Узел коммутации пакетов. Коммутационные приборы и элементы

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков:

по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, передачи данных и др.);

по способу обслуживания соединений (ручные, автоматические);

по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные

станции, узлы входящего и исходящего сообщения);

по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);

по типу коммутационного и управляющего оборудования (декадно-шаговые, координатные,

квазиэлектронные, электронные);

по емкости, т.е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);

по типу коммутации (оперативная, кроссовая);

по способу разделения каналов (пространственный, пространственно-временной);

по способу коммутации (коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов).

3. Принципы пространственного и временного разделения каналов.

Пространственное разделение каналов характеризуется тем, что элементы коммутационной системы,

образующие соединительный тракт между абонентами, отделены в пространстве, не имеют общих точек и

в каждый момент времени могут быть использованы для установления лишь одного данного соединения. В

АТС с пространственным разделением каналов в качестве приборов коммутационной системы

применяются электромеханические искатели, а также электронные и электромеханические соединители.

информация передается в форме непрерывных сигналов.

При временном разделении каналов сигнал разговорного спектра передается его дискретными значениями,

по которым на приемном конце восстанавливается первоначальная форма сигнала. Чтобы обеспечить

передачу непрерывного разговорного (аналогового) сигнала в виде дискретных импульсов и при этом не

допустить значительных искажений, необходимо обеспечить определенную частоту следования этих

импульсов. Согласно теореме Котельннкова для удовлетворительного качества передачи частота

следования импульсов должна не менее чем в 2 раза превышать максимальную частоту передаваемого

сигнала. Для передачи сигналов разговорного спектра, если считать наивысшей разговорной частотой f =

3400 Гц, то частота следования импульсов должна быть не менее f =6800 Гц. Обычно используют частоту

следования импульсов 8 кГц. Период следования импульсов при этом составит

T =1/ f =106/8.103=125 мкс.

4. Принципы построения коммутационной системы и системы управления.

5. Понятие о телефонной нагрузке. Особенности и единицы измерение.

Интенсивность телефонной нагрузки измеряется в эрлангах (Эрл). Один Эрл соответствует 60 минутам

занятия в час. То есть, когда говорится, что нагрузка составляет 2 Эрл, это означает, что суммарное время

занятия некоторого устройства (или группы устройств) в час составляет 120 минут. Конечно, одна линия не

может быть занята более 60 минут в час. Поэтому для обслуживания нагрузки величиной более 1 Эрл

требуется группа из 2-х и более линий связи.

Поток телефонных вызовов является случайным процессом со случайным характером появления вызовов и

длительности соединения. Для одной абонентской линии (АЛ) УПАТС (учрежденческо-производственных

АТС) нормальной считается нагрузка 0.2 Эрл. То есть, в течение часа наибольшей нагрузки (ЧНН) в

среднем одна АЛ занята 12 минут. Для местной связи в условиях Санкт-Петербурга считается, что имеют

место 4 трехминутных разговора (два входящих и два исходящих).

Узел коммутации каналов – это ретрансляционная система, устанавливающая по вызову соединение последовательностей каналов между партнерами в течении сеанса. Основная его часть выполняет функции физического уровня и физических процессов, обеспечивающих соединение каналов друг с другом.

Структура основной части узла коммутации каналов:

Рисунок 4.7.

В зависимости от типов физических средств соединения в каналах, подходящих к узлу, протоколы физического уровня могут быть как различными, так и одинаковыми. Кроме основной узел содержит и вспомогательную часть. Ее задачей является управление узлом и взаимодействие с административной системой. Управляющая часть содержит дополнительно уровни 2-7, а также прикладные процессы управления. Эти процессы и уровни располагаются над физическим уровнем основной части узла.

Физические процессы обеспечивают соединение нужных пар каналов. Все логические каналы, подходящие к узлу, используются при передаче данных монопольно.

Узел коммутации пакетов

Узел коммутации пакетов – это ретрансляционная система, распределяющая блоки данных в соответствии с их адресацией.

Узел коммутации пакетов имеет достаточно сложную структуру:

Протоколы на физическом уровне, канальном уровне и сетевом уровне могут быть как одинаковыми, так и различными. Вместе с основной частью узел содержит и управляющую часть, которая обеспечивает управление узлом и взаимодействует с административной системой.

Сетевые процессы обеспечивают коммутацию и маршрутизацию пакетов по адресам их назначения. Все каналы, подходящие к узлу, используются коллективным образом.

Рисунок 4.8.

Узел смешанной коммутации

Узел смешанной коммутации – это ретрансляционная система, обеспечивающая как коммутацию каналов, так и коммутацию пакетов. Узел смешанной коммутации имеет комплексную структуру:

Рисунок 4.9.

Сетевые процессы осуществляют коммутацию пакетов. Коммутация каналов осуществляется физическими процессами.

Узел интегральной коммутации

Узел интегральной коммутации - ретрансляционная система, осуществляющая быструю передачу пакетов. Узел интегральной коммутации в отличие от узла коммутации пакетов передает по нужному маршруту кадры либо ячейки без просмотра их содержимого. Осуществляется сквозная коммутация. Операция ретрансляции выполняется только при помощи аппаратуры без использования программного обеспечения. Благодаря этому узел интегральной коммутации обеспечивает скоростную коммутацию данных. Узлы строятся на основе баньяновых сетей либо матричных коммутаторов.

Коммутатор

Наиболее простую структуру имеет коммутатор. Это связано с тем, что он соединяет друг с другом только каналы передачи данных, образуя необходимую физическую базу тракта передачи информации между абонентскими системами. В том случае, когда к коммутатору подходит более двух каналов, он выполняет функции, связанные с коммутацией информации. Коммутация осуществляется прозрачным образом, т.е. без какой-либо обработки этой информации. Во всех случаях (при любом числе соединяемых каналов) коммутатор обеспечивает усиление передаваемых сигналов и корректирует крутизну их фронтов. Коммутатор не имеет буферов. Поэтому он прозрачен для информации. Более того, коммутатор требует, чтобы скорости передачи данных по соединяемым каналам были одинаковы. Физические процессы выполняемые коммутатором реализуются аппаратно.

4.15 Ретрансляционные системы, преобразующие протоколы

Наиболее сложной из систем преобразующих протоколы является шлюз. Он обеспечивает взаимодействие двух или более информационных сетей с различными «штабелями» протоколов семи уровней. Следует отметить, что шлюзы чаще всего используются в тех случаях, когда нужно объединить информационные сети, созданные по различным фирменным стандартам. Когда же проектируется группа сетей в соответствии со стандартами ISO, целесообразен другой подход. В этом случае в соединяемых сетях протоколы уровней 4-7 делаются одинаковыми. Это позволяет для соединения сетей использовать не шлюзы, а более простые ретрансляционные системы - маршрутизаторы, мосты.

Маршрутизатор

Задачей маршрутизатора является обеспечение взаимодействия коммуникационных подсетей. Последние характеризуются лишь тремя уровнями протоколов. Маршрутизатор “не знает” протоколов уровней 4-7 и является прозрачным для них. В его задачу входит преобразование протоколов трех нижних уровней. Иногда в информационных сетях маршрутизаторы связывают части коммуникационной подсети, в которых используются одинаковые протоколы уровней 1-3. В этих случаях в маршрутизаторах, именуемых узлами коммутации пакетов, преобразование протоколов не выполняется. Здесь сетевые процессы осуществляют лишь коммутацию и маршрутизацию информации. В соединяемых узлами подсетях должна быть осуществлена общая адресация абонентских систем.

Мосты предназначены для соединения частей сетей, различных типов каналов передачи данных, например циклического кольца с моноканалом. Любой канал определяется протоколами уровней 1-2, поэтому логическая структура моста имеет двухуровневую структуру. Канальные процессы здесь преобразуют протоколы обоих уровней. При использовании мостов в соединяемых подсетях должны быть согласованы структура адресов и размер кадров.

Более сложные интеллектуальные мосты наряду с указанными задачами выполняют также роль фильтров, не пропуускающих сквозь себя пакеты, не адресованные другой части сети.

В каждом интеллектуальном мосте содержится небольшая база данных, в которую записываются адреса систем обоих подсетей. Контрольная сумма, предназначенная для проверки кадра, используется не только на входе моста, но и на его выходе. Это позволяет предотвращать появление ошибок внутри моста. Благодаря простоте выполняемых функций мосты имеют относительно несложную структуру и работают с высокой скоростью. Форматы данных и размеры этих блоков мост не изменяет.

Мосты не имеют механизмов управления потоками. Поэтому, если входной поток кадров больше выходного, то буферы переполняются и кадры выбрасываются. Нередко кадры, которые в течение заданного времени не могли быть переданы, также ликвидируются.

Глава 7. Принципы построения систем коммутации.

§ Структура и классификация коммутационных узлов

Под коммутацией понимается замыкание, размыкание и пе­реключение электрических цепей. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах. На сетях электросвязи посредством коммутации абонентские устройства соединяются между собой для передачи (приема) информации. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи.

Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями. КУ, находящиеся на территории одного населен­ного пункта, соединяются соединительными линиями. Если КУ находятся в разных городах, то линии связи, соединяющие их, на­зываются междугородными или внутризоновыми.

Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто стан­цией. В некоторых случаях абонентские линии включаются в подстанции. Лицо, пользующееся абонентским устройством для пе­редачи и приема информации, называется абонентом. Для пе­редачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить со­единение между этими устройст­вами через соответствующие узлы и линии связи. Для осуществ­ления соединения на коммутационных узлах устанавливается коммутационная аппаратура.

Совокупность линейных и станционных средств, предназна­ченных для соединения оконечных абонентских устройств, назы­вается соединительным трактом. Число коммутационных узлов между соединяемыми абонентскими устройствами зависит от ст­руктуры сети и направления соединения.

Для осуществления требуемого соединения коммутационный узел и абонентское устройство обмениваются управляющими сигналами.

На коммутационном узле соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения (напри­мер, одного телефонного разговора), или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной, а второго - кроссовой (долговременной).

Коммутационный узел (КУ) представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для приема, обработки и распре­деления поступающей информации. Наиболее типичным примером КУ является коммутационная станция, в которую включа­ются абонентские и соединительные линии. Упрощенная струк­турная схема коммутационного узла представлена на рис.

Рис. Структура коммутационного узла

Для выполнения своих функций КУ должен иметь в своем составе следующие основные блоки :

Коммутационное поле (КП) - представляет собой сово­купность коммутационных приборов, с помощью которых обеспечивается соединение включенных в станцию абонент­ских и соединительных линий.

Управляющее устройство (УУ) - предназначено для управления процессом установления соединений. В его со­став входит аппаратура для приема, формирования и переда­чи управляющей информации. На основании информации о номере вызываемого абонента или направлении связи, при­нятой от источника вызова, УУ включает соответствующие элементы коммутационного поля, в результате чего осуще­ствляется соединение между соответствующими входом и выходом.

Блоки соединительных линий (БСЛ), через комплекты со­единительных линий (КСЛ) которых подключаются линии свя­зи от (к) других КУ посредством аналоговых или цифровых соединительных линий (СЛ). При использовании однонаправлен­ных СЛ разделяют входящие и исходящие КСЛ.

Блоки абонентских линий (БАЛ), через абонентские ком­плекты (АК) которых к станции подключаются абонентские линии.

В состав оборудования КУ также входят дополнительные блоки :

Кросс - устройство ввода и вывода линий.

Шнуровые комплекты (ШК), которые в АТС координат­ного типа служат для питания телефонных аппаратов, а также приема и посылки служебных сигналов в процессе установле­ния соединения.

Источники электропитания .

Приборы контроля за работой оборудования .

Приборы учета параметров нагрузки .

На коммутационных узлах могут устанавливаться соедине­ния следующих видов:

внутристанционное - соединение осуществляется между абонентами данной телефонной станции;

исходящее - соединение устанавливается по инициативе абонента данной станции с абонентом другой станции через со­единительную линию;

входящее - соединение устанавливается с абонентом дан­ной станции по вызову, поступившему по соединительной ли­нии от другой станции;

транзитное - на данной станции коммутируются две сое­динительные линии с целью соединения абонентов других станций.

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков:

по виду передаваемой информации (телефонные, теле­графные, вещания, передачи данных и др.);

по способу обслуживания соединений (ручные, автомати­ческие);

по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, узлы входящего и исходящего сообщения);

по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);

по типу коммутационного и управляющего оборудования (декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, элект­ронные);

по емкости ,т. е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);

по типу коммутации (оперативная, кроссовая);

по способу разделения каналов (пространственный, простран­ственно-временной);

по способу коммутации (коммутация каналов, коммута­ция сообщений, коммутация пакетов).

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов )и управления процессами установления соединения на АТС применяются коммутационные приборы.

Коммутационным прибором (КПр) называется уст­ройство, обеспечивающее скачкообразное изменение про­водимости электрических цепей на определенный проме­жуток времени. Различают коммутационные приборы кон­тактные и бесконтактные .

В контактных приборах проводимость меняется путем замыкания и размыкания контактов, включенных в электрическую цепь. В бескон­тактных приборах изменение проводимости достигается изменением какого-либо параметра (сопротивления, индук­тивности или емкости) одного из элементов электрической цепи. Изменение проводимости электрических цепей в коммутационном приборе осуществляется коммутацион­ным элементом (КЭ) .

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т.д.), по­этому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, кото­рые объединены в коммутационную группу . При этом комму­тационные элементы переключаются одновременно под влия­нием управляющего сигнала.

По способам управления КПр можно разделить на прибо­ры ручной и автоматической коммутации. Приборы ручной коммутации управляются механическим воздействием челове­ка (ключи, кнопочные переключатели, телефонные гнезда и штепселя). Приборы автоматической коммутации управляют­ся электрическими сигналами.

В коммутационном приборе в зависимости от числа входных и выходных линий может быть установлено раз­личное число коммутационных групп. Совокупность ком­мутационных групп, обеспечивающая коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора.

Местоположение коммутационной группы в коммутацион­ном поле прибора (или в коммутационном блоке, постро­енном из нескольких приборов) называется точкой комму­тации .

Для коммутации электрических цепей используются при­боры, которые обеспечивают два устойчивых состояния своих коммутационных элементов (или групп). При этом электриче­ская цепь, проходящая через КЭ, в одном состоянии разом­кнута (т.е. закрытое состояние), а в другом замкнута (откры­тое состояние).

Коммутационные приборы различаются между собой структурными и электрическими параметрами.

К структурным параметрам относятся: число входов n, число выходов m, доступность входов D по отношению к выходам, число одновременно коммутируемых электриче­ских цепей (проводность), свойство памяти. Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации T ,число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных со­единений.

К электрическим параметрам коммутационных прибо­ров относятся: сопротивление коммутационного элемента в закрытом (разомкнутом) состоянии и открытом (замкнутом) состоянии отношение которых называется комму­тационным коэффициентом ; время переключе­ния КЭ из одного состояния в другое; вносимое затухание в разговорный тракт; уровень шумов; напряжение питания; величина тока, необходимого для переключения КЭ; потреб­ляемая мощность.

Некоторые коммутационные приборы обладают свой­ством памяти ,т.е. способностью сохранять рабочее со­стояние после прекращения подачи управляющего воздей­ствия. Это позволяет сократить расход электроэнергии для поддержания рабочего состояния прибора. Для возвращения прибора в исходное состояние требуется новое управ­ляющее воздействие.

Используемые в настоящее время коммутационные прибо­ры по структурным параметрам можно разделить на четыре типа:

1. Коммутационные приборы типа реле (1 x 1) имеют один вход и один выход.

2. Коммутационные приборы типа искатель (1 x m )име­ют один вход n = 1 и m выходов.

3. Коммутационные приборы типа многократный соеди­нитель n (1 x m ) имеют n входов и nm выходов.

4. Коммутационные приборы типа соединитель (n x m )имеют n входов и m выходов.

Посредством коммутационных приборов строятся ком­мутационные блоки, ступени искания и коммутационное поле автоматических телефонных (телеграфных и др.) станций и узлов, управляющие устройства, линейные и служебные ком­плекты.

Классификация. Узлы коммутации в зависимости от их положения в сети передачи данных могут выполнять довольно различные функции. В первую очередь следует отличать узлы коммутации, к которым подключены только соединительные линии, ведущие к другим узлам (т. е. транзитные узлы), от узлов, к которым, кроме того, подведены абонентские линии от оконечных установок. В последнем случае функции управления могут быть более многообразными, так как способы сигнализации, применяемые в абонентских и соединительных линиях, вообще говоря, не совпадают. Различие в функциях управления связано также с особыми услугами, предоставляемыми абонентам (см. разд. 3.2). Наконец, не следует забывать и о различных характеристиках нагрузки. Функции управления особенно обширны в таких транзитных узлах коммутации, к которым подключены соединительные линии от разных сетей передачи данных.

Однако практически более важную роль играет другое различие - различие между концентраторами и прочими коммутационными устройствами. Концентраторы предназначены для объединения нагрузки от нескольких периферийных оконечных установок таким образом, чтобы она передавалась в вышестоящий узел коммутации или (в частных сетях передачи данных) на центральную оконечную установку, например оборудование обработки данных (т. е. центральную ЭВМ), по меньшему числу соединительных линий (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Оборудование коммутации данных, установленное в коммутируемых узлах сети: а) концентратор и коммутационный узел; б) концентратор: ОУПД -- оконечная установка передачи данных; АЛ - абонентская линия; К - концентратор; СЛ - соединительная линия; КУ - коммутационный узел; ЦУ - центральная установка, например ЭВМ

Концентраторы позволяют также передавать нагрузку в обратном направлении оконечным установкам. Соединительные тракты между оконечными установками, подключенными к одному концентратору, в общем случае проходят через вышестоящий узел коммутации. (Такие концентраторы называют линейными, в отличие от аналогичных устройств, которые служат для соединения большого числа линий с небольшим числом управляющих устройств, например регистров для приема знаков набора

номера, и известны под названием регистровых концентраторов.)

В первую очередь принцип построения коммутационного оборудования определяется используемым методом коммутации (см. том 1, разд. 6.1.2), который зависит от того, должно ли быть установлено или нет сквозное (прямое) соединение между оконечными установками. В первом случае нет необходимости в промежуточном запоминании данных в узлах коммутации (коммутация каналов). Если, однако, по мере возможности занимается только один тот или иной участок соединительного тракта, то требуется промежуточное хранение данных в памяти (коммутация сообщений). При этом в память могут заноситься целые сообщения (коммутация с запоминанием сообщений) или только их части (пакетная коммутация).

Для осуществления как коммутации каналов, так и коммутации сообщений при передаче данных разработано большое число разнообразных устройств. Тот или иной метод коммутации может быть реализован различными способами: возможна, например, коммутация каналов с пространственным и временным их разделением, а также временная коммутация значащих моментов или групп битов (байтов). Для промежуточного хранения данных можно использовать перфоленту или магнитный носитель. Большое значение имеет также вид управления: децентрализованное или централизованное, жесткое (с постоянными функциональными связями) или программное.

Структура и методы обслуживания. Многообразие возможностей реализации коммутационных функций приводит к тому, что не существует общей, пригодной во всех случаях структуры коммутационного оборудования, иначе говоря, единой обобщенной схемы из некоторых основных элементов, которые независимо от их конкретной реализации можно было бы выделить в любом коммутационном оборудовании. По-видимому, при одинаковых методах коммутации и местоположении узла в сети должны осуществляться одинаковые функции, однако указать однозначное и всегда справедливое правило, по которому им ставились бы в соответствие определенные элементы, едва ли возможно. Поэтому последующее изложение в значительной степени основано на примерах конкретных технически реализованных устройств.

Как уже отмечалось, устройства одинакового или сходного назначения могут называться по-разному. В дальнейшем употребляются главным образом такие названия, которые использованы в соответствующей литературе по описываемым коммутационным системам, насколько это допустимо при естественном стремлении к единству изложения.

Способами обслуживания называют способы, в соответствии с которыми обрабатываются требования, касающиеся занятия определенных устройств. При этом управляющие устройства следует

отличать от устройств, предназначенных непосредственно для коммутации или промежуточного запоминания данных. Система об» служивания с ожиданием характерна для централизованных управляющих устройств: занятие этих устройств связано с необходимостью ожидания их освобождения в порядке некоторой очереди - вообще говоря, с ограниченным числом мест ожидания и с упорядочением по приоритетам. Примером могут служить очереди, которые обрабатываются в узле коммутации вычислительным устройством по заданной программе, хранящейся в памяти. В противоположность этому возможность ожидания освобождения децентрализованных управляющих устройств, например зон памяти для промежуточного хранения данных, необходимых в процессе установления соединения, нередко не предусматривается; в таком случае говорят о системе с потерями. Часто нет возможности ожидания и при занятии устройств, непосредственно используемых для коммутации данных и запятых в течение всего времени, на которое установлено соединение. Таковы, например, промежуточные линии системы пространственной коммутации каналов. Иначе обстоит дело в случае процессов, происходящих при коммутации с временным разделением каналов: здесь уже можно говорить о системе с ожиданием.

Критерии оценки. Прежде чем рассматривать конкретные виды коммутационных систем, назовем некоторые критерии их оценки. В первую очередь должна быть охарактеризована область применения, т. е. указаны ее признаки в различных функциональных аспектах (например, первый аспект может касаться скорости передачи, второй - процедуры передачи данных). Важным показателем является также гибкость системы. Тенденции развития сетей передачи данных на ближайшие годы таковы, что для коммутационного оборудования все большее значение приобретает не только увеличение числа подключаемых линий и объема обслуживаемой им нагрузки, но и возможности перехода к сетям с другими признаками или к введению новых видов услуг для абонентов.

Производительность коммутационного оборудования грубо можно охарактеризовать допустимым числом подключаемых линий, максимально возможной нагрузкой, а также показателями, касающимися передаваемых данных - прежде всего скоростью передачи. Оборудование, предназначенное для коммутации каналов, характеризуется производительностью коммутаторов, а оборудование для коммутации сообщений возможной производительностью при приеме и передаче сообщений и, если известна длина сообщений, - емкостью запоминающего устройства. Наряду с этим необходимо иметь сведения о производительности управляющих устройств, т. е. о количестве соединений, которые могут быть установлены и разъединены за определенное время, или о количестве сообщений или пакетов, которые могут быть обработаны в

единицу времени. Однако сравнивать эти показатели можно лишь в том случае, если дополнительно принимаются во внимание вид устанавливаемого соединения или передаваемого сообщения, распределение интервалов между вызовами, длительности соединений и другие подобные параметры.

Наконец, большое значение, в особенности при централизованном управлении, имеет надежность коммутационной системы как единого целого. Надежность характеризуется средним временем между двумя полными отказами системы или другими аналогичными показателями . Чтобы обеспечить высокую надежность, прибегают к дублированию или даже многократному резервированию коммутационного оборудования (обычно его центральных частей). В связи с этим представляет интерес, на какое число подключенных линий влияет отказ одной сдублированной части коммутационного оборудования; это число называют объемом отказа. В больших коммутационных системах нередко считается допустимым отказ в объеме до десяти линий.

Рассмотрим в данной статье основные методы коммутации в сетях.

В традиционных телефонных сетях, связь абонентов между собой выполняется с помощью коммутации каналов связи. В начале коммутация телефонных каналов связи выполнялась вручную, далее коммутацию выполняли автоматические телефонные станции (АТС).

Аналогичный принцип используется и в вычислительных сетях. В качестве абонентов выступают территориально удаленные вычислительные машины в компьютерной сети. Физически не представляется возможным предоставить каждому компьютеру свою собственную некоммутируемую линию связи, которой они пользовались бы в течении всего времени. Поэтому практически во всех компьютерных сетях всегда используется какой-либо способ коммутации абонентов (рабочих станций), выполняющий возможность доступа к существующим каналам связи для нескольких абонентов, для обеспечения одновременно нескольких сеансов связи.

Коммутация - это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.

Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).

Рассмотрим три основные наиболее распространенные способы коммутации абонентов в сетях:

• коммутация каналов (circuit switching);
• коммутация пакетов (packet switching);
• коммутация сообщений (message switching).

Коммутация каналов

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.

Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.

Достоинства коммутации каналов:

• постоянная и известная скорость передачи данных;
• правильная последовательность прихода данных;
• низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть.

Недостатки коммутации каналов:

• возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения;
• нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей;
• обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.

Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.

При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.

Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.

Коммутация пакетов - это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Достоинства коммутации пакетов:

• более устойчива к сбоям;
• высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;
• возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи.

Недостатки коммутации пакетов:

• неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети;
• переменная величина задержки пакетов данных;
• возможны потери данных из-за переполнения буферов;
• возможны нарушения последовательности прихода пакетов.

В компьютерных сетях применяется коммутация пакетов.

Cпособы передачи пакетов в сетях:

• Дейтаграммный способ – передача осуществляется как совокупность независимых пакетов. Каждый пакет двигается по сети по своему маршруту и пользователю пакеты поступают в произвольном порядке.
• Достоинства: простота процесса передачи.
• Недостатки: низкая надежность засчет возможности потери пакетов и необходимость программного обеспечения для сборки пакетов и восстановления сообщений.
• Логический канал - это передача последовательности связанных в цепочки пакетов, сопровождающихся установкой предварительного соединения и подтверждением приема каждого пакета. Если i-ый пакет не принят, то все последующие пакеты не будут приняты.
• Виртуальный канал – это логический канал с передачей по фиксированному маршруту последовательности связанных в цепочки пакетов.
• Достоинства: сохраняется естественная последовательность данных; устойчивые пути следования трафика; возможно резервирование ресурсов.
• Недостатки: сложность аппаратной части.

В данной статье мы рассмотрели основные методы коммутации в вычислительных сетях, с описание каждого метода коммутации с указанием достоинст и недостатков.