Коммутация

Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети

Коммутация основана на использовании маршрутизации, определяющей путь, по которому в соответствии с адресом назначения передаются данные. Осуществляется коммутация функциональными блоками всех систем информационной сети.

Коммутация является основой технологии сети с маршрутизацией данных. В зависимости от задач, поставленных перед коммуникационной сетью, используют несколько методов коммутации (рис.093).

Каждый из них определяется различными штабелями уровней области Взаимодействия Открытых Систем (ВОС).

У каждого из методов коммутации имеется своя область применения, обусловленная его особенностями. Отсюда следует целесообразность сочетания разных методов коммутации на сетях, объединяющих большое число абонентов с отличающимися друг от друга величинами нагрузки, характером ее распределения во времени, объемами сообщений, используемой оконечной аппаратурой. На таких сетях при небольшой средней нагрузке и передаче сообщений большими массивами в небольшое число адресов доля потери времени на установление соединения сравнительно невелика, и предпочтительнее использовать систему с коммутацией каналов. При передаче же многоадресных сообщений, необходимости обеспечения приоритетности сообщениям высокой категории срочности и при большой загрузке абонентских установок более эффективно использовать систему с коммутацией сообщений. При передаче коротких сообщений в интерактивном (диалоговом) режиме наиболее целесообразно использовать коммутацию пакетов.

Выбор методов коммутации - достаточно сложная оптимизационная задача. Она решается исходя из требований к транспортной сети, которые в свою очередь определяются особенностями графика, классом пользователей и показателями качества их обслуживания.

В коммутации блоков данных участвуют (рис.094) N нижних уровней взаимодействующих друг с другом абонентских систем или административных систем, а также расположенных между ними ретрансляционных систем. В зависимости от метода коммутации, число уровней N изменяется от одного до семи.

Коммутация Каналов (КК)

Коммутация Каналов — коммутация, обеспечивающая предоставление каждой паре абонентов последовательности каналов сети для монопольного использования (рис.096).

Коммутация Каналов, связана с предоставлением на время сеанса последовательностей каналов, соединяющих пары абонентских систем или административных систем друг с другом. Здесь N = 1 и коммутация выполняется во всех ретрансляционных системах физическими процессами, опирающимися на физический уровень этих систем. В результате этого, последовательность каналов соединяется в единый канал, проходящий через всю коммуникационную сеть.

В классической схеме в коммутации каналов участвуют функциональные блоки физического уровня (1A, 1B, 1C) и физические процессы (ФП) узлов коммутации каналов либо узлов смешанной коммутации.

В результате через физические средства соединения A,B,C происходит сквозная коммутация и между взаимодействующими абонентскими системами либо административными системами (К, Е) образуется последовательность логических каналов (пунктир), по которой прикладные процессы передают друг другу блоки данных. Созданная таким образом последовательность используется монопольно взаимодействующей через нее парой абонентов.

Логические каналы коммуникационной сети в результате коммутации каналов, чаще всего, предоставляются только на время сеанса между системами и, в этом случае, называются коммутируемыми каналами. Коммутация осуществляется только в начале сеанса взаимодействия. Для этого система-инициатор сеанса формирует и посылает ближайшему к ней узлу вызов-запрос на прокладку через коммуникационную сеть последовательности каналов, которая свяжет систему-инициатора с системой-адресатом.

В сети коммутации каналов могут быть предоставлены также постоянные некоммутируемые каналы, выделяемые в аренду на определенный срок, например, на год. Выделенные каналы называются также арендуемыми каналами. Эти каналы характеризуются высоким качеством передачи, и всегда готовы к передаче данных. Однако они слишком дороги.

Положительными особенностями коммутации каналов, по сравнению с коммутацией пакетов, является относительная дешевизна используемых для этой цели узлов. Кроме этого, все передаваемые во время сеанса блоки данных доставляются адресату с одинаковой задержкой во времени, определяемой скоростными характеристиками узлов и каналов. Это упрощает передачу через коммуникационную сеть речи.

Однако, коммутация каналов имеет и ряд существенных недостатков. Во время сеанса последовательность используемых каналов загружена потоками битов относительно небольшое время. Остальное время каналы простаивают. Особенно во время диалога пользователей с прикладными процессами, когда первые обдумывают полученные результаты, а вторые ищут необходимые сведения либо проводят математические расчеты. Вторым недостатком метода коммутации каналов является относительно длительное время создания последовательности каналов. Это связано с тем, что для этого необходимо дождаться, когда будет свободна необходимая последовательность каналов. При коротких сеансах время создания последовательности может превышать продолжительность сеанса.

Коммутация Пакетов (КП)

Коммутация Пакетов (КП) — коммутация, обеспечивающая передачу через сеть пакетов без монопольного использования каналов.

Пары каналов на время сеанса в единое целое не соединяются. Здесь сообщения не собираются и не разбираются, N = 3, a коммутация осуществляется сетевыми процессами, опирающимися на функции физического, канального уровня и сетевого уровня.

Характерной особенностью, отличающей коммутацию пакетов от коммутации каналов, являются коммутация с запоминанием и коллективное использование каналов коммуникационной сети. Здесь ни один из каналов не занимается парой абонентских систем либо административных систем даже на время проведения сеанса. Пакеты по одному и тому же каналу идут, по мере их поступления, не зависимо от их источников и адресатов. Иначе говоря, канал взаимодействующими абонентами занимается только на время передачи каждого пакета.

Коммутация пакетов является более сложной технологией, чем коммутация каналов (рис.098).

При выполнении коммутации пакетов между физическими средствами соединения (A,B,C) используются функциональные блоки физического уровня (1A, 1B, 1C), канального уровня (2A, 2B, 2C) и сетевого уровня (3A, 3B, 3C) всех систем, включая узлы коммутации пакетов. Функциональные блоки в узлах объединяются сетевыми процессами (СП). В результате любая пара абонентских либо административных систем передает друг другу пакеты через коммуникационную сеть (пунктир).

Для повышения надежности работы коммуникационной сети в ней топология размещения узлов коммутации пакетов и соединяющих их каналов строится исходя из того, что между парами взаимодействующих систем создается несколько путей передачи пакетов.

Пакеты узлами коммутации направляются по тем последовательностям каналов, которые в конце концов, позволят достичь абонентской системы-адресата. Здесь, в отличие от коммутации каналов, коммутация пакетов происходит в течение всего сеанса взаимодействия систем (а не только в начале этого сеанса).

В результате того, что пакеты идут по различным направлениям (последовательностям каналов), они могут приходить в пункт назначения с разным запаздыванием. Кроме этого, после прохождения через какие-нибудь каналы в пакетах могут возникнуть ошибки, из-за чего пакеты уничтожаются и передаются вновь. Все это приводит к тому, что все пакеты, посланные системой, не могут быть доставлены с одинаковым временем прохождения через коммуникационную сеть.

Различают два способа (режима) передачи пакетов: режим виртуальных соединений и датаграммный.

Виртуальные соединения. По сути, это коммутация каналов, но не напрямую, а через память управляющих компьютеров в центрах коммутации с использованием пакетов при передаче сообщений. В виртуальной сети, прежде чем начать передачу пакетов, абоненту-получателю направляется служебный пакет, прокладывающий виртуальное соединение. В каждом узле этот пакет оставляет распоряжение вида: пакеты k -го виртуального соединения, пришедшие из i-го канала, следует направлять в j-й канал. Таким образом, виртуальное (условное) соединение существует только в памяти управляющего компьютера. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобиться для приема. Если его компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие абоненту-отправителю (также в виде специального служебного пакета) на передачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами. Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению (в каждом узле их ждет инструкция, которая обрабатывается управляющим компьютером) и в том же порядке попадают абоненту-получателю, где, освободившись от концевиков и заголовков, образуют передаваемое сообщение, которое направляется на седьмой уровень. Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока отправленный одним из абонентов, специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах. Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации и обладает всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов.

Датаграммы. Для коротких сообщений более эффективен датаграммный режим, не требующий довольно громоздкой процедуры установления виртуального соединения между абонентами. Термин "датаграмма" применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов. Получив датаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Очевидно, что при такой маршрутизации каждая датаграмма будет идти по случайной траектории, и, следовательно, момент поступления ее к адресату будет случайным. При этом свойствами случайности можно управлять, т.е. добиваться, чтобы среднее время доставки не превышало заданного, а вероятность того, что какая-то датаграмма задержится более наперед заданного числа секунд, была бы достаточно малой. Датаграммный режим используется, в частности, в Internet.

Скоростные характеристики коммутации пакетов не всегда удовлетворяют требованиям передачи видеоинформации. Поэтому в последнее время все большее внимание уделяется скоростной коммутации данных.