回路交換技術（Circuit Switching）は、通信ネットワークにおけるデータ伝送方式の一つで、通信を確立する際に、専用の回線を確保し、その回線を通じてデータが送受信される方式です。この技術は、初期の電話網などで主に使用されてきました。回路交換は、特定の通信のために通信経路全体を専用で占有することが特徴であり、そのため通信中は他の通信と回線を共有することがありません。
回路交換の基本的な仕組み
回路交換では、通信を開始する前に、送信者と受信者の間で物理的または論理的な回路が確立されます。この回路は通信が終了するまで維持され、データはその回線を通じて一方向または双方向で送られます。通信が終了した後、回線は解放され、他の通信に使用されることになります。
通信の流れは、以下のように三つの主要な段階に分けられます：
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接続確立（セットアップ）：
通信を開始するために、送信者と受信者の間で専用の回線が確立されます。この過程では、複数の中継ポイントを通じて回線を接続する必要があります。 -
データ伝送：
回線が確立されると、その回線を通じてデータが送信されます。この段階では、通信は確立された回線を独占的に使用するため、他の通信と干渉しません。 -
接続解除（テアダウン）：
通信が終了すると、回線が解放され、他の通信に使用できるようになります。
回路交換のメリット
回路交換にはいくつかの利点があります。
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安定した通信品質：
回路交換では、専用の回線を占有するため、他の通信からの干渉がなく、通信品質が安定しています。音声通話やビデオ通話など、リアルタイムでの通信に適しています。 -
遅延の低減：
一度回路が確立されると、データは専用の経路を通るため、遅延が少なく、通信がスムーズに行われます。特に、タイムセンシティブなデータ転送においては有利です。 -
予測可能な帯域幅：
回路交換では通信中に占有される帯域幅が固定されるため、帯域幅の予測が容易です。これにより、通信の品質が一定に保たれます。
回路交換のデメリット
一方で、回路交換にはいくつかの欠点も存在します。
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リソースの無駄：
回路が確立されている間、通信が行われていない場合でも回線は占有されたままとなります。このため、回線が無駄に使われることになり、効率が悪いとされます。 -
スケーラビリティの問題：
回路交換方式では、通信のために専用の回線を確立する必要があるため、大量の通信を処理するには大量の回線を用意する必要があります。これにより、スケーラビリティに限界があり、大規模なネットワークでは非効率的になることがあります。 -
柔軟性の欠如：
一度回線が確立されると、その回線は通信が終了するまで占有され続けます。このため、急なトラフィックの増加に対応する柔軟性がありません。トラフィックのピーク時に回線が不足する可能性があります。 -
コストの増加：
回路交換には、通信中に回線を専用で占有するため、インフラコストや維持費が高くなる傾向があります。特に、長時間の通信や少ないデータ転送の通信においてはコストがかさみます。
回路交換の使用例
回路交換技術は、特に音声通信やビデオ通話など、リアルタイム性が求められる通信において非常に有効です。例えば、伝統的な電話網（PSTN）や、早期のインターネット電話技術などでは回路交換が使用されていました。これらの技術は、ユーザー間での直接的で遅延の少ない通信を提供するために、回線の専有を選択しました。
現代における回路交換の役割
現代の通信ネットワークでは、回路交換は徐々にパケット交換（Packet Switching）技術に取って代わられつつあります。パケット交換では、データがパケット単位でネットワークを通じて送信され、回線を共有するため、リソースの利用効率が高いです。しかし、回路交換は依然として重要な役割を果たしています。特に、品質が重要な音声通話やビデオ通話の分野では、回路交換の利点が活かされる場面が多いです。
例えば、IP電話やモバイルネットワークの中では、音声通話のために回路交換技術が利用されることがあり、安定した接続と遅延の少ない通信を提供しています。また、5Gや将来の通信技術では、回路交換とパケット交換が併用される形で、より柔軟で効率的なネットワークの構築が進められています。
結論
回路交換技術は、データ通信の初期段階で重要な役割を果たし、安定した通信品質を提供してきました。しかし、リソースの効率的な利用が求められる現代の通信環境では、パケット交換にその役割を譲ることが多くなっています。それでも、リアルタイム通信の需要が高い分野では、回路交換のメリットは依然として大きな価値を持っています。