Коммутация пакетов
Коммутацию пакетов можно рассматривать как дальнейшее развитие коммутации сообщений, при котором сообщение-пакет имеет строго ограниченную длину. Передача данных по сетям с коммутацией пакетов напоминает перевозку огромного количества товара грузовиками вместо транспортировки его на одном поезде. Если опрокинется какой-нибудь грузовик с товаром, навести порядок в этом случае будет проще, чем перегрузить сошедший с рельсов поезд.
Фиксированная длина пакетов предполагает разбиение Длинных сообщений на несколько пакетов. Каждый пакет снабжается адресом отправителя, адресом приемника и номером самого пакета в сообщении. Сформированные пакеты передаются в сети как независимые сообщения и, поступая в узел коммутации пакетов, накапливаются в буферах каналов связи. После этого они передаются в выходной буфер, где накапливаются пакеты различных сообщений, выдаваемые на быстрый канал связи для передачи в соседний узел связи, и т. д. В пункте назначения из поступающих пакетов формируется сообщение.
Описанный выше режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. Такой режим работы сети называется дейтограммным, и при его использовании коммутатор может изменять маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети, в частности работоспособности каналов.
Рис. 27. Передача данных через сеть коммутации пакетов:
ПБ – последовательный бит; К – кадр; П – пакет; И – информационный блок
Однако отсутствие логического канала может привести к нарушению порядка поступления пакетов к адресату. Поэтому для передачи больших сообщений используется способ виртуальных каналов, при котором все пакеты следуют по каналам и к тому же по заранее установленному маршруту.
В узлах коммутации пакетов реализуются три нижних уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем, на которых, соответственно, используются три типа протокольных блоков данных: последовательность бит, кадр и пакет. На рис. 27 показана последовательность преобразования протокольных блоков данных при передаче их по сети коммутации пакетов. На верхних уровнях систем протокольный блок данных рассматривается как некоторый информационный блок, который на сетевом уровне «упаковывается» в пакет. Сформированные на сетевом уровне пакеты передаются на канальный уровень, где к пакету добавляется служебная информация, необходимая для выполнения функций канального уровня, в результате чего формируется кадр. На физическом уровне кадр представляется последовательностью бит, которая в виде физических сигналов поступает в канал передачи данных. При приеме информации происходит обратный процесс: полученные биты группируются в слова, из которых формируется кадр. На канальном уровне содержимое управляющего поля кадра используется для выполнения процедур канального уровня, а содержимое поля данных в качестве пакета данных пере дается на сетевой уровень. Управляющее поле пакета формирует сетевой процесс в данном узле коммутации. В дальнейшем пакет преобразуется в кадр, содержащий обновленные адреса и соответствующие значения управляющих полей. Сформированный таким образом кадр данных передается на физический уровень и затем в следующий узел коммутации или абонентскую систему. Таким образом, большие массивы информации передаются несколькими пакетами. Однако, в отличие от коммутации сообщений, операция сборки-разборки осуществляется только в абонентских системах, что упрощает структуру промежуточных узлов сети.
Рис. 28. Задержка передачи данных в сетях с коммутацией сообщений (а) и пакетов (б): УКС – узел коммутации сообщений; УКП – узел коммутации пакетов; П – пакет; С – сообщение; 1 – время задержки; 2 – время передачи; 3 – время задержки между сообщениями (пакетами); – время передачи данных по адресу
Естественно, что за счет дублирования управляющей информации в каждом пакете общий объем передаваемого сообщения увеличивается, однако общее время передачи всего сообщения даже сокращается. Это обусловлено тем, что вводимое ограничение на длину пакета позволяет сократить объем запоминающих устройств узлов коммутации и тем самым время пребывания пакетов в узле коммутации, что сокращает общее время передачи сообщения в целом. Как видно из рис. 28, при коммутации пакетов по сравнению с коммутацией сообщений время передачи информации сокращается и за счет того, что осуществляется одновременная передача нескольких пакетов одного сообщения.