Виды коммутаций

Коммутация – важный метод, определяющий реализацию соединений и обработку переме­щения данных в глобальной сети. Для маршрутизации сообщений в интерсетях применяются три ос­новных метода: коммутация пакетов, коммутация сообщений и коммутация каналов. При пере­даче данных по глобальным сетям используются различные методы коммутации каналов, когда для осущест­вления коммуникаций создается один или несколько информационных маршрутов, называемых каналами.

Каналы могут быть образованы как с помощью одного коммуникационного кабеля, так и с помощью несколь­ких кабелей, образующих маршруты передачи данных. Коммутация позволяет множеству узлов передавать и прини мать данные одновременно, а также обеспечивает передачу информации по разным маршрутам для дос­тижения максимальной эффективности в плане скорости и стоимости передачи. Ниже перечислены основные методы ком­мутации, используемые в глобальных сетях:

- множественный доступ с временным разделением (уплотнением) каналов; - множественный доступ с частот­ным разделением каналов; - статистический множественный доступ; - коммутация каналов; - коммутация со­общений; - коммутация пакетов (или пакетная коммутация).

При множественном доступе с уплотнением каналов (time division multiple access, TDMA) время доступа к каналам делится на отдельные интервалы. Каждый временной интервал предназначается для конкретного узла сети, как будто тот подключен к выделенной линии. Устройство коммутации в глобальной сети переключает эти временные интервалы для отдельных ка­налов. Это напоминает сетку круглосуточного телевизионного ве­щания, при котором интервал, начинающийся с 18:00, отводится для новостей, в 18:30 начинаются развлека­тельные новости, а в 19:00 — семейная комедия. Мно­жественный доступ с уплотнением каналов не гарантирует наиболее эффек­тивное использование сетевой среды, поскольку в каждый момент времени передача данных выполняется только по одному каналу. Также важна син­хронизация времени работы узла, т. к. узел может на­чать передавать данные в момент, не совпадающий с выделенным ему временным интервалом. Кроме того, со­гласно спецификациям IEEE, каждому пакету выделено вре­мя, в течение которого он должен быть передан по всей сети для того, что­бы избежать конфликтов со следующим посланным пакетом.

При множественном доступе с частотным разделением каналов (frequency division multiple access, FDMA) каналы делятся не по времени использова­ния, а по частоте. Каждый канал имеет собственную несущую частоту и по­лосу пропускания. По мере передачи данных коммутатор переключает эти частоты. Это похоже на то, как четыре слушателя в наушниках вместе слу­шают радио, настроенное на прием четырех каналов. Первый человек может слушать станцию классической музыки, второй — ток-шоу, третий — бейс­больный матч, а чет­вертый — новости. Каждый слушатель использует неза­висимую частоту. Радиоприемник передает сигнал по каждому каналу так быстро, что никто не может сказать, что каналы быстро переключаются по мере приема сигнала каждой частоты.

Статистический множественный доступ (statistical multiple access) (или ста­тистическое уплотнение) ис­пользуется во многих технологиях глобальных сетей. Этот метод более эффективен по сравнению с описан­ными выше методами ТОМА и FDMA, поскольку полоса пропускания передающей среды (кабеля) распределя­ется динамически по требованию приложений. Комму­татор непрерывно анализирует каждый канал и опреде­ляет наличие запро-сов на передачу данных. Например, в некоторый момент канал должен пе­редать большой графический файл, а затем он может быть свободным. Алгоритмы коммутации определяют полосу пропуска­ния, необходимую для передачи файла. После того как он передан, коммутатор выделяет полосу другому ка­налу. Это можно сравнить с тем, как операционная система рабо­чей станции автоматически определяет объем памяти, выделяемой трем одно­временно выполняющимся приложениям. Она может выделить 15 Кбайт/с для обработки текстового файла, 7 Мбайт/с — для сканирования изображе­ния, и 1,2 Мбайт/с — для печати графи­ческого изображения.

Коммутация каналов(circuit switching). При коммутации каналов между отправителем и получателем уста­навливается выделенное физическое соединение, поддерживаемое все время передачи. На­при­мер: после набора номера устанавливается связь между телефонными аппаратами. Анало­гично, пе­редающий компьютер запрашивает соединение с адресатом, а затем получатель дает сигнал о готов­ности к приему. Когда диалог заканчивается, отправитель передает сигнал по­лучателю о конце ра­боты и отключается.

Основное преимущество коммутации каналов в том, что выделенный канал обеспечи­вает гаранти­рованную производительность. Кроме того, после создания канала задержки дос­тупа отсут­ствуют, т.к. канал всегда доступен. К недостаткам относится неэффективное ис­пользование среды передачи. Соединение остается выделенным и в периоды простоя. Выде­ленные каналы требуют большей полосы пропускания, чем не выделенные, поэтому стоят до­роже невыделенных. Кроме того, для этого характерны задержки соединения (подключение занимает до нескольких секунд).

Коммутация сообщений (message switching). При коммутации сообщений выделенный маршрут между устрой­ствами не устанавливается. Каждое сообщение представляет собой независимую еди­ницу и включает в себя адреса отправителя и получателя. Все сообщения передаются от одного уст­ройства к другому по сети. Каждое промежуточное устройство хранит у себя сообщение, пока сле­дующее не будет готово его принять. Поэтому такие сети называют иногда называют се­тью с про­межуточным хранением. Коммутаторы сообщений можно запрограммировать о наиболее эффектив­ных маршрутов Роль коммутаторов сообщений часто выполняют ПК со специальным программным обеспечением. ПК должен быть готов к хранению сообщений любой длины. Одним из примеров системы с промежуточным хранением является электрон­ная почта.

С другой стороны, задержка из-за передачи сообщений с промежуточным хранением делает комму­тацию сообщений неподходящей для приложений реального времени, например для передачи речи или видео. Подобные приложения (например, видеокоференции) требуют ком­мутации каналов. Еще один недостаток – высокая стоимость оборудования, т.е. промежуточ­ных устройств.

Коммутация пакетов (packet switching) представляет собой комбинацию методов коммутации ка­налов и сообщений. При ее использовании устанав­ливается выделенный канал между двумя взаимо­действующими узлами, од­нако этот канал является логическим, а не физическим. Хотя для осуществ­ления сеанса передачи данных могут использоваться несколько различных физических маршрутов, каждый узел знает только об одном выделенном канале. Преимуществом данной техно­логии является то, что в зависимости от типа и объема посылаемых данных может быть выбран наи­лучший мар­шрут, что предоставляет возможность для реализации скоростных коммуни­каций. Ком­мутация пакетов осуществляется подобно тому, как оптический перископ обеспечивает передачу изображения от точки к точке по нелиней­ному пути.

Коммутация пакетов предоставляет преимущества коммутации сообщений и коммутации каналов, но в то же время не имеет их недостатков.

Исходный блок данных разбивается на пакеты, и каждый пакет снабжается адресом получателя и другой служебной информацией. Это обеспечивает независимость передачи каждого пакета по сети.

При коммутации пакетов, каждый пакет передается промежуточными станциями по оптимальному на данный момент маршруту. Т.о. два пакета из одного источника могут следовать до адресата по различным маршрутам. Несмотря на порядок следования пакетов, принимающий компьютер в точ­ности восстановит исходное сообщение., используя последовательный номер встроенный в заголо­вок пакета.

Коммутаторы (switches) направляют пакеты по доступным маршрутам, Иногда такие сети называют “связью каждого с каждым”. Промежуточные станции анализируют пакет и передают его по опти­мальному доступному маршруту.

Независимая маршрутизация обладает двумя преимуществами:

- Позволяет управлять полосой пропускания, распределяя данные в загруженном канале по различ­ным маршрутам.

- Если в процессе передачи конкретный маршрут выходит из строя, то пакеты посылаются по дру­гому пути.

Основное отличие коммутации пакетов от коммутации сообщений в размере пакетов. Пакеты имеют небольшой размер. Если при передаче возникает ошибка, то повторно передать маленький пакет проще, чем большой. Кроме того, маленькие пакеты занимают коммутаторы в течении более корот­кого промежутка времени. Т.к. данные пакетов не записываются на жесткий диск, то коммутация па­кетов работает быстрее.

Сети с коммутацией пакетов высокопроизводительны и эффективны. Эти сети дешевле,, т.к. предла­гают высокоскоростную связь с оплатой только передачи пакета, а не времени соединения.

Коммутация датаграмм пакетов. В такой сети сообщение разбивается на потоки пакетов. Каждый пакет адресуется отдельно, как независимая единица, а не как фрагмент более крупного блока.

Большая часть сетей с коммутацией пакетов использует виртуальные каналы, это каналы состоящие из цепочки логических связей между отправителем и адресатом. В отличие от постоянного физиче­ского соединения, полоса пропускания в виртуальных каналах предоставляется по требованию. Со­единение устанавливается после того, как два компьютера обменялись информацией и договорились о параметрах связи канала. В эти параметры входит максимальный размер сообщения и путь пере­сылки данных. Надежность будет гарантирована, если для виртуальных каналов установить следую­щие параметры:

- наличие подтверждений;

- управление потоком данных;

- контроль ошибок.

Виртуальные каналы могут существовать как в течении короткого диалога (временные), так и всего времени работы(постоянные).

При использовании коммутируемых виртуальных каналов SVC передача данных осуществля­ется по конкретному маршруту. Пока не прервано соединение, канал будет получать сетевые ре­сурсы, а маршрут – право на существование. Постоянный виртуальный канал PVC аналогичен выделенной линии, существует всегда, но оплата идет только за время пользования.

Логическое соединение, устанавливаемое передающей и принимающей машинами, называется вир­туальным, т.к. никакого выделенного физического канала между ними не существует, хотя ПК функ­ционируют так, как будто он имеется. Логическое соединение поддерживается в сети. Каждый узел в логическом маршруте может выполнять коммутацию и контроль ошибок.

Коммутация пакетов имеет одно значительное преимущество над коммутацией каналов – улучшает пропускную способность сети, позволяя устройств взаимодействовать по одному и тому же сетевому каналу. Коммутирующий узел может параллельно маршрутизировать пакеты нескольким получате­лям и настраивать маршруты смотря по обстоятельствам. К недостаткам относятся задержки при коммутации, хотя и меньшие, чем при передаче сообщений.

Дата добавления: 2014-10-15