Коммутация каналов, сообщений и пакетов

 Установление связи между абонентами может обеспечиваться тремя способами: коммутацией каналов, сообщений и пакетов.

Коммутация каналов обеспечивает выделение физического канала для прямой передачи данных между абонентами. Процесс коммутации канала и передачи данных изображен на рис. 9.

Абонент аi передает сообщение абоненту аj через узлы сети передачи данных A,B,C,D, соединяясь по так называемой процедуре "проключения" канала, т.е. последовательного соединения через определенные промежутки времени каждого узла друг с другом до тех пор, пока не соединится с абонентом aj. Процедура соединения представлена временной диаграммой на рис. 9. Коммутация каналов подобна процедуре соединения абонентов по междугородней телефонной сети. Так, абонент аi с индивидуального телефона набирает вначале код междугороднего телефона 08 (адрес узла А), затем через некоторое время (занят - не занят) набирает код города, к примеру, 095 (узел B), выходит на междугороднюю станцию (г. Москвы), а затем через номер АТС (к примеру, 927 - узел С) выходит на номер телефона абонента аj (к примеру, 927-43-47). Абонент aj поднимает трубку телефона (факс, модем либо сам абонент) и предупреждает абонента об установлении связи ("алло"). С этого момента начинается передача информации от абонента ai к абоненту aj.

Коммутация сообщений производится путем передачи сообщения, содержащего заголовок и данные, по маршруту, определяемому узлами сети. Процедура передачи аналогична процедуре пересылке письма по почте. В заголовке сообщения указывается адрес абонента aj - получателя сообщения (на конверте письма - адрес получателя). Сообщение, генерируемое отправителем - абонентом ai (на конверте - адрес отправителя) принимается узлом А (почтовый ящик) и хранится в памяти узла (почта из ящика изымается 3 раза в сутки). Узел А обрабатывает заголовок сообщения и определяет маршрут передачи сообщения, ведущий к узлу В (изъятое сообщение из почтового ящика обрабатывается в почтовом отделении, где по адресу (код города) определяется маршрут, ведущий к узлу В, в зависимости от приоритета, т.е. марки на конверте (Авиа или Ж.Д.). Узел В (самолет или почтовый вагон) принимает сообщение, размещая его в памяти (багажном отделении), а по окончании приема обрабатывает заголовок и выводит сообщение из памяти в линию связи (отправка по маршруту самолетом или поездом, к примеру Томск - Москва, ведущему к следующему узлу. Процесс приема, обработки и передачи сообщения повторяется последовательно всеми узлами на маршруте от абонента ai до абонента aj.

Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты, каждый из которых имеет один и тот же заголовок и строго заданный объем данных (посылку, отправляемую по почте, разбиваем на бандероли либо письмо на телеграммы) рис.9. Передача данных при коммутации пакетов происходит так же, как и при коммутации сообщений, но данные разделяются на последовательность пакетов ограниченной длины (например, по 1024 бит). 

 

	ai								aj

 

                                                                                         

 

 

   

В вычислительных сетях коммутация пакетов - основной способ передачи данных. Это обусловлено тем, что коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных через сеть передачи данных (СПД), а также следующими обстоятельствами.

Во-первых, способ коммутации каналов требует, чтобы все соединительные линии, из которых формируется канал, имели одинаковую пропускную способность, что крайне ужесточает требования к структуре СПД. Коммутация сообщений и пакетов позволяет передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.

Во-вторых, представление данных пакетами создает наилучшие условия для мультиплексирования потоков данных - разделения времени работы канала для одновременной передачи нескольких потоков данных.

На рис. 10 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая принцип мультиплексирования потоков данных.

 

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

a1 

   

2.1

2.2

a2

 

3.1

a3

 

1.1

2.1

2.2

1.2

1.3

3.1

1.4

1.5

 

Рис. 10

 

На первых трех осях изображены потоки данных (пакетов), генерируемых абонентами а1, а2, а3. Двойная нумерация пакетов на рисунке означает номер абонента и номер пакета в потоке. Канал используется для обслуживания трех абонентов путем разделения во времени, т.е. поочередного представления канала абонентам. Благодаря этому эффективно используются линии связи, соединяющие узлы связи и ЭВМ с СПД, и одна линия связи обеспечивает одновременную работу многих взаимодействующих абонентов. Эффективность коммутации пакетов несколько снижается из-за размножения заголовков, сопровождающих каждый пакет, но эти потери окупаются за счет эффекта мультиплексирования сильно пульсирующих потоков данных, характерных для вычислительных сетей.

В-третьих, малая длина пакетов позволяет выделять для промежуточного хранения передаваемых данных меньшую емкость памяти, чем требуется для сообщений. Кроме того, использование пакетов упрощает задачу управления потоками данных, поскольку для приема потока пакетов в узлах связи нужно резервировать меньшую память, чем для приема потоков сообщений.

В-четвертых, надежность передачи данных по линиям связи невелика (особенно по Российским телефонным линиям). Типичная линия связи обеспечивает передачу данных с вероятностью искажений 10-4 - 10-6 ошибок на бит. Чем больше длина передаваемого сообщения, тем больше вероятность того, что оно будет искажено помехами. Пакеты, имея незначительную длину, в большей степени гарантированы от искажений, чем сообщения. К тому же искажение исключается путем перезапроса данных (метод квитирования). В современных модемах используется адаптируемый (приспосабливающийся) принцип анализа помехозащищенности. При увеличении уровня помех длина пакета сокращается с 1024 бит до 34 или

 16 бит/сек.