26. Обобщенная задача коммутации.
Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.
Обобщенная задача коммутации
В самом общем виде задача коммутации может быть представлена в виде следующих взаимосвязанных частных задач:
1. Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты.
2. Маршрутизация потоков.
3. Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.
4. Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.
27. Способы коммутации (коммутация пакетов, каналов).
Типы коммутации
Среди мн-ва возможных подходов к реш-ю задачи коммутации абонентов в сетях выделяют 2 основополагающих, к кот-м относят коммутацию каналов и коммутацию пакетов.
Коммутация каналов
Как показано на рис7, коммутационная сеть состоит из коммутаторов (S1, S2, …, S5), связ-х м\у собой линиями связи. Каждая линия имеет одну и ту же пропускную сп-ть.
Каждый абонент подкл-ся к сети с помощью терминального устр-ва (Т), кот-е посылает в сеть данные с пост-й ск-ю, причем эта ск-ть в точ-ти равна пропускной сп-ти линий. Если в какие-то периоды времени у абонента ск-ть инф-и, кот-ю он хочет передать в сеть, оказ-ся меньше пропускной сп-ти линии, то терминальное устр-во продолжает питать сеть постоянным потоком данных, дополняя полезную инф-ю пользователя "пустыми" (незначащими) данными (см. рис.).
Установление соединения
Обмен данными нач-ся с предварительного устан-я соед-я.
Пусть два абонента А и Б хотят передать друг другу нек-е данные. Прежде чем отправить в сеть данные (начать разговор) абонент А посылает запрос в коммутационную сеть, в кот-м указывается адрес (телефонный №) абонента Б. Цель посылки запроса – уст-ть соед-е абонентов А и Б. информационным каналом, св-ва кот-го подобны св-м непрерывной линии связи: на всем своем протяжении он передает данные с одной и той же ск-ю. Это означает, что в транзитных коммутаторах нет необходимости буферизировать данные пользователей.
Для создания такого канала запрос должен пройти ч\з последовательность коммутаторов, лежащих на пути от А к Б, и удостовериться, что все необходимые отрезки пути (линии связи) в данный момент свободны. Кроме того, для успешного соед-я необходимо, чтобы конечный узел Б не был занят в другом соед-и. Чтобы зафиксировать соед-е, в каждом из коммутаторов вдоль пути от А к Б запом-ся инф-я о том, что соотв-я линия связи выделена соед-ю абонентов А и Б (зарезервирована). В каждом коммутаторе вып-ся внутр-е соед-е интерфейсов, соотв-х маршруту прохождения данных.
При этом возможны отказы в установлении соед-я, если занят абонент Б или какая-либо линия связи. Нек-е сети могут различать эти 2 ситуации.
Мультиплексирование
Описанная сеть с коммутацией каналов, в кот-й каждая физ-я линия всегда передает данные с одной и той же ск-ю, работает неэфф-но.
Пользователей заставляют стать неким универ-м стандартным поль-м, кот-й всегда передает в сеть инф-ю с пост-й единственно разрешенной ск-ю. Сегодня трудно представить такого поль-ля, оснащенного разл-ми терминальными устр-ми: сотовыми телефонами, комп-ми, офисными АТС. Поэтому ск-ть пользов-го трафика в общем случае не совпадает с фиксированной пропускной сп-ю физ-х каналов.
Также и сама сеть в таком случае неэфф-но исп-т свои собств-е ресурсы. Для того, чтобы вер-ть отказа в установ-и соед-я б\а достаточно низкой и приемлемой для польз-ля, м\у коммутаторами нужно проложить большое кол-во парал-х физ-х линий, а это очень затратный вариант.
Чтобы повысить эфф-ть в сетях с коммутацией каналов, стали исп-ть мультиплексирование; это позволило одновременно передавать ч\з каждый физ-й канал трафик нес-х лог-х соед-й. Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов имеет свои особ-ти. Так пропускная сп-ть каждой линии связи делится на равные части, образуя одинаковое число так называемых подканалов. Обычно линия, подключающая поль-ля к сети, поддерживает меньшее число подканалов, чем линии, соединяющие коммутаторы, - в этом случае вер-ть отказа умень-ся. Н, пользовательская линия может сост-ть из 2, 24 или 30 подканалов, а линия м\у коммутаторами – из 480, 1920. Наиболее распростр-й ск-ю цифрового подканала яв-ся сегодня ск-ть 64 Кбит/с, кот-я обесп-т каче-ю цифровую передачу голоса.
Коммутация пакетов
Техника коммутации пакетов была спец-но разработана для эфф-й передачи комп-го трафика. При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети данные разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, наз-е пакетами, кадрами или ячейками.
Каждый пакет снабжается заголовком, в кот-м указ-ся адрес, необх-й для доставки пакета узлу назначения. Наличие адреса в каждом пакете яв-ся одним из важнейших св-в техники коммутации пакетов, т.к. каждый пакет м.б. обработан коммутатором независимо от др. пакетов инф-го потока. Помимо заголовка у пакета имеется еще одно доп-е поле, кот-е помещается в конец пакета и поэтому наз-ся концевиком. В концевике помещается контрольная сумма, кот-я позволяет проверить, б\а ли искажена инф-я при передаче ч\з сеть или нет.
Пакеты поступают в сеть без предварительного резервирования линий связи и не с фиксированной наперед заданной ск-ю, как это делается в сетях с коммутацией каналов, а в том темпе, в кот-м их генерирует ист-к. Предполагается, что сеть с коммутацией пакетов, в отличие от сети с коммутацией каналов, всегда готова принять пакет от конечного узла.
Методы продвижения пакетов. Решение о том, на какой интерфейс передать пришедший пакет, принимается на основании одного из 3 методов продвижения пакетов.
Логическое соединение
Передача с установлением лог-го соед-я основывается на знании «предыстории» обмена. Это позволяет более рационально по срав-ю с дейтаграммным сп-м обрабатывать пакеты. Н, при потере нес-х предыдущих пакетов м.б.снижена ск-ть отправки последующих. Или благодаря нумерации пакетов и отслеживанию номеров отправ-х и принятых пакетов можно повысить надежность путем отбрасывания дубликатов, упорядочения поступивших и повторения передачи потерянных пакетов.
Параметры соед-я могут быть как пост-ми в теч-е всего соед-я (Н, макс-й размер пакета), так и переем-ми, динамически отражающими текущее сост-е соед-я (Н, послед-е № пакетов). Когда отправитель и получатель фиксируют начало нового соединения, они, прежде всего, «договариваются» о нач-х знач-х парам-в процедуры обмена и только после этого нач-т передачу собственных данных.
Передача с установлением соед-я более надежна, но требует больше времени для передачи данных и вычис-х затрат от конечных узлов, что иллюстрирует рис. 14.
При передаче с установ-м соед-я узлу-получателю отправляется служебный кадр спец-го формата с предл-м установить соед-е, как показано на рис. 14б. Если узел-получатель согласен с этим, то он посылает в ответ др. служебный кадр, подтверждающий устан-е соед-я и предлагающий нек-е парам-ы, кот-е будут исп-ся в рамках данного лог-го соед-я. Это м.б., Н, идентификатор соед-я, макс-е знач-е длины поля данных кадров, кол-во кадров, кот-е можно отправить без получ-я подтверждения, и т.п. Узел-инициатор соед-я может закончить процесс установления соед-я отправкой третьего служебного кадра, в кот-м сообщит, что предложенные параметры ему подходят. На этом лог-е соед-е считается установленным. Лог-е соед-е м.б. рассчитано на передачу данных как в одном напр-и – от инициатора соед-я, так и в обоих напр-х. После передачи нек-го законченного набора данных, Н опр-го файла, узел-отправитель инициирует разрыв данного лог-го соед-я, посылая соотв-й служебный кадр.
Передача с устан-м соед-я должна поддерживать как мин-м 2 типа кадров – информ-е, переносящие собственно пользовательские данные, и служебные, предназн-е для устан-я (разрыва) соед-я.
Сравнение сетей с коммутацией пакетов и каналов.
Коммутация каналов:
-гарантированная пропускная сп-ть(полоса) для взаимодействующих абонентов;
-сеть может отказать абоненту в установ-и соед-я;
-трафик реального времени передается без задержек;
-адрес исп-ся только на этапе установления соед-я;
Коммутация пакетов:
-пропуск-я способ-ть сети для абонентов неизвестна, задержки передачи носят случ-й хар-р;
-сеть всегда готова принять данные от абонента;
-ресурсы сети исп-ся эфф-но при передаче пульсирующего трафика;
-адрес передается с каждым пакетом;
Рис. 7. Коммутация каналов без мультиплексирования.
Рис. 8. Дополнение потока до пропускной способности линии.
Рис. 9. Коммутация каналов с мультиплексированием.
Рис. 10. Разбиение потока данных на пакеты.
Рис. 11. Очереди в пакетном коммутаторе.