Рассмотрим методы коммутации в соответствии с структурой показанной на рисунке

Известны два основных принципа коммутации:

• непосредственное соединение;

• соединение с накоплением информации.

Непосредственное соединение предполагает физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами. Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).

Под коммутацией каналов понимается совокупность операций по соединению каналов для получения сквозного канала, связывающего через узлы коммутации один оконечный пункт с другим.

Таким образом, при коммутации каналов сначала организуется сквозной канал передачи сообщений между взаимодействующими абонентами через узлы коммутации, а затем осуществляется передача сообщений. До тех пор пока взаимосвязанные абоненты не сообщат о своем решении ликвидировать установленное соединение, выделенные ресурсы сети находятся в их монопольном владении, независимо от того, используются ли они в данный момент или нет.

Достоинства КК

после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время независимо от нагрузки, поступающей от других абонентов;

передачи осуществляются с фиксированной задержкой, т.е. может быть реализован режим передачи в реальном масштабе времени, что особенно важно при передаче мультимедийного трафика.

Недостатки КК

– плохое использование ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами сообщений наблюдаются длительные паузы.

В реальных системах передачи сообщений доля пауз может быть достаточно большой. Даже в телефонных каналах речь занимает менее половины времени, а при передаче данных при диалоговом обмене человека и компьютера полезная нагрузка составляет единицы процентов от выделенной пропускной способности.

Коммутация с накоплением

совокупность операций приема на узлах коммутации (УК) сообщения или его части, накопления и последующей передачи сообщения или его части в соответствии с содержащимся в нем (ней) адресом.

В момент прихода сигнала по входящему в УК каналу, требуемый исходящий канал может оказаться занятым передачей информации от другого источника. В таком случае возникают альтернативные решения:

первое – уведомить источник сообщений о невозможности установления требуемого соединения в данный момент (системы с отказами),

второе – запомнить входящее сообщение и передать его в исходящий канал после освобождения последнего от передачи предыдущего сообщения (системы с ожиданием). Такой подход реализуется в системе коммутации с накоплением.

При коммутации с накоплением пропускная способность сети не закрепляется на все время сеанса связи двух абонентов, а представляется им лишь по мере необходимости при появлении у них сообщений для передачи. Такой подход позволяет значительно повысить эффективность использования пропускной способности трактов сети.

При системе коммутации с накоплением (КН) ОП имеет постоянную прямую связь со своим УК (иногда с несколькими) и передает на него информацию, а затем эта информация поэтапно передается через узлы коммутации другим абонентам, причем в случае занятости исходящих каналов информации запоминается в узлах и передается по мере освобождения каналов в нужном направлении.

Известны две разновидности системы с накоплением:

1. система коммутации сообщений (КС)
2. система коммутации пакетов (КП).

Процесс передачи в сети с КС следующий:

- вызывающий абонент Аб_n передает в узел коммутации подлежащее передаче сообщение вместе с условным адресом абонента Аб_m;

- в узле КС сообщение запоминается и по его адресу определяется канал, по которому оно должно быть передано;

- если канал к соседнему узлу КС свободен, то сообщение немедленно передается на соседний узел КС, в котором повторяется та же операция;

- если канал к соседнему узлу КС занят, то сообщение хранится в устройствах памяти вплоть до освобождения канала;

- хранящиеся сообщения устанавливаются в очередь по направлениям передачи с учетом категории срочности.

Такой способ обслуживания, при котором заявка, поступившая в момент отсутствия свободных линий или приборов, ожидает их освобождения, называется обслуживанием с ожиданием.

Метод КС нашел применение на телеграфных сетях общего пользования.

Метод коммутации пакетов по своей идеологии совпадает с методом КС и отличается лишь тем, что длинные сообщения передаются не целиком, а разбиваются на относительно короткие части – пакеты.

Способы передачи пакетов

Различают два способа (режима) передачи пакетов:

• режим виртуальных соединений

• дейтаграммный режим.

Виртуальные соединения

По сути, это коммутация каналов, но не напрямую, а через память управляющих компьютеров в центрах коммутации пакетов

В виртуальной сети, прежде чем начать передачу пакетов, абоненту-получателю направляется служебный пакет, прокладывающий виртуальное соединение. В каждом узле этот пакет оставляет распоряжение вида:

пакеты k-го виртуального соединения, пришедшие из i-го канала, следует направлять в j-й канал.

Таким образом, виртуальное (условное) соединение существует только в памяти управляющего компьютера.

Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобиться для приема. Если его компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие абоненту-отправителю (также в виде специального служебного пакета) на передачу сообщения.

Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами. Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению (в каждом узле их ждет инструкция, которая обрабатывается управляющим компьютером) и в том же порядке попадают абоненту-получателю, где, освободившись от концевиков и заголовков, образуют исходное передаваемое сообщение.

Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока отправленный одним из абонентов, специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах.

Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации и обладает всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов.

Постоянный и коммутируемый виртуальный канал

В стандартных международных протоколах предусматривается два типа виртуальных канала: постоянный и коммутируемый.

PVC – Permanent Virtual Circuits
SVC – Switched Virtual Circuits.

Коммутируемый виртуальный канал предполагает установление и ликвидацию канала при каждом соединении, по рассмотренному выше алгоритму.

Постоянный – закрепляется между двумя абонентами на длительный период времени, по согласованию с администрацией сети. Отпадает необходимость организации и ликвидации канала при каждой передаче.

Постоянный виртуальный канал не означает наличие физической линии между двумя абонентами. Он представляет собой лишь хранящуюся в сети процедуру передачи сообщения через переприемные пункты между данными абонентами.

Дейтаграммы

Для коротких сообщений более эффективен датаграммный режим, не требующий довольно громоздкой процедуры установления виртуального соединения между абонентами.

Термин "датаграмма" применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов.

Получив датаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел и т.д., до тех пор, пока пакет не будет принят.

Все узлы, окружающие данный, ранжируются по близости к адресату. Первый ранг получает ближайший к адресату узел, второй - ближайший из остальных и т.д. Пакет посылается сначала в узел первого ранга, при неудаче - в узел второго ранга и т.д.

Датаграмный режим используется, в частности, Internet, протоколы UDP (User Datagram Protocol) и TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Каждый из рассмотренных методов коммутации имеет свою область применения, обусловленную его особенностями. Поэтому целесообразно сочетать разные методы коммутации на сетях, объединяющих большое число абонентов с отличающимися друг от друга величинами нагрузки, характером ее распределения во времени, объемами сообщений, используемой оконечной аппаратурой.

Выбор методов коммутации является достаточно сложной оптимизационной задачей. Она решается исходя из требований к транспортной сети, которые в свою очередь определяются особенностями трафика, классом пользователей и показателями качества их обслуживания.

Контрольные вопросы по теме:

1. Назовите основные принципы коммутации.
2. Что такое коммутация каналов.
3. Назовите преимущества и недостатки сетей с коммутацией каналов.
4. Что такое коммутация с накоплением и какие виды оперативной коммутации к ней относятся.
5. Как передается сообщение в сети с коммутацией сообщений.
6. Что такое коммутация пакетов.
7. Дайте определение понятию “виртуальный канал”.
8. Что такое коммутируемый и постоянный виртуальные каналы.
9. Как происходит передача в сети с коммутацией пакетов и организацией коммутируемого виртуального канала.
10. Как происходит передача сообщения в датагараммном режиме.
11. Перечислите преимущества и недостатки сетей с коммутацией пакетов.