Методы коммутации

Лекция 7. (+)Коммутация каналов и пакетов.

Вопросы для самостоятельной работы

1. Опишите метод случайного доступа CDMA/CD

2. Перечислите основные характеристики и различия технологий Ethernet, Fast Ethernet, GigabitEthernet

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации (т.е. соединения) своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефонных аппаратов. Практически невозможно предоставить каждой паре абонентов свою собственную физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. Поэтому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает использование имеющихся физических каналов одновременно для нескольких абонентов сети. На рис. 10 показана типичная структура сети с коммутацией абонентов.

Рис 1.Общая структура сети с коммутацией абонентов

Абоненты (обозначены цифрами) соединяются с коммутаторами (обозначены буквами) индивидуальными линиями связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией абонентом. Линии связи между коммутаторами разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно. Таким образом:

Коммутация – это соединение линий связи.

Коммутатор – это устройство, которое соединяет отдельные участки линий связи.

Первым коммутатором был человек на телефонной станции (соединял контакты)

Существуют две принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:

· коммутация каналов (circuit switching),

· коммутация пакетов (packet switching)

Внешне все эти схемы соответствуют приведенной на рис.10. структуре сети, однако возможности и свойства их различны. Сети с коммутацией каналов имеют более богатую историю, они ведут свое происхождение от первых телефонных сетей. Сети с коммутацией пакетов сравнительно молоды, они появились в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, но по долгосрочным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии коммутации пакетов, как более гибкой и универсальной.

Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с Коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку - на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.

· динамическая коммутация (коммутируемый канал) - это соединение линий по мере необходимости для клиентов:телефонные соединения абонентов, соединения компьютеров на время передачи данных, локальные сети…

· постоянная коммутация (выделенный канал (dedicated) или арендуемый (leased) ) - это соединение линий на длительное время, заказанное клиентом: постоянное соединение с помощью модемов, соединения между узлами на магистральных линиях, заказанные абонентом выделенные телефонные каналы.

Коммутация каналов - образование непрерывного физического канала из отдельных участков линий связи.

Процедура установления соединения - создается составной канал из общественных линий связи для соединения двух абонентов..

Преимущества:

• Гарантированная максимальная пропускная способность сети после установления соединения.
• Простота оборудования

Недостатки:

• Созданный канал между узлами не может использоваться другими клиентами, которые будут ожидать освобождения канала неизвестное время.
• невозможность работы пользовательской аппаратуры с разной скоростью.

мультиплексирование FDM:

· Как сделать так, чтобы магистральные каналы могли одновременно использовать несколько клиентов не ожидая завершения связи другого?

Решение - техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM) - разработана для телефонных сетей, но применяется для других сетей (соединений XDSL, каб телевидение).

• сигналы разных абонентов поступают на коммутатор с одинаковой частотой и при попытке одновременной из передачи по одной линии накладываются, образуя неразличимый «шум»

· Поэтому к коммутатору добавляют мультиплексор, который преобразует сигналы каждого абонента - в свою частоту и посылает их одновременно по одной динии

· Так как частоты каждого абонента разделены определенным интервалом, то они не мешают друг другу.Полосы делают шириной в 4 кГц, оставляя между ними страховой промежуток в 900 Гц.

· Такой канал называют уплотненным.

Рис 2. Коммутация на основе частотного уплотнения

WDM (Wave Division Multiplexing) - в волоконно-оптических кабелях в одном направлении световой пучек одной длины волны, а в обратном - другой длины волны. Такая техника относится к методу FDM, используя от 2 до 16 каналов.

Коммутация пакетов - разработана для эффективной передачи компьютерного трафика.

1. Разбивка на пакеты одинаковой величины всего потока информации

2. Добаваление к каждому пакету заголовка, в котором указываются: адрес отправителя и получателя, приоритет пакета, контрольная сумма …

3. Буферная память. Ее нет в коммутаторах каналов, но в коммутаторах пакетов она обязательна. В ней временно собираются пакеты перед отправкой или в нее временно складываются пакеты, пришедшие из сети.

4. Сглаживание пульсации трафика на магистральных связях – линии связи более равномерно загружены, чем в линиях с коммутацией каналов т.к. пока один абонент простаивает, канал занимают другие абоненты.

5. Неопределенная пропускная способность сети с коммутацией пакетов - это плата за ее общую эффективность: пропускная способность зависит от количества одновременно работающих абонентов. Чем абонентов больше, тем медленне пропускаются пакеты каждого. Пропускная способность для каждого абонента неизвестна в каждый момент времени т.к. число абонентов все время меняется.

6. Выбор размера пакета: чем больше пакет, тем больше времени ожидают другие абоненты своей очереди. Но есть такие типы трафика, как передача голоса, которые не не могут ждать (речь будет прерываться и пропадать на время ождидания). Кроме того, если произошла ошибка при передаче пакета, то его придется передавать заново, а чем больше пакет, тем больше времени тратится на повторение. Поэтому выбор размера пакета зависит от качества линии и от типа трафика, который по ней передается.

TDM - техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing, ) -разработана для цифровой передачи по линиям с коммутацией пакетов.

· Идея аналогична FDM - передача по одной линии информации сразу нескольких клиентов

· данные передаются только в цифровой форме

· Данные разных клиентов передаются так:
- заданное количество пакетов нескольких абонентов объединяются в обойму и по мультиплексированному каналу передаются не отдельные пакеты, а обойма.

· В отличие от передачи отдельных пакетов в обойме нет промежутков времени между пакетами для их различия. Кроме того обойма передается с большей частотой, чем приходящие пакеты и таким образом достигается большая скорость передачи данных по каналу
НАПРИМЕР: пакеты приходят на скорости 10 Мбит/сек, а передача по мультиплексированному каналу 100 Мбит/сек.

· В обойме пакету каждого клиента отведено строго определенное место для того, чтобы на другом конце демультиплексор точно в таком же порядке их разобрал снова на пакеты и отправил в другие линии.

· Хотя в каждый момент времени передаются данные одного клиента, но за счет быстрого чередования передачи данных разных клиентов создается впечатление, что передаются данные всех клиентов одновременно.

Рис 3. Коммутация на основе разделения канала во времени

В данном примере показана передача уплотненного кадра на выходной канал Т1 с битовой скоростью, равной N*64 Кбит/с. (N - количество каналов) – 24 канала. На коммутаторе могут быть перестановки пакетов в обойме, если на другом участке линии абоненты принимают пакеты в другом порядке по ругому. В примере показана перестановка пакетов клиентов 1 и 2 т.к. второй передает первому, а первый – второму.

· Демультиплексор - выполняет обратную задачу – «вынимает пакеты из обоймы и распределяет по линиям связи..

Дата добавления: 2014-12-07