интересно
Предыдущая | Содержание | Следующая

Как осуществляется передача данных между двумя узлами по коммуникационной сети?

Устройства, взаимодействующие между собой через сеть, принято называть станциями. В качестве станций могут выступать компьютеры, терминалы, принтеры и другое коммуникационное оборудование.

В общем случае не всегда станция-передатчик и станция-приемник непосредственно связаны друг с другом линией связи. При отсутствии прямого канала для передачи данных от источника потребителю используется передача через промежуточные, коммуникационные узлы сети, которые некоторым образом связаны между собой линиями связи и к которым подключаются сетевые станции. Основной функцией данных узлов является обеспечение передачи транзитной информации от узла к узлу независимо от ее содержания.

Множество коммуникационных узлов в совокупности со связывающими их каналами образуют коммуникационную сеть, иногда называемую также подсетью связи. Если в качестве станций, подключаемых к узлам коммуникационной сети, выступают компьютеры и терминалы, то подсеть связи с подключенными к ней станциями образует вычислительную сеть. При этом схема подключения станций линиями связи к коммуникационным узлам и соединение каналами связи этих узлов между собой определяют топдлогию вычислительной сети.

Следует отметить, что наличие подсети связи с коммуникационными узлами является отличительной особенностью крупномасштабных вычислительных сетей, в которых для передачи данных через транзитные узлы пользуются одним из трех базовых методов: коммутацией каналов, сообщений или пакетов.

При построении простейших ЛВС нет необходимости иметь явно выраженные коммутационные узлы. В таких сетях при передаче данных обычно используются более простые процедуры доступа сетевых станций к общей передающей среде. Топология простейших ЛВС, при этом, представляет собой общую шину, звезду, кольцо или некоторое сочетание перечисленных структур.

Метод коммутации каналов используется в сетях в том случае, если между двумя станциями необходимо установить непосредственное физическое канальное соединение. Это соединение устанавливается в коммуникационных узлах сети до начала передачи данных. Типичным примером использования коммутации каналов является обычная телефонная сеть.

Реализация в сети метода коммутации каналов состоит в выполнении последовательности из трех фаз:

начальной фазы установления соединения между парой станция-станция или конец-конец;

фазы двунаправленной передачи данных по сети;

фазы разъединения соединения после завершения обмена данными и освобождения заранее зарезервированных ресурсов.

Предварительное резервирование сетевых каналов на всем пути от передатчика к приемнику при коммутации каналов предусматривает, что узлы должны обладать способностью распределять ресурсы и выбирать маршруты при установке соединений. Предварительное резервирование всего пути имеет существенные недостатки, к основным из которых относятся:

неэффективность использования ресурсов (каналы резервируются даже на то время, когда данные не передаются);

высокая вероятность получения отказа при резервировании пути, включающего много транзитных узлов;

значительная задержка при установлении соединения и склонность сети к перегрузке;

лавинообразный рост отказов установления соединений в случае перегрузки сети.

Однако данный способ имеет и некоторые преимущества. Так, после установления соединения в сети с коммутацией каналов передача данных идет очень эффективно и практически без задержек.

Метод коммутации сообщений представляет собой реализацию принципа поэтапной передачи данных с промежуточным хранением. Здесь нет необходимости заранее резервировать весь путь между двумя станциями. Сообщение (связанный блок данных) последовательно передается по сети от узла к узлу, которые в этом случае являются компьютерами, организующими промежуточное хранение транзитных сообщений и их маршрутизацию при передаче по сети. Для маршрутизации каждое сообщение снабжается заголовком с сетевыми адресами станции-передатчика и станции-приемника.

Коммутация сообщений увеличивает эффективность использования линий связи; позволяет избежать блокировок сети при увеличении сетевого трафика; обеспечивает возможности установления приоритетного обслуживания сообщений, осуществления контроля за ошибками передачи и использования процедур воестановления искаженных или потерянных данных; а также позволяет взаимодействовать через сеть пользователям даже в случае использования ими различных скоростей передачи и кодов представления данных. В то же время задержки передачи, которые связаны, в первую очередь, с ожиданием длинных сообщений в очередях узлов и значительно возрастают при увеличении нагрузки, не подходят для интерактивного сетевого взаимодействия в режиме реального времени.

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

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.

Пакетная коммутация, однако, имеет и негативные стороны. 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.