8.2. Коммутация в сетях и маршрутизация пакетов в сетях.

Как только компьютеров становится больше двух, появляется проблема выбора конфигурации физических связей, или топологии. Среди множества конфигураций различают связные и полносвязнные. Если топология сети не полносвязная, то обмен

данными между произвольной парой конечных узлов (абонентов) должен идти в общем случае через транзитные узлы. Например, в сети, показанной на рис. 53 узлы 2 и 4, не связанные непосредственно, вынуждены передавать данные через транзитные узлы, в качестве которых могут выступать, узлы 1 и 5. Узел 1 должен выполнить передачу данных с интерфейса «А» на интерфейс «В», а узел 5 - с интерфейса «F» на «В». Последовательность транзитных узлов (сетевых интерфейсов) на пути от отправителя к получателю называется маршрутом. Организация связи в многоточечном режиме, обеспечивающем экономию на транспортных расходах популярна в компьютерных сетях (особенно в ЛВС) из-за снижения затрат по сравнению с затратами при большом количестве монопольно используемых связных ресурсов в двухточечном режиме.

Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу.

Существуют соединяющие коммутации:

• Коммутация каналов (цепей);

• Коммутация с промежуточным хранением, в свою очередь разделяемая на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.

Сети с коммутацией каналов используются в вычислительных сетях в основном для удаленного доступа многочисленных домашних пользователей и гораздо реже – для соединения локальных сетей (рис. 54).

Рис. 52.

Отличительными особенностями всех сетей с коммутацией каналов является: работа в режиме установления соединений; возможность блокировки вызова конечным абонентом или промежуточным коммутатором, необходимость использования на общих концах сети устройств, поддерживающих одну и ту же скорость передачи данных, так как этот вид сетей не выполняет промежуточную буферизацию данных.

Сети с коммутацией каналов делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые сети могут использовать аналоговую FDM - Frequency Division Multiplexing и цифровую TDM - Time Division Multiplexing коммутацию, на в них всегда абонент подключен по аналоговому двухпроводному окончанию. В цифровых сетях мультиплексирование и коммутация всегда выполняется по способу коммутации TDM, а абоненты всегда подключаются по цифровому абонентскому окончанию DSL - Digital Subscriber Line.

Указанные сети хорошо коммутируют потоки данных постоянной интенсивности, но не могут перераспределять пропускную способность магистральных каналов между потоками абонентских каналов динамически. Общая структура сети с коммутацией каналов представлена на рис. 54.

Сети с коммутацией пакетов были специально разработаны для эффективной передачи пульсирующего компьютерного трафика. Буферизация пакетов разных абонентов в коммутаторных позволяет сгладить неравномерности интенсивности трафика каждого абонента и равномерно загрузить каналы связи между коммутаторами.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователи сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Сообщение - логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос , содержащий весь файл. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рис. 55). Пакеты трансформируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге -узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, когда выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Рис. 53.

Рис. 54. Структура сети с коммутацией каналов

Сети с коммутацией пакетов могут работать в одном из двух режимов: дейтаграммном режиме или режиме виртуальных каналов. Дейтаграммный способ

передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга, пакет за пакетом. Механизм виртуальных каналов учитывает существование в сети потоков данных и прокладывает для всех пакетов потока единый маршрут.

Если предприятие (корпорация) не строит свою территориальную сеть, а пользуется услугами общественной, то внутренняя структура этой сети его не интересует. Для абонента общественной сети главное - это предоставление сетью услуги определение интерфейса взаимодействия с сетью, чтобы его оконечное оборудование и программное обеспечение корректно сопрягались с соответствующим оборудованием и программным обеспечением общественной сети.

В глобальной сети с коммуникацией пакетов обычно строго описан и стандартизирован интерфейс «пользователь - сеть» (User-to-Network Interface, UNI). Это необходимо для того, чтобы пользователи могли без проблем подключаться к сети с помощью коммутационного оборудования любого производителя, который соблюдает стандарт UNI данной технологии (например Х.25).

Протоколы взаимодействия коммутаторов внутри глобальной сети называется интерфейс «сеть - сеть» (Network-to-Network Interface, NNI) и используется в основном при взаимодействии двух территориальных сетей различных операторов.

Коммутация сообщений по своим принципам близка к коммутации пакетов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока по длине для каждого компьютера (Рис. 56). Сообщение в отличие от пакетов имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение. Транзитные компьютеры могут соединяться между собой как сетью с коммутацией пакетов, так и сетью с коммутацией каналов. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения может быть достаточно большим, если компьютер загружен другими работами или сеть временно перегружена.

По такой схеме передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты. Режим передачи с промежуточным хранением на диске называется режим хранения и передачи (store-and-forward) и предназначен для организации взаимодействия пользователей в автономном (off-line) режиме.

Рис. 55. Разбиение сообщения на пакеты

Рис. 56. Коммутация сообщений