Вузол комутації повідомлень.
Передача інформації за допомогою так званої комутації повідомлень здійснюється без утворення фізичного з’єднання між відправником і одержувачем інформації. Між ними встановлюється віртуальне (логічне) з’єднання, а фізичний канал установлюється локально між суміжними вузлами комутації і тільки на час передачі даних. При цьому інформація передається одним блоком даних, який містить усе повідомлення. Заголовок блоку даних містить адреси відправника і одержувача інформації, а також іншу керуючу інформацію, потрібну для достовірної передачі повідомлень між абонентами. Передача блоків даних між абонентами здійснюється з проміжним запам’ятовуванням їх у вузлах комутації; тобто повідомлення, що надійшло до вузла комутації, запам’ятовується у буферному запам’ятовуючому пристрої, перевіряється і при відсутності помилок та наявності вільного каналу зв’язку передається цим каналом до наступного вузла в напрямку одержувача. Такі вузли (рис. 7.2), що здійснюють проміжне збереження і керування передачею повідомлень, називаються вузлами комутації повідомлень, а мережі передачі даних, що використовують такий спосіб комутації, — мережами комутації повідомлень.
Рис. 7.2. Вузол комутації повідомлень
Отже, повідомлення послідовно передається від одного вузла комутації до іншого, займаючи у кожний період часу тільки канал передачі даних між суміжними вузлами. У цей час інші канали на шляху проходження повідомлення можуть використовуватися для передавання інших повідомлень. Це дає можливість істотно підвищити, порівняно з мережами комутації каналів, коефіцієнт використання каналів зв’язку, і тим самим збільшити загальну пропускну здатність мережі передачі даних. Однак при цьому ускладнюються вузли комутації і виникають додаткові затримки, пов’язані з необхідністю проміжного запам’ятовування повідомлення у кожному вузлі мережі.
Крім того, у разі передачі великих повідомлень підвищується можливість виникнення помилок, що призводить до збільшення кількості повторних передач і, відповідно, до зниження ефективності роботи мережі. Це зумовлює необхідність розбивання повідомлення на кілька блоків, які послідовно передаються між вузлами комутації повідомлень. Кожний приймальний вузол збирає блоки у повідомлення, яке після перевірки знову розбивається на блоки для подальшої передачі. Процес складання-розбирання повідомлень здійснюється кожним вузлом комутації. Все це значно знижує швидкість передачі повідомлень, тому останнім часом найбільшого поширення набув метод комутації пакетів.
Комутація пакетів у документах CCIТТ визначається як передача даних за допомогою пакетів і здійснювана таким чином, що канал зв’язку зайнятий тільки на період передачі пакета. Пакет є протокольним блоком даних мережевого рівня і, як усі блоки даних еталонної моделі OSI, складається із заголовка і поля даних.
Мережа передачі даних, де використовується комутація пакетів, називається мережею комутації пакетів, а її комутаційні вузли дістали назву вузлів комутації пакетів. У вузлах комутації пакетів реалізуються три нижні рівні еталонної моделі OSI, на яких використовуються три типи протокольних блоків даних: послідовність бітів, кадр і пакет. Послідовність перетворення протокольних блоків даних при передачі їх мережею комутації пакетів показана на рис. 7.3. На верхніх рівнях систем протокольний блок даних розглядається як інформаційний блок, що на мережевому рівні «пакується» у пакет.
Рис. 7.3. Процес передачі мережею комутації пакетів, де:
ПБ – послідовність біт; К – кадр; П – пакет; І – інформаційний блок
Сформовані на мережевому рівні пакети передаються на канальний рівень, де до пакету додається службова інформація, потрібна для виконання функцій канального рівня, внаслідок чого формується кадр. На фізичному рівні кадр подається послідовністю бітів, яка у вигляді фізичних сигналів надходить до каналу передачі даних. Під час прийому інформації відбувається зворотний процес: отримані біти групуються у слова, з яких формується кадр. На канальному рівні вміст керуючого поля кадру використовується для виконання процедур канального рівня, а вміст поля даних (пакет даних) передається на мережевий рівень. Керуюче поле пакета формує мережевий процес у вузлі комутації. Потім пакет перетворюється у кадр, що містить оновлені адреси та відповідні значення керуючих полів. Сформований у такий спосіб кадр даних передається на фізичний рівень і потім — у наступний вузол комутації або абонентську систему.
Загалом комутацію пакетів можна розглядати як подальший розвиток комутації повідомлень, у якого повідомлення (пакет) має обмежену довжину. Процес передачі інформації у мережі комутації пакетів нагадує роботу поштової мережі зв’язку під час пересилання листів.
Рис. 7.4. Формування пакетів з повідомлень
Фіксована довжина пакетів допускає розбивання довгих повідомлень на кілька пакетів, правило формування яких показано на рис. 7.4. Великі масиви інформації передаються кількома пакетами, але, на відміну від комутації повідомлень, операція складання-розбирання здійснюється тільки в абонентських системах, що спрощує структуру проміжних вузлів мережі. Природно, через дублювання керуючої інформації у кожному пакеті загальна довжина переданого повідомлення збільшується, проте, як буде показано далі, час передачі всього повідомлення не збільшується, а здебільшого навіть скорочується. Обмеження на довжину пакета дає можливість скоротити об’єм запам’ятовуючих пристроїв вузлів комутації, завдяки чому скорочується час перебування пакета у вузлі комутації і час передачі повідомлень у цілому, також підвищується пропускна здатність мережі. Як видно з рис. 7.5, при комутації пакетів час передачі інформації, порівняно з комутацією повідомлень, скорочується. Цьому також сприяє одночасна передача кількох пакетів одного повідомлення.
Пакети одного повідомлення можуть передаватися різними маршрутами незалежно один від одного, тобто використовується так званий дейтаграмний спосіб передачі даних. Такий спосіб передачі характеризується застосуванням найпростішого транспортного протоколу і використовується переважно для передачі короткого повідомлення. Відсутність логічного каналу може спричинити порушення порядку надходження пакетів до адресата. Тому для передачі великих повідомлень використовується спосіб віртуальних каналів, при якому всі пакети проходять тим самим, заздалегідь визначеним, маршрутом. Формування маршруту здійснюється, як правило, перед початком передачі повідомлення. Більш докладно цей процес розглядається далі.
Рис. 7.5. Діаграми передачі даних, де:
1 – затримка у вузлі; 2 – час передачі інформації між сусідніми вузлами;
3 – час передачі повідомлень адресату; П – пакет; ВК – вузол комутації