Коммутация сообщений и пакетов

В 60-70-х годах преобладающим методом передачи данных являлась коммутация сообщений (КоС). Эта технология до сих пор широко используется в электронной почте. Коммутатором обычно является специализированная ЭВМ (СЭВМ). Именно она отвечает за прием данных с терминалов и ЭВМ, подключенных к СЭВМ посредством вызова набором номера или через выделенную линию. СЭВМ проверяет адрес в головной метке сообщения и коммутирует (направляет) поток данных к принимающему терминалу. В отличие от коммутации цепей в телефонии КоС является технологией типа "запомнить и послать", поскольку при коммутаторах используются запоминающие устройства, обычно дисковые накопители. А так как данные обычно запоминаются, то интерактивный режим и режим реального времени для передачи данных не применяются. Однако данные могут быть переданы через коммутатор сообщений на очень высокой скорости соответствующим определением уровней приоритетов для различных типов потоков данных. Высокоприоритетные потоки задерживаются в очереди на обслуживание более короткое время, чем низкоприоритетные потоки. Таким образом, можно обеспечить интерактивные прикладные задачи. Постановка в очередь на диск также предоставляет возможность сгладить пиковые нагрузки, запоминая низкоприоритетные потоки в период этих нагрузок. Постановка в очередь снижает вероятность случаев блокирования потоков, если какие-либо части сети заняты. Поток может быть временно запомнен, а далее направлен в нужное место, когда оно свободно.

Технология КоС обычно работает с отношением "главный - подчиненный". Традиционно коммутатор выполняет регистрацию и выбор при управлении потоками, входящими и выходящими из него. У КоС имеется три недостатка. Во-первых, в силу структуры "главный - подчиненный" вся сеть выходит из строя при поломке коммутатора. Поэтому многие организации обеспечивают дублированную КоС, которая предлагает выполнение вторым коммутатором функций первого в случае его поломки. Второй основной недостаток связан с тем, что коммутатор сообщений является потенциально узким методом. Как следствие, появляется увеличенное время обслуживания и малая пропускная способность. И, в третьих, КоС не использует каналы передачи данных с той же эффективностью, как это делают другие подходы.

В связи с этими недостатками была создана другая структура коммутации данных - коммутация пакетов (КоП). КоП уменьшает уязвимость сетей и обеспечивает более эффективное использование каналов связи, чем КоС. Термин "коммутация пакетов" появился из-за того, что пользовательские данные разбиваются на более мелкие порции, которые содержат протокольную информацию, обрамляющую пакеты. Пакеты направляются через сеть как независимые объекты.

КоП первоначально представляла интерес как средство обеспечения секретных переговоров. В 60-е годы исследователи обратились к министерству обороны США с предложением разработать сеть для переключения пакетов, содержащих секретные переговоры. Предполагалось, что каждый отдельный разговор разделяется на малые порции, которые будут направлены по различным каналам в системе. В случае если противник прощупает одну из линий связи и будет способен различать образ акустического сигнала, этот сигнал выявит только часть полных переговоров. Поскольку полные переговоры направлены пакетами по различным путям, отдельная линия не содержит всей передаваемой информации.

Вскоре было установлено, что КоП хорошо работает с потоками данных, поскольку многие терминалы передают потоки данных порциями. Данные передаются в канал, который свободен, пока пользователь терминала вводит данные или пока продолжается пауза в работе пользователя. Время, в течение которого канал не занят, определяет потерянную пропускную способность линии. Одной из концепций КоП является одновременное существование многих передач от нескольких терминалов в одном канале, что означает мультиплексирование с помощью разделения времени линии связи. Этот подход обеспечивает лучшее использование дорогостоящих каналов передачи.

КоП идет дальше, нежели простое мультиплексирование линий связи. Логика пакета может мультиплексировать многие пользовательские сеансы на один порт компьютера. Вместо того, чтобы выделять порт единственному пользователю, система обеспечивает существование частей потоков данных от многих пользователей через один порт. Пользователь же воспринимает порт как выделенный, в то время как пользовательская программа на самом деле разделяет порт с другими пользователями.

Исследование также показало, что потоки данных часто асимметричны, то есть связь осуществляется между терминалами в большей степени в одном направлении, нежели в противоположном. Хорошим примером асимметричной связи является передача от ЭВМ к терминалу: терминал часто получает меньше данных по сравнению с ЭВМ. КоП осуществляет сглаживание асимметричных потоков в канале, обеспечивая совместное прохождение многих пользователей в канале.

Пакетные сети общего пользования иногда называют носителями с наращиваемой ценностью, поскольку они обеспечивают пользователям возможность наращивания услуг. Например, при добавлении к арендованным линиям пакетных коммутаторов и устройств для сборки/разборки пакетов сеть остается доступной всем, кто пожелает оплатить услуги. Организации, в которых характерны объемы потоков от низкого до среднего, обычно с выгодой подключаются к пакетным сетям общего пользования. Сети общего пользования способны воспринять организации с произвольными потоками для передачи. Для организаций, которые расположены на значительных пространствах, пакетная сеть общего пользования может оказаться более выгодной экономически, поскольку издержки для большинства пакетных сетей общего пользования определяются объемами потоков данных, а не расстояниями.

Технологии коммутации пакетов сопутствовал успех на протяжении последних десяти лет. Сегодня пакетные системы реализованы практически во всех промышленно развитых странах. Подводя итог, основные цели пакетной коммутации таковы: обеспечение мультиплексирования возможностей канала и портов; сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями; обеспечение короткого времени реакции для всех пользователей; обеспечение рассредоточения критических компонентов и совместное использование ресурсов.