Разновидности соединений. Связь с установлением соединения. Виртуальные каналы. Дейтаграммная передача данных

1. Разновидность соединений

Основная проблема – разделение среды передачи данных между интерфейсами. 2 подхода:

· Централизованный

· Децентрализованный

Коммутация - создание маршрута от отправителя к получателю.

Коммутация пакетов.

Основная идея – разделение основного сообщения на последовательность более мелких структур данных (пакетов), каждый пакет имеет заголовок и поле данных. Пакеты независимо курсируют по сети и приходят к получателю одним сообщением. Коммутаторы, используемые для передачи данных с коммутацией пакетов, обязательно имеют буферную память для хранения приходящих пакетов, в которой происходит мультиплексирование и демультиплексирование данных.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что име­ют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, когда 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 дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позво­ляет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутато­рами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повыше­ния пропускной способности сети в целом.

Достоинства: В случае неравномерного трафика – высокая пропускная способность; при перегрузке сети – снижение скорости.

Недостатки: сложное устройство; пакет может долго ждать своей очереди в коммутаторе.

Виды коммутации пакетов:

· Дейтаграммная передача данных

· Виртуальный канал

· Установление логического соединения

Коммутация каналов.

Создание физического канала, обеспечивающего доступ от отправителя к получателю, из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Достоинства: постоянная скорость передачи данных; нет задержек при передаче.

Недостатки: потеря времени на создание физического канала передачи данных; при перегрузке – отказ всей сети; неравномерный трафик.

Техника коммутации каналов хорошо работает в тех случаях, когда нужно передавать только трафик телефонных разговоров, а с невозможностью «вырезать» паузы из разговора и более рационально использовать магистральные физические каналы между коммутаторами можно мириться. Однако при передаче очень неравномерного компьютерного трафика эта нерациональность уже выходит на первый план.

Коммутацию пакетов и каналов можно разделить на 2 типа:

· Динамическая (Установка соединения происходит по инициативе пользователей)

· Статическая (постоянная) (Установка соединения происходит по решению администраторов сети)

В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе поль­зователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем (опять же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрыва­ется. В общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым дру­гим пользователем сети. Обычно период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы — передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т. п. Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являют­ся телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP.

Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть.

Коммутация сообщений.

Данные передаются в виде сообщений с промежуточной буферизацией данных на дисках транзитных компьютеров. Коммутация сообщений по своим принципам близка к коммутации пакетов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями а содержанием информации, составляющей сообщение.

2. Связь с установлением соединения

Передача с установлением логического соединения

Процедура согласования двумя конечными узлами сети некоторых параметров процесса обмена пакетами называется установлением логического соединения. Параметры, о которых договариваются два взаимодействующих узла, называются параметрами логического соединения.

Наличие логического соединения 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, упорядочивания поступивших и повторения передачи потерянных пакетов.

Параметры соединения могут быть: постоянными, то есть не изменяющимися в течение всего соединения (например, идентификатор соединения, способ шифрования пакета или максимальный размер поля данных пакета), или переменными, то есть динамически отражающими текущее состояние соединения (например, последовательные номера пере даваемых 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 собственно данных.

Передача с установлением соединения более надежна, но требует больше времени для передачи данных и вычислительных затрат от конечных узлов

Процедура установления соединения состоит обычно из трех шагов.

1. Узел-инициатор соединения отправляет узлу-получателю служебный пакет с предложением установить соединение.

2. Если узел-получатель согласен с этим, то он посылает в ответ другой служебный пакет, подтверждающий установление соединения и предлагающий некоторые параметры, которые будут использоваться в рамках данного логического соединения. Это могут быть, например, идентификатор соединения, количество кадров, которые можно отправить без получения подтверждения и т. п.

3. Узел-инициатор соединения может закончить процесс установления соединения отправкой третьего служебного пакета, в котором сообщит, что предложенные параметры ему подходят.

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.

После того как соединение установлено и все параметры согласованы, конечные узлы начинают передачу собственно данных. Пакеты данных обрабатываются коммутаторами точно так же, как и при дейтаграммной передаче: из заголовков пакетов извлекаются адреса назначения и сравниваются с записями в таблицах коммутации, содержащих информацию о следующих шагах по маршруту. Так же как дейтаграммы, пакеты, относящиеся к одному логическому соединению, в некоторых случаях (например, при отказе линии связи) могут доставляться адресату по разным маршрутам.

Однако передача с установлением соединения имеет важное отличие от дейтаграммной передачи, поскольку в ней помимо обработки пакетов на коммутаторах имеет место дополнительная обработка пакетов на конечных узлах.

3. Виртуальные каналы

Механизм виртуальных каналов учитывает существование в сети потоков данных и прокладывает для всех пакетов потока единый маршрут. Механизм виртуальных каналов (virtual circuit, или virtual channel) создает в сети устойчивые пути следования трафика через сеть с коммутацией пакетов.

Между двумя конечными узлами может быть проложено несколько виртуальных каналов, как полностью совпадающих в отношении пути следования через транзитные узлы, так и отличающихся.

Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным. Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту. Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.

Сеть только обеспечивает возможность передачи трафика вдоль виртуального канала, решение же о том, какие именно потоки будут передаваться по этим ка­налам, принимают сами конечные узлы. Узел может использовать один и тот же виртуальный канал для передачи всех потоков, которые имеют общие с данным виртуальным, каналом конечные точки, или же только части из них.

4. Дейтаграммная передача данных

В сетях с коммутацией пакетов сегодня применяется два класса механизмов про­движения пакетов — дейтаграммная передача и виртуальные каналы.

Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатыва­ются независимо друг от друга, пакет за пакетом. Для продвижения пакетов используется таблицы коммутации. В дейтаграммном режиме учитывается только адрес назначения, по которому производится решение о перенаправлении в другой узел. В режиме виртуальных каналов учитывается идентификатор потока. В таблице маршрутизации для одного и того же адреса назначения может содержаться несколько записей, указывающих соответственно на различные адреса следующего маршрутизатора. Такой подход используется для повышения производительности и надежности сети.

Пакеты, следующие по одному и тому же адресу назначения, могут добираться до него разными путями и вследствие изменения состояния сети, на­пример отказа промежуточных маршрутизаторов.

Такая особенность дейтаграммного механизма, как размытость путей следования трафика через сеть, также в некоторых случаях является недостатком, например, если пакетам определенного сеанса между двумя конечными узлами сети необ­ходимо обеспечить заданное качество обслуживания.