2 Комутація каналів та повідомлень

Для передачі інформації через мережу можуть бути встановлені з’єднання двох видів – довгострокові й оперативні. Відповідно до цього розрізняють два види мереж – з довгостроковою й оперативною комутацією.

Довгостроковою або кросовою комутацією називається такий спосіб комутації, при якому між двома точками мережі встановлюється пряме постійне з’єднання цілодобово чи з великим інтервалом часу. Канали, що беруть участь в організації таких з’єднань, називаються виділеними.

Кросові з’єднання реалізуються за допомогою спеціальних розподільних пристроїв.

В основному в мережах застосовується оперативна комутація, при якій між двома точками мережі організовується тимчасове з’єднання. Розрізняють чотири види оперативної комутації: каналів (КК), повідомлень (Кп), пакетів (КП) і гібридну (ГК).

Комутація каналів

Для з’єднання в комунікаційній мережі встановлюється комутатор, який називають вузлом комутації каналів. Він з’єднує потрібні пари каналів передачі даних. Завдяки цьому створюються тракти – послідовності каналів, через які забезпечується взаємодія пар абонентських систем.

Рис. 3.2 – Схеми комутації:

a – каналів; б – пакетів; в – змішана; 1-7 рівні семирівневої моделі BBC

Спрощену схему комутації каналів показано [2] на рис. 3.2, а. При роботі в режимі комутації каналів перед початком взаємодії потрібно виконати ряд попередніх процедур, пов’язаних зі створенням тракту, тобто необхідної послідовності каналів. Для цього абонентська система – ініціатор взаємодії – повинна сформувати і надіслані найближчому комутаторові запит на прокладку крізь комунікаційну мережі необхідного тракту. Після утворення тракту дві абонентські системи використовують його під час усього сеансу взаємодії для передачі один одному послідовностей блоків даних.

Під час сеансу послідовність каналів використовується відносно недовго, більшу частину часу канали простоюють, особливо при діалозі користувача з прикладними процесами, коли він обмірковує отримані результати і повільно (за допомогою клавіатури) передає черговий запит.

Іншим недоліком комутації каналів є значна тривалість створення тракту, бо для цього необхідно дочекатися моменту, коли в комунікаційній мережі буде вільна вся необхідна послідовність каналів. При коротких сеансах час створення тракту часто перевищує тривалість передачі блоків даних. Усе це призводить до того, що комутація каналів виявляється самим неефективним способом комутації інформації. Тому КК найчастіше використовується для передачі великих масивів інформації або в тих випадках, коли потрібна передача блоків даних із заданим терміном їх доставки, наприклад, для передачі мови або в технологічних процесах.

3 Комутація пакетів, змішана та інтегральна комутація

Особливістю методу комутації пакетів (КП) є одночасне колективне використання каналів значною кількістю абонентських систем. Тут фізичні тракти не створюються і жоден канал не віддається в монопольне володіння парі абонентських систем. Кожним з каналів у міру надходження передаються блоки даних, що посилаються різними абонентськими системами.

Оскільки всі канали комутаційної підмережі функціонують автономно, то кожен з них описується двома рівнями протоколів (рис. 3.2, б) [2]. Фізичний рівень (1) характеризує канал, а канальний рівень (2) забезпечує керування передачею блоків даних по цьому каналу.

Для послідовної передачі блоків від однієї абонентської системи до іншої потрібно було ввести в асоціативних системах рівень (3). Тому в підмережі замість однорівневих комутаторів стали використовувати трирівневі маршрутизатори (рис. 3.2, в). Завданням мережних процесів є виконання операцій комутації інформації і прокладки маршрутів руху послідовностей блоків даних. Завдяки цим процесам по кожному каналу передаються будь-які комбінації і послідовності блоків даних, шо належать різним парам одночасно взаємодіючих абонентських систем. Завантаження каналів різко підвищилося.

Між іншим, при використанні комутації пакетів у режимі діалогу забезпечується передавання не тільки даних, але й мови, хоча з деякими труднощами. Труднощі пов'язані з тим, що мова "упаковується" у послідовності блоків даних, інтервали часу між якими через затримки в підмережі при прийомі не повинні перевищувати визначених меж. Для передачі мови безперервний сигнал перетворюється в послідовність бітів (приблизно зі швидкістю не меншою за 8000 біт/с). Із потоку бітів збирається послідовність блоків даних, яка передається через підмережу. Абонент, одержавши послідовність блоків, виконує перетворення у зворотному порядку, відновлюючи природну форму розмови.

У табл. 3.1 наведено для порівняння основні характеристики мереж з різними способами комутації.

Таблиця 3.1 - Характеристики мереж з різними способами комутації

Характеристика	Спосіб комутації
	КК	КПовідомлень	КПакетів
Наявність електричного з'єднання	Тимчасове	Відсутнє	Відсутнє
Накопичення повідомлень	Відсутнє	У зовнішньому запам'ятовуючому пристрої	Невеликі частини повідомлень у запам'ятовуючому пристрої
Можливість діалогу	Можливий	Неможливий	Неможливий
Організація тракту	На інтервал тривалості одного з'єднання	Для кожного повідомлення лише ЦКп	Для кожного пакету чи на час сеансу
Процес виникнення затримки	Основна затримка при встановленні з'єднань	Основна затримка при передаванні	Дуже малі затримки при встановленні з'єднань і передаванні
Режим роботи мережі	3 відмовленнями	3 очікуванням	3 очікуванням і відмовленнями
Режим перевантаження	3 відмовленнями	Зростають затримки на доставлення	Затримки на доставлення значно менші, ніж у мережах КПовідомлень. Ймовірність відмовлень на порядок менша за ймовірність у випадку КК
Режим захисту повідомлень	Виконується користувачем	Основні функції реалізуються у мережі	Основні функції реалізуються у мережі
Обсяг навантажень, при яких досягається економічність мережі	Малий	Великий	Великий

Випадковий час доставки блоків даних є недоліком методу комутації пакетів. Однак економічні переваги розглянутого методу змушують шукати шляхи розширення області його використання. Цьому сприяє постійне збільшення швидкостей обробки блоків даних у маршрутизаторах і створення фізичних засобів з'єднання, завантажуваних в середньому не більше ніж на 2/3 їх теоретичної пропускної спроможності.

Досвід і розрахунки показують, що економічно вигідно одними і тими ж каналами передавати будь-яку інформацію - і ту, яка вимагає визначеного часу доставки, і ту, яка допускає появу випадкових величин запізнювання. Саме через це виникла необхідність створення змішаної комутації, що забезпечує на базі однієї й тієї ж множини каналів комутацію як каналів, так і пакетів. Комутація пакетів вносить у процес передачі затримку. Комутація каналів звичайно надає обслуговування з можливістю блокувань, тобто відмовлень користувачам у доступі до мережі: якщо мережні ресурси недоступні, користувачі одержують з мережі сигнал зайнятості.

При змішаній комутації (рис. 3.1, в) [2] використовуються рівні і процеси, застосовувані як у комутації каналів (рис. 3.1, а), так і в комутації пакетів (рис. 3.1. б). Існуючі канали віддають у першу чергу для створення трактів, що з'єднують абонентські системи. Вільні канали не простоюють і використовуються для комутації пакетів. Природно, що в даному випадку в підмережі встановлюються комбіновані вузли. Вони виконують як роль комутаторів каналів, так і комутаторів пакетів.

Змішана комутація починає широко використовуватися для одночасної передачі по одних і тих самих групах каналів і даних, і мови.