gerenciáveis, chamadas pacotes, antes de serem transmitidos por uma rede. Cada pacote contém uma parte dos dados originais, juntamente com informações de controle, como endereços de destino e detalhes de sequenciamento, que permitem que a rede os roteie independentemente por vários caminhos.
Ao contrário da comutação de circuitos, que estabelece uma conexão dedicada para toda a sessão de comunicação, a comutação de pacotes determina dinamicamente a rota mais eficiente para cada pacote. Isso significa que os pacotes podem tomar caminhos diferentes pela rede, chegando ao seu destino em momentos variados, onde são remontados na ordem correta para recriar a mensagem original.
Este método é altamente eficiente para utilizar recursos de rede, pois várias transmissões de dados podem compartilhar os mesmos caminhos simultaneamente. Ele também melhora a tolerância a falhas, pois os pacotes podem ser redirecionados se parte da rede ficar congestionada ou falhar. Por essas razões, a comutação de pacotes se tornou a tecnologia subjacente para a maioria das redes de comunicação modernas, incluindo a internet.
Como funciona a comutação de pacotes?
A comutação de pacotes funciona quebrando grandes pedaços de dados em unidades menores e de tamanho fixo chamadas pacotes, que podem ser transmitidos independentemente por uma rede. Aqui está uma análise passo a passo de como o processo funciona:
- Segmentação de dados. Os dados originais, como um arquivo ou mensagem, são divididos em pacotes menores. Cada pacote contém não apenas os dados reais, mas também informações adicionais, como cabeçalhos, que incluem endereços de destino, informações de origem, sequenciamento e dados de verificação de erros.
- Transmissão de pacotes. Uma vez que os dados são segmentados em pacotes, cada pacote é transmitido individualmente pela rede. Ao contrário da comutação de circuitos, nenhum caminho dedicado é estabelecido para a sessão de comunicação. Em vez disso, cada pacote viaja por vários nós (roteadores or interruptores) pela rede, e a rota pode variar para cada um, dependendo das condições da rede, como tráfego ou congestionamento.
- Roteamento dinâmico. Roteadores e switches na rede examinam as informações de destino de cada pacote e decidem o caminho mais eficiente para ele tomar em qualquer momento. O caminho pode mudar dinamicamente para cada pacote, dependendo do estado atual da rede.
- Remontagem de pacotes. À medida que os pacotes chegam ao seu destino, eles podem chegar fora de ordem devido aos diferentes caminhos que tomaram. O sistema receptor usa as informações de sequenciamento contidas no cabeçalho de cada pacote para remontá-los na ordem correta, reconstruindo os dados originais.
- Tratamento de erros e retransmissão. Se algum pacote for perdido ou danificado durante a transmissão, mecanismos de verificação de erros detectam esses problemas. O sistema solicita a retransmissão de pacotes ausentes ou corrompidos, garantindo integridade de dados.
O que é uma rede comutada por pacotes?
A rede comutada por pacotes é um tipo de sistema de comunicação digital onde os dados são divididos em pequenos pacotes e enviados independentemente por uma rede. Nessa rede, cada pacote carrega não apenas uma parte dos dados, mas também informações de controle, como o endereço de destino, permitindo que ele seja roteado dinamicamente por vários caminhos com base nas condições da rede. Os pacotes são remontados na mensagem original no destino. As redes comutadas por pacotes são eficientes porque permitem que vários usuários compartilhem a mesma infraestrutura simultaneamente, tornando-as ideais para comunicações escaláveis de alta velocidade, como a internet.
O que é perda de pacotes?
Perda de pacotes ocorre quando um ou mais pacotes de dados viajando por uma rede não conseguem chegar ao seu destino. Isso pode acontecer devido a congestionamento de rede, falhas Hardwares, bugs de software ou interferência de sinal em redes sem fio. Quando ocorre perda de pacotes, os dados perdidos podem causar interrupções em aplicações que exigem fluxos de dados contínuos, como videochamadas ou jogos online, resultando em atrasos, baixa qualidade ou desconexões temporárias. Na maioria dos casos, as redes usam mecanismos de detecção de erros e retransmissão para recuperar pacotes perdidos, mas a perda excessiva de pacotes ainda pode degradar o desempenho geral e a experiência do usuário.
Tipos de comutação de pacotes
A comutação de pacotes pode ser implementada de diferentes maneiras, cada uma com sua própria abordagem para lidar com a transmissão de dados. Os principais tipos de comutação de pacotes — datagrama, circuito virtual, sem conexão e orientado a conexão — oferecem vários métodos para roteamento e gerenciamento de pacotes em uma rede. Entender as diferenças entre esses tipos ajuda a otimizar o desempenho da rede e a garantir a entrega confiável de dados com base em necessidades específicas de comunicação.
Comutação de pacotes de datagramas
Na comutação de pacotes de datagramas, cada pacote é tratado de forma independente e segue seu próprio caminho pela rede, sem exigir uma rota ou conexão dedicada. Os roteadores ou switches decidem o caminho para cada pacote dinamicamente com base nas condições atuais da rede, como congestionamento e disponibilidade largura de banda. Como os pacotes podem seguir caminhos diferentes, eles podem chegar fora de ordem e devem ser remontados no destino usando informações de sequenciamento.
A comutação de pacotes de datagramas é altamente eficiente e flexível, pois permite que os pacotes sejam redirecionados se ocorrerem falhas de rede, mas pode resultar em atrasos variáveis (latência) devido a caminhos diferentes.
Comutação de pacotes de circuitos virtuais
Na comutação de pacotes de circuito virtual, um caminho lógico ou "circuito virtual" é estabelecido entre o remetente e o destinatário antes que quaisquer pacotes sejam transmitidos. Embora o caminho físico possa variar, todos os pacotes seguem a mesma rota pré-estabelecida durante a sessão. Isso garante que os pacotes cheguem em ordem e com um atraso mais consistente, reduzindo a necessidade de remontagem complexa e tratamento de erros.
A comutação de circuitos virtuais oferece um meio-termo entre a eficiência da comutação de pacotes e a confiabilidade da comutação de circuitos, oferecendo desempenho estável e ainda utilizando recursos de rede dinamicamente.
Comutação de pacotes sem conexão
A comutação de pacotes sem conexão é um tipo de comutação de pacotes de datagramas em que nenhuma conexão anterior é estabelecida entre os dispositivos de comunicação. Cada pacote contém informações de endereçamento completas, permitindo que ele seja roteado independentemente para o destino sem depender de um caminho pré-determinado.
A comutação de pacotes sem conexão é altamente escalável e usada na maioria das redes modernas, incluindo a internet. No entanto, como cada pacote é manipulado individualmente, pode resultar em pacotes sendo entregues fora de ordem ou descartados se as condições da rede mudarem, exigindo correção de erros ou retransmissão.
Comutação de pacotes orientada à conexão
A comutação de pacotes orientada à conexão é semelhante à comutação de circuito virtual, onde uma conexão é estabelecida primeiro entre o remetente e o destinatário antes que a transferência de dados comece. Todos os pacotes seguem o mesmo caminho durante a sessão, fornecendo entrega confiável e ordenada.
Este método é frequentemente usado em aplicações onde o desempenho consistente é crítico, como chamadas de voz ou streaming de mídia. Embora ofereça um desempenho mais previsível em comparação com métodos sem conexão, pode ser menos flexável e requer mais sobrecarga para configurar e gerenciar a conexão.
Comutação de circuitos vs. Comutação de pacotes vs. Comutação de células
Esta tabela destaca as diferenças na configuração de conexão, eficiência e casos de uso entre tecnologias de comutação de circuitos, pacotes e células.
| Característica | Comutação de circuitos | Comutação de pacotes | Troca de células |
| Configuração de conexão | Requer que uma conexão dedicada seja estabelecida antes da transmissão. | Não há necessidade de uma conexão dedicada; os pacotes são transmitidos de forma independente. | Usa um caminho predefinido, mas transmite células de tamanho fixo em vez de pacotes de tamanho variável. |
| Método de transferência de dados | Fluxo de dados contínuo em um caminho dedicado. | Os dados são divididos em pacotes que são transmitidos por várias rotas. | Os dados são divididos em células de tamanho fixo e seguem um caminho definido. |
| Consistência do caminho | Caminho fixo durante a sessão. | Os pacotes podem seguir caminhos diferentes, resultando em atrasos variáveis. | As células seguem um caminho predeterminado, garantindo ordem e previsibilidade. |
| Eficiência | Baixa eficiência, pois o caminho dedicado permanece reservado mesmo quando não está em uso. | Alta eficiência, pois os pacotes compartilham recursos de rede dinamicamente. | Alta eficiência e previsibilidade devido a células de tamanho fixo e caminhos de rede compartilhados. |
| Atraso de transmissão | Baixo atraso após o estabelecimento do circuito, mas a configuração pode levar tempo. | Atrasos variáveis devido ao roteamento dinâmico e congestionamento da rede. | Atrasos previsíveis e uniformes devido a células de tamanho fixo e caminhos predefinidos. |
| Utilização de largura de banda | Ineficiente para dados em rajadas, pois a largura de banda dedicada pode ficar sem utilização. | Eficiente para dados em rajadas, pois os pacotes são enviados somente quando necessário. | Uso eficiente da largura de banda com desempenho previsível devido ao tamanho uniforme da célula. |
| Confiabilidade | Alta confiabilidade uma vez que o circuito é estabelecido; sem reordenação de pacotes. | Pode exigir reordenação e retransmissão de pacotes perdidos ou fora de ordem. | Alta confiabilidade sem reordenação, pois todas as células seguem o mesmo caminho. |
| Os casos de uso | Redes telefônicas tradicionais, chamadas de voz ou vídeo dedicadas. | Internet, transmissão de dados por LANs e WANs, transmissão de vídeo. | Redes ATM (modo de transferência assíncrona), comunicação de voz e vídeo em tempo real. |
