2. Типы сквозных каналов

Через коммуникационную сеть прокладываются сквозные каналы, которые в той или иной мере контролируются транспортными протоколами. В СПД с коммутацией пакетов используются три типа сквозных каналов, каждый из которых характеризуется своим способом передачи данных между абонентами: дейтаграммный, виртуальный и волновой канал.

Дейтаграммный способ - передача данных как отдельных, так и не связанных между собой пакетов. При этом пакеты, поступая в СПД, передаются ею как независимые объекты, в результате чего каждый пакет может следовать любым возможным маршрутом и совокупность пакетов поступает к получателю в любом порядке, т.е. пакет, отправленный первым, может прибыть в пункт назначения последним. При дейтаграммном способе не гарантируется ни очередность поступления пакетов получателю, ни надежность доставки пакетов. Этот происходит вследствие отсутствия механизмов контроля прохождения пакетов в сети. Передача дейтаграммным способом напоминает работу почты, когда информация пересылается как совокупность почтовых отправлений, например, пачками писем. Преимуществом способа является относительная простота реализации и отсутствие дополнительных механизмов установки соединения. Кроме того, в общем случае уменьшается время доведения сообщения, разбитого на пакеты за счет того, что каждый пакет отправляется по пути, оптимальному на данный момент времени, и, следовательно, пакеты могут двигаться параллельно по различным путям. Однако, каждый пакет должен иметь сложную структуру, а в его заголовке должен быть прописан полный адрес получателя для корректного функционирования процедур маршрутизации на промежуточных узлах коммутации.

Организация виртуального канала (ВК) между двумя процессами равносильна выделению им дуплексного канала связи, по которому данные передаются в их естественной последовательности. Виртуальный канал сохраняет все преимущества коммутации пакетов в отношении скорости передачи и мультиплексирования, но добавляет к ним еще одно - основное свойство реального канала - сохранять естественную последовательность данных.

В режиме виртуального соединения предварительно устанавливается логическое соединение – виртуальный канал, по которому будут передаваться все пакеты данного сообщения. ВК представляет собой множество узлов коммутации и соединяющих их линий связи, образующих маршрут движения пакетов через сеть от источника к получателю. Для образования ВК формируется и передается в сеть специальный служебный пакет вызова (его функции может выполнять и первый пакет последовательности). В любом случае этот пакет должен содержать полные сетевые адреса отправителя и получателя и уникальный номер ВК (№ ВК), задаваемый специальной процедурой. Каждый промежуточный узел, получив этот пакет, по адресу получателя определяет направление дальнейшего движения пакета и формирует у себя соответствующую строку Таблицы виртуальных каналов (ТВК), которая, для простоты будем считать, состоит из трех столбцов. Первый столбец содержит идентификатор направления, из которой получен пакет (номер входящего направления), второй столбец – № ВК, взятый из заголовка пакета, третий - идентификатор направления, в которое необходимо отправить пакет (номер исходящего направления). Таким образом, направления приема и передачи оказываются “жестко” связаны конкретным номером ВК (рис. 9).

Рис. 9. Схема формирования ТВК

Пакет отправляется по выбранному направлению дальше по маршруту. В процессе своего движения он оставляет за собой шлейф логически скоммутированного виртуального канала.

По ответу от получателя о согласии на сеанс соединение закрепляется и по нему передаются все остальные пакеты, которые вместо полного сетевого адреса имеют только номер соответствующего виртуального канала, а также номер и указатель типа пакета (промежуточный либо последний). На промежуточных узлах из этих пакетов выделяется № ВК, по нему находится соответствующая строка ТВК и определяется направление дальнейшей передачи (процедура маршрутизации при этом становится тривиальной). По окончанию передачи формируется специальный пакет разрыва соединения, который проходит по ВК и разрушает его, стирая соответствующие строки в ТВК на промежуточных узлах. При такой организации передачи появляется возможность контроля прохождения пакета на всех этапах его движения, практически исключается возможность нарушения порядка получения пакетов получателем и, кроме того, по сравнению с режимом дейтаграммного канала уменьшается избыточность передаваемой информации за счет наличия полного сетевого адреса только в пакете вызова (первом пакете).

С другой стороны, преимуществом режима дейтаграммного канала является возможность передачи пакетов одного и того же сообщения одновременно по нескольким путям, что позволяет надеяться на сокращение общего времени доставки сообщения. Кроме того, режим дейтаграммного канала позволяет обеспечить более гибкую маршрутизацию пакетов, что может привести к более эффективному использованию сети обмена данными.

Однако в сетях, где прежде всего требуется высокая надежность доведения информации, предпочтение отдается виртуальным каналам.

Характеристики дейтаграммного способа передачи данных и способа, основанного на использовании виртуального канала, приведены в табл. 1. Вероятность потери пакетов при доставке дейтаграмм равна примерно 10^-4. Поскольку передача данных через виртуальный канал требует слежения за номерами пакетов в строгом порядке, сложность алгоритмов управления в узлах связи, реализуемых коммутационными ЭВМ, возрастает по сравнению с дейтаграммным способом передачи пакетов. Но в то же время функция сборки сообщений из отдельных пакетов, передаваемых в форме дейтаграмм, возлагается на транспортный уровень управления главных и терминальных ЭВМ, в результате чего сложность транспортировки при дейтаграммном способе возрастает по сравнению с транспортировкой данных в СПД по виртуальному каналу.

Передача данных через виртуальный канал обходится дороже, чем при дейтаграммном способе. Однако большое число пользователей вычислительных сетей считают необходимым сохранить последовательность пакетов для упрощения прикладных программ. Поэтому виртуальные каналы рассматриваются как эффективное средство при распределенной обработке данных и способ передачи данных на основе виртуального канала реализуется в большинстве ИВС.

Таблица 1
Характеристики способов передачи данных (коммутация пакетов)
Способ	Передаваемый объект	Порядок передачи	Способ защиты сети от переполнения пакетами	Надежность доставки	Управление в узлах связи	Управление в хостах и терминалах
Дейтаграммный	Отдельные пакеты	Случайный	Выбрасывание пакетов	< 1	Простое	Сложное
Виртуальный канал	Цепочки пакетов	Последовательный	Запрет на передачу	1	Сложноe	Простое

Дейтаграммный способ позволяет эффективно реализовать информационный обмен между пользователями - электронную “почтовую службу”. Кроме того, при значительном числе процессов обработки данных обмен данными можно представлять в виде однопакетных сообщений, передача которых дейтаграммным способом снижает расходы на передачу данных и оказывается эффективной в ряде применений. Поэтому дейтаграммный способ передачи также используется в ИВС. Реализация дейтаграммного способа в дополнение к виртуальным каналам лишь незначительно увеличивает сложность ИВС. Поэтому во многих сетях передача данных организуется на основе и виртуального канала, и дейтаграмм.

Волновая доставка информации применяется в случаях, когда требуется оповещение всех узлов сети. Чаще всего она применяется для передачи служебной информации, например, для коррекции таблиц маршрутов. Вместе с тем, волновая передача пакетов в один адрес имеет существенные преимущества: во-первых, неизбежно будет найден кратчайший на данный момент путь, так как будут задействованы все возможные пути; во-вторых, способ обладает наивысшей надежностью – если существует хотя бы один путь доведения, он будет найден. Однако, учитывая огромную избыточность метода (сеть насыщается копиями одного пакета), в интересах одноадресной доставки он не применяется.