6.2. Способы коммутации и передачи данных в сетях
Основная функция систем передачи данных в условиях функционирования вычислительных сетей заключается в организации быстрой и надежной передачи информации произвольным абонентам сети, а также в сокращении затрат на передачу данных.
Важнейшая характеристика сетей передачи данных — время доставки информации — зависит от структуры сети передачи данных, пропускной способности линий связи, а также от способа соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами сети и способа передачи данных по этим каналам. В настоящее время различают системы передачи данных с постоянным включением каналов связи (некоммутируемые каналы связи) и коммутацией на время передачи информации по этим каналам.
При использовании некоммутируемых каналов связи средства приема-передачи абонентских пунктов и ЭВМ постоянно соединены между собой, т. е. находятся в режиме «on-line». В этом случае отсутствуют потери времени на коммутацию, обеспечиваются высокая степень готовности системы к передаче информации, более высокая надежность каналов связи и, как следствие, достоверность передачи информации.
Недостатками такого способа организации связи являются низкий коэффициент использования аппаратуры передачи данных и линий связи, высокие расходы на эксплуатацию сети. Рентабельность подобных сетей достигается только при условии достаточно полной загрузки этих каналов.
При коммутации абонентских пунктов и ЭВМ только на время передачи информации (т. е. нормальным режимом для которых является режим «off-line») принцип построения узла коммутации определяется способами организации прохождения информации в сетях передачи данных. Существуют три основных способа подготовки и передачи информации в сетях, основанных на коммутации: каналов, сообщений и пакетов.
Коммутация каналов. Способ коммутации каналов заключается в установлении физического канала связи для передачи данных непосредст-венно между абонентами сети. При использовании коммутируемых каналов тракт (путь) передачи данных образуется из самих каналов связи и устройств коммутации, расположенных в узлах связи.
Установление соединения заключается в том, что абонент посылает в канал связи заданный набор символов, прохождение которых по сети через соответствующие узлы коммутации вызывает установку нужного соединения с вызываемым абонентом. Этот транзитный канал образуется в начале сеанса связи, остается фиксированным на период передачи всей информации и разрывается только после завершения передачи информации.
К достоинствам данного способа организации соединения абонентов сети следует отнести:
• гибкость системы соединения в зависимости от изменения по
• высокую экономичность использования каналов, достигаемую
за счет их эксплуатации только в течение времени установления
связи и непосредственно передачи данных;
• невысокие расходы на эксплуатацию каналов связи (на порядок
меньше, чем при эксплуатации некоммутируемых линий связи).
Коммутация сообщений. При коммутации сообщений поступающая на узел связи информация передается в память узла связи, после чего анализируется адрес получателя. В зависимости от занятости требуемого канала сообщение либо передается в память соседнего узла, либо становится в очередь для последующей передачи. Таким образом, способ коммутации сообщений обеспечивает поэтапный характер передачи информации. В этом случае сообщения содержат адресный признак (заголовок), в соответствии с которым осуществляется автоматическая передача информации в сети от абонента-передатчика к абоненту приемнику. Все функции согласования работы отдельных участков сети связи, а также управление передачей сообщений и их соответствующую обработку выполняют центры (узлы) коммутации сообщений.
Основное функциональное назначение центра коммутации сообщений — обеспечить автоматическую передачу информации от абонента к абоненту в соответствии с адресным признаком сообщения и требованиями к качеству и надежности связи.
Метод коммутации сообщений обеспечивает:
• независимость работы отдельных участков сети, что значитель
но повышает эффективность использования каналов связи при
передаче одного и того же объема информации;
• сглаживание несогласованности в пропускной способности ка
налов и более эффективную передачу многоадресных сообще
ний (так как не требуется одновременного освобождения всех
каналов между узлом-передатчиком и узлом-приемником);
• передача информации может производиться в любое время, так
как прямая связь абонентов друг с другом необязательна.
Для более полной загрузки каналов и их эффективного использования возможно совместное применение перечисленных методов коммутации.
Коммутация пакетов сочетает в себе ряд преимуществ методов коммута-ции каналов и коммутации сообщений. При коммутации пакетов перед началом передачи сообщение разбивается на короткие пакеты фиксированной длины, которые затем передаются по сети. В пункте назначения эти пакеты вновь объединяются в первоначальное сообщение, а так как их длительное хранение в запоминающем устройстве узла связи не предполагается, пакеты передаются от узла к узлу с минимальной задержкой во времени. В этом отношении указанный метод близок методу коммутации каналов.
При коммутации пакетов их фиксированная длина обеспечивает эффективность обработки пакетов, предотвращает блокировку линий связи и значительно уменьшает емкость требуемой промежуточной памяти узлов связи. Кроме того, сокращается время задержки при передаче информации, т. е. скорость передачи информации превышает аналогичную скорость при методе коммутации сообщений.
Проблема маршрутизации пакетов решается программно-аппаратными способами. Наиболее распространенными способами являются фиксированная маршрутизация и маршрутизация способом кратчайшей очереди.
Фиксированная маршрутизация предполагает наличие таблицы маршрутов, в которой закрепляется маршрут от одного клиента к другому.
Это обеспечивает простоту реализации, но неравномерную загрузку сети.
В методе кратчайшей очереди используется несколько таблиц, в которых каналы расставлены по приоритетам. Передача начинается по первому свободному каналу с высшим приоритетом. При использовании этого метода задержка передачи пакета минимальная.
Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, т. е. для прямого соединения. Прямые каналы создаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы.