Proč odděleně?

Chceme-li správně pochopit a docenit to, co je podstatou konvergence a oč v ní jde, musíme se seznámit i se základními technickými aspekty celé věci. Především s tím, v čem spočívá odlišnost požadavků hlasových a datových služeb na přenosovou infrastrukturu. To nám následně umožní pochopit, proč se až donedávna budovaly přenosové sítě odděleně.

Pro přenos živého hlasu, ale třeba také živého obrazu, je zapotřebí to, aby jednotlivé části přenášených "dat" přicházely na místo svého určení dostatečně rychle a také pravidelně, s rovnoměrnými odstupy mezi sebou. Nejlépe je to možné vysvětlit na přenosu obrazu, který probíhá jako přenos jednotlivých na sebe navazujících obrázků (analogických políčkům filmového pásu). Výsledný živý obraz musí být tvořen pravidelným střídáním jednotlivých obrázků (analogií je posun filmového pásu konstantní rychlostí). Jakmile by byla tato pravidelnost významněji narušena, lidské oko by to ihned poznalo - efekt by byl stejný, jako kdyby se pohyb filmového pásu střídavě zrychloval a zpomaloval.

Proto dochází-li k přenosu živého obrazu ve formě dat, musí být zajištěno, aby jednotlivé části dat byly doručovány na místo svého určení pravidelně, se stejnými odstupy mezi sebou (nebo jen s tak malými odchylkami, které je možné na straně příjemce vhodně překrýt).

Požadavek na samotnou rychlost doručování nemusí být u živého obrazu tak patrný - pokud se třeba díváte na televizní vysílání šířené po datové síti, nemusí vám principiálně vadit eventuelní zpoždění celého "proudu" (tzv. "streamu") oproti originálu o nějaký konkrétní časový interval. Problém ovšem nastává u takových druhů komunikací, které na rozdíl od televizního vysílání mají interaktivní charakter. Zde již musí příjemce dostat příslušná data s nepříliš velkým zpožděním, tak aby na ně stihl včas zareagovat. Například telefonování, při kterém by mezi otázkou a odpovědí uplynuly desítky vteřin či dokonce ještě více, by asi nebylo příliš použitelné.

Princip přepojování okruhů

Právě naznačené požadavky se samozřejmě promítají do charakteru a koncepce sítí, určených pro přenos hlasu (obrazu atd.). Tyto sítě fungují tak, aby mezi odesilatelem a příjemcem vznikla "souvislá přenosová cesta", skrze kterou může signál (resp. data) procházet, aniž by se někde musel "zdržovat" či byl nějak omezen zmenšenou průchodností této přenosové cesty. V odborné terminologii se takovýto způsob fungování označuje jako tzv. přepojování okruhů (circuit switching).

Princip přepojování okruhů vyžaduje, aby jednotlivé přenosové cesty byly dimenzovány na nejhorší možný případ, resp. na maximum, tak aby přenos signálu resp. dat nebyl omezován v důsledku nedostatečné přenosové kapacity. V praxi je tedy oběma komunikujícím stranám vyhrazena přenosová kapacita charakteru určitého maxima (např. u jednoho telefonního hovoru v digitální části sítě jde o 64 kbps), a ta je také zpoplatňována (účtována zákazníkům), bez ohledu na to, zda je skutečně využívána - například za telefonní hovor platíte bez ohledu na to, kolik toho říkáte nebo zda a jak dlouho mlčíte. Navíc - a to je další významný charakteristický rys sítí na principu přepojování okruhů - přenosová kapacita vyhrazená pro jednu komunikující dvojici nemůže být "přenechána" jiné komunikující dvojici, a to ani v případě, že není fakticky využívána. Důsledkem je pak to, že i celá síť musí dimenzována s ohledem na maximální možnou zátěž (například veřejná telefonní síť musí být dimenzována podle období špičky, kdy probíhá nejvíce hovorů současně).

Princip přepojování paketů

Přejděme nyní k tomu, co se od přenosové sítě očekává v případě přenosu dat, přesněji: "počítačových dat" (charakteru emailových zpráv, WWW stránek, souborů, ale nikoli digitalizovaného obrazu či zvuku). Takovéto přenosy obecně nevyžadují, aby jednotlivé části přenášených dat docházely na místo svého určení s nějakou výraznější pravidelností. Jde totiž o přenosy dávkového a nikoli "živého" (proudového) charakteru - zatímco při přenosu hlasu či zvuku se průběžně přijímaná data ihned zpracovávají (přehrávají), u dávkového přenosu se čeká až dorazí poslední část dat a teprve pak se zpracovávají všechna přijatá data. Proto je pravidelnost doručování jednotlivých částí nepodstatná, a tolik kritický není ani celkový časový posun. Data jsou přitom přenášena po částech (blocích), kterým se říká pakety. Odsud také pochází termín "přepojování paketů" (packet switching), který naznačuje jakým způsobem funguje přenosová síť - tato se soustřeďuje výhradně na manipulaci s přenášenými datovými pakety a stará se o to, aby se dostaly na místo svého určení. K tomu nepotřebuje vyhrazovat žádnou přenosovou kapacitu a přidělovat ji do výhradního použití některé z komunikujících dvojic, jako to činí síť na principu přepojování okruhů (která naopak manipuluje s přenosovými cestami, v terminologii spojů označovanými jako "okruhy").

V čem je rozdíl?

Jeden z podstatných rozdílů mezi principem přepojování okruhů a přepojování paketů si lze ukázat na situaci, která nastává v okamžiku kdy nějaký blok dat prochází skrz některý z vnitřních uzlů sítě. V případě přepojování okruhů je pro něj vždy připravena (předem vyhrazena) dostatečná přenosová kapacita ve směru, kterým má datový blok cestovat dále. Proto nedochází k žádnému zdržení v přenosu bloku (a je tudíž zajištěna pravidelnost přenosů i minimální zpoždění) - ale celá síť musí být dimenzována podle nejhoršího případu, resp. maximální možné zátěže, tak aby bylo možné příslušnou kapacitu vyhradit.

Naproti tomu v případě přepojování paketů se může stát, že pro určitý blok dat (paket) nebude právě k dispozici potřebná přenosová kapacita pro jeho odeslání (typicky proto, že je právě odesílán jiný paket). V takovém případě musí daný blok určitý čas počkat, než se pro něj potřebná kapacita uvolní (resp.: je zařazen do fronty na odeslání a čeká, až na něj dojde řada).

V praxi to znamená, že v síti na principu přepojování paketů není zaručeno, jak dlouho se určitý blok dat (paket) zdrží v síti, v kterémkoli z jejích vnitřních uzlů. Proto také nemůže být zaručena ani pravidelnost doručování jednotlivých paketů. Na druhou stranu to ale přináší i jeden velmi pozitivní efekt: zatímco síť fungující na principu přepojování okruhů musí být dimenzována podle nejhoršího možného případu (maximální zátěže), síť fungující na principu přepojování paketů stačí dimenzovat s ohledem na průměrný případ, resp. s ohledem na průměrnou zátěž!!