Принципи комутації пакетів

Мережі з комутацією пакетів з’явилися наприкінці 60-х років як результат експериментів із першими глобальними комп’ютерними мере­жами. Цей метод комутації було спеціально розроблено для ефективного комп’ютерного трафіку. Перші кроки на шляху створення комп’ютерних мереж на основі методу комутації каналів показали, що цей вид кому­та­ції не дозволяє досягти високої загальної пропускної здатності мережі. Типові мережеві додатки генерують трафік дуже нерівномірно, з висо­ким рівнем пульсації швидкості передавання даних. Наприклад, при звер­ненні до віддаленого файлового сервера користувач спочатку пере­глядає вміст каталогу цього сервера, що спричинює передавання невели­кого обсягу даних. Потім він відкриває необхідний файл у текстовому редак­торі, і ця операція може створити досить інтенсивний обмін дани­ми, особливо якщо файл містить об’ємні графічні додатки. Після відо­браження кількох сторінок файлу користувач деякий час працює з ними локально, що взагалі не потребує передавання даних мережею, а потім повертає модифіковані копії сторінок на сервер – і це знову породжує інтенсивне передавання даних мережею [38].

Коефіцієнт пульсації трафіку окремого користувача мережі дорів­нює співвідношенню середньої інтенсивності обміну даними та макси­мально можливої, він може досягати 1:50 або навіть 1:100. При комутації каналів велику частину часу канал може простоювати. У той же час комутаційні можливості мережі будуть недоступні іншим користувачам мережі [38].

У методі комутації пакетів (packet swіtchіng) кожне повідом­лення поділяєть­ся на маленькі частинки (пакети) фіксованого розміру. Повідомлення можуть дуже сильно відрізнятися довжиною – від пари байтів до гігабайтів. Ко­жен пакет містить заголовок – інформацію про адреси відправника та отримувача, а також свій порядковий номер у повідомленні. Пакети передаються у мережі незалежно один від одного і можуть надходити отримувачу навіть різними маршрутами. Наприклад, на рис. 4.4 повідомлення з 1 вузла до 5 відправляється через три різні маршрути: 1-2-5, 1-5 та 1-4-6-5. У кожному пункті комутації обирається найменш завантажений канал. У пункті призначення з використан­ням нумерації пакетів формується вихідне повідомлення.

Рисунок 4.4 – КМ із комутацією пакетів

Комутатори пакетної мережі відрізняються від комутаторів каналів тим, що вони мають внутрішню буферну пам’ять для тимчасового збе­рігання пакетів, якщо комутатор у момент прийняття пакета зайнятий передаванням іншого пакета. У цьому випадку пакет знаходиться деякий час у черзі пакетів у буферній пам’яті, а коли до нього дійде черга, він передається наступному комутатору. Така схема передавання даних доз­во­ляє згладжувати пульсацію трафіка на магістральних зв’язках між ко­му­таторами і тим самим найбільш ефективно використовувати їх для підвищення пропускної здатності мережі в цілому. Коефіцієнт пульсації трафіку може бути рівним 1:10 або навіть 1:2 [38].

Розрізняють два режими роботи мереж комутації пакетів [6]:

- дейтаграмний (зв’язок без встановлення з’єднання) – пакети одного повідомлення можуть передаватися різними шляхами (наприклад, в Internet);

- віртуальних каналів (virtual switching, зв’язок із встановленням з’єдна­н­ня) – використовується для передавання великих повідомлень – всі пакети передаються одним маршрутом.

Узагальнюючи цей метод, можна зазначити, що в повідомлення (пакети), які пересилаються комп’ютер­ною мережею, вміщується інфор­мація про маршрут, в ре­зультаті чого будь-який комп’ютер, підключений до мережі, може визначити, куди потрібно відправити (або переключити) те чи інше повідомлення. Метод комутації пакетів є одним з найпоши­ре­ніших у KM, оскільки дає змогу досягнути найбільш ефективного вико­ристання пропускної здатності каналів.

Основні недоліки комутації пакетів [38]:

- затримки в джерелі передавання, які викликані інтервалами між передаванням кожного наступного пакета;

- час на передавання заголовків;

- затримки в кожному комутаторі, які викликані буферизацієюпакета;

- час комутації, який визначається часом очікування пакета в черзі до відправлення;

- невизначеність швидкості передавання даних між абонентами мережі, зумовлена тим, що затримки в чергах буферів комутаторів ме­режі залежать від загального завантаження мережі;

- змінна величина затримки пакетів даних, яка може бути доситьтривалою у моменти миттєвих перевантажень мережі;

- обмеження на розмір пакета;

- можливі втрати даних через переповнення буферів.

У даний час активно розробляються і впроваджуються методи, що дозволяють подолати зазначені недоліки, особливо для чутливого до за­три­мок трафіку, що потребує при цьому постійної швидкості переда­ван­ня. Такі методи називаються методами забезпечення якості обслугову­вання (Quality of Service, QoS). Мережі з комутацією пакетів, в яких реалізовані методи забезпечення якості обслуговування, дозволяють одночасно передавати різні види трафіку, в тому числі такі важливі, як телефонний та комп’ютерний [38].

Основні переваги комутації пакетів – висока загальна пропускна здатність мережі при передаванні пульсуючого трафіка та можливість динамічно перерозподіляти пропускну здатність фізичних каналів зв’яз­ку між абонентами відповідно до реальних потреб їхнього трафіку [38].

Як мережі з комутацією пакетів, так і мережі з комутацією каналів можна поділити на два класи за іншою ознакою: на мережі з динамічною комутацією і мережі з постійною комутацією.

Мережа з динамічною комутацією дозволяє встановлювати з’єд­нан­ня з ініціативи користувача мережі. Комутація виконується на час сеансу зв’язку, а потім (знову ж з ініціативи одного із 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 кількох секунд до кількох годин і завершується при виконанні певної роботи – передаванні файлу, перегляду сторінки чи текста зображення і т. п.

Мережа з постійною комутацією не надає користувачу можли­вості 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 який встанов­люється постійна комутація, часто вимірюється кількома місяцями або роками. Режим постійної комутації в мережах з комутацією каналів часто називається сервісом виділених (dedicated) чи орендованих (leased) каналів [77].

Прикладами мереж, що підтримують режим динамічної комутації, є телефонні мережі загального користування, локальні мережі, мережі TCP/IP. Найбільш популярними мережами, що працюють у режимі постійної комутації, є мережі технології SDH, на основі яких будуються виділені канали зв’язку з пропускною здатністю в кількагігабіт за се­кунду.

Деякі типи мереж підтримують обидва режими роботи. Наприк­лад, мережі Х.25 і ATM можуть надавати користувачу можливість динамічно зв’язатися з будь-яким іншим користувачем мережі й у той же час відправляти дані постійним з’єднанням одному цілком визначеному абоненту [77].

Дата добавления: 2014-01-20