Пакеты, методы доступа к передающей среде. 1. Назначение пакетов и их структура 2. Адресация пакетов 3. Методы управления обменом данными в сети – методы. - презентация

1 Пакеты, методы доступа к передающей среде

2 1. Назначение пакетов и их структура 2. Адресация пакетов 3. Методы управления обменом данными в сети – методы доступа 4. Методы доступа в сетях с шинной топологией 4.1. Методы случайного доступа 4.2. Методы детерминированного доступа 5. Методы доступа в кольцевых сетях 6. Передача информации в глобальных сетях 6.1. Коммутация каналов 6.2. Коммутация пакетов Содержание:

3 1. Назначение пакетов и их структура Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, называемыми в различных источниках пакетами, кадрами, фреймами или блоками. Это позволяет: уравнять в правах всех абонентов, т.е. примерно уравнять время доступа к сети или среднюю скорость передачи информации для всех абонентов. Если бы вся информация передавалась сразу, непрерывно, без разделения на пакеты, то это привело бы к захвату сети одним из абонентов на продолжительное время. Все остальные абоненты вынуждены были бы ждать окончания передачи всей информации, что могло бы потребовать десятков секунд и даже минут (например, при копировании содержимого целого жесткого диска). организовать одновременно несколько сеансов связи, т.е. в течение одного и того же интервала времени могут идти два или больше процессов передачи данных между различными парами абонентов (например, размеченное кольцо). ускорить передачу данных путем передачи пакетов одного сообщения по разным маршрутам. Длина пакета зависит от типа сети - обычно она составляет от нескольких десятков байт до нескольких килобайт.

4 Вероятность приема пакета с ошибкой и длина пакета При увеличении размера массива одновременно передаваемой информации растет вероятность ошибки из-за помех и сбоев. Например, при характерной для локальных сетей величине вероятности битовой ошибки и независимых ошибках в канале: пакет длиной 10 Кбит будет искажен с вероятностью 10 -4, массив длиной 10 Мбит - с вероятностью При обнаружении ошибки придется повторить передачу всего массива, что потребует больше времени, чем повторная передача небольшого пакета. При повторной передаче большого массива вероятность ошибки остается высокой, и при слишком большом массиве этот процесс может повторяться до бесконечности. Уменьшение размера массива одновременно передаваемой информации также приводит к уменьшению скорости передачи. Это обусловлено тем, что каждый передаваемый по сети пакет обязательно содержит в себе биты служебной информации, обеспечивающие управление обменом в сети (стартовые биты, биты адресации, биты типа и номера пакета и т.д.). При маленьких пакетах доля этой служебной информации будет высокой, что приведет к снижению скорости обмена полезной информацией между абонентами сети. Можно найти оптимальную с точки зрения скорости передачи данных длину пакета.

5 Оптимальная длина пакета Существует некоторая оптимальная длина пакета (или оптимальный диапазон длин пакетов), при которой средняя скорость обмена информацией по сети будет максимальна. Эта длина зависит от: уровня помех, метода управления обменом, количества абонентов сети, характера передаваемой информации, метода контроля ошибок в пакетах, ряда других факторов.

6 Структура пакета (1) Структура пакета в каждой сети индивидуальна, но существуют некоторые общие принципы формирования пакета. Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части (рис. 4.1):

7 Структура пакета (2) Преамбула (стартовая комбинация ) - настраивает сетевой адаптер на прием и обработку пакета. Это поле может отсутствовать или сводиться к одному стартовому биту. Идентификатор передающего абонента (сетевой адрес ) - индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков. Идентификатор принимающего абонента (сетевой адрес ) - индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту. Позволяет приемнику распознать, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно. Управляющая (служебная ) информация - указывает на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д. Контрольная сумма Идентификатор передатчика Идентификатор приемника Преамбула Управляющая информация Стоповая комбинация Данные Рис Типичная структура пакета

8 Структура пакета (3) Данные - та информация, ради передачи которой используется данный пакет. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Они могут выполнять функцию начала сеанса связи, конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Контрольная сумма пакета - это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя с принятым пакетом вычисления, сделанные передатчиком, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о наличии или отсутствии ошибки в пакете. При обнаружении ошибки приемник запрашивает его повторную передачу. Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий детектировать факт передачи пакета. Часто в структуре пакета выделяют всего три поля: Начальное управляющее поле (или заголовок пакета), т.е. поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию. Поле данных, Конечное управляющее поле пакета (концевик или трейлер) включающее в себя контрольную сумму и стоповую комбинацию, а также, возможно, служебную информацию.

9 Пакет или кадр? Помимо термина «пакет» используется термин «кадр». Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же, но иногда подразумевается, что кадр вложен в пакет. В последнем случае все перечисленные поля, кроме преамбулы и стоповой комбинации, относятся к кадру. В пакет может входить признак начала кадра (в конце преамбулы). Такая терминология принята, например, в сети Ethernet. Физически по сети передается все-таки не кадр, а пакет (если, конечно, различать два эти понятия), и именно передача пакета, а не передача кадра, соответствует занятости сети.

10 2. Адресация пакетов Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор, МАС-адрес*), чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов). *MAC - Media Access Control (управление доступом к среде)

11 Первая система адресации Сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту присваивается свой адрес (программно или с помощью переключателей на плате адаптера). При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из простого уравнения: 2 n >Nmax, где n - количество разрядов адреса, Nmax - максимально возможное количество абонентов в сети. Например, для сети из 255 абонентов достаточно восьми разрядов адреса. Один адрес (обычно ) отводится для широковещательной передачи, то есть используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно. Этот подход использован в сети Arcnet. Достоинства рассмотренной системы адресации - простота и малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток - трудоемкость задания адресов (каждому нужно присвоить свой адрес) и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес).

12 Вторая система адресации Разработана международной организацией IEEE*. Используется в большинстве сетей и рекомендован для всех новых разработок. Идея состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным что в любой сети не будет абонентов с одинаковыми адресами. Был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Очевидно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено. * IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. - Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, ИИЭР (США) крупнейшая в мире организация ( объединяющая более 300 тыс. технических специалистов из 147 стран, ведущая организация по стандартизации, отвечающая также за сетевые стандарты.

13 Структура адреса по второй системе адресации (1) OUI (идентификатор)OUA (идентификатор) UAA (46 бит) I/GU/L 1 бит 22 бита 24 бита Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) - организационно уникальный адрес. Именно их присваивает производитель сетевого адаптера. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций. Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) - организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI. Вместе OUA и OUI называются UAA(Universally Administered Address) - универсально управляемый адрес или IEEE-адрес. Рис Структура 48-битного стандартного адреса

14 Структура адреса по второй системе адресации (2) Два старших разряда адреса являются управляющими и определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) определяет - индивидуальный это адрес или групповой. Если I/G =0, то адрес индивидуальный, Если I/G =1, то адрес групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получают все имеющие его сетевые адаптеры, причем групповой адрес определяется всеми 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру – производителем или организацией. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это довольно редкая ситуация. Для широковещательной передачи используется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.

15 3. Методы управления обменом данными в сети – методы доступа Метод доступа - правила, с помощью которых организуется доступ рабочих станций: к общей передающей среде в сетях с шинной и кольцевой топологией или к концентратору в древовидных и звездообразных сетях. Сеть всегда объединяет несколько абонентов, каждый из которых имеет право передавать свои пакеты. Но по одному кабелю не может одновременно передаваться два пакета, иначе возможен столкновение (конфликт или коллизия), что приведет к искажению и потере обоих пакетов. Значит, надо каким то образом установить очередность доступа к сети (захвата сети) всеми абонентами, желающими передавать. Это относится прежде всего к сетям с топологией «шина». Точно так же при топологии «звезда» необходимо установить очередность передачи пакетов периферийными абонентами, иначе центральный абонент не сможет справиться с их обработкой. Нельзя назвать какой-либо универсальный метод доступа, эффективный во всех случаях. Каждый из известных методов имеет определенные преимущества и недостатки. Различают методы: детерминированного доступа, случайного доступа.

16 4. Методы доступа в сетях с шинной топологией В сетях с шинной топологией используются методы: случайного доступа, детерминированного доступа.

17 4.1. Методы случайного доступа (1) По этим методам каждая рабочая станция произвольным образом, независимо от других, может обращаться к передающей среде. Возможно одновременное обращение нескольких рабочих станций к общей передающей среде, поэтому такие методы доступа часто называют методами множественного доступа MA (Multiple Access).

18 Методы случайного доступа (2) В случае одновременной передачи сообщений несколькими станциями происходит столкновение сообщений (конфликт или коллизия), что приводит к искажению информации. Вероятность столкновения сообщений зависит от интенсивности обращения рабочих станций к передающей среде и существенно возрастает при увеличении интенсивности обмена. Одним из способов снижения конфликтов является предварительное прослушивание передающей среды и начало передачи только при наличии свободного канала. Такой режим передачи получил название множественного доступа с контролем несущей (MA/CD – Multiple Access with Carrier Detect ). Однако и в этом случае из-за конечного времени распространения сигналов нельзя полностью избежать конфликтов. Например, если станция А начала передачу пакета, то станция B, «не зная» об этом, т.к. пакет еще не дошел до нее, тоже может начать передачу пакета. С целью своевременного обнаружения конфликтов рабочая станция в процессе передачи информации постоянно контролирует передающую среду и при появлении "столкновения" прекращает передачу. Через некоторый случайный промежуток времени после прекращения передачи конфликтующие рабочие станции осуществляют повторную попытку передачи информации. Время задержки определяется с помощью специальных алгоритмов, направленных на снижение вероятности повторного конфликта. Например, задержка может формироваться так, чтобы ее среднее значение увеличивалось примерно вдвое с каждой новой попыткой занять линию. Такой режим передачи получил название: «Множественный доступ с контролем несущей частоты и обнаружением столкновений» (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Этот метод не дает гарантию на определенное время доступа к передающей среде.

19 Минимальная длительность пакета при случайном методе доступа (1) Сигнал в любой физической среде распространяется не мгновенно, и при больших размерах сети (как еще говорят, при большом диаметре сети) задержка распространения может составлять десятки и сотни микросекунд. Следовательно, информацию об одновременно происходящих событиях (начале передачи пакета разными станциями) абоненты получают не одновременно (с разной задержкой ). Абонент 1 может начать передачу, не зная (из-за задержки распространения сигнала) о том, что другой абонент N уже ведет передачу пакета. Если длина пакета не достаточна, то передача пакета от абонента 1 может быть завершена до обнаружения столкновения с пакетом от абонента N, и искаженный пакет от 1 не будет повторен. Поэтому при случайном методе управления обменом возникает вопрос о том, какой должна быть минимальная длительность пакета, чтобы коллизию обнаружили все начавшие передавать абоненты. Ответит на этот вопрос можно получить анализируя распространение сигнала в сети по рис

20 Минимальная длительность пакета при случайном методе доступа (2) Пусть L - полная длина сети, V - скорость распространения сигнала в используемом кабеле. Допустим, что абонент 1 передает пакет длительностью T. Этот пакет достигает абонента N с задержкой =L/V. В течение этого времени абонент N не знает о том, что абонент 1 ведет передачу и может начать передачу своего пакета, который достигнет абонента 1 через интервал =L/V. Следовательно: Если абонент 1 не завершит передачу своего пакета до прихода пакета от абонента N, то он обнаружит, что произошло столкновение и прекратит передачу с намерением повторить передачу пакета. Если до этого момента передача пакета 1 прекратится, то абонент не будет знать о столкновении с пакетом второго абонента (рис.4.8). Получается, что минимально допустимая длительность пакета в сети должна составлять 2 или Tmin=2L/V, то есть должна равняться удвоенному времени распространения сигнала по полной длине сети (или по пути наибольшей длины в сети). Это время называется двойным или круговым временем задержки сигнала в сети, или PDV (Path Delay Value). L V 1 2 N Рис.4.7. К расчету минимальной длительности пакета

21 Минимальная длительность пакета при случайном методе доступа (3) Рис.4.8. К расчету минимальной длительности пакета Передача от станции 1 Прием на станции N Передача от станции N Прием на станции N t1t1 t2t2 N Коллизия Коллизия (1- искажен) Коллизия t4t4 t3t3 t 1 – начало передачи пакета станцией 1; t 2 – начало передачи пакета станцией N; t 3 – начало приема пакета станцией N и обнаружение коллизии; t 4 – начало приема пакета станцией 1 и обнаружение коллизии.

22 Распознавание коллизий в сети Как сетевые адаптеры распознают коллизию, то есть столкновение пакетов? Для передачи по линии обычно используется код Манчестер-II. Сигнал в коде Манчестер-II всегда имеет постоянную составляющую, равную половине размаха сигнала (если один из двух уровней сигнала нулевой). В случае столкновения двух и более пакетов это утверждение выполняться не будет. Постоянная составляющая (среднее значение) U суммарного сигнала в сети будет обязательно больше или меньше половины размаха (рис. 4.9), поскольку пакеты всегда отличаются друг от друга по структуре и к тому же сдвинуты друг относительно друга во времени. Следовательно по выходу уровня постоянной составляющей U за установленные пределы каждый сетевой адаптер может определить наличие коллизии в сети. Рис Определение факта коллизии при использовании кода Манчестер-II Um U=Um/2 0 Um U=Um/2 0 UmU>Um/2 0 0 Пакет 1 Пакет 2 Пакет 1+2

23 Недостатки случайных методов управления обменом Методы случайного доступа хорошо работают только при не слишком большой интенсивности обмена по сети. Считается, что приемлемое качество связи обеспечивается только при нагрузке не выше 30-40% (то есть сеть занята не более 30-40% всего времени). При большей нагрузке становятся слишком частыми повторные столкновения, и наступает так называемый коллапс, или крах сети, представляющий собой резкое падение ее производительности. Недостаток методов случайного доступа еще и в том, что они не гарантируют величину времени доступа к сети, которая зависит не только от выбора задержки между попытками передачи, но и от общей загруженности сети. Поэтому, например, в сетях, выполняющих задачи управления оборудованием (на производстве, в научных лабораториях), где требуется быстрая реакция на внешние события, сети со случайными методами управления использовать не рекомендуется.

24 4.2. Методы детерминированного доступа Дают каждой станции гарантию на определенное время доступа к передающей среде. Методы детерминированного доступа можно разделить на: методы разделения времени и методы передачи полномочий (маркерный). Сущность методов разделения времени заключается в разделении времени предоставления рабочей среды на отдельные интервалы, каждый из которых, согласно определенному правилу, предоставляется какой-либо рабочей станции. Большинство методов разделения времени предусматривает наличие в сети диспетчера, основной функцией которого является контроль и планирование времени доступа с учетом активности и приоритетов рабочих станций. Метод передачи полномочий использует управляющий пакет, называемый маркером, который передается от станции к станции. Владение этим пакетом предоставляет право на передачу данных.

25 Временя ожидания момента начала передачи информации Для сети с детерминированным методом доступа можно определить минимальное и максимальное значения времени ожидания момента начала передачи информации. Минимальное время ожидания – это время необходимое для опроса рабочих станций на предмет передачи информации. При увеличении интенсивности информационного потока время опроса растет, достигая максимальной величины. Максимальное время ожидания определяется при полной загрузке сети, т.е. при готовности каждой рабочей станции передавать информацию. При этом предполагается, что следующий запрос на передачу информации в данной рабочей станции появляется после обслуживания очередного запроса. Возможность установления гарантированного времени доступа к передающей среде является существенной особенностью сетей с детерминированными доступом. Такие сети могут работать в режиме реального времени (в темпе поступления информации). В частности, они могут быть рекомендованы для обслуживания систем управления, производственных и технологических процессов, т.е. там, где задержка в передаче информации не должна превышать заданную величину. Методы детерминированного доступа позволяют учитывать характер передаваемой информации, обеспечивая наиболее эффективное использование передающей среды.

26 Метод циклического (синхронного) разделения времени Это наиболее простой из методов разделения времени. По этому методу цикл (Т) обслуживания рабочих станций разбивается на несколько временных интервалов (t), количество которых соответствует числу (n) рабочих станций (Рис. 1). Рис. 1 Каждой станции предоставляется фиксированный интервал времени t i, в течение которого она может передавать сообщение. Если у рабочей станции в данный момент времени отсутствует информация для передачи, то выделенный ей временной интервал не используется. При неравномерном распределении интенсивности обращения рабочих станций к передающей среде эффективность использования линии низкая. Эффективность может быть повышена за счет разделения цикла обмена на небольшие интервалы с предоставлением рабочей станции одного или нескольких интервалов в зависимости от интенсивности обращения рабочей станции к каналу связи. t1t1 t2t2 t3t3 tntn T

27 Метод циклического (асинхронного) разделения времени Предполагает прогноз интенсивности запросов доступа к передающей среде со стороны рабочих станций. С помощью специальной процедуры ведется учет количества обращений, на основе которого прогнозируется интенсивность потоков заявок и распределяется время между рабочими станциями.

28 Метод маркерного доступа В локальных сетях с большим числом абонентов широко используется метод детерминированного доступа, получивший название множественного доступа с передачей полномочий (метод маркерного доступа). В общем виде алгоритм маркерного доступа достаточно прост: В локальной сети последовательно от одной рабочей станции к другой передается специальное управляющее сообщение маркер (token), при поступлении которого рабочая станция получает разрешение на передачу информации. После окончания передачи рабочая станция передает маркер следующей рабочей станции. При отсутствии необходимости в передаче сообщения рабочая станция, получившая маркер, передает его следующей рабочей станции. Последняя рабочая станция передает маркер первой рабочей станции, образуя логическое кольцо передачи маркера. При этом передача кадров данных может вестись как в одном, так и в произвольных направлениях, а их прием осуществляется только получателем на основании сравнения адреса, указанного в передаваемом кадре, с адресом рабочей станции. Достоинства: исключает столкновения сообщений; обеспечивает гарантированное время доставки сообщения позволяет достаточно просто реализовать приоритетный доступ. К недостаткам метода следует отнести то, что потеря маркера приводит к сбоям в работе сети. Поэтому необходимо с помощью специальных процедур постоянно отслеживать потерю маркера или появление нескольких маркеров.

29 5. Методы доступа в кольцевых сетях Основными методами доступа в локальных сетях с кольцевой структурой являются: метод маркерного доступа (уже обсуждался выше) и метод тактируемого доступа.

30 Метод маркерного доступа в кольцевой топологии Основное отличие маркерного доступа в кольцевой сети от маркерного доступа в сети с шинной топологией заключается в том, что кадры маркера и данных передаются по физическому кольцу в одном направлении. Передача информации в произвольном направлении, как это происходит в сетях с шинной топологией, исключается. Рабочая станция может начать передачу только после получения маркера от предыдущей рабочей станции. Получив маркер, станция посылает в кольцо кадр данных. Передача маркера следующей рабочей станции может осуществляться после возвращения переданного кадра данных либо сразу же после его передачи. Во втором случае говорят о режиме раннего освобождения маркера. При этом каждый последующий кадр данных помещается между предыдущим кадром и маркером. Удаление принятых кадров, как правило, осуществляется передающей рабочей станцией. В сетях с маркерным доступом необходимо контролировать потерю маркера и удаление полученных пакетов.

31 Тактируемое или размеченное кольцо (1) Этот метод предполагает разбиение временного цикла кольца, т.е. времени распространения сигнала по кольцу, на множество равных интервалов времени тактов (сегментов), в каждом из которых помещается один кадр данных (иначе - метка), т.е. группа бит. Биты ответа: 00=занято; 01=принято; 10=отвергнуто; 11=проигнорировано (в нерабочем состоянии). Рис.2. Формат кадра в тактируемом кольце Направление передачи Бит начала кадра «Мониторный» бит – позволяет монитору обнаружить освободившийся кадр Адрес источника Адрес получателя Данные Бит четности Бит начала кадра Служебные биты Управляющие биты Биты ответа

32 Тактируемое или размеченное кольцо (2) Известно много разновидностей данного метода доступа, но все они предполагают разбиение сообщений на пакеты с последующим формированием кадра и эффективны при обмене короткими сообщениями и высокой интенсивности обмена сообщениями. РСт Кадр (Метка) Рис. 3. Передача данных по размеченному кольцу

33 Тактируемое или размеченное кольцо (3) Одновременно может передаваться несколько кадров. Количество и длина кадров определяются с учетом основных характеристик сети. Рабочая станция может передавать информацию в кольцо только при прохождении через ее блок доступа свободного кадра. Свободные кадры отличаются от занятых кадров значением специального контрольного бита в заголовке. Единица, как правило, указывает на то, что данный кадр занят, а ноль свободен. Адресат, получив кадр данных, копирует его. Освобождение (обнуление) кадров может осуществляться как получателем, так и отправителем информации.

34 6. Передача информации в глобальных сетях Основой глобальных компьютерных сетей является сеть передачи данных, представляющая собой совокупность каналов передачи данных и узлов коммутации. В связи с этим одной из определяющих характеристик глобальной сети является способ коммутации данных. В зависимости от способа коммутации различают сети: с коммутацией каналов, коммутацией пакетов и интегральные сети передачи данных.

35 6.1. Сети с коммутацией каналов (1) Наиболее простой и естественный способ передачи данных между двумя рабочими станциями, называемый коммутацией каналов, базируется на установлении физического соединения между ними. По своей сути сети коммутации каналов подобны телефонным сетям коллективного пользования. Физическое соединение между абонентами компьютерной сети создается, как правило, только на время сеанса передачи информации путем образования составного канала из последовательно соединенных каналов. При этом связь между отправителем и получателем устанавливается путем посылки отправителем соответствующего сообщения, которое передается по сети передачи, данных от одного узла коммутации канала к другому и управляет коммутацией каналов связи, как бы прокладывая путь от отправителя к получателю. После образования физического соединения из пункта назначения отправителю передается ответное сообщение, подтверждающее наличие требуемого соединения. Затем осуществляется передача информации, ради которой был создан канал передачи данных. На время сеанса обмена информацией составной канал полностью недоступен для других абонентов. После завершения передачи отправитель информации вырабатывает соответствующее управляющее сообщение, которое передается по составному каналу, управляя его разъединением, а, достигнув адресата, информирует его об окончании сеанса обмена информацией.

36 Сети с коммутацией каналов (2) Относительно длительное время установления соединения (секунды) в сочетании с низкой надежностью и высоким уровнем шумов, ограничивает использование телефонных каналов связи в быстродействующих компьютерных сетях. Использование современных электронных узлов коммутации каналов позволяет примерно на два порядка уменьшить время коммутации каналов и создавать так называемые компьютерные сети с быстрой коммутацией каналов. В рамках сетей коммутации каналов могут организовываться так называемые выделенные каналы, которые коммутируются в определенные, заранее заданные, интервалы времени, когда только и допускается передача информации. Режим выделенных каналов обеспечивает максимально допустимую для конкретной сети скорость передачи данных. Преимуществом сетей коммутации каналов является наличие постоянного соединения между рабочими станциями, которое позволяет достаточно просто организовать взаимодействие между ними в режиме реального времени, в диалоговом режиме. Существенным недостатком сетей коммутации каналов является низкий коэффициент использования каналов передачи данных. УКК 1 УКК 3 УКК 2 УКК 5 УКК 4 УКК 6 Рис.4. Организация соединения в сетях с коммутацией каналов (УКК – узел коммутации каналов).

37 6.2. Сети с коммутацией пакетов(1) Передача информации посредством так называемой коммутации пакетов осуществляется без образования физического соединения между пунктами отправления и получения информации. Между ними устанавливается виртуальное (логическое) соединение, а физический канал устанавливается локально между смежными узлами коммутации и только на время передачи данных. При этом сообщения представляются и передаются в виде блоков данных фиксированной структуры и длины (пакетов). Заголовок блока данных содержит адреса отправителя и получателя информации, а также другую управляющую информацию, необходимую для корректной передачи сообщений между абонентами. Передача блоков данных между абонентами осуществляется с промежуточным запоминанием их в узлах коммутации: поступившее в узел коммутации сообщение запоминается в буферном запоминающем устройстве и при наличии свободного канала связи в направлении адресата передается по этому каналу в следующий свободный узел. Такие узлы, осуществляющие промежуточное хранение и управление передачей сообщений, называются узлами коммутации пакетов, а сети передачи данных, использующие этот способ коммутации, получили название сетей коммутации пакетов.

38 Сети с коммутацией пакетов(2) Пакеты последовательно передаются от одного узла коммутации к другому, занимая в каждый период времени только канал передачи данных между смежными узлами. Остальные каналы на пути следования пакетов могут использоваться для других целей. Это позволяет существенно, по сравнению с сетями коммутации каналов, повысить коэффициент использования физических каналов связи и тем самым увеличить общую пропускную способность сети передачи данных. УКП 1 УКП 3 УКП 2 УКП 5 УКП 4 УКП Рис.5. Организация процесса передачи информации в сетях с пакетной коммутацией (УКК – узел коммутации пакетов).

39 Сети с коммутацией пакетов(3) При этом усложняются узлы коммутации и появляются дополнительные задержки, связанные с необходимостью промежуточного запоминания пакетов в каждом узле сети. Это приводит к увеличению времени доставки пакетов. Процесс передачи информации в сети, коммутации пакетов можно сравнить с работой почтовой сети связи при пересылке писем. Фиксированная длина пакетов предполагает разбиение длинных сообщений на несколько пакетов. Большие массивы информации передаются несколькими пакетами, операция сборки-разборки осуществляется только в рабочих станциях, что упрощает структуру промежуточных узлов сети. Пакеты одного сообщения могут передаваться по различным маршрутам, независимо друг от друга, в этом случае говорят о так называемом дейтаграммном способе передачи данных. Такой способ передачи характеризуется использованием простейшего транспортного протокола и используется в основном для передачи короткой последовательности пакетов. Отсутствие логического канала может привести к нарушению порядка поступления пакетов к адресату. Поэтому для передачи больших сообщений предпочтительнее способ виртуальных каналов, при котором все пакеты следуют по одному, заранее установленному маршруту.

40 Интегральные сети передачи данных Интегральные сети или сети интегрального обслуживания могут работать как сети с коммутацией каналов или как сети с пакетной коммутацией. Если ряд узлов на данный момент времени работает в режиме коммутации каналов, то эти узлы не используются для работы в режиме пакетной коммутации. Остальные узлы работают в режиме пакетной коммутации.