Способы коммутации и передачи данных
Основная функция систем передачи данных в условиях функционирования вычисли-тельных сетей заключается в организации быстрой и надежной передачи информации произ-вольным абонентам сети, а также в сокращении затрат на передачу данных.
Важнейшая характеристика сетей передачи данных - время доставки информа-ции - 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 комму-тацией на время передачи информации по этим каналам.
При использовании некоммутируемых каналов связи средства приема -передачи або-нентских пунктов и ЭВМ постоянно соединены между собой, т.е. находятся в режиме«on-line».В этом случае отсутствуют потери времени на коммутацию,обеспечиваются высокаястепень готовности системы к передаче информации, более высокая надежность каналов свя-зи и, как следствие, достоверность передачи информации. Недостатками такого способа ор-ганизации связи являются низкий коэффициент использования аппаратуры передачи данных
и линий связи, высокие расходы на эксплуатацию сети. Рентабельность подобных сетей дос-тигается 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 переда-чи данных.
Существуют три основных способа подготовки и передачи информации в сетях, осно-ванных на коммутации:
каналов;
сообщений;
пакетов.
Коммутация каналов
Способ коммутации каналов заключается в установлении физического канала связи для передачи данных непосредственно между абонентами сети (Рис. 3.3). При использовании коммутируемых каналов тракт (путь) передачи данных образуется из самих каналов связи и устройств коммутации, расположенных в узлах связи.
| Абонент- | A | B | C | D | Абонент- | ||||||
| источник | получатель | ||||||||||
Рис. 3.3. Коммутация каналов
Установление соединения заключается в том, что абонент посылает в канал связи за-данный набор символов, прохождение которых по сети через соответствующие узлы комму-тации 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.
Такой способ соединения используется в основном в сетях, где требуется обеспечить непрерывность передачи сообщений (например, при использовании телефонных каналов связи и абонентского телеграфа). В этом случае связь абонентов возможна только при усло-вии использования ими однотипной аппаратуры, одинаковых каналов связи, а также единых кодов.
К достоинствам данного способа организации соединения абонентов сети следует от-
нести:
гибкость системы соединения в зависимости от изменения потребностей;
высокую экономичность использования каналов, достигаемую за счет их эксплуата-ции 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).
Способ коммутации каналов более оперативный, так как позволяет вести непрерывный двусторонний обмен информацией между двумя абонентами.
Недостатками коммутируемых каналов связи является необходимость использования специальных и коммутирующих устройств, которые снижают скорость передачи данных и достоверность передаваемой информации.
Использование специальных методов и средств, обеспечивающих повышение досто-верности передачи информации в сети, влечет за собой снижение скорости передачи данных за счет увеличения объема передаваемой информации, вызванного необходимостью введе-ния избыточных знаков, за счет потерь времени на кодирование информации в узле-передатчике и декодирование, логический контроль и другие преобразования - в узле-приемнике.
Наконец, сокращение потоков информации ниже пропускной способности аппаратной части и каналов связи ведет к недогрузке канала, а в период пиковой нагрузки может вызвать определенные потери вызовов.
Коммутация сообщений
При коммутации сообщений поступающая на узел связи информация передается в па-мять 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 пе-редачи информации. В этом случае сообщения содержат адресный признак (заголовок), в со-ответствии с которым осуществляется автоматическая передача информации в сети от або-нента-передатчика к абоненту-приемнику.
Все функции согласования работы отдельных участков сети связи, а также управление передачей сообщений и их соответствующую обработку выполняют центры (узлы) коммута-ции сообщений.
Основное функциональное назначение центра коммутации сообщений - обеспечить ав-томатическую передачу информации от абонента к абоненту в соответствии с адресным при-знаком сообщения и требованиями к качеству и надежности связи.
Метод коммутации сообщений обеспечивает независимость работы отдельных участ-ков сети, что значительно повышает эффективность использования каналов связи при пере-даче одного и того же объема информации (которая в этом случае может достигать 80 - 90% от максимального значения).
В системе с коммутацией сообщений происходит сглаживание несогласованности в пропускной способности каналов и более эффективно реализуется передача многоадресных сообщений (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.
К недостаткам метода следует отнести односторонний характер связи между абонента-ми сети.
Для более полной загрузки каналов и их эффективного использования возможно совме-стное применение перечисленных методов коммутации, основой которого служат следую-щие условия:
использование в одном и том же узле связи аппаратуры для коммутации каналов и для коммутации сообщений (того или иного способа коммутации в узле осуществляется в зависимости от загрузки каналов связи);
организация сети с коммутацией каналов для узлов верхних уровней иерархии и коммутации сообщений для нижних уровней.
Коммутация пакетов
В последние годы появился еще один способ коммутации абонентов сети - так назы-
ваемая коммутация пакетов.
Этот способ сочетает в себе ряд преимуществ методов коммутации каналов и коммута-ции 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 обра-ботки 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.
К недостаткам метода следует отнести односторонний характер связи между абонента-ми сети.
Различают два основных типа систем связи с коммутацией пакетов:
в системах первого типа устройство коммутации анализирует адрес места назначе-ния каждого принятого пакета и определяет канал, необходимый для передачи информации;
в системах второго типа пакеты рассылаются по всем каналам и терминалам, каж-дый канал (терминал), в свою очередь, проанализировав адрес места назначения пакета и сравнив его с собственным, осуществляет прием и дальнейшую передачу (обработку) пакета либо игнорирует его.
Первый тип систем коммутации пакетов характерен для глобальных сетей с огромным числом каналов связи и терминалов , второй тип применим для сравнительно замкнутых се-тей с небольшим числом абонентов.