Коммутация пакетов
Техника коммутации пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети данные разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами, кадрами или ячейками.
Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адрес, необходимый для доставки пакета узлу назначения. Наличие адреса в каждом пакете является одним из важнейших свойств техники коммутации пакетов, так как каждый пакет может быть обработан коммутатором независимо от других пакетов информационного потока. Помимо заголовка у пакета имеется еще одно дополнительное поле, которое помещается в конец пакета и поэтому называется концевиком. В концевике помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет.
Рис. 10. Разбиение потока данных на пакеты.
Пакеты поступают в сеть без предварительного резервирования линий связи и не с фиксированной наперед заданной скоростью, как это делается в сетях с коммутацией каналов, а в том темпе, в котором их генерирует источник. Предполагается, что сеть с коммутацией пакетов, в отличие от сети с коммутацией каналов, всегда готова принять пакет от конечного узла.
Буферы и очереди
Сеть с коммутацией пакетов, так же как и сеть с коммутацией каналов, состоит из коммутаторов, связанных физическими линиями связи. Однако, коммутаторы функционируют в этих сетях по-разному. Главное отличие состоит в том, что пакетные коммутаторы имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов. Действительно, пакетный коммутатор не может принять решения о продвижении пакета, не имея в своей памяти всего пакета. Коммутатор проверяет контрольную сумму, и только если она говорит о том, что данные пакета не искажены, начинает обрабатывать пакет, и по адресу назначения определяет следующий коммутатор. Поэтому каждый пакет последовательно бит за битом помещается во входной буфер.
Буферизация необходима пакетному коммутатору также для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации. Если коммутирующий блок не успевает обрабатывать пакеты, то на интерфейсах коммутатора возникают входные очереди. Очевидно, что для хранения входной очереди объем буфера должен превышать размер одного пакета. Существуют различные подходы к построению коммутирующего блока. Традиционный способ основан на одном центральном процессоре, который обслуживает все входные очереди коммутатора. Такой способ построения может приводить к большим очередям, так как производительность процессора разделяется между несколькими очередями. Современные способы построения коммутирующего блока основаны на многопроцессорном подходе, пока каждый интерфейс имеет свой встроенный процессор для обработки пакетов. Кроме того, существует также центральный процессор, координирующий работу интерфейсных процессоров. Использование интерфейсных процессоров повышает производительность коммутатора и уменьшает очереди во входных интерфейсах. Однако такие очереди все равно могут возникать, так как центральный процессор по-прежнему остается «узким местом».
Наконец, буферы нужны для согласования скоростей передачи данных в каналах, подключенных к пакетному коммутатору. Действительно, если скорость поступления пакетов из одного канала в течение некоторого периода превышает пропускную способность того канала, в который эти пакеты должны быть направлены, то во избежание потерь пакетов на целевом интерфейсе необходимо организовать выходную очередь.
В сети с коммутацией пакетов пульсации трафика отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики чаще всего не совпадают. Поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико.
Поскольку объем буферов в коммутаторах ограничен, иногда происходит потеря пакетов из-за переполнения буферов при временной перегрузке части сети, когда совпадают периоды пульсации нескольких информационных потоков. Так как потери пакетов являются неотъемлемым свойством сети с коммутацией пакетов, то для нормальной работы таких сетей разработан ряд механизмов, которые компенсируют этот эффект.
Рис. 11. Очереди в пакетном коммутаторе.
Методы продвижения пакетов
Решение о том, на какой интерфейс передать пришедший пакет, принимается на основании одного из трех методов продвижения пакетов.
При дейтаграммной передаче соединение не устанавливается, и все передаваемые пакеты продвигаются (передаются от одного узла сети другому) независимо друг от друга на основании одних и тех же правил. Процедура обработки пакета определяется только значениями параметров, которые он несет в себе, и текущим состоянием сети (например, в зависимости от ее нагрузки пакет может стоять в очереди на обслуживание большее или меньшее время). Однако никакая информация об уже переданных пакетах сетью не хранится и в ходе обработки очередного пакета во внимание не принимается. То есть каждый отдельный пакет рассматривается сетью как совершенно независимая единица передачи – дейтаграмма.
Передача с установлением логического соединения распадается на так называемые сеансы, или логические соединения. Процедура обработки определяется не для каждого отдельного пакета, а для всего множества пакетов, передаваемых в рамках одного соединения. Для того, чтобы реализовать дифференцированное обслуживание пакетов, принадлежащим разным соединениям, сеть должна, во-первых, присвоить каждому соединению идентификатор, во-вторых, запомнить параметры соединения, то есть значения, определяющие процедуру обработки пакетов в рамках данного соединения. Эта информация называется информацией о состоянии соединения. Фиксированный маршрут не является обязательным параметром соединения. Пакеты, принадлежащие одному и тому же соединению, даже имеющие одни и те же адреса отправления и назначения, могут перемещаться по разным независимым друг от друга маршрутам.
Передача с установлением виртуального канала. Если в число параметров соединения входит маршрут, то все пакеты, передаваемые в рамках данного соединения, должны проходить по указанному пути. Такой единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют виртуальным каналом.
В одной и той же сетевой технологии могут быть задействованы разные способы обмена данными. Так, дейтаграммный протокол IP используется для передачи данных между отдельными сетями, составляющими Интернет. В то же время обеспечением надежной доставки данных между конечными узлами этой сети занимается протокол TCP, устанавливающий логические соединения без фиксации маршрута. И, наконец, Интернет является примером сети, использующей технику виртуальных каналов, так как в состав Интернета входит немало сетей ATM и Frame Relay, поддерживающих виртуальные каналы.
Рис. 12. Классификация коммутируемых сетей.
Дейтаграммная передача
Решение о продвижении пакета принимается на основе таблицы коммутации, содержащей набор адресов назначения и адресную информацию, однозначно определяющую следующий по маршруту (транзитный или конечный) узел.
Таблица коммутации дейтаграммной сети должна содержать записи обо всех адресах, куда могут быть направлены пакеты. Поступающие на интерфейсы коммутатора. А они в общем случае могут быть адресованы любому узлу сети. На практике используются приемы, уменьшающие число записей в таблице, например, иерархическая адресация. В этом случае таблица коммутации может содержать только старшие части адресов, которые соответствуют не отдельным узлам, а некоторой группе узлов (для их обозначения часто применяют термин «подсеть»). Если обратиться к аналогии с почтовыми адресами, то такими старшими частями адреса являются названия стран и городов, число которых, естественно, несоизмеримо меньше, чем названий улиц, домов и имен отдельных людей.
Рис. 13. Дейтаграммный принцип передачи пакетов.
В таблице коммутации для одного и того же адреса назначения может содержаться несколько записей, указывающих соответственно на различные адреса следующего коммутатора. Такой подход называется балансом нагрузки и используется для повышения производительности и надежности сети. В примере, показанном на рис. 13, пакеты, поступающие в коммутатор S1 для узла назначения с адресом N2 в целях баланса нагрузки могут распределяться между двумя следующими коммутаторами – S2 и S3, что снижает нагрузку на каждый из них, а значит, уменьшает очереди и ускоряет доставку. Некоторая «размытость» путей следования пакетов с одним и тем же адресом назначения через сеть является прямым следствием принципа независимой обработки каждого пакета, присущего дейтаграммному методу. Пакеты, следующие по одному и тому же адресу назначения, могут добираться до него разными путями также вследствие изменения состояния сети, например, отказа промежуточных коммутаторов.
Дейтаграммный метод работает быстро, так как никаких предварительных действий перед отправкой данных проводить не требуется. Однако при таком методе трудно проверить факт доставки пакета узлу назначения. Этот метод не гарантирует доставку пакета, он делает это по мере возможности – для описания такого свойства используется термин доставка с максимальными усилиями.
Логическое соединение
Передача с установлением логического соединения основывается на знании «предыстории» обмена. Это позволяет более рационально по сравнению с дейтаграммным способом обрабатывать пакеты. Например, при потере нескольких предыдущих пакетов может быть снижена скорость отправки последующих. Или благодаря нумерации пакетов и отслеживанию номеров отправленных и принятых пакетов можно повысить надежность путем отбрасывания дубликатов, упорядочения поступивших и повторения передачи потерянных пакетов.
Параметры соединения могут быть как постоянными в течение всего соединения (например, максимальный размер пакета), так и переменными, динамически отражающими текущее состояние соединения (например, упомянутые выше последовательные номера пакетов). Когда отправитель и получатель фиксируют начало нового соединения, они, прежде всего, «договариваются» о начальных значениях параметров процедуры обмена и только после этого начинают передачу собственных данных.
Передача с установлением соединения более надежна, но требует больше времени для передачи данных и вычислительных затрат от конечных узлов, что иллюстрирует рис. 14.
Рис. 14. Передача без установления соединения (а) и с установлением соединения (б).
При передаче с установлением соединения узлу-получателю отправляется служебный кадр специального формата с предложением установить соединение, как показано на рис. 14б. Если узел-получатель согласен с этим, то он посылает в ответ другой служебный кадр, подтверждающий установление соединения и предлагающий некоторые параметры, которые будут использоваться в рамках данного логического соединения. Это могут быть, например, идентификатор соединения, максимальное значение длины поля данных кадров, количество кадров, количество кадров, которые можно отправить без получения подтверждения, и т.п. Узел-инициатор соединения может закончить процесс установления соединения отправкой третьего служебного кадра, в котором сообщит, что предложенные параметры ему подходят. На этом логическое соединение считается установленным. Логическое соединение может быть рассчитано на передачу данных как в одном направлении – от инициатора соединения, так и в обоих направлениях. После передачи некоторого законченного набора данных, например определенного файла, узел-отправитель инициирует разрыв данного логического соединения, посылая соответствующий служебный кадр.
Заметим, что, в отличие от передачи дейтаграммного типа, в которой поддерживается только один тип кадра – информационный, передача с установлением соединения должна поддерживать как минимум два типа кадров – информационные, переносящие собственно пользовательские данные, и служебные, предназначенные для установления (разрыва) соединения.
Виртуальный канал
Виртуальные каналы – это устойчивые пути следования трафика, создаваемые в сети с коммутацией пакетов. Виртуальные каналы являются базовой концепцией технологии Х.25, FrameRelayиATM,
Техника виртуальных каналов учитывает существование в сети потоков данных. Для того, чтобы выделить поток данных из общего трафика, каждый пакет этого потока помечается меткой. Так же как в сетях с установлением логических соединений, прокладка виртуального канала начинается с отправки из узла-источника запроса, называемого также пакетом установления соединения. В запросе указывается адрес назначения и метка потока, для которого прокладывается этот виртуальный канал. Запрос, проходя по сети, формирует новую запись в каждом из коммутаторов, расположенных на пути от отправителя до получателя. Запись говорит о том, каким образом коммутатор должен обслуживать пакет, имеющий заданную метку. Образованный виртуальный канал идентифицируется той же меткой.
После прокладки виртуального канала сеть может передавать по нему соответствующий поток данных. Во всех пакетах, которые переносят пользовательские данные, адрес назначения уже не указывается, его роль играет метка виртуального канала. При поступлении пакета на входной интерфейс коммутатор читает значение метки из заголовка пришедшего пакета и просматривает свою таблицу коммутации, по которой определяет, на какой выходной порт передать пришедший пакет.
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. Обычно в крупной сети количество проложенных через узел виртуальных каналов существенно меньше общего количества узлов, поэтому и таблицы коммутации в этом случае намного короче, а, следовательно, анализ такой таблицы занимает у коммутатора меньше времени. По этой же причине метка короче адреса конечного узла, и заголовок пакета в сетях с виртуальными каналами переносит по сети вместо длинного адреса компактный идентификатор потока.
Коммутация пакетов
Коммутация пакетов (англ. packet switching ) — принцип коммутации, при котором информация разделяется на отдельные пакеты, которые передаются в сети независимо друг от друга. В таких сетях по одной физической линии связи могут обмениваться данными много узлов.
Основные принципы
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие (до нескольких килобайт) части — пакеты (packet). Каждый пакет оснащается заголовком, в котором указывается, как минимум, адрес узла-получателя и номер пакета. Передача пакетов по сети происходит независимо друг от друга. Коммутаторы такой сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, что позволяет сглаживать пульсации трафика на линиях связи между коммутаторами. Пакеты иногда называют дейтаграммами (datagram), а режим индивидуальной коммутации пакетов — дейтаграммным режимом.
- Эффективность использования пропускной способности
- Меньшие затраты
- Занимают линии связи
- Уменьшение ее пропускной способности
Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия каждой конкретной пары узлов, поскольку их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока передадутся другие пакеты. Однако общая эффективность (объем передаваемых данных в единицу времени) при коммутации пакетов будет выше, чем при коммутации каналов. Это связано с тем, что трафик каждого отдельного абонента носит пульсирующий характер, а пульсации разных абонентов, в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени, увеличивая равномерность нагрузки.
См. также
Ссылки
- В.Г. Олифер, Н.А. ОлиферОсновы сетей передачи данных. INTUIT.ru::Интернет-Университет Информационных Технологий (21.05.2003). — дистанционное образование. Архивировано из первоисточника 26 мая 2012.Проверено 10 марта 2012.
- Сети компьютерные сети, справочник по компьютерным сетям. Архивировано из первоисточника 26 мая 2012.Проверено 10 марта 2012.
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Добавить иллюстрации.
- Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.
- Телекоммуникации
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое «Коммутация пакетов» в других словарях:
коммутация пакетов — Совокупность операций на станции или узле вторичной сети, состоящих в приеме отрезков сообщений (пакетов) и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком. [Руководящий документ "Основные положения развития… … Справочник технического переводчика
Коммутация пакетов — совокупность операций на станции или узле сети, состоящих в приеме отрезков сообщений (пакетов) и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком. Источник: Нормы технологического проектирования. Городские и сельские… … Официальная терминология
коммутация пакетов данных — коммутация пакетов Коммутация сообщений данных, при которой сообщения принимаются, накапливаются и передаются в виде пакетов данных. [ГОСТ 17657 79 ] Тематики передача данных Обобщающие термины коммутация при передаче данных Синонимы коммутация… … Справочник технического переводчика
коммутация пакетов ЕАСС — коммутация пакетов Совокупность операций на коммутационной станции и узле коммутации вторичной сети ЕАСС, состоящих в приеме отрезков сообщений и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком. [ГОСТ 22348 86] Тематики сети… … Справочник технического переводчика
коммутация пакетов (данных) — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN switching packet … Справочник технического переводчика
коммутация пакетов без установления соединения — (МСЭ T G.8010/ Y.1306, МСЭ T G.8011.2/ Y.1307.2, МСЭ Т Y.1314). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN connectionless packet switchedCLPS … Справочник технического переводчика
коммутация пакетов в виртуальных каналах — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN virtual channel packet switchingvirtual circuit packet switching … Справочник технического переводчика
коммутация пакетов с установлением соединения — (МСЭ Т Y.1314). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN connection orientated packet switchedCO PS … Справочник технического переводчика
Коммутация пакетов данных — 119. Коммутация пакетов данных Коммутация пакетов Е. Packet switching Коммутация сообщений данных, при которой сообщения принимаются, накапливаются и передаются в виде пакетов данных Источник: ГОСТ 17657 79: Передача данных. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Коммутация пакетов ЕАСС — 63. Коммутация пакетов ЕАСС Коммутация пакетов Packet switching Совокупность операций на коммутационной станции и узле коммутации вторичной сети ЕАСС, состоящих в приеме отрезков сообщений и передаче их в соответствии с содержащимся в них… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Способы коммутации и передачи данных в сетях
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.
Конспект лекции 6. Коммутация каналов и коммутация пакетов
Для того, чтобы рационально передавать данные в сети используют метод коммутации.
Коммутация – это процесс объединения компьютеров через транзитные (промежуточные) узлы.
Канал связи — это совокупность средств, необходимых для передачи данных от одного компьютера к другому. В компьютерных сетях это различные провода, беспроводные среды и прочее.
Так же, для разбора этой темы необходимо познакомиться с понятием пропускной способности.
Пропускная способность — это максимально возможная скорость передачи данных. Данная характеристика может быть как у отдельного канала, так и у всей сети в целом.
Маршрутизация — процесс нахождения оптимального маршрута между хостами(пользователями) сети.
- Коммутация каналов
- Коммутация пакетов
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.
Коммутация каналов
Коммутация каналов – это способ построения сети, в котором прежде чем начать передачу данных необходимо установить канал связи – маршрут, по которому на время сеанса обмена данными между пользователями будет принадлежать только им. (Как если бы для того, чтобы вам добраться до колледжа необходимо было на время брать эту дорогу в своё владение).
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 (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.
Связь, построенную путём коммутации (соединения) элементарных каналов, называют составным каналом .
Технология коммутации каналов ориентирована на минимизацию случайных событий в сети. Во избежание всяких возможных неопределённостей, значительная часть работы по организации информационного обмена выполняется заранее, ещё до того, как начнётся 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.
Сеть с коммутацией каналов.
Свойства составного канала
- составной канал на всем своём протяжении состоит из одинакового количества элементарных каналов.
- Составной канал имеет постоянную и фиксированную пропускную способность на всем своём протяжении.
- Составной канал создаётся 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 канал.а
- 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 обслуживании
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.
отказ в обслуживании.
Коммутация пакетов
При коммутации пакетов данные принято разделять и «упаковывать» в определённую структуру. Такая структура называется пакетом данных .
Важной составляющей пакета данных является адрес получателя. Без адреса получателя, пакет данных не сможет передвигаться по сети. Составляющая в виде адреса даёт возможность передавать данные независимо от других потоков данных, то есть на одном канале могут передаваться пакеты различных пользователей.
Можно выделить следующие типы адреса:
- Конкретный адрес — адрес, обозначающий конкретное устройство в сети (пакет данных доставляется конкретному пользователю).
- Широковещательный адрес (broadcast) — адрес, обозначающий всех учатников в сети (получателями являются все участники сети).
- Групповой адрес (multicast) — адрес, который определяет группу устройств сети (пакет данных передаётся определённой группе устройств в сети).
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 ещё 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.
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. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдёт очередь, он передаётся следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсацию трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым наиболее эффективно использовать их для повышения пропускной способности сети в целом.
Если в сетях с коммутацией каналов трафик (движущиеся данные) являются стабильными (скорость передачи данных не изменяется на протяжении сеанса связи), то в сетях с коммутацией пакетов трафик пульсирующий, и средняя интенсивность обмена данными к максимально возможной может выражаться в отношении 1 к 50 или даже 1 к 100.
В сетях с коммутацией каналов выделяется единый канал для связи абонентов, в то время как для каждого пакета данных в сетях с коммутацией пакетов каждый пакет может иметь свой маршрут. Этот маршрут определяется исходя из многих факторов. Самыми распространёнными являются нагруженность линии связи (текущая пропускная способность), и, собственно, сама пропускная способность. Пакет выгоднее передать по маршруту с большей пропускной способностью (скоростью), даже если этот канал протяжённее другого, с более низкой.
Устройство пакета
Пакет данных — это определённым образом сформированный блок данных, который состоит из самих данных, заголовка и, в некоторых случаях, концевика.
В заголовке пакета обязательно(как минимум) должен находиться адрес получателя. Так же заголовок может содержать другую необходимую для передачи служебную информацию: время отправки пакета, тип протокола, номер пакета по порядку и прочее.
Концевик является необязательной частью пакета. Чаще всего его используют для хранения контрольной суммы передаваемых данных. (Контрольная сумма — это число, с помощью которого можно проверить целостность данных. Контрольная сумма высчитывается по определённому алгоритму. Алгоритм определяется в протоколе)
Между заголовком и концевиком располагаются передаваемые биты данных.
Формирование пакета
Пакет формируется следующим образом:
- Данные, которые хочет передать пользователь, разделяются на равные порции.
- Далее, каждая порция оборачивается в заголовок (и концевик) каждого архитектурного уровня сети (вспомните модель OSI), формируя пакет. Каждому пакету так же может назначаться номер по порядку (например, для передачи картинки она как будто разбивается на пазлы, каждый из которых имеет свой порядковый номер для того, чтобы его собрать в том же виде. Эта структура необходима, т.к. никому не хочется получить «перемешанную» картинку).
- Далее, каждый пакет передаётся по сети. Получатель копит эти пакеты в своей памяти.
- После получения всех необходимых пакетов, получатель удаляет все заголовки и концевики и обратно собирает данные.
Коллизии пакетов
Коллизия — это наложение(столкновение) двух кадров, которые передаются в сети.
Коллизии возникают при одновременной передаче данных от двух разных устройств по общему каналу. Коллизии особенно заметны при передаче потоковой информации: например, видеотрансляция. Данные представлены в кадре в виде битов информации. То, как их правильно отобразить, описано в типе передаваемой информации. Если кадры в сети столкнутся, то они «смешаются», и в случаях, когда заголовок остаётся целым, может возникнуть ситуация, при которой биты данных поменяются, и часть изображения отобразится неверно.
Для того, чтобы избежать коллизий используют множкство способов. Например, рассмотренная ранее буферизация пакетов, или проверка пакета на целостность.
В случаях с проверкой целостности, вместе с пакетом передаётся дополнительная информация, которая обрабатывается специальным алгоритмом. Если алгоритм опровергает целостность, такой пакет отбрасывается, а у отправителя запрашивается новый пакет.
Коллизии снижают пропускную способность сети. Но полностью избежать коллизий в сетях с коммутацией пакетов невозможно. Важно построить такую сеть, в которой количество коллизий будет минимальным.