3.3. Способи комутації і передачі даних

Найважливіша характеристика мереж передачі даних - швидкість надходження інформації - залежить від структури мережі предачі даних, перепускної здатності ліній зв'язку, а також від способу з'єднання каналів зв'язку між взаємодіючими абонентами мережі і способу передачі даних по цих каналах. Тому розрізняють мережі передачі даних із постійним включенням каналів зв'язку (некомутуючі канали зв'язку) і комутацією на час передачі інформації по цих каналах.

При використанні некомутуючгіх каналів зв'язку засоби прийому-передачі абонентських пунктів постійно з'єднані між собою, тобто знаходяться в режимі "on-line". У цьому випадку відсутні втрати часу на комутацію, забезпечується висока ступінь готовності системи до передачі інформації, більш висока надійність каналів зв'язку і, як наслідок, висока достовірність передачі інформації. Недоліком даного способу є низький коефіцієнт використання апаратури передачі даних і ліній з'язку, високі витрати на експлуатацію мережі. Рентабельність таких мереж досягається тільки при умові достатнього завантаження цих каналів.

При комутації абонентських пунктів тільки на час передачі інформації (тобто нормальним режимом для яких є режим "off-line") принцип побудови вузла комутації визначається способами організації проходження інформації в мережах пепредачі даних. Існує три способи підготовки і передачі інформації в мережах, які основані на комутації: каналів, повідомлень і пакетів.

Комутація каналів полягає у встановленні фізичного каналу зв'язку для передачі даних безпосередньо між абонетами мережі. Під час використання комутуючих каналів тракт (шлях) передачі даних утворюється із самих каналів зв'язку і пристроїв комутації, розміщених у вузлах зв'язку.

Такий спосіб з'єднання використовують в основному у мережах, де потрібно забезпечити безперервність передачі повідомлень (наприклад, при використанні телефонних каналів зв'язку і абонентного телеграфу). У цьому випадку зв'язок абонентів можливий тільки за умови використання ними однотипної апаратури, однакових каналів зв'язку, а також єдиних кодів.

До переваг даного способу належать:

• гнучкість системи з'єднання залежно від зміни потреб;

• висока економність використання каналів, що досягається за рахунок експлуатації тільки протягом часу встановлення зв'язку і безпосереднього передавання даних;

• невисокі витрати на експлуатацію каналів зв'язку (на порядок менше, ніж при експлуатації некомутуючих ліній зв'язку).

Недоліком комутуючих каналів зв'язку є необхідність використання спеціальних і комутуючих пристроїв, які понижують швидкість передачі даних і достовірність інформації, що передається. Крім того, використання спеціальних методів і засобів, які забезпечують підвищення достовірності передачі інформації у мережі, веде за собою зниження швидкості передачі даних за рахунок таких чинників:

• збільшення об'єму інформації, яка передається, викликаного необхідністю введення надлишкових даних;

• втрат часу на кодування інформації у вузлі-передавачеві і декодування, логічний контроль та інші перетворення - у вузлі-приймачеві.

Збільшення потоків інформації вище перепускної здатності апаратної частини і каналів зв'язку веде до перевантаження каналу, а в період пікового навантаження може призвести до певних втрат або спотворення даних.

Комутація повідомлень. Під час комутації повідомлень на вузол зв'язку інформація передається в пам'ять вузла зв'язку, після чого аналізується адреса отримувача. В залежності від зайнятості потрібного каналу повідомлення передається в пам'ять з'єднаного вузла, або стає в чергу для наступного передавання. Організована таким способом, комутація повідомлень забезпечує поетапний характер передачі інформації. В цьому випадку повідомлення містять адресну ознаку (заголовок), згідно з якою здійснюється автоматична передача інформації в мережі від абонента-передавача до абонента-приймача. Усі функції узгодження роботи окремих ділянок мережі зв'язку, а також управління передачею повідомлень і їх відповідну обробку виконують центри (вузли) комутації повідомлень. Головне функціональне значення центру комутації повідомлень -забезпечити автоматичну передачу інформації від абоненту до абоненту у відповідно до адресної ознаки повідомлення та вимог щодо якості і надійності зв'язку.

Даний метод забезпечує незалежність роботи окремих ділянок мережі, що значно підвищує ефективність використання каналів зв'язку при передачі одного і того ж об'єму інформації; зглажує неузгодженості в перепускній здатності каналів і ефективніше реалізує передачу багатоадресних повідомлень; передача інформації може здійснюватись у будь-який час, оскільки прямий зв'язок абонентів один з одним необов'язковий. До недоліків методу слід віднести односторонній характер зв'язку між абонентами мережі.

Для більш повного завантаження каналів і їх ефективного використання можливе спільне застосування перерахованих методів комутації, основою якого є такі умови:

• використання в одному і тому ж вузлі апаратури для комутації каналів і для комутації повідомлень (того або іншого способу комутації у вузлі здійснюється залежно від завантаження каналів зв'язку);

• організація мережі із комутацією каналів для вузлів верхніх рівнів ієрархії і комутації повідомлень для нижніх рівнів.

Комутація пакетів. Під час даної комутації перед початком передачі повідомлення розбивається на короткі пакети фіксованої довжини, які згодом передаються по мережі. У пункті призначення ці пакети знову об'єднуються у початкове повідомлення, і оскільки тривале зберігання в запам'ятовуючому пристрої вузла зв'язку не передбачається, передаються від вузла до вузла із мінімальною задержкою в часі. У цьому відношенні даний метод є близьким до методу комутації каналів.

При даному методі фіксована довжина пакетів забезпечує ефективність їх обробки, запобігає блокуванню ліній зв'язку і значно зменшує об'єм потрібної проміжної пам'яті вузлів зв'язку; скорочується час затримки при передачі інформації, тобто швидкість передачі інформації перевищує аналогічну швидкість при методі комутації повідомлень. До недоліків методу слід віднести односторонній характер зв'язку між абонентами мережі.

Розрізняють два основних типи систем зв'язку із комутацією пакетів:

• системи із пристроєм комутації, що аналізує адресу місця призначення кожного прийнятого пакета і визначає канал, необхідний для передачі інформації;

• системи, де пакети розсилають по всіх каналах і терміналах, а кожен канал, у свою чергу, проаналізувавши адресу місця призначення пакету і порівнявши її із власною, здійснює прийняття і подальшу передачу (обробку) пакета або ігнорує його.

У випадку комутації пакетів дані розбиваються на частини, до кожної з яких приєднується заголовок, що містить необхідну інформацію про маршрути доставки. Комп'ютери в мережі аналізують ці заголовки і передають пакет даних такому вузлу, що знаходиться на шляху до місця призначення (Рис. З.4.).

Головна перевага комутації пакетів полягає в тому, що комп'ютери, які визначають шляхи доставки, спроможні вибирати альтернативні маршрути, якщо зазначене з'єднання мережі перерветься. Інша перевага полягає в тому, що комп'ютери на обох кінцях з'єднання мережі можуть працювати з різною швидкістю, а мережа буде функціонувати в якості буфера, що згладжує цю різницю. На відміну від описаного підходу при комутації каналів, що використовується для передачі великого обсягу даних, щораз потрібно встановлювати канал, виділений винятково для конкретної передачі (Рис.3.5.). У зв'язку з цим метод комутації каналів непридатний для опрацювання великих обсягів різнорідних даних, що пересилаються по Internet. У складних випадках, коли необхідний зв'язок між декількома комп'ютерами, слід вдаватись до комутації пакетів.