Тема: "Сети передачи данных"
1. Классификация сетей передачи данных по методам коммутаций.
2. Коммутация пакетов.
3. Режим работ на сетях с пакетной коммутацией.
4. Развитие сетей с пакетной коммутацией.
Вопрос 1. Классификация сетей передачи данных по методам коммутации
Классификация сетей передачи данных по методам коммутации приведена на рисунке 39.
Рисунок 39 – Виды коммутации
Сети передачи данных в зависимости от используемых принципов коммутации можно разделить на следующие классы: сети с коммутацией каналов и сети, где применяется коммутация с запоминанием.
Коммутация каналов. Коммутация каналов применяется в основном на сетях, к которым предъявляются два основных требования:
- время на установление соединения должно быть значительно меньше времени сеанса связи;
- задержки информации при передаче должны быть минимальны.
Обычно это сети, где необходимо обеспечить диалоговую работу. Наиболее ярким примером сети с коммутацией каналов является телефонная сеть.
Коммутация с запоминанием. В отличие от коммутации каналов, коммутация с запоминанием основана на передаче информации, заранее записанной в память узла коммутации (рисунок 40). Данные, поступающие от терминала отправителя, записываются в память узла коммутации. При этом данные могут быть преобразованы (изменена скорость передачи, изменен код, добавлена или удалена служебная информация). После этого при наличии свободного канала связи данные передаются на следующий узел и т.д., пока не достигнут терминала получателя.
Рисунок 40 – Коммутация с запоминанием
Коммутация с запоминанием имеет несколько преимуществ по сравнению с коммутацией каналов.
1 Эффективность использования линии при коммутации с запоминанием выше, поскольку один сегмент от узла к узлу может динамически распределять свои ресурсы между блоками данных от разных приложений. Если на передающем узле данных, предназначенных для отправки по определенному каналу, собирается больше, чем емкость этого канала, то они помещаются в буфер, и устанавливается очередность их передачи.
2 Система коммутации с запоминанием может осуществлять преобразование скорости передачи данных.
3 Когда трафик через сеть с коммутацией каналов возрастает, сеть может оказаться перегруженной, и в установлении каналов связи между новыми станциями может быть отказано.
4 В сетях коммутации с запоминанием можно использовать систему приоритетов.
5 В сетях коммутации с запоминанием маршрут передачи данных через сеть может изменяться даже в течение одного сеанса связи.
Коммутация с запоминанием применяется, как правило, на цифровых сетях и подразделяется на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов. В первом случае сообщение передается целиком. Важной частью сообщения является заголовок, где указывается адрес отправителя и адрес получателя. Благодаря этому сообщение передается от одного узла другому, пока не достигнет пункта назначения.
Вопрос 2. Коммутация пакетов
При коммутации пакетов сообщение разбивают на части определенной длины (пакеты) с целью минимизировать очереди в узлах коммутации и время обработки информации. Каждый пакет при этом получает свой заголовок, хотя объем дополнительной служебной информации при этом увеличивается, сети с коммутацией пакетов значительно превосходят сети с коммутацией сообщений в скорости, что показано на рисунок 35.
Верхняя часть рисунка 35 иллюстрирует передачу сообщения через три узла коммутации сообщений (УКС). Любой блок данных (сообщение или пакет) хранится в памяти исходного узла. На это уже расходуется определенное время. После обработки и ожидания в узле блок данных поступает в следующий узел, где повторяется тот же процесс. Сумма всех времен передачи, обработки и ожидания составляет общее время распространения сообщения. В данном случае это время Тс = Т3 – Тг. Нижняя часть рисунка 40 иллюстрирует передачу того же сообщения, разбитого на три пакета через три узла пакетной коммутации (УПК). Поскольку в сетях с коммутацией пакетов узлу необходимо ожидать приема не всего сообщения, а лишь его частей (пакетов) для их последующей передачи, то УПК 2 может начать передачу первого пакета сообщения сразу после его получения. За счет этого достигается более короткое время распространения по сравнению с сетями с коммутацией сообщений. В данном случае время передачи данных: Тп = Т2 – Тг.
Очевидно, что Тп значительно меньше Тс и выигрыш во времени тем больше, чем большее количество узлов должны пройти данные и чем большее количество пакетов содержит сообщение. Это позволяет использовать сети с коммутацией пакетов в настоящее время не только для служб передачи данных, но и служб, работающих в интерактивном режиме.
На рисунке 42 показана обобщенная структура пакета, которая включает следующие поля:
– тип (указывает тип данного пакета);
– длина (указывает длину пакета в байтах);
– порядковый номер (указывает номер пакета по порядку). В некоторых случаях для увеличения надежности пакет может содержать два номера – прямой и обратный;
– адресная часть (содержит адрес отправителя и адрес получателя данных):
– управление (содержит различную служебную информацию);
– данные (содержит полезную информацию, которая собственно передается по сети);
– контрольная сумма (проверочная последовательность – необходима для контроля безошибочной передачи данных).
Заметим, что формат пакета в каждой системе пакетной коммутации имеет свои особенности и может иметь другой вид (поля пакета).
Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать определение пакетной коммутации.
Рисунок 41 – Время распространения в системах коммутации с запоминанием
Пакетная коммутация – это вид цифровой коммутации, при котором данные, передаваемые по сети, разбивают на части (пакеты).
Тип |
Длина |
Поряд. № |
Адрес 1 |
Адрес 2 |
Управление |
Данные |
Контр. сумма |
Рисунок 42 – Общий формат пакета
Каждый пакет снабжается заголовком, в котором присутствует адресная часть, согласно которой пакет коммутируется по сети. На приемной стороне проверяется целостность пакетов и происходит сборка сообщения в одно целое.