Коммутация и мультиплексирование

В самом общем виде задача коммутации — задача соединения конечных узлов через сеть транзитных узлов — может быть представлена в виде нескольких взаимосвязанных частных задач:

Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать пути.

Определение маршрутов для потоков.

Сообщение о найденных маршрутах узлам сети.

Продвижение – распознавание потоков и локальная коммутация на каждом транзитном узле.

Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Прежде чем выполнить переброску данных на определенные для них интерфейсы, коммутатор должен понять, к какому потоку они относятся. Эта задача должна решаться независимо от того, поступает ли на вход коммутатора только один поток в "чистом" виде, или "смешанный" поток, который объединяет в себе несколько потоков. В последнем случае к задаче распознавания добавляется задача демультиплексирования.

 

Задача демультиплексирования (demultiplexing) — разделение суммарного агрегированного потока, поступающего на один интерфейс, на несколько составляющих потоков.

Как правило, операцию коммутации сопровождает также обратная операция — мультиплексирование.

Задача мультиплексирования (multiplexing) — образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который можно передавать по одному физическому каналу связи.

Операции мультиплексирования/демультиплексирования имеют такое же важное значение в любой сети, как и операции коммутации, потому что без них пришлось бы все коммутаторы связывать большим количеством параллельных каналов, что свело бы на нет все преимущества неполносвязной сети.

Коммутация каналов.

коммутация каналов – (эквивалентна сети с соединением) передатчик соединен с приемником через физический канал (пример- телефонная сеть)

Метод коммутации каналов требует предварительного установления прямого физического соединения между источником и получателем сообщения на все время передачи сообщения, что является недостатком данного метода.

важное свойство – необходимость установки связи до передачи данных, после соединения линия не м.б. занятой; недостатки – неэффективность

На рисунке представлены четыре узла сети, между которыми передается сообщение. Его источник – узел А, получатель – узел D. Между А и D сообщение проходит узлы В и С.

В отрезки времени (t0 – t1), (t2 – t3), (t4 – t5) служебный сигнал перемещается между соответствующими узлами. Назначение этого сигнала – занять пройденный канал, то есть заблокировать его от других сигналов. В общем случае последующие каналы оказываются занятыми в моменты прихода в узел служебного сигнала, поэтому в отрезки времени (t1 – t2), (t3 – t4) сигнал ожидает освобождения канала.

В момент времени t5 служебный сигнал достигает получателя, а все пройденные каналы являются заблокированными. В этот момент сигнал возвращается к источнику сообщения за отрезок времени (t5 – t6).

В момент времени t6 начинается передача нужного сообщения (передача сообщения показана жирными линиями). В соответствии с объемом сообщения и пропускной способностью канала связи это занимает в источнике отрезок времени (t6 – t7). В момент времени t8 получатель сообщения принял его целиком. Передача закончена, и заблокированные каналы высвобождаются для последующего использования.

Коммутация пакетов.

коммутация пакетов –передатчик соединен с приемником через физический канал (пример- интернет)

основная форма пакета

Метод коммутации пакетов предполагает разбиение сообщения на части – пакеты – фиксированной длины, снабжаемые адресом получателя. После прихода на место назначения из пакетов формируется сообщение. Достоинством этого метода является то, что разные пакеты могут передаваться между узлами разными каналами связи (если это позволяет топология сети). Это приводит к сокращению общего времени передачи всего сообщения.
Пусть, например, есть многосвязная топология, хосты в которой обозначены символами А, В, С, D

Жирными линиями показаны направления передачи сообщения в соответствии с рисунками 1 и 2. Пусть требуется передать сообщение из узла А в узел D методом коммутации пакетов. При этом исходное сообщение разбивается на три пакета, которые параллельно передаются по следующим направлениям:
а) А – D;
б) А – С – D;
в) А – В – D.
Следует отметить, что выбор направлений – самостоятельная задача в компьютерных сетях, которая получила название маршрутизации.
Тогда имеем схему передачи пакетов между узлами А и D, представленную на рисунке 4. Чтобы показать параллельную передачу пакетов, исходная схема декомпозирована на три схемы, показывающие передачу пакетов по направлениям, перечисленным выше:
В моменты времени t0 из пункта А одновременно начинается передача пакетов в направлениях D, С, В. В моменты времени t2 пакеты получены в указанных пунктах назначения (для простоты время передачи во все три пункта одинаково). Если в пунктах С и В последующие каналы заняты (на схеме они заняты одинаковое время), пакет ожидает освобождения канала (отрезок времени от t2 до t3). В течение времени (t4 – t3) пакет передается в пункт назначения, где из полученных пакетов собирается цельное сообщение.
Сравнительные характеристики способов коммутации