Структура сетей передачи данных и технологии коммутации трафика

Самым разным по функциональному назначению телекоммуникационным системам, таким как телефонные сети, компьютерные сети, присуща общая принципиальная черта – все они являются распределенными вычислительными системами (рис.1.1).

Основными структурными элементами этих систем являются:

· оконечное оборудование данных (ООД), например, ЭВМ, телефонный аппарат, принтер, факс, граничный шлюз корпоративной или локальной сети;

· сеть передачи данных, включающая линии связи и узлы коммутации (УК).

Сеть должна передавать информацию от многих и ко многим оконечным устройствам одновременно; однако, построение ее по принципу «каждый с каждым» было бы совершенно нерентабельно. В условиях же неполносвязности сеть должна располагать возможностью коммутации трафика, обеспечивающей коммуникации между любыми подключенными к ней экземплярами оконечного оборудования данных. Существуют две основные технологии организации таких связей – коммутация каналов и коммутация пакетов.

В сети с коммутацией каналов фазе передачи данных обязательно предшествует этап установления физического или логического соединения между конечными узлами. В это соединение входят разные физические линии, какой-то набор устройств коммутации, но результатом является формирование постоянного, выделенного исключительно для данного соединения, сквозного канала с постоянной физической скоростью передачи данных. Последнее предполагает равенство скоростей передачи и приема данных ООД и скоростей передачи данных на каждом из парциальных участков пути между конечными узлами. Достоинства технологии коммутации каналов - это постоянная и гарантированная скорость передачи, относительно малая и постоянная задержка, отсутствие необходимости буферизации трафика в сети и полная прозрачность сети для источников и потребителей данных. Эти свойства хорошо соответствуют передаче трафика мало изменяющейся интенсивности (например, голосовые сообщения в телефонных сетях). Вместе с тем, применение её для организации передачи данных между компьютерами, трафик которых очень неравномерен во времени, приводит к весьма низкому коэффициенту полезного использования пропускной способности физических линий сети.

Коммутация сообщений, – это технология, предполагающая определенное управление данными; она обеспечивает передачу сообщений произвольного размера с промежуточным их хранением в узлах коммутации. Каждое коммутационное устройство принимает всё сообщение, сохраняет его и отправляет далее при освобождении требуемого канала. Коммутация сообщений не требует закрепления физического канала между конечными терминалами и пересылка сообщения может происходить по линиям с разной пропускной способностью на максимально возможной скорости и без нарушения его целостности (сообщение, при приеме которого очередным узлом коммутации обнаруживаются ошибки, уничтожается и передаётся повторно). Размер сообщений, в общем случае, может варьироваться в очень широких пределах, и задержки их доставки через сеть могут измеряться как долями милисекунды, так и минутами. Наличие хотя бы одного очень большого сообщения, поступающего на вход коммутационного устройства, приводит к задержке обработки всех последующих, возможно и весьма коротких, сообщений. Достоинство технологии - более эффективное, в сравнении с коммутацией каналов, использование пропускной способности линий связи, возможность передачи сообщения по линиям с разной пропускной способностью. Основными ее недостатками являются необходимость большого объема памяти для буферизации сообщений в узлах коммутации, значительные вариации значения времени задержки их доставки.

Технология коммутации пакетов родилась как способ уменьшения неравномерности задержек доставки сообщений и повышения уровня использования пропускной способности линий связи. Для трафика ЭВМ, который можно рассматривать как последовательность сообщений, задержки доставки, измеряемые секундами и более, являются совершенно неприемлемыми. Разбиение сообщений сетевых приложений на относительно короткие порции (пакеты) и передача их через сеть взаимно независимо, позволили сократить время обработки пакетов в узлах коммутации, существенно уменьшить требования к размеру их памяти. Кроме этого, поскольку каждый пакет в УК обрабатывается независимо, то появляется возможность динамически управлять концентрацией трафика (рис.1.2), оптимизируя загрузку линий связи, чем преодолевается основной недостаток технологии коммутации каналов – неэффективное использование пропускной способности линий сети при передаче трафика ЭВМ.

Однако, несмотря на то, что величина задержки относительно небольших пакетов в сети существенно сокращается, она остается величиной переменной, что практически не влияет на приложения передачи файлов, но может крайне негативно сказаться на работе приложений с изохронным трафиком. Технология коммутации пакетов также предполагает существенные накладные расходы, связанные с разбиением сообщений на пакеты, а именно:

§ в каждый пакет должна быть включена информация об адресах источника и приемника;

§ в отношении каждого пакета на каждом УК должно быть принято решения о его маршруте;

§ сеть должна располагать эффективными механизмами управления интенсивностью трафика, поскольку возможны его случайный всплески как на отдельных УК, так и во всей сети.

Особенности технологии коммутации трафика настолько существенны, что они долгое время определяли и основное функциональное назначение телекоммуникационной системы, а именно:

· коммутация каналов – для телефонных сетей,

· коммутация сообщений – для телеграфных, а

· коммутация пакетов – для компьютерных сетей.

Развитие форм телекоммуникаций поставило задачу конвергенции сетей. Ее первым решением стало формирование так называемых наложенных сетей, т.е. сетей, реализующих вполне определенный функциональный сервис (телефония, объединение компьютеров, факсимильная связь), но на основе базовых сетей, которые обеспечивают передачу битовых потоков безотносительно к их природе (рис. 1.3). Функция базовой сети - обеспечить каналы требуемой пропускной способности между узлами коммутации наложенной сети, т.е., в весьма грубой форме, можно функции базовой сети уподобить функции линии связи (среды распространения электрических сигналов). В наложенной и базовой сетях трафик, как правило, представляется разными сущностями (пакеты, кадры – в первых, ячейки, группы бит – во вторых); соответственно, для их передачи используются разные технологии коммутации. В наложенных сетях способ коммутации определяется их функциональным назначением, т.е. если это компьютерная сеть, то используется коммутация пакетов, если телеграфная - то более подходящей будет коммутация сообщений.

Поскольку базовые сети формировались из глобальных телефонных сетей, то основным механизмом коммутации трафика в них является коммутация каналов. Выше отмечалось, что вследствие импульсного характера трафика ЭВМ технология коммутации каналов приводит к недоиспользованию пропускной способности линий связи. Однако, в больших территориальных и глобальных сетях, связывающих очень большое число ООД, общая интенсивность трафика, поступающего в базовую сеть, становится достаточно равномерной, и технология коммутации каналов вполне удовлетворительно использует пропускную способность линий связи.

В настоящее время существует четко выраженная тенденция создания мультисервисных сетей, способных поддерживать обмен данных ЭВМ, передачу голосового трафика и «живого» видео с требуемым приложениями уровнем качества. Примером такой сети может служить сеть ATM (Asynchronous Transfer Mode), в которой была предпринята довольно удачная попытка сочетания достоинств технологий коммутации пакетов и коммутации каналов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: