Коммутация каналов (с установлением соединения)

Применяется в телефонных сетях, в сетях ISDN (цифровые сети с интеграцией услуг).

Из последовательного соединения отдельных участков образуется непрерывный составной физический канал для прямой передачи данных. Отдельные участки соединяются специальной аппаратурой – коммутаторами. Перед передачей данных всегда выполняется процедура установления соединения, в процессе которой создается составной канал.

В сети с N абонентами надо реализовать С =n*(n-1)/2 связей. Такое решение неприемлемо при увеличении N. Уже первые телефонные сети стали строиться с использованием специальных устройств – коммутаторов. Коммутатор соединяет входы одних каналов с выходами других.

Если в сети есть коммутатор, то надо организовать N связей узлов с коммутатором. Таким образом проблема связи абонентов становится проблемой построения коммутатора. (Девушка-оператор, коммутационная матрица, объединяющая шина, разделяемая память)

Координатный коммутатор: n входов, n выходов образуют n каналов путем замыкания ключа (n² ключей).

Каскадный коммутатор: коммутатор с n входами и k выходами. Схема коммутатора с N=9 (входные каналы), n=3 (первое звено) и k=2 (второе звено) показана на рис. 11

Рис. 12 Каскадный коммутатор

Число элементарных переключателей M = 2nk + k(N/n)2

Первое слагаемое характеризует число элементарных переключателей во входной и выходной секциях системы, а второе – число элементарных переключателей в k внутренних модулях. При N=1000, n=50 и k=10 требуется 24000 элементарных переключателей вместо миллиона (но и число одновременно формируемых каналов становится много меньше 1000).

При коммутации каналов сначала идет запрос на установление соединения. После успешного установления соединения передаются пользовательские данные, успешная доставка которых подтверждается квитанциями. По окончании передачи посылается запрос разрыва и в случае получения подтверждения канал перестает существовать.

Плюсы сетей с коммутацией каналов: они хорошо работают при передаче потоков данных постоянной скорости, когда передается не отдельный пакет, а долговременный синхронный поток данных.

Недостатки:

· Возможность отказа в соединении. При динамической коммутации в сеть передается адрес вызываемого абонента. Запрос передается от одного коммутатора к другому и настраивает их на последующую передачу данных. Запрос маршрутизируется от одного коммутатора к другому и достигает вызываемого абонента. Но сеть может отказать в установлении соединения, если емкость канала исчерпана (занят коммутатор) или абонент мог раньше установить другое соединение (занят абонент).

· Невозможность применения аппаратуры, работающей с разной скоростью (так как нет буферизации данных).

Коммутация пакетов

Коммутация пакетов – это техника коммутации абонентов, которая специально создана для эффективной передачи компьютерного трафика. Коммутации каналов не позволяет достичь высокой пропускной способности сети. Потому что трафик имеет пульсирующий характер. Например, ищем нужную информацию – при этом мы долго читаем с экрана, а потом начинаем ее «скачивать». Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя может составлять 1:100.

При коммутации пакетов сообщения пользователя разбиваются в исходном узле на небольшие порции – пакеты. Сообщение – это логически завершенная порция данных. Это и запрос на передачу файла и ответ на запрос, содержащий весь файл. Пакет имеет небольшую длину от 46 до 1600 байт. Каждый пакет имеет заголовок, содержащий адрес и номер пакета. Пакеты передаются как независимые блоки и собираются в узле назначения.

Коммутаторы пакетной сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора занят отправкой пакета. Это позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях. Для пары абонентов наличие скоммутированного канала связи выгоднее – нет задержек при передаче данных, но канал большее время простаивает. При коммутации пакетов общий объем данных, передаваемых в единицу времени, больше. Так как пульсации отдельных абонентов распределяются во времени.

Режимы работы сети с коммутацией пакетов:

· Дейтаграммный. Маршрут изменяется от состояния сети. Дейтаграммный способ работает без задержки на установление соединения. Это выгодно для передачи небольшого объема данных. Так как на установление соединения может быть затрачено большее время, чем на передачу данных. Сети IP, IPX.

· Режим виртуальных каналов. Первый пакет – запрос на соединение. Коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и все сообщения между этими узлами идут только по этому каналу. Передача всего потока пакетов идет быстрее. Каждый пакет имеет метку – номер виртуального канала. Анализируется не конечный адрес, а принадлежность к каналу. У коммутатора есть таблица коммутации портов с информацией об идентификаторах каналов. Глобальные сети X.25, frame relay, ATM

Плюс: ускоренная коммутация, меньше адресная часть.

Минус: нельзя распараллелить процесс передачи, неэффективно для кратковременных потоков.