Коммутация пакетов и каналов

Сети с коммутацией пакетов были разработаны для того, чтобы избежать значи­тельных расходов, связанных с эксплуатацией общедоступных сетей, использующих коммутацию каналов, и предоставления более экономичной WAN-технологии.

Когда абонент делает телефонный звонок, набранный номер используется для установки коммутаторов в промежуточных пунктах по всей длине маршрута таким образом, чтобы образовался непрерывный канал от телефонной трубки вызываю­щей стороны до телефонного аппарата вызываемой стороны. Поскольку для созда­ния канала используется операция коммутации, такая телефонная система называ­ется сетью с коммутацией каналов. Если в такой системе заменить телефонные трубки модемами, подсоединенными к компьютерам, то по такому скоммутированному каналу можно передавать компьютерные данные. На рис. 12.11 приведен при­мер сети с коммутацией каналов.

На практике канал может включать в себя участки, передающая среда которых отличается от медного провода, например, оптоволоконный кабель или микровол­новая связь. На внутренних участках маршрута между отдельными промежуточными точками могут передаваться данные и других пользователей, поэтому для предостав­ления им всем по очереди возможности использовать соединение используется мультиплексирование с разделением времени (Time-Division Multiplexing — TDM). Ис­пользование TDM гарантирует, что каждому пользователю будет предоставлена оп­ределенная часть полосы пропускания соединения.

Если канал используется для передачи компьютерных данных, то использование таких фиксированных частей полосы пропускания может оказаться неэффектив­ным. Например, если канал используется для доступа к Internet, то при передаче Web-страницы происходит всплеск активности, после которого наступает период бездействия канала пока пользователь читает страницу, а затем новый всплеск при получении новой. Такие колебания интенсивности между нулевой и максимальной типичны для потоков данных в компьютерных сетях. Поскольку пользователь имеет исключительное право на использование такой фиксированной полосы пропуска­ния, коммутируемые каналы являются дорогостоящим способом передачи данных.

Рис. 12.11. Коммутация каналов

Альтернативой такому подходу является выделение полосы пропускания только в том случае, когда это необходимо и совместное использование полосы пропускания многими пользователями. В соединении с коммутацией каналов биты данных, пере­данные в канал, автоматически передаются на дальний конец канала, поскольку канал уже установлен. При совместном использование канала несколькими пользователями необходим какой-либо механизм, помечающий биты для того, чтобы система знала, в какой пункт их требуется доставить. Поскольку помечать индивидуальные биты за­труднительно, они объединяются в группы, которые в разных ситуациях называются ячейками, фреймами или пакетами. Созданные помеченные порции данных, назы­ваемые пакетами, передаются между промежуточными пунктами сети провайдера с последующей доставкой конечному получателю. Сети, реализующие такой подход, на­зываются сетями с коммутацией пакетов. На рис. 12.12 приведен пример сети с комму­тацией пакетов.

Поскольку каналы, соединяющие промежуточные пункты или коммутаторы в сети провайдера выделяются отдельному пользователю только в том случае, если у него есть данные для передачи, становится возможным использование каналов многими поль­зователями, а стоимость канала для каждого пользователя может оказаться значитель­но ниже, чем в случае выделенного соединения с коммутацией каналов. С другой сто­роны, вследствие того, что отдельному пакету, возможно, придется ожидать передачи на коммутаторе до тех пор, пока пакет другого пользователя не покинет канал, задерж­ка передачи данных в сетях с коммутацией пакетов оказывается непредсказуемой.

Рис. 12.12. Сеть, использующая коммутацию пакетов

Коммутаторы в сетях с коммутацией пакетов должны быть способны определить по адресной информации каждого пакета следующий канал, в который следует отправить этот пакет. Для определения этого канала могут быть использованы два подхода: без ориентации на соединение (connectionless) и ориентированный на установку соедине­ния. В системах без ориентации на соединение таких, например, как Internet, вся ад­ресная информация содержится в каждом пакете. В системах, ориентированных на со­единение, маршрут каждого пакета предопределен и каждому пакету требуется только идентификатор. В технологии Frame Relay такой идентификатор называется иденти­фикатором канального уровня (data-link connection identifier— DLCI). Коммутатор определяет маршрут в восходящем направлении просматривая таблицу идентифика­торов, находящуюся в его оперативной памяти. Совокупность позиций во всех таких таблицах определяет конкретный маршрут или канал в системе; если такой "канал" физически существует только во время прохождения по нему пакета, то он называется виртуальным каналом (virtual circuit — VC).

Позиции таблиц, образующие виртуальный канал VC, могут быть заполнены пу­тем рассылки по сети запросов на соединение; в этом случае получаемый канал на­зывается коммутируемым виртуальным каналом (switched virtual circuit — SVC). Данные, которые должны пройти по каналу SVC, должны ожидать заполнения соот­ветствующих позиций таблиц, однако после установки канал SVC может функцио­нировать в течение нескольких часов, дней или даже недель. В том случае, когда ка­нал должен быть доступен постоянно, создаются постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuit — PVC). Для таких каналов позиции таблиц заполняются во время загрузки коммутаторов, поэтому каналы PVC всегда доступны.