Режимы передачи данных в сетях

Информационный обмен между абонентами может осуществляться тремя различными способами: коммутацией каналов, сообщений и пакетов.

Коммутация каналов обеспечивает выделение физического канала для прямой передачи данных между абонентами. Процесс коммутации канала и передачи данных между абонентами сети, изображенной на рис. 7, представлен временной диаграммой. Абонент А1 инициирует установление связи с абонентом А2. Узел связи А, реагируя на адрес абонента А1, ее создает соединение, в результате чего линия абонента А1 коммутируется с линией, соединяющей узел А с узлом В. Затем процедура создания соединения повторяется с узлами В, С и D, в результате чего между абонентами А1 и А2 коммутируется канал. По окончании коммутации узел D или абонент посылает сигнал обратной связи, после получения которого абонент А1 начинает передавать данные. Время передачи данных зависит от длины передаваемого сообщения, пропускной способности канала (скорости передачи данных) и времени распространения сигнала по каналу. Значение U1 определяет время доставки сообщения.

Коммутация сообщений производится путем передачи сообщения, содержащего заголовок и данные, по маршруту, определяемому узлами сети. В заголовке сообщения указывается адрес абонента А1 — получателя сообщения. Сообщение, генерируемое отправителем — абонентом А1, принимается узлом А и хранится в памяти узла. Узел А обрабатывает заголовок сообщения и определяет маршрут передачи сообщения, ведущий к узлу В. Узел В принимает сообщение, размещая его в памяти, а по окончании приема обрабатывает заголовок и выводит сообщение из памяти на линию связи, ведущую к следующему узлу. Процесс приема, обработки и передачи сообщения повторяется последовательно всеми узлами на маршруте от абонента А1 до абонента А2. Значение U2 определяет время доставки данных при коммутации сообщений.

Рис. 7 — Коммутация каналов, сообщений и пакетов

Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты — элементы сообщения, снабженные заголовком и имеющие фиксированную максимальную длину, и последующей передачи пакетов по маршруту, определяемому узлами сети. Передача данных при коммутации пакетов происходит так же, как и при коммутации сообщений, но данные разделяются на последовательность пакетов 1, 2,…N, длина которых ограничена предельным значением, например 1024 бит.

В сети коммутация пакетов — основной способ передачи данных. Это обусловлено тем, что коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных через СПД, а также следующими обстоятельствами.

Во-первых, способ коммутации каналов требует, чтобы все соединительные линии, из которых формируется канал, имели одинаковую пропускную способность, что крайне ужесточает требования к структуре СПД. Коммутация сообщений и пакетов позволяет передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.

Во-вторых, представление данных пакетами создает наилучшие условия для мультиплексирования потоков данных. На рис. 1.8 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая принцип мультиплексирования потоков данных. На первых трех осях изображены потоки данных (пакетов), генерируемых абонентами а1, а2, а3. Двойная нумерация пакетов на рисунке означает номер абонента и номер пакета в потоке. Канал используется для обслуживания трех абонентов путем разделения во времени, то есть поочередного предоставления канала абонентам. Благодаря этому эффективно используются линии связи, соединяющие узлы связи и компьютеры с СПД, и одна линия связи обеспечивает работу многих взаимодействующих абонентов. Экономичность коммутации пакетов несколько снижается из-за размножения заголовков, сопровождающих каждый пакет, но эти потери окупаются за счет эффекта мультиплексирования сильно пульсирующих потоков данных.

В-третьих, малая длина пакетов позволяет выделять для промежуточного хранения передаваемых данных меньшую емкость памяти, чем требуется для сообщений.

В-четвертых, надежность передачи данных по линиям связи невелика. Типичная линия связи обеспечивает передачу данных с вероятностью искажений 10^–4...10^–6. Чем больше длина передаваемого сообщения, тем больше вероятность того, что оно будет искажено помехами. Пакеты, имея незначительную длину, в большей степени гарантированы от искажений, чем сообщения. К тому же искажение исключается путем перезапроса данных (метод автоматического запроса при ошибке ARQ: Automatic ReQuest). Пакеты значительно лучше согласуются с механизмом перезапросов, чем сообщения, и обеспечивают наилучшее использование пропускной способности линии связи, работающей в условиях помех.

Рис. 8 — Временное объединение (мультиплексирование)

потоков данных

Выбор длины пакетов производится, исходя из размера сообщения, с учетом влияния длины пакетов на время доставки данных, пропускную способность линий связи, емкость памяти и загрузку компьютеров.