Коммутация каналов

Коммутация каналов может быть пространственной и временной

Пространственный коммутатор размера N*M представляет собой сетку (матрицу), в которой N входов подключены к горизонтальным шинам, а M выходов - к вертикальным.

В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если N < M, то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов N*N.

Недостаток рассмотренной схемы - большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное N². Для устранения этого недостатка применяют многоступенные коммутаторы.

В многоступенных коммутаторах существенно уменьшено число переключательных элементов за счет некоторого увеличения задержки.

Временной коммутатор построен на основе буферной памяти, запись производится в ее ячейки последовательным опросом входов, а коммутация осуществляется благодаря считыванию данных на выходы из нужных ячеек памяти. При этом происходит задержка на время одного цикла "запись-чтение". В настоящее время преимущественно используются временная или смешанная коммутация.

2.5.2 Коммутация сообщений

Способ коммутации сообщений основывается на принципах организации связи, принятых в системах передачи телеграфных сообщений. Они предусматривают адресацию сообщений, их ретрансляцию и аналитическую обработку заголовков телеграмм в узлах сетей связи. Если каналы, исходящие из данного узла, по которым необходимо передать сообщение (текст или данные, адресованные некоторому другому удаленному узлу), заняты, то это сообщение находится в состоянии ожидания в узле. Множе­ство сообщений, находящихся в состоянии ожидания, и сообщения, отправляемые по одним и тем же каналам, образуют очереди, которые могут возникать не только при выходе из узла по причине занятости канала, но и при их поступлении. Данный вид очереди обусловлен тем, что сообщения могут прийти тогда, когда сред­ства системы коммутации узла осуществляют обработку ранее поступивших сообщений.

В общем случае при коммутации сообщений могут возникнуть задержки, связанные с обработкой и ожиданием, которые зависят от общего числа сообщений, поступающих в узел в единицу вре­мени, от их длины (количества символов), скорости передачи и обработки и целого ряда других факторов. В теоретическом отношении вопрос о величине задержек достаточно сложный. Одним из способов уменьшения задержки обработки сообщений при коммутации является приведение их длины к постоянной величине, т. е. короткие сообщения дополняются до установленного значения, а длинные разбиваются на заданные части (пакеты).

2.5.3 Коммутация пакетов

Во многих случаях наиболее эффективной оказывается коммутация пакетов. Во-первых, ускоряется передача данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможна параллельная передача пакетов одного сообщения на разных участках сети; во-вторых, при появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего длинного сообщения. Кроме того, ограничение сверху на размер пакета позволяет обойтись меньшим объемом буферной памяти в промежуточных узлах на маршрутах передачи данных в сети.

В сетях коммутации пакетов различают два режима работы: режим виртуальных каналов (другое название - связь с установлением соединения) и дейтаграммный режим (связь без установления соединения).

В режиме виртуальных каналов пакеты одного сообщения передаются в естественном порядке по устанавливаемому маршруту. При этом в отличие от коммутации каналов линии связи могут разделяться многими сообщениями, когда попеременно по каналу передаются пакеты разных сообщений (это так называемый режим временного мультиплексирования, иначе TDM - Time Division Method), или задерживаться в промежуточных буферах. Предусматривается контроль правильности передачи данных путем посылки от получателя к отправителю подтверждающего сообщения - положительной квитанции. Этот контроль возможен как во всех промежуточных узлах маршрута, так и только в конечном узле. Он может осуществляться старт-стопным способом, при котором отправитель до тех пор не передает следующий пакет, пока не получит подтверждения о правильной передаче предыдущего пакета, или способом передачи "в окне". Окно может включать N пакетов, и возможны задержки в получении подтверждений на протяжении окна. Так, если произошла ошибка при передаче, т.е. отправитель получает отрицательную квитанцию относительно пакета с номером K, то нужна повторная передача и она начинается с пакета K.

Например, в сетях можно использовать переменный размер окна. Так, в соответствии с рекомендацией документа RFC-793 время ожидания подтверждений вычисляется по формуле

T _ож = 2*T_ср,

где T_ср := 0,9*T_ср + 0,1*T_i, T_ср - усредненное значение времени прохода пакета до получателя и обратно, T_i - результат очередного измерения этого времени.

В дейтаграммном режиме сообщение делится на дейтаграммы. Дейтаграмма - часть информации, передаваемая независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что может послужить причиной блокировок сети. На внутренних участках маршрута контроль правильности передачи не предусмотрен и надежность связи обеспечивается лишь контролем на оконечном узле.

Блокировкой сети в дейтаграммном режиме называется такая ситуация, когда в буферную память узла вычислительной сети поступило столько пакетов разных сообщений, что эта память оказывается полностью занятой. Следовательно, она не может принимать другие пакеты и не может освободиться от уже принятых, так как это возможно только после поступления всех дейтаграмм сообщения.