Kanalite vahetamise põhimõte. Globaalsed võrgud ahela ja pakettkommutatsiooniga. mõjutada multimeediumiteabe edastamist

Selles artiklis käsitleme peamisi võrkude vahetamise meetodeid.

Traditsioonilistes telefonivõrkudes toimub abonentide vaheline suhtlus sidekanalite vahetamise teel. Alguses toimus telefonisidekanalite vahetamine käsitsi, seejärel automaatsete telefonijaamade (ATS) abil.

Sarnast põhimõtet kasutatakse ka arvutivõrkudes. Abonendid on geograafiliselt kaugel arvutusmasinad arvutivõrgus. Füüsiliselt on võimatu pakkuda igale arvutile oma kommuteerimata sideliini, mida nad kogu aeg kasutaksid. Seetõttu peaaegu kõigis arvutivõrgud alati kasutatakse mõnda abonentide (tööjaamade) vahetamise meetodit, mis võimaldab juurdepääsu olemasolevaid kanaleid side mitme abonendi jaoks, et pakkuda mitut samaaegset sideseanssi.

Vahetamine on sidevõrgu erinevate abonentide ühendamise protsess transiidisõlmede kaudu. Sidevõrgud peavad tagama side oma abonentide vahel. Abonendid võivad olla arvutid, segmendid kohalikud võrgud, faksiaparaadid või telefonivestluspartnerid.

Tööjaamad on ühendatud kommutaatoritega, kasutades üksikuid sideliine, millest igaühte kasutab igal ajal ainult üks sellele liinile määratud abonent. Lülitid ühendatakse omavahel jagatud sideliinide abil (mitu abonendit jagavad).

Vaatame kolme peamist levinumat meetodit abonentide vahetamiseks võrkudes:

  • vooluahela lülitamine;
  • pakettkommutatsioon;
  • sõnumite vahetamine.

Ahela ümberlülitamine

Vooluahela ümberlülitamine hõlmab pideva liitfüüsilise kanali moodustamist üksikutest kanaliosadest, mis on järjestikku ühendatud sõlmedevaheliseks andmeedastuseks. Üksikud kanalid on omavahel ühendatud spetsiaalsete seadmete - lülititega, mis võivad luua ühendusi võrgu mis tahes lõppsõlmede vahel. Ahelkommutatsioonivõrgus on alati enne andmete edastamist vaja läbi viia ühenduse loomise protseduur, mille käigus luuakse liitkanal.

Määratakse sõnumi edastamise aeg läbilaskevõime kanal, lingi pikkus ja sõnumi suurus.

Lülitid ja ka neid ühendavad kanalid peavad tagama andmete samaaegse edastamise mitmest abonendikanalist. Selleks peavad need olema kiired ja toetama mingit abonendikanali multipleksimise tehnikat.

Voolulülituse eelised:

  • püsiv ja teadaolev andmeedastuskiirus;
  • õige andmete saabumise järjekord;
  • andmeedastuse madal ja pidev latentsusaeg läbi võrgu.

Voolulülituse puudused:

  • võrk võib keelduda ühenduse loomise taotluse teenindamisest;
  • füüsiliste kanalite võimsuse ebaratsionaalne kasutamine, eelkõige võimetus kasutada erinevatel kiirustel töötavaid kasutajaseadmeid. Komposiitahela üksikud osad töötavad sama kiirusega, kuna lülitusvõrgud ei puhver kasutajaandmeid;
  • kohustuslik viivitus enne andmeedastust ühenduse loomise etapi tõttu.

Sõnumite vahetamine on teabe jagamine sõnumiteks, millest igaüks koosneb päisest ja teabest.

See on suhtlusmeetod, mille puhul luuakse loogiline kanal, edastades sõnumeid järjestikku läbi sidesõlmede sõnumi päises määratud aadressile.

Sel juhul saab iga sõlm teate, kirjutab selle mällu, töötleb päist, valib marsruudi ja väljastab mälust teate järgmisele sõlmele.

Sõnumi edastamise aja määrab iga sõlme töötlemisaeg, sõlmede arv ja võrgu läbilaskevõime. Kui teabe edastamine sõlmest A sidesõlme B lõpeb, muutub sõlm A vabaks ja saab osaleda muu abonentidevahelise suhtluse korraldamises, seega kasutatakse sidekanalit tõhusamalt, kuid marsruutimise juhtimissüsteem on keeruline.
Tänase sõnumi sisselülitamine puhtal kujul praktiliselt olematu.

Pakettkommutatsioon on spetsiaalne võrgusõlmede vahetamise meetod, mis on spetsiaalselt loodud arvutiliikluse (pulseeriva liikluse) parimaks edastamiseks. Esimeste arvutivõrkude väljatöötamise katsed, mis põhinesid lülituslülitustehnoloogial, näitasid, et seda tüüpi kommutatsioonid ei anna võimalust saavutada suurt läbilaskevõimet. arvutivõrk. Põhjus peitus tüüpiliste võrgurakenduste tekitatava liikluse kiires olemuses.

Kui toimub pakettkommutatsioon, jagatakse kõik võrgukasutaja edastatud sõnumid lähtesõlmes suhteliselt väikesteks osadeks, mida nimetatakse pakettideks. Tuleb selgitada, et sõnum on loogiliselt täidetud andmeosa – taotlus faili ülekandmiseks, vastus sellele päringule, mis sisaldab kogu faili jne. Sõnumid võivad olla suvalise pikkusega, mitmest baidist mitme megabaidini. Vastupidi, paketid võivad tavaliselt olla ka muutuva pikkusega, kuid kitsastes piirides, näiteks 46 kuni 1500 baiti (EtherNet). Iga pakett on varustatud päisega, mis määrab paketi sihtsõlmele edastamiseks vajaliku aadressiteabe, samuti paketi numbri, mida sihtsõlm kasutab sõnumi koostamiseks.

Pakettvõrgu kommutaatorid erinevad vooluahela lülititest selle poolest, et neil on sisemine puhvermälu, et ajutiselt salvestada pakette, kui kommutaatori väljundport on paketi vastuvõtmisel hõivatud teise paketi edastamisega.

Pakettkommutatsiooni eelised:

  • vastupidavam tõrgetele;
  • suur üldine võrgu läbilaskevõime katkendliku liikluse edastamisel;
  • võime dünaamiliselt ümber jaotada füüsiliste sidekanalite ribalaiust.

Pakettvahetuse puudused:

  • võrgu abonentide vahelise andmeedastuskiiruse ebakindlus;
  • andmepakettide muutuv viivitus;
  • võimalik andmete kadu puhvri ületäitumise tõttu;
  • Pakettide saabumise järjestuses võib esineda ebakorrapärasusi.

Arvutivõrgud kasutavad pakettkommutatsiooni.

Pakettide võrkudes edastamise meetodid:

  • Datagrammi meetod– edastamine toimub sõltumatute pakettide kogumina. Iga pakett liigub läbi võrgu oma marsruuti mööda ja kasutaja saab paketid juhuslikus järjekorras.
    • Eelised: ülekandeprotsessi lihtsus.
    • Puudused: madal töökindlus, mis tuleneb pakettide kadumise võimalusest ja vajadusest tarkvara järele pakettide koostamiseks ja sõnumite taastamiseks.
  • Loogiline kanal on ahelasse ühendatud pakettide jada edastamine, millega kaasneb eelühenduse loomine ja iga paketi vastuvõtmise kinnitus. Kui i-ndat paketti vastu ei võeta, siis kõiki järgnevaid pakette vastu ei võeta.
  • Virtuaalne kanal– see on loogiline kanal, mis edastab kindlal marsruudil ahelasse ühendatud pakettide jada.
    • Eelised: säilib andmete loomulik järjestus; jätkusuutlikud liiklusteed; ressursi reserveerimine on võimalik.
    • Puudused: riistvara keerukus.

Käesolevas artiklis vaatlesime peamisi ümberlülitusmeetodeid arvutivõrkudes, kusjuures iga lülitusmeetodi kirjelduses on ära toodud eelised ja puudused.

Ahela ümberlülitamine tähendab pideva liitfüüsilise kanali moodustamist järjestikku ühendatud üksikutest kanaliosadest andmete otseseks edastamiseks sõlmede vahel. Üksikud kanalid on omavahel ühendatud spetsiaalsete seadmete - lülititega, mis võivad luua ühenduse mis tahes võrgu lõppsõlmede vahel. Ahelkommutatsioonivõrgus on alati enne andmete edastamist vaja läbi viia ühenduse loomise protseduur, mille käigus luuakse liitkanal.

Näiteks kui joonisel fig. 2.25, töötab vooluahela kommutatsioonitehnoloogiat kasutades, siis sõlm 1 peab sõlme 7 andmete edastamiseks esmalt saatma eripäringu ühenduse loomiseks lülitiga A, näidates ära sihtkoha aadressi 7. Lüliti A peab valima marsruudi lüliti loomiseks. liitkanal ja seejärel edastada päring järgmisele lülitile V sel juhul E. Seejärel saadab lüliti E päringu lülitile F, mis omakorda edastab päringu sõlmele 7. Kui sõlm 7 võtab ühenduse loomise taotluse vastu, saadab ta vastuse algsele sõlmele juba loodud kanali kaudu, pärast mille liitkanal loetakse lülitatuks ja sõlmed 1 ja 7 saavad sellel andmeid vahetada, näiteks pidada telefonivestlust.

Lülitid ja ka neid ühendavad kanalid peavad tagama andmete samaaegse edastamise mitmest abonendikanalist. Selleks peavad need olema kiired ja toetama mingit abonendikanali multipleksimise tehnikat.

Praegu kasutatakse abonendikanalite multipleksimiseks kahte tehnikat:

· Frequency Division Multiplexing (FDM) tehnika;

· ajajaotusega multipleksimise (TDM) tehnika.

Kanalite vahetamine sageduse multipleksimise alusel

Sagedusjaotuse multipleksimise (FDM) tehnoloogia töötati välja telefonivõrkude jaoks, kuid seda kasutatakse ka teist tüüpi võrkude, näiteks kaabeltelevisioonivõrkude jaoks.

Vaatleme seda tüüpi multipleksimise funktsioone telefonivõrgu näitel.

Kõnesignaalide spektri laius on ligikaudu 10 000 Hz, kuid põhiharmoonikud jäävad vahemikku 300–3400 Hz. Seetõttu piisab kvaliteetse kõneedastuse jaoks kahe vestluspartneri vahel 3100 Hz ribalaiusega kanali loomisest, mida kasutatakse telefonivõrkudes kahe abonendi ühendamiseks. Samas on telefonilüliteid omavahel ühendavate vahevõimenditega kaablisüsteemide ribalaius tavaliselt sadu kilohertse, vahel aga sadu megahertse. Samas on võimatu edastada otse lairibakanali kaudu signaale mitmest abonendikanalist, kuna need kõik töötavad samas sagedusalas ja erinevate abonentide signaalid segunevad üksteisega nii, et neid on võimatu eraldada.


Abonendikanalite eraldamist iseloomustab kõrgsagedusliku kandja siinussignaali moduleerimise tehnika madala sagedusega kõnesignaaliga. See tehnika sarnaneb tehnikaga analoogmodulatsioon modemite kaudu diskreetsete signaalide edastamisel kasutatakse ainult diskreetse allika signaali asemel helivibratsioonide tekitatud pidevaid signaale. Selle tulemusena kantakse moduleeritud signaali spekter teise vahemikku, mis paikneb kandesageduse suhtes sümmeetriliselt ja mille laius vastab ligikaudu moduleeriva signaali laiusele.

Kui iga abonendikanali signaalid suunatakse oma sagedusvahemikku, siis saab ühes lairibakanalis edastada samaaegselt signaale mitmest abonendikanalist.

FDM-lüliti sisendid võtavad vastu telefonivõrgu abonentide algsignaale. Lüliti kannab iga kanali sageduse üle oma sagedusvahemikku. Tavaliselt kõrgsagedusvahemik on jagatud sagedusaladeks, mis on eraldatud abonendikanalite andmeedastuseks. Nii et signaalide madalsageduslikud komponendid erinevad kanalid ei segunenud omavahel, on ribad tehtud 4 kHz laiuseks, mitte 3,1 kHz, jättes nende vahele 900 Hz turvavahe. Kahe FDM-lüliti vahelises kanalis edastatakse samaaegselt kõigi abonendikanalite signaale, kuid igaüks neist hõivab oma sagedusriba. Seda kanalit nimetatakse tihendatud.

Väljund-FDM-lüliti valib iga kandesageduse moduleeritud signaalid ja edastab need vastavale väljundkanalile, millega abonenditelefon on otse ühendatud.

FDM-i kommuteerimisel põhinevates võrkudes kasutatakse multipleksitud kanalite hierarhia mitut taset. Tihendamise esimese taseme moodustavad 12 abonendikanalit, mis moodustavad baasrühm kanalid, mis hõivavad 48 kHz laiuse sagedusriba piiridega 60 kuni 108 kHz. Teise tihendusastme moodustavad 5 põhirühma, mis moodustavad supergrupp, mille sagedusriba on 240 kHz ja piirid 312 kuni 552 kHz. Supergrupp edastab andmeid 60 abonendi kõnekanalilt. Moodustub kümme supergruppi põhirühm, mida kasutatakse lülitite vaheliseks suhtluseks pikkade vahemaade tagant. Põhirühm edastab andmeid üheaegselt 600 abonendile ja nõuab, et sidekanali ribalaius oleks vähemalt 2520 kHz piiridega 564–3084 kHz.

FDM-lülitid võivad teostada nii dünaamilist kui ka püsivat ümberlülitamist. Dünaamilise kommutatsiooni korral algatab üks abonent ühenduse teise abonendiga, saates võrku helistatud abonendi numbri. Lüliti eraldab sellele abonendile dünaamiliselt ühe oma tihendatud kanali vabadest ribadest. Pideva ümberlülitamise korral määratakse 4 kHz sagedus abonendile pikaks ajaks, konfigureerides lüliti eraldi sisendiga, mis on kasutajatele kättesaamatu.

Teist tüüpi võrkudes jääb muutumatuks sagedusjaotusel põhineva ümberlülituse põhimõte, muutuvad ainult üksikule abonendikanalile eraldatud ribade piirid, samuti tihendatud kiires kanalite arv.

Ajajagamisel põhinev vooluahela ümberlülitamine

Sagedusjaotuse lülitus oli mõeldud pidevate häälsignaalide edastamiseks. Hääleesituse digitaalsele vormile üleminekul töötati välja uus multipleksimise tehnika, mis keskendub edastatavate andmete diskreetsusele.

Seda tehnikat nimetatakse ajajaotusega multipleksimine (TDM). Selle teist nimetust kasutatakse harvemini – tehnika sünkroonne edastusrežiim (STM).

TDM-võrgu seadmed - multiplekserid, kommutaatorid, demultiplekserid - töötavad ajajagamise režiimis, teenindades oma töötsükli jooksul vaheldumisi kõiki abonendikanaleid. TDM-seadmete töötsükkel on 125 μs, mis vastab kõne mõõtmise perioodile digitaalses abonendikanalis. See tähendab, et multiplekser või kommutaator suudab õigeaegselt teenindada mis tahes abonendikanalit ja edastada oma järgmise mõõtmise edasi mööda võrku. Igale ühendusele eraldatakse riistvara töötsükli üks ajalõik, mida nimetatakse ka ajapiluks. Ajapilu kestus sõltub TDM multiplekseri või kommutaatori teenindatavate abonendikanalite arvust.

Multiplekser saab lõpp-abonendilt teavet N sisendkanali kaudu, millest igaüks edastab andmeid abonendikanali kaudu kiirusega 64 Kbps – 1 bait iga 125 μs järel. Igas tsüklis teeb multiplekser järgmisi toiminguid:

· igast kanalist järgmise andmebaidi vastuvõtmine;

· kokkusurutud kaadri koostamine vastuvõetud baitidest, mida nimetatakse ka kaadriks;

· tihendatud kaadri edastamine väljundkanalile bitikiirusega, mis on võrdne N*64 Kbit/s.

Baitide järjekord hoidikus vastab sisendkanali numbrile, kust see bait vastu võeti. Multiplekseri teenindatavate abonendikanalite arv sõltub selle kiirusest. Näiteks T1 multiplekser, esimene tööstuslik multiplekser, mis kasutab TDM-tehnoloogiat, toetab 24 abonendi sisendkanalit, mis toodab standardseid T1 väljundklippe, mida edastatakse bitikiirusega 1,544 Mbps.

Demultiplekser täidab vastupidist ülesannet – parsib kokkusurutud kaadri baidid ja jaotab need oma mitme väljundkanali vahel, samas arvestab, et kaadris oleva baidi järjekorranumber vastab väljundkanali numbrile.

Lüliti saab tihendatud kaadri kiire kanali kaudu multiplekserist ja kirjutab sellest iga baidi oma puhvermälu eraldi lahtrisse ja selles järjekorras, kuidas need baidid tihendatud kaadrisse pakiti. Lülitustoimingu sooritamiseks võetakse puhvermälust baidid välja mitte vastuvõtmise järjekorras, vaid järjekorras, mis vastab võrgus toetatavatele abonendiühendustele. Näiteks kui esimene abonent võrgu vasakul küljel joonisel fig. 2.28 peab ühenduma võrgu parempoolses servas oleva teise abonendiga, siis võetakse sealt teisena välja esimesse puhvermälu lahtrisse kirjutatud bait. "Segamine" õigel viisil baiti klipis pakub lüliti lõpp-abonentide ühendamist võrgus.

Pärast eraldamist jääb ajapilu number sisendkanali-väljundpesa ühenduse käsutusse kogu selle ühenduse eluea jooksul, isegi kui edastatav liiklus on katkendlik ega vaja alati eraldatud arvu ajapilusid. See tähendab, et TDM-võrgu ühendusel on alati teadaolev ja fikseeritud läbilaskevõime, mis on 64 Kbps kordne.

TDM-seadmete töö on sarnane pakettkommutatsioonivõrkude tööga, kuna iga andmebaiti võib pidada elementaarpaketiks. Erinevalt arvutivõrgu paketist ei ole TDM-võrgu "paketil" aga unikaalset aadressi. Selle aadress on klipi seerianumber või multiplekseris või kommutaatoris eraldatud ajapilu number. TDM-tehnoloogiat kasutavad võrgud nõuavad sünkroonne töö kõigist seadmetest, mis määras selle tehnoloogia teise nime - sünkroonne edastusrežiim (STM). Sünkroonimise rikkumine hävitab abonentide vajaliku vahetamise, kuna aadressiteave kaob. Seetõttu on ajapilude ümberjagamine erinevate kanalite vahel TDM-seadmetes võimatu, isegi kui multiplekseri mõnes tsüklis osutub ühe kanali ajapilu üleliigseks, kuna selle kanali sisendis pole edastamiseks andmeid. sel hetkel (näiteks telefonivõrgu abonent vaikib).

TDM-tehnikas on modifikatsioon nimega statistiline kanalite jaotus ajas (statistiline TDM, STDM). See tehnika on loodud spetsiaalselt ajutiselt vabade ajapilude kasutamiseks ühel kanalil, et suurendada teiste läbilaskevõimet. Selle probleemi lahendamiseks täiendatakse iga andmebaiti lühikese, näiteks 4- või 5-bitise aadressiväljaga, mis võimaldab multipleksida 16 või 32 kanalit. STDM-tehnika pole aga leidnud laialdast rakendust ja seda kasutatakse peamiselt mittestandardsetes seadmetes terminalide ühendamiseks suurarvutitega. Statistilise multipleksimise ideede väljatöötamine oli asünkroonse edastusrežiimi tehnoloogia - ATM, mis neelas kanalite ja pakettide vahetamise tehnoloogia parimad omadused.

TDM-võrgud võivad toetada kas dünaamilist lülitusrežiimi või püsivat lülitusrežiimi ja mõnikord mõlemat režiimi. Näiteks TDM-tehnoloogial töötavate digitaalsete telefonivõrkude põhirežiimiks on dünaamiline kommutatsioon, kuid need toetavad ka püsikommutatsiooni, pakkudes oma abonentidele spetsiaalset vooluringi teenust.

On seadmeid, mis toetavad ainult pidevat lülitusrežiimi. See hõlmab nii T1/E1 tüüpi seadmeid kui ka kiireid SDH seadmeid. Selliseid seadmeid kasutatakse primaarsete võrkude ehitamiseks, mille põhiülesanne on spetsiaalsete kanalite loomine kommutaatorite vahel, mis toetavad dünaamilist kommutatsiooni.

Tänapäeval edastatakse peaaegu kõik andmed – hääl, pilt, arvutiandmed – digitaalsel kujul. Seetõttu on TDM-tehnoloogia spetsiaalsed kanalid, mis pakuvad digitaalsete andmete edastamiseks madalamat taset, universaalsed kanalid mis tahes tüüpi võrkude ehitamiseks: telefon, televiisor ja arvuti.

Teabe vahetamise ja marsruutimise meetodid võrgus. Globaalsed võrgud on oma arengus läbinud kolm etappi:

I. 60ndad. Olemasoleva telefonivõrgu kasutamine.

Kaks ABS-i saaksid üksteisega suhelda, ühendudes modemi kaudu rahvusvahelise telefonivõrguga (TN), valides vajaliku telefoninumbri

Peamised omadused:

  • Interaktsiooni juhiti programmiliselt.
  • Kasutati asünkroonset interaktsioonirežiimi.
  • Maksimaalne edastuskiirus 800 bps.
  • Eelis: telefonivõrgu laialdane levik tagab andmeedastuseks universaalse kättesaadavuse.
  • Puudused: jäik andmeedastuskiirus. Kui masin nõuab väiksemat edastuskiirust, siis kanali võimalusi ei kasutata. Kui rohkem, siis telefonikanal ei suutnud teda rahuldada.

II.70ndad. Andmevõrgu tekkimine.

Kaks ABS-i suhtlevad üksteisega andmeedastusvõrgu kaudu Abonendisüsteemi ühendamine võrguga (joonis 10) toimub kommuteeritava kaudu telefoniliin modemi kaudu (erandjuhtudel - spetsiaalse liini kaudu).

Peamised omadused:

  • Interaktsiooni hallatakse ühe AS-i kaudu.
  • Võrk võimaldas kasutada sünkroonset edastusrežiimi (püsiliinide all). MAX edastuskiirus 64 Kbit/sek (eraldatud liinide kaudu).
  • Sõlmed on mõeldud spetsiaalsete kanalite kaudu saabuva digitaalse teabe vahetamiseks ja suunamiseks ning neil on järgmine struktuur, esitleti
  • Plussid: Suhteliselt suur kiirus andmeedastus.
  • Puudused: puudub võimalus edastada andmeid ja kõnet samade kanalite kaudu.

III. 80-90ndad. Võrgustiku loomine ühine kasutamine , mis vastab avatud süsteemide vastastikuse ühenduse (OSI) mudelile.

Peamised omadused:

  • Iga arvuti on edastusvõrku ühendatud liidese (lüüsi) kaudu, mis tagab saadud andmete koordineerimise. Andmeid ja häält saab edastada sama võrgu kaudu.
  • Andmevõrgu sõlme üks peamisi omadusi on teabe vahetamine ja marsruutimine. Selle olemus seisneb selles, et sidesõlme valib kanalite jada, mille kaudu pakette tuleks edastada (plokid, milleks teabe massiiv jagatakse enne edastamist). Esitatakse näide teabe vahetamisest. Siin on KS-i sõlm, mis ühendab abonendisüsteemid A (edastavad). abonendi süsteemid B (vastuvõtt).
  • Sõlme tarkvara peab otsustama, millises järjekorras ja milliste kanalite kaudu need paketid tellijatele B saata. See protsess on väidetavalt sõlmes teabe vahetamine. Teabe vahetamiseks on kaks võimalust: ahelkommutatsioon ja pakettkommutatsioon. Esimesel juhul (kanalivahetus) toimub füüsilise kanali vahetamine eelnevalt skeemi järgi. tagasiside signaal, annab teada oma valmisolekust sõnumi vastu võtta. Pärast seda hakkab abonent A andmeid edastama. Andmeedastusaeg sõltub edastatava sõnumi pikkusest, kanali mahust (andmeedastusajast) ja signaali levimisajast mööda kanalit. Edastamise ajal ei saa teine ​​ABS kasutada ühtegi kanali osa.
  • Kanalite vahetamise meetod on lihtne, kuid sellel on mitmeid olulisi puudusi:
  • Infoedastusliini korrastamiseks kuluv aeg on üsna pikk.

Suhtluskanalite ebaratsionaalne kasutamine. Seansi ajal võib kahe abonendi vahel olla pikki pause, kuid nende abonentide vahelisi sidekanaleid ei saa teised pauside ajal hõivata. Teabe edastamise madal usaldusväärsus. See on tingitud asjaolust, et kanalite jada kaudu edastatavaid andmeid ei kontrollita kuskil. Soov need puudused kõrvaldada viis pakettkommutatsiooni loomiseni. Põhiolemus seisneb selles, et siin on igal paketil sihtkoha aadress ja see edastatakse iseseisvalt läbi alamvõrgu. Selle meetodi kasutamisel kontrollib sõlm paketi aadressi ja igaühe puhul tehakse otsus, millisel järgmisel kanalil see edastada. Siin ei hõivata interaktsiooniseansi ajal ükski tellijapaar ühelgi kanalil.

Pakettkommutatsiooni meetod sellel on mitmeid olulisi eeliseid:

  • Sidekanalite efektiivne kasutamine kanalite tööaja jagamisel erinevates paarides abonendid (andmevoogude multipleksimine). Andmete multipleksimise protsess
  • Edastatud teabe kõrge usaldusväärsus. See saavutatakse, kontrollides iga paketti kõigi võrgusõlmede poolt.
  • Peaaegu hetkeline teabe edastamise võimaluse tagamine (pole vaja oodata, kuni kanalid, mis moodustavad tee Ab-saatjast Ab-saajani, on vabad.

Ahela ümberlülitamise meetod kõigi oma puuduste juures on sellel pakettkommutatsiooni ees üks eelis. See seisneb selles, et kanalite ainuomandiõiguse korral läbivad kõik paketid sama aja. Pakettide vahetamisel võivad tippkoormused sõlmedes põhjustada mõningaid viivitusi. Võttes arvesse lülituslülitusmeetodi näidatud eelist, on praegu pakettkommutatsiooni meetodit kaasajastamisel. See on loodud olema kõikehõlmav, pakkudes nii vooluringi kui ka pakettkommutatsiooni. Selliseid võrke nimetatakse integreeritud teenustega diskreetvõrkudeks. Neid võrke nimetatakse diskreetseteks, kuna need edastavad diskreetsed signaalid. Integreeritud teenus tähendab, et iga selline võrk asendab tulevikus peaaegu kõiki sidevõrke: telefon, telegraaf, teletüüp jne. Moderniseeritud pakettedastusmeetodi olemus seisneb selles, et mis tahes side alamvõrgu andmeedastuskanal võib töötada kahes režiimis: eksklusiivne ja kollektiivne. Seetõttu peab edastatud pakettide jada esimene pakett teavitama kõiki sõlmesid režiimist, milles selle jada ülejäänud paketid tuleks edastada

Kanalite vahetamine võib olla

  • ruumiline
  • ajaline.

Ruumiline lüliti suurus N*M on grid (maatriks), milles N sisendit on ühendatud horisontaalsiinidega ja M väljundit on ühendatud vertikaalsiinidega. Võrgusõlmedel on lülituselemendid ja võrgu igas veerus ei tohi olla rohkem kui üks element avatud. Kui N< M, то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов N*N. Недостаток рассмотренной схемы - suur number elementide sisselülitamine ruutmaatriks, võrdne N2-ga. Selle puuduse kõrvaldamiseks kasutatakse mitmeastmelisi lüliteid. Näiteks kolmeastmelise 6*6 lüliti vooluring näeb välja selline: Sisendblokeeringu puudumise piisav tingimus on võrdsus k > 2*n-1. Siin k on plokkide arv vahepealses etapis, n = N/p; p on plokkide arv sisestusastmes. Näidatud joonisel. Diagrammil 1.3 see tingimus ei ole täidetud, seega on blokeerimine võimalik. Näiteks kui soovite luua ühenduse a1-d1, kuid ühendused a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2 on eelnevalt ühendatud, siis on siinid b1, c3 ja c5 saadaval a1 jaoks, kuid need ära vii d1-ni. Mitmeastmelistes lülitites väheneb lülituselementide arv oluliselt viivituse mõningase suurenemise arvelt. Seega, kui asendada üheastmeline lüliti 1000*1000 kolmeastmelisega, mille n = 22 ja k = 43, väheneb lülitite arv 10 6-lt 2*46*22*43+43*46*46-le, st. kuni ligikaudu 0,186*10 6.

Ajalüliti ehitatud puhvermälu baasil, salvestamine toimub selle lahtrites sisendite järjestikuse pollimise teel ja ümberlülitamine toimub andmete lugemisega soovitud mälurakkudest väljunditesse. Sel juhul on ühe kirjutamis-lugemistsükli kestus viivitus. Praegu kasutatakse valdavalt ajutist või segalülitust. Paljudel juhtudel on pakettvahetus kõige tõhusam. Esiteks kiireneb andmeedastus keeruka konfiguratsiooniga võrkudes tänu sellele, et sama sõnumi pakettide paralleelne edastamine on võrgu erinevates osades võimalik; teiseks tuleb vea ilmnemisel uuesti saata lühike pakett, mitte kogu pikk sõnum. Lisaks võimaldab paketi suuruse ülempiir hakkama saada väiksema puhvermälu mahuga vahesõlmedes piki võrgu andmeedastusmarsruute.

Pakettkommutatsioonivõrkudes on kaks töörežiimi:

  • režiimis virtuaalsed kanalid(muidu tuntud kui ühendusele orienteeritud suhtlus)
  • datagrammi režiim (ühenduseta side).

IN virtuaalse kanali režiimühe sõnumi paketid edastatakse kindlaksmääratud marsruudil loomulikus järjekorras. Sellisel juhul saab erinevalt kanalivahetusest pakette kanali kaudu vaheldumisi edastades sideliine eraldada paljude sõnumitega. erinevaid sõnumeid(see on nn aja multipleksimise režiim, muidu TDM - Time Division Method) või vahepuhvrite viivitus. Andmeedastuse õigsuse kontrollimiseks on ette nähtud adressaadilt saatjale kinnitusteate - positiivne kviitung - saatmine. See juhtimine on võimalik nii marsruudi kõigis vahesõlmedes kui ka ainult lõppsõlmes. Seda saab läbi viia start-stopp viisil, mille puhul saatja ei edasta enne seda järgmine pakett kuni see saab kinnituse umbes õige ülekanne eelmine pakett või "aknas" edastusmeetod. Aken võib sisaldada N paketti ja kogu akna jooksul võib kinnituste vastuvõtmisel esineda viivitusi. Seega, kui edastuse ajal tekkis viga, s.t. saatja saab negatiivse kinnituse paketi numbri K kohta, siis on vaja uuesti saata ja see algab paketiga K. Näiteks võrkudes saab kasutada muutuvat akna suurust. Seega vastavalt dokumendi RFC-793 soovitusele arvutatakse kinnituste ooteaeg valemiga Tav = 2*Tav, kus Tav:= 0,9*Tav + 0,1*Ti, Tav on selle aja keskmine väärtus. kulub, et pakett jõuaks adressaadini ja tagasi , Ti on selle aja järgmise mõõtmise tulemus.

Datagrammi režiimis Sõnum on jagatud datagrammideks. Datagramm on pakettkommutatsiooniga arvutivõrkudes sama sõnumi muudest osadest sõltumatult edastatav infokild. Sama sõnumi andmegrammid võivad üle võrgu edastada erinevaid marsruute ja jõuda adressaadini juhuslikus järjekorras, mis võib põhjustada võrgu blokeerimist. Marsruudi siselõikudel ei ole edastuse õigsuse kontrolli tagatud ja side usaldusväärsuse tagab ainult juhtimine lõppsõlmes. Võrgu blokeerimine datagrammi režiimis on olukord, kui arvutivõrgu sõlme puhvermällu on saabunud nii palju pakette erinevaid sõnumeid, et see mälu on täielikult hõivatud. Järelikult ei saa ta vastu võtta teisi pakette ega vabastada juba vastuvõetud pakette, kuna see on võimalik alles pärast seda, kui kõik sõnumite datagrammid on saabunud. Algsed sõnumitüübid võivad olla hääl, pildid, tekst, andmed. Heli edastamiseks kasutatakse traditsiooniliselt telefoni, pilte - televisiooni, teksti - telegraafi (teletüüpi), andmeid - arvutivõrke. Dokumentide (teksti) edastamine võib olla kodeeritud või faksimiil. Heli, pildi ja andmete edastamiseks ühes keskkonnas kasutatakse võrke, mida nimetatakse integreeritud teenindusvõrkudeks.

Kodeeritud sõnumite edastamine Infovõrgu sõlmedes asuvate salvestusseadmete vahel nimetatakse teleteksti (erinevalt teleksist - teletüüpsuhtlusest) ja faksisidet nimetatakse telefaksiks. Teleteksiliigid: elektronpost (e-post) - kahe võrgukasutaja vaheline sõnumivahetus, failivahetus, "teadetetahvel" ja telekonverentsid - leviteated. On-line töörežiimi iseloomustab side loomine saatja ja saaja vahel, võimalusega sõnumeid vahetada ilma märgatavate ajaliste viivitusteta. Oluliste viivitustega teabe salvestamisel vahesõlmedes on meil võrguühenduseta režiim. Side võib olla ühesuunaline (simpleks), vahelduva teabeedastusega mõlemas suunas (pooldupleks) või samaaegselt mõlemas suunas (dupleks). See on semantiliste ja süntaktiliste reeglite kogum, mis määravad võrgu funktsionaalplokkide käitumise andmete edastamisel. Teisisõnu, protokoll on kokkulepete kogum andmete esitamise viisi kohta, mis tagab nende edastamise õigetes suundades ja andmete õige tõlgendamine kõigi teabevahetusprotsessis osalejate poolt. Kuna teabevahetus on multifunktsionaalne protsess, jagunevad protokollid tasemeteks. Iga tase sisaldab rühma seotud funktsioone. Erinevate arvutivõrkude sõlmede õigeks interaktsiooniks peab nende arhitektuur olema avatud. Neid eesmärke teenib telekommunikatsiooni ja arvutivõrkude valdkonna ühtlustamine ja standardimine.

11.04.2007 17:46

Erinevad lähenemisviisid ümberlülitamise teostamiseks
Üldjuhul on iga konkreetse ümberlülitusprobleemi lahenduseks voogude ja vastavate marsruutide määramine, marsruutide fikseerimine konfiguratsiooniparameetrid ja võrguseadmete tabelid, vootuvastus ja andmeedastus ühe seadme liideste vahel, voogude multipleksimine/demultipleksimine ja edastusmeediumi eraldamine on tihedalt seotud kõigi teiste lahendusega. Kompleksne tehnilisi lahendusiÜldine lülitusprobleem moodustab koos igasuguse võrgutehnoloogia aluse. Olenevalt mehhanismist marsruutimiseks, andmete edastamiseks ja jagamine sidekanalid on manustatud teatud võrgutehnoloogiasse, sõltuvad selle põhiomadused.

Võrkudes abonentide vahetamise probleemi lahendamise paljude võimalike lähenemisviiside hulgas on kaks peamist:

    vooluahela lülitamine;

    pakettvahetus.

Väliselt vastavad mõlemad need skeemid joonisel fig. 1 võrgu struktuur, kuid nende võimalused ja omadused on erinevad.

Riis. 1. Üldine struktuur kommuteeritud võrgud

Ahelkommuteeritud võrkudes on rohkem rikas ajalugu, tekkisid need esimestest telefonivõrkudest. Pakettkommutatsioonivõrgud on suhteliselt uued, need tekkisid 1960. aastate lõpus esimeste laiaulatuslike arvutivõrkudega tehtud katsete tulemusena. Igal neist skeemidest on omad plussid ja miinused, kuid paljude ekspertide pikaajaliste prognooside kohaselt kuulub tulevike, kuna see on paindlikum ja universaalsem.

Ahela ümberlülitamine
Kanalite vahetamisel moodustab kommutatsioonivõrk lülititega järjestikku ühendatud vahepealsetest kanalilõikudest lõpusõlmede vahel pideva liitfüüsilise kanali. Selle tingimuseks, et mitu füüsilist kanalit jadamisi ühendatuna moodustavad ühe füüsilise kanali, on andmeedastuskiiruste võrdsus igas füüsilises kanalis. Kiiruste võrdsus tähendab, et sellise võrgu kommutaatorid ei pea edastatavaid andmeid puhverdama.

Ahelkommutatsioonivõrgus on alati enne andmete edastamist vaja läbi viia ühenduse loomise protseduur, mille käigus luuakse liitkanal. Ja alles pärast seda saate hakata andmeid edastama.

Näiteks kui joonisel fig. 1 töötab lülituslülitustehnoloogia abil, seejärel peab sõlm 1, et sõlme 7 andmeid edastada, esmalt saatma eripäringu lülitiga A ühenduse loomiseks, näidates ära sihtkoha aadressi 7. Lüliti A peab valima marsruudi komposiidi loomiseks kanalile ja seejärel edastada päringu järgmisele lülitile, antud juhul E. Seejärel saadab lüliti E päringu lülitile F, mis omakorda saadab päringu sõlmele 7. Kui sõlm 7 võtab ühenduse loomise taotluse vastu, see saadab vastuse lähtesõlmele juba loodud kanali kaudu, misjärel loetakse liitkanal ümberlülitatuks ning sõlmed 1 ja 7 saavad selle kaudu andmeid vahetada.

Riis. 2. Komposiitkanali rajamine

Ahellülitustehnikal on oma eelised ja puudused.

Ahellülituse eelised

    Konstantne ja teadaolev andmeedastuskiirus lõppsõlmede vahel loodud kanali kaudu. See annab võrgukasutajale võimaluse kvaliteetseks andmeedastuseks vajaliku ribalaiuse eelhinnangu alusel rajada võrku vajaliku kiirusega kanal.

    Võrgu kaudu andmete edastamise madal ja pidev latentsusaeg. See võimaldab kvaliteetselt edastada viitetundlikke andmeid (nimetatakse ka reaalajas liikluseks) – häält, videot ja erinevat tehnoloogilist teavet.

Voolulülituse puudused

    Võrk keeldus ühendustaotlust teenindamast. Selline olukord võib tekkida sellest, et mõnes võrgu osas tuleb ühendus luua mööda kanalit, mille kaudu juba liigub võimalikult palju infovooge. Rike võib ilmneda ka liitkanali viimases osas – näiteks kui abonent suudab säilitada ainult ühte ühendust, mis on tüüpiline paljudele telefonivõrkudele. Kui juba kõnelevale abonendile saabub teine ​​kõne, saadab võrk helistavale abonendile lühikesed piiksud – hõivatud signaal.

    Füüsilise kanali võimsuse ebaratsionaalne kasutamine. See osa ribalaiusest, mis eraldatakse liitkanalile pärast ühenduse loomist, antakse sellele kogu aeg, st. kuni ühendus katkeb. Abonendid ei vaja aga alati ühenduse ajal kanali ribalaiust, näiteks telefonivestluses võib esineda pause; Võimetus ribalaiust dünaamiliselt ümber jaotada on ahelkommutatsioonivõrgu põhiline piirang, kuna siin on lülitusühikuks infovoog tervikuna.

    Ühenduse loomise etapist tingitud kohustuslik viivitus enne andmeedastust.
    Mis tahes võrgutehnoloogia eelised ja puudused on suhtelised. Teatud olukordades tulevad eelised esile ja puudused muutuvad tähtsusetuks. Seega töötab vooluahela lülitustehnika hästi juhtudel, kui on vaja edastada ainult liiklust telefonivestlused. Siin saame leppida suutmatusega vestlusest pause "välja lõigata" ja ratsionaalsemalt kasutada lülitite vahelisi füüsilisi põhikanaleid. Aga väga ebaühtlase arvutiliikluse edastamisel tuleb see irratsionaalsus juba esile.

Pakettvahetus
See lülitustehnika oli spetsiaalselt loodud arvutiliikluse tõhusaks edastamiseks. Esimesed sammud lülitustehnoloogial põhinevate arvutivõrkude loomisel näitasid, et seda tüüpi kommutatsioonid ei võimalda saavutada suurt üldist võrgu läbilaskevõimet. Tüüpilised võrgurakendused genereerivad liiklust väga juhuslikult ja andmeedastuskiirus on kõrge. Näiteks kaugfailiserverile ligi pääsedes sirvib kasutaja esmalt selle serveri kataloogi sisu, mille tulemusena edastatakse väike hulk andmeid. Seejärel avab see vajaliku faili tekstiredaktor, ja see toiming võib tekitada üsna palju andmevahetust, eriti kui fail sisaldab suuri graafilisi lisasid. Pärast faili mitme lehekülje kuvamist töötab kasutaja nendega mõnda aega lokaalselt, mis ei nõua üldse võrguülekannet ning tagastab seejärel lehtede muudetud koopiad serverisse – luues taas intensiivse võrguedastuse.

Üksiku võrgukasutaja liikluse pulsatsioonitegur, mis võrdub andmevahetuse keskmise intensiivsuse ja maksimaalse võimaliku suhtega, võib ulatuda 1:50 või isegi 1:100-ni. Kui kirjeldatud seansi jaoks korraldame kanalivahetuse kasutaja arvuti ja serveri vahel, siis enamasti on kanal jõude. Samal ajal määratakse võrgu lülitusvõimalused sellele abonendipaarile ja need ei ole kättesaadavad teistele võrgukasutajatele.

Kui toimub pakettvahetus, jagatakse kõik kasutaja poolt edastatavad sõnumid lähtesõlmes suhteliselt väikesteks tükkideks, mida nimetatakse pakettideks. Tuletagem meelde, et teade on loogiliselt täidetud andmeosa - faili ülekandmise taotlus, kogu faili sisaldav vastus sellele päringule jne. Sõnumid võivad olla mis tahes pikkusega, mõnest baidist mitme megabaidini. Vastupidi, paketid võivad tavaliselt olla ka muutuva pikkusega, kuid kitsastes piirides, näiteks 46 kuni 1500 baiti. Iga pakett on varustatud päisega, mis määrab paketi sihtsõlmele edastamiseks vajaliku aadressiteabe, samuti paketi numbri, mida sihtsõlm kasutab sõnumi koostamiseks (joonis 3). Paketid transporditakse üle võrgu sõltumatutena teabeplokid. Võrgukommutaatorid võtavad vastu pakette lõppsõlmedest ja edastavad need aadressiteabe põhjal üksteisele ja lõpuks ka sihtsõlmele.

Riis. 3. Sõnumi jagamine pakettideks

Pakettvõrgu kommutaatorid erinevad ahelakommutaatoritest selle poolest, et neil on sisemine puhvermälu pakettide ajutiseks salvestamiseks, kui lüliti väljundport on paketi vastuvõtmise ajal hõivatud teise paketi edastamisega (joonis 3). Sellisel juhul jääb pakett mõneks ajaks väljundpordi puhvermällu paketijärjekorda ja kui tema kord selleni jõuab, suunatakse see üle järgmisele lülitile. See andmeedastusskeem võimaldab teil tasandada lülitite vaheliste magistraallülide liikluse pulsatsiooni ja kasutada neid seeläbi kõige tõhusamalt kogu võrgu läbilaskevõime suurendamiseks.

Tõepoolest, abonendipaari jaoks oleks kõige tõhusam anda neile ainult kommuteeritud sidekanali kasutamine, nagu seda tehakse lülitusvõrkudes. Sel juhul oleks selle abonendipaari suhtlemisaeg minimaalne, kuna andmed edastataks ühelt abonendilt teisele viivitamata. Abonendid ei ole huvitatud kanali seisakutest edastuspauside ajal, nende jaoks on oluline oma probleem kiiresti lahendada. Pakettkommutatsiooniga võrk aeglustab teatud abonendipaari vahelise suhtluse protsessi, kuna nende paketid võivad lülitites oodata, kuni magistraalühendused edastatakse muud varem kommutaatorisse saabunud paketid.

Võrgu poolt ajaühikus pakettkommutatsiooni tehnikat kasutades edastatavate arvutiandmete koguhulk on aga suurem kui ahelakommutatsiooni tehnikat kasutades. See juhtub pulsatsioonide tõttu üksikud tellijad vastavalt seadusele suured numbrid ajaliselt jaotatud nii, et nende tipud ei langeks kokku. Seetõttu on kommutaatorid pidevalt ja üsna ühtlaselt tööga koormatud, kui nende teenindatavate abonentide arv on tõesti suur. Joonisel fig. Jooniselt 4 on näha, et lõppsõlmedest lülititesse tulev liiklus jaotub aja jooksul väga ebaühtlaselt. Hierarhia kõrgemal tasemel olevad kommutaatorid, mis teenindavad madalamal tasemel asuvate kommutaatorite vahelisi ühendusi, on aga koormatud ühtlasemalt ja paketid voolavad sisse peamised kanalid lülitite ühendamine kõrgeim tase, on peaaegu maksimaalse kasutusmääraga. Puhverdamine tasandab pulsatsiooni, seega on pulsatsioonitegur magistraalkanalitel palju väiksem kui abonendi juurdepääsukanalitel – see võib olla võrdne 1:10 või isegi 1:2.

Riis. 4. Liikluspurskete silumine pakettkommutatsioonivõrgus

Pakettkommutatsioonivõrkude suurem efektiivsus võrreldes ahelakommutatsioonivõrkudega (sidekanalite võimsus on võrdselt) tõestatud 60ndatel nii eksperimentaalselt kui ka kasutades. simulatsiooni modelleerimine. Siin sobib analoogia mitmeprogrammiliste operatsioonisüsteemidega. Iga üksiku programmi täitmine sellises süsteemis võtab kauem aega kui ühe programmiga süsteemis, kus programmile eraldatakse kogu protsessori aeg kuni selle täitmise lõpuni. Samas on ajaühikus täidetavate programmide koguarv mitme programmiga süsteemis suurem kui üheprogrammilises süsteemis.
Pakettkommutatsiooniga võrk aeglustab konkreetse abonendipaari vahelise suhtluse protsessi, kuid suurendab võrgu kui terviku läbilaskevõimet.

Viivitused edastusallikas:

    päiste edastamise aeg;

    viivitused, mis on põhjustatud iga järgneva paketi edastamise vahelistest intervallidest.

Viivitused igas lülitis:

    pakettide puhverdusaeg;

    lülitusaeg, mis koosneb:

    • järjekorras oleva paketi ooteaeg (muutuv väärtus);

      aeg, mis kulub paketi väljundporti liikumiseks.

Pakettvahetuse eelised

    Kõrge üldine võrgu läbilaskevõime katkendliku liikluse edastamisel.

    Võimalus dünaamiliselt ümber jaotada füüsiliste sidekanalite ribalaiust abonentide vahel vastavalt tegelikud vajadused nende liiklust.

Pakettkommutatsiooni puudused

    Ebakindlus võrgu abonentide vahelises andmeedastuskiiruses, mis tuleneb asjaolust, et võrgulülitite puhvrijärjekordade viivitused sõltuvad kogukoormus võrgud.

    Muutuv viivitus andmepakettide jaoks, mis võib hetkelise võrgu ülekoormuse hetkedel olla üsna pikk.

    Võimalik andmete kadu puhvri ületäitumise tõttu.
    Praegu arendatakse ja rakendatakse aktiivselt meetodeid nende ületamiseks näidatud puudused, mis on eriti teravad viivitustundliku liikluse puhul, mis nõuab pidevat edastuskiirust. Selliseid meetodeid nimetatakse teenusekvaliteedi (QoS) meetoditeks.

Pakettkommutatsiooniga võrgud, mis rakendavad teenusekvaliteedi tehnikaid, võimaldavad samaaegset edastamist erinevat tüüpi liiklust, sealhulgas selliseid olulisi nagu telefoni- ja arvutiliiklus. Seetõttu peetakse tänapäeval pakettkommutatsiooni meetodeid kõige lootustandvamaks koondvõrgu ehitamisel, mis pakub igat tüüpi abonentidele igakülgseid kvaliteetseid teenuseid. Kuid vooluringi ümberlülitusmeetodeid ei saa alla jätta. Tänapäeval ei tööta need edukalt mitte ainult traditsioonilistes telefonivõrkudes, vaid neid kasutatakse laialdaselt ka kiirete püsiühenduste moodustamiseks SDH- ja DWDM-tehnoloogiate niinimetatud primaarsetes (põhivõrkudes), mida kasutatakse füüsiliste magistraalkanalite loomiseks telefoni- või telefonivõrkude vahel. arvutivõrgu lülitid. Tulevikus on täiesti võimalik, et tekivad uued kommutatsioonitehnoloogiad, mis ühel või teisel kujul ühendavad pakett- ja kanalivahetuse põhimõtteid.

Sõnumite vahetamine
Sõnumite vahetamine on põhimõtteliselt sarnane pakettkommutatsiooniga. Sõnumite vahetamine viitab ühe andmeploki edastamisele võrgus olevate transiitarvutite vahel koos selle ploki ajutise puhverdamisega iga arvuti kettale. Sõnum, erinevalt paketist, on suvalise pikkusega, mille ei määra mitte tehnoloogilised kaalutlused, vaid sõnumit moodustava teabe sisu.

Transiitarvuteid saab omavahel ühendada kas pakettkommutatsioonivõrgu või lülitusvõrgu kaudu. Sõnum (see võib olla näiteks Tekstdokument, faili programmi koodiga, email) salvestatakse transiitarvutis kettal ja seda päris pikaks ajaks, kui arvuti on muu tööga hõivatud või võrk on ajutiselt ülekoormatud.

See skeem saadab tavaliselt sõnumeid, mis ei vaja kohest reageerimist, kõige sagedamini sõnumeid Meil. Edastusrežiimi koos vahesalvestusega kettale nimetatakse salvestamise ja edastamise režiimiks.

Sõnumivahetusrežiim vabastab võrgu kiiret reageerimist nõudva liikluse jaoks, näiteks WWW-teenuse või failiteenuse liikluse jaoks.

Tavaliselt püüavad nad vähendada transiitarvutite arvu. Kui arvutid on ühendatud pakettkommutatsiooniga võrku, siis vahepealsete arvutite arv väheneb kaheni. Näiteks kasutaja saadab postisõnum väljamineva meili serverisse, mis proovib selle kohe adressaadi sissetuleva meili serverisse üle kanda. Kuid kui arvutid on omavahel telefonivõrgu kaudu ühendatud, kasutatakse sageli mitut vaheserverit, kuna otsene juurdepääs lõppserverile võib hetkel olla võimatu telefonivõrgu ülekoormuse tõttu (abonent on hõivatud) või majanduslikult kahjumliku. kaugtelefoniühenduse kõrgete tariifide tõttu.

Sõnumite vahetamise tehnika ilmus arvutivõrkudesse varem kui pakettkommutatsiooni tehnika, kuid tõrjus see siis välja viimasega, kuna see oli võrgu läbilaskevõime osas tõhusam. Sõnumi kirjutamine kettale võtab üsna palju aega ja lisaks nõuab ketaste olemasolu lülititena spetsiaalsete arvutite kasutamist, mis toob kaasa märkimisväärseid kulutusi võrgu korraldamiseks.
Tänapäeval töötab sõnumite vahetamine ainult mõnede mittetoimivate teenuste puhul, enamasti pakettkommutatsioonivõrgu peal rakenduskihi teenusena.

Lülitusmeetodite võrdlus

Ahelkommutatsiooni ja pakettkommutatsiooni võrdlus

Ahela ümberlülitamine

Pakettvahetus

Garanteeritud läbilaskevõime (ribalaius) suhtlevatele abonentidele

Võrgu läbilaskevõime abonentidele on teadmata, edastusviivitused on juhuslikud

Võrk võib keelduda abonendiga ühenduse loomisest

Võrk on alati valmis abonendilt andmeid vastu võtma

Reaalajas liiklus edastatakse viivitusteta

Purskeliikluse edastamisel kasutatakse võrguressursse tõhusalt

Aadressi kasutatakse ainult ühenduse loomise etapis

Aadress saadetakse iga pakiga

Püsiv ja dünaamiline ümberlülitus

Nii pakettkommutatsioonivõrgud kui ka ahelakommutatsioonivõrgud võib jagada kahte klassi:

    dünaamilise kommutatsiooniga võrgud;

    püsilülitusega võrgud.

Dünaamilise ümberlülitusega võrkudes:

    ühenduse loomine on lubatud võrgukasutaja algatusel;

    ümberlülitamine toimub ainult sideseansi ajaks ja seejärel (ühe kasutaja algatusel) see lõpetatakse;

    üldiselt saab võrgukasutaja ühenduse luua mis tahes teise võrgukasutajaga;

    Ühendusaeg kasutajapaari vahel dünaamilise ümberlülitamise ajal ulatub mõnest sekundist mitme tunnini ja lõpeb pärast käivitamist teatud tööd— faili ülekandmine, teksti- või pildilehe vaatamine jne.

Dünaamilist kommutatsioonirežiimi toetavate võrkude näideteks on avalikud telefonivõrgud, kohtvõrgud ja TCP/IP-võrgud.

Võrk töötab pidevas lülitusrežiimis:

    võimaldab kasutajapaaril tellida ühenduse pikemaks ajaks;

    ühenduse loovad mitte kasutajad, vaid võrku hooldavad töötajad;

    periood, milleks alaline vahetamine kehtestatakse, on tavaliselt mitu kuud;

    Ahelkommutatsioonivõrkude püsilülitusrežiimi nimetatakse sageli siht- või rendiahela teenuseks;

    Kui püsiühendus lülitite võrgu kaudu luuakse hoolduspersonali algatatud automaatsete protseduuride kaudu, nimetatakse seda sageli poolpüsiühenduseks, erinevalt iga lüliti käsitsi seadistamise režiimist.

Populaarseimad püsilülitusrežiimis töötavad võrgud on tänapäeval SDH-tehnoloogiavõrgud, mille baasil ehitatakse mitme gigabiti sekundis võimsusega spetsiaalsed sidekanalid.

Mõned võrgutüübid toetavad mõlemat töörežiimi. Näiteks võivad X.25- ja ATM-võrgud võimaldada kasutajal dünaamiliselt suhelda mis tahes teise võrgu kasutajaga ja samal ajal saata andmeid püsiva ühenduse kaudu konkreetsele abonendile.

Pakettkommutatsioonivõrkude läbilaskevõime
Üks erinevusi pakettkommutatsiooni meetodi ja ahela kommutatsiooni meetodi vahel on kahe abonendi vahelise ühendusvõimsuse määramatus. Ahellülituse puhul on pärast liitkanali moodustamist teada võrgu läbilaskevõime lõppsõlmede vahel andmete edastamiseks - see on kanali läbilaskevõime. Pärast kanali loomisega seotud viivitust hakatakse andmeid edastama kanali maksimaalse kiirusega (joonis 5). Teate edastamise aeg lülitusvõrgus Tk.k. on võrdne sideliini piki signaali levimise viivituse ja sõnumi edastamise viivituse summaga. Signaali levimise viivitus sõltub elektromagnetlainete levimiskiirusest konkreetses füüsilises keskkonnas, mis jääb vahemikku 0,6–0,9 valguse kiirust vaakumis. Sõnumi edastamise aeg on võrdne V/C-ga, kus V on sõnumi suurus bittides ja C on kanali läbilaskevõime bittides sekundis.

Pakettkommutatsioonivõrgus on pilt hoopis teine.

Riis. 5 Andmeedastuse viivitused ahelkommutatsioonivõrkudes.

Ühenduse loomise protseduur nendes võrkudes, kui seda kasutatakse, võtab umbes sama palju aega kui lülitusvõrkudes, seega võrdleme ainult andmeedastusaega.

Riis. 6. Andmeedastuse viivitused pakettkommutatsioonivõrkudes.

Joonisel fig. Joonisel 6 on näide andmeedastusest pakettkommutatsioonivõrgus. Eeldatakse, et võrgu kaudu edastatakse sama suurusega sõnum kui joonisel fig. 5. See on aga jagatud pakettideks, millest igaühel on päis. Sõnumi edastamise aeg pakettkommutatsioonivõrgus on näidatud joonisel Tk.p. Kui see pakettsõnum edastatakse pakettkommutatsioonivõrgu kaudu, ilmnevad täiendavad viivitused. Esiteks on need edastusallika viivitused, mis lisaks sõnumi enda edastamisele kulutavad Lisaaeg päiste edastamiseks tп.з., lisaks lisatakse viivituste varjund, mis on põhjustatud iga järgmise paketi edastamise vahelistest intervallidest (see aeg kulub protokollipinu poolt järgmise paketi moodustamisele).

Teiseks kulub igale lülitile lisaaega. Siin on viivitused pakettide puhverdusaja summa tb.p. (lüliti ei saa hakata paketti edastama ilma seda täielikult puhvrisse vastu võtmata) ja lülitusaeg tk. Puhverdusaeg võrdub ajaga, mis kulub paketi vastuvõtmiseks protokolli bitikiirusega. Lülitusaeg on paketi ootejärjekorras ooteaja ja paketi väljundporti liikumise aja summa. Kui paketi reisiaeg on fikseeritud ja reeglina väike (mitu mikrosekundit kuni mitmekümne mikrosekundini), siis paketi ooteaeg järjekorras kõigub väga suurtes piirides ja pole ette teada, kuna see sõltub praeguse võrgukoormuse korral.

Teeme lihtsa näite abil ligikaudse hinnangu andmeedastuse viivituse kohta pakettkommutatsioonivõrkudes võrreldes lülitusvõrkudega. Lase testsõnum, mida tuleb edastada mõlemat tüüpi võrkudes, maht on 200 KB. Saatja asub adressaadist 5000 km kaugusel. Sideliinide läbilaskevõime on 2 Mbit/s.

Ahelkommutatsioonivõrgus andmete edastamise aeg koosneb signaali levimisajast, mis 5000 km kaugusel on hinnanguliselt ligikaudu 25 ms (eeldusel, et signaali levimiskiirus on võrdne 2/3 valguse kiirusest), ja sõnumi edastusaeg, mis ribalaiuse 2 Mbit/c ja sõnumi pikkuse 200 KB korral on ligikaudu 800 ms. Arvutamise käigus ümardati K (210) õige väärtus, mis on võrdne 1024-ga, 1000-ni, samamoodi M (220), mis on võrdne 1048576, ümardati 1000000-ni. Seega on andmeedastus hinnanguliselt 825 Prl.

On selge, et edastades seda sõnumit pakettkommutatsioonivõrgu kaudu, mille kanalite kogupikkus ja võimsus on sama saatjalt adressaadini, on signaali levimisaeg ja andmeedastusaeg samad - 825 ms. Vahesõlmede viivituste tõttu pikeneb aga üldine andmeedastusaeg. Hinnakem, kui palju see aeg pikeneb. Eeldame, et tee saatjast adressaadini läbib 10 lülitit. Laske algsel sõnumil jagada 1 KB pakettideks, kokku 200 paketti. Esmalt hindame lähtesõlmes esinevat viivitust. Oletame, et paketipäistes paikneva üldkulude osakaal sõnumite kogumahu suhtes on 10%. Seetõttu on paketipäiste edastamisega seotud lisaviivitus 10% kogu sõnumi edastusajast, see tähendab 80 ms. Kui võtta pakettide saatmise vaheliseks intervalliks 1 ms, siis on intervallidest tulenevad lisakadud 200 ms. Seega tekkis lähtesõlmes sõnumite paketiseerimise tõttu edastamise ajal täiendav viivitus 280 ms.

Kõik 10 lülitit sisaldavad lülitusviivitust, mis võib ulatuda murdosadest tuhandete millisekunditeni. Selles näites eeldame, et ümberlülitamisele kulub keskmiselt 20 ms. Lisaks esineb paketi puhverdamise viivitus sõnumite läbimisel lülitit. See viivitus paketi suuruse 1 KB ja liini läbilaskevõimega 2 Mbit/s võrdub 4 ms-ga. 10 lüliti kogu latentsusaeg on ligikaudu 240 ms. See tõi kaasa täiendava 520 ms latentsusaega pakettkommutatsioonivõrgus. Arvestades, et kogu andmeedastus lülitusvõrgus võttis aega 825 ms, siis see täiendav viivitus võib pidada oluliseks.

Kuigi see arvutus on väga konarlik, selgitab see, miks pakettkommutatsioonivõrgus antud abonendipaari edastusprotsess on aeglasem kui lülitusvõrgus.

Pakettkommutatsioonivõrgu ebakindel läbilaskevõime on hind, mida tuleb maksta selle üldise tõhususe eest, kahjustades mõningal määral üksikute abonentide huve. Samamoodi multiprogrammis operatsioonisüsteem Rakenduse täitmisaega ei saa ennustada, sest see sõltub teiste rakenduste arvust, millega rakendus protsessorit jagab.

Võrgu efektiivsust mõjutab pakettide suurus, mida võrk edastab. Liiga suured paketimahud toovad pakettkommutatsioonivõrgu lülitusvõrgule lähemale, mistõttu võrgu efektiivsus väheneb. Lisaks suurendavad suured pakettide suurused iga lüliti puhverdusaega. Liiga väikesed paketid suurendavad oluliselt üldkulude osakaalu, kuna iga pakett sisaldab fikseeritud pikkusega päist ning pakettide arv, milleks sõnumid jaotatakse, suureneb paketi suuruse vähenedes järsult. Natuke on kuldne keskmine"kui ette nähtud maksimaalne efektiivsus võrgu toimimise korral on seda suhet raske täpselt määrata, kuna see sõltub paljudest teguritest, sealhulgas neist, mis võrgu töö ajal muutuvad. Seetõttu valivad pakettkommutatsioonivõrkude protokolli arendajad piirangud, mille piires võib olla paketi suurus või täpsemalt selle andmeväli, kuna päisel on reeglina kindel pikkus. Tavaliselt valitakse andmevälja alumine piir võrdne nulliga, mis võimaldab edastada teenusepakette ilma kasutajaandmeteta ja ülempiir ei ületa 4 KB. Rakendused üritavad andmete edastamisel andmeid üle võtta. maksimaalne suurus andmeväljad, et vahetus oleks kiirem, ja väikepakette kasutatakse tavaliselt lühiteenusesõnumite jaoks, mis sisaldavad näiteks paketi kohaletoimetamise kinnitust.

Paketi suuruse valimisel tuleb arvestada ka kanali bitivea määraga. Ebausaldusväärsetel kanalitel on vaja pakettide suurust vähendada, kuna see vähendab uuesti edastatavate andmete hulka, kui paketid on rikutud.
Ethernet - näide standardtehnoloogia pakettvahetus

Mõelgem, kuidas ülalkirjeldatud võrguprobleemide lahendamise üldised lähenemisviisid on kehastatud kõige populaarsemas võrgutehnoloogias - Ethernetis. (Pange tähele, et me ei käsitle tehnoloogiat ennast praegu üksikasjalikult - lükkame selle edasi oluline küsimus kuni järgmise kursuseni ja täna peatume vaid mõnel põhipunktil, mis illustreerivad mitmeid juba käsitletud põhimõisteid.)
Võrgutehnoloogia on ühtne komplekt standardprotokollid ning tarkvara ja riistvara (näiteks Võrguadapterid, draiverid, kaablid ja pistikud) on piisav arvutivõrgu loomiseks.

Epiteet "piisav" rõhutab asjaolu, et me räägime minimaalsest tööriistakomplektist, mille abil saate toimiva võrgu luua. Seda võrku saab täiustada näiteks alamvõrkude eraldamisega, mis nõuab kohe lisaks standardsetele Etherneti protokollidele ka IP-protokolli kasutamist, aga ka spetsiaalseid sideseadmed- ruuterid. Täiustatud võrk on tõenäoliselt töökindlam ja kiirem, kuid tööriistade lisandmoodulite arvelt Etherneti tehnoloogiad, mis moodustas võrgustiku aluse.

Ülaltoodu puhul kasutatakse kõige sagedamini mõistet "võrgutehnoloogia". kitsamas mõttes, kuid mõnikord kasutatakse selle laiendatud tõlgendust kui mis tahes tööriistade ja reeglite kogumit võrgu ehitamiseks, näiteks "otspunkti marsruutimise tehnoloogia", "turvalise kanali loomise tehnoloogia", "IP-võrgu tehnoloogia".

Protokollid, millele teatud tehnoloogia võrk on üles ehitatud (kitsamas tähenduses), loodi spetsiaalselt koostööks, nii et võrgu arendaja ei nõua nende suhtluse korraldamiseks täiendavaid jõupingutusi. Mõnikord võrgutehnoloogiad nimetatakse põhitehnoloogiateks, mis tähendab, et nende alusel ehitatakse üles mis tahes võrgu alus. Võrgu põhitehnoloogiate näited hõlmavad koos Ethernetiga järgmist: tuntud tehnoloogiad kohalikud võrgud nagu Token Ring ja FDDI või territoriaalvõrkude tehnoloogiad X.25 ja raami relee. Töötava võrgu saamiseks piisab sel juhul sama põhitehnoloogiaga seotud tarkvara ja riistvara ostmisest - draiverite, jaoturite, lülititega võrguadapterid, kaablisüsteem jne - ja ühendage need vastavalt selle tehnoloogia standardi nõuetele.

Niisiis, Etherneti võrgutehnoloogiat iseloomustavad:

    pakettkommutatsioon;

    tüüpiline topoloogia" ühine buss";

    lame numbriline adresseerimine;

    jagatud edastusmeedium.

aastal sätestatud aluspõhimõte Etherneti magistraal, on juhuslik meetod juurdepääsuks jagatud andmeedastusmeediumile. Selline meedium võib olla paks või õhuke koaksiaalkaabel, keerdpaar, kiudoptiline või raadiolained (muide, esimene jagatud meediumile juhusliku juurdepääsu põhimõttel ehitatud võrk oli Hawaii ülikooli Aloha raadiovõrk).

Etherneti standard määratleb rangelt elektriühenduste topoloogia. Arvutid on ühendatud jagatud keskkonda vastavalt standardne struktuur"ühisbuss" (joon. 7.). Ajajagatud siini kasutades saavad kaks arvutit andmeid vahetada. Juurdepääsu sideliinile kontrollivad spetsiaalsed kontrollerid - Etherneti võrguadapterid. Igal arvutil või õigemini igal võrguadapteril on kordumatu aadress. Andmeedastus toimub kiirusega 10 Mbit/s. See väärtus on Etherneti võrgu ribalaius.

Riis. 7. Etherneti võrk.

Sisuliselt juhuslik meetod juurdepääs on järgmine. Etherneti võrgus olev arvuti saab andmeid üle võrgu edastada ainult siis, kui võrk on jõude, st kui ükski teine ​​arvuti parajasti ei suhtle. Seetõttu on Etherneti tehnoloogia oluline osa meediumi kättesaadavuse määramise protseduur.

Pärast seda, kui arvuti on veendunud, et võrk on vaba, alustab see edastust ja selle käigus "hõiveb" andmekandja. Ühe sõlme poolt jagatud meediumi eksklusiivse kasutamise aeg on piiratud ühe kaadri edastamise ajaga. Raam on Etherneti võrgu arvutite vahel vahetatav andmeühik. Raam on fikseeritud vormingus ja sisaldab koos andmeväljaga erinevat teenuseteavet, nagu saaja aadress ja saatja aadress.

Etherneti võrk on konstrueeritud nii, et kui kaader siseneb jagatud andmeedastusmeediumisse, hakkavad kõik võrguadapterid seda kaadrit korraga vastu võtma. Kõik nad analüüsivad kaadri ühel algväljal asuvat sihtkoha aadressi ja kui see aadress kattub nende omaga, paigutatakse kaader võrguadapteri sisepuhvrisse. Seega saab vastuvõtja arvuti talle ette nähtud andmed.

Võib tekkida olukord, kui mitu arvutit otsustavad samaaegselt, et võrk on vaba ja hakkavad teavet edastama. See olukord, mida nimetatakse kokkupõrkeks, takistab andmete korrektset edastamist võrgu kaudu. Etherneti standard pakub algoritmi kokkupõrgete tuvastamiseks ja korrektseks töötlemiseks. Kokkupõrke tõenäosus sõltub võrguliikluse intensiivsusest.

Kui kokkupõrge on tuvastatud, lõpetavad võrguadapterid, mis üritasid oma kaadreid edastada, edastamise ja proovivad pärast juhuslikku pausi uuesti meediumile juurde pääseda ja edastada kokkupõrke põhjustanud kaadri.

Etherneti tehnoloogia peamised eelised
1. Peamine eelis Etherneti võrgud Mis teeb need nii populaarseks, on nende kulutõhusus. Võrgu ehitamiseks piisab, kui iga arvuti jaoks on üks võrguadapter pluss üks vajaliku pikkusega koaksiaalkaabli füüsiline segment.
2. Lisaks rakendavad Etherneti võrgud meediumile juurdepääsu, adresseerimise ja andmete edastamise jaoks üsna lihtsaid algoritme. Võrgu toimimise loogika lihtsus toob kaasa võrguadapterite ja nende draiverite lihtsustamise ja sellest tulenevalt kulude vähenemise. Samal põhjusel on Etherneti võrguadapterid väga töökindlad.
3. Ja lõpuks, Etherneti võrkude teine ​​märkimisväärne omadus on nende hea laiendatavus, see tähendab uute sõlmede ühendamise võimalus.

Teistel põhivõrgutehnoloogiatel, nagu Token Ring ja FDDI, on küll oma eripärad, kuid neil on Ethernetiga palju sarnasusi. Esiteks on see tavaliste fikseeritud topoloogiate ("hierarhiline täht" ja "rõngas"), aga ka jagatud andmeedastuskandjate kasutamine. Olulised erinevused ühe tehnoloogia ja teise vahel on seotud jagatud keskkonnale juurdepääsuks kasutatava meetodi omadustega. Seega määravad Etherneti tehnoloogia ja Token Ringi tehnoloogia erinevused suuresti neisse sisseehitatud meediumieraldusmeetodite spetsiifika - juhusliku juurdepääsu algoritm Ethernetis ja juurdepääsumeetod Token Ringile märgi edastamisega.

Datagrammi edastamine

Tänapäeval kasutatakse pakettkommutatsioonivõrkudes kahte paketiedastusmehhanismide klassi:

    datagrammi edastamine;

    virtuaalsed kanalid.

Datagrammi edastusmehhanismi rakendavate võrkude näideteks on Etherneti, IP ja IPX võrgud. X.25, kaadrirelee ja ATM-võrgud edastavad andmeid virtuaalsete kanalite abil. Kõigepealt vaatame datagrammi lähenemisviisi põhiprintsiipe.

Andmeedastuse datagrammi meetod põhineb sellel, et kõiki edastatud pakette töödeldakse üksteisest sõltumatult, paketthaaval. Arvesse ei võeta, kas pakett kuulub konkreetsesse voogu kahe lõppsõlme ja nendes sõlmedes töötava kahe rakenduse vahel.

Järgmise sõlme – näiteks Etherneti lüliti või IP/IPX-ruuteri – valik põhineb ainult paketi päises sisalduval sihtsõlme aadressil. Otsus selle kohta, milline sõlm sissetulev pakett edastada, tehakse tabeli alusel, mis sisaldab sihtaadresside komplekti ja aadressiteavet, mis identifitseerib üheselt järgmise (transiit- või lõpliku) sõlme. Sellistel tabelitel on erinevad nimed- näiteks Etherneti võrkude puhul nimetatakse neid tavaliselt suunamistabeliteks ja võrguprotokollide (nt IP ja IPX) puhul marsruutimistabeliteks. Allpool kasutame lihtsuse huvides terminit "marsruutimistabel" selliste datagrammi edastamiseks kasutatavate tabelite üldnimetusena ainult lõppsõlme sihtkoha aadressi alusel.

Sama sihtkoha aadressi marsruutimistabel võib sisaldada mitut kirjet, mis osutavad erinevatele järgmistele ruuteri aadressidele. Seda lähenemisviisi kasutatakse võrgu jõudluse ja töökindluse parandamiseks. Joonisel fig. 8 paketti, mis saabuvad ruuterisse R1 sihtsõlme aadressiga N2, A2, koormuse tasakaalustamise eesmärgil jaotatakse kahe järgmise ruuteri - R2 ja R3 - vahel, mis vähendab nende kummagi koormust ning vähendab seetõttu järjekordi ja kiirust. kohaletoimetamine. Sama sihtaadressiga pakettide teede mõningane "hägusus" läbi võrgu on otsene tagajärg iga paketi sõltumatu töötlemise põhimõttest, mis on omane datagrammi protokollidele. Samale sihtaadressile liikuvad paketid võivad selleni jõudmiseks kasutada erinevaid teid võrgu oleku muutumise tõttu, näiteks vahepealsete ruuterite rike.

Riis. 8. Pakettide edastamise datagrammi põhimõte.

See datagrammi mehhanismi funktsioon, nagu liiklusteede hägustumine läbi võrgu, on mõnel juhul samuti puuduseks. Näiteks kui teatud seansi paketid võrgu kahe lõppsõlme vahel peavad pakkuma teatud teenuse kvaliteeti. Kaasaegsed QoS-tehnikad töötavad kõige paremini siis, kui teenindusgarantiid vajav liiklus läbib alati samu vahesõlmi.
Virtuaalsed ahelad pakettkommutatsioonivõrkudes

Virtuaalne ahel ehk virtuaalse kanali mehhanism loob stabiilsed teed liiklusele läbi pakettkommutatsioonivõrgu. See mehhanism võtab arvesse andmevoogude olemasolu võrgus.

Kui eesmärk on rajada üks tee läbi võrgu kõigi voopakettide jaoks, peaks sellise voo vajalik (kuid mitte alati ainuke) tunnusjoon olema ühiste võrgu sisenemis- ja väljumispunktide olemasolu kõigi voopakettide jaoks. paketid. Just selliste voogude edastamiseks luuakse võrgus virtuaalsed kanalid. Joonisel 9 on kujutatud fragment võrgust, milles on paigutatud kaks virtuaalset kanalit. Esimene läheb aadressiga N1, A1 lõppsõlmest aadressiga N2, A2 lõppsõlmeni läbi vahepealsete võrgulülitite R1, R3, R7 ja R4. Teine tagab andmete liikumise mööda teed N3, A3 - R5 - R7 - R4 - N2, A2. Kahe otsasõlme vahele saab paigutada mitu virtuaalset kanalit, mis on transiidisõlmede marsruudi osas täiesti identsed või erinevad.

Riis. 9. Virtuaalse kanali tööpõhimõte.

Võrk annab võimaluse edastada liiklust ainult mööda virtuaalset kanalit ja lõppsõlmed otsustavad ise, millised vood nende kanalite kaudu edastatakse. Sõlm saab kasutada sama virtuaalset kanalit kõigi voogude edastamiseks, mis jagavad lõpp-punkte antud virtuaalse kanaliga või ainult nende osasid. Näiteks saate reaalajas liikluse jaoks kasutada ühte virtuaalskeemi ja meililiikluse jaoks teist. Viimasel juhul on erinevatel virtuaalkanalitel erinevad teenusekvaliteedi nõuded ja neid on lihtsam rahuldada kui juhul, kui sama virtuaalkanali kaudu edastatakse erinevate QoS parameetrite nõuetega liiklust.

Virtuaalsete ahelavõrkude oluline omadus on kasutamine kohalikud aadressid pakette ülekandeotsuse tegemisel. Sihtsõlme piisavalt pika aadressi asemel (selle pikkus peaks võimaldama üheselt tuvastada kõik võrgus olevad sõlmed ja alamvõrgud, näiteks ATM-tehnoloogia töötab 20 baiti pikkuste aadressidega) kasutatakse kohalikku silti, st muutmist. sõlmest sõlme, mis tähistab kõiki võrgus liikuvaid pakette. Seda silti nimetatakse erinevates tehnoloogiates erinevalt: X.25 tehnoloogias - loogiline kanali number (LCN), kaadriülekande tehnoloogias - andmesideühenduse identifikaator (DLCI), ATM-tehnoloogias - virtuaalse kanali identifikaator (VCI). Selle eesmärk on aga igal pool sama – vahesõlm, mida nendes tehnoloogiates nimetatakse kommutaatoriks, loeb sissetuleva paketi päisest sildi väärtuse ja vaatab selle kommutatsioonitabelit, mis näitab, millisesse väljundporti pakett saata. Lülitustabel sisaldab kirjeid ainult antud kommutaatorit läbivate virtuaalsete kanalite kohta, mitte aga kõigi võrgu sõlmede kohta (või alamvõrkude kohta, kui kasutatakse hierarhilist adresseerimismeetodit). Tavaliselt on suures võrgus sõlme kaudu paigutatud virtuaalsete kanalite arv oluliselt väiksem kui sõlmede ja alamvõrkude arv, seega on kommutatsioonitabeli suurus palju väiksem kui marsruutimistabel ja seetõttu võtab sirvimine palju vähem aega. aega ja ei nõua lülitilt palju arvutusvõimsust.

Virtuaalse kanali identifikaator (see on allpool kasutatava sildi nimi) on samuti palju lühem kui lõppsõlme aadress (samal põhjusel), mistõttu paketi päise liiasus, mis nüüd pikka aadressi ei sisalda , kuid kannab üle võrgu ainult identifikaatorit, on oluliselt väiksem.

Vahetusmeetodid. Under andmete vahetamine Termin viitab nende edastamisele, mille puhul saab andmeedastuskanalit kasutada vaheldumisi teabevahetuseks infovõrgu erinevate punktide vahel, erinevalt suhtlusest kommuteerimata kanalite kaudu, mis on tavaliselt määratud teatud abonentidele.

Eristama järgmisi meetodeid andmete vahetamine:

  • vooluahela lülitamine- DTE ühendab kaks või enam andmejaama ja tagab andmeedastuskanali eksklusiivse kasutamise kuni ühenduse avamiseni;
  • sõnumite vahetamine- iseloomustab asjaolu, et füüsilise kanali loomine lõppsõlmede vahel on vabatahtlik ja sõnumeid saadetakse nende terviklikkust rikkumata; füüsilise kanali asemel on füüsilistest sektsioonidest koosnev virtuaalne kanal ning sektsioonide vahel on võimalik sõnumite puhverdamine;
  • paketivahetus - teade edastatakse virtuaalse kanali kaudu, kuid see on jagatud pakettideks ning andmekanal on hõivatud ainult paketi edastamise ajal (terviklikkust rikkumata) ning selle lõppedes vabastatakse see teiste pakettide edastamiseks.

Ahela ümberlülitamine. Kanalite vahetamine võib olla ruumiline ja ajaline.

Ruumiline lüliti suurus N*M on võrk (maatriks), milles N sisendit on ühendatud horisontaalsete siinidega ja M väljundit on ühendatud vertikaalsetega (joonis 3.2).

Joonis 3.2– Ruumiline lülitimaatriks


Võrgustiku sõlmedes on lülituselemendid ja igas ruudustiku veerus ei saa avada rohkem kui ühte elementi. Kui N< M, то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов N*N.

Vaadeldava vooluringi puuduseks on ruutmaatriksis suur arv lülituselemente, mis on võrdne N2-ga. Selle puuduse kõrvaldamiseks kasutatakse mitmeastmelisi lüliteid. Näiteks kolmeastmelise 6*6 lüliti vooluringil on joonisel fig. 3.3.

Sisendblokeeringu puudumise piisav tingimus on võrdus k > 2*n-1. Siin k on plokkide arv vahepealses etapis, n = N/p; p on plokkide arv sisestusastmes. Näidatud joonisel. Diagrammil 1.3 see tingimus ei ole täidetud, seega on blokeerimine võimalik. Näiteks kui soovite luua ühenduse a1-d1, kuid ühendused a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2 on eelnevalt ühendatud, siis on siinid b1, c3 ja c5 saadaval a1 jaoks, kuid need ära vii d1-ni.

Mitmeastmelistes lülitites väheneb lülituselementide arv oluliselt viivituse mõningase suurenemise arvelt. Seega, kui asendada üheastmeline lüliti 1000*1000 kolmeastmelisega, mille n = 22 ja k = 43, väheneb lülitite arv 10 6-lt 2*46*22*43+43*46*46-le, st. kuni ligikaudu 0,186*10 6.

Joonis 3.3– Kolmeastmelise ruumilüliti skeem

Ajutine lüliti on ehitatud puhvermälu baasil, salvestamine toimub selle lahtrites sisendite järjestikuse pollimise teel ja ümberlülitamine toimub andmete lugemisega soovitud mälurakkudest väljunditesse. Sel juhul on ühe kirjutamis-lugemistsükli kestus viivitus. Praegu kasutatakse valdavalt ajutist või segalülitust.

Pakettvahetus Paljudel juhtudel on pakettkommutatsioon kõige tõhusam. Esiteks kiireneb andmeedastus keeruka konfiguratsiooniga võrkudes tänu sellele, et sama sõnumi pakettide paralleelne edastamine on võrgu erinevates osades võimalik; teiseks tuleb vea ilmnemisel uuesti saata lühike pakett, mitte kogu pikk sõnum. Lisaks võimaldab paketi suuruse ülempiir hakkama saada väiksema puhvermälu mahuga vahesõlmedes piki võrgu andmeedastusmarsruute.

Pakettkommutatsioonivõrkudes eristatakse kahte töörežiimi: virtuaalahela režiimi (teine ​​nimi on ühendusele orienteeritud side) ja datagrammi režiimi (ühenduseta side).

IN virtuaalse kanali režiimühe sõnumi paketid edastatakse kindlaksmääratud marsruudil loomulikus järjekorras. Sellisel juhul saab erinevalt kanalite vahetamisest sideliine eraldada paljude sõnumitega, kui kanali kaudu edastatakse vaheldumisi erinevate sõnumite pakette (see on nn aja multipleksimise režiim, muidu TDM - Time Division Method) või viivitusega. vahepealsed puhvrid. Andmeedastuse õigsuse kontrollimiseks on ette nähtud adressaadilt saatjale kinnitusteate - positiivne kviitung - saatmine. See juhtimine on võimalik nii marsruudi kõigis vahesõlmedes kui ka ainult lõppsõlmes. Seda saab läbi viia start-stopp viisil, kus saatja ei edasta järgmist paketti enne, kui ta saab kinnituse, et eelmine pakett oli õigesti edastatud, või viisil ülekanded "aknas". Aken võib sisaldada N paketti ja kogu akna jooksul võib kinnituste vastuvõtmisel esineda viivitusi. Seega, kui edastuse ajal tekkis viga, s.t. saatja saab negatiivse kviitungi paketi numbri K kohta, siis on vaja uuesti saata ja see algab paketiga K.

Näiteks võivad võrgud kasutada muutuvat akna suurust. Seega vastavalt dokumendi RFC-793 soovitusele arvutatakse kinnituste ooteaeg valemiga
T lahe = 2*Tav,
kus Tav:= 0,9*Tav + 0,1*Ti, Tav on paketi adressaadini ja tagasi liikumise aja keskmine väärtus, Ti on selle aja järgmise mõõtmise tulemus.

IN datagrammi režiim Sõnum on jagatud datagrammideks. Datagramm on pakettkommutatsiooniga arvutivõrkudes sama sõnumi muudest osadest sõltumatult edastatav infokild. Sama sõnumi andmegrammid võivad üle võrgu edastada erinevaid marsruute ja jõuda adressaadini juhuslikus järjekorras, mis võib põhjustada võrgu blokeerimist. Marsruudi siselõikudel ei ole edastuse õigsuse kontrolli tagatud ja side usaldusväärsuse tagab ainult juhtimine lõppsõlmes.

Võrgu blokeerimine datagrammi režiimis kutsutakse välja olukord, kui arvutivõrgu sõlme puhvermällu on saabunud nii palju pakette erinevaid sõnumeid, et see mälu on täielikult hõivatud. Järelikult ei saa ta vastu võtta teisi pakette ega vabastada juba vastuvõetud pakette, kuna see on võimalik alles pärast seda, kui kõik sõnumite datagrammid on saabunud.



SEOTUD ARTIKLID