2.5. Сравнение коммутации пакетов и коммутации каналов

Недостаток комму­тации пакетов – она не позволяет организовать сетевое обслуживание в реальном вре­мени (например, обеспечить передачу звука или видеоизображения), ввиду непредсказуемых задержек при передаче пакетов внутри сети.

Достоинство коммутации пакетов - данная технология дает возможность более эффективно организовать разделение пропускной способности линии связи, а так­же является более простой, эффективной и менее дорогостоящей.

Пример.

1. Коммутация каналов:

• несколько пользователей совместно используют линию связи с пропускной способностью 1 Мбит/с.

• каждый пользователь может находиться в состоянии активности, пересылая данные (к примеру, с постоянной скоростью 100 Кбит/с), либо в состоянии простоя, не занимая линию связи.

• пользова­тель находится в активном состоянии 10 % от общего времени.

• если в сети приме­няется коммутация каналов, то для каждого пользователя должна быть зарезервирована скорость передачи 100 Кбит/с на все время сеанса связи,

• сеть сможет одновременно обслуживать не более 10 пользователей.

Ком­мутация пакетов.

• то же условие – пользова­тель находится в активном состоянии 10 % от общего времени, т.е. вероятность активности каждого пользователя составляет 0.1,

• вероятность наличия в сети одновременно 11 активных пользовате­лей при условии, что общее число пользователей составляет 35, приблизительно рав­на 0,0004

• вероятность того, что в сети находится не более 10 пользователей, составляет 0,9996.

• т.е. с вероятностью 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 активных пользователей 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 при этом более чем втрое больше пользователей (35), чем сеть с коммутацией каналов.

Вывод - коммутация пакетов более эффективна.

На сегодняшний день коммутация пакетов и коммутация каналов являются дву­мя наиболее часто используемыми сетевыми технологиями, однако коммутация пакетов представляется значительно более перспективной. Об этом свидетельству­ет тенденция перехода к коммутации пакетов в телефонии. Более того, значитель­ная часть дорогостоящих международных переговоров уже обеспечивается технологией коммутации пакетов.

2.6. Сегментирование сообщений

В большинстве современных сетей с коммутацией пакетов передающий хост разбива­ет длинные сообщения, генерируемые приложениями, на более мелкие пакеты. Эти пакеты доставляются адресату, из которых тот собирает исходные сообщения. Несмотря на то что подобный механизм услож­няет процесс обмена как для передатчика, так и для приемника, преимущества разбиения на пакеты гораздо важнее недостатков.

Если в сети с коммутацией пакетов не произво­дится сегментирование исходных сообщений (сообщения передаются целиком), - сеть функционирует в режиме коммутации сообщений. Таким образом, коммутация сообщений является частным случаем коммутации пакетов.

Схема коммутации сообщений для пути, состоящего из двух коммутаторов и трех линий связи - (Слайд 8). При коммутации сообщений каждое сооб­щение остается цельным на протяжении всего процесса передачи. Поскольку в коммутаторах обычно используется механизм передачи с промежуточным накопле­нием, возникает необходимость хранения целого сообщения для его дальнейшей передачи по сети

Схема передачи того же сообщения по тому же пути, но сообщение разбивается на 4 пакета (Слайд 9) - момент времени, когда первый пакет уже достиг адресата, второй и третий пакеты находятся в процессе передачи, а последний, четвертый, пакет еще не отправлен. Механизм промежуточного накопления требует средств для временного хранения целого пакета до начала его дальнейшей передачи. Ког­да сообщение разбито на пакеты - сеть функционирует в режиме конвейерной передачи сообщений, то есть параллельной (одновременной) передаче его фрагментов (пакетов) по раз­личным линиям связи. Термин «конвейер» заимствован из области компьютер­ной архитектуры.

Преимущество разбиения на пакеты - время переда­чи сообщения, как правило, значительно сокращается по сравнению с передачей сообщения целиком.

Пример 1 . Расчет времени передачи сообще­ния без предварительного сегментирования (сеть не перегружена) (Слайд 10).

• передается сообщение длиной 7,5 х 10⁶ бит.

• между передатчиком и приемником находятся два коммутатора и три линии связи, каждая из которых обеспечивает скорость передачи 1,5 Мбит/сек.

• для передачи сообщения первому коммутатору требуется 7,5 х 106 бит / (1,5 Мбит/сек) = 5 сек.

• до тех пор пока все сообщение не окажется в коммутаторе, дальнейшая передача невозможна.

• аналогично, для пере­дачи сообщения между первым и вторым коммутаторами, а также между вторым коммутатором и приемником требуется 5 сек.

• время передачи сообще­ния состав­ляет 5сек + 5сек +5сек = 15 сек.

Пример 2 . Расчет времени передачи сообще­ния с предварительным сегментированием (сеть не перегружена) (Слайд 11).

• исходное сообщение было разбито на 5000 пакетов дли­ной 1500 бит.

• время передачи пакета по каждой из линий связи составляет 0,001 сек.

• сразу после того, как первый пакет будет отправлен во вторую линию связи, возникает возможность использо­вать освободившуюся первую линию для передачи второго пакета.

• Таким обра­зом, второй пакет достигнет первого коммутатора за 0,002 сек.

• последний пакет будет передан первому коммутатору за 5000 х 0,001 = 5 сек.

• время передачи сообщения составит 5,002 сек.

Вывод - сегментирование позволило сократить время передачи со­общения в 3 раза.

Главное отличие состоит в том, что передача сообщения целиком является по сути последовательной, а сегментированная передача — параллельной. При последовательной передаче активным является лишь один из трех узлов (передат­чик или коммутатор), а при параллельной передаче все три узла активны на про­тяжении почти всего сеанса связи.

Сегментация сообщений обладает еще одним важным достоинством. При передаче пакетов по сети иногда возникают искажения отдельных битов. Как правило, при обнаружении ошибки коммутатор удаляет соответ­ствующий пакет. В случае если передаче подлежит целое сообщение большого раз­мера, любое искажение приведет к необходимости повторной посылки всего сооб­щения. Если же сообщение разбито на пакеты, то будет достаточно осуществить повторную передачу искаженного пакета.

Недостаток сегментирования сообщений - кроме полезных данных каждый пакет данных несет в себе массив контрольной информации. Контрольная информация, заключенная в заго­ловке сообщения, может содержать такие сведения, как адреса отправителя и по­лучателя, а также идентификатор пакета (например, некоторое число). Поскольку при сегментировании возникает необходимость снабжения заголовком каждого пакета, объем контрольной информации, приходящейся на единицу полезных дан­ных, по сравнению с коммутацией сообщений выше.