Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Тема Типи комутацій

Скачати 85.09 Kb.

Тема Типи комутацій




Скачати 85.09 Kb.
Дата конвертації11.05.2017
Розмір85.09 Kb.

Тема 8. Типи комутацій


Комунікацією називається процес передавання інформації між кінцевими вузлами через мережу транзитних вузлів.

Комунікаційні мережі повинні забезпечувати зв'язок своїх абонентів між собою. Абонентами можуть виступати комп’ютери, сегменти локальних мереж, факс-апарати або телефонні співрозмовники. Як правило, в мережах загального доступу неможливо надати кожній парі абонентів власну фізичну лінію зв’язку, якою вони могли б монопольно «володіти» і використовувати у будь-який час. Тому в мережі завжди застосовується певний спосіб комутації абонентів, який забезпечує розподіл наявних фізичних каналів між кількома сеансами зв'язку і між абонентами мережі.



Комутацією називається з’єднання кінцевих вузлів через мережу транзитних вузлів.

Серед множини підходів до вирішення задачі комунікації виділяють два основних:


  • Комутація каналів.

  • Комутація пакетів.

Мережі з комутацією каналів мають давню історією, бо вони здавна застосовуються у телефонних мережах.

PSTN (англ. Public Switched Telephone Network, рос. Телефонная сеть общего пользования, ТСОП, ТфОП) - це планетарна телефонна мережа загального користування (ТМЗК), для доступу до якої використовуються звичайні проводові телефонні апарати, міні- АТС і обладнання передавання даних.

Мере́жа з комута́цією кана́лів - вид телекомунікаційної мережі, у якій між двома вузлами мережі повинне бути встановлене з'єднання (канал), перш ніж вони почнуть будь-який обмін інформацією. Це з'єднання протягом усього сеансу обміну інформацією може використовуватися тільки вказаними двома вузлами.

Мережі з комутацією пакетів є порівняно молодими, з’явилися у 60-х роках з появою перших комп’ютерних мереж.

Комутація пакетів - принцип комутації, при якому інформація розділяється на окремі пакети, які передаються в мережі незалежно один від одного. В таких мережах, по одній фізичній лінії зв'язку, можуть обмінюватися даними багато вузлів.


Комутація каналів

Рис. 8.1. Комутаційна мережа.

Комутаційна мережа складається з комутаторів К1-К4, які об’єднані лініями зв’язку. Кожна лінія має однакову пропускну здатність. Кожен абонент під’єднується за допомогою термінального пристрою (Т – наприклад, телефон), що відправляє дані до мережі з постійною швидкістю (запропоноване навантаження) (рис. 8.1).

Якщо це навантаження буде меншим за пропускну здатність лінії, то термінальний пристрій доповнює його незначущими пустими даними.

При отриманні термінальний пристрій отримувача відкидає пусту інформацію і надає користувачеві лише те, що потрібно.

Встановлення з’єднання


Нехай абонент А хоче поговорити з абонентом В. Абонент А відправляє у мережу запит, де вказано адресу (телефонний номер) абонента В. За мету ставиться встановлення інформаційного каналу між абонентами А і В, щоб на всьому шляху дані передавалися з однаковою швидкістю, без необхідності їх буферизації.

Для створення каналу запит проходить через всі комутатори від абоненту А до абоненту В і переконується, що всі відрізки шляху є вільними. Також, потрібно переконатися, що вузол В не є зайнятим в іншому з’єднанні.

Для фіксації з’єднання в кожному із комутаторів запам’ятовується інформація про резервування і виконується внутрішнє з’єднання портів, що відповідають маршруту просування даних.

Відмова у встановленні з’єднання


Якщо інша пара абонентів (наприклад, С і D) захоче встановити з’єднання, мережа їм відмовить, бо єдина лінія, що пов’язує комутатори К2 та К4 вже зайнята з’єднанням А та В.

При відмові мережа повідомляє про це, наприклад, лунають короткі гудки, в деяких мережах існують гудки «абонент зайнятий» і гудки «мережа зайнята».


Гарантована пропускна здатність


Після встановлення з’єднання абонентів А і В, в їх користування надається канал з фіксованою пропускною здатністю, незалежно від існування інших з’єднань в мережі.

Навантаження мережі буде впливати лише на ймовірність відмови у з’єднанні. Мережа просуває дані з низьким і постійним рівнем затримки, що є важливим при передачі мультимедійних даних (звук, відео).


Мультиплексування


Для підвищення ефективності в мережах з комутацією каналів застосовується мультиплексування. Це дозволяє одночасно передавати через кожний фізичний канал трафік кількох логічних з’єднань.

Пропускна здатність кожної лінії поділяється на однакові частини і утворює підканали (канали). Лінія користувача може містити 2, 24 або 30 каналів, а лінія, що об’єднує комутатори може містити 480, 1920 і більше каналів.

Швидкість цифрового каналу складає 64 Кілобіт/секунду, що забезпечує якісну цифрову передачу голосу.

Комутація пакетів


Техніку комутації пакетів було спеціально розроблено для передачі комп’ютерного трафіку. Тут, всі дані, що передаються по мережі розбиваються у вихідному вузлі на невеликі частинки – пакети (кадри, комірки).

Кожний пакет має заголовок в якому вказано адресу призначення. В кінці пакету вказано контрольну суму, яка потрібна для перевірки вірності переданої інформації.

Контро́льна су́ма - деяке значення, розраховане на основі набору даних з використанням певного алгоритму, що використовується для перевірки цілісності даних при їх передачі або збереженні. Також контрольні суми можуть використовуватись для швидкого порівняння двох наборів даних на нееквівалентність: з великою вірогідністю різні набори даних матимуть відмінні контрольні суми.



1.



Повідомлення на вузлі відправника

2.



Поділ повідомлення на частини

3.



Утворення пакетів

4.



Об’єднання пакетів у вузлі призначення

Пакети надходять до мережі без попереднього резервування лінії. Швидкість заздалегідь не фіксується, а є такою, яку задає відправник.

Буфери та черги


Мережа з комутацією пакетів також має комутатори, що об’єднують лінії зв’язку, але тут комутатори мають внутрішню буферну пам’ять для тимчасового збереження пакетів.

Комутатор перевіряє контрольну суму кожного пакету, і якщо вона збігається з вірною, то пакет вважається цілісним, він обробляється і відправляється до наступного комутатора. Якщо контрольна сума не збігається, тоді пакет вважається спотвореним і назворот надсилається запит про повторне пересилання даного пакету.

Буфер також є потрібним для узгодження швидкості надходження пакетів зі швидкістю їх комутації. Якщо комутатор не встигає обробляти пакети, то на його вхідному порту виникає вхідна черга. Якщо швидкість вхідного каналу є більшою за швидкість вихідного каналу, то на його вихідному порту утворюється вихідна черга.

Оскільки об’єм буферу в комутаторах є обмеженим, іноді трапляються втрати пакетів із-за переповнення буферів при тимчасовому перевантаженні мережі.

Оскільки це трапляється часто, то для нормальної роботи мережі було розроблено ряд механізмів, що запобігають втратам пакетів.

Методи просування пакетів

Дейтаграмна передача


Тут з’єднання заздалегідь не встановлюється. Всі пакети, що передаються просуваються незалежно один від одного, керуючись певними правилами.

Вибір порту на який потрібно скерувати пакет робиться на підставі адреси призначення, що міститься у заголовку пакету. Її порівнюють з існуючою таблицею комутації, де однозначно вказано наступний вузол (транзитний чи кінцевий). Таблиця може використовувати ієрархічну адресацію. Старші адреси вказують на групу підмереж (подібно до вказування країни, міста, вулиці, будинку).

Після проходження даних комутатор не зберігає жодної інформації про пакет і починає обробляти наступний пакет.

Тобто, кожний пакет розглядається як абсолютно незалежна одиниця передачі – дейтаграма.


Передача зі встановленням логічного з’єднання без фіксації маршрутів


Тут, встановлюються логічні з’єднання – сеанси. Процедура обробки визначається для всієї множини пакетів, що передаються в рамках цього сеансу.

Коли відправник та отримувач домовляються про з’єднання, то мережа:



  1. Привласнює кожному з’єднанню власний ідентифікатор.

  2. Запам’ятовує параметри з’єднання, щоб визначити процедуру обробки даних у цьому з’єднанні.

    Обро́бка да́них - систематична цілеспрямована послідовність дій над даними. Обробка даних містить в собі множину різних операцій.



Ця інформація називається інформацією про стан з’єднання.

Після цього починається передача даних.

Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.

Маршрут не фіксується, тому пакети одного з’єднання можуть просуватися по різних незалежних маршрутах. Така передача є надійнішою, але потребує більшого часу для передачі даних та обчислювальних витрат від кінцевих вузлів.

В такому типі з’єднання до вузла-одержувача відправляється службовий кадр з пропозицією встановити з’єднання. В службовому кадрі міститься:


  • Ідентифікатор з’єднання.

  • Максимальна довжина пакетів.

  • Кількість пакетів.

Якщо отримувач погоджується із запропонованими параметрами, то він відправляє назад свій службовий кадр, то підтверджує встановлення сеансу і певні параметри, які будуть використані в цьому з’єднанні. Після цього встановлюється логічне з’єднання. Воно може працювати як в прямому, так і в зворотному напрямках.

Після відправлення певного закінченого набору (наприклад, файлу) відправник ініціює розрив даного логічного з’єднання і відправляє одержувачу про це службовий кадр.

У порівнянні з дейтаграмним способом, тут підтримуються два типи пакетів: інформаційні і службові, що призначені для встановлення та розриву з’єднання.

Передача зі встановленням віртуального каналу


Якщо серед параметрів з’єднання міститься маршрут, то всі пакети, які передаються в цьому з’єднанні мають просуватися по вказаному шляху.

Такий заздалегідь заданий фіксований маршрут, що з’єднує кінцеві вузли називається віртуальним каналом. Для того, щоб виокремити потік даних із загального трафіку, кожен пакет оснащується міткою.

Дейтаграма (англ. datagram), також датаграма - блок інформації, посланий як пакет мережевого рівня через передавальне середовище без попереднього встановлення з'єднання і створення віртуального каналу.

Поті́к да́них (англ. data stream) в телекомунікаціях і програмуванні - це послідовність кодованих когерентних сигналів (пакетів даних) в цифровій формі, яка використовується, щоб передавати або отримати інформацію це знаходиться в передачі.

Прокладання віртуального каналу починається з відправлення запиту (службовий кадр про встановлення майбутнього з’єднання). Там вказано адресу призначення та мітку потоку, для якого прокладається віртуальний канал.

Запит проходить по мережі і формує в кожному комутаторі запис, про те, яким чином комутатор має обслуговувати пакет з такою міткою. Після прокладання віртуального каналу мережа передає відповідний потік даних. Пакети містять лише дані, адреса призначення не вказується, замість неї вказано мітку потоку.

Після надходження пакету на порт, комутатор читає мітку, переглядає свою таблицю комутації і визначає на який вихідний порт передавати пакет.

Таблиця комутації містить лише записи про віртуальні канали, а не про всі можливі адреси, тому вона є компактнішою і аналіз відбувається швидше.


Схеми комутації на аналогії з транспортними дорогами

Комутація пакетів


Для розуміння механізму комутації, можна провести аналогію із транспортними дорогами, де автомобілі – це пакети, дороги – лінії зв’язку, перехрестя – комутатори. Автомобілі рухаються незалежно, згідно пропускної здатності доріг і можуть створювати завади один одному. Інтенсивний трафік призводить до перевантаження доріг, в результаті утворюються корки (як черги пакетів в комутаторах).

На перехрестях кожна машина обирає свій напрямок до пункту призначення (комутація потоків у комутаторі). Світлофор або регулювальник обирає черговість проходження потоків.

До утворення заторів на дорогах призводить нерівномірність руху автомобілів, особливо на вузьких вулицях.

Комутація каналів


Є подібною до організованої колони автобусів, що рухається з дітьми на екскурсію. Щоб колонна рухалася без перешкод, заздалегідь розробляється маршрут. На всіх відрізках шосе протягом всього маршруту виділяється окрема смуга. Вона буде заблокованою для інших автомобілів на певний час від початку руху і до закінчення проходження колони.

Під час руху всі автобуси їдуть з однаковою швидкістю з рівномірним інтервалом і не створюють собі перешкод. Але, в цьому випадку автомобілі не можуть діяти самостійно (наприклад, їхати не за маршрутом) і дорога використовується не раціонально (є закритою для інших автомобілів).


Порівняння мереж з різними комутаціями


Комутація каналів

Комутація пакетів

Потрібно попередньо встановлювати з’єднання

Не потрібно попередньо встановлювати з’єднання (дейтаграмне з’єднання)

Адреса потрібна лише на етапі встановлення з’єднання

Адреса та службова інформація передається з кожним пакетом

Мережа може відмовити у встановленні з’єднання

Мережа завжди готова прийняти дані

Гарантована пропускна здатність для абонентів

Пропускна здатність для абонентів є невідомою, затримки передачі є випадковими

Трафік реального часу передається без затримок

Ресурси мережі використовуються ефективно при передачі нерівномірного трафіку.

Висока надійність передачі

Можливі втрати внаслідок переповнення буферу

Нераціональне використання пропускної здатності каналів, що зменшує ефективність мережі

Автоматичний динамічний розподіл пропускної здатності фізичних каналів у відповідності до фактичної інтенсивності трафіку абонентів.

Контрольні запитання


  1. Який тип комутації застосовується в телефонних мережах?

  2. Які заходи дозволяють підвищити ефективність в мережах з комутацією каналів?

  3. Основні переваги та недоліки мереж з комутацією каналів?

  4. При якій комутації виконується незалежна обробка кожного пакету інформації?

  5. Якій тип комутації забезпечує передачу мультимедійного трафіку без затримок?

  6. При якій комутації кожному потоку привласнюється мітка ідентифікатор з’єднання

  7. При якій комутації адреса та службова інформація передається з кожним пакетом?

  8. При якій комутації забезпечується гарантована пропускна здатність?

  9. Що називають віртуальним каналом комутаційної мережі?

  10. Для чого застосовується контрольна сума пакетів?





Скачати 85.09 Kb.

  • Серед множини підходів до вирішення задачі комунікації виділяють два основних
  • Відмова у встановленні з’єднання
  • Гарантована пропускна здатність
  • Методи просування пакетів
  • Передача зі встановленням логічного з’єднання без фіксації маршрутів
  • Передача зі встановленням віртуального каналу
  • Схеми комутації на аналогії з транспортними дорогами
  • Порівняння мереж з різними комутаціями