2014-02-18
1887
Комутація каналів і пакетів
Коммутация каналов является доминирующей технологией передачи речи и данных. Связь с коммутацией каналов предполагает, что имеется заранее определенный тракт связи между двумя станциями. Этот тракт — связанная последовательность каналов между узлами эти. В каждом физическом канале для данного соединения выделяется логический канал. Связь с коммутацией каналов включает три фазы, которые можно рассмотреть на примере (рис. 1.).
1. Установление соединения. Прежде чем можно будет передать какие-то сигналы, должно быть установлено сквозное соединение (от станции к станции). Например, станция А посылает узлу 4 запрос, требуя соединения со станцией Е. Как правило, канал от А до 4 является выделенным, т.е. часть соединения уже существует. Узел 4 должен найти следующий участок маршрута по направлению к узлу 6. На основе данных маршрутизации и сведений о доступности и, возможно, стоимости узел 4 выбирает канал к узлу 5, занимает в нем свободный логический канал (с использованием частотного или временного уплотнения) и посылает сообщение с требованием соединения с Е. Теперь, создан выделенный тракт от А через 4 до 5. Поскольку к узлу 4 может быть подключено много станций, этот узел должен быть способен создавать внутренние тракты от многих станций ко многим узлам. Остальная часть процесса выполняется подобным образом. Узел 5 выделяет канал к узлу 6 и внутри сети подключает этот канал к каналу от узла 4. Узел 6 завершает соединение, устанавливая канал к Е. В заключение определяется, занята станция Е или готова к приему соединения.
2. Передача данных. Теперь можно передать по сети информацию от А к Е. Данные могут быть аналоговыми или цифровыми, в зависимости от природы сети. Поскольку развитие средств связи происходит в направлении к полностью интегрированным цифровым сетям, господствующим методом, как для голоса, так и для данных становится цифровая (двоичная) передача. Тракт связи образуют: канал А-4, внутренняя коммутация в узле 4; канал 4-5, внутренняя коммутация в 5; канал 5-6, внутренняя коммутация в 6; канал 6-Е. Как правило, соединение является дуплексным.
3. Разрыв соединения. После некоторого периода передачи данных соединение завершается, обычно это действие инициирует одна из двух станций. Узлам 4, 5 и 6 должны быть переданы сигналы на освобождение выделенных ресурсов.
Заметьте, что тракт соединения устанавливается до того, как начинается передача данных. Следовательно, канал между каждыми двумя узлами должен иметь резерв пропускной способности, а каждый узел должен иметь свободную коммутационную способность, чтобы обслужить требуемое соединение. Коммутаторы должны уметь самостоятельно выделять эти ресурсы и определять маршрут через сеть.
Коммутация каналов может быть довольно неэффективной. Ресурсы каналов выделяются на весь срок действия соединения, даже если данные фактически не передаются. При передаче голосовых данных степень использования может быть дольно высокой, но все же не достигает 100%.
При соединении терминала и компьютера канал большую часть времени может оставаться неиспользуемым. На степень использования влияет задержка начала передачи сигналов, требуемая для установления связи. Но как только соединение будет установлено, наличие сети становится практически незаметным для пользователей. Информация передается с постоянной скоростью без задержек, исключая лишь задержку при распространении по каналам. Задержка на каждом узле незначитель на.
Метод коммутации каналов был создан для обслуживания голосового обмена, но теперь он используется и при обмене данными. Наиболее известный пример сети с коммутацией каналов — телефонная сеть общего пользования (рис. 2). Она фактически представляет собой совокупность национальных сетей, которые соединяются для обслуживания международных звонков. Хотя эта сеть первоначально была разработана и построена для аналоговых абонентов-телефонов, она обслуживает значительный поток данных через модемы и постепенно превращается в цифровую сеть. Еще один известный пример использования коммутации каналов — ведомственные телефонные сети, применяемые для соединения телефонов в здании или офисе. Коммутация каналов также применяется в частных сетях. Как правило, такую сеть создает корпорация или другая большая организация для связи между своими филиалами. Такая сеть обычно состоит из ведомственных систем в каждом филиале, соединенных выделенными линиями, предоставленными каким-либо оператором связи. Последний распространенный пример использования коммутации каналов — коммутатор данных. Коммутатор данных подобен ведомственной телефонной станции, но предназначен для соединения устройств обработки цифровых данных, таких, как терминалы и компьютеры.
Рис. 2. Пример соединения через общедоступную сеть с коммутацией каналов
Общедоступную сеть связи можно описать с использованием четырех универсальных архитектурных компонентов.
− Абоненты. Устройства, которые подключаются к сети. До сих пор большую часть абонентских устройств в общедоступных сетях связи составляют телефоны, но доля устройств передачи данных год от года растет.
− Абонентская линия. Канал между абонентом и сетью. Называется также абонентским шлейфом или абонентским каналом. Почти во всех абонентских линиях используются витые пары. Длина абонентской линии обычно составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров.
− Коммутаторы. Центры коммутации в сети. Центр коммутации, который непосредственно обслуживает абонентов, называется конечной станцией. Как правило, конечная станция обслуживает тысячи абонентов в ограниченной области. Например, в США имеется более 19 000 конечных станций, поэтому нереально для каждой конечной станции иметь прямую линию к каждой из других конечных станций; потребовалось бы порядка 2×108 каналов. Взамен этого применяются промежуточные коммутаторы.
− Магистрали. Каналы между коммутаторами. Магистрали, благодаря частотному или временному уплотнению, содержат множество каналов звуковой частоты. Раньше магистрали назывались многоканальными линиями связи.
Абоненты соединяются непосредственно с конечной станцией, которая коммутирует телефонный обмен между абонентами и между абонентом и другими коммутаторами. Другие коммутаторы отвечают за маршрутизацию и коммутацию телефонного обмена между конечными станциями. Это различие показано на рис. 3. Соединение между двумя абонентами, подключенными к одной и той же конечной станции, создается таким же образом, как описано выше. Если абоненты подключены к разным конечным станциям, соединение между ними стоит из цепи соединений через одну или более промежуточных станций. На рисунке соединение между абонентами а и b создается путем их простой коммутации через конечную станцию. Установка соединения между c и d более сложна. На конечной станции абонента с устанавливается соединение между линией абонента с и одним каналом магистрали с временным уплотнением к промежуточному коммутатору. В промежуточном коммутаторе этот канал соединяется с каналом с временным уплотнением, ведущим к конечной станции абонента d. На этой конечной станции канал соединяется с линией абонента d.
Рис. 3. Установка соединения
Технология коммутации каналов развивалась под воздействием тех же требований, которые предъявлялись к передаче голосовых сигналов.
Одно из таких требований — как можно меньшая задержка при передаче сигналов и, конечно, отсутствие изменений во время этой задержки. Должна была поддерживаться постоянная скорость передачи сигнала, поскольку передача и прием осуществляются при одной и той же скорости. Выполнение этих требований необходимо, чтобы происходил обычный разговор людей. Кроме того, качество принимаемого сигнала должно быть достаточно высоким, чтобы, как минимум, обеспечивать разборчивость речи.
Коммутация каналов стала широко распространенной и доминирующей потому, что она хорошо подходит для аналоговой передачи голосовых сигналов. В сегодняшнем цифровом мире ее неэффективность очевидна. Однако, несмотря на свою неэффективность, коммутация каналов остается привлекательной технологией как для локальных, так и для глобальных сетей. Одно из ее главных преимуществ — незаметность для пользователя. Когда соединение установлено, для подключенных станций оно кажется прямым, никакая дополнительная сетевая логика на этих станциях не требуется.
