Способы коммутации коммутация каналов коммутация пакетов

Коммутация каналов и коммутация пакетов

Известны три способа коммутации: коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов.

На телефонных сетях наиболее распространенным способом коммутации является коммутация каналов (линий). Он характеризуется тем, что по переданному адресу представляется тракт между передатчиком и приемником на все время передачи информации в реальном масштабе времени. Недостатком этого способа является то, что тракт в большинстве случаев используется не полностью, так как информация (речевое сообщение) прерывается длительными паузами. Это приводит к неполному использованию каналов, что, в свою очередь, требует увеличения их числа на сети для поддержания требуемого качества обслуживания вызовов. В таких системах коммутации качество обслуживания вызовов оценивается вероятностью отказов в установлении соединения из-за занятости каналов (линий) и приборов коммутации (системы с потерями) или временем ожидания обслуживания вызова (в системах с ожиданием). Перечисленные показатели нормируются.

Способ коммутации сообщений характеризуется тем, что тракт между приемником и передатчиком заранее не устанавливается, а канал в нужном направлении предоставляется по адресу, приписываемому в начале сообщения, только для передачи сообщения, а в паузах этот канал используется для передачи других сообщений. Пришедшее на коммутационную станцию (узел) сообщение (или его часть — сегмент) поступает в запоминающее устройство. После приема и анализа адреса сообщение устанавливается в очередь для передачи его в нужном направлении. Системы коммутации сообщений являются системами с ожиданием. Качество обслуживания вызовов оценивается по среднему времени задержки. Способ коммутации сообщений используется, когда не требуется работа в реальном масштабе времени. По сравнению с коммутацией каналов коммутация сообщений имеет следующие преимущества: повышается использование каналов; возможно использование разных типов каналов на разных участках; регистрируются и хранятся проходящие через узел сообщения.

При коммутации пакетов сообщение разбивается на части одинакового объема, называемые пакетами. Каждому пакету присваивается номер пакета и адрес получателя. Передача пакетов одного сообщения происходит аналогично передаче в системе с коммутацией сообщений и может осуществляться по одному или разным путям. В оконечном пункте пакеты собираются и выдаются адресату. Ведутся работы по использованию способа коммутации пакетов для передачи информации, требующей доставки в реальном масштабе времени (технологии ATM, Frame Relay и пр.).

Каждый из способов коммутации имеет свои преимущества и недостатки и может быть эффективно использован в определенных условиях и для определенных видов информации.

Передача данных по телекоммуникационным сетям

Мы можем классифицировать категории каналов, которые используются в телекоммуникационных сетях для передачи данных. В основе классификации лежит принцип построения телекоммуникационных каналов между станциями коммутации. Передача данных через телекоммуникационную сеть может проходить по трем различным типам сетей:

1. Арендованные или выделенные линии. Стоимость арендованной линии определяется помесячной платой и зависит от длины и емкости линии.

2. Сеть с коммутацией линий или каналов, связанная с набором номера адресата: Стоимостькоммутационной услугизависит от времени поддержания соединения, скорости передачи данных и от расстояния.

3. Сеть с коммутацией пакетов. Стоимость часто фиксирована и зависит от скорости передачи данных через интерфейс между компьютером и сетью. Соглашения со службой провайдера могут определять и другие параметры, такие как объем переданных данных, максимальная скорость передачи и т.д..

Внутри категории сетей с коммутацией можно выделить две подкатегории: сети с коммутацией пакетов и сети с коммутацией каналов. Обе категории используются для передачи данных, Рис 8.7 показывает простейшие сети и принципы коммутации, которые они используют.

Коммутация каналов.Сети с коммутацией каналов обладают фиксированной полосой пропускания и очень малым временем задержки сигналов. Исходная технология передачи для них была связана с голосовой телефонией, видеотелефонией и видеоконференциями. Эта технология оказалась недостаточно гибкой для передачи данных, где требования к скорости передачи сильно варьируются в коротких интервалах времени. Однако некоторые старые поколения сети передачи данных до сих пор используют принцип коммутации каналов.

В основу коммутаций каналов залажен набор номера источником данных. Маршрутизация сообщения базируется на указании номера адресата, когда канал установлен. Соединение разрывают, когда сообщение состоялось, см. рис. 8.7. Во время обмена сообщениями объем данных, прошедших через коммутатор фиксируется не взирая на то, что данные могли быть и не использованы. В конце сообщения соединение разрывают. Телефонные сети, как и цифровые системы интегрального обслуживания (ЦСИО) используют в работе принцип коммутации каналов.

Коммутация пакетов.Сети с коммутацией пакетов специально предназначены для передачи данных. Источник данных разбивает сообщение на пакеты, содержащих указания для идентификации маршрута или пункта назначения. Пакеты маршрутизируются к пункту назначения узлами сети с коммутацией пакетов.

Главный недостаток технологии коммутации пакетов состоит в том, что она не позволяет достигать низких и постоянных времён задержки сигналов. Существуют два основных типа сетей с коммутацией пакетов: сеть виртуальных каналов и сеть передачи пакетов с постановкой на очередь в случае их накопления.

Рис. 8.7 Выделенные линии и сети с коммутацией каналов и пакетов

В случае виртуальных каналов виртуальное соединение устанавливается либо в начале передачи пакета, либо оно устанавливается постоянным для всего сообщения и пакеты сообщения передаются по тому же самому установленному маршруту.

Главное различие между использованием физических и виртуальных каналов состоит в том, что, если используются виртуальные каналы вместо физических, то много пользователей делят между собой всю емкость линии передачи и каналы между узлами сети. В определенный момент активные пользователи могут использовать всю доступную ёмкость, если другие пользователи не передают ничего. Полная адресная информация не нужна в пакетах, если соединение установлено. Тогда только короткий идентификатор включается в каждый пакет, чтобы определить виртуальный канал, к которому этот пакет предназначен.

Рис. 8.8. Передача данных в сетях с коммутацией каналов и пакетов

В случае передачи в сети с коммутацией пакетов по реальным каналам имеет место безкоммутаторная передача данных (дейтаграмм), в которой специальные устройства – маршрутизаторы выполняют операции изменения маршрутов дейтаграмм в соответствии с имеющимися в них адресами пункта назначения.

1. Что называется коммутацией

2. Укажите элементы простейшей телекоммуникационной сети

3. Что включает в себя структура станции коммутации?

4. Перечислите уровни иерархия коммутаций.

5. Сформулируйте определение коммутации каналов и коммутации пакетов

6. Опишите три варианта передачи данных по телекоммуникационным сетям

Источник

Коммутация каналов и пакетов в сетях передачи данных

Коммутация каналов и пакетов — это методы решения обобщенной задачи коммутации данных в любой сетевой технологии. Комплекс технических решений обобщенной задачи коммутации в своей совокупности состоит из частных задач сетей передачи данных.

К частным задачам сетей передачи данных относятся:

• определение потоков и соответствующих маршрутов;
• фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств;
• распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства;
• мультиплексирование/демультиплексирование потоков;
• разделение среды передачи.

Среди множества возможных подходов к решению обобщенной задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих, к которым относят коммутацию каналов и коммутацию пакетов . При этом существуют традиционные области применения каждой из техник коммутации, например, телефонные сети строились и продолжают строиться с использованием техники коммутации каналов, а компьютерные сети в подавляющем большинстве основаны на технике коммутации пакетов.

Так в качестве информационных потоков в сетях с коммутацией каналов выступают данные, которыми обмениваются пары абонентов. Соответственно глобальным признаком потока является пара адресов (телефонных номеров) абонентов, связывающихся между собой. Одной из особенностей сетей с коммутацией каналов является понятие элементарного канала.

Элементарный канал

Элементарный канал (или просто канал) — это базовая техническая характеристика сети с коммутацией каналов, представляющая собой некоторое фиксированное в пределах данного типа сетей значение пропускной способности. Любая линия связи в сети с коммутацией каналов имеет пропускную способность, кратную элементарному каналу, принятому для данного типа сети.

В традиционных телефонных сетях величина скорости элементарного канала равняется 64 Кбит/с , что достаточно для качественной цифровой передачи голоса.

Для качественной передачи голоса используется частота квантования амплитуды звуковых колебаний в 8000 Гц (дискретизация по времени с интервалом 125 мкс). Для представления амплитуды одного замера чаще всего используется 8 бит кода, что дает 256 градаций звукового сигнала (дискретизация по значениям).

В этом случае для передачи одного голосового канала необходима пропускная способность 64 Кбит/с:

8000 х 8 = 64 000 бит/ с или 64 Кбит/с.

Такой голосовой канал называют элементарным каналом цифровых телефонных сетей. Особенностью сетей с коммутацией каналов является то, что пропускная способность каждой линии связи должна быть равна целому числу элементарных каналов.

Составной канал

Связь, построенную путем коммутации (соединения) элементарных каналов, называют составным каналом .

Свойства составного канала:

• составной канал на всем своем протяжении состоит из одинакового количества элементарных каналов;
• составной канал имеет постоянную и фиксированную пропускную способность на всем своем протяжении;
• составной канал создается временно на период сеанса связи двух абонентов;
• на время сеанса связи все элементарные каналы, входящие в составной канал, поступают в исключительное пользование абонентов, для которых был создан этот составной канал;
• в течение всего сеанса связи абоненты могут посылать в сеть данные со скоростью, не превышающей пропускную способность составного канала;
• данные, поступившие в составной канал, гарантированно доставляются вызываемому абоненту без задержек, потерь и с той же скоростью (скоростью источника) вне зависимости от того, существуют ли в это время в сети другие соединения или нет;
• после окончания сеанса связи элементарные каналы, входившие в соответствующий составной канал, объявляются свободными и возвращаются в пул распределяемых ресурсов для использования другими абонентами.

Отказ в соединении

Запросы на установление соединения не всегда завершаются успешно.

Если на пути между вызывающим и вызываемым абонентами отсутствуют свободные элементарные каналы или вызываемый узел занят, то происходит отказ в установлении соединения .

Преимущество коммутации каналов

Технология коммутации каналов ориентирована на минимизацию случайных событий в сети, то есть это технология. Во избежание всяких возможных неопределенностей значительная часть работы по организации информационного обмена выполняется заранее, еще до того, как начнется собственно передача данных. Сначала по заданному адресу проверяется доступность необходимых элементарных каналов на всем пути от отправителя до адресата. Но в случае с пульсирующим трафиком, данный подход является неэффективным, так как до 80% времени канал может простаивать.

Коммутация пакетов

Важнейшим принципом функционирования сетей с коммутацией пакетов является представление информации, передаваемой по сети, в виде структурно отделенных друг от друга порций данных, называемых пакетами . Каждый пакет снабжен заголовком , в котором содержится адрес назначения и другая вспомогательная информация (длина поля данных, контрольная сумма и др.), используемая для доставки пакета адресату.

Наличие адреса в каждом пакете является одной из важнейших особенностей техники коммутации пакетов, так как каждый пакет может быть обработан коммутатором независимо от других пакетов, составляющих сетевой трафик. Помимо заголовка у пакета может иметься еще одно дополнительное поле, размещаемое в конце пакета и поэтому называемое концевиком. В концевике обычно помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет.

Разбиение данных на пакеты

Разбиение данных на пакеты проходит в несколько этапов. Узел отправитель формирует цепочку передаваемых данных, которая разбивается на равные части. После чего происходит образование пакетов путем добавления заголовочной служебной информации. И последним этапом происходит сборка пакетов в исходное сообщение в узле назначения.

Передача данных по сети в виде пакетов

Как и в сетях с коммутацией каналов, в сетях с коммутацией пакетов для каждого из потоков вручную или автоматически определяется маршрут, фиксируемый в хранящихся на коммутаторах таблицах коммутации. Пакеты, попадая на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту

Неопределенность и асинхронность перемещения данных в сетях с коммутацией пакетов предъявляет особые требования к работе коммутаторов в таких сетях.

Главное отличие пакетных коммутаторов от коммутаторов в сетях с коммутацией каналов состоит в том, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов. Коммутатору нужны буферы для согласования скоростей передачи данных в линиях связи, подключенных к его интерфейсам, а также для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации.

Методы продвижения пакетов

Пакетный коммутатор может работать на основании одного из трех методов продвижения пакетов:

• дейтаграммная передача;
• передача с установлением логического соединения;
• передача с установлением виртуального канала.

Дейтаграммная передача

Дейтаграммный способ передачи данных основан на независимом продвижении пакетов друг относительно друга. Процедура обработки пакета определяется только значениями параметров, которые он несет в себе, и текущим состоянием сети . И каждый отдельный пакет рассматривается сетью как совершенно независимая единица передачи — дейтаграмма.

Передача с установлением логического соединения

Процедура согласования двумя конечными узлами сети некоторых параметров процесса обмена пакетами называется установлением логического соединения. Параметры, о которых договариваются два взаимодействующих узла, называются параметрами логического соединения.

Виртуальный канал

Единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют виртуальным каналом (virtual circuit или virtual channel). Виртуальные каналы прокладываются для устойчивых информационных потоков. С целью выделения потока данных из общего трафика каждый пакет этого потока помечается специальным видом признака — меткой. Так же как в сетях с установлением логических соединений, прокладка виртуального канала начинается с отправки из узла-источника специального пакета — запроса на установление соединения.

Таблица коммутации в сетях, использующих виртуальные каналы, отличается от таблицы коммутации в дейтаграммных сетях. Она содержит записи только о проходящих через коммутатор виртуальных каналах, а не обо всех возможных адресах назначения, как это имеет место в сетях с дейтаграммным алгоритмом продвижения

Сравнение сетей с коммутацией каналов и пакетов

Коммутация каналов	Коммутация пакетов
Необходимо предварительно устанавливать соединение	Отсутствует этап установления соединения (дейтаграммный способ)
Адрес требуется только на этапе установления соединения	Адрес и другая служебная информация передаются с каждым пакетом
Сеть может отказать абоненту в установлении соединения	Сеть всегда готова принять данные от абонента
Гарантированная пропускная способность (полоса пропускания) для взаимодействующих абонентов	Пропускная способность сети для абонентов неизвестна, задержки передачи носят случайный характер
Трафик реального времени передается без задержек	Ресурсы сети используются эффективно при передаче пульсирующего трафика
Высокая надежность передачи	Возможные потери данных из-за переполнения буферов
Нерациональное использование пропускной способности каналов, снижающее общую эффективность сети	Автоматическое динамическое распределение пропускной способности физического канала между абонентами

Рекомендуем хостинг TIMEWEB

Рекомендуемые статьи по этой тематике

Источник