Методы коммутации в компьютерных сетях
Методы коммутации в компьютерных сетях — это методах соединения абонентов компьютерных сетей через транзитные узлы.
Введение
В обычных телефонных сетях, связь абонентов осуществляется при помощи коммутации каналов связи. Изначально коммутация телефонных каналов связи исполнялась в ручном режиме, затем коммутацию стали выполнять автоматические телефонные станции (АТС). Похожий принцип применяется и в компьютерных сетях. В качестве абонентов могут выступать территориально удаленные электронные вычислительные машины, которые объединены в компьютерные сети. С практической точки зрения является невозможным выделить всем компьютерным устройствам свои собственные не коммутируемые линии связи, которые они бы смогли использовать в течение всего времени.
По этой причине фактически в любой компьютерной сети всегда применяется какой-нибудь метод коммутации абонентов, то есть, рабочих станций, который предоставляет возможность доступа к имеющимся каналам связи для ряда абонентов, что позволяет обеспечить одновременно нескольких сеансов связи.
Коммутация является процессом соединения разных абонентов коммуникационной сети при помощи транзитных узлов. Коммуникационные сети способны обеспечить связь подключенных к ним абонентов между собой. Абонентами могут быть компьютерные устройства, фрагменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.
Рабочие станции могут подключаться к коммутаторам при помощи индивидуальных линий связи, каждая из которых может использоваться в какой-либо момент времени лишь одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы должны соединяться между собой с применением разделяемых линии связи, которые могут использоваться совместно несколькими абонентами.
Методы коммутации в компьютерных сетях
Существую следующие самые распространенные методы коммутации абонентов в компьютерных сетях:
- Метод коммутации каналов (circuit switching).
- Метод коммутации пакетов (packet switching).
- Метод коммутации сообщений (message switching).
Коммутация каналов предполагает формирование непрерывного составного физического канала из последовательно связанных отдельных канальных участков, предназначенных для непосредственной передачи данных среди узлов. Отдельные каналы должны быть соединены между собой при помощи специальной аппаратуры, а именно, коммутаторов, которые способны установить связь среди любых конечных узлов сети. В сети с коммутацией каналов перед трансляцией информационных данных всегда следует исполнить процедуру установки соединения, в процессе которой и формируется составной канал. Время передачи сообщения при этом может определяться пропускной способностью канала, длинной связи и объемом сообщения.
Коммутаторы, а также каналы, которые их соединяют, обязаны обеспечить возможность одновременной передачи данных несколькими абонентскими каналами. Для того чтобы это реализовать, они должны являться высокоскоростными и способными поддержать какую-нибудь технику мультиплексирования абонентских каналов. К числу достоинств и недостатков коммутации каналов необходимо отнести следующие моменты:
- наличие постоянной и известной скорости передачи данных.
- наличие правильной последовательности прихода данных.
- наличие низкого и постоянного уровня задержки передачи данных через сеть.
- присутствие возможности отказа сети в обслуживании запроса на установление соединения.
- наличие нерационального использования пропускной способности физических каналов, к примеру, невозможность использования пользовательского оборудования, которое работает с различной скоростью. Отдельные фрагменты составного канала могут работать с одинаковой скоростью, поскольку сети с коммутацией каналов не могут буферизировать данные пользователей.
- наличие обязательной задержки перед передачей данных из-за необходимости сначала установить соединение.
Коммутацией сообщений является разделение информации на ряд сообщений, каждый из которых имеет свой заголовок и информацию. Это метод взаимодействия, при котором формируется логический канал, за счет поочередной трансляции сообщений через узлы связи по адресу, который должен быть указан в заголовке сообщения. Причем все узлы принимают сообщение, записывают его в память, выполняют обработку заголовка, осуществляют выбор маршрута и выдают сообщение из памяти в очередной узел.
Время доставки сообщения зависит от времени его обработки в каждом узле, количества узлов и пропускной способности сети. Когда завершается передача информации из узла «А» в узел связи «В», то узел «А» освобождается и может принять участие в организации следующей связи между абонентами. Это означает более эффективное использование канала связи, но система управления маршрутизацией становится более сложной. На сегодняшний день коммутации сообщений в чистом виде фактически уже нет.
Коммутация пакетов является особым методом коммутации узлов сети, который специально был создан для самой лучшей передачи компьютерного трафика, то есть, пульсирующего трафика. Опыты по созданию самых первых компьютерных сетей, в основание которых была заложена техника и технологии коммутации каналов, показали, что данный тип коммутации не позволяет получить высокую пропускную способность компьютерной сети. Причиной являлся именно пульсирующий характер трафика, который способны генерировать стандартные сетевые приложения.
При осуществлении коммутации пакетов, каждое транслируемое пользователем сети сообщение должно разбиваться в исходном узле на относительно маленькие фрагменты, именуемые пакетами. Следует подчеркнуть, что под сообщением понимается логически завершенный объем данных, то есть, запрос на трансляцию файла, получение ответа на данный запрос, содержащий весь файл, и тому подобное. Сообщения могут обладать произвольной длиной, а именно, от нескольких байт до десятков мегабайт.
Способы коммутации и передачи данных в сетях
Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой — коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.
Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.
Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.
Достоинства и недостатки коммутации каналов:
- Постоянная и известная скорость передачи данных
- Правильная последовательность прихода данных
- Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть
- Возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения
- Нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей
- Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения
Коммутация сообщений
Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.
Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.
При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.
Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.
Коммутация пакетов
Коммутация пакетов — это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.
Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.
Достоинства и недостатки коммутации пакетов:
- Более устойчива к сбоям
- Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика
- Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи