Коммутация пакетов

Техника коммутации пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. При коммутации пакетов

все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном

узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Пакеты обычно могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Рисунок 4.19 - Разбиение сообщения на пакеты

Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

Преимущества сетей с коммутацией пакетов.

• Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика[1].
• Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.

Метод пакетной коммутации сообщений в настоящее время используется в двух модификациях: в режиме дейтаграмм[2] и в режиме виртуальных каналов[3].

Режим дейтаграмм является прямым развитием коммутации сообщений, где сообщения предварительно разбиваются на небольшие, фиксированного размера порции (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 существенно влияет и то, что при обнаружении ошибок передачи в режиме коммутации пакетов повторно передаются лишь отдельные пакеты, а не целые сообщения.

Недостатки сетей с коммутацией пакетов.

• Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети.

· Переменная величина задержки пакетов данных, которые могут достигать значительных величин в моменты перегрузок сети.

· Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

· В будущем вполне возможно появление новых технологий коммутации, в том или ином виде комбинирующих принципы коммутации пакетов и каналов.

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 (фазы начального установления соединения, фазы двунаправленной передачи данных и фазы разъединения соединения).

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 станции-абонентов (достаточно лишь указание 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 для каждого соединения между станциями-абонентами 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.