Лекция № 4

Давайте повторим предыдущую лекцию.

Телекоммуникационное оборудование в соответствии с моделью OSI представляется в виде семи уровней.

1 – й уровень Физический.

На физическом уровне решаются следующие основные задачи:

- физический интерфейс (тип разъема, количество проводов – штырей или гнезд, размеры разъема),

- электрический интерфейс (величина напряжений между проводами, токи в проводах, форма сигналов),

- логический интерфейс (содержание передаваемой информации),

На физическом уровне также решаются вопросы цифровой обработки сигналов:

- усиление сигнала,

- преобразование сигнала, например. оптического в электрический и наоборот,

- фильтрация и так далее.

2 – уровень Канальный.

На канальном уровне решается основная задача:

- доступ к среде передачи.

Например, традиционный метод доступа, когда терминал абонента соединяется с оборудованием узла коммутации – автоматической телефонной станцией ATS, с помощью пары проводов в симметричном кабеле.

Второй пример. Терминал абонента соединяется с оборудованием узла коммутации – автоматической телефонной станцией ATS по паре проводов в симметричном кабеле с помощью технологии xDSL

Третий пример. Терминал абонента соединяется с оборудованием узла коммутации – автоматической телефонной станцией ATS с помощью технологии WiMA

3 – уровень Сетевой.

На сетевом уровне решается основная задача:

- маршрутизация , то есть выбор пути через транзитные узлы.

Маршрутизация выполняется с помощью коммутации.

Маршрутизацию выполняет коммутатор.

Существует большое число методов маршрутизации.

4 – й уровень Транспортный.

На транспортном уровне решается основная задача:

- организация процесса передачи информации.

Например, от каждого пользователя посылается по 8 байт по очереди или от каждого пользователя посылается по 1 байту.

5 – й уровень Сеансовый.

На сеансовом уровне решается основная задача:

- организация начала сеанса и организация завершения сеанса передачи информации.

Организация начала сеанса выполняется за счет обмена служебной информацией между пользователем отправителем и пользователем получателем.

6 – й уровень Представительский.

На представительском уровне решается основная задача:

- представление данных из электрических импульсов в вид удобный для понимания пользователем: буквы, цифры, изображения в виде цветных точек, звуки.

Задача преобразования электрических сигналов в понятную для пользователя форму выполняется с помощью компьютерных программ.

7 – й уровень Приложений.

На уровне приложений решается задача использования системы для решения конкретных задач. Таких задач много.

При взаимодействии двух систем на одном уровне работает протокол.

Между двумя уровнями одной системы имеется интерфейс.

Начнем изучение новой темы.

Тема. КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ И КОММУТАЦИЯ ПАКЕТОВ

План

1. Коммутация каналов

1.1. Установление соединения

1.2. Отказ в установлении соединения

1.3. Гарантированная пропускная способность

1.4. Неэффективность передачи пульсирующего трафика

2. Коммутация пакетов

2.1. Буферы и очереди

3. Методы продвижения пакетов

4. Сравнение сетей с коммутацией пакетов и каналов

1. Коммутация каналов

Чтобы объяснить основную идею коммутации каналов, рассмотрим ее в максимально упрощенном виде. Как показано на рисунке 1, коммутационная сеть состоит из коммутаторов (SI, S2,..., S5), связанных между собой линиями связи. Каждая линия имеет одну и ту же пропускную способность.

Рис. 1. Коммутация каналов без мультиплексирования

Рис. 3.2. Дополнение потока до пропускной способности линии

Каждый абонент подключается к сети с помощью терминального устройства (Т), которое посылает данные в сеть с постоянной скоростью, причем эта скорость в точности равна пропускной способности линий. Если в какие-то периоды времени у абонента скорость информации, которую он хочет передать в сеть (предложенная нагрузка), оказывается меньше пропускной способности линии, то терминальное устройство продолжает питать сеть постоянным потоком данных, дополняя полезную информацию пользователя «пустыми» (незначащими) данными (рис. 2). О том, что часть потока битов несет полезную информацию, а часть является «заполнителем», знает терминальное устройство получателя, которое должно отбрасывать незначащую информацию и передавать пользователю только те данные, которые посылал в сеть отправитель.

1.1. Установление соединения

Обмен данными начинается с предварительного установления соединения.

Пусть два абонента А и В хотят передать друг другу данные ( рис. 1). Прежде чем отправить данные в сеть (начать разговор), абонент А посылает запрос в коммутационную сеть, в котором указывается адрес (телефонный номер) абонента В. Цель посылки запроса — установить соединение абонентов А и В информационным каналом. Такой канал на всем своем протяжении передает данные с одной и той же скоростью. Это означает, что в транзитных коммутаторах нет необходимости буферизовать данные пользователей, то есть записывать в память.

Для создания такого канала запрос должен пройти через последовательность коммутаторов, лежащих на пути от А к В, и удостовериться, что все необходимые отрезки пути (линии связи) в данный момент свободны. Кроме того, для успешного соединения необходимо, чтобы конечный узел В не был занят в другом соединении. Чтобы зафиксировать соединение, в каждом из коммутаторов вдоль пути от А до В запоминается информация о том, что соответствующая линия связи выделена соединению абонентов А и В (зарезервирована). В каждом коммутаторе выполняется внутреннее соединение интерфейсов, соответствующих маршруту прохождения данных.

1.2. Отказ в установлении соединения

Важной особенностью технологии коммутации каналов является возможность отказа в установлении соединения. Если какая-либо другая пара абонентов обратится в сеть с запросом на установление соединения, для создания которого необходима хотя бы одна из уже назначенных для А и В линий связи, сеть ответит отказом. Например (рис. 1), если абонент С пошлет вызов в сеть на установление соединения с абонентом D, то получит отказ, потому что единственная линия, соединяющая коммутаторы S2 и S4, уже выделена соединению абонентов А и В. При отказе в установлении соединения сеть информирует вызывающего абонента об этом неприятном событии. Телефонная сеть в этом случае передает короткие гудки — сигнал «занято».

1.3. Гарантированная пропускная способность

Итак, соединение абонентов А и В установлено. Теперь в их распоряжении имеется канал, обладающий фиксированной пропускной способностью. Это означает, что в течение всего времени соединения они должны посылать в сеть данные с этой скоростью и сеть гарантированно будет доставлять эти данные вызываемому абоненту без потерь и с той же скоростью вне зависимости от того, существуют ли в это время в сети другие соединения или нет. Абонент не может передавать данные в сеть со скоростью, превышающей пропускную способность линии, но и сеть не может снижать скорость передачи пользовательских данных.

Мультиплексирование

Описанная сеть с коммутацией каналов, в которой каждая физическая линия всегда передает данные с одной и той же скоростью, работает неэффективно.

Во-первых, пользователи в такой сети в общем случае получают не то, что они хотят.

Скорость пользовательского трафика может быть как намного выше, так и намного ниже потребности пользователя. В первом случае пользователь недоиспользует канал, а во втором должен либо ограничить свои потребности, либо задействовать несколько физических линий связи.

Во-вторых, сеть неэффективно использует собственные ресурсы. Очевидно, что в сети, изображенной на рис. 1, линий связи между коммутаторами недостаточно. Для того чтобы вероятность отказа была достаточно низкой и приемлемой для пользователя, между коммутаторами нужно проложить большое количество параллельных физических линий, а это очень затратный вариант.

Чтобы повысить эффективность в сетях с коммутацией каналов, стали использовать мультиплексирование; это позволило одновременно передавать через каждый физический канал трафик нескольких логических соединений. Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов имеет свои особенности. Пропускная способность каждой линии связи делится на равные части, образуя одинаковое число так называемых подканалов (для простоты их часто называют просто каналами). Обычно линия, подключающая пользователя к сети, поддерживает меньшее число подканалов, чем линии, соединяющие коммутаторы, — в этом случае вероятность отказа уменьшается. Например, пользовательская линия может состоять из 2, 24 или 30 подканалов, а линия между коммутаторами — из 480, 1920.

После того как сеть с коммутацией каналов была дополнена механизмом мультиплексирования, схема ее работы претерпела некоторые изменения. Запрос на установление логического соединения, переданный абонентом перед началом передачи, резервирует не целиком линии связи, а только их подканалы. Таким образом, соединение устанавливается не на уровне линий связи, а на уровне подканалов. Несколько подканалов используется в том случае, если пропускной способности одного канала оказывается недостаточно. Для снижения вероятности отказов вместо нескольких линий связи теперь достаточно использовать одну физическую линию с боль­шим количеством логических подканалов.

ВНИМАНИЕ

В случае мультиплексирования в сети с коммутацией каналов установленный при соединении составной канал по-прежнему состоит из линий связи с одинаковой пропускной способностью, только роль линий связи играют подканалы.

На рис. 3 показана сеть с коммутацией каналов и мультиплексированием. В сети установлены два соединения А-В и C-D, одно из них использует один подканал, а второе использует другой подканал. Таким образом, несмотря на то что данная сеть имеет ту же физическую структуру, что и сеть, представленная на рис. 1, блокирования второго вызова (C-D) здесь не происходит, так как коммутаторы поддерживают мультиплексирование.

Рис. 3. Коммутация каналов с мультиплексированием