комутація
Під комутацією даних розуміється їх передача, при якій канал передачі даних може використовуватися поперемінно для обміну інформацією між різними пунктами інформаційної мережі
Комутація є основою технології мережі з маршрутизацією даних. Залежно від завдань, поставлених перед комунікаційною мережею. використовують кілька методів комутації (ріс.093).
Вибір методів комутації - досить складна оптимізаційна задача. Вона вирішується виходячи з вимог до транспортної мережі, які в свою чергу визначаються особливостями графіка, класом користувачів і показниками якості їх обслуговування.
В комутації блоків даних беруть участь (ріс.094) N нижніх рівнів взаємодіють один з одним абонентських систем або адміністративних систем. а також розташованих між ними ретрансляційних систем. Залежно від методу комутації, число рівнів N змінюється від одного до семи.
Комутація Каналів (КК)
Комутація Каналів - комутація, що забезпечує надання кожній парі абонентів послідовності каналів мережі для монопольного використання (ріс.096).
Комутація Каналів. пов'язана з наданням на час сеансу послідовностей каналів. з'єднують пари абонентських систем або адміністративних систем один з одним. Тут N = 1 і комутація виконується в усіх ретрансляційних системах фізичними процесами, котрі спиралися б на фізичний рівень цих систем. В результаті цього, послідовність каналів з'єднується в єдиний канал, що проходить через всю комунікаційну мережу.
В результаті через фізичні засоби з'єднання A, B, C відбувається наскрізна комутація і між взаємодіючими абонентськими системами або адміністративними системами (К, Е) утворюється послідовність логічних каналів (пунктир), по якій прикладні процеси передають один одному блоки даних. Створена таким чином послідовність використовується монопольно взаємодіє через неї парою абонентів.
У мережі комутації каналів можуть бути надані також постійні некомутовані канали. виділяються в оренду на певний термін, наприклад, на рік. Виділені канали називаються також орендованими каналами. Ці канали характеризуються високою якістю передачі, і завжди готові до передачі даних. Однак вони дуже дорогі.
Однак, комутація каналів має і ряд суттєвих недоліків. Під час сеансу послідовність використовуваних каналів завантажена потоками бітів відносно невеликий час. Решту часу канали простоюють. Особливо під час діалогу користувачів з прикладними процесами, коли перші обмірковують отримані результати, а другі шукають необхідні відомості або проводять математичні розрахунки. Другим недоліком методу комутації каналів є відносно тривалий час створення послідовності каналів. Це пов'язано з тим, що для цього необхідно дочекатися, коли буде вільна необхідна послідовність каналів. При коротких сеансах час створення послідовності може перевищувати тривалість сеансу.
Комутація Пакетів (КП) - комутація. забезпечує передачу через мережу пакетів без монопольного використання каналів.
Пари каналів на час сеансу в єдине ціле не з'єднуються. Тут повідомлення не збираються і не розбираються, N = 3. a комутація здійснюється мережевими процесами, котрі спиралися б на функції фізичного, канального рівня і мережевого рівня.
Комутація пакетів є більш складною технологією, ніж комутація каналів (ріс.098).
При виконанні комутації пакетів між фізичними засобами з'єднання (A, B, C) використовуються функціональні блоки фізичного рівня (1A, 1B, 1C), канального рівня (2A, 2B, 2C) і мережевого рівня (3A, 3B, 3C) всіх систем, включаючи вузли комутації пакетів. Функціональні блоки в вузлах об'єднуються мережевими процесами (СП). В результаті будь-яка пара абонентських або адміністративних систем передає один одному пакети через комунікаційну мережу (пунктир).
Для підвищення надійності роботи комунікаційної мережі в ній топологія розміщення вузлів комутації пакетів і з'єднують їх каналів будується виходячи з того, що між парами взаємодіючих систем створюється кілька шляхів передачі пакетів.
В результаті того, що пакети йдуть з різних напрямків (послідовностей каналів), вони можуть приходити в пункт призначення з різним запізненням. Крім цього, після проходження через якісь канали в пакетах можуть виникнути помилки, через що пакети знищуються і передаються знову. Все це призводить до того, що всі пакети, надіслані системою, не можуть бути доставлені з однаковим часом проходження через комунікаційну мережу.
Розрізняють два способи (режиму) передачі пакетів: режим віртуальних з'єднань і Датаграммним.
Віртуальні з'єднання. По суті, це комутація каналів, але не безпосередньо, а через пам'ять керуючих комп'ютерів в центрах комутації з використанням пакетів при передачі повідомлень. У віртуальній мережі, перш ніж почати передачу пакетів, абоненту-одержувачу надсилається службовий пакет, що прокладає віртуальне з'єднання. У кожному вузлі цей пакет залишає розпорядження виду: пакети k -го віртуального з'єднання, що прийшли з i-го каналу, слід направляти в j-й канал. Таким чином, віртуальне (умовне) з'єднання існує тільки в пам'яті керуючого комп'ютера. Дійшовши до абонента-отримувача, службовий пакет запитує у нього дозвіл на передачу, повідомивши, який обсяг пам'яті знадобитися для прийому. Якщо його комп'ютер в своєму розпорядженні такої пам'яттю і вільний, то надсилається згоду абоненту-відправнику (також у вигляді спеціального службового пакета) на передачу повідомлення. Отримавши підтвердження, абонент-відправник приступає до передачі повідомлення звичайними пакетами. Пакети безперешкодно проходять один за одним по віртуальному з'єднанню (в кожному вузлі їх чекає інструкція, яка обробляється комп'ютером, що управляє) і в тому ж порядку потрапляють абоненту-одержувачу, де, звільнившись від кінцевиків і заголовків, утворюють передане повідомлення, яке направляється на сьомий рівень. Віртуальне з'єднання може існувати до тих пір, поки відправлений одним з абонентів, спеціальний службовий пакет не зітре інструкції в вузлах. Режим віртуальних з'єднань ефективний при передачі великих масивів інформації і володіє всіма перевагами методів комутації каналів і пакетів.
Використовуючи семиуровневую ієрархію протоколів, забезпечує передачу через мережу повідомлень з проміжною їх складанням, зберіганням та розбиранням в вузлах комутації. (Ріс.327)
Тут N = 7 і кожен вузол приймає по частинах повідомлення, збирає його, записує в пам'ять, перевіряє наявність помилок в повідомленні і лише потім передає його (розбираючи на частині) наступного вузла. Необхідність у великій пам'яті і щодо повільна передача даних привели до того, що комутація повідомлень в більшості мереж замінена іншими видами комутації.
Комутація пакетів і повідомлень, на відміну від комутації каналів, є комутацією із запам'ятовуванням.
Змішана комутація - комплексний транспортний сервіс, що забезпечує комутацію каналів (при N = 1) і комутацію пакетів (при N = 3).
Змішана комутація, що іменується також гібридної комутацією, здійснюється Цифровий Мережею з Інтегральним Обслуговуванням (ЦСИО). Для цієї мети в ній використовуються вузли змішаної комутації, здатні виконувати обидва види комутації. При змішаній комутації наявні в комунікаційної мережі логічні канали, в першу чергу, використовуються для комутації каналів і створення послідовностей, що з'єднують пари адміністративних систем або абонентських систем. За вільних каналах здійснюється передача блоків даних в режимі комутації пакетів. Природно, що відповідно до запитів систем співвідношення числа каналів, що входять в обидва безлічі весь час змінюється.
Вже згадана комутація виконує комутацію каналів і пакетів на базі одного і того ж обладнання. Його Програмне Забезпечення дозволяє при використанні тільки фізичного рівня і фізичних процесів ретрансляційні системи забезпечити комутацію каналів. При функціонуванні фізичного, канального рівня, мережевого рівня і мережевих процесів ретрансляції система здійснює комутацію пакетів.
Розрізняють наскрізну комутацію і комутацію із запам'ятовуванням.
Cквозная комутація - спосіб комутації, при якому блок даних починає передаватися ретрансляційні системою до того, як його вміст нею отримано повністю.
Тим часом, наскрізна комутація має і ряд недоліків. Перший з них полягає в тому, що в цьому режимі не забезпечується виявлення помилок за допомогою Контролю циклічної надмірності CRC. Правда, в сучасних високонадійних мережах це не має істотного значення. Другий недолік наскрізний комутації пов'язаний з тим, що блок даних не може бути переданий з каналу з низькою в канал, що працює з більш високою швидкістю. Альтернативою даної є комутація із запам'ятовуванням.
Комутація із запам'ятовуванням - спосіб комутації, при якому блок даних передається ретрансляційні системою після того, як його вміст одержане нею повністю.
Комутація із запам'ятовуванням є класичною технологією, яка використовується при комутації пакетів і комутації повідомлень. Вона полягає в тому, що з прийнятого ретрансляційні системою пакета або повідомлення витягуються заголовок, кінцевик і міститься в ньому передається інформація. Потім, здійснюється перевірка помилок за допомогою Контролю циклічної надмірності CRC.
Вже згадана комутація проста, але характеризується відносно великими затримками, що відбуваються в ретрансляційних системах. Тому в швидкісних мережах вона замінюється наскрізний комутацією.
Подальший розвиток методів комутації призвело до створення інтегральної комутації. Це універсальний пакетно-орієнтований метод комутації. У цій технології комутація пакетів, комутація каналів, ретрансляція кадрів і ретрансляція осередків злилися в єдиний спосіб передачі блоків даних. Пов'язані з цим операції здійснюються апаратно і через кожен вузол інтегральної комутації одночасно може проходити не один, а група блоків даних. Завдяки цьому виконується методологія швидкісний комутації даних, що реалізує наскрізну комутацію швидких пакетів, що дозволяє ефективно завантажувати широкосмугові канали та швидкісні базові мережі. Найбільш перспективною базою для інтегральної комутації є асинхронний спосіб передачі.
Висока надійність сучасних комунікаційних мереж дозволяє відмовитися від перевірки блоків даних у всіх проміжних вузлах. Вона може відбуватися тільки в кінцевих вузлах або вже в абонентських системах. По суті, комутація на мережевому рівні замінюється ретрансляцією кадрів або ретрансляцією осередків, виконуваними на канальному рівні.
Ретрансляція кадрів і осередків є наскрізною комутацією.
Нагадаємо, що пакет ѕ це блок даних, який передається на мережевому рівні. На відміну від нього, кадр - це блок даних, який передається на канальному рівні.
У мережах з наскрізною комутацією кадр прийнято називати швидким пакетом, а в тих випадках, коли він має постійну довжину - осередком.
Ретрансляція кадрів (frame relay) - технологія апаратної швидкісний комутації даних.
Передача великих потоків інформації через комунікаційну мережу зажадала різкого збільшення швидкостей передачі даних. В результаті з'явилися мережі ретрансляції кадрів. (Ріс.191)
У вузлах інтегральної комутації над канальним рівнем (2) і фізичним рівнем (1) розташовуються канальні процеси, що зв'язують канали передачі даних. При виникаючі помилки і перевантаженнях вузли викидають заважають їм кадри. Мережевого рівня тут немає. У мережі передаються кадри змінної довжини розміром до 1024 байт. Швидкість передачі до 1,5 Мбіт / с.
Ретрансляція кадрів відрізняється від комутації пакетів тим, що в даному випадку в комунікаційної мережі відсутні пакети. Фрагменти даних, що передаються прикладним процесом, поміщаються безпосередньо в кадри, які передаються не тільки між суміжними системами, але і ретранслюються через всю комунікаційну мережу.
Ретрансляція осередків (cell relay) - мережева технологія, що забезпечує апаратну швидкісну комутацію даних, упакованих в осередку.
Ретрансляція осередків виконує наскрізну комутацію і використовується, в першу чергу, в базових мережах. Вона відрізняється від ретрансляції кадрів тим, що забезпечує передачу через ці мережі блоків даних постійної довжини, іменованих осередками. Це відбувається в режимі реального часу. Ретрансляція осередків виконується вузлами інтегральної комутації.
Прикладами реалізації інтегральної комутації є баньяновая мережу і матричний комутатор.
Технологія швидкісний комутації даних вимагає максимального використання паралелізму при ретрансляції кадрів і ретрансляції осередків. Важливою базою цієї технології є баньянових (banyan-управитель) мережі. Структура баньянових мережі, виконана у вигляді вузла на 16 входів і виходів складається з простих комутуючих елементів, з'єднаних один з одним. (Ріс.031)
Матричний комутатор складається з безлічі однакових комутуючих елементів (ріс.092)
У вузлах сітки є комутуючі елементи, причому в кожному стовпці сітки може бути відкрито не більше ніж по одному елементу. Якщо N≤М, то комутатор може забезпечити з'єднання кожного входу з не менш ніж одним виходом; в іншому випадку комутатор називається блокуючим, тобто що не забезпечує з'єднання будь-якого входу з одним з виходів. Зазвичай застосовуються комутатори з рівним числом входів і виходів N * N.
Недолік розглянутої схеми - велика кількість комутуючих елементів в квадратній матриці, рівне N 2. Для усунення цього недоліку застосовують многоступенние комутатори.
НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру