Způsob přenosu - přepojování okruhů, nebo přepojování paketů?

Způsob digitalizace původně analogového signálu výrazně ovlivňuje i požadavky, které jsou posléze kladeny na přenos zdigitalizovaného hlasu. V případě že není použita žádná komprese, resp. žádná "šetřící" technika, jako například v případě PCM, jsou požadavky na kapacitu přenosové cesty rovnoměrné - ať už je původní zvukový signál jakýkoli, ať na sebe obě mluvící strany křičí nebo naopak významně mlčí, technika PCM pravidelně produkuje přesně stejné objemy dat. Právě toto je ostatně hlavní důvod, proč i digitální sítě ze světa spojů typicky pracují na principu přepojování okruhů - protože jen tento princip, na rozdíl od své alternativy (kterou je přepojování paketů) dokáže potřebnou přenosovou kapacitu garantovat, vždy ve stejné velikosti.

Pokud se ale použije nějaká "šetřící" technika, výsledkem budou nerovnoměrnosti v objemu generovaných dat. Jen pro představu, pokud by byla použita nějaká technika komprese, její účinnost by se měnila v závislosti na průběhu hovoru, a podle toho by se měnil i objem dat, které by s pomocí této techniky byly generovány za časovou jednotku. Pokud by i v tomto případě byla použita přenosová síť fungující na principu přepojování okruhů, neboli síť která pevně přidělí oběma komunikujícím stranám určitou konkrétní přenosovou kapacitu (která se nedá dynamicky měnit), pak by veškerý efekt komprese a úspor přicházel vniveč - přenosová cesta by totiž musela být dimenzována podle nejhoršího případu, a v okamžicích kdy by díky kompresi docházelo ke generování menších objemů dat, by vlastně odpovídající část vyhrazené přenosové kapacity zůstávala nevyužita - s tím, že vzhledem k celkové povaze mechanismu přepojování okruhů tuto nevyužitou kapacitu není možné "přepustit" někomu jinému, kdo by ji třeba velmi naléhavě potřeboval. I toto je ostatně důvod, proč digitální telefonní síť nepoužívá žádnou kompresi či jinou "šetřící" techniku (kromě dálkových spojů s omezenou a drahou kapacitou, kde se vše řeší ještě trochu jinak).

Pokud by měla být využit "šetřící" efekt nejrůznějších technik, které při digitalizaci produkují nerovnoměrné objemy dat, pak příslušný přenos již nemůže být prováděn po síti fungující na principu přepojování okruhů (anglicky: circuit switching), kdy jsou data přenášena jako souvislý datový proud. Pro správné pochopení podstaty problému je dobré si představit přenosovou cestu fungující na zmíněném principu jako rouru která má všude stejný průměr, a data do ní z jedné strany vstupují, a z druhé zase ve stejném pořadí vystupují. Takováto data se přitom chovají jako "proud" (anglicky: stream), a nemusí být vůbec nijak členěna - mohou do pomyslné roury vstupovat doslova jako "štrůdl bitů či bajtů", který na druhé straně zase stejným způsobem vystupuje. Stejně tak nemusí být takováto data povahy proudu nijak specificky identifikována - jejich příjemcem je vždy ten, kdo "sedí" na druhém konci pomyslné roury.

Představa mechanismu přepojování okruhů

K tomu, aby bylo možné lépe hospodařit s dostupnou přenosovou kapacitou, konkrétně aby bylo možné dynamicky přepouštět momentálně nevyužitou přenosovou kapacitu někomu jinému, kdo ji právě potřebuje, je nutné změnit celkový koncept přenosu. Místo představy o pomyslných rourách s pevně danou přenosovou kapacitou, které jsou individuálně vyhrazeny každé komunikující dvojici k jejímu výhradnímu použití (resp. samostatně každému jednotlivému hovoru) je nutné přejít k představě jediné "tlustší" roury, společné pro všechny komunikující dvojice, resp. pro všechny hovory. Přenosová kapacita takovéto společné roury (vlastně celé přenosové cesty, která je k dispozici) se pak nebude fixně rozdělovat a přidělovat k výhradnímu použití jako v případě přepojování okruhů, ale bude tzv. sdílena, neboli využívána společně tím, kdo ji bude právě potřebovat. Takže v určitém časovém okamžiku, resp. časovém intervalu, bude přenášet data patřící jednomu hovoru, v jiném okamžiku data patřící jinému hovoru atd.

Aby však takovýto způsob využití byl možný, musí být změněna i představa o přenosu dat ve formě souvislého proudu - nyní je nutné rozlišovat, co jsou která data zač a komu patří. Místo souvislého proudu nijak nečleněných dat je proto nutné přejít k tzv. blokovanému přenosu, v rámci kterého jsou data rozdělena na vhodně velké bloky, a tyto jsou opatřeny potřebnými identifikačními údaji (typu: adresy příjemce a odesilatele). Pak již lze takovéto bloky "pustit" do jedné společně sdílené přenosové cesty, v pořadí které odpovídá momentálním potřebám. Tím současně dochází i k naplnění původního záměru o přepouštění nevyužité přenosové kapacity - tento způsob přenosu přiděluje veškerou přenosovou kapacitu vždy tomu, kdo ji právě nejvíce potřebuje, a naopak nepřiděluje žádnou kapacitu tomu, kdo ji momentálně nepotřebuje.

Představa mechanismu přepojování paketů

Právě popsaný způsob přenosu odpovídá principu tzv. přepojování paketů (packet switching), který je alternativou k přepojování okruhů (circuit switching), a je charakteristický pro drtivou většinu přenosových sítí světa počítačů (zatímco mechanismus přepojování okruhů je typický pro svět spojů).

Princip přepojování paketů může být realizován na různých úrovních - například na úrovni síťové vrstvy, na které se příslušným datovým blokům říká pakety (a na této úrovni mj. funguje protokol IP z rodiny protokolů TCP/IP). Stejně tak ale bývá stejný princip použit i na úrovni bezprostředně nižší, na úrovni linkové vrstvy, kde se datovým blokům říká rámce (anglicky: frames). Příkladem mohou být tzv. Ethernetové rámce, protože právě Ethernet je jednou z technologií, které pracují na této úrovni. Další možností je blokovaný přenos v rámci ATM. Zde jsou příslušné bloky označovány jako tzv. buňky (anglicky: cells), a jsou charakteristické tím, že jsou velmi malé a mají konstantní velikost (zatímco třeba pakety protokolu IP nebo rámce Ethernetu mají proměnnou velikost, která je pouze shora ohraničena).