6. Сети с коммутацией каналов, с коммутацией пакетов, с коммутацией сообщений

Соединение с коммутацией каналов — вид телекоммуникационной сети, в которой между двумя узлами сети должно быть установлено соединение (канал), прежде чем они начнут обмен информацией. Это соединение на протяжении всего сеанса обмена информацией может использоваться только указанными двумя узлами. После завершения обмена соединение должно быть соответствующим образом разорвано.

Примеры

Типичным примером являются ранние телефонные сети. Абонент должен попросить оператора соединить его с другим абонентом, подключённым к тому же коммутатору или иному коммутатору через линию связи (и другому оператору). В любом случае, конечным результатом было физическое электрическое соединение между телефонными аппаратами абонентов в течение всего разговора. Проводник, задействованный для подключения, не мог быть использован для передачи других разговоров в это время, даже если абоненты на самом деле не разговаривали и на линии была тишина.

Позже стало возможным уплотнение одной физической линии для образования в ней нескольких каналов. Несмотря на это, один канал уплотнённой линии также мог использоваться лишь одной парой абонентов.

Преимущества

1. Высокая стабильность параметров канала во времени.

2. Отсутствие необходимости в передаче служебной информации после установления соединения.

3. Коммутация каналов может использоваться как в аналоговых, так и в цифровых сетях связи, в отличие от коммутации пакетами, которая возможна только в цифровых сетях.

Недостатки

Коммутация каналов считается недостаточно эффективным способом коммутации, потому что канальная ёмкость частично расходуется на поддержание соединений, которые установлены, но (в настоящее время) не используются.

Альтернатива

Коммутация каналов принципиально отличается от коммутации пакетов, при которой данные, которые передаются (например, оцифрованный звук или данные по компьютерной сети), разделяются на отдельные пакеты, которые отдельно передаются через сеть общего пользования.

Коммутация пакетов (англ. packet switching) — способ доступа нескольких абонентов к общей сети, при котором информация разделяется на части небольшого размера (так называемые пакеты), которые передаются в сети независимо друг от друга. Узел-приёмник собирает сообщение из пакетов. В таких сетях по одной физической линии связи могут обмениваться данными много узлов.

Основные принципы

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие (до нескольких килобайт) части — пакеты (packet). Каждый пакет оснащается заголовком, в котором указывается, как минимум, адрес узла-получателя и номер пакета. Передача пакетов по сети происходит независимо друг от друга. Коммутаторы такой сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, что позволяет сглаживать пульсации трафика на линиях связи между коммутаторами. Пакеты иногда называют дейтаграммами (datagram), а режим индивидуальной коммутации пакетов — дейтаграммным режимом.

Достоинства коммутации пакетов

1. Эффективность использования пропускной способности.

2. При перегрузе сети никого не «выбрасывает» с сообщением «сеть занята», сеть просто снижает всем абонентам скорость передачи.

3. Абонент, использующий свой канал не полностью, фактически отдаёт пропускную способность сети остальным.

4. Поэтому меньшие затраты.

Недостатки коммутации пакетов

1. Сложное устройство; без микропроцессорной техники пакетную сеть наладить практически невозможно.

2. Пропускная способность расходуется на технические данные.

3. Пакет может ждать своей очереди в коммутаторе.

Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия каждой конкретной пары узлов, поскольку их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока передадутся другие пакеты. Однако общая эффективность (объем передаваемых данных в единицу времени) при коммутации пакетов будет выше, чем при коммутации каналов. Это связано с тем, что трафик каждого отдельного абонента носит пульсирующий характер, а пульсации разных абонентов, в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени, увеличивая равномерность нагрузки.

Коммутация сообщений

Метод коммутации сообщений (рис. 2) не предполагает предварительного установления выделенного пути между станциями. Существо метода в следующем. При передаче сообщения станция добавляет к нему адрес назначения. Сообщение передается по сети от узла к узлу. Сообщение, передаваемое одним узлом, полностью принимается другим, кратковременно сохраняется, а затем передается следующему узлу. Такой тип сети называют "сеть с промежуточным  хранением" (store-and- forward network). Узлы сети коммуникации сообщений обычно создаются на базе универсальных ЭВМ. Необходимыми являются устройства, позволяющие хранить (буферизовывать) принимаемые сообщения, которые могут быть довольно длинными. Для данного метода коммутации характерны дополнительные задержки из-за накладных расходов на поиск следующего узла для передачи, на организацию очередности передачи сообщений, а также собственно на передачу сообщения.

Преимущества:

• эффективность использования линий сети выше, чем в методе коммутации цепей, поскольку полоса пропускания сети "одновременно" используется большим количеством устройств;

• перегруженный сетевой трафик данных может быть снижен, поскольку сообщения могут временно сохраняться в промежуточных узлах;

• сообщениям могут устанавливаться приоритеты. При этом низко приоритетные сообщения задерживаются в узлах, "уступая дорогу" сообщениям с более высокими приоритетами (в этом положительный эффект промежуточного хранения сообщений);

• одно сообщение может быть разослано многим получателям. Сообщение может сопровождаться широковещательным адресом назначения, указывающим некоторую область сети, узлам которой необходимо переслать сообщение.

Недостатки:

• метод коммутации сообщений не пригоден для большинства приложений реального времени. Приложения с высокой степенью интерактивности могут только пострадать из-за задержек, присущих схеме с промежуточным хранением. Например, коммутация сообщений не может быть использована для передачи речевой информации;

• устройства, реализующие схему с промежуточным хранением, довольно дорогие, поскольку они обязательно должны иметь большие магнитные диски для хранения потенциально длинных сообщений.