Комутація в мережах

Вступ

Теорія інформації та кодування

Лекція № 5.7

Керування потоком інформаційних об’єктів. Комутація в мережах

Цією лекцією розпочинаємо вивчення останньої теми дисципліни, теми 5.3 “Керування потоком інформаційних об’єктів. Комутація та маршрутизація в мережах”, на вивчення якої виділено 6 год. навчального часу (4 год. – лекції та 2 год. – самостійна робота).

В лекціях попередніх тем були розглянуті такі ґрунтовні поняття, як лінія, канал зв’язку, канал передачі даних. Одним із їх елементів є каналоутворююча апаратура, в задачі якої входить забезпечення передавання в каналі зв’язку інформації декількох каналів передачі даних.

Рис. 1. Узагальнена структурна схема каналу передачі даних

Лекція № 5.7 − “ Керування потоком інформаційних об’єктів. Комутація в мережах ”. В лекції будуть розглянуті наступні учбові питання:

1 Комутація в мережах. 3

2 Комутація ланцюгів. 5

3 Комутація та ущільнення каналів на основі мультиплексування. 8

3.1 Комутація каналів на основі частотного мультиплексування. 8

3.2 Комутація каналів на основі розподілу часу. 10

Мережа передачі даних є основою інформаційних мереж і являє собою сукупність каналів передачі даних і вузлів комутації. Історично склалося, що системи передачі даних перших комп’ютерних мереж створювались на базі аналогових телефонних мереж. На сьогоднішній день для мереж даного типу розроблений достатньо великий об’єм програмного та апаратурного забезпечення, є стандартні протоколи керування передачею даних, що визначає їх широке застосування у сучасних інформаційних мережах. Основним недоліком мереж даного типу є відносно низька швидкість передачі інформації. Для досягнення більш високих швидкостей передачі даних на великі відстані сьогодні знаходять застосування цифрові мережі передачі даних та супутникові системи зв’язку.

Всі мережі передачі даних підтримують деякий спосіб комутації своїх абонентів між собою. Цими абонентами можуть бути віддалені комп’ютери, локальні мережі, факс-апарати, або просто співрозмовники, які спілкуються за допомогою телефонних апаратів. Практично неможливо надати кожній парі взаємодіючих абонентів свою власну некомутуєму фізичну лінію зв’язку. Тому у будь-якій мережі завжди використовується деякий спосіб комутації. Абоненти з’єднуються з комутаторами індивідуальними лініями зв’язку, кожна з яких використовується у будь-який момент часу тільки одним, закріпленим за цією лінією абонентом. Між комутаторами лінії зв’язку поділяються декількома абонентами, тобто використовуються спільно. На рис. 2 показана типова структура мережі з комутацією абонентів.

Рис. 2. Загальна структура мережі з комутацією абонентів

Комутація є життєво важливим елементом зв’язку елементів абонентських систем (і, взагалі, елементів розподілених мереж) між собою і з центрами керування, обробки і збереження інформації в мережах. Вузли мережі підключаються до деякого комутуючого устаткування, уникаючи в такий спосіб необхідності створення спеціальних ліній зв’язку. Однією з визначальних характеристик мережі передачі даних є спосіб комутації даних. Залежно від цього відрізняють мережі передачі даних з комутацією каналів (cіrcuіt swіtchіng), комутацією повідомлень (message swіtchіng), комутацією пакетів (packet swіtchіng) і інтегровані мережі передачі даних.

Найпростіший та природний спосіб передачі даних між двома абонентськими системами, названий комутацією каналів, базується на реалізації фізичного з’єднання між ними. Однією з визначальних характеристик мережі передачі даних є спосіб комутації даних. Відрізняють мережі передачі даних з комутацією каналів (cіrcuіt swіtchіng), комутацією повідомлень (message swіtchіng), комутацією пакетів (packet swіtchіng) і інтегровані мережі передачі даних.

За своєю сутністю мережі комутації каналів подібні телефонним мережам колективного користування, на базі яких вони, як правило, і реалізуються. Фізичне з’єднання між абонентами комп’ютерної мережі утворюється, як правило, тільки на час сеансу передачі інформації шляхом утворення об’єднаного каналу з послідовно з’єднаних каналів. При цьому зв’язок між відправником і одержувачем встановлюється шляхом надсилання відправником відповідного повідомлення, яке передається по мережі передачі даних від одного вузла комутації каналу до другого і керує комутацією каналів зв’язку, наче прокладаючи шлях від відправника до одержувача. Після утворення фізичного з’єднання з пункту призначення відправнику передається відповідне повідомлення, яке підтверджує наявність необхідного з’єднання. Далі здійснюється передача інформації, для якої був створений канал передачі даних. На час сеансу обміну інформацією об’єднаний канал повністю стає недоступним для інших абонентів. Після завершення передачі відправник інформації видає відповідне керуюче повідомлення, яке передається по об’єднаному каналу, керуючи його роз’єднанням, а досягнувши адресату, інформує його про закінчення сеансу обміну інформацією.

Загальний час сеансу складається з часу комутації, часу передачі і часу завершення сеансу зв’язку.

В разі використання в транспортній мережі виділеної лінії два (і більше) кінцевих пунктів мережі можуть з’єднуватися, якщо між ними увесь час здійснюється зв’язок з постійною швидкістю передачі.

Далі розглядаються різні методи комутації, коли використовуються лінії зв’язку, що комутуються, чи не комутуються (виділеної лінії).

Транспортною мережею, що комутується, називається мережа, у якій між двома (або більш) кінцевими пунктами встановлюється зв’язок по запиту. Прикладом такої мережі є телефонна мережа, що комутується.

В разі використання в транспортній мережі виділеної лінії два (і більше) кінцевих пунктів мережі можуть з’єднуватися, якщо між ними увесь час здійснюється зв’язок з постійною швидкістю передачі.

Існують три принципово різні схеми комутації абонентів у мережах: комутація пакетів (packet swіtкhіng), комутація повідомлень (message swіtкhіng) і комутація каналів (cіrcuіt swіtкhіng). Зовні всі ці схеми відповідають приведеної на рис. 2 структурі мережі, однак можливості і властивості них різні. Мережі з комутацією каналів мають більш багату історію, вони ведуть своє походження від перших телефонних мереж.

Існують наступні методи комутації каналів:

• комутація ланцюгів;

• комутація (ущільнення) на основі мультиплексування.

Мережі з комутацією повідомлень послужили прототипом сучасних мереж з комутацією пакетів і сьогодні вони в чистому виді практично не існують.

Мережі з комутацією пакетів порівняно молоді, вони з’явилися як результат експериментів з першими глобальними комп’ютерними мережами.

Кожна з цих схем має свої переваги і недоліки, але за прогнозами багатьох фахівців майбутнє належить технології комутації пакетів, як більш гнучкої й універсальної.

Як мережі з комутацією пакетів, так і мережі з комутацією каналів можна розділити на два класи по іншій ознаці − на мережі з динамічною комутацією і на мережі з постійною комутацією.

У першому випадку мережа дозволяє встановлювати з’єднання з ініціативи користувача мережі. Комутація виконується на час сеансу зв’язку, а потім (знову ж з ініціативи одного з взаємодіючих користувачів) зв’язок розривається. У загальному випадку будь-який користувач мережі може з’єднатися з будь-яким іншим користувачем мережі. Звичайно період з’єднання між парою користувачів при динамічній комутації складає від декількох секунд до декількох годин і завершується при виконанні визначеної роботи − передачі файлу, перегляду сторінки тексту або зображення і т.п.

В другому випадку мережа не надає користувачеві можливість виконати динамічну комутацію з іншим довільним користувачем мережі. Замість цього мережа дозволяє парі користувачів замовити з’єднання на тривалий період часу. З’єднання встановлюється не користувачами, а персоналом, що обслуговує мережу. Час, на яке встановлюється постійна комутація, виміряється звичайно декількома місяцями. Режим постійної комутації в мережах з комутацією каналів часто називається сервісом виділених (dedicated) або орендованих (leased) каналів.

Прикладами мереж, що підтримують режим динамічної комутації, є телефонні мережі загального користування, локальні мережі, мережі TСP/ІP.

Найбільш популярними мережами, що працюють у режимі постійної комутації, сьогодні є мережі технології ІSDN (цифрові мережі з iнтеграцiєю послуг ISDN – Integrated Services Digital Network), на основі яких будуються виділені канали зв’язку з пропускною здатністю в декілька гігабіт у секунду.

Деякі типи мереж підтримують обидва режими роботи. Наприклад, мережі Х.25 і АТМ можуть надавати користувачеві можливість динамічно зв’язатися з будь-яким іншим користувачем мережі й у той же час відправляти дані по постійному з’єднанню одному цілком визначеному абонентові.

Дата добавления: 2014-01-04