Что такое коммутация пакетов

Что такое коммутация пакетов

9. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ

9.2. Коммутация пакетов

Коммутация пакетов — это техника коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Суть проблемы заключается в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может составлять 1:50 или 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут использоваться нерационально — часть тайм-слотов или частотных полос коммутаторов будет занята и недоступна другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. 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. 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 (рис. 40). Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге — узлу назначения.

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 (рис. 41). В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

Рис. 40. Разбиение сообщения на пакеты

Рис. 41. Сглаживание пульсаций трафика в сети с коммутацией пакетов

Так, общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике коммутации каналов.

При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново.

Каждый режим передачи пакетов имеет свои преимущества и недостатки. Дейтаграммный метод не требует предварительного установления соединения и поэтому работает без задержки перед передачей данных. Это особенно выгодно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения может быть соизмеримым со временем передачи данных. Кроме того, дейтаграммный метод быстрее адаптируется к изменениям в сети.

При использовании метода виртуальных каналов время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой передачей всего потока пакетов. Коммутаторы распознают принадлежность пакета к виртуальному каналу по специальной метке — номеру виртуального канала, а не анализируют адреса конечных узлов, как в предыдущем случае.

Одним из отличий метода коммутации пакетов от метода коммутации каналов является неопределенность пропускной способности соединения между двумя абонентами. В методе коммутации каналов после образования составного канала пропускная способность сети при передаче данных между конечными узлами известна — это пропускная способность канала.

Неопределенная пропускная способность сети с коммутацией пакетов — это плата за ее общую эффективность при некотором ущемлении интересов отдельных абонентов.

На эффективность работы сети существенно влияют размеры пакетов, которые передает сеть. Слишком большие размеры пакетов приближают сеть с коммутацией пакетов к сети с коммутацией каналов, поэтому эффективность сети при этом падает. Слишком маленькие пакеты заметно увеличивают долю служебной информации, так как каждый пакет несет с собой заголовок фиксированной длины, а количество пакетов, на которые разбиваются сообщения, будет резко расти при уменьшении размера пакета. Существует некоторая золотая середина, которая обеспечивает максимальную эффективность работы сети, однако ее трудно определить точно, так как она зависит от многих факторов, некоторые из них к тому же посто­янно меняются в процессе работы сети. Поэтому разработчики протоколов для сетей с коммутацией пакетов выбирают пределы, в которых может находиться длина пакета, а точнее его поле данных, так как заголовок, как правило, имеет фиксированную длину. Обычно нижний предел поля данных выбирается равным нулю, что разрешает передавать служебные пакеты без пользовательских данных, а верхний предел не превышает 4-х килобайт. Приложения при передаче данных пытаются занять максимальный размер поля данных, чтобы быстрее выполнить обмен данными, а небольшие пакеты обычно используются для квитанций о доставке пакета.

При выборе размера пакета необходимо учитывать также и интенсивность битовых ошибок канала. На ненадежных каналах необходимо уменьшать размеры пакетов, так как это уменьшает объем повторно передаваемых данных.

Источник

Способы коммутации и передачи данных в сетях

Вступление

В данной статье мы рассмотрим основные методы коммутации в сетях.

Что такое коммутация?

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 не коммутируемую 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

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 и недостатки коммутации каналов:

Коммутация сообщений

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

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 и недостатки коммутации пакетов:

Источник

Пакетная коммутация

Передача небольших битов данных по различным сетям называется пакетной коммутацией. Эти пакеты данных разбиваются на блоки, чтобы быстрее и эффективнее передавать их по сети. Он разрезается на пакеты данных в одном устройстве, а от этого устройства отправляется в другое, чтобы достичь места назначения, где все пакеты данных собираются и собираются заново. [1] Проще говоря, это способ разбиения файлов данных на более мелкие пакеты или части для того, чтобы лучше передавать их по разным сетям.

Cодержание

Функциональность

Когда пользователи отправляют файл данных по сети, они часто отправляются не как целые документы, а как небольшие пакеты данных. Файл размером 5 мегабайт будет разделен на 512 байтовых пакетов, которые затем будут отправлены по сети. Каждый пакет содержит заголовок, содержащий 2 сетевых IP адреса:

Кроме того, заголовок также содержит число, которое определяет количество пакетов, содержащихся во всем фактическом файле данных. Когда пакеты теряются в сети, они отскакивают вокруг. Подскакиванием подразумевается передача пакета данных с одного маршрутизатора на другой до тех пор, пока он не достигнет IP-адреса конечного пункта назначения. Когда в сети остается несколько пакетов потерянных данных, это приводит к перегрузке сети и может замедлить работу всей системы. Для решения этой проблемы в заголовок был включен подсчет хмеля. Относится к количеству случаев, когда пакет данных может передаваться с одного маршрутизатора на другой. Максимальное количество прыжков назначается для каждого пакета. Это число прыжков уменьшается каждый раз, когда пакет проходит через маршрутизатор. Когда достигается максимальное количество переходов до прибытия пакета в пункт назначения, он удаляется этим маршрутизатором. Это одна из причин потери пакетов. [2]

Режимы

Двумя основными режимами пакетной коммутации являются

Пакетная коммутация без подключения

Каждый отдельный пакет в этом типе сети пакетной коммутации содержит полную информацию о маршрутизации и индивидуально маршрутизируется внутри сети до адреса назначения. Могут быть несколько режимов передачи, которые зависят от различных нагрузок на доступные узлы в сети. В этой системе каждый из пакетов соответствует инструкциям, представленным в заголовке пакета. Сюда входит информация, необходимая для облегчения повторной сборки пакетов данных с целью создания всего файла данных. [3]

Пакетная коммутация с ориентацией на подключение

Этот режим пакетной коммутации также называется виртуальной коммутацией цепей. Отдельные пакеты данных в этом режиме передаются последовательно по заранее определенному и идентифицированному маршруту. Эти пакеты собираются с помощью уникального порядкового номера и затем транспортируются по сети на определенный IP-адрес назначения в порядке убывания. Нет необходимости включать адресную информацию в пакет для этого режима. [4]

Эффекты

Исторически сложилось так, что протокол коммутации каналов обычно используется с ISDN соединением для телефонных сетей. [5] Пакетная коммутация является его альтернативой. Ниже приведены некоторые из плюсов и минусов использования пакетной коммутации с коммутатором цепи:

Профессионалы

Против

История

Пакетная коммутация, как и разработка гипертекста, является концепцией, которая может быть приписана Полу Барану в начале 1960-х годов, а затем независимо, через несколько лет, Дональду Дэвису и Леонарду Кляйнроку. Исследования Дэвиса и Кляйнрока в области коммутации цифровых сообщений помогли Барану построить ARPANET или первую сеть пакетной коммутации, которой, как стало известно позже, смогут пользоваться многие, как и Интернет.

«Эта концепция пакетной коммутации представляла собой радикальный сдвиг парадигмы от преобладающей модели сетей связи, использующих выделенные аналоговые схемы, построенные в первую очередь для аудиосвязи, и создала новую модель дискретных цифровых систем, разбивающих сообщения на отдельные пакеты, которые передаются независимо и затем собираются обратно в исходное сообщение на дальнем конце». [6]

Источник

Коммутация пакетов

Коммутация пакетов (англ. packet switching ) — принцип коммутации, при котором информация разделяется на отдельные пакеты, которые передаются в сети независимо друг от друга. В таких сетях по одной физической линии связи могут обмениваться данными много узлов.

Основные принципы

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие (до нескольких килобайт) части — пакеты (packet). Каждый пакет оснащается заголовком, в котором указывается, как минимум, адрес узла-получателя и номер пакета. Передача пакетов по сети происходит независимо друг от друга. Коммутаторы такой сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, что позволяет сглаживать пульсации трафика на линиях связи между коммутаторами. Пакеты иногда называют дейтаграммами (datagram), а режим индивидуальной коммутации пакетов — дейтаграммным режимом.

Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия каждой конкретной пары узлов, поскольку их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока передадутся другие пакеты. Однако общая эффективность (объем передаваемых данных в единицу времени) при коммутации пакетов будет выше, чем при коммутации каналов. Это связано с тем, что трафик каждого отдельного абонента носит пульсирующий характер, а пульсации разных абонентов, в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени, увеличивая равномерность нагрузки.

См. также

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Коммутация пакетов» в других словарях:

коммутация пакетов — Совокупность операций на станции или узле вторичной сети, состоящих в приеме отрезков сообщений (пакетов) и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком. [Руководящий документ «Основные положения развития… … Справочник технического переводчика

Коммутация пакетов — совокупность операций на станции или узле сети, состоящих в приеме отрезков сообщений (пакетов) и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком. Источник: Нормы технологического проектирования. Городские и сельские… … Официальная терминология

Коммутация пакетов — 1. Совокупность операций на станции или узле сети, состоящих в приеме отрезков сообщений (пакетов) и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком Употребляется в документе: РД 45.120 2000 Нормы технологического… … Телекоммуникационный словарь

коммутация пакетов данных — коммутация пакетов Коммутация сообщений данных, при которой сообщения принимаются, накапливаются и передаются в виде пакетов данных. [ГОСТ 17657 79 ] Тематики передача данных Обобщающие термины коммутация при передаче данных Синонимы коммутация… … Справочник технического переводчика

коммутация пакетов ЕАСС — коммутация пакетов Совокупность операций на коммутационной станции и узле коммутации вторичной сети ЕАСС, состоящих в приеме отрезков сообщений и передаче их в соответствии с содержащимся в них адресным признаком. [ГОСТ 22348 86] Тематики сети… … Справочник технического переводчика

коммутация пакетов (данных) — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN switching packet … Справочник технического переводчика

коммутация пакетов без установления соединения — (МСЭ T G.8010/ Y.1306, МСЭ T G.8011.2/ Y.1307.2, МСЭ Т Y.1314). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN connectionless packet switchedCLPS … Справочник технического переводчика

коммутация пакетов в виртуальных каналах — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN virtual channel packet switchingvirtual circuit packet switching … Справочник технического переводчика

коммутация пакетов с установлением соединения — (МСЭ Т Y.1314). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN connection orientated packet switchedCO PS … Справочник технического переводчика

Коммутация пакетов данных — 119. Коммутация пакетов данных Коммутация пакетов Е. Packet switching Коммутация сообщений данных, при которой сообщения принимаются, накапливаются и передаются в виде пакетов данных Источник: ГОСТ 17657 79: Передача данных. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Коммутация каналов и пакетов в сетях передачи данных

К частным задачам сетей передачи данных относятся:

Так в качестве информационных потоков в сетях с коммутацией каналов выступают данные, которыми обмениваются пары абонентов. Соответственно глобальным признаком потока является пара адресов (телефонных номеров) абонентов, связывающихся между собой. Одной из особенностей сетей с коммутацией каналов является понятие элементарного канала.

Элементарный канал

Элементарный канал (или просто канал) — это базовая техническая характеристика сети с коммутацией каналов, представляющая собой некоторое фиксированное в пределах данного типа сетей значение пропускной способности. Любая линия связи в сети с коммутацией каналов имеет пропускную способность, кратную элементарному каналу, принятому для данного типа сети.

Для качественной передачи голоса используется частота квантования амплитуды звуковых колебаний в 8000 Гц (дискретизация по времени с интервалом 125 мкс). Для представления амплитуды одного замера чаще всего используется 8 бит кода, что дает 256 градаций звукового сигнала (дискретизация по значениям).

В этом случае для передачи одного голосового канала необходима пропускная способность 64 Кбит/с:

8000 х 8 = 64 000 бит/ с или 64 Кбит/с.

Такой голосовой канал называют элементарным каналом цифровых телефонных сетей. Особенностью сетей с коммутацией каналов является то, что пропускная способность каждой линии связи должна быть равна целому числу элементарных каналов.

Составной канал

Свойства составного канала:

Отказ в соединении

Запросы на установление соединения не всегда завершаются успешно.

Преимущество коммутации каналов

Технология коммутации каналов ориентирована на минимизацию случайных событий в сети, то есть это технология. Во избежание всяких возможных неопределенностей значительная часть работы по организации информационного обмена выполняется заранее, еще до того, как начнется собственно передача данных. Сначала по заданному адресу проверяется доступность необходимых элементарных каналов на всем пути от отправителя до адресата. Но в случае с пульсирующим трафиком, данный подход является неэффективным, так как до 80% времени канал может простаивать.

Коммутация пакетов

Наличие адреса в каждом пакете является одной из важнейших особенностей техники коммутации пакетов, так как каждый пакет может быть обработан коммутатором независимо от других пакетов, составляющих сетевой трафик. Помимо заголовка у пакета может иметься еще одно дополнительное поле, размещаемое в конце пакета и поэтому называемое концевиком. В концевике обычно помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет.

Разбиение данных на пакеты

Разбиение данных на пакеты проходит в несколько этапов. Узел отправитель формирует цепочку передаваемых данных, которая разбивается на равные части. После чего происходит образование пакетов путем добавления заголовочной служебной информации. И последним этапом происходит сборка пакетов в исходное сообщение в узле назначения.

Передача данных по сети в виде пакетов

Как и в сетях с коммутацией каналов, в сетях с коммутацией пакетов для каждого из потоков вручную или автоматически определяется маршрут, фиксируемый в хранящихся на коммутаторах таблицах коммутации. Пакеты, попадая на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту

Неопределенность и асинхронность перемещения данных в сетях с коммутацией пакетов предъявляет особые требования к работе коммутаторов в таких сетях.

Главное отличие пакетных коммутаторов от коммутаторов в сетях с коммутацией каналов состоит в том, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов. Коммутатору нужны буферы для согласования скоростей передачи данных в линиях связи, подключенных к его интерфейсам, а также для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации.

Методы продвижения пакетов

Пакетный коммутатор может работать на основании одного из трех методов продвижения пакетов:

Дейтаграммная передача

Передача с установлением логического соединения

Процедура согласования двумя конечными узлами сети некоторых параметров процесса обмена пакетами называется установлением логического соединения. Параметры, о которых договариваются два взаимодействующих узла, называются параметрами логического соединения.

Виртуальный канал

Единственный заранее проложенный фиксированный маршрут, соединяющий конечные узлы в сети с коммутацией пакетов, называют виртуальным каналом (virtual circuit или virtual channel). Виртуальные каналы прокладываются для устойчивых информационных потоков. С целью выделения потока данных из общего трафика каждый пакет этого потока помечается специальным видом признака — меткой. Так же как в сетях с установлением логических соединений, прокладка виртуального канала начинается с отправки из узла-источника специального пакета — запроса на установление соединения.

Таблица коммутации в сетях, использующих виртуальные каналы, отличается от таблицы коммутации в дейтаграммных сетях. Она содержит записи только о проходящих через коммутатор виртуальных каналах, а не обо всех возможных адресах назначения, как это имеет место в сетях с дейтаграммным алгоритмом продвижения

Сравнение сетей с коммутацией каналов и пакетов

Рекомендуем хостинг TIMEWEB

Рекомендуемые статьи по этой тематике

Источник