5. Коммутация каналов, коммутация пакетов, коммутация сообщений, маршрутизация.

Ядро сети- маршрутизаторы.

Сущ 2 фундаментальных подхода в организации ядра сети: коммутация каналов(телефонная сеть) икоммутация пакетов (современный И). При коммутации каналов происходит резервирование на время сеанса связи необходимых ресурсов (буферов, диапазонов частот) на всем сетевом пути. При коммутации пакетов ресурсы запрашиваются при необходимости и выделяются по требованию.

Существует два класса сетей с коммутацией пакетов: с виртуальным каналом (Virtual Channel), Дейтаграммные (Datagram). Примеры дейтаграммных сетей: Internet на базе IP, X.25, Frame Relay, ATM.Сети с виртуальными каналами. Виртуальный канал устанавливается перед началом соединения и является единственным маршрутом для данного соединения. Динамический виртуальный канал устанавливается путем посылки запроса на соединение, которое проходит через коммутаторы и прокладывает виртуальный канал. При этом, коммутаторы запоминают маршрут и именно по нему пересылают все последующие пакеты. Статический виртуальный канал создается администраторами, путем ручной настройки. При отказе одного из элементов маршрута, соединение разрывается и виртуальный канал нужно прокладывать заново (это основное отличие от дейтаграммных сетей).Дейтаграммныесети - аналогичны обычной почте. Пакет помещается в своеобразный конверт (заголовок пакета содержит адрес назначения), который имеет иерархическую структуру. По прибытии пакета на маршрутизатор, он сравнивает соответствующую часть адреса назначения и отправляет пакет к следующему маршрутизатору.

Коммутация каналов: - С

А -

Aк Д через 2

резервируется канал и

устанавливается соединение - Д

от А до Д B-

Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов: Каждый канал связи в линии связи организовывается при помощичастотного(отводится определенная полоса частот, которая не изменяется в течении всего сеанса) либовременногоразделения (время разбивается на равные промежутки - кадры, каждый кадр на фиксированное число слотов, суть в закреплении за каждой парой абонентов одного временного слота в каждом кадре),разделение по коду(каждый канал кодируется своим кодом) (радиоканалы). Недостаток - выделенные каналы связи нельзя освободить в периодыпростоя. И необходимость в сложном сигнальном оборудовании для управления коммутациями и выделения частотных полос каналам связи.

Коммутация пакетов: В современные компьютерных сетях происходит автоматическое разбиение больших по объему сообщений на более мелкие фрагменты -пакеты- единица передачи данных. При передаче пакет проходит через последовательность линий связи коммутаторов, обычно называемыхмаршрутизаторами. Передача по линии связи осуществляется с максимальной скоростью, которую способна обеспечить линяя связи. Большинство маршрутизаторов используют механизм

передачи с промежуточным накоплением(перед тем как начать передачу, необходимо завершить процесс приема пакета в буфер). ТО возникаетзадержка накопления, обусловленная необх-ю ожидания окончания приема пакета. Если пакет длинойLбит, аRбит/с - скорость выходной линии связи, то задержкаL/Rс.

Каждый маршрутизатор имеет мн-во входных и выходных линий связи. Каждая выходная линия имеет выходной буфер(иливыходная очередь) - хранятся пакеты дл отправки. Если при окончании приема пакета линия занята, то его помещают в очередь выходного буфера. ТО присутствуетзадержка ожидания. (зависит от нагрузки линии связи). Т.к. размеры буферов ограничены, места может не хватить - может произойтипотеря пакеталибо уже стоящего в очереди, либо нового.статическое мультиплексирование- невозможность предсказать очередность пакетов при одновременной передачи пакетов 2 хостами.Для пересылки пакета длинойLбит между хостами при коммутации пакетов. ПустьQ- число линий связи, каждая обладает скоростьюRбит/с. (задержки ожидания и распространения в сети отсутствуют). Общее время пересылкиQL/Rc. (для 1 -L/R…Q-1).

Коммутация пакетов не позволяет организовать передачу в реальном времени, эффективная организация разделения пропускной способности линии связи, простая, эффективная, менее дорогостоящая.

Пример: Пусть есть линия связи с пропускной способностью 1 Мбит/с. Каждый пользователь может пересылать данные со скоростью 10Кбит/с, либо находиться в состоянии простоя. Пусть

пользователь активен 10% от общего времени. Если коммутация каналов: сеть может обслуживать одновременно только 10 пользователей (зарезервирована линия на сеанс).

Если коммутация пакетов: вероятность наличия в сети одновременно активных 11 пользователей, при условии что общее число пользователей 35, составляет 0004. ТО вероятность. что в сети не более 20 пользователей - 0,9996, все пакеты будут проходить через сеть без задержек. При превышении порога в 10 активных пользователей в сети будут наблюдаться перегрузки, которые приведут к появлению и росту очередей пакетов, когда число акт польз упадет ниже 10, очереди станут уменьшаться. Из приведенных расчетов следует, что с вероятностью близкой к 1, сеть с коммутацией пакетов не приведет к дополнительным ожиданиям, обслуживая более чем втрое больше пользователей, чем сеть с коммутацией пакетов.

Сегментирование сообщений: в большинстве современных сетей с коммутацией пакетов передающий хост разбивает длинные сообщений, генерируемые приложениями на более мелкие пакеты, они доставляются адресату, которой собирает из них исходное сообщение. Если в сети с коммутацией пакетов не производится сегментирование исходных сообщений (сообщения передаются целиком), то говорят, что сеть функционирует в режимекоммутации сообщений.

Когда сообщение разбито на пакеты, говорят о конвейерной передачесообщения, то есть параллельной (одновременной) передачи его фрагментов (пакетов) по различным линиям связи.

Пример: Сообщение 7.5 Мбит, скорость 15 Мбит/с

A----R1----R2----B- все каналы имеют одинаковую пропускную способность.

AR!R2B

5

10

15

7.5*10⁶/1.5Мбит/с = 5сt= 5c+ 5c+ 5c= 15c

Таже порция данных разделена на 5000 пакетов по 1500 бит

AR1R2B

1

2

3

…..

5000

5001

5002

1500/1.5Мбит/с = 0,001c - время 1 пакета, второй достигнет за 0.002с итд, последний пакет 5000*0,001 = 5с. ТО время передачи 5,002с.

Главное отличие в том, что передача параллельна, активны все узлы, а не один. Каждый сегмент в себе кроме данных несет массив контрольной информации, заключенной в заголовкесообщения, может содержать такие данные как адреса отправителя и получателя, а также идентификатор пакета. Если очень сильно поделить сообщение, то большая часть сегмента- служебная информация.h- контр инф,R- размер сообщения. Оптимальный размер сегментаS=f(h,R).