Prinsip penukaran saluran. Rangkaian global dengan penukaran litar dan paket. menjejaskan penghantaran maklumat multimedia

Dalam artikel ini kita akan mempertimbangkan kaedah utama menukar rangkaian.

Dalam rangkaian telefon tradisional, komunikasi antara pelanggan dijalankan menggunakan saluran komunikasi bertukar. Pada mulanya, penukaran saluran komunikasi telefon dilakukan secara manual, kemudian penukaran dilakukan oleh pertukaran telefon automatik (ATS).

Prinsip yang sama digunakan dalam rangkaian komputer. Pelanggan secara geografi jauh mesin pengkomputeran pada rangkaian komputer. Secara fizikalnya mustahil untuk menyediakan setiap komputer dengan talian komunikasi tidak bertukar sendiri, yang akan mereka gunakan pada setiap masa. Oleh itu, dalam hampir semua jaringan komputer beberapa kaedah menukar pelanggan (stesen kerja) sentiasa digunakan, membenarkan akses kepada saluran sedia ada komunikasi untuk beberapa pelanggan, untuk menyediakan beberapa sesi komunikasi serentak.

Bertukar ialah proses menghubungkan pelbagai pelanggan rangkaian komunikasi melalui nod transit. Rangkaian komunikasi mesti memastikan komunikasi antara pelanggan mereka. Pelanggan boleh menjadi komputer, segmen rangkaian tempatan, mesin faks atau teman bicara telefon.

Stesen kerja disambungkan kepada suis menggunakan talian komunikasi individu, setiap satunya digunakan pada bila-bila masa oleh hanya seorang pelanggan yang diberikan kepada talian ini. Suis disambungkan antara satu sama lain menggunakan talian komunikasi yang dikongsi (dikongsi oleh beberapa pelanggan).

Mari kita lihat tiga kaedah utama yang paling biasa untuk menukar pelanggan dalam rangkaian:

pensuisan litar;
penukaran paket;
penukaran mesej.

Pensuisan litar

Pensuisan litar melibatkan pembentukan saluran fizikal komposit berterusan daripada bahagian saluran individu yang disambungkan secara bersiri untuk pemindahan data terus antara nod. Saluran individu disambungkan antara satu sama lain dengan peralatan khas - suis, yang boleh mewujudkan sambungan antara mana-mana nod hujung rangkaian. Dalam rangkaian suis litar, sebelum menghantar data, ia sentiasa perlu untuk melaksanakan prosedur penubuhan sambungan, di mana saluran komposit dicipta.

Masa penghantaran mesej ditentukan daya pengeluaran saluran, panjang pautan dan saiz mesej.

Suis, serta saluran yang menyambungkannya, mesti memastikan penghantaran data serentak daripada beberapa saluran pelanggan. Untuk melakukan ini, mereka mestilah berkelajuan tinggi dan menyokong beberapa jenis teknik pemultipleksan saluran pelanggan.

Kelebihan pensuisan litar:

kadar pemindahan data yang tetap dan diketahui;
urutan ketibaan data yang betul;
kependaman rendah dan berterusan penghantaran data melalui rangkaian.

Kelemahan pensuisan litar:

rangkaian boleh menolak untuk melayan permintaan untuk mewujudkan sambungan;
penggunaan kapasiti saluran fizikal yang tidak rasional, khususnya ketidakupayaan untuk menggunakan peralatan pengguna yang beroperasi pada kelajuan yang berbeza. Bahagian individu litar komposit beroperasi pada kelajuan yang sama kerana rangkaian suis litar tidak menampan data pengguna;
kelewatan wajib sebelum penghantaran data disebabkan oleh fasa penubuhan sambungan.

Penukaran mesej ialah pembahagian maklumat kepada mesej, setiap satunya terdiri daripada pengepala dan maklumat.

Ini ialah kaedah interaksi di mana saluran logik dicipta dengan menghantar mesej secara berurutan melalui nod komunikasi ke alamat yang dinyatakan dalam pengepala mesej.

Dalam kes ini, setiap nod menerima mesej, menulisnya ke memori, memproses pengepala, memilih laluan dan mengeluarkan mesej dari memori ke nod seterusnya.

Masa penghantaran mesej ditentukan oleh masa pemprosesan pada setiap nod, bilangan nod dan kapasiti rangkaian. Apabila pemindahan maklumat dari nod A ke nod komunikasi B tamat, nod A menjadi bebas dan boleh mengambil bahagian dalam mengatur komunikasi lain antara pelanggan, jadi saluran komunikasi digunakan dengan lebih cekap, tetapi sistem kawalan penghalaan akan menjadi kompleks.
Hari ini mesej bertukar masuk bentuk tulen boleh dikatakan tidak wujud.

Pensuisan paket ialah kaedah khas untuk menukar nod rangkaian, yang dicipta khas untuk penghantaran trafik komputer yang terbaik (trafik berdenyut). Eksperimen dalam pembangunan rangkaian komputer pertama, yang berasaskan teknologi pensuisan litar, menunjukkan bahawa pensuisan jenis ini tidak memberi peluang untuk mendapatkan daya pemprosesan yang tinggi. rangkaian komputer. Sebabnya terletak pada sifat trafik yang penuh yang dihasilkan oleh aplikasi rangkaian biasa.

Apabila penukaran paket berlaku, semua mesej yang dihantar oleh pengguna rangkaian dipecahkan di nod sumber kepada bahagian yang agak kecil yang dipanggil paket. Adalah perlu untuk menjelaskan bahawa mesej ialah sekeping data yang dilengkapkan secara logik - permintaan untuk memindahkan fail, respons kepada permintaan ini yang mengandungi keseluruhan fail, dll. Mesej boleh mempunyai panjang sewenang-wenangnya, daripada beberapa bait kepada banyak megabait. Sebaliknya, paket biasanya juga boleh mempunyai panjang berubah-ubah, tetapi dalam had yang sempit, contohnya dari 46 hingga 1500 bait (EtherNet). Setiap paket disediakan dengan pengepala yang menentukan maklumat alamat yang diperlukan untuk menghantar paket ke nod destinasi, serta nombor paket yang akan digunakan oleh nod destinasi untuk memasang mesej.

Suis rangkaian paket berbeza daripada suis litar kerana ia mempunyai memori penimbal dalaman untuk menyimpan sementara paket jika port output suis sibuk menghantar paket lain apabila paket diterima.

Kelebihan penukaran paket:

lebih tahan terhadap kegagalan;
daya pengeluaran rangkaian keseluruhan yang tinggi apabila menghantar trafik pecah;
keupayaan untuk mengagihkan semula lebar jalur komunikasi fizikal secara dinamik.

Kelemahan penukaran paket:

ketidakpastian kelajuan pemindahan data antara pelanggan rangkaian;
kelewatan berubah-ubah paket data;
kemungkinan kehilangan data akibat limpahan penimbal;
Mungkin terdapat penyelewengan dalam urutan ketibaan paket.

Rangkaian komputer menggunakan penukaran paket.

Kaedah penghantaran paket dalam rangkaian:

Kaedah datagram– penghantaran dijalankan sebagai satu set paket bebas. Setiap paket bergerak melalui rangkaian di sepanjang laluannya sendiri dan pengguna menerima paket dalam susunan rawak.

Kelebihan: kesederhanaan proses pemindahan.
Kelemahan: kebolehpercayaan yang rendah disebabkan oleh kemungkinan kehilangan paket dan keperluan perisian untuk memasang paket dan memulihkan mesej.

Saluran logik ialah penghantaran urutan paket yang dipautkan dalam rantaian, disertai dengan penubuhan sambungan awal dan pengesahan penerimaan setiap paket. Jika paket ke-i tidak diterima, maka semua paket berikutnya tidak akan diterima.
Saluran maya– ini adalah saluran logik dengan penghantaran urutan paket yang disambungkan dalam rantai di sepanjang laluan tetap.

Kelebihan: urutan semula jadi data dipelihara; laluan trafik yang mampan; tempahan sumber adalah mungkin.
Kelemahan: kerumitan perkakasan.

Dalam artikel ini, kami menyemak kaedah pensuisan utama dalam rangkaian komputer, dengan penerangan bagi setiap kaedah pensuisan yang menunjukkan kelebihan dan keburukan.

Pensuisan litar membayangkan pembentukan saluran fizikal komposit berterusan daripada bahagian saluran individu yang disambungkan secara berurutan untuk penghantaran data terus antara nod. Saluran individu disambungkan antara satu sama lain dengan peralatan khas - suis, yang boleh mewujudkan sambungan antara mana-mana nod hujung rangkaian. Dalam rangkaian suis litar, sebelum menghantar data, ia sentiasa perlu untuk melaksanakan prosedur penubuhan sambungan, di mana saluran komposit dicipta.

Sebagai contoh, jika rangkaian ditunjukkan dalam Rajah. 2.25, berfungsi menggunakan teknologi pensuisan litar, kemudian nod 1, untuk menghantar data ke nod 7, mesti terlebih dahulu menghantar permintaan khas untuk mewujudkan sambungan ke suis A, menunjukkan alamat destinasi 7. Suis A mesti memilih laluan untuk mencipta saluran komposit, dan kemudian hantar permintaan ke suis seterusnya, V dalam kes ini E. Kemudian suis E menghantar permintaan untuk menukar F, yang seterusnya, menghantar permintaan ke nod 7. Jika nod 7 menerima permintaan untuk mewujudkan sambungan, ia menghantar respons kepada nod asal melalui saluran yang telah ditetapkan, selepas yang mana saluran komposit dianggap bertukar dan nod 1 dan 7 boleh bertukar-tukar data padanya, sebagai contoh, menjalankan perbualan telefon.

Pada masa ini, dua teknik digunakan untuk memultiplekskan saluran pelanggan:

· Teknik Frequency Division Multiplexing (FDM);

· teknik pemultipleksan pembahagian masa (TDM).

Penukaran saluran berdasarkan pemultipleksan frekuensi

Teknologi Frequency Division Multiplexing (FDM) telah dibangunkan untuk rangkaian telefon, tetapi juga digunakan untuk jenis rangkaian lain, seperti rangkaian televisyen kabel.

Mari kita pertimbangkan ciri-ciri pemultipleksan jenis ini menggunakan contoh rangkaian telefon.

Isyarat pertuturan mempunyai lebar spektrum kira-kira 10,000 Hz, tetapi harmonik asas berada dalam julat 300 hingga 3400 Hz. Oleh itu, untuk penghantaran pertuturan berkualiti tinggi, sudah cukup untuk mencipta saluran dengan lebar jalur 3100 Hz antara dua lawan bicara, yang digunakan dalam rangkaian telefon untuk menyambungkan dua pelanggan. Pada masa yang sama, lebar jalur sistem kabel dengan penguat perantaraan yang menyambungkan suis telefon antara satu sama lain biasanya beratus kilohertz, dan kadangkala ratusan megahertz. Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk menghantar isyarat secara langsung daripada beberapa saluran pelanggan melalui saluran jalur lebar, kerana ia semua beroperasi dalam julat frekuensi yang sama dan isyarat daripada pelanggan yang berbeza akan bercampur antara satu sama lain sehingga mustahil untuk memisahkannya.

Pemisahan saluran pelanggan dicirikan oleh teknik memodulasi isyarat sinusoidal pembawa frekuensi tinggi dengan isyarat pertuturan frekuensi rendah. Teknik ini sama dengan teknik modulasi analog apabila menghantar isyarat diskret oleh modem, hanya sebagai ganti isyarat sumber diskret, isyarat berterusan yang dihasilkan oleh getaran bunyi digunakan. Akibatnya, spektrum isyarat termodulat dipindahkan ke julat lain, yang terletak secara simetri berbanding frekuensi pembawa dan mempunyai lebar yang lebih kurang sepadan dengan lebar isyarat modulasi.

Jika isyarat setiap saluran pelanggan dipindahkan ke julat frekuensinya sendiri, maka isyarat daripada beberapa saluran pelanggan boleh dihantar serentak dalam satu saluran jalur lebar.

Input suis FDM menerima isyarat awal daripada pelanggan rangkaian telefon. Suis memindahkan frekuensi setiap saluran ke julat frekuensinya sendiri. Biasanya julat frekuensi tinggi dibahagikan kepada jalur yang diperuntukkan untuk penghantaran data saluran pelanggan. Supaya komponen frekuensi rendah isyarat saluran yang berbeza tidak bercampur antara satu sama lain, jalur dibuat 4 kHz lebar, bukan 3.1 kHz, meninggalkan jurang keselamatan 900 Hz di antara mereka. Dalam saluran antara dua suis FDM, isyarat daripada semua saluran pelanggan dihantar serentak, tetapi setiap satu daripadanya menduduki jalur frekuensinya sendiri. Saluran ini dipanggil dipadatkan.

Suis FDM output memilih isyarat termodulat bagi setiap frekuensi pembawa dan menghantarnya ke saluran keluaran yang sepadan yang telefon pelanggan disambungkan secara langsung.

Dalam rangkaian berdasarkan pensuisan FDM, beberapa tahap hierarki saluran berganda diguna pakai. Tahap pemadatan pertama dibentuk oleh 12 saluran pelanggan, yang membentuk kumpulan asas saluran, menduduki jalur frekuensi 48 kHz lebar dengan sempadan dari 60 hingga 108 kHz. Tahap pemadatan kedua dibentuk oleh 5 kumpulan asas, yang membentuk supergroup, dengan jalur frekuensi 240 kHz dan sempadan dari 312 hingga 552 kHz. Supergroup menghantar data daripada 60 saluran suara pelanggan. Sepuluh supergroup terbentuk kumpulan utama, yang digunakan untuk komunikasi antara suis pada jarak yang jauh. Kumpulan utama menghantar data kepada 600 pelanggan secara serentak dan memerlukan saluran komunikasi mempunyai lebar jalur sekurang-kurangnya 2520 kHz dengan sempadan dari 564 hingga 3084 kHz.

Suis FDM boleh melakukan kedua-dua penukaran dinamik dan berterusan. Dalam pensuisan dinamik, seorang pelanggan memulakan sambungan dengan pelanggan lain dengan menghantar nombor pelanggan yang dipanggil ke rangkaian. Suis memperuntukkan salah satu jalur percuma saluran termampatnya secara dinamik kepada pelanggan ini. Dengan pensuisan berterusan, jalur 4 kHz diperuntukkan kepada pelanggan untuk masa yang lama dengan mengkonfigurasi suis dengan input berasingan yang tidak boleh diakses oleh pengguna.

Prinsip pensuisan berdasarkan pembahagian frekuensi kekal tidak berubah dalam rangkaian jenis lain; hanya sempadan jalur yang diperuntukkan kepada saluran pelanggan individu berubah, serta bilangan saluran berkelajuan rendah dalam saluran berkelajuan tinggi yang padat.

Pensuisan litar berdasarkan perkongsian masa

Pensuisan pembahagian frekuensi direka untuk membawa isyarat berterusan yang mewakili suara. Semasa peralihan kepada bentuk digital perwakilan suara, teknik pemultipleksan baharu telah dibangunkan, memfokuskan pada sifat diskret data yang dihantar.

Teknik ini dipanggil pemultipleksan pembahagian masa (TDM). Nama lain adalah kurang biasa digunakan - teknik mod pemindahan segerak (STM).

Peralatan rangkaian TDM - pemultipleks, suis, demultiplexer - beroperasi dalam mod perkongsian masa, secara bergilir-gilir menservis semua saluran pelanggan semasa kitaran operasinya. Kitaran pengendalian peralatan TDM ialah 125 μs, yang sepadan dengan tempoh pengukuran suara dalam saluran pelanggan digital. Ini bermakna pemultipleks atau suis berjaya memberi perkhidmatan kepada mana-mana saluran pelanggan tepat pada masanya dan menghantar pengukuran seterusnya lebih jauh di sepanjang rangkaian. Setiap sambungan diperuntukkan satu keping masa kitaran operasi perkakasan, juga dipanggil slot masa. Tempoh slot masa bergantung pada bilangan saluran pelanggan yang disampaikan oleh pemultipleks atau suis TDM.

Pemultipleks menerima maklumat melalui saluran input N daripada pelanggan akhir, setiap satunya menghantar data melalui saluran pelanggan pada kelajuan 64 Kbps - 1 bait setiap 125 μs. Dalam setiap kitaran, pemultipleks melakukan tindakan berikut:

· menerima bait data seterusnya daripada setiap saluran;

· menyusun bingkai termampat daripada bait yang diterima, juga dipanggil bingkai;

· penghantaran bingkai termampat ke saluran keluaran dengan kadar bit sama dengan N*64 Kbit/s.

Susunan bait dalam pemegang sepadan dengan bilangan saluran input dari mana bait ini diterima. Bilangan saluran pelanggan yang disampaikan oleh pemultipleks bergantung pada kelajuannya. Sebagai contoh, pemultipleks T1, pemultipleks perindustrian pertama yang menggunakan teknologi TDM, menyokong 24 saluran pelanggan input, menghasilkan klip output standard T1 yang dihantar pada kadar bit 1.544 Mbps.

Demultiplexer melakukan tugas yang bertentangan - ia menghuraikan bait bingkai termampat dan mengedarkannya merentasi beberapa saluran keluarannya, sementara ia menganggap bahawa nombor jujukan bait dalam bingkai sepadan dengan bilangan saluran keluaran.

Suis menerima bingkai termampat melalui saluran berkelajuan tinggi daripada pemultipleks dan menulis setiap bait daripadanya ke dalam sel berasingan memori penimbalnya, dan mengikut susunan bait ini dimasukkan ke dalam bingkai termampat. Untuk melaksanakan operasi pensuisan, bait diambil daripada memori penimbal bukan mengikut susunan yang diterima, tetapi dalam susunan yang sepadan dengan sambungan pelanggan yang disokong pada rangkaian. Jadi, sebagai contoh, jika pelanggan pertama di sebelah kiri rangkaian dalam Rajah. 2.28 mesti menyambung kepada pelanggan kedua di sebelah kanan rangkaian, maka bait yang ditulis pada sel memori penimbal pertama akan diambil daripadanya kedua. "Mengaduk" dengan cara yang betul bait dalam klip, suis menyediakan sambungan pelanggan akhir dalam rangkaian.

Setelah diperuntukkan, nombor slot masa kekal di pelupusan sambungan slot saluran input-output untuk sepanjang hayat sambungan itu, walaupun jika trafik yang dihantar adalah pecah dan tidak selalu memerlukan bilangan slot masa yang diperuntukkan. Ini bermakna sambungan dalam rangkaian TDM sentiasa mempunyai daya pemprosesan yang diketahui dan tetap iaitu gandaan 64 Kbps.

Pengendalian peralatan TDM adalah serupa dengan pengendalian rangkaian bertukar paket, kerana setiap bait data boleh dianggap sebagai paket asas. Walau bagaimanapun, tidak seperti paket rangkaian komputer, "paket" rangkaian TDM tidak mempunyai alamat unik. Alamatnya ialah nombor siri dalam klip atau nombor slot masa yang diperuntukkan dalam pemultipleks atau suis. Rangkaian menggunakan teknologi TDM memerlukan operasi segerak semua peralatan, yang menentukan nama kedua teknologi ini - mod penghantaran segerak (STM). Pelanggaran penyegerakan memusnahkan penukaran pelanggan yang diperlukan, kerana maklumat alamat hilang. Oleh itu, pengagihan semula slot masa antara saluran yang berbeza dalam peralatan TDM adalah mustahil, walaupun dalam beberapa kitaran pemultipleks slot masa salah satu saluran ternyata berlebihan, kerana tiada data untuk penghantaran pada input saluran ini pada masa itu (contohnya, pelanggan rangkaian telefon senyap).

Terdapat pengubahsuaian teknik TDM yang dipanggil pembahagian saluran statistik dalam masa (Statistik TDM, STDM). Teknik ini direka khusus untuk menggunakan slot masa lapang sementara pada satu saluran untuk meningkatkan daya pengeluaran yang lain. Untuk menyelesaikan masalah ini, setiap bait data ditambah dengan medan alamat panjang pendek, contohnya 4 atau 5 bit, yang membolehkan pemultipleksan 16 atau 32 saluran. Walau bagaimanapun, teknik STDM tidak menemui aplikasi yang meluas dan digunakan terutamanya dalam peralatan bukan standard untuk menyambungkan terminal ke kerangka utama. Perkembangan idea pemultipleksan statistik adalah teknologi mod penghantaran tak segerak - ATM, yang menyerap ciri terbaik teknologi pensuisan saluran dan paket.

Rangkaian TDM boleh menyokong sama ada mod penukaran dinamik atau mod penukaran berterusan, dan kadangkala kedua-dua mod. Sebagai contoh, mod utama rangkaian telefon digital yang beroperasi berdasarkan teknologi TDM ialah pensuisan dinamik, tetapi mereka juga menyokong pensuisan kekal, memberikan pelanggan mereka perkhidmatan litar khusus.

Terdapat peralatan yang hanya menyokong mod pensuisan berterusan. Ini termasuk peralatan jenis T1/E1, serta peralatan SDH berkelajuan tinggi. Peralatan sedemikian digunakan untuk membina rangkaian utama, fungsi utamanya adalah untuk mencipta saluran khusus antara suis yang menyokong pensuisan dinamik.

Hari ini, hampir semua data - suara, imej, data komputer - dihantar dalam bentuk digital. Oleh itu, saluran khusus teknologi TDM, yang menyediakan tahap yang lebih rendah untuk penghantaran data digital, adalah saluran universal untuk membina rangkaian apa-apa jenis: telefon, televisyen dan komputer.

Kaedah penukaran dan penghalaan maklumat dalam rangkaian. Rangkaian global telah melalui tiga peringkat dalam pembangunan mereka:

I. 60an. Menggunakan rangkaian telefon sedia ada.

Dua ABS boleh berinteraksi antara satu sama lain dengan menyambung ke rangkaian telefon antarabangsa (TN) melalui modem dengan mendail nombor telefon yang diperlukan

Ciri-ciri utama:

Interaksi dikawal secara pemrograman.
Mod interaksi tak segerak telah digunakan.
Kelajuan penghantaran maksimum 800 bps.
Kelebihan: ubiquity rangkaian telefon menyediakan ketersediaan universal untuk penghantaran data.
Kelemahan: kelajuan pemindahan data tegar. Jika mesin memerlukan kelajuan penghantaran yang lebih rendah, maka keupayaan saluran tidak digunakan. Jika lebih, maka saluran telefon tidak dapat memuaskannya.

II.70an. Kemunculan rangkaian data.

Dua ABS berinteraksi antara satu sama lain melalui rangkaian penghantaran data. Sambungan sistem pelanggan ke rangkaian (Rajah 10) dijalankan melalui suis talian telefon melalui modem (dalam kes luar biasa - melalui talian khusus).

Ciri-ciri utama:

Interaksi diuruskan melalui salah satu AS.
Rangkaian membenarkan penggunaan mod penghantaran segerak (di bawah talian pajakan). Kelajuan penghantaran MAX 64 Kbps (melalui talian khusus).
Nod direka untuk menukar dan menghala maklumat digital yang tiba melalui saluran khusus dan mempunyai struktur berikut, dibentangkan
Kelebihan: Secara relatifnya kelajuan tinggi penghantaran data.
Kelemahan: Tiada keupayaan untuk menghantar data dan pertuturan melalui saluran yang sama.

III. 80an - 90an. Rangkaian penggunaan biasa , sepadan dengan model sambungan sistem terbuka (OSI).

Ciri-ciri utama:

Mana-mana komputer disambungkan ke rangkaian penghantaran melalui antara muka (pintu masuk), yang memastikan penyelarasan data yang terhasil. Data dan suara boleh dihantar melalui rangkaian yang sama.
Salah satu ciri utama nod rangkaian data ialah penukaran dan penghalaan maklumat. Intipatinya terletak pada pilihan oleh Nod Komunikasi bagi urutan saluran yang melaluinya paket harus dihantar (blok ke dalamnya pelbagai maklumat dibahagikan sebelum penghantaran). Contoh pertukaran maklumat dikemukakan. Berikut ialah nod KS yang menghubungkan sistem pelanggan A (menghantar) dengan sistem pelanggan B (menerima).
Perisian nod perlu membuat keputusan dalam susunan dan melalui saluran apa untuk menghantar paket ini kepada pelanggan B. Proses ini dikatakan sebagai pertukaran maklumat dalam nod. Terdapat dua cara untuk menukar maklumat: pensuisan litar dan pensuisan paket. Dalam kes pertama (pensuisan saluran), pensuisan saluran fizikal dijalankan sebelum ini sekali mengikut skema. Dalam pensuisan saluran, sambungan antara pelanggan A dan pelanggan B mula-mula diwujudkan dengan menghantar isyarat tertentu, yang, menggunakan isyarat maklum balas, memaklumkan tentang kesediaannya untuk menerima mesej. Selepas ini, pelanggan A mula menghantar data. Masa penghantaran data bergantung pada panjang mesej yang dihantar, kapasiti saluran (masa penghantaran data) dan masa penyebaran isyarat di sepanjang saluran. Pada masa penghantaran, tiada bahagian saluran boleh digunakan oleh ABS lain.
Kaedah penukaran saluran adalah mudah, tetapi mempunyai beberapa kelemahan yang ketara:
Masa yang diperlukan untuk mengatur talian untuk menghantar maklumat agak panjang.

Penggunaan saluran komunikasi yang tidak rasional. Semasa sesi, mungkin terdapat jeda yang lama antara dua pelanggan, tetapi saluran komunikasi antara pelanggan ini tidak boleh diduduki oleh orang lain semasa jeda. Kebolehpercayaan pemindahan maklumat yang rendah. Ini disebabkan oleh fakta bahawa data yang dihantar melalui urutan saluran tidak disemak di mana-mana. Keinginan untuk menghapuskan kekurangan ini membawa kepada penciptaan penukaran paket. Intinya ialah di sini setiap paket mempunyai alamat destinasi dan dihantar secara bebas melalui subnet. Apabila menggunakan kaedah ini, nod menyemak alamat paket dan bagi setiap daripada mereka keputusan dibuat mengenai saluran seterusnya untuk menghantarnya. Di sini, tiada pasangan pelanggan yang menduduki mana-mana saluran secara eksklusif semasa sesi interaksi.

Kaedah penukaran paket mempunyai beberapa kelebihan yang ketara:

Penggunaan saluran komunikasi yang berkesan dengan membahagikan masa operasi saluran antara dalam pasangan yang berbeza pelanggan (multiplexing strim data). Proses pemultipleksan data
Kebolehpercayaan tinggi maklumat yang dihantar. Ia dicapai dengan menyemak setiap paket oleh semua nod rangkaian.
Penyediaan hampir serta-merta keupayaan untuk menghantar maklumat (tidak perlu menunggu sehingga saluran yang membentuk laluan dari Ab-sender kepada Ab-recipient adalah percuma.

Kaedah pensuisan litar untuk semua kekurangannya, ia mempunyai satu kelebihan berbanding penukaran paket. Ia terletak pada hakikat bahawa dengan pemilikan eksklusif saluran, semua paket melalui laluan dalam masa yang sama. Apabila menukar paket, beban puncak pada nod mungkin menyebabkan beberapa kelewatan. Dengan mengambil kira kelebihan kaedah pensuisan litar yang dinyatakan, kaedah pensuisan paket kini sedang dimodenkan. Ia direka bentuk untuk menjadi komprehensif, menyediakan kedua-dua pensuisan litar dan pensuisan paket. Rangkaian sedemikian dipanggil rangkaian diskret dengan perkhidmatan bersepadu. Rangkaian ini dipanggil diskret kerana ia menghantar isyarat diskret. Perkhidmatan bersepadu bermakna setiap rangkaian tersebut pada masa hadapan akan menggantikan hampir semua rangkaian komunikasi: telefon, telegraf, teletaip, dsb. Intipati kaedah moden penghantaran paket ialah mana-mana saluran penghantaran data subnet komunikasi boleh beroperasi dalam 2 mod: eksklusif dan kolektif. Oleh itu, paket pertama bagi urutan paket yang dihantar mesti memaklumkan semua nod tentang mod di mana paket baki urutan ini harus dihantar

Penukaran saluran boleh

spatial
temporal.

Suis ruang saiz N*M ialah grid (matriks) di mana input N disambungkan ke bas mendatar, dan output M disambungkan ke bas menegak. Nod grid mempunyai elemen pensuisan, dan dalam setiap lajur grid tidak lebih daripada satu elemen boleh dibuka. Jika 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 - nombor besar menukar elemen dalam matriks segi empat sama, sama dengan N2. Untuk menghapuskan kelemahan ini, suis berbilang peringkat digunakan. Sebagai contoh, litar suis tiga peringkat 6*6 kelihatan seperti: Keadaan yang mencukupi untuk ketiadaan penyekatan input ialah kesamaan k > 2*n-1. Di sini k ialah bilangan blok dalam peringkat pertengahan, n = N/p; p ialah bilangan blok dalam peringkat input. Dalam rajah yang ditunjukkan. Dalam rajah 1.3, syarat ini tidak dipenuhi, jadi penyekatan adalah mungkin. Sebagai contoh, jika anda ingin membuat sambungan a1-d1, tetapi sambungan a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2 sebelum ini disambungkan, maka bas b1, c3 dan c5 tersedia untuk a1, tetapi ia tidak membawa kepada d1. Dalam suis berbilang peringkat, bilangan elemen pensuisan dikurangkan dengan ketara dengan mengorbankan sedikit peningkatan dalam kelewatan. Jadi, apabila menggantikan suis satu peringkat 1000*1000 dengan satu tiga peringkat dengan n = 22 dan k = 43, bilangan suis berkurangan daripada 10 6 kepada 2*46*22*43+43*46*46, i.e. kepada lebih kurang 0.186*10 6.

Tukar masa dibina berdasarkan memori penimbal, rakaman dilakukan dalam selnya dengan pengundian berurutan input, dan penukaran dilakukan dengan membaca data kepada output daripada sel memori yang dikehendaki. Dalam kes ini, terdapat kelewatan untuk tempoh satu kitaran baca-tulis. Pada masa ini, pensuisan sementara atau campuran kebanyakannya digunakan. Dalam kebanyakan kes, penukaran paket adalah paling berkesan. Pertama, penghantaran data dalam rangkaian konfigurasi kompleks dipercepatkan kerana fakta bahawa penghantaran selari paket mesej yang sama adalah mungkin di bahagian rangkaian yang berlainan; kedua, apabila ralat berlaku, paket pendek mesti dihantar semula, bukannya keseluruhan mesej yang panjang. Di samping itu, had atas pada saiz paket membolehkan anda bertahan dengan jumlah memori penimbal yang lebih kecil dalam nod perantaraan di sepanjang laluan penghantaran data dalam rangkaian.

Terdapat dua mod operasi dalam rangkaian pensuisan paket:

mod saluran maya(atau dikenali sebagai komunikasi berorientasikan sambungan)
mod datagram (komunikasi tanpa sambungan).

DALAM mod saluran maya paket satu mesej dihantar dalam susunan semula jadi di sepanjang laluan yang ditetapkan. Dalam kes ini, tidak seperti pensuisan saluran, talian komunikasi boleh dipisahkan oleh banyak mesej apabila paket dihantar secara bergilir-gilir melalui saluran mesej yang berbeza(ini adalah apa yang dipanggil mod pemultipleksan masa, sebaliknya TDM - Kaedah Pembahagian Masa), atau kelewatan dalam penimbal perantaraan. Peruntukan dibuat untuk mengawal ketepatan pemindahan data dengan menghantar mesej pengesahan daripada penerima kepada penghantar - resit positif. Kawalan ini boleh dilakukan pada semua nod perantaraan laluan dan hanya pada nod akhir. Ia boleh dijalankan dengan cara henti-henti, di mana pengirim tidak menghantar sehingga itu pakej seterusnya sehingga ia menerima pengesahan tentang penghantaran yang betul paket sebelumnya, atau kaedah penghantaran "dalam tetingkap". Tetingkap mungkin termasuk N paket, dan mungkin terdapat kelewatan dalam menerima pengakuan sepanjang tetingkap. Jadi, jika ralat berlaku semasa penghantaran, i.e. pengirim menerima pengakuan negatif bagi nombor paket K, maka penghantaran semula diperlukan dan ia bermula dengan paket K. Sebagai contoh, dalam rangkaian anda boleh menggunakan saiz tetingkap berubah-ubah. Oleh itu, selaras dengan pengesyoran dokumen RFC-793, masa menunggu untuk pengesahan dikira dengan formula Tav = 2*Tav, di mana Tav:= 0.9*Tav + 0.1*Ti, Tav ialah nilai purata masa ia mengambil satu paket untuk pergi ke penerima dan kembali , Ti ialah hasil daripada pengukuran seterusnya pada masa ini.

Dalam mod datagram Mesej dibahagikan kepada datagram. Datagram ialah sekeping maklumat yang dihantar secara bebas daripada bahagian lain mesej yang sama dalam rangkaian komputer bertukar paket. Datagram mesej yang sama boleh dihantar melalui rangkaian di sepanjang laluan yang berbeza dan tiba kepada penerima dalam susunan rawak, yang boleh menyebabkan penyekatan rangkaian. Pada bahagian dalaman laluan, kawalan ketepatan penghantaran tidak disediakan dan kebolehpercayaan komunikasi hanya dipastikan dengan kawalan pada nod akhir. Penyekatan rangkaian dalam mod datagram ialah keadaan apabila begitu banyak paket mesej yang berbeza telah tiba dalam memori penimbal nod rangkaian komputer sehingga memori ini diduduki sepenuhnya. Akibatnya, ia tidak boleh menerima paket lain dan tidak boleh mengeluarkan paket yang telah diterima, kerana ini hanya boleh dilakukan selepas semua datagram mesej telah tiba. Jenis awal mesej boleh menjadi suara, imej, teks, data. Untuk menghantar bunyi, telefon digunakan secara tradisional, imej - televisyen, teks - telegraf (teletaip), data - rangkaian komputer. Penghantaran dokumen (teks) boleh dikodkan atau faksimili. Untuk menghantar bunyi, imej dan data dalam satu persekitaran, rangkaian yang dipanggil rangkaian perkhidmatan bersepadu digunakan.

Penghantaran mesej berkod antara peranti storan yang terletak di nod rangkaian maklumat dipanggil teleteks (berbanding teleks - komunikasi teletaip), dan komunikasi faks dipanggil telefaks. Jenis teleteks: mel elektronik (E-mel) - pertukaran mesej antara dua pengguna rangkaian, pertukaran fail, "papan buletin" dan telesidang - mesej siaran. Mewujudkan sambungan antara pengirim dan penerima dengan keupayaan untuk bertukar-tukar mesej tanpa kelewatan masa yang ketara mencirikan mod pengendalian dalam talian. Dengan kelewatan yang ketara dalam menyimpan maklumat dalam nod perantaraan, kami mempunyai mod luar talian. Komunikasi boleh menjadi sehala (simplex), dengan penghantaran maklumat berselang-seli dalam kedua-dua arah (half-dupleks) atau serentak dalam kedua-dua arah (dupleks). Ini ialah satu set peraturan semantik dan sintaksis yang menentukan kelakuan blok berfungsi rangkaian semasa menghantar data. Dalam erti kata lain, protokol ialah satu set perjanjian mengenai cara data diwakili, memastikan penghantarannya kepada dalam arah yang betul dan tafsiran data yang betul oleh semua peserta dalam proses pertukaran maklumat. Oleh kerana pertukaran maklumat adalah proses pelbagai fungsi, protokol dibahagikan kepada peringkat. Setiap peringkat termasuk sekumpulan fungsi yang berkaitan. Untuk interaksi yang betul bagi nod rangkaian komputer yang berbeza, seni binanya mestilah terbuka. Matlamat ini dilaksanakan melalui penyatuan dan penyeragaman dalam bidang telekomunikasi dan rangkaian komputer.

11.04.2007 17:46

Pendekatan yang berbeza untuk melakukan pensuisan
Dalam kes umum, penyelesaian kepada setiap masalah pensuisan tertentu adalah untuk menentukan aliran dan laluan yang sepadan, menetapkan laluan dalam parameter konfigurasi dan jadual peranti rangkaian, pengecaman strim dan pemindahan data antara antara muka satu peranti, pemultipleksan/penyahmultipleksan strim dan pemisahan media penghantaran berkait rapat dengan penyelesaian semua yang lain. Kompleks penyelesaian teknikal Masalah pensuisan umum bersama-sama membentuk asas kepada mana-mana teknologi rangkaian. Bergantung pada mekanisme untuk penghalaan, pemajuan data dan perkongsian saluran komunikasi tertanam dalam teknologi rangkaian tertentu, sifat asasnya bergantung.

Di antara banyak pendekatan yang mungkin untuk menyelesaikan masalah menukar pelanggan dalam rangkaian, terdapat dua pendekatan asas:

pensuisan litar;

penukaran paket.

Secara luaran, kedua-dua skema ini sepadan dengan yang ditunjukkan dalam Rajah. 1 struktur rangkaian, tetapi keupayaan dan sifatnya berbeza.

nasi. 1. Struktur am rangkaian bertukar

Rangkaian suis litar mempunyai lebih banyak lagi sejarah yang kaya, mereka berasal dari rangkaian telefon pertama. Rangkaian pensuisan paket agak baru, telah muncul pada akhir 1960-an hasil daripada eksperimen dengan rangkaian komputer kawasan luas yang pertama. Setiap skim ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri, tetapi menurut ramalan jangka panjang ramai pakar, masa depan adalah milik teknologi pensuisan paket, kerana ia lebih fleksibel dan universal.

Pensuisan litar
Apabila menukar saluran, rangkaian pensuisan membentuk saluran fizikal komposit berterusan antara nod akhir daripada bahagian saluran perantaraan yang disambungkan secara bersiri oleh suis. Syarat fakta bahawa beberapa saluran fizikal, apabila disambungkan secara bersiri, membentuk saluran fizikal tunggal, ialah kesamaan kadar pemindahan data dalam setiap saluran fizikal konstituen. Kesamaan kelajuan bermakna suis rangkaian sedemikian tidak perlu menampan data yang dihantar.

Dalam rangkaian suis litar, sebelum menghantar data, ia sentiasa perlu untuk melaksanakan prosedur penubuhan sambungan, di mana saluran komposit dicipta. Dan hanya selepas itu anda boleh mula memindahkan data.

Sebagai contoh, jika rangkaian ditunjukkan dalam Rajah. 1 beroperasi menggunakan teknologi pensuisan litar, kemudian nod 1, untuk menghantar data ke nod 7, mesti menghantar permintaan khas terlebih dahulu untuk mewujudkan sambungan ke suis A, menunjukkan alamat destinasi 7. Suis A mesti memilih laluan untuk mencipta komposit saluran, dan kemudian hantar permintaan ke suis seterusnya, dalam kes ini E. Kemudian suis E menghantar permintaan untuk menukar F, yang seterusnya, menghantar permintaan ke nod 7. Jika nod 7 menerima permintaan untuk mewujudkan sambungan, ia menghantar respons kepada nod sumber melalui saluran yang telah ditetapkan, selepas itu saluran komposit dianggap ditukar, dan nod 1 dan 7 boleh bertukar-tukar data di atasnya.

nasi. 2. Mewujudkan saluran komposit

Teknik pensuisan litar mempunyai kelebihan dan kekurangannya.

Kelebihan pensuisan litar

Kadar pemindahan data yang malar dan diketahui melalui saluran yang ditubuhkan antara nod akhir. Ini memberi pengguna rangkaian peluang, berdasarkan penilaian pra-dibuat tentang lebar jalur yang diperlukan untuk penghantaran data berkualiti tinggi, untuk mewujudkan saluran kelajuan yang diperlukan dalam rangkaian.

Latensi rendah dan berterusan penghantaran data melalui rangkaian. Ini membolehkan penghantaran data sensitif kelewatan yang berkualiti tinggi (juga dipanggil trafik masa nyata) - suara, video dan pelbagai maklumat teknologi.

Kelemahan Pensuisan Litar

Rangkaian enggan melayan permintaan sambungan. Keadaan ini mungkin timbul disebabkan oleh fakta bahawa di beberapa bahagian rangkaian sambungan perlu diwujudkan di sepanjang saluran yang melaluinya jumlah maksimum aliran maklumat yang mungkin telah berlalu. Kegagalan juga boleh berlaku pada bahagian akhir saluran komposit - contohnya, jika pelanggan dapat mengekalkan hanya satu sambungan, yang biasa untuk banyak rangkaian telefon. Apabila panggilan kedua tiba kepada pelanggan yang sedang bercakap, rangkaian menghantar bip pendek kepada pelanggan yang memanggil - isyarat sibuk.

Penggunaan kapasiti saluran fizikal yang tidak rasional. Bahagian lebar jalur yang diperuntukkan kepada saluran komposit selepas sambungan diwujudkan disediakan kepadanya untuk sepanjang masa, i.e. sehingga sambungan terputus. Walau bagaimanapun, pelanggan tidak selalu memerlukan lebar jalur saluran semasa sambungan; sebagai contoh, mungkin terdapat jeda dalam perbualan telefon; interaksi komputer lebih tidak sekata dalam masa. Ketidakupayaan untuk mengagihkan semula lebar jalur secara dinamik adalah had asas bagi rangkaian suis litar, kerana unit penukaran di sini ialah aliran maklumat secara keseluruhan.

Kelewatan mandatori sebelum penghantaran data disebabkan oleh fasa penubuhan sambungan.
Kelebihan dan kekurangan mana-mana teknologi rangkaian adalah relatif. Dalam situasi tertentu, kelebihan ditonjolkan, dan keburukan menjadi tidak penting. Oleh itu, teknik pensuisan litar berfungsi dengan baik dalam kes di mana hanya trafik perlu dihantar perbualan telefon. Di sini, kita boleh bersabar dengan ketidakupayaan untuk "memotong" jeda daripada perbualan dan lebih rasional menggunakan saluran fizikal tulang belakang antara suis. Tetapi apabila menghantar trafik komputer yang sangat tidak sekata, ketidakrasionalan ini sudah menjadi perhatian.

Penukaran paket
Teknik pensuisan ini direka khusus untuk penghantaran trafik komputer yang cekap. Langkah pertama ke arah mencipta rangkaian komputer berdasarkan teknologi pensuisan litar menunjukkan bahawa pensuisan jenis ini tidak membenarkan pencapaian keseluruhan rangkaian yang tinggi. Aplikasi rangkaian biasa menjana trafik secara sporadis, dengan tahap pecah kadar data yang tinggi. Contohnya, apabila mengakses pelayan fail jauh, pengguna mula-mula melihat kandungan direktori pelayan itu, yang mengakibatkan pemindahan sejumlah kecil data. Ia kemudian membuka fail yang diperlukan masuk penyunting teks, dan operasi ini boleh mencipta banyak pertukaran data, terutamanya jika fail mengandungi kemasukan grafik yang besar. Selepas memaparkan beberapa halaman fail, pengguna bekerja dengan mereka secara tempatan untuk seketika, yang tidak memerlukan pemindahan rangkaian sama sekali, dan kemudian mengembalikan salinan halaman yang diubah suai ke pelayan - sekali lagi mencipta pemindahan rangkaian intensif.

Faktor riak trafik pengguna rangkaian individu, sama dengan nisbah purata keamatan pertukaran data kepada maksimum yang mungkin, boleh mencapai 1:50 atau 1:100. Jika untuk sesi yang diterangkan kami mengatur penukaran saluran antara komputer pengguna dan pelayan, maka kebanyakan masa saluran akan melahu. Pada masa yang sama, keupayaan menukar rangkaian akan diberikan kepada pasangan pelanggan ini dan tidak akan tersedia kepada pengguna rangkaian lain.

Apabila penukaran paket berlaku, semua mesej yang dihantar pengguna dipecahkan di nod sumber kepada kepingan yang agak kecil yang dipanggil paket. Mari kita ingat bahawa mesej ialah sekeping data yang dilengkapkan secara logik - permintaan untuk memindahkan fail, respons kepada permintaan ini yang mengandungi keseluruhan fail, dsb. Mesej boleh panjang apa-apa, daripada beberapa bait kepada banyak megabait. Sebaliknya, paket biasanya juga boleh mempunyai panjang berubah-ubah, tetapi dalam had yang sempit, contohnya dari 46 hingga 1500 bait. Setiap paket disediakan dengan pengepala yang menentukan maklumat alamat yang diperlukan untuk menghantar paket ke nod destinasi, serta nombor paket yang akan digunakan oleh nod destinasi untuk memasang mesej (Rajah 3). Paket diangkut melalui rangkaian sebagai bebas blok maklumat. Suis rangkaian menerima paket daripada nod akhir dan, berdasarkan maklumat alamat, menghantarnya kepada satu sama lain, dan akhirnya ke nod destinasi.

nasi. 3. Membahagikan mesej kepada paket

Suis rangkaian paket berbeza daripada suis litar kerana ia mempunyai memori penimbal dalaman untuk penyimpanan sementara paket jika port output suis sibuk menghantar paket lain pada masa paket diterima (Rajah 3). Dalam kes ini, paket kekal untuk beberapa lama dalam baris gilir paket dalam memori penimbal port output, dan apabila gilirannya sampai, ia dipindahkan ke suis seterusnya. Skim penghantaran data ini membolehkan anda melancarkan denyutan trafik pada pautan tulang belakang antara suis dan dengan itu menggunakannya dengan paling berkesan untuk meningkatkan kapasiti rangkaian secara keseluruhan.

Sememangnya, untuk sepasang pelanggan, yang paling berkesan ialah menyediakan mereka dengan penggunaan tunggal saluran komunikasi bertukar, seperti yang dilakukan dalam rangkaian suis litar. Dalam kes ini, masa interaksi pasangan pelanggan ini adalah minimum, kerana data akan dihantar dari satu pelanggan kepada pelanggan lain tanpa berlengah-lengah. Pelanggan tidak berminat dengan masa henti saluran semasa jeda penghantaran; adalah penting bagi mereka untuk menyelesaikan masalah mereka dengan cepat. Rangkaian bertukar paket memperlahankan proses interaksi antara sepasang pelanggan tertentu, kerana paket mereka mungkin menunggu pada suis sementara sambungan batang paket lain yang tiba di suis lebih awal dihantar.

Walau bagaimanapun, jumlah keseluruhan data komputer yang dihantar oleh rangkaian seunit masa menggunakan teknik pensuisan paket akan lebih tinggi daripada menggunakan teknik pensuisan litar. Ini berlaku kerana denyutan pelanggan individu mengikut undang-undang bilangan yang besar diedarkan dalam masa supaya kemuncaknya tidak bertepatan. Oleh itu, suis sentiasa dan agak sekata dimuatkan dengan kerja jika bilangan pelanggan yang mereka berkhidmat adalah benar-benar besar. Dalam Rajah. Rajah 4 menunjukkan bahawa trafik yang datang dari nod hujung ke suis diagihkan dengan sangat tidak sekata dari semasa ke semasa. Walau bagaimanapun, suis pada tahap hierarki yang lebih tinggi, yang menyediakan sambungan antara suis pada tahap yang lebih rendah, dimuatkan dengan lebih sekata dan aliran paket dalam terusan utama suis penyambung tingkat atas, mempunyai kadar penggunaan hampir maksimum. Penimbalan melancarkan riak, jadi faktor riak pada saluran trunk jauh lebih rendah daripada saluran akses pelanggan - ia boleh sama dengan 1:10 atau 1:2.

nasi. 4. Melancarkan trafik pecah dalam rangkaian bertukar paket

Kecekapan rangkaian suis paket yang lebih tinggi berbanding rangkaian suis litar (dengan kapasiti saluran komunikasi yang sama) telah terbukti pada tahun 60-an secara eksperimen dan menggunakan pemodelan simulasi. Analogi dengan sistem pengendalian berbilang program adalah sesuai di sini. Setiap program individu dalam sistem sedemikian mengambil masa yang lebih lama untuk dilaksanakan berbanding dalam sistem satu program, di mana program diperuntukkan sepanjang masa pemproses sehingga pelaksanaannya selesai. Walau bagaimanapun, jumlah bilangan program yang dilaksanakan setiap unit masa adalah lebih besar dalam sistem berbilang atur cara berbanding dalam sistem satu program.
Rangkaian bertukar paket memperlahankan proses interaksi antara sepasang pelanggan tertentu, tetapi meningkatkan daya pengeluaran rangkaian secara keseluruhan.

Kelewatan pada sumber penghantaran:

masa untuk menghantar tajuk;

kelewatan yang disebabkan oleh selang antara penghantaran setiap paket berikutnya.

Kelewatan dalam setiap suis:

masa penimbalan paket;

masa bertukar, yang terdiri daripada:

masa menunggu untuk paket dalam baris gilir (nilai pembolehubah);
masa yang diperlukan untuk satu paket bergerak ke port output.

Kelebihan Packet Switching

Daya tampung rangkaian keseluruhan yang tinggi apabila menghantar trafik pecah.

Keupayaan untuk mengagihkan semula lebar jalur komunikasi fizikal secara dinamik antara pelanggan mengikut keperluan sebenar lalu lintas mereka.

Kelemahan Penukaran Paket

Ketidakpastian dalam kadar pemindahan data antara pelanggan rangkaian, disebabkan oleh fakta bahawa kelewatan dalam baris gilir penimbal suis rangkaian bergantung kepada jumlah beban rangkaian.

Jumlah kelewatan yang berubah-ubah untuk paket data, yang boleh menjadi agak lama semasa detik kesesakan rangkaian serta-merta.

Kemungkinan kehilangan data akibat limpahan penimbal.
Pada masa ini, kaedah sedang giat dibangunkan dan dilaksanakan untuk mengatasi keburukan yang ditunjukkan, yang sangat akut untuk trafik sensitif kelewatan yang memerlukan kelajuan penghantaran yang berterusan. Kaedah sedemikian dipanggil kaedah Kualiti Perkhidmatan (QoS).

Rangkaian bertukar paket, yang melaksanakan teknik kualiti perkhidmatan, membenarkan penghantaran serentak jenis lain lalu lintas, termasuk yang penting seperti trafik telefon dan komputer. Oleh itu, kaedah penukaran paket hari ini dianggap paling menjanjikan untuk membina rangkaian tertumpu yang akan menyediakan perkhidmatan berkualiti tinggi yang komprehensif untuk pelanggan dalam apa jua jenis. Walau bagaimanapun, kaedah pensuisan litar tidak boleh didiskaunkan. Hari ini mereka bukan sahaja berfungsi dengan jayanya dalam rangkaian telefon tradisional, tetapi juga digunakan secara meluas untuk membentuk sambungan kekal berkelajuan tinggi dalam apa yang dipanggil rangkaian utama (tulang belakang) teknologi SDH dan DWDM, yang digunakan untuk mencipta saluran fizikal tulang belakang antara telefon atau suis rangkaian komputer. Pada masa hadapan, kemungkinan besar teknologi pensuisan baharu akan muncul, dalam satu bentuk atau yang lain menggabungkan prinsip pensuisan paket dan saluran.

Penukaran mesej
Penukaran mesej adalah serupa pada prinsipnya dengan pensuisan paket. Penukaran mesej bermaksud pemindahan satu blok data antara komputer transit pada rangkaian dengan penimbalan sementara blok ini pada cakera setiap komputer. Mesej, tidak seperti paket, mempunyai panjang sewenang-wenangnya, yang ditentukan bukan oleh pertimbangan teknologi, tetapi oleh kandungan maklumat yang membentuk mesej.

Komputer transit boleh disambungkan antara satu sama lain sama ada melalui rangkaian suis paket atau rangkaian suis litar. Mesej (ini boleh jadi, sebagai contoh, Dokumen Teks, fail dengan kod program, emel) disimpan dalam komputer transit pada cakera, dan untuk masa yang agak lama jika komputer sibuk dengan kerja lain atau rangkaian terlampau beban buat sementara waktu.

Skim ini biasanya menghantar mesej yang tidak memerlukan respons segera, selalunya mesej E-mel. Mod pemindahan dengan storan perantaraan pada cakera dipanggil mod simpan dan hadapan.

Mod penukaran mesej membebaskan rangkaian untuk trafik yang memerlukan respons pantas, seperti perkhidmatan WWW atau trafik perkhidmatan fail.

Mereka biasanya cuba mengurangkan bilangan komputer transit. Jika komputer disambungkan ke rangkaian bertukar paket, maka bilangan komputer perantaraan dikurangkan kepada dua. Sebagai contoh, pengguna menghantar mesej pos ke pelayan mel keluarnya, yang segera cuba memindahkannya ke pelayan mel masuk penerima. Tetapi jika komputer disambungkan antara satu sama lain oleh rangkaian telefon, maka beberapa pelayan perantaraan sering digunakan, kerana akses terus ke pelayan akhir mungkin mustahil pada masa ini disebabkan oleh beban rangkaian telefon yang berlebihan (pelanggan sibuk) atau tidak menguntungkan dari segi ekonomi. disebabkan oleh tarif yang tinggi untuk sambungan telefon jarak jauh.

Teknik penukaran mesej muncul dalam rangkaian komputer lebih awal daripada teknik pensuisan paket, tetapi kemudiannya digantikan oleh yang terakhir, kerana ia lebih cekap dari segi pemprosesan rangkaian. Menulis mesej ke cakera mengambil masa yang agak lama, dan sebagai tambahan, kehadiran cakera memerlukan penggunaan komputer khusus sebagai suis, yang memerlukan kos yang besar untuk mengatur rangkaian.
Hari ini, penukaran mesej hanya berfungsi untuk beberapa perkhidmatan bukan operasi, selalunya di atas rangkaian bertukar paket sebagai perkhidmatan lapisan aplikasi.

Perbandingan kaedah pensuisan

Perbandingan pensuisan litar dan pensuisan paket

Pensuisan litar	Penukaran paket
Daya tampung terjamin (lebar jalur) untuk pelanggan yang berinteraksi	Kapasiti rangkaian untuk pelanggan tidak diketahui, kelewatan penghantaran adalah rawak
Rangkaian mungkin menolak untuk mewujudkan sambungan kepada pelanggan	Rangkaian sentiasa bersedia untuk menerima data daripada pelanggan
Trafik masa nyata dihantar tanpa berlengah-lengah	Sumber rangkaian digunakan dengan cekap apabila menghantar trafik pecah
Alamat hanya digunakan semasa fasa penubuhan sambungan	Alamat dihantar dengan setiap paket

Pensuisan kekal dan dinamik

Kedua-dua rangkaian suis paket dan rangkaian suis litar boleh dibahagikan kepada dua kelas:

rangkaian dengan pensuisan dinamik;

rangkaian dengan pensuisan kekal.

Dalam rangkaian dengan pensuisan dinamik:

ia dibenarkan untuk mewujudkan sambungan atas inisiatif pengguna rangkaian;

penukaran dilakukan hanya untuk tempoh sesi komunikasi, dan kemudian (atas inisiatif salah seorang pengguna) ia ditamatkan;

secara umum, pengguna rangkaian boleh menyambung kepada mana-mana pengguna rangkaian lain;

Masa sambungan antara sepasang pengguna semasa penukaran dinamik berjulat dari beberapa saat hingga beberapa jam dan berakhir selepas pelaksanaan kerja tertentu— memindahkan fail, melihat halaman teks atau imej, dsb.

Contoh rangkaian yang menyokong mod pensuisan dinamik ialah rangkaian telefon awam, rangkaian kawasan setempat dan rangkaian TCP/IP.

Rangkaian beroperasi dalam mod penukaran berterusan:

membenarkan sepasang pengguna memesan sambungan untuk tempoh masa yang panjang;

sambungan diwujudkan bukan oleh pengguna, tetapi oleh kakitangan yang mengekalkan rangkaian;

tempoh yang mana pensuisan kekal ditubuhkan biasanya beberapa bulan;

mod pensuisan kekal dalam rangkaian suis litar sering dipanggil perkhidmatan litar khusus atau dipajak;

Apabila sambungan kekal melalui rangkaian suis diwujudkan melalui prosedur automatik yang dimulakan oleh kakitangan penyelenggaraan, ia sering dipanggil sambungan separa kekal, berbeza dengan mod konfigurasi manual setiap suis.

Rangkaian paling popular yang beroperasi dalam mod pensuisan kekal hari ini ialah rangkaian teknologi SDH, berdasarkan saluran komunikasi khusus dengan kapasiti beberapa gigabit sesaat dibina.

Sesetengah jenis rangkaian menyokong kedua-dua mod operasi. Sebagai contoh, rangkaian X.25 dan ATM boleh membenarkan pengguna berkomunikasi secara dinamik dengan mana-mana pengguna lain pada rangkaian dan pada masa yang sama menghantar data melalui sambungan berterusan kepada pelanggan tertentu.

Kapasiti rangkaian bertukar paket
Salah satu perbezaan antara kaedah pensuisan paket dan kaedah pensuisan litar ialah ketidakpastian kapasiti sambungan antara dua pelanggan. Dalam kes pensuisan litar, selepas pembentukan saluran komposit, kapasiti rangkaian untuk menghantar data antara nod akhir diketahui - ini adalah kapasiti saluran. Selepas kelewatan yang berkaitan dengan penubuhan saluran, data mula dihantar pada kelajuan maksimum untuk saluran (Rajah 5.). Masa penghantaran mesej dalam rangkaian suis litar Tk.k. adalah sama dengan jumlah kelewatan penyebaran isyarat di sepanjang talian komunikasi dan kelewatan penghantaran mesej. Kelewatan perambatan isyarat bergantung pada kelajuan perambatan gelombang elektromagnet dalam medium fizikal tertentu, yang berkisar antara 0.6 hingga 0.9 kelajuan cahaya dalam vakum. Masa penghantaran mesej adalah sama dengan V/C, di mana V ialah saiz mesej dalam bit dan C ialah kapasiti saluran dalam bit sesaat.

Dalam rangkaian bertukar paket, gambar adalah berbeza sama sekali.

nasi. 5 Kelewatan penghantaran data dalam rangkaian suis litar.

Prosedur penubuhan sambungan dalam rangkaian ini, jika digunakan, mengambil masa yang lebih kurang sama seperti dalam rangkaian suis litar, jadi kami akan membandingkan hanya masa pemindahan data.

nasi. 6. Kelewatan dalam penghantaran data dalam rangkaian bertukar paket.

Dalam Rajah. Rajah 6 menunjukkan contoh penghantaran data dalam rangkaian pensuisan paket. Diandaikan bahawa mesej dengan saiz yang sama dihantar melalui rangkaian seperti mesej yang dihantar dalam Rajah. 5. Walau bagaimanapun, ia dibahagikan kepada paket, setiap satunya mempunyai pengepala. Masa penghantaran mesej dalam rangkaian pensuisan paket ditunjukkan dalam Rajah Tk.p. Apabila mesej berpaket ini dihantar melalui rangkaian bertukar paket, kelewatan tambahan berlaku. Pertama, ini adalah kelewatan dalam sumber penghantaran, yang, sebagai tambahan kepada penghantaran mesej itu sendiri, dibelanjakan Masa tambahan untuk penghantaran pengepala tп.з., sebagai tambahan, warna kelewatan ditambah, disebabkan oleh selang antara penghantaran setiap paket seterusnya (masa ini dibelanjakan untuk pembentukan paket seterusnya oleh timbunan protokol).

Kedua, masa tambahan dibelanjakan dalam setiap suis. Di sini kelewatan adalah jumlah masa penimbalan paket tb.p. (suis tidak boleh mula menghantar paket tanpa menerimanya sepenuhnya ke dalam penimbalnya) dan masa menukar tk. Masa penimbal adalah sama dengan masa yang diperlukan untuk menerima paket pada kadar bit protokol. Masa penukaran ialah jumlah masa paket menunggu dalam baris gilir dan masa paket bergerak ke port output. Jika masa perjalanan paket ditetapkan dan, sebagai peraturan, kecil (dari beberapa mikrosaat hingga beberapa puluh mikrosaat), maka masa menunggu untuk paket dalam baris gilir berubah-ubah dalam had yang sangat luas dan tidak diketahui terlebih dahulu, kerana ia bergantung pada beban rangkaian semasa.

Mari kita buat anggaran kasar tentang kelewatan penghantaran data dalam rangkaian suis paket berbanding rangkaian suis litar menggunakan contoh mudah. biarlah mesej ujian, yang mesti dihantar dalam kedua-dua jenis rangkaian, mempunyai volum 200 KB. Pengirim terletak 5000 km dari penerima. Kapasiti talian komunikasi ialah 2 Mbit/s.

Masa untuk penghantaran data melalui rangkaian suis litar terdiri daripada masa perambatan isyarat, yang untuk jarak 5000 km boleh dianggarkan pada kira-kira 25 ms (dengan mengandaikan kelajuan perambatan isyarat adalah sama dengan 2/3 kelajuan cahaya), dan masa penghantaran mesej, yang untuk lebar jalur 2 Mbit/c dan panjang mesej 200 KB adalah lebih kurang 800 ms. Semasa pengiraan, nilai K (210) yang betul, bersamaan dengan 1024, dibundarkan kepada 1000, begitu juga, nilai M (220), bersamaan dengan 1048576, dibundarkan kepada 1000000. Oleh itu, pemindahan data dianggarkan pada 825 Cik.

Adalah jelas bahawa apabila menghantar mesej ini melalui rangkaian bertukar paket dengan jumlah panjang dan kapasiti saluran yang sama yang berjalan dari penghantar kepada penerima, masa penyebaran isyarat dan masa penghantaran data akan sama - 825 ms. Walau bagaimanapun, disebabkan kelewatan dalam nod perantaraan, masa pemindahan data keseluruhan akan meningkat. Mari kita anggarkan berapa banyak masa ini akan meningkat. Kami akan menganggap bahawa laluan dari pengirim kepada penerima melalui 10 suis. Biarkan mesej asal dibahagikan kepada 1 paket KB, dengan jumlah 200 paket. Mula-mula, mari kita anggarkan kelewatan yang berlaku pada nod sumber. Mari kita andaikan bahawa bahagian maklumat overhed yang terdapat dalam pengepala paket berhubung dengan jumlah volum mesej ialah 10%. Oleh itu, kelewatan tambahan yang dikaitkan dengan penghantaran pengepala paket ialah 10% daripada masa penghantaran keseluruhan mesej, iaitu, 80 ms. Jika kita mengambil selang antara penghantaran paket menjadi 1 ms, maka kerugian tambahan akibat selang adalah 200 ms. Oleh itu, pada nod sumber, disebabkan pengepakan mesej semasa penghantaran, kelewatan tambahan sebanyak 280 ms berlaku.

Setiap satu daripada 10 suis memperkenalkan kelewatan pensuisan, yang boleh berjulat daripada pecahan hingga beribu-ribu milisaat. Dalam contoh ini, kami akan menganggap bahawa secara purata 20 ms dibelanjakan untuk menukar. Selain itu, terdapat kelewatan penimbalan paket apabila mesej melalui suis. Kelewatan ini dengan saiz paket 1 KB dan daya pemprosesan talian 2 Mbit/s adalah bersamaan dengan 4 ms. Jumlah kependaman yang diperkenalkan oleh 10 suis adalah lebih kurang 240 ms. Ini menghasilkan tambahan 520 ms kependaman yang diperkenalkan oleh rangkaian bertukar paket. Memandangkan keseluruhan pemindahan data pada rangkaian suis litar mengambil masa 825 ms, ini kelewatan tambahan boleh dianggap penting.

Walaupun pengiraan ini sangat kasar, ia menjelaskan mengapa proses penghantaran untuk sepasang pelanggan tertentu dalam rangkaian bertukar paket adalah lebih perlahan berbanding rangkaian bertukar litar.

Kapasiti rangkaian bertukar paket yang tidak menentu adalah harga yang perlu dibayar untuk kecekapan keseluruhannya, dengan sedikit merugikan kepentingan pelanggan individu. Begitu juga, dalam multiprogram sistem operasi Masa pelaksanaan aplikasi tidak boleh diramalkan kerana ia bergantung pada bilangan aplikasi lain yang mana aplikasi berkongsi pemproses.

Kecekapan rangkaian dipengaruhi oleh saiz paket yang dihantar oleh rangkaian. Saiz paket yang terlalu besar membawa rangkaian bertukar paket lebih dekat kepada rangkaian suis litar, jadi kecekapan rangkaian berkurangan. Di samping itu, saiz paket yang besar meningkatkan masa penimbal pada setiap suis. Paket yang terlalu kecil meningkatkan bahagian maklumat overhed dengan ketara, kerana setiap paket mengandungi pengepala dengan panjang tetap, dan bilangan paket yang mana mesej dibahagikan akan meningkat dengan mendadak apabila saiz paket berkurangan. Terdapat beberapa maksud emas"apabila disediakan kecekapan maksimum operasi rangkaian, bagaimanapun, nisbah ini sukar untuk ditentukan dengan tepat, kerana ia bergantung kepada banyak faktor, termasuk yang berubah semasa operasi rangkaian. Oleh itu, pembangun protokol untuk rangkaian pensuisan paket memilih had di mana saiz paket, atau lebih tepat medan datanya, boleh, kerana pengepala, sebagai peraturan, mempunyai panjang tetap. Biasanya had bawah medan data dipilih sama dengan sifar, yang memungkinkan untuk menghantar paket perkhidmatan tanpa data pengguna, dan had atas tidak melebihi 4 KB. Aplikasi cuba mengambil alih data semasa memindahkan data. saiz maksimum medan data untuk membuat pertukaran lebih cepat, dan paket kecil biasanya digunakan untuk mesej perkhidmatan pendek yang mengandungi, sebagai contoh, pengesahan penghantaran paket.

Apabila memilih saiz paket, anda juga mesti mempertimbangkan kadar ralat bit saluran. Pada saluran yang tidak boleh dipercayai, adalah perlu untuk mengurangkan saiz paket, kerana ini mengurangkan jumlah data yang dihantar semula apabila paket rosak.
Ethernet - contoh teknologi standard penukaran paket

Mari kita pertimbangkan bagaimana pendekatan umum untuk menyelesaikan masalah rangkaian yang diterangkan di atas terkandung dalam teknologi rangkaian paling popular - Ethernet. (Perhatikan bahawa kami tidak akan mempertimbangkan teknologi itu sendiri secara terperinci sekarang - kami akan menangguhkan ini soalan penting sehingga kursus seterusnya, dan hari ini kita hanya akan memikirkan beberapa perkara asas yang menggambarkan beberapa konsep asas yang telah dibincangkan.)
Teknologi rangkaian adalah satu set yang konsisten protokol standard dan perisian dan perkakasan (contohnya, penyesuai rangkaian, pemacu, kabel dan penyambung) yang mencukupi untuk membina rangkaian komputer.

Epitet "mencukupi" menekankan fakta bahawa kita bercakap tentang set alat minimum yang boleh digunakan untuk membina rangkaian kerja. Rangkaian ini boleh diperbaiki, sebagai contoh, dengan memperuntukkan subnet di dalamnya, yang akan memerlukan serta-merta, sebagai tambahan kepada protokol Ethernet standard, penggunaan protokol IP, serta khas peranti komunikasi- penghala. Rangkaian yang dipertingkatkan mungkin akan lebih dipercayai dan lebih pantas, tetapi dengan mengorbankan alat tambahan teknologi Ethernet, yang membentuk asas rangkaian.

Istilah "teknologi rangkaian" paling kerap digunakan dalam perkara di atas dalam erti kata yang sempit, tetapi kadangkala tafsirannya yang diperluas digunakan sebagai mana-mana set alat dan peraturan untuk membina rangkaian, contohnya, "teknologi penghalaan hujung ke hujung", "teknologi untuk mencipta saluran selamat," "teknologi rangkaian IP."

Protokol di mana rangkaian teknologi tertentu dibina (dalam erti kata sempit) dicipta khusus untuk kerjasama, jadi pembangun rangkaian tidak memerlukan usaha tambahan untuk mengatur interaksi mereka. Kadang-kadang teknologi rangkaian dipanggil teknologi asas, bermakna asas mana-mana rangkaian dibina atas asasnya. Contoh teknologi rangkaian asas termasuk, bersama dengan Ethernet, yang berikut: teknologi yang diketahui rangkaian tempatan sebagai Cincin Token dan FDDI, atau teknologi rangkaian wilayah X.25 dan geganti bingkai. Untuk mendapatkan rangkaian yang berfungsi dalam kes ini, sudah cukup untuk membeli perisian dan perkakasan yang berkaitan dengan teknologi asas yang sama - penyesuai rangkaian dengan pemacu, hab, suis, sistem kabel dsb. - dan sambungkannya mengikut keperluan standard untuk teknologi ini.

Jadi, teknologi rangkaian Ethernet dicirikan oleh:

penukaran paket;

topologi biasa" bas biasa";

pengalamatan angka rata;

medium penghantaran yang dikongsi.

Prinsip asas yang ditetapkan dalam Tulang belakang Ethernet, ialah kaedah rawak untuk mengakses medium penghantaran data yang dikongsi. Medium sedemikian boleh menjadi kabel sepaksi tebal atau nipis, pasangan berpintal, gentian optik atau gelombang radio (dengan cara ini, rangkaian pertama yang dibina berdasarkan prinsip akses rawak kepada medium yang dikongsi ialah rangkaian radio Aloha Universiti Hawaii).

Piawaian Ethernet mentakrifkan dengan tegas topologi sambungan elektrik. Komputer disambungkan kepada persekitaran yang dikongsi mengikut struktur piawai"bas biasa" (Rajah 7.). Menggunakan bas perkongsian masa, mana-mana dua komputer boleh bertukar data. Akses kepada talian komunikasi dikawal oleh pengawal khas - penyesuai rangkaian Ethernet. Setiap komputer, atau lebih tepat, setiap penyesuai rangkaian, mempunyai alamat yang unik. Pemindahan data berlaku pada kelajuan 10 Mbit/s. Nilai ini ialah lebar jalur rangkaian Ethernet.

nasi. 7. Rangkaian Ethernet.

Intipatinya kaedah rawak akses adalah seperti berikut. Komputer pada rangkaian Ethernet boleh menghantar data melalui rangkaian hanya jika rangkaian melahu, iaitu, jika tiada komputer lain sedang berkomunikasi. Oleh itu, bahagian penting teknologi Ethernet ialah prosedur untuk menentukan ketersediaan medium.

Selepas komputer yakin bahawa rangkaian adalah percuma, ia memulakan penghantaran dan dalam proses "menangkap" medium. Masa penggunaan eksklusif medium yang dikongsi oleh satu nod dihadkan oleh masa penghantaran satu bingkai. Bingkai ialah unit data yang ditukar antara komputer pada rangkaian Ethernet. Bingkai mempunyai format tetap dan, bersama-sama dengan medan data, mengandungi pelbagai maklumat perkhidmatan, seperti alamat penerima dan alamat pengirim.

Rangkaian Ethernet direka bentuk sedemikian rupa sehingga apabila bingkai memasuki medium penghantaran data yang dikongsi, semua penyesuai rangkaian mula menerima bingkai ini secara serentak. Mereka semua menganalisis alamat destinasi yang terletak dalam salah satu medan awal bingkai, dan jika alamat ini sepadan dengan alamat mereka sendiri, bingkai itu diletakkan dalam penimbal dalaman penyesuai rangkaian. Oleh itu, komputer penerima menerima data yang dimaksudkan untuknya.

Situasi mungkin timbul apabila beberapa komputer secara serentak memutuskan bahawa rangkaian adalah percuma dan mula menghantar maklumat. Keadaan ini, dipanggil perlanggaran, menghalang data daripada dihantar dengan betul melalui rangkaian. Piawaian Ethernet menyediakan algoritma untuk mengesan dan memproses perlanggaran dengan betul. Kebarangkalian perlanggaran bergantung pada keamatan trafik rangkaian.

Sebaik sahaja perlanggaran dikesan, penyesuai rangkaian yang cuba menghantar bingkai mereka berhenti menghantar dan, selepas jeda tempoh rawak, cuba mengakses medium semula dan menghantar bingkai yang menyebabkan perlanggaran.

Kelebihan utama teknologi Ethernet
1. Kelebihan utama Rangkaian Ethernet Apa yang menjadikan mereka begitu popular ialah keberkesanan kos mereka. Untuk membina rangkaian, cukup untuk mempunyai satu penyesuai rangkaian untuk setiap komputer ditambah satu segmen fizikal kabel sepaksi dengan panjang yang diperlukan.
2. Di samping itu, rangkaian Ethernet melaksanakan algoritma yang agak mudah untuk mengakses medium, menangani dan menghantar data. Kesederhanaan logik operasi rangkaian membawa kepada pemudahan dan, dengan itu, pengurangan kos penyesuai rangkaian dan pemacunya. Atas sebab yang sama, penyesuai rangkaian Ethernet sangat dipercayai.
3. Dan akhirnya, satu lagi sifat luar biasa rangkaian Ethernet ialah kebolehkembangannya yang baik, iaitu keupayaan untuk menyambungkan nod baharu.

Teknologi rangkaian teras lain, seperti Token Ring dan FDDI, walaupun mempunyai ciri tersendiri, mempunyai banyak persamaan dengan Ethernet. Pertama sekali, ini ialah penggunaan topologi tetap biasa ("bintang hierarki" dan "cincin"), serta media penghantaran data yang dikongsi. Perbezaan ketara antara satu teknologi dengan teknologi lain dikaitkan dengan ciri-ciri kaedah yang digunakan untuk mengakses persekitaran yang dikongsi. Oleh itu, perbezaan antara teknologi Ethernet dan teknologi Token Ring sebahagian besarnya ditentukan oleh spesifik kaedah pemisahan sederhana yang tertanam di dalamnya - algoritma akses rawak dalam Ethernet dan kaedah capaian dengan menghantar token kepada Token Ring.

Penghantaran datagram

Terdapat dua kelas mekanisme penghantaran paket yang digunakan dalam rangkaian pensuisan paket hari ini:

penghantaran datagram;

saluran maya.

Contoh rangkaian yang melaksanakan mekanisme penghantaran datagram ialah rangkaian Ethernet, IP dan IPX. X.25, geganti bingkai dan rangkaian ATM menghantar data menggunakan saluran maya. Mula-mula kita akan melihat prinsip asas pendekatan datagram.

Kaedah datagram penghantaran data adalah berdasarkan fakta bahawa semua paket yang dihantar diproses secara berasingan antara satu sama lain, paket demi paket. Sama ada paket tergolong dalam aliran tertentu antara dua nod akhir dan dua aplikasi yang berjalan pada nod tersebut tidak diambil kira.

Pemilihan nod seterusnya—contohnya, suis Ethernet atau penghala IP/IPX—hanya berdasarkan alamat nod destinasi yang terkandung dalam pengepala paket. Keputusan tentang nod mana untuk menghantar paket masuk dibuat berdasarkan jadual yang mengandungi set alamat destinasi dan maklumat alamat yang secara unik mengenal pasti nod seterusnya (transit atau akhir). Jadual sedemikian mempunyai nama yang berbeza- contohnya, untuk rangkaian Ethernet ia biasanya dipanggil jadual pemajuan, dan untuk protokol rangkaian seperti IP dan IPX - jadual penghalaan. Di bawah, untuk kesederhanaan, kami akan menggunakan istilah "jadual penghalaan" sebagai nama umum untuk jadual sedemikian yang digunakan untuk penghantaran datagram hanya berdasarkan alamat destinasi nod akhir.

Jadual penghalaan untuk alamat destinasi yang sama mungkin mengandungi beberapa entri yang menunjuk ke alamat penghala seterusnya yang berbeza. Pendekatan ini digunakan untuk meningkatkan prestasi dan kebolehpercayaan rangkaian. Dalam contoh dalam Rajah. 8 paket yang tiba di penghala R1 untuk nod destinasi dengan alamat N2, A2, untuk tujuan pengimbangan beban, diedarkan antara dua penghala seterusnya - R2 dan R3, yang mengurangkan beban pada setiap satu daripadanya, dan oleh itu mengurangkan baris gilir dan kelajuan sehingga penghantaran. Beberapa "kekaburan" laluan paket dengan alamat destinasi yang sama melalui rangkaian adalah akibat langsung dari prinsip pemprosesan bebas setiap paket yang wujud dalam protokol datagram. Paket yang bergerak ke alamat destinasi yang sama mungkin mengambil laluan yang berbeza untuk mencapainya disebabkan oleh perubahan dalam keadaan rangkaian, seperti kegagalan penghala perantaraan.

nasi. 8. Prinsip datagram penghantaran paket.

Ciri mekanisme datagram ini, seperti laluan trafik yang kabur melalui rangkaian, juga merupakan kelemahan dalam beberapa kes. Sebagai contoh, jika paket sesi tertentu antara dua nod hujung rangkaian perlu menyediakan kualiti perkhidmatan yang diberikan. Teknik QoS moden berfungsi paling baik apabila trafik yang memerlukan jaminan perkhidmatan sentiasa melalui nod perantaraan yang sama.
Litar maya dalam rangkaian bertukar paket

Litar maya atau mekanisme saluran maya mencipta laluan yang stabil untuk trafik melalui rangkaian bertukar paket. Mekanisme ini mengambil kira kewujudan aliran data dalam rangkaian.

Jika matlamatnya adalah untuk meletakkan satu laluan melalui rangkaian untuk semua paket aliran, maka ciri yang diperlukan (tetapi tidak selalu satu-satunya) aliran sedemikian adalah kehadiran titik masuk dan keluar biasa dari rangkaian untuk semua peket. Ia adalah untuk penghantaran aliran sedemikian bahawa saluran maya dicipta dalam rangkaian. Rajah 9 menunjukkan serpihan rangkaian di mana dua saluran maya diletakkan. Yang pertama pergi dari nod akhir dengan alamat N1, A1 ke nod akhir dengan alamat N2, A2 melalui suis rangkaian perantaraan R1, R3, R7 dan R4. Yang kedua memastikan pergerakan data di sepanjang laluan N3, A3 - R5 - R7 - R4 - N2, A2. Beberapa saluran maya boleh diletakkan di antara dua nod hujung, sama ada sama sepenuhnya dari segi laluan melalui nod transit, atau berbeza.

nasi. 9. Prinsip pengendalian saluran maya.

Rangkaian hanya menyediakan keupayaan untuk menghantar trafik sepanjang saluran maya, dan nod akhir sendiri memutuskan aliran mana yang akan dihantar melalui saluran ini. Nod boleh menggunakan saluran maya yang sama untuk menghantar semua aliran yang berkongsi titik akhir dengan saluran maya tertentu, atau hanya sebahagian daripadanya. Sebagai contoh, anda boleh menggunakan satu litar maya untuk trafik masa nyata dan satu lagi untuk trafik e-mel. Dalam kes kedua, saluran maya yang berbeza akan mempunyai kualiti keperluan perkhidmatan yang berbeza, dan akan lebih mudah untuk memenuhinya berbanding dalam kes apabila trafik dengan keperluan berbeza untuk parameter QoS dihantar melalui saluran maya yang sama.

Ciri penting rangkaian litar maya ialah penggunaan alamat tempatan paket semasa membuat keputusan pemindahan. Daripada alamat nod destinasi yang cukup panjang (panjangnya harus membenarkan seseorang untuk mengenal pasti secara unik semua nod dan subnet dalam rangkaian, contohnya, teknologi ATM beroperasi dengan alamat sepanjang 20 bait), label tempatan digunakan, iaitu, menukar dari nod ke nod, yang menandakan semua paket bergerak merentasi rangkaian. saluran maya tertentu. Label ini dipanggil secara berbeza dalam teknologi yang berbeza: dalam teknologi X.25 - nombor saluran logik (LCN), dalam teknologi geganti bingkai - Pengecam Sambungan Pautan Data (DLCI), dalam teknologi ATM - Pengecam Saluran Maya (VCI). Walau bagaimanapun, tujuannya adalah sama di mana-mana - nod perantaraan, dipanggil suis dalam teknologi ini, membaca nilai label daripada pengepala paket masuk dan melihat jadual pensuisannya, yang menunjukkan port output mana paket harus dihantar. Jadual pensuisan mengandungi rekod hanya tentang saluran maya yang melalui suis tertentu, dan bukan tentang semua nod dalam rangkaian (atau subnet, jika kaedah pengalamatan hierarki digunakan). Biasanya, dalam rangkaian yang besar, bilangan saluran maya yang diletakkan melalui nod adalah jauh lebih sedikit daripada bilangan nod dan subnet, jadi saiz jadual pensuisan adalah jauh lebih kecil daripada jadual penghalaan, dan, oleh itu, penyemakan imbas mengambil masa yang lebih sedikit. masa dan tidak memerlukan banyak kuasa pengkomputeran daripada suis.

Pengecam saluran maya (ini ialah nama label yang akan digunakan di bawah) juga jauh lebih pendek daripada alamat nod akhir (atas sebab yang sama), oleh itu redundansi pengepala paket, yang kini tidak mengandungi alamat yang panjang , tetapi hanya membawa pengecam melalui rangkaian, adalah kurang dengan ketara.

Kaedah menukar. Di bawah penukaran data merujuk kepada penghantaran mereka, di mana saluran penghantaran data boleh digunakan secara bergilir-gilir untuk bertukar-tukar maklumat antara titik berlainan rangkaian maklumat, berbeza dengan komunikasi melalui saluran tidak bertukar, biasanya diberikan kepada pelanggan tertentu.

Membezakan kaedah berikut penukaran data:

pensuisan litar- DTE menghubungkan dua atau lebih stesen data dan memastikan penggunaan eksklusif saluran penghantaran data sehingga sambungan dibuka;
penukaran mesej- dicirikan oleh fakta bahawa penciptaan saluran fizikal antara nod akhir adalah pilihan dan mesej dihantar tanpa melanggar integritinya; bukannya saluran fizikal, terdapat saluran maya yang terdiri daripada bahagian fizikal, dan penimbalan mesej mungkin antara bahagian;
penukaran paket - mesej dihantar melalui saluran maya, tetapi ia dibahagikan kepada paket, dan saluran data diduduki hanya semasa penghantaran paket (tanpa melanggar integritinya) dan setelah selesai ia dibebaskan untuk penghantaran paket lain.

Pensuisan litar. Penukaran saluran boleh menjadi spatial dan temporal.

Suis ruang saiz N*M ialah grid (matriks) di mana input N disambungkan kepada bas mendatar, dan output M disambungkan kepada yang menegak (Rajah 3.2).

Rajah 3.2– Matriks suis spatial

Terdapat elemen pensuisan pada nod grid, dan tidak lebih daripada satu elemen boleh dibuka dalam setiap lajur grid. Jika 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.

Kelemahan litar yang dipertimbangkan adalah bilangan besar elemen pensuisan dalam matriks persegi, sama dengan N2. Untuk menghapuskan kelemahan ini, suis berbilang peringkat digunakan. Sebagai contoh, litar suis 6*6 tiga peringkat mempunyai bentuk yang ditunjukkan dalam Rajah. 3.3.

Keadaan yang mencukupi untuk ketiadaan penyekatan input ialah kesamaan k > 2*n-1. Di sini k ialah bilangan blok dalam peringkat pertengahan, n = N/p; p ialah bilangan blok dalam peringkat input. Dalam rajah yang ditunjukkan. Dalam rajah 1.3, syarat ini tidak dipenuhi, jadi penyekatan adalah mungkin. Sebagai contoh, jika anda ingin membuat sambungan a1-d1, tetapi sambungan a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2 sebelum ini disambungkan, maka bas b1, c3 dan c5 tersedia untuk a1, tetapi ia tidak membawa kepada d1.

Dalam suis berbilang peringkat, bilangan elemen pensuisan dikurangkan dengan ketara dengan mengorbankan sedikit peningkatan dalam kelewatan. Jadi, apabila menggantikan suis satu peringkat 1000*1000 dengan satu tiga peringkat dengan n = 22 dan k = 43, bilangan suis berkurangan daripada 10 6 kepada 2*46*22*43+43*46*46, i.e. kepada lebih kurang 0.186*10 6.

Rajah 3.3– Skema suis spatial tiga peringkat

Suis sementara dibina berdasarkan memori penimbal; rakaman dilakukan dalam selnya dengan mengundi input secara berurutan, dan penukaran dilakukan dengan membaca data kepada output daripada sel memori yang dikehendaki. Dalam kes ini, terdapat kelewatan untuk tempoh satu kitaran baca-tulis. Pada masa ini, pensuisan sementara atau campuran kebanyakannya digunakan.

Penukaran paket Dalam kebanyakan kes, penukaran paket adalah yang paling berkesan. Pertama, penghantaran data dalam rangkaian konfigurasi kompleks dipercepatkan kerana fakta bahawa penghantaran selari paket mesej yang sama adalah mungkin di bahagian rangkaian yang berlainan; kedua, apabila ralat berlaku, paket pendek mesti dihantar semula, bukannya keseluruhan mesej yang panjang. Di samping itu, had atas pada saiz paket membolehkan anda bertahan dengan jumlah memori penimbal yang lebih kecil dalam nod perantaraan di sepanjang laluan penghantaran data dalam rangkaian.

Dalam rangkaian pensuisan paket, dua mod operasi dibezakan: mod litar maya (nama lain ialah komunikasi berorientasikan sambungan) dan mod datagram (komunikasi tanpa sambungan).

DALAM mod saluran maya paket satu mesej dihantar dalam susunan semula jadi di sepanjang laluan yang ditetapkan. Dalam kes ini, tidak seperti penukaran saluran, talian komunikasi boleh dipisahkan oleh banyak mesej, apabila paket mesej yang berbeza dihantar secara bergilir-gilir melalui saluran (inilah yang dipanggil mod pemultipleksan masa, sebaliknya TDM - Kaedah Pembahagian Masa), atau tertunda dalam penimbal perantaraan. Peruntukan dibuat untuk mengawal ketepatan pemindahan data dengan menghantar mesej pengesahan daripada penerima kepada penghantar - resit positif. Kawalan ini boleh dilakukan pada semua nod perantaraan laluan dan hanya pada nod akhir. Ia boleh dijalankan mula-henti dalam cara di mana pengirim tidak menghantar paket seterusnya sehingga ia menerima pengesahan bahawa paket sebelumnya telah dihantar dengan betul, atau dengan cara penghantaran "dalam tingkap". Tetingkap mungkin termasuk N paket, dan mungkin terdapat kelewatan dalam menerima pengakuan sepanjang tetingkap. Jadi, jika ralat berlaku semasa penghantaran, i.e. pengirim menerima resit negatif mengenai nombor paket K, maka penghantaran semula diperlukan dan ia bermula dengan paket K.

Sebagai contoh, rangkaian boleh menggunakan saiz tetingkap berubah-ubah. Oleh itu, selaras dengan cadangan dokumen RFC-793, masa menunggu untuk pengesahan dikira menggunakan formula
T sejuk = 2*Tav,
di mana Tav:= 0.9*Tav + 0.1*Ti, Tav ialah nilai purata masa perjalanan paket ke penerima dan kembali, Ti ialah hasil pengukuran seterusnya pada masa ini.

DALAM mod datagram Mesej dibahagikan kepada datagram. Datagram ialah sekeping maklumat yang dihantar secara bebas daripada bahagian lain mesej yang sama dalam rangkaian komputer bertukar paket. Datagram mesej yang sama boleh dihantar melalui rangkaian di sepanjang laluan yang berbeza dan tiba kepada penerima dalam susunan rawak, yang boleh menyebabkan penyekatan rangkaian. Pada bahagian dalaman laluan, kawalan ketepatan penghantaran tidak disediakan dan kebolehpercayaan komunikasi hanya dipastikan dengan kawalan pada nod akhir.

Penyekatan rangkaian dalam mod datagram, situasi dipanggil apabila begitu banyak paket mesej yang berbeza telah tiba dalam memori penimbal nod rangkaian komputer sehingga memori ini diduduki sepenuhnya. Akibatnya, ia tidak boleh menerima paket lain dan tidak boleh mengeluarkan paket yang telah diterima, kerana ini hanya boleh dilakukan selepas semua datagram mesej telah tiba.