Unterschied zwischen Circuit Switching und Packet Switching im OSI-Kontext

Der Unterschied zwischen Circuit Switching und Packet Switching im OSI-Kontext ist eines der Themen, das in der Theorie simpel klingt, in der Praxis aber viele Missverständnisse erzeugt. Die meisten Menschen nutzen heute paketvermittelte Netze (Internet, WLAN, Mobilfunkdaten), während klassische Telefonie historisch leitungsvermittelt war. Beide Ansätze lösen dieselbe Grundaufgabe – Kommunikation zwischen zwei Endpunkten – mit völlig unterschiedlicher Logik: Circuit Switching reserviert eine dedizierte „Leitung“ (einen Kanal) für die Dauer einer Verbindung, Packet Switching zerlegt Daten in Pakete, die sich das Netz flexibel teilen. Das OSI-Modell hilft dabei, diese Unterschiede sauber einzuordnen, ohne die Ebenen zu vermischen: Circuit Switching ist vor allem eine Eigenschaft der Übertragungs- und Vermittlungsinfrastruktur (Schicht 1–3, je nach Technologie), Packet Switching wird typischerweise mit Netzwerkschicht (IP) und darüberliegenden Protokollen (TCP/UDP, HTTP, VoIP) verbunden. Wer das verstanden hat, kann auch moderne Sonderfälle wie MPLS, ATM, „virtuelle Verbindungen“, QoS oder VoLTE besser einordnen – und erkennt schneller, warum Latenz, Jitter, Paketverlust oder Bandbreitenteilung in paketvermittelten Netzen so zentrale Themen sind.

Begriffe klarziehen: Was bedeutet „Switching“ in diesem Kontext?

„Switching“ bezeichnet hier die Art, wie ein Netz Ressourcen (Übertragungskapazität, Pfade, Vermittlung) organisiert, damit Kommunikation möglich wird. Es geht nicht primär um ein einzelnes Gerät („Switch“), sondern um das Netzprinzip. Beide Konzepte existieren seit Jahrzehnten und werden je nach Anwendungsfall kombiniert.

• Circuit Switching (Leitungsvermittlung): Eine Verbindung wird aufgebaut, und während dieser Zeit sind Ressourcen entlang eines Pfads reserviert.
• Packet Switching (Paketvermittlung): Daten werden in Pakete zerlegt und ohne feste Reservierung über das Netz transportiert; Ressourcen werden statistisch geteilt.

Circuit Switching: Wie Leitungsvermittlung funktioniert

Bei Circuit Switching wird vor dem Datentransfer ein „Circuit“ eingerichtet. Man kann sich das wie eine exklusive Spur auf einer Autobahn vorstellen, die nur für ein Gespräch geöffnet wird. Technisch muss dafür im Netz ein Pfad geschaltet werden, auf dem Kapazität bereitsteht. Klassische Beispiele finden sich in der historischen Telefonie (PSTN/ISDN) und in älteren Vermittlungssystemen, bei denen Zeitmultiplex (TDM) in festen Zeitschlitzen arbeitet.

Typischer Ablauf bei Circuit Switching

• Call Setup: Signalisierung baut den Circuit auf (Ressourcen werden reserviert).
• Daten-/Sprachphase: Der Kanal ist exklusiv nutzbar, meist mit konstanter Bitrate.
• Teardown: Die Verbindung wird abgebaut, Ressourcen werden freigegeben.

Stärken von Circuit Switching

• Planbare Qualität: Bandbreite und Verzögerung sind stabiler, weil der Kanal reserviert ist.
• Geringe Jitter-Probleme: Besonders vorteilhaft für Sprache in klassischen Netzen.
• Einfaches Qualitätsversprechen: „Diese Verbindung hat diesen Kanal“ – ohne statistische Schwankungen.

Schwächen von Circuit Switching

• Schlechte Auslastung bei Bursts: Wenn wenig gesprochen oder wenig übertragen wird, bleibt die reservierte Kapazität ungenutzt.
• Skalierung und Flexibilität: Feste Reservierung erschwert dynamische Lastverteilung.
• Setup-Zeit: Vor der Übertragung muss der Circuit stehen; das kostet Zeit und Signalisierung.

Packet Switching: Wie Paketvermittlung funktioniert

Packet Switching ist das Grundprinzip des Internets. Daten werden in Pakete (oder Frames/Datagramme, je nach Schicht) zerlegt, die unabhängig voneinander über das Netz laufen. Der Pfad kann pro Paket variieren, und das Netz teilt Bandbreite zwischen vielen Nutzern. Dadurch entsteht eine hohe Effizienz – insbesondere bei „bursty“ Traffic, wie er bei Webzugriffen, APIs, Messaging oder Cloud-Workloads typisch ist.

Typischer Ablauf bei Packet Switching

• Segmentierung/Verpackung: Daten werden in Einheiten zerlegt (z. B. IP-Pakete, TCP-Segmente).
• Forwarding pro Paket: Router leiten Pakete hop-by-hop anhand von Zieladressen weiter.
• Reassembly/Steuerung: Ob und wie Reihenfolge, Zuverlässigkeit und Flusskontrolle passieren, hängt von den oberen Schichten ab (z. B. TCP).

Stärken von Packet Switching

• Hohe Effizienz: Bandbreite wird statistisch geteilt; ideal für wechselnde Last.
• Skalierbarkeit: Das Internet kann wachsen, ohne dass pro Verbindung exklusiv reserviert werden muss.
• Robustheit: Fällt ein Pfad aus, können Pakete alternative Wege nehmen (abhängig vom Routing).

Schwächen von Packet Switching

• Variable Latenz (Jitter): Pakete können unterschiedlich lange brauchen, je nach Auslastung.
• Paketverlust möglich: Bei Überlast werden Pakete gedroppt; Anwendungen müssen damit umgehen.
• Qualität nicht „automatisch“ garantiert: Echtzeit-Anwendungen benötigen zusätzliche Mechanismen (QoS, Buffering, Congestion Control).

OSI-Kontext: Wo ordnen sich Circuit und Packet Switching ein?

Das OSI-Modell beschreibt Schichten von der physischen Übertragung bis zur Anwendung. Circuit Switching und Packet Switching sind keine einzelnen Protokolle, sondern Vermittlungsprinzipien, die sich über mehrere Schichten erstrecken. Dennoch gibt es eine pragmatische Zuordnung, die in der Praxis hilft.

• Schicht 1 (Physical): Circuit Switching kann hier als reservierte physische Ressource auftreten (z. B. ein dedizierter Kanal oder Timeslot).
• Schicht 2 (Data Link): Paketvermittlung beginnt oft sichtbar mit Frames und MAC-basierter Übertragung in lokalen Netzen; manche Technologien nutzen virtuelle Verbindungen.
• Schicht 3 (Network): Packet Switching ist hier besonders präsent: IP ist das klassische paketvermittelte Protokoll (siehe IPv4-Spezifikation (RFC 791)).
• Schicht 4–7: Hier entscheiden Protokolle und Anwendungen, wie sie mit Paketverlust, Reihenfolge, Congestion und QoS umgehen (z. B. TCP/UDP, RTP, HTTP).

Wichtiger Hinweis zur Zuordnung

Es ist verführerisch zu sagen: „Circuit Switching ist Layer 1, Packet Switching ist Layer 3“. Das ist als Merksatz brauchbar, aber unvollständig. In der Realität existieren hybride Formen: virtuelle Circuits auf paketbasierten Netzen, MPLS-Tunnel, ATM/Frame Relay oder QoS-Mechanismen, die Ressourcen „quasi-reservieren“, ohne echte Leitungen zu schalten.

Anschauliche Analogie: Telefonleitung vs. Postpakete

Eine leicht verständliche Analogie verdeutlicht den Kernunterschied:

• Circuit Switching: Sie reservieren einen Konferenzraum exklusiv. Solange Sie ihn gebucht haben, kann niemand anders hinein – auch wenn Sie gerade schweigen.
• Packet Switching: Sie verschicken einzelne Nachrichten als Umschläge. Der Flur, die Poststelle und die Wege werden von vielen geteilt. Manche Umschläge kommen früher, manche später; im Extremfall geht einer verloren und muss erneut geschickt werden.

Im OSI-Denken heißt das: Circuit Switching kümmert sich stark um die Bereitstellung der Übertragungskapazität, Packet Switching delegiert Zuverlässigkeit und Ordnung oft an höhere Schichten oder Anwendungen.

Qualität und Performance: Latenz, Jitter, Verlust – die praktischen Unterschiede

Für Einsteiger ist es besonders hilfreich, die Unterschiede nicht nur theoretisch, sondern anhand messbarer Eigenschaften zu verstehen. Drei Begriffe tauchen in paketvermittelten Netzen ständig auf: Latenz, Jitter und Paketverlust. Sie erklären, warum Voice/Video zusätzliche Maßnahmen braucht und warum „beste Effort“ nicht automatisch „schlecht“ ist – sondern nur anders funktioniert.

Latenz und Jitter in Packet Switching

In paketvermittelten Netzen entstehen Verzögerungen durch Warteschlangen (Queueing), Routing-Hops und Congestion Control. Jitter ist die Schwankung der Latenz zwischen Paketen. In Circuit Switching ist die Verzögerung typischerweise stabiler, weil Ressourcen konstant bereitstehen.

Verlust und Wiederholung

Paketverlust ist kein „Bug“, sondern ein erwartbares Ereignis bei Überlast. TCP reagiert mit Retransmits und reduziert die Sendeleistung. UDP-basierte Echtzeitprotokolle nutzen oft Buffering, Forward Error Correction oder tolerieren kleine Verluste. Für einen kompakten Einstieg in TCP-Konzepte und Zuverlässigkeit kann ein Blick in TCP (RFC 9293) hilfreich sein.

Virtuelle Circuits: Die Brücke zwischen beiden Welten

Ein häufiger Stolperstein ist die Annahme, Circuit Switching und Packet Switching seien strikt getrennte Welten. Tatsächlich gibt es „virtuelle Verbindungen“, die sich wie Circuits anfühlen, obwohl sie über paketbasierte Infrastruktur laufen. Das Ziel ist meist: planbare Pfade, Traffic Engineering oder QoS – ohne echte Leitungsvermittlung bis zur Physik.

Beispiele für virtuelle Circuit-Ideen

• MPLS: Label Switching kann Pfade definieren und Traffic gezielt steuern; oft eingesetzt in Provider-Netzen.
• ATM/Frame Relay (historisch/Legacy): Virtuelle Verbindungen mit festen Identifikatoren, trotz zellen-/paketartiger Übertragung.
• Tunnel und Overlays: VXLAN, GRE oder IPsec-Tunnel schaffen „logische“ Pfade über ein bestehendes IP-Netz.

OSI-seitig sind das häufig Mechanismen zwischen Schicht 2 und 3 oder innerhalb der Netzwerkschicht – je nach Technologie. Entscheidend ist das Prinzip: Ressourcen werden nicht zwingend physisch exklusiv reserviert, aber der Verkehr wird so geführt, als gäbe es eine definierte Verbindung.

Welche Rolle spielen Protokolle, Geräte und OSI-Schichten konkret?

Um das Wissen alltagstauglich zu machen, hilft die Frage: „Was macht welches Gerät in welcher Logik?“ Auch hier liefert das OSI-Modell Ordnung, ohne jede Realität in ein starres Schema zu pressen.

• Router (Layer 3): klassisch packet-switched Forwarding anhand von IP-Zielen und Routingtabellen.
• Switch (Layer 2): vermittelt Frames anhand von MAC-Adressen; die Bandbreite ist geteilt, also paket-/frameorientiert.
• Telefon-Vermittlungsstelle (klassisch): schaltet Verbindungen (Circuit Switching), historisch oft TDM-basiert.
• Load Balancer/Proxy (Layer 4/7): arbeitet in packet-switched Netzen, kann aber „Session Affinity“ oder Priorisierung erzeugen, die sich circuit-ähnlich anfühlt.

Wann ist Circuit Switching sinnvoll – und wann Packet Switching?

In modernen IT-Umgebungen ist Packet Switching der Standard, weil es effizient und skalierbar ist. Circuit Switching ist dort sinnvoll, wo garantierte, konstante Übertragung über einen Zeitraum wichtig ist oder wo Technologien historisch so gewachsen sind. In der Praxis werden viele Anforderungen an „Garantie“ heute allerdings über QoS, Reservierungs- und Steuermechanismen im paketbasierten Netz gelöst.

Typische Einsatzfelder (vereinfacht)

• Circuit Switching: klassische Telefonie-Infrastruktur, bestimmte industrielle/legacy Systeme, dedizierte Leitungen.
• Packet Switching: Internet, LAN/WLAN, Cloud, APIs, Streaming, moderne VoIP-/Video-Plattformen.

OSI-Denkmuster für Troubleshooting: Fehlerbilder richtig einordnen

Wer den Unterschied verstanden hat, kann Probleme schneller einordnen. Paketvermittelte Netze haben typische Fehlerbilder: schwankende Latenz, zeitweise Verluste, Retransmits, Congestion. Leitungsvermittelte Netze zeigen eher harte Zustände: Circuit nicht verfügbar, Setup scheitert, Kanal belegt. Im OSI-Kontext bedeutet das: Packet-Symptome finden Sie häufig in Schicht 3–4 (Routing, Congestion, Transport), während Circuit-Themen stark mit Schicht 1–2 und Signalisierung zusammenhängen.

• „Alles langsam, aber nicht komplett down“: häufig packet-switched Congestion/Queueing (Layer 3–4).
• „Verbindung kommt gar nicht zustande“: kann in beiden Welten passieren; bei Circuit Switching oft Setup/Resource, bei Packet Switching oft Routing/Firewall/Transport.
• „Audio stottert, Download läuft“: Echtzeit leidet stärker unter Jitter/Verlust; QoS und Buffering sind entscheidend.

Mini-Checkliste: Circuit oder Packet – woran erkenne ich es?

• Gibt es ein explizites Setup mit Ressourcenreservierung? Das spricht für Circuit Switching oder virtuelle Circuits.
• Werden Daten in unabhängigen Paketen/Frames übertragen? Das spricht für Packet Switching.
• Ist die Bandbreite konstant garantiert oder statistisch geteilt? Garantiert wirkt circuit-typisch, geteilt packet-typisch.
• Welche Schichten sind sichtbar? IP/Routing deutet auf packet-switched (Layer 3), Timeslots/Kanäle eher auf circuit-orientierte Mechanismen (Layer 1/2).
• Wie sehen die Störungen aus? Jitter/Verlust deutet auf packet-typische Effekte, „Circuit busy“/„kein Kanal“ eher auf Leitungsvermittlung.

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