Коммутация каналов и пакетов

Лекция 3. Коммутация каналов и пакетов

Коммутация каналов
Коммутация пакетов
Сравнение сетей с коммутацией каналов и пакетов
Ethernet – пример стандартной технологии с коммутацией

Коммутация каналов

Сеть с коммутацией каналов представляет собой множество коммутаторов и конечных узлов — абонентов, соединенных между собой линиями (звеньями) связи. Заметим, что в данном контексте термин «линия связи» используется для обозначения соединения двух соседних узлов сети

Время существования информационного потока ограничивается рамками сеанса связи абонентов

2

Элементарный канал — это базовая техническая характеристика сети с коммутацией каналов, представляющая собой некоторое фиксированное в пределах данного типа сетей значение пропускной способности. Любая линия связи в сети с коммутацией каналов имеет пропускную способность, кратную элементарному каналу, принятому для данного типа сети

Коммутация каналов

3

Особенностью сетей с коммутацией каналов является то, что пропускная способность каждой линии связи должна быть равна целому числу элементарных каналов

Коммутация каналов

4

Коммутация каналов

5

Коммутация каналов

6

7

Канал, построенный путем коммутации (соединения) выделенных для информационного потока элементарных каналов, называют составным каналом

Коммутация каналов

8

Свойства составного канала:
составной канал на всем своем протяжении состоит из одинакового количества элементарных каналов;
составной канал имеет постоянную и фиксированную пропускную способность на всем своем протяжении;
составной канал создается временно на период сеанса связи двух абонентов или, другими словами, только на время существования потока;
на время сеанса связи все элементарные каналы, входящие в составной канал, поступают в исключительное пользование абонентов, для которых был создан этот составной канал;
в течение всего сеанса связи абоненты могут посылать в сеть данные со скоростью, не превышающей пропускную способность составного канала;
данные, поступившие в составной канал, гарантированно доставляются вызываемому абоненту без задержек, потерь и с той же скоростью (скоростью источника) вне зависимости от того, существуют ли в это время в сети другие соединения или нет;
после окончания сеанса связи элементарные каналы, входившие в соответствующий составной канал, объявляются свободными и возвращаются в пул распределяемых ресурсов для использования другими абонентами.

Коммутация каналов

9

10

Коммутация каналов

11

Продвижение данных в сетях с коммутацией каналов происходит в два этапа:
1. В сеть поступает служебное сообщение — запрос, который несет адрес вызываемого абонента и инициирует создание составного канала.
2. По подготовленному составному каналу передается основной поток данных, для передачи которого уже не требуется никакой вспомогательной информации, в том числе адреса вызываемого абонента. Коммутация данных в коммутаторах выполняется на основе локальных признаков потока — номеров выделенных ему элементарных каналов

Коммутация каналов

12

Коммутация каналов

13

Технология коммутации каналов ориентирована на минимизацию случайных событий в сети, то есть это технология, стремящаяся к детерминизму

Коммутация каналов

14

Сети с коммутацией каналов наиболее эффективно передают пользовательский трафик в том случае, когда скорость его постоянна в течение всего сеанса связи и максимально соответствует фиксированной пропускной способности физических линий связи сети. Эффективность работы сети снижается, когда информационные потоки, генерируемые абонентами, приобретают пульсирующий характер

Коммутация каналов

15

Важнейшим принципом функционирования сетей с коммутацией пакетов является представление информации, передаваемой по сети, в виде структурно отделенных друг от друга порций данных, называемых пакетами

Коммутация пакетов

16

Каждый пакет снабжен заголовком, в котором содержится адрес назначения и другая вспомогательная информация.
Помимо заголовка у пакета может иметься еще одно дополнительное поле, размещаемое в конце пакета и поэтому называемое концевиком. В концевике обычно помещается контрольная сумма

Коммутация пакетов

17

Как и в сетях с коммутацией каналов, в сетях с коммутацией пакетов для каждого из потоков вручную или автоматически определяется маршрут, фиксируемый в хранящихся на коммутаторах таблицах коммутации. Пакеты, попадая на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту на основании информации, содержащейся в их заголовках, а также в таблице коммутации

Коммутация пакетов

18

Сглаживание трафика в сетях с коммутацией пакетов

Коммутация пакетов

19

Главное отличие пакетных коммутаторов от коммутаторов в сетях с коммутацией каналов состоит в том, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов

Коммутация пакетов

Пакетный коммутатор не может принять решения о продвижении пакета, не имея в своей памяти всего пакета. Коммутатор проверяет контрольную сумму; если она говорит о том, что данные пакета не искажены, то коммутатор начинает обрабатывать пакет и по адресу назначения определяет следующий коммутатор. Поэтому каждый пакет последовательно, бит за битом, помещается во входной буфер. Имея в виду это свойство, говорят, что сети с коммутацией пакетов используют технику сохранения с продвижением (store-and-forward).

20

Буферы и очереди пакетов в коммутаторе

Коммутация пакетов

21

Пакетный коммутатор может работать на основании одного из трех методов продвижения пакетов:
дейтаграммная передача;
передача с установлением логического соединения;
передача с установлением виртуального канала

Коммутация пакетов

22

Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты продвигаются (передаются от одного узла сети другому) независимо друг от друга на основании одних и тех же правил. Никакая информация об уже переданных пакетах сетью не хранится и в ходе обработки очередного пакета во внимание не принимается. То есть каждый отдельный пакет рассматривается сетью как совершенно независимая единица передачи — дейтаграмма

23

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

Коммутация пакетов

24

Передача с установлением логического соединения включает три фазы:
Установление логического соединения, которое начинается с того, что узел — инициатор соединения отправляет узлу-получателю служебный пакет с предложением установить соединение.
Передача данных. После того как соединение установлено и все параметры согласованы, конечные узлы начинают передачу собственно данных
Разрыв логического соединения. После передачи некоторого законченного набора данных, например определенного файла, узел-отправитель инициирует процедуру разрыва логического соединения, аналогичную процедуре установления соединения

Коммутация пакетов

25

Как видим, передача с установлением соединения предоставляет больше возможностей в плане надежности и безопасности обмена данными, чем дейтаграммная передача. Однако этот способ более медленный, так как он подразумевает дополнительные вычислительные затраты на установление и поддержание логического соединения

Коммутация пакетов

26

Единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют виртуальным каналом

Коммутация пакетов

27

Сравнение сетей с коммутацией каналов и пакетов

28

Ethernet – пример стандартной технологии с коммутацией пакетов

Топология
Способ коммутации
Адресация
Разделение среды и мультиплексирование
Кодирование
Надежность
Очереди

29

Ethernet – пример стандартной технологии с коммутацией пакетов

30

Ethernet – пример стандартной технологии с коммутацией пакетов

31