Классификация способов коммутации
Коммутация – процесс создания последовательного соединения функциональных единиц, каналов передачи или каналов связи на то время, которое требуется для транспортировки сигналов.
При передаче сообщений используются следующие основные способы коммутации: коммутация каналов (КК), коммутация сообщений (КС), коммутация пакетов (КП), гибридная коммутация (ГК) (рис. 1.15).
Рис. 1.15. Классификация способов коммутации
Коммутация каналов – способ коммутации, при котором обеспечивается временное соединение каналов на различных участках сети для образования прямого канала между любой парой абонентских пунктов этой сети.
Коммутация каналов применяется, как правило, на аналоговых или односкоростных цифровых сетях связи. На таких сетях осуществляется статическое распределение сетевого ресурса или применяется фиксированная полоса пропускания, выделенная для передачи информации. При этом задержка сообщений минимальная и определяется только временем установления соединения.
Данный способ считается недостаточно гибким и на его основе практически невозможно построить мультисервисную цифровую сеть с большим набором скоростей.
В цифровых сетях связи разновидностями классической КК являются способы многоскоростной коммутации каналов (МКК) и быстрой коммутации каналов (БКК).
Способ многоскоростной коммутации каналов является более динамичным по сравнению с обычной коммутацией каналов. При этом способе канал с минимальной скоростью передачи выбирается как базовый. Путем объединения базовых каналов формируется набор каналов с различными скоростями, кратными базовой. В качестве базовой могут быть выбраны, например, скорости 8 или 64 кбит/с. Затем, в зависимости от требований, пользователю представляется тот или иной составной канал.
При осуществлении быстрой или многоскоростной коммутации оптимально используются возможности полупроводниковых элементов коммутационного устройства, когда в любой момент времени канал обмена будет представлять собой комбинацию нескольких каналов с базовой скоростью.
Особенностью многоскоростной коммутации является предоставление канала по требованию в паузах речевого сигнала. Динамическое распределение полосы пропускания увеличивает эффективность сети связи, но при перегрузках часть речевых отрезков теряется. Кроме того, при реализации БКК и МКК полоса результирующего канала должна быть кратна полосе базового канала.
Коммутация сообщений – способ коммутации, при котором в каждой системе коммутации производится прием сообщения, его накопление и последующая передача в соответствии с адресом.
При применении способа коммутации сообщений используется накопление сообщения (или его части) в памяти центров коммутации, поэтому сообщение из оконечных пунктов сети связи передается в центр коммутации сообщений (ЦКС), затем в другой центр и т.д., пока сообщение не достигнет того, с которым непосредственно связан оконечный пункт сети связи (ОПСС). Подобная поэтапная передача сообщения позволяет получить ряд положительных свойств для сети связи, что приводит к преимущественному использованию способа коммутации сообщений в современных сетях связи. В настоящее время существует несколько вариантов этого способа коммутации. Основными из них являются полный переприем сообщений и коммутация пакетов. В первом случае в центрах коммутации осуществляется переприем полного сообщения, во втором – лишь его части (пакета), что обеспечивает получение ряда преимуществ, которые будут рассмотрены далее.
Коммутация пакетов – способ коммутации, при котором сообщение делится на части определенного формата – пакеты, принимаемые, накапливаемые и передаваемые как самостоятельные сообщения по принципу, принятому для коммутации сообщений.
Каждому пакету присваивается адрес сообщения, а в ряде случаев – признак принадлежности определенному сообщению и его порядковый номер. Если все пакеты одного сообщения передаются по единому пути (по одному виртуальному каналу), то режим коммутации называется виртуальным, если же каждый пакет передается по самостоятельному пути – датаграммным.
Виртуальный канал – это логический канал, проходящий через телекоммуникационную сеть.
Способ коммутации пакетов соответствует механизму динамического распределения сетевого ресурса или переменной полосе пропускания, изменяющейся в зависимости от требования абонентов. Однако при этом имеют место случайные задержки информации. Способ КП является наиболее приемлемым для передачи данных, особенно при пачечной структуре трафика. Трафик – совокупность сообщений, передаваемых по сети электросвязи.
Следует отметить, что наряду со случайной задержкой информации применение способа КП связано и с другой проблемой – сложностью протоколов.
Одной из разновидностей КП является способ быстрой коммутации пакетов (БКП), использующий более простые протоколы. Также как и при обычной КП, в сети с БКП организуются виртуальные каналы, и информация в заголовке пакета определяет, какой из каналов должен быть использован для передачи пакета. Для реализации БКП требуется строить сеть связи на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), включая и абонентскую сеть, что обеспечивает большие скорости передачи сообщений и малые значения вероятности ошибки. Кроме того, в сетях с БКП проще технически реализовать узлы коммутации по сравнению с сетями с КП.
Ниже рассмотрим подробнее процедуры передачи сообщения между оконечными пунктами отправителя ОПСС и получателя ОПСС при применении различных способов коммутации на примере использования фрагмента сети связи, содержащей последовательно соединенных каналами связи центров коммутации ЦК1, ЦК2,… ЦКz (рис. 1.16).
Источник
Способы коммутации и передачи данных в сетях
Вступление
В данной статье мы рассмотрим основные методы коммутации в сетях.
Что такое коммутация?
В традиционных телефонных сетях, связь абонентов между собой выполняется с помощью коммутации каналов связи. В начале коммутация телефонных каналов связи выполнялась вручную, далее коммутацию выполняли автоматические телефонные станции (АТС).
Аналогичный принцип используется и в вычислительных сетях. В качестве абонентов выступают территориально удаленные вычислительные машины в компьютерной сети. Физически не представляется возможным предоставить каждому компьютеру свою собственную не коммутируемую линию связи, которой они пользовались бы в течении всего времени. Поэтому практически во всех компьютерных сетях всегда используется какой-либо способ коммутации абонентов (рабочих станций), выполняющий возможность доступа к существующим каналам связи для нескольких абонентов, для обеспечения одновременно нескольких сеансов связи.
Коммутация — это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.
Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).
Рассмотрим три основные наиболее распространенные способы коммутации абонентов в сетях:
- коммутация каналов (circuit switching);
- коммутация пакетов (packet switching);
- коммутация сообщений (message switching).
Коммутация каналов
Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой — коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.
Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.
Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.
Достоинства и недостатки коммутации каналов:
- Постоянная и известная скорость передачи данных
- Правильная последовательность прихода данных
- Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть
- Возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения
- Нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей
- Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения
Коммутация сообщений
Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.
Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.
При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.
Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.
Коммутация пакетов
Коммутация пакетов — это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.
Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.
Достоинства и недостатки коммутации пакетов:
Источник
Классификация каналов связи по способам коммутации
Коммутация каналов – телефонная сеть (X25, ATM)
Сети с коммутацией каналов можно разделить на 2 класса:
· Сеть с динамической коммутацией
· Сеть с постоянной коммутацией (сети с выделенной линией)
Коммутация каналов предполагает, что между абонентами устанавливается физический, составной, непрерывный канал связи.
— Гарантированная пропускная способность
— Непрерывность, синхронность, последовательность
— Гарантированная доставка данных
— Все коммутаторы (участки, каналы, связи) должны иметь одинаковую п пропускную способность (т.к. нет промежуточного хранения)
— Монопольные владения данным соединением, всеми каналами связи, которые в входят в соединение.
— Неэффективное использование каналов связи => низкая пропускная способность в всей сети в целом.
2. Коммутация сообщений
Сообщение – логически и функционально завершенный набор данных. Ограничений на длину сообщений нет. Сообщение состоит из заголовка (содержит адресат) и информативной части.
На сегодня работает только для некоторых оперативных служб чаще всего поверх коммутации пакетов.
— нет монопольного владения КС, в каждый момент занят только один канал.
— КС могут иметь любые пропускные способности.
Недостаток: большой объем буфера.
3. Коммутация пакетов
Сообщение разбивается в источнике на множество пакетов, где максимальная длина ограничена. Каждый пакет имеет заголовок, каждый пакет в нем пронумерован и содержит адрес назначения и источника. Пакеты – независимые блоки данных. Могут передаваться по разным маршрутам.
— уменьшается время передачи данных, т.к. передача разных пакетов на разные участки одновременно.
— Разные КС могут иметь различные пропускные способности. Возможность разделения КС во времени между различными информационными соединениями.
— Малый объем буфера.
– пакеты передаются независимо
– проблемы сборки сообщения из пакетов.
Способ коммутации пакетов называется дейтограммой. Используется для передачи не критичных данных.
Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов
Виртуальные соединения разделяют физический канал по времени. При способе виртуальных соединений предусмотрен механизм предварительного соединения. В этом случае перед началом передачи данных между двумя входящими узлами должен быть установлен виртуальный канал, который представляет единственный маршрут, соединяющий эти узлы.
Могут быть динамическими и постоянными.
Динамические Виртуальный канал устанавливается при передачи в сеть спец пакета – запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы сети и прокладывает канал. Это значит, что коммутаторы запоминают маршрут для этого соединения и в последующем поступлении пакетов данного соединения всегда отправляют его по проложенному маршруту.
Постоянный канал задается админом сети, путем ручной настройки коммутатора. При отказе коммутатора или канала Вирт канал прекращается и прокладывается заново.
Время, затраченное на установление виртуального канала компенсируется быстрой передачей всего потока пакетов. После того как данные переданы канал разъединяется.
Для эффективного использования каналов связи сущ. 3 метода мультиплексирования (разделение их между множеством абонентов) :
1. Способ частотного мультиплексирования FDM.
2. Мультиплексирования с разделением по времени TDM .
3. По длине волны WDM . (в оптоволоконных каналах связи)
Спектр человеческого голоса
Основные гармоники для передачи без искажений
По телефонному каналу передается сигнал 60-108 кГц. Напрямую голос передать нельзя, поэтому используется несущая частота.
Технология TDM . Появился в 80-х, с появлением первых цифровых каналов связи. Использовался в телефонных коммутаторах Т1.
Был предложен AT & T для первых сетей ASTM —
Метод импульсно-кодовой модуляции – цифровое кодирование аналогового сигнала
Все абонентские окончания имеют пропускную способность 64Кбит/с, причем время каждого цикла (время обоймы)
Каждую разницу амплитудных значений загоняем в 1 байт
Выбирается частота дискретизации – частота съема дискретных значений. f диск > 2 f человеч гармоник, >6800. = 8000
dt = 1/8000 = 125 мкс – время цикла
dt 1 = dt / N – время одного абонентского окончания в цикле
Используется в технологиях STM , ATM ( Synchronous , Asynchronous Transfer Mode ) в режимах синхронной передачи и в режиме асинхронной передачи.
Используется в коммутаторах Т1, используется в США, Канаде, Японии.
В ТДМ – 24окончания * 64 Кбит/с + 1 бит = 1,514Мбит/сек
Европа: тот же принцип
Но! Первоначально не 24 окончания, а 32.
Е1 = 32*64кбит/сек = 2048 кбит/сек, е2=4*е1, е3=4*е2, е4=4*е3
WDM – по принципу это ТДМ, тот же рисунок. Но передаем не через аналоговый сигнал, а по оптоволоконному каналу. Волны считываются циклически, разбиваются, считывается разница их частотных значений в Гц. Число абонентских окончаний равно числу диапазонов для волн, считываются и воспроизводятся. Дешифратором осуществляется разделение на мультимедиа и голос. Но – другие скорости
Каналы связи различаются по направлению передачи данных:
1. симплексные (в одну сторону – радио)
2. полудуплексные (в два направления, со временем ожидания – как рация)
3. дуплексные каналы связи (в оба направления одновременно – телефон)
все пропускные способности измеряются в стандартных единицах измерения
Источник
