Комутатори

За принципом обробки кадрів нічим не відрізняється від моста. Основна його відмінність від моста полягає в тому, що він свого роду комунікаційний мультипроцесор, так як кожен його порт оснащений спеціалізованим процесором, що обробляє кадри по алгоритму моста незалежно від процесорів інших портів. За рахунок цього загальна продуктивність комутатора звичайно набагато вища продуктивності традиційного моста, що має один процесорний блок. Можна сказати, що комутатори – це мости нового покоління, що обробляють кадри в паралельному режимі.

Шлюзи

Шлюз – це суперінтелектуальний маршрутизатор. Звичайно, основною причиною, по якій у мережі використовують шлюз, є необхідність об’єднати мережі з різними типами системного і прикладного програмного забезпечення. Вони працюють як універсальний транслятор, переводячи повідомлення з формату однієї мережі в формат іншої. Проте шлюз забезпечує і локалізацію трафіка (локалізація трафіку – поширення трафіку, призначеного для комп’ютерів деякого сегменту мережі, тільки в межах цього сегменту), як деякий побічний ефект. Шлюз працює з протоколами верхніх рівнів (сеансовий , відображення, прикладний).

1.6. Методи комутації

Комунікаційна мережа – це сукупність вузлів та каналів зв`язку, що їх сполучають. Вузли мережі забезпечують опрацювання та збереження даних, а також їхню комутацію. Канали зв`язку реалізують передавання даних. Два або більше комп`ютерів можуть бути сполучені каналами зв`язку по-різному.

Спосіб сполучення комп`ютерів каналами зв`язку для передавання даних між ними називається методом комутації.

Різні методи комутації можна систематизувати так, як це показано на рисунок 1.11.

Комутація з використанням призначених каналів зв`язку. У цьому випадку між комп`ютерами налаштовують постійно діючий канал зв`язку з фіксованою швидкістю передавання даних та смугою перепускання. Налаштування та підтримка такого каналу, особливо на далеку відстань, коштує дорого. Крім того, якщо навантаження невелике або нерівномірне, перепускна здатність каналу зв`язку використовується не ефективно. Призначені канали можна встановити за двох- або багатопунктовою схемою.

• Двохпунктове – це сполучення призначеним каналом двох комп`ютерів. Його використовують як у локальних, так і в глобальних КМ для передавання великих обсягів даних.

• Б агатопунктове – це сполучення трьох або більше комп`ютерів призначеним каналом. Сам канал у цьому випадку експлуатується в режимі розподілу. Ефективність його використання більша ніж двохпунктового. Багатопунктове сполучення застосовують тільки в локальних КМ, воно потребує спеціальних засобів керування розподілом каналу.

У сполученнях з комутацією, на відміну від методу з призначеним каналом, зв`язок між комп`ютерами не є постійний, а відбувається за запитом. Ці методи комутації поділяють на дві групи: з комутацією каналів та з проміжним зберіганням.

• У випадку комутації каналів за запитом одного з учасників обміну між двома комп`ютерами налаштовується канал зв`язку, Він може складатися з багатьох ланок. Якщо одна з ланок зайнята, канал не налаштовується. Коли канал налаштовано, він має фіксовану смугу перепускання та швидкість передавання. Після завершення передавання відбувається роз`єднання, канал руйнується. Прикладом комутації каналів можна вважати роботу телефонної мережі. Недоліком цього методу є тривалий час налагодження сполучень, неефективність використання каналу зв`язку, якщо навантаження мале та нерівномірне. Низька якість телефонних каналів та зумовлене цим зменшення вислідної швидкості передавання знижують ефективність використання каналу зв`язку ще більше. Сьогодні комутацію каналів у КМ використовують там, де треба передавати дані через модем і телефонну мережу (непризначеними каналами). Це потрібно під час роботи користувача з більшістю глобальних мереж (Internet, Relcom, Compuserve), а також для організації віддаленого доступу в локальну або корпоративну мережу через модем. Водночас принципи комутації є в основі найперспективніших технологій передавання інформації (АТМ) і сфера їх застосування у швидкісних мережах постійно збільшується.

• Під час передавання даних з проміжним зберіганням інформація затримується, накопичується та аналізується в проміжних вузлах передавання. Це зумовлює потребу мати у вузлах буфери достатніх розмірів для запам`ятовування інформації, процесори для її опрацювання. Щоб уникнути переповнення буферів, треба реалізувати механізми керування потоком. У цілому методи комутації з проміжним зберіганням дають змогу досягти більшої ефективності використання каналів зв`язку завдяки їх гнучкості. Серед методів з проміжним зберіганням розрізняють комутацію повідомлень та комутацію пакетів.

• У комутації повідомлень під повідомленнями розуміють інформаційний об`єкт, який треба передати: файл, зображення тощо. Таке повідомлення передається, як одне ціле. Оскільки повідомлення можуть мати великий обсяг, то використання такої техніки комутації потребує великих буферів (на максимальний обсяг повідомлення), тривалих затримок передавання (доки не буде прийняте все повідомлення в проміжному вузлі, подальше передавання блоковане). Усе це зумовлює неефективність використання каналу. Тому метод комутації повідомлень на практиці застосовують зрідка.

• У методі комутації пакетів усе повідомлення поділяється на пакети фіксованої довжини. Кожен пакет передається незалежно від інших. Такий метод дуже гнучкий, оскільки не потрібно чекати на приймання повного повідомлення в проміжних вузлах, у випадку спотворення якогось пакета не треба повторювати передавання інших пакетів. Одним каналом зв`язку можна одночасно передавати пакети з різних повідомлень різних абонентів мережі, що підвищує ефективність використання каналу. Методи комутації пакетів сьогодні найпоширеніші в КМ. Серед них можна виділити метод комутації віртуальних каналів та метод передавання данограм.

• Метод комутації віртуальних каналів полягає в тому, що перед початком сполучення в мережу надсилається спеціальний пакет, який, проходячи нею, налаштовує з окремих її ланок віртуальний канал. Отже, віртуальний канал – це послідовність ланок передавання, що веде від відправника до одержувача. Кожному віртуальному каналу присвоюється унікальний номер. У кожен момент часу в мережі не може бути двох віртуальних каналів з однаковими номерами. Після налагодження віртуального каналу пакети повідомлення надходять визначеним каналом. З адресної інформації такі пакети містять тільки номер віртуального каналу. Після закінчення передавання віртуальний канал розпадається. Канал називається віртуальним тому, що на відміну від призначеного або комутованого, реальний канал, який використовує конкретний віртуальний канал, може передавати водночас пакети кількох віртуальних каналів. Це підвищує ефективність використання каналу. Метод комутації віртуальних каналів дає змогу зменшити службову адресну інформацію на 8-10% порівняно з методом данограм. Крім того, операції аналізу пакета в кожному вузлі ( і відповідна затримка) максимально спрощені – аналізується тільки номер каналу.

• У випадку передавання данограм повідомлення поділяють на окремі незалежні пакети – данограми. Кожна данограма обов`язково містить адреси відправника та одержувача. Данограми нумерують та передають незалежно одну від одної. Одержувач формує повідомлення з данограм. Данограми потребують більшого аналізу в проміжних вузлах передавання, ніж пакети віртуальних каналів. З іншого боку, данограми одного повідомлення не прив`язані до якогось визначеного маршруту в мережі. Їх можна передавати різними маршрутами одночасно, зменшуючи тривалість передавання всього повідомлення.

П орівняємо вартість та сфери застосування різних методів комутації. На рисунку 1.12 зображено якісний графік залежності вартості передавання даних від обсягу інформації, що передається, для трьох різних методів комутації. Зроблено припущення, що відстань передавання та смуга перепускання – сталі.

Для призначеного каналу вартість не залежить від обсягу інформації, якщо перепускна здатність каналу фіксована. Для комутації каналів значну вартість має початкове налаштування каналу. Вона також збільшується із збільшенням обсягу переданої інформації. У комутації пакетів початкові затрати менші, ніж у випадку комутації каналів. Однак зі збільшенням навантаження затрати збільшуються стрімкіше, оскільки потрібні ресурси для опрацювання пакетів у проміжних вузлах. Отже, на графіку можна виділити три сфери застосування різних методів комутації. Якщо навантаження невеликі (щодо максимальної пропускної здатності), то ефективним є використання комутації пакетів. Для середніх навантажень ефективна комутації каналів, а для великих та постійних – призначений канал.