Пропускная способность - характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Измеряется в количестве бит передаваемых за секунду. Кбит = бит; Мбит = бит; Гбит/c. = бит. Пропускная способность зависит от характеристик линии и спектра передаваемых сигналов. Предложенная нагрузка – поток данных, поступающий на вход сети. Предложенную нагрузку часто характеризуют скоростью поступления данных в сеть. Скорость передачи – фактическая скорость потока данных передаваемого по сети. Базовые определения

Звено - физическая среда и оборудование обеспечивающее передачу данных между соседними узлами сети – не содержит устройства коммутации и мультиплексирования. Канал – выделенная пропускная способность звена, используемая для передачи данных одного или нескольких потоков (агрегированного потока). Пропускная способность линии связи может разделяться на несколько каналов (на основе линии связи можно организовать несколько каналов суммарная пропускная способность которых равна пропускной способности линии связи). Составной канал – канал получаемый в результате коммутации (соединения) нескольких каналов (образуется каналами промежуточных звеньев и соединениями коммутаторов). Линия связи – термин в общем случае используемый как синоним терминов звено, канал, составной канал.

Оконечное оборудование данных (ООД) Data Terminal Equipment (DTE) - это устройство или совокупность устройств, способных отправлять и (или) получать данные по сети для решения задач конечного пользователя. ООД не входит в состав линии связи и подключается к сети через аппаратуру передачи данных (АПД). Примеры ООД: компьютеры коммутаторы, маршрутизаторы. ООД АПД ООД Промежуточное оборудование Среда передачи Линия связи

Аппаратура передачи данных (АПД) Data Communication Equipment (DCE) - это аппаратные средства, обеспечивающие установление, поддержание и разрыв соединения с сетью. АПД работает на физическом уровне и отвечает за формирование сигналов их передачу и прием через физическую среду. Примеры АПД: модемы, терминальные адаптеры ISDN, устройства подключения к цифровым каналам (DSU/CSU). Промежуточная аппаратура улучшает качество сигнала и создает постоянный составной канал между двумя абонентами. К промежуточной аппаратуре относят усилители сигналов, концентраторы и регенераторы сигналов (в первичных сетях к промежуточной аппаратуре относят также мультиплексоры и коммутаторы).

Физическая среда - это среда передачи электромагнитных сигналов, в качестве среды передачи используют оптоволоконные и металлические кабели, радиоэфир.

В сетях с коммутацией каналов между абонентами сети устанавливается непрерывный, возможно составной канал, с фиксированной пропускной способность, остающейся неизменной в течение всего сеанса связи. Коммутация каналов к1к2 к4 к3 у 1.2 у 1.1 у 1.3 у 1.4 у 2.2 у 2.1 у 2.3 у 2.4 у 3.2 у 3.1 у 3.3 у 3.4

Перед началом передачи данных выполняется процедура установления соединения (процедура организации составного канала). Процедура может выполняться автоматически иливручную администратором. Составной канал образуется из каналов имеющих одинаковую пропускную способность. Это позволяет не буферизировать передаваемые данные – передача битовых потоков происходит с той же скоростью с которой они получены; Организация составного канала возможна только в случае наличия необходимой пропускной способности и не занятости вызываемого абонента; Принципы организации составного канала

Составной канал монопольно используется абонентами сети для которых он установлен; Скорость передачи данных между абонентами сети не может превышать пропускной способности составного канала; Данные в сетях с коммутацией каналов передаются без потерь с задержкой не меняющейся в течении всего сеанса связи;

Процедура автоматической организации составного канала Процедура инициируется посылкой в сеть служебного сообщения в котором указывается адрес вызываемого узла и необходимая пропускная способность составного канала (указание пропускной способности поддерживается не всеми технологиями). При получении сообщения, каждый коммутатор с помощью глобальной таблицы коммутации определяет выходной интерфейс через который должен быть передан поток и проверяет возможность резервирования необходимой пропускной способности в соответствующей линии связи. Если резервирование возможно, сообщение передается следующему коммутатору. В противном случае абоненту посылается сообщение с отказом в установлении соединения.

Выбор маршрута составного канала выполняется на основе адреса узла с которым устанавливается связь и глобальной таблицы коммутации. В глобальных таблицах коммутации (маршрутизации) номерам сетей абонентов сопоставляются идентификаторы выходных интерфейсов коммутатора; Если составной канал может быть организован, каждый коммутатор резервирует необходимую пропускную способность в соответствующей линии связи и фиксирует в локальной таблице коммутации номера каналов используемых для передачи пользовательского потока. После организации составного канала коммутация осуществляется на основе номеров составных каналов (анализ адреса узла назначения не производится).

В статическом режиме, перед началом передачи данных, администратор сети с помощью утилит конфигурирования коммутаторов вручную описывает конфигурацию составного канала. Долговременные каналы обычно создаются администратором сетивручную. Организации составного канала в статическом режиме

Оценка времени передачи данных в сетях с коммутацией каналов Время передачи данных t можно представить как сумму трех величин: t = t con + t sig + t data t con = t req +t ack – время установления соединения, где t req – время прохождения запроса на установления соединения через цепочку коммутаторов до узла назначения. t ack – время прохождения подтверждения установления соединения. t sig – время распространения сигнала по каналу t sig = L/V, где L – расстояние между соединяемыми узлами, V – скорость распространения сигнала в среде (равна 0,6C – 0,9C где C – скорость света в вакууме) t data – время передачи данных t data = D/P, где D - объем передаваемых данных, P – пропускная способность канала.

Преимущества коммутации каналов: Гарантированная пропускная способность и следовательно постоянная гарантированная скорость передачи; Постоянный уровень задержки передачи данных. Линии связи на основе коммутации каналов оптимальны для передачи непрерывных, долговременных, синхронных потоков данных, таких как голос и видео.

Недостатки коммутации каналов: Задержка перед началом передачи данных, в следствии необходимости установки канала; Возможность отказа в обслуживании в случае перегрузки линий связи или занятости абонента; Невозможность совместного использования канала несколькими узлами (абонентами) сети; Невозможность автоматического изменения пропускной способности канала по запросу абонента; Неэффективность передачи пульсирующего трафика; Примеры технологий использующих коммутацию каналов: Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH), Synchronous Digital Hierarchy (SDH), Dense Wave Division Multiplexing (DWDM).

Коммутация пакетов Поток данных Последовательность пакетов Служебные заголовки Содержание заголовка различается в различных технологиях. В общем случае, заголовок пакета содержит следующую информацию: 1.Адреса отправителя и получателя пакета; 2.Параметры обработки пакета; 3.Контрольную сумму. Пакеты передаются по сети без предварительного резервирования пропускной способности и со скоростью зависящей от текущей загрузки сети. В сетях с коммутацией пакетов, поток передаваемых по сети данных преобразуется в последовательность пакетов. Пакет состоит из заголовка и блока данных, заголовок используется для передачи служебной информации.

Каждый пакет является независимой от других пакетов единицей коммутации. Коммутатор, принимая пакет, на основе адреса получателя и таблицы коммутации, определяет дальнейший путь продвижения пакета и передает пакет следующему коммутатору, или на коммуникационный порт узла назначения. Маршрут продвижения пакетов может задаваться администратором вручную или вычисляться автоматически. Информация о маршрутах фиксируется в таблицах коммутации коммутаторов. В простейшем случае таблица коммутации имеет следующую структуру: Принципы коммутации пакетов Признак потокаИдентификатор интерфейса (адрес следующего узла)

Очередной пакет может передаваться в сеть до получения предыдущего пакета узлом-получателем. Поскольку каждый пакет является независимой единицей коммутации, пакеты одного потока могут предаваться по различным маршрутам с различными скоростями. Поскольку различные маршруты могут иметь различную пропускную способность и степень загрузки, пакеты могут быть получены не в том порядке в котором они были отправлены.

к1к2 к3 у 1.2 у 1.1 у 1.3 у 1.4 у 2.2 у 2.1 у 2.3 у 2.4 у 3.2 у 3.1 у 3.3 у 3.4 Передача данных от у 3.1 к у 1.4

В коммутаторах пакетов предусмотрена возможность буферизации (временного хранения) пакетов в оперативной памяти коммутатора. Буферизация необходима: a.для определения адреса получателя пакета, b.для временного хранения пакета в случае если выходной порт коммутатора занят c.для согласования скоростей работы входного и выходного портов коммутатора.

к1к2 к3 у 1.2 у 1.1 у 1.3 у 1.4 у 2.2 у 2.1 у 2.3 у 2.4 у 3.2 у 3.1 у 3.3 у Передача данных от у 3.1 к у 1.4 и от у 2.4 к у сохранение в буфере

Оценка времени передачи данных в сетях с коммутацией пакетов Пусть пакет проходит через n коммутаторов, тогда время передачи пакет t можно представить в виде суммы: t = t com + t sig + t data + t head t сом = t i - суммарное время обработки пакета (включает время i= 1,nожидания в очереди и время требуемое для выбора пути и коммутации) t sig = s j - суммарное время передачи сигнала в средах j= 1,n+1 соединяющих коммутаторы между собой и узлами сети. t data = d l - суммарное время передачи поля данных пакета в l=1,n+1 каналах соединяющих коммутаторы между собой и узлами сети (зависит от пропускной способности канала и длинны поля данных). t head = d l - суммарное время передачи заголовка пакета в l=1,n+1 каналах соединяющих коммутаторы между собой и узлами сети.

Преимущества: Буферизация пакетов позволяет сгладить пульсации трафика, поскольку спады и подъемы трафика взаимно компенсируют друг друга (по закону больших чисел). t t D D

Совместное использование канала несколькими абонентами сети. Поскольку пульсация трафика отдельных узлов сети имеет случайный характер и пики пульсации обычно не совпадают, то в совместно используемых каналах пульсации трафика сглаживается и суммарный поток обычно имеет равномерный характер; Возможность динамического распределения пропускной способности каналов в зависимости от потребностей абонента; Возможность контроля целостности передаваемых данных.

Основные недостатки Нет фиксированной пропускной способности. Коммутация пакетов не всегда обеспечивают достаточно качественную передачу синхронных данных, поскольку возможны задержки пакетов в очередях перегруженных коммутаторов. Возможны потери данных из-за переполнения буферов коммутаторов. Возможно изменение порядка получаемых пакетов. Часть пропускной способности канала тратится на передачу служебной информации (заголовков пакетов).