Методи комутації

Мультиплексування абонентських каналів. Комутація каналів на основі поділу часу. Розбиття повідомлення на пакети. Затримки передачі даних у мережах. Високошвидкісні мережі. Типи мережевих користувацьких інтерфейсів. Локалізація трафіку й ізоляція мереж.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1. Методи комутації

Будь-які мережі зв'язку підтримують деякий спосіб комутації своїх абонентів між собою. Цими абонентами можуть бути віддалені комп'ютери, локальні мережі, чи факс-апарати просто співрозмовники, що спілкуються за допомогою телефонних апаратів. Практично неможливо надати кожній парі взаємодіючих абонентів свою власну фізичну лінію зв'язку, що не комутується, якою б вони могли монопольно «володіти» протягом тривалого часу. Тому в будь-якій мережі завжди застосовується який-небудь спосіб комутації абонентів, що забезпечує приступність наявних фізичних каналів одночасно для декількох сеансів зв'язку між абонентами мережі.

Абоненти з'єднуються з комутаторами індивідуальними лініями зв'язку, кожна з який використовується в будь-який момент часу тільки одним, закріпленим за цією лінією абонентом. Між комутаторами лінії зв'язку розділяються декількома абонентами, тобто використовуються спільно.

Існують три принципово різні схеми комутації абонентів у мережах: комутація каналів (circuit switching), комутація пакетів (packet switching) і комутація повідомлень (message switching). Мережі з комутацією каналів мають більш багату історію, вони ведуть своє походження від перших телефонних мереж. Мережі з комутацією пакетів порівняно молоді, вони з'явилися наприкінці 60-х років як результат експериментів з першими глобальними комп'ютерними мережами. Мережі з комутацією повідомлень послужили прототипом сучасних мереж з комутацією пакетів і сьогодні вони в чистому виді практично не існують.

Кожна з цих схем має свої переваги і недоліки, але за прогнозами багатьох фахівців майбутнє належить технології комутації пакетів, як більш гнучкої й універсальний.

Як мережі з комутацією пакетів, так і мережі з Комутацією каналів можна розділити на два класи по іншій ознаці - на мережі з динамічною комутацією і мережі з постійною комутацією.

У першому випадку мережа дозволяє встановлювати з'єднання з ініціативи користувача мережі. Комутація виконується на час сеансу зв'язку, а потім (знову ж з ініціативи одного з взаємодіючих користувачів) зв'язок розривається. У загальному випадку будь-який користувач мережі може з'єднатися з будь-яким іншим користувачем мережі. Звичайно період з'єднання між парою користувачів при динамічній комутації складає від декількох секунд до декількох годин і завершується при виконанні визначеної роботи - передачі файлу, перегляду сторінки чи тексту зображення і т. п.

В другому випадку мережа не надає користувачу можливість виконати динамічну комутацію з іншим довільним користувачем мережі. Замість цього мережа дозволяє парі користувачів замовити з'єднання на тривалий період часу. З'єднання встановлюється не користувачами, а персоналом, що обслуговує мережа. Час, на яке встановлюється постійна комутація, виміряється звичайно декількома місяцями. Режим постійної комутації в мережах з комутацією каналів часто називається сервісом виділених (dedicated) чи орендованих (leased) каналів.

Прикладами мереж, що підтримують режим динамічної комутації, є телефонні мережі загального користування, локальні мережі, мережі TCP/IP.

Найбільш популярними мережами, що працюють у режимі постійної комутації, сьогодні є мережі технології SDH, на основі яких будуються виділені канали зв'язку з пропускною здатністю в декілька гігабіт у секунду.

Деякі типи мереж підтримують обидва режими роботи. Наприклад, мережі Х.25 і ATM можуть надавати користувачу можливість динамічно зв'язатися з будь-яким іншим користувачем мережі й у той же час відправляти дані по постійному з'єднанню одному цілком визначеному абоненту.

1.1 Комутація каналів

Комутація каналів має на увазі утворення безупинного складеного фізичного каналу з послідовно з'єднаних окремих канальних ділянок для прямої передачі даних між вузлами. Окремі канали з'єднуються між собою спеціальною апаратурою - комутаторами, що можуть установлювати зв'язку між будь-якими кінцевими вузлами мережі. У мережі з комутацією каналів перед передачею даних завжди необхідно виконати процедуру встановлення з'єднання, у процесі якої і створюється складений каналу

Комутатори, а також з'єднуючі їхні канали повинні забезпечувати одночасну передачу даних декількох абонентських каналів. Для цього вони повинні бути високошвидкісними і підтримувати яку-небудь техніку мультиплексування абонентських каналів.

В даний час для мультиплексування абонентських каналів використовуються дві техніки:

* техніка частотного мультиплексування (Frequency Division Multiplexing, FDM);

* техніка мультиплексування з поділом часу (Time Division Multiplexing, TDM).

1.1.1 Комутація каналів на основі частотного мультиплексування

Техніка частотного мультиплексування каналів (FDM) була розроблена для телефонних мереж, але застосовується вона і для інших видів мереж, наприклад мереж кабельного телебачення.

Розглянемо особливості цього виду мультиплексування на прикладі телефонної мережі.

Мовні сигнали мають спектр шириною приблизно в 10 000 Гц, однак основні гармоніки укладаються в діапазон від 300 до 3400 Гц. Тому для якісної передачі мови досить утворити між двома співрозмовниками канал зі смугою пропущення в 3100 Гц, що і використовується в телефонних мережах для з'єднання двох абонентів. У той же час смуга пропущення кабельних систем із проміжними підсилювачами, що з'єднують телефонні комутатори між собою, звичайно складає сотні кілогерців, а іноді і сотні мегагерц. Однак безпосередньо передавати сигнали декількох абонентських каналів по широкополосному каналі неможливо, тому що усі вони працюють у тому самому діапазоні частот і сигнали різних абонентів змішаються між собою так, що розділити їхній буде неможливо.

Для поділу абонентських каналів характерна техніка модуляції високочастотного несущого синусоїдального сигналу низькочастотним мовним сигналом. Ця техніка подібна техніці аналогової модуляції при передачі дискретних сигналів модемами, тільки замість дискретного вихідного сигналу використовуються безупинні сигнали, породжувані звуковими коливаннями. У результаті спектр модульованого сигналу переноситься в інший діапазон, що симетрично розташовується щодо несущої частоти і має ширину, що приблизно збігається із шириною сигналу, що модулює.

Якщо сигнали кожного абонентського каналу перенести у свій власний діапазон частот, то в одному широкополосном каналі можна одночасно передавати сигнали декількох абонентських каналів.

На входи FDM-комутатора надходять вихідні сигнали від абонентів телефонної мережі. Комутатор виконує перенос частоти кожного каналу у свій діапазон частот. Звичайно високочастотний діапазон поділяється на смуги, що приділяються для передачі даних абонентських каналів. Щоб низькочастотні складові сигналів різних каналів не змішувалися між собою, смуги роблять шириною в 4 кгц, а не в 3,1 кгц, залишаючи між ними страховий проміжок у 900 Гц. У каналі між двома FDM-комутаторами одночасно передаються сигнали всіх абонентських каналів, але кожний з них займає свою смугу частот. Такий канал називають ущільненим.

Вихідний FDM-комутатор виділяє модульовані сигнали кожної несущої частоти і передає їх на відповідний вихідний канал, до якого безпосередньо підключений абонентський телефон.

У мережах на основі FDM-комутації прийнято кілька рівнів ієрархії ущільнених каналів. Перший рівень ущільнення утворять 12 абонентських каналів, що складають базову групу каналів, що займає смугу частот шириною в 48 кгц із границями від 60 до 108 кгц Другий рівень ущільнення утворять 5 базових груп, що складають супергрупу, зі смугою частот шириною в 240 кгц і границями від 312 до 552 кгц. Супергрупа передає дані 60 абонентських каналів тональної частоти. Десять супергруп утворять головну групу, що використовується для зв'язку між комутаторами на великих відстанях. Головна група передає дані 600 абонентів одночасно і жадає від каналу зв'язку смугу пропущення шириною не менш 2520 кгц із границями від 564 до 3084 кгц.

Комутатори FDM можуть виконувати як динамічну, так і постійну комутацію. При динамічній комутації один абонент ініціює з'єднання з іншим абонентом, посилаючи в мережу номер викликуваного абонента. Комутатор динамічно виділяє даному абоненту одну з вільних смуг свого ущільненого каналу. При постійній комутації за абонентом смуга в 4 кгц закріплюється на тривалий термін шляхом настроювання комутатора по окремому вході, недоступному користувачам.

Принцип комутації на основі поділу частот залишається незмінним і в мережах іншого виду, міняються тільки границі смуг, виділюваних окремому абонентському каналу, а також кількість каналів в ущільненому високошвидкісному.

1.1.2 Комутація каналів на основі поділу часу

Комутація на основі техніки поділу частот розроблявся в розрахунку на передачу безупинних сигналів, що представляють голос. При переході до цифрової форми представлення голоси була розроблена нова техніка мультиплексування, що орієнтується на дискретний характер переданих даних.

Ця техніка зветься мультиплексування з поділом часу (Time Division Multiplexing, TDM). Рідше використовується й інша її назва - техніка синхронного режиму передачі (Synchronous Transfer Mode, STM). Малюнок 2.28 пояснює принцип комутації каналів на основі техніки TDM.

Апаратура TDM-мереж - мультиплексоры, кому...