Методы коммутации и передачи данных

Общие сведения

В больших сетях невозможно предоставить каждой паре абонентов свой собственный канал связи для постоянного монопольного владения. Поэтому при организации канала всегда применяют какой-либо способ временного соединения линий связи между отдельными узлами сети, реализуемого с помощью коммутаторов. Абоненты соединяются с коммутаторами индивидуальными линиями связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за ней абонентом. Между коммутаторами (узлами сети) линии связи разделяются несколькими абонентами, т. е. используются совместно. Существует два распространенных метода:

• • коммутация каналов (Circuit Switching), при которой канал создается на время одного сеанса связи между двумя абонентами;
• • коммутация пакетов (Packet Switching), когда канал создается для передачи одного или нескольких пакетов данных.

Коммутация каналов

Выявим особенности способа коммутации каналов на примере сети (рис. 9.9), сопровождая изложение пояснениями из области телефонии. При этом способе коммутации составной физический канал между двумя абонентами образуется путем последовательного соединения отдельных линий передачи с помощью коммутаторов, для чего предварительно одним из абонентов выполняется процедура установления соединения.

Допустим, что абонент А1 хочет установить связь с абонентом В1. В этом случае выполняется следующая последовательность действий:

• • абонент (узел) А посылает запрос на установление соединения коммутатору К1 с указанием адреса назначения абонента В (звонок по телефонному номеру);
• • коммутатор К1 выбирает маршрут для создания составного канала и передает запрос следующему коммутатору, например К2, передающему запрос коммутатору К4, который направляет его абоненту В1;

Рис. 9.9. Иллюстрация принципа коммутации каналов.

• абонент B1, приняв запрос на установление соединения, направляет по уже установленному каналу ответ исходному узлу A1, после чего процедура установления соединения завершается и узлы A1 и 51 могут обмениваться по нему данными (вести телефонный разговор).

Таким образом, для создания канала запрос должен сам пройти весь маршрут от A1 до 51, чтобы удостовериться, что все необходимые линии связи, а также конечный узел 51 свободны. При прохождении маршрута в каждом из коммутаторов К1, К2, К4 выполняется соединение входа с требуемым выходом и запоминается информация о том, что соответствующая линия связи выделена (зарезервирована) для соединения абонентов Л1 и Л1. Например, в коммутаторе К1 вход 1 соединяется с выходом 2, а в коммутаторе К2 в зависимости от алгоритма работы возможно соединение входа 5 с выходами 2 или 3.

Важной особенностью коммутации каналов является возможность отказа в установлении соединения. Отказ фиксируется в случае занятости вызываемого абонента или всех возможных маршрутов. Если после установления связи между абонентами A1 и B2 поступят два запроса от абонентов A2 и AЗ на установление соединений с абонентами B2 и B3, то они могут быть удовлетворены, но не через коммутатор К2, а только через коммутатор КЗ. Если же затем последует запрос на соединение абонентов A4 и B4, то он не будет выполнен из-за нехватки линий связи. Между К1 и К4 существуют только три связи: одна связь К1 > К2 > К4 и две связи К1 > К3 > К4. Таким образом, чем больше в данный момент установлено в сети соединений, тем выше вероятность отказа в запросе на установление нового соединения.

После того как установлено соединение абонентов А и B, в их полное распоряжение поступает канал, обладающий фиксированной пропускной способностью. Абоненты не могут передавать данные в сеть со скоростью, превышающей пропускную способность линии. При меньшей скорости передачи недоиспользуется пропускная способность канала.

Поскольку сети с рассматриваемой коммутацией обеспечивают одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов между коммутаторами (К1 и К4), можно с помощью мультиплексирования увеличить пропускную способность этих каналов. Например, объединяя в один канал три линии связи, можно в три раза увеличить скорость передачи между абонентами коммутаторов К1 и К5. Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов имеет особенности, обусловленные тем, что все объединяемые линии связи должны проходить по одному маршруту. В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используются две технологии (рис. 9.10): частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing — FDM) и мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing — TDM).

Рис. 9.10. Иллюстрация принципа частотного (а) и временно? го (б) мультиплексирования (разделения) каналов.