Коммутация каналов, коммутация пакетов, коммутация сообщений, маршрутизация

Ядро сети - маршрутизаторы.

Сущ 2 фундаментальных подхода в организации ядра сети: коммутация каналов (телефонная сеть) и коммутация пакетов (современный И). При коммутации каналов происходит резервирование на время сеанса связи необходимых ресурсов (буферов, диапазонов частот) на всем сетевом пути. При коммутации пакетов ресурсы запрашиваются при необходимости и выделяются по требованию.

Существует два класса сетей с коммутацией пакетов: с виртуальным каналом (Virtual Channel), Дейтаграммные (Datagram). Примеры дейтаграммных сетей: Internet на базе IP, X.25, Frame Relay, ATM. Сети с виртуальными каналами. Виртуальный канал устанавливается перед началом соединения и является единственным маршрутом для данного соединения. Динамический виртуальный канал устанавливается путем посылки запроса на соединение, которое проходит через коммутаторы и прокладывает виртуальный канал. При этом, коммутаторы запоминают маршрут и именно по нему пересылают все последующие пакеты. Статический виртуальный канал создается администраторами, путем ручной настройки. При отказе одного из элементов маршрута, соединение разрывается и виртуальный канал нужно прокладывать заново (это основное отличие от дейтаграммных сетей). Дейтаграммные сети - аналогичны обычной почте. Пакет помещается в своеобразный конверт (заголовок пакета содержит адрес назначения), который имеет иерархическую структуру. По прибытии пакета на маршрутизатор, он сравнивает соответствующую часть адреса назначения и отправляет пакет к следующему маршрутизатору.

Коммутация каналов: - С

А -

A к Д через 2

резервируется канал и

устанавливается соединение - Д

от А до Д B-

Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов: Каждый канал связи в линии связи организовывается при помощи частотного (отводится определенная полоса частот, которая не изменяется в течении всего сеанса) либо временного разделения (время разбивается на равные промежутки - кадры, каждый кадр на фиксированное число слотов, суть в закреплении за каждой парой абонентов одного временного слота в каждом кадре), разделение по коду (каждый канал кодируется своим кодом) (радиоканалы). Недостаток - выделенные каналы связи нельзя освободить в периоды простоя. И необходимость в сложном сигнальном оборудовании для управления коммутациями и выделения частотных полос каналам связи.

Коммутация пакетов: В современные компьютерных сетях происходит автоматическое разбиение больших по объему сообщений на более мелкие фрагменты - пакеты - единица передачи данных. При передаче пакет проходит через последовательность линий связи коммутаторов, обычно называемых маршрутизаторами. Передача по линии связи осуществляется с максимальной скоростью, которую способна обеспечить линяя связи. Большинство маршрутизаторов используют механизм

передачи с промежуточным накоплением (перед тем как начать передачу, необходимо завершить процесс приема пакета в буфер). ТО возникает задержка накопления, обусловленная необх-ю ожидания окончания приема пакета. Если пакет длиной L бит, а R бит/с - скорость выходной линии связи, то задержка L/R с.

Каждый маршрутизатор имеет мн-во входных и выходных линий связи. Каждая выходная линия имеет выходной буфер (или выходная очередь) - хранятся пакеты дл отправки. Если при окончании приема пакета линия занята, то его помещают в очередь выходного буфера. ТО присутствует задержка ожидания. (зависит от нагрузки линии связи). Т.к. размеры буферов ограничены, места может не хватить - может произойти потеря пакета либо уже стоящего в очереди, либо нового. статическое мультиплексирование - невозможность предсказать очередность пакетов при одновременной передачи пакетов 2 хостами.Для пересылки пакета длиной L бит между хостами при коммутации пакетов. Пусть Q - число линий связи, каждая обладает скоростью R бит/с. (задержки ожидания и распространения в сети отсутствуют). Общее время пересылки QL/R c. (для 1 - L/R … Q-1).

Коммутация пакетов не позволяет организовать передачу в реальном времени, эффективная организация разделения пропускной способности линии связи, простая, эффективная, менее дорогостоящая.

Пример: Пусть есть линия связи с пропускной способностью 1 Мбит/с. Каждый пользователь может пересылать данные со скоростью 10Кбит/с, либо находиться в состоянии простоя. Пусть

пользователь активен 10% от общего времени. Если коммутация каналов: сеть может обслуживать одновременно только 10 пользователей (зарезервирована линия на сеанс).

Если коммутация пакетов: вероятность наличия в сети одновременно активных 11 пользователей, при условии что общее число пользователей 35, составляет 0004. ТО вероятность. что в сети не более 20 пользователей - 0,9996, все пакеты будут проходить через сеть без задержек. При превышении порога в 10 активных пользователей в сети будут наблюдаться перегрузки, которые приведут к появлению и росту очередей пакетов, когда число акт польз упадет ниже 10, очереди станут уменьшаться. Из приведенных расчетов следует, что с вероятностью близкой к 1, сеть с коммутацией пакетов не приведет к дополнительным ожиданиям, обслуживая более чем втрое больше пользователей, чем сеть с коммутацией пакетов.

Сегментирование сообщений: в большинстве современных сетей с коммутацией пакетов передающий хост разбивает длинные сообщений, генерируемые приложениями на более мелкие пакеты, они доставляются адресату, которой собирает из них исходное сообщение. Если в сети с коммутацией пакетов не производится сегментирование исходных сообщений (сообщения передаются целиком), то говорят, что сеть функционирует в режиме коммутации сообщений.

Когда сообщение разбито на пакеты, говорят о конвейерной передаче сообщения, то есть параллельной (одновременной) передачи его фрагментов (пакетов) по различным линиям связи.

Пример: Сообщение 7.5 Мбит, скорость 15 Мбит/с

A----R1----R2----B - все каналы имеют одинаковую пропускную способность.

A R! R2 B

7.5*10⁶/1.5Мбит/с = 5с t = 5c + 5c + 5c = 15c

Таже порция данных разделена на 5000 пакетов по 1500 бит

A R1 R2 B

…..

1500/1.5Мбит/с = 0,001c - время 1 пакета, второй достигнет за 0.002с итд, последний пакет 5000*0,001 = 5с. ТО время передачи 5,002с.

Главное отличие в том, что передача параллельна, активны все узлы, а не один. Каждый сегмент в себе кроме данных несет массив контрольной информации, заключенной в заголовке сообщения, может содержать такие данные как адреса отправителя и получателя, а также идентификатор пакета. Если очень сильно поделить сообщение, то большая часть сегмента- служебная информация. h - контр инф, R - размер сообщения. Оптимальный размер сегмента S = f(h, R).