KNOW INTUIT, Лекция, Превключване на вериги и превключване на пакети

Сравнение на методите за превключване

Сравнение на комутация на вериги и комутация на пакетикомутация на верига пакетна комутация

Гарантирана пропускателна способност (честотна лента) за взаимодействащи абонати	Мрежовата честотна лента за абонатите е неизвестна, закъсненията при предаване са произволни
Мрежата може да откаже да се свърже с абоната	Мрежата винаги е готова да получава данни от абоната
Трафикът в реално време се предава без забавяне	Мрежовите ресурси се използват ефективно при предаване на бърз трафик
Адресът се използва само по време на фазата на установяване на връзка	Адресът се изпраща с всеки пакет

Постоянно и динамично превключване

Както мрежите с комутация на пакети, така и мрежите с комутация на вериги могат да бъдат разделени на два класа:

мрежи с динамично превключване;
мрежи с постоянна комутация .

В мрежи с динамично превключване:

Мрежа, работеща в режим на постоянно превключване:

позволява на двойка потребители да поръчат връзка за дълъг период от време;
връзката се установява не от потребители, а от персонал, обслужващ мрежата;
периодът, за който се установява постоянно превключване, обикновено е няколко месеца;
постоянният режим на превключване в мрежите с комутация на вериги често се нарича услуга за специална или наета верига;
когато се установи постоянна връзка чрез мрежа от комутатори с помощта на автоматични процедури, инициирани от обслужващ персонал, това често се наричаполупостоянна (полупостоянна) връзка, за разлика от режима на ръчно конфигуриране на всеки превключвател.

Най-популярните мрежи, работещи в режим на постоянна комутация днес, са SDH технологичните мрежи, на базата на които се изграждат специализирани комуникационни канали с честотна лента от няколко гигабита в секунда.

Някои видове мрежи поддържат и двата режима на работа. Например, мрежите X.25 и ATM могат да осигурят на потребителя възможността динамично да се свързва с всеки друг мрежов потребител и в същото време да изпраща данни през постоянна връзка към конкретен абонат.

Пропускателна способност на мрежи с пакетна комутация

Една от разликите между метода за комутация на пакети и метода за комутация на вериги е несигурността в честотната лента на връзката между двама абонати. В случай на превключване на верига след формирането на съставен канал, честотната лента на мрежата за предаване на данни между крайните възли е известна - това е честотната лента - канал. Данните след забавянето, свързано с установяването на канала, започват да се предават с максимална скорост за канала (фиг. 7.1). Време за предаване на съобщение в мрежа с комутация на канали Тк.к. е равно на сумата от забавянето на разпространението на сигнала по комуникационната линия и забавянето на предаване на съобщението. Забавянето на разпространението на сигнала зависи от скоростта на разпространение на електромагнитните вълни в определена физическа среда, която варира от 0,6 до 0,9 от скоростта на светлината във вакуум. Времето за предаване на съобщението е равно на V/C, където V е размерът на съобщението в битове, а C е пропускателната способност на канала в битове в секунда.

В мрежата с пакетна комутация картината е съвсем различна.

Процедурата за установяване на връзка в тези мрежи, ако се използва, отнема приблизително същотовреме, както в мрежите с комутация на вериги, така че ще сравним само времето за пренос на данни.

На фиг. 7.2 показва пример за предаване на данни в мрежа с комутация на пакети. Предполага се, че по мрежата се предава съобщение със същия размер като съобщението, предадено на фиг. 7.1, обаче, той е разделен на пакети, всеки от които е снабден със заглавка. Времето за предаване на съобщение в мрежа с комутация на пакети е показано на фигура Tk.p. Когато това пакетирано съобщение се предава през мрежа с комутация на пакети, има допълнителни закъснения. Първо, това са закъснения в източника на предаване, който в допълнение към предаването на самото съобщение прекарва допълнително време за предаване на заглавки tp.s., освен това се добавят закъснения, причинени от интервалите между предаването на всеки следващ пакет (това време се изразходва за формирането на следващия пакет от стека на протокола).

Второ, във всяко превключване се изразходва допълнително време. Тук закъсненията са сумата от времето за буфериране - пакетът tb.p. (суичът не може да започне да предава пакет, без да го приеме напълно в своя буфер) и времето за превключване tk. Времето за буфериране е равно на времето, необходимо за получаване на пакет с побитовата скорост на протокола. Времето за превключване е сумата от времето за изчакване на пакета в опашката и времето за преместване на пакета към изходния порт. Ако времето за пътуване на пакета е фиксирано и по правило малко (от няколко микросекунди до няколко десетки микросекунди), тогава времето за изчакване на пакета в опашката варира в много широк диапазон и не е известно предварително, тъй като зависи от текущото натоварване на мрежата.

Нека направим груба оценка на забавянето на предаването на данни в мрежи с комутация на пакети в сравнение с мрежи с комутация на вериги, като използваме най-простия пример. Нека тестовото съобщение, коетотрябва да се предава и в двата вида мрежи, има обем от 200 Kbytes. Подателят се намира на разстояние 5000 км от получателя. Пропускателната способност на комуникационните линии е 2 Mbps.

Времето за предаване на данни през мрежа с комутация на вериги е сумата от времето за разпространение на сигнала, което за разстояние от 5000 km може да се оцени на около 25 ms (приемайки, че скоростта на разпространение на сигнала е 2/3 от скоростта на светлината), и времето за предаване на съобщението, което с честотна лента от 2 Mbps и дължина на съобщението от 200 Kb е приблизително 800 ms. При изчисляването на правилната стойност на K (2 10 ), равна на 1024, беше закръглена до 1000, по същия начин стойността на M (2 20 ), равна на 1048576, беше закръглена нагоре до 1000 000. По този начин преносът на данни се оценява на 825 ms.

Ясно е, че при предаване на това съобщение през мрежа с комутация на пакети със същата обща дължина и честотна лента - канали, протичащи от изпращача до получателя, времето за разпространение на сигнала и времето за предаване на данни ще бъдат еднакви - 825 ms. Въпреки това, поради закъснения в междинните възли, общото време за трансфер на данни ще се увеличи. Нека преценим колко ще се увеличи това време. Ще приемем, че пътят от подателя до получателя минава през 10 превключвателя. Нека оригиналното съобщение бъде разделено на 1K пакета, общо 200 пакета. Първо, нека оценим забавянето, което възниква в изходния възел. Да приемем, че делът на сервизната информация, поставена в заглавките на пакета, спрямо общия обем на съобщението е 10%. Следователно допълнителното забавяне, свързано с предаването на хедъри - пакети, е 10% от времето за предаване на цялото съобщение, тоест 80 ms. Ако вземем интервала между изпращането на пакети равен на 1 ms, тогава допълнителните загуби поради интервалите ще бъдат 200 ms. По този начин, вИзходният възел претърпя допълнително забавяне от 280 ms поради пакетиране на съобщения по време на предаване.

Всеки от 10-те превключвателя въвежда забавяне на превключването, което може да варира от части до хиляди милисекунди. В този пример ще приемем, че превключването отнема средно 20 ms. Освен това се получава забавяне на буферирането на пакети, когато съобщенията преминават през комутатора. Това забавяне с размер на пакета от 1 KB и честотна лента на линията от 2 Mbps е 4 ms. Общото забавяне, въведено от 10 превключвателя, е приблизително 240 ms. В резултат на това допълнителното забавяне, създадено от мрежата с комутация на пакети, беше 520 ms. Като се има предвид, че целият трансфер на данни в мрежата с комутация на вериги отне 825 ms, това допълнително забавяне може да се счита за значително.

Въпреки че горното изчисление е много приблизително, то обяснява защо процесът на предаване за определена двойка абонати в мрежа с комутация на пакети е по-бавен, отколкото в мрежа с комутация на вериги.

Неограничената честотна лента - мрежите с комутация на пакети - е цена за цялостната им ефективност с известно накърняване на интересите на отделните абонати. По същия начин, в мултипрограмна операционна система, времето за изпълнение на дадено приложение не може да бъде предвидено, тъй като зависи от броя на други приложения, с които даденото приложение споделя процесора.

Ефективността на мрежата се влияе от размерите на пакетите, които мрежата предава. Размерите на пакетите, които са твърде големи, доближават мрежата с комутация на пакети до мрежа с комутация на вериги, така че ефективността на мрежата пада. В допълнение, големите размери на пакетите увеличават времето за буфериране на всеки комутатор. Твърде малките пакети значително увеличават дела на режийните разходи, тъй като всекипакетът съдържа заглавка с фиксирана дължина и броят на пакетите, на които се разделят съобщенията, ще се увеличи драстично с намаляването на размера на пакета. Има някаква "златна среда", когато се осигурява максимална ефективност на мрежата, но това съотношение е трудно да се определи точно, тъй като зависи от много фактори, включително тези, които се променят по време на работата на мрежата. Следователно разработчиците на протоколи за мрежи с комутация на пакети избират границите, в които може да бъде размерът на пакета или по-скоро неговото поле за данни, тъй като заглавката по правило има фиксирана дължина. Обикновено долната граница на полето за данни е избрана нула, което прави възможно предаването на пакети услуги без потребителски данни, а горната граница не надвишава 4 KB. При предаване на данни приложенията се опитват да заемат максималния размер на полето с данни, за да завършат обмена по-бързо, а малките пакети обикновено се използват за кратки служебни съобщения, съдържащи например потвърждение за доставка на пакет.

При избора на размер на пакета трябва да се вземе предвид и процентът на битовите грешки на връзката. При ненадеждни връзки е необходимо да се намалят размерите на пакетите, тъй като това намалява количеството повторно предадени данни, когато пакетите са повредени.