Классификация по способу передачи информации

Вычислительные сети по способу передачи информации подразделяются на сети коммутации каналов, сети коммутации сообщений, сети коммутации пакетов и интегральные сети.

Метод коммутации каналов используется в сетях в том слу­чае, если между двумя станциями необходимо установить непос­редственное физическое канальное соединение. Это соединение устанавливается в коммуникационных узлах сети до начала пере­дачи данных. Типичным примером использования коммутации каналов является обычная телефонная сеть.

Предварительное резервирование сетевых каналов на всем пути от передатчика к приемнику при коммутации каналов предусмат­ривает, что узлы должны обладать способностью распределять ре­сурсы и выбирать маршруты при установке соединений.

Предва­рительное резервирование всего пути имеет существенные недо­статки, к основным из которых относятся:

• неэффективность использования ресурсов (каналы резервируются даже на то время, когда данные не передаются);

• высокая вероятность получения отказа при резервировании пути, включающего много транзитных узлов;

• значительная задержка при установлении соединения и склонность сети к перегрузке;

• лавинообразный рост отказов установления соединений в случае перегрузки сети.

Однако данный способ имеет и некоторые преимущества. Так, после установления соединения в сети с коммутацией каналов пере­дача данных идет очень эффективно и практически без задержек.

Метод коммутации сообщений представляет собой реализацию принципа поэтапной передачи данных с промежуточным хранением. Здесь нет необходимости заранее резервировать весь путь между дву­мя станциями. Сообщение (связанный блок данных) последователь­но передается по сети от узла к узлу, которые в этом случае являют­ся компьютерами, организующими промежуточное хранение тран­зитных сообщений и их маршрутизацию при передаче по сети. Для маршрутизации каждое сообщение снабжается заголовком с сетевы­ми адресами станции-передатчика и станции-приемника.

Коммутация сообщений увеличивает эффективность исполь­зования линий связи; позволяет избежать блокировок сети при увеличении сетевого трафика; обеспечивает возможности установ­ления приоритетного обслуживания сообщений, и т.д. В то же время задержки передачи, которые свя­заны, в первую очередь, с ожиданием длинных сообщений в очередях узлов, значительно возрастают при увеличении нагруз­ки, что не подходит для интерактивного сетевого взаимодействия в режиме реального времени.

Пакетная коммутация подразумевает обмен небольшими пакетами (часть сообщения фиксированного размера), которые не дают возможности образования очередей в узлах коммутации. Достоинства: быстрое соединение, надежность, эффективность использования сети. При данном методе проблема передачи пакета решается способом фиксированной маршрутизации.

Метод пакетной коммутации в настоящее время используется в двух модификациях: в режиме дейтаграмм и в режиме виртуальных каналов.

Режим дейтаграмм является прямым развитием коммутации сообщений, где сообщения предварительно разбиваются на пакеты. Каждый па­кет при передаче по коммуникационной сети является полнос­тью независимой единицей. Для этого он снабжается своим заго­ловком, где указываются сетевые адреса отправителя и получа­теля сообщения, а также порядковый номер отдельного пакета во всем сообщении.

Уменьшение размера передающихся порций информации и возможность одновременной передачи нескольких пакетов одного сообщения по альтернативным путям при данном подходе суще­ственно уменьшают сетевые задержки при передаче данных. Кро­ме того, коммутационные узлы могут иметь не столь большие, как при коммутации сообщений, размеры буферов для временно­го размещения транзитных пакетов, поэтому скорость обработки информации в этих узлах может быть повышена. На уменьшение задержек влияет и то, что при обнаружении ошибок передачи в режиме коммутации пакетов повторно передаются лишь отдельные пакеты, а не целые сообщения.

Пакетная коммутация, однако, имеет и негативные стороны. С одной стороны, при ее использовании увеличивается объем до­полнительной, служебной информации, передающейся по сети (заголовки отдельных пакетов). С другой стороны, в режиме дей­таграмм существует проблема организации сборки переданного со­общения в узле назначения. Эта проблема связана с тем, что от­дельные пакеты, проходя различными маршрутами по подсети связи, будут приходить в конечный узел назначения в неупоря­доченной последовательности.

Режим виртуальных каналов является попыткой соединить во­едино преимущества метода коммутации каналов и метода комму­тации сообщений. При этом подходе, еще до посылки по сети пер­вого информационного пакета, между двумя конечными точками организуется логическое соединение, связанное с реализацией трех фаз, присущих методу коммутации каналов. Вызывающая станция сначала посылает по сети служебный па­кет запроса на установление виртуального канала, связывающего станцию-инициатор с вызываемой станцией. Подсеть связи марш­рутизирует этот пакет как обычную дейтаграмму, содержащую в заголовке сетевые адреса двух конечных станций. Передвигаясь по сети, пакет закрепляет за пройденным маршрутом номер устанав­ливаемого виртуального канала. Номер логического канала, запо­минаемый в транзитных узлах, закрепляется за двунаправленным маршрутом для каждого конкретного вызова обмена данными.

После установления логического соединения, т.е. после полу­чения вызывающей станцией пакета-ответа на запрос, по уста­новленному виртуальному каналу начинается пересылка инфор­мационных пакетов сообщения. Последовательная передача паке­тов по установленному логическому каналу полностью обеспечи­вает их получение в правильной последовательности. Поэтому за­головок каждого информационного пакета уже не нуждается в порядковом номере, а также и в указании сетевых адресов обеих станций-абонентов (достаточно лишь указания номера логическо­го канала). Следовательно, при коммутации виртуальных каналов не только уменьшается объем передачи дополнительной служеб­ной информации, но и обеспечивается интерактивный режим вза­имодействия двух станций-абонентов.

Заметим, что весь путь целиком между двумя станциями-абонентами здесь не резервируется. Пакеты передаются от узла к узлу с промежуточным хранением и ожидают в общих очередях к каналам, связывающим эти транзитные узлы. Однако маршрутизация осу­ществляется только один раз при установлении соединения.

Конечно, если отдельной станции необходимо передать по сети всего несколько пакетов, то режим дейтаграмм будет более быст­рым и предпочтительным. Однако, если между станциями необ­ходим обмен данными на протяжении значительного периода вре­мени, предпочтение следует отдать виртуальным соединениям. Поэтому в вычислительных сетях на практике применяются соче­тания различных методов коммутации в зависимости от требова­ний приложений, количественных и качественных характеристик узлов, линий связи и трафика.

Сети, одновременно осуществляющие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегрированными. К таким сетям относится сетевая технология АТМ.

АТМ - это коммуникационная технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи информации различного типа. Режим передачи асинхронный. АТМ предусматривает интегрированную передачу речи, данных и видеоинформации в едином цифровом виде по одному и тому же каналу связи.

Объединяемые в рамках АТМ информационные потоки от источников информации различной природы резко отличаются друг от друга требованиями к полосе пропускания. Процедура установления соединения в АТМ-сети предусматривает предварительное определение типа передаваемой информации, требуемой полосы пропускания и приоритета на занятие канала связи, что минимизирует загрузку межузловых каналов связи и обеспечивает предоставление услуг с заданным качеством.

Скорость передачи информации до 10 Гбит на канал связи.

Основным отличием АТМ от традиционных ЛВС-технологий является то, что АТМ по своей природе ориентирована на установление виртуальных соединений.

Топология АТМ сети может быть любой. Коммутаторы при этом могут быть соединены в шину, кольцо или звезду, но чаще - это смесь всех возможных соединений. Это дает возможность реализовывать резервирование связей, что повышает надежность сети.

Перед передачей каких-либо сообщений в АТМ станция-источник проверяет доступность станции назначения и только после этого устанавливается соединение. Только этим двум станциям виден поток информации.

В настоящее время появилась возможность создания на базе технологии АТМ единой телекоммуникационной системы.