Преглед на каналите за предаване на данни. Превключване на канали, съобщения и пакети. Схема на обмен на сигнали в комутационни системи. Методи за организиране на комуникационни мрежи. Видове градски телефонни мрежи. Оперативни управленски функции

В мрежите с комутация на вериги има връзка от край до край между извикващата и извикваната крайна точка през цялото време на предаване (Фигура 3.3).

Ориз. 3.3. Мрежа с комутация на вериги

Свързващият път се състои от няколко секции, които се включват последователно една след друга по време на процеса на установяване на връзка. Той е прозрачен по отношение на кодовете, използвани в крайните точки за предаване на данни и методи за контрол. Времето на разпространение на сигнала за данни по свързващия път е постоянно.

Има три фази в една комуникационна сесия: установяване на връзка, пренос на данни и прекъсване на връзката (вижте Фиг. 3.1 a). Повикващият контролира процеса на установяване на връзка.

терминалната инсталация, която изпраща сигнал за повикване към своя превключващ възел, получава сигнал за отговор от възела (покана за набиране на номер) и впоследствие предава адресна информация (знаци за набиране) към възела. Комутационният възел обработва тази информация, заема един от каналите в пакета, водещ до следващия комутационен възел, и предава на последния символите за набиране, необходими за по-нататъшно установяване на връзката. По този начин постепенно се оформя свързващ път на участъци до извикания терминал. След като този процес приключи, сигналите се изпращат от мрежата до извикващите и извикваните крайни точки, показващи, че връзката е разрешена и готова за предаване на данни.

От този момент нататък напредъкът на прехвърлянето на данни се определя от инсталацията на терминала. Терминалната инсталация (автоматично или с участието на абоната) решава какви мерки трябва да се предприемат за откриване и коригиране на грешки при предаване. Мерките може да варират в зависимост от специфичните работни условия.

Прекъсването може да бъде инициирано от всеки от двата взаимосвързани терминала с помощта на сигнал за кука. Въз основа на този сигнал всички комутационни възли, участващи във формирането на свързващия път, прекъсват връзките.

Сред мрежите за данни с комутация на вериги има два типа: синхронни и асинхронни мрежи.

3.3.1. АСИНХРОННИ КОМУТИРАНИ МРЕЖИ

3.3.1.1. ОТЛИЧИТЕЛНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА АСИНХРОННИТЕ МРЕЖИ

В асинхронни мрежи обща синхронизацияняма поелементно управление и не са определени единни „цикли“ за мрежата. Отделните ADF и превключващите устройства имат независими тактови генератори, независими един от друг.

На фиг. Фигура 3.4 схематично показва структурата на такава мрежа с крайни устройства, многоканално оборудване и комутационни възли. За свързване на терминални инсталации с комутационни възли се използват абонатни линии и канали на многоканални системи. Комутационните възли са свързани помежду си чрез пакети от канали. Преди възлите гредите се разделят на отделни канали.

Разделянето позволява известна свобода в организацията на мрежата. Например, при предаване по комуникационни линии могат да се използват системи както за честотно, така и за времево разделение на каналите (вижте раздел 1.4.2); оборудване както за пространствено, така и за времево превключване на канали може да бъде инсталирано в мрежови възли (вижте том 1, раздел 6.1.3 и също). Такава свобода на избор

Ориз. 3.4. Асинхронна комутируема мрежа

Оборудването за формиране и превключване на канали е необходимо, по-специално, когато се организират телеграфни комуникации и предаване на данни споделена мрежа, когато на първо място трябва да се използва съществуващото оборудване за телеграфна мрежа, например системи за телеграфия с гласова честота (виж раздел 1.4.2.2). След това, когато възникнат технически и икономически възможности, това оборудване може постепенно да бъде допълнено или заменено с по-модерно оборудване, базирано на новите разработки в областта на комуникационните технологии.

Както е показано на фиг. 3.4, свързващият път между извикващите и извикваните крайни точки се състои от няколко секции, които са последователно свързани един след друг чрез комутационни възли. Тъй като всеки участък от предавателния път и всеки превключващ възел допринася със своя дял към общото изкривяване на предавания сигнал за данни, предаването и превключването трябва да се извършват с възможно най-малко изкривяване.

Изискването за минимално изкривяване е важно преди всичко за неизохронни сигнали, които принципно не могат да бъдат коригирани. За разлика от това, изохронните сигнали за данни могат да се регулират във всяка част от предавателния път и във всеки комутационен възел. В системите с разделяне на времето, които имат синхронни канали или канали с формиране на знакови цикли (вижте раздел 1.4.2.3), корекцията се извършва автоматично. В системи с честотно разделяне, които позволяват предаване с променлива скорост, т.е. са „прозрачни“ (вижте 1.4.2.2), трябва да се настрои корекция допълнителни устройства. Въпреки това, поради високите разходи, това обикновено се изоставя, в резултат на което в такива случаи предаването и превключването също трябва да се извършват с възможно най-малко изкривяване.

3.3.1.2. СИСТЕМИ ЗА ПРЕДАВАНЕ С DVR В АСИНХРОННИ МРЕЖИ С ПРЕВКЛЮЧВАНЕ НА КАНАЛИ

В асинхронна мрежа с комутируема верига всяка система за предаване с разделяне на времето (TDT) има своя собствена синхронизация, независима от синхронизацията на други системи. Следователно тактови скоростисистемите с TRC са различни, т.е. свързващият път между абонатите се състои от участъци с различни скорости на предаване.

В системи с времево разделение на синхронни канали (вижте раздел 1.4.2.3), в които на всеки бит, пристигащ от DTE, се присвоява един бит в груповия поток, поради разлики в скоростите на предаване, феноменът на приплъзване на сигнала с отпадане или добавяне на битове може да възникне допълнително. Това означава, че един от битовете не се предава по-нататък, защото следващата система има твърде много ниска скоростпредаване или, обратно, един от битовете се предава отново, тъй като следващата система също го е направила висока скорост(фиг. 3.5).

Ориз. 3.5. Приплъзване на битове в асинхронна мрежа с комутация на вериги

Следователно, в системи с TDC, работещи в асинхронни мрежи с комутация на вериги, е необходимо да се използват специални методи за изравняване на скоростта, при които чрез елиминиране или добавяне на съвпадащи („празни“) битове във всеки отделен канал за данни се постига съгласие с скорост на предаване по каналите на свързващия път. С други думи, необходими са системи с разделяне на времето, които имат канали със съпоставяне на скоростта - пълнежни канали (вижте раздел 1.4.2.3).

Феноменът на приплъзване на битовете също трябва да се вземе предвид, когато се използват системи за разделяне на времето с

канали с формирането на знакови цикли (виж раздел 1.4.2.3). Такива системи трябва да откриват цикли на знаци и да елиминират несъответствията в скоростта между каналите за данни чрез скъсяване или удължаване на спиращия елемент.

В системите с разделяне на времето с „прозрачни“ канали (вижте раздел 1.4.2.3), които преобразуват DTE сигнали в предавана последователност от битове чрез кодиране на позиция-време, проблемът с приплъзването на битовете не възниква. Наистина, в този случай сигналът след всяка предавателна секция се характеризира по принцип с непроменливи времеви отношения и се предава по-нататък по същия начин. Разбира се, за да не бъде изкривяването в резултат на многократно кодиране твърде голямо, неизбежната грешка при кодиране трябва да остане на достатъчно ниско ниво.

3.3.1.3. ОБОРУДВАНЕ ЗА КОМУТАЦИЯ НА ВРЕМЕВИ КАНАЛИ В АСИНХРОННИ МРЕЖИ

Ако системи с TRC, които имат канали за пълнене или канали с формиране на знакови цикли, са свързани към комутационните възли на асинхронна мрежа, тогава в устройствата за серийно превключване на времето чрез битове (вижте том 1, раздел 6.1.3.2), изкривяване на данните разрешени са сигнали, възлизащи на не повече от половин единица интервал.

Когато се използват системи с разделяне на времето с "прозрачни" канали или системи с разделяне на честотата, изкривяванията, възникващи в процеса на последователно превключване на битове, трябва да бъдат много малки, тъй като те са включени в общото изкривяване. Въпреки че в случай на изохронни сигнали за данни би било възможно да се инсталира коректор между превключващото оборудване и многоканалната система за предаване, това ще изисква изпълнението, описано в разд. 3.3.1.2. съпоставяне на скоростта и ще трябва да се примири със свързаните с това разходи.

При наличие на канали за пълнене и канали с формиране на знакови цикли може да се използва превключване на групи от битове, което осигурява повече висока производителност(виж раздел 2. 1.1.1, пример 3, таблица 2.1).

3.3.1.4. СТРУКТУРА НА АСИНХРОННА МРЕЖА С КОМУТИРАНЕ НА КАНАЛИ

Структурата на асинхронна мрежа с комутация на вериги е показана на фиг. 3.6, който показва долното ниво на мрежата - част от мрежата от абонатите до комутационния възел. Абонатните интерфейси формират границата между DTE и мрежата за данни. Устройствата за свързване се намират и на местата на абонатите

(PP), които осигуряват интерфейса на DTE с мрежата (виж раздел 2.2.2). В случаите, когато DTE не управлява пряко процесите на установяване и прекъсване на връзки чрез интерфейсни схеми за данни, вместо PP се инсталират извикващи устройства (VP), съдържащи елементите, необходими за такъв контрол (вижте раздел 2.2.1).

Ориз. 3.6. Структура на асинхронна мрежа с комутация на вериги:

1 - абонатни връзки; 2 - устройства за свързване или устройства за повикване; 3 - абонатни линии; 4 - мултиплексори; 5 - концентратори; 6 - свързващи линии; 7 - превключващ блок

Чрез абонатни линии PP и VP се свързват с мултиплексори или концентратори, които обикновено се намират на същото място като оборудването на комутационната станция на телефонната мрежа. С помощта на мултиплексор се формира куп канали, чийто брой е равен на броя абонатни линии. Хъбът, напротив, събира и компресира натоварването от абонатни линии, така че трябва да има по-малко канали в пакета, отколкото има абонатни линии (вижте раздел 2.1.1.2).

Превключвателните възли на мрежата за предаване на данни са инсталирани на местата на централните комутационни станции на телефонната мрежа и с висока плътност на абонатите в местата на основните комутационни станции на тази мрежа. Превключване на възли Най-високо нивоМрежите за предаване на данни са свързани помежду си чрез обширна система от линии.

3.3.1.5. СИНХРОНИЗАЦИЯ НА ТЕРМИНАЛНО ОБОРУДВАНЕ ЗА ДАННИ

Съгласно Препоръките на CCITT по отношение на абонатните интерфейси на оборудването за предаване на данни, когато синхронното крайно оборудване е свързано към мрежа за предаване на данни (вижте раздел 1.1.3), мрежата трябва да осигури сигнал за синхронизиране на часовника към всяко DTE и взаимно синхронизиране на елементи между предаващите и получаване на DTE. В асинхронни мрежи с комутация на вериги, където няма вътрешна синхронизация на часовника в цялата мрежа, това изискване се изпълнява чрез инсталиране на генератори на синхронен часовник в PP или VP на тези абонати, които имат синхронен DTE. Тези генератори генерират тактови сигнали за предаване и след установяване на връзка отделят приеманите тактови сигнали от сигналите за данни, пристигащи от противоположната страна. Постигнатият по този начин синхрон между елементи е индивидуален за всяка връзка и се поддържа само докато съществува дадената връзка.

3.3.1.6. НЕЗАВИСИМОСТ НА ПРЕДАВАНЕТО ОТ ПОСЛЕДОВАТЕЛНОСТТА НА БИТОВЕ В АСИНХРОННИ МРЕЖИ

Предаването между синхронните терминали не трябва да зависи от вида на битовата последователност, която се предава. В асинхронни мрежи необходимата независимост може да бъде осигурена с помощта на кодиращи устройства (вижте раздел 2.2.1.1, 2.2.2.2). Съгласно този метод сигналите, идващи от DTE, се кодират във фазата на предаване на данни (битовете им се смесват) в PP или VP на предавателната страна. В PP или VP от приемащата страна сигналите се възстановяват в оригиналната си форма с помощта на дешифратор.

Преди началото на предаването PP или VP включва скрамблера и след времето, необходимо на дескрамблера от противоположната страна да влезе в синхронизация, изпраща сигнал до DTE, който позволява предаване. От този момент нататък скрамблерът гарантира, че сигналът, изпратен до превключващия възел, съдържа промени в символите, дори когато DTE произвежда дълга последователност от идентични символи. Това предотвратява възможността за случайно прекъсване на връзката против желанията на абонатите, тъй като не се появява дълга поредица от нули, която може да бъде объркана със сигнал за затваряне.

Ако наистина трябва да прекъснете връзката, тогава PP или VP, управлявани през интерфейса от DTE, изключват скрамблера и изпращат дълга последователност от нули към комуникационната линия. Ако през определен период от време превключващият възел получи само "0" символи подред, тогава той прекъсва връзката.

Предаването може да бъде направено независимо от последователността от символи (битове) по друг начин: съгласно определено правило, допълнителни битове се въвеждат в последователността от битове, издадени от DTE. въпреки това този методводи до увеличаване на скоростта на предаване (вижте раздел 3.3.2.5) и следователно, в асинхронни мрежи с комутация на вериги, ограничава свободата при избора на типа ADF.

Въпроси относно курса

"ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОННИ МРЕЖИ"

1. Основни понятия от теорията на комуникационните мрежи и комутационните системи

2. Превключване на канали, съобщения и пакети +

3. Предназначение на комутационните системи в комуникационните мрежи

4. Диаграма на обмен на сигнали в комутационни системи +

5. Централизирани комутационни системи +

6. Методи за организиране на комуникационни мрежи +

7. Структура на националната автоматизирана система телефонна комуникация +

8. Видове градски телефонни мрежи +

9. Организация на специални услуги и система за номериране в телефонните мрежи

10. Организация на цифрови комуникационни мрежи +

11. Възможности за надграждане на аналогови телефонни мрежи +

12. Седемстепенен модел на взаимодействие на отворени системи +

13. Йерархия на цифровите канали +

14. Режими на доставка за широколентов ISDN+

15. Обосновка на концепцията и модела на обслужване на разговори в интелигентни комуникационни мрежи +

16. Архитектура на интелигентна комуникационна мрежа +

17. Концептуален модел на интелигентни комуникационни мрежи +

18. Начини за подобряване на ефективността на аналоговите абонатни линии +

19. Начини за подобряване на ефективността на цифровите абонатни линии +

20. Методи за изграждане на цифрова абонатна мрежа +

21. Цифрови системипренос на абонатни линии по xDSL+ технология

22. Методи за кодиране линейни сигналиизползвайки технологията xDSL +

23. Структура на професионалните комуникационни мрежи

24. Структура на мрежи за лични разговори +

25. Структура на сателитни комуникационни мрежи +

26. Структура на клетъчни комуникационни мрежи +

27. Структура на безжичните комуникационни мрежи +

28. Класификация на алармените системи

29. Абонатна аларма

30. Линейна и регистрова сигнализация

31. Обща канална сигнализация

32. Предназначение на устройствата за синхронизация на телефонната мрежа и

33. Основни методи за цифрова мрежова синхронизация

34. Организация на синхронизация в цифрови телефонни мрежи

35. Оперативни управленски функции +

Превключване на вериги, съобщения и пакети

Известни са следните видове комутационни системи:

С превключване канали;

С превключване съобщения;

С превключване пакети.

Ориз. 2.2. Фрагмент от комуникационна мрежа

Недостатъкът на системите с комутация на вериги е ниското използване на линията.

Примерни мрежи с превключване на съобщенияса някои военни мрежи и мрежи за гласова поща. Компютрите могат да се използват като крайни устройства в тези системи, които, за разлика от мрежата Telex, не са директно свързани помежду си. Съобщение, предназначено за предаване от точка А до друго крайно устройство в точка В, се съхранява последователно в междинни точки C, D, E, обработва се и се предава до необходимата точка B с известно времезакъснение. В този случай последователно се освобождават и използваните междинни свързващи линии AC, CD, DE. Причината, поради която съобщенията се забавят, е, че те са поставени на опашка за предаване на всеки следващ канал. Тези системи постигат значително по-високо използване на магистралната линия в сравнение със системите с комутация на вериги. въпреки това електронни пощенски кутииимат памет с голям капацитет, което е недостатък на мрежата за превключване на съобщения.

Мрежи с комутация на пакетиса разработени през 80-те години на миналия век. Пример за такава мрежа е IP телефонна система, при която данните, получени от терминал или компютър, се предават до желаната дестинация под формата на кратки информационни пакети с фиксирана дължина. Такива системи заемат междинни позиции между системите, обсъдени по-горе, по отношение на използването на свързващи комуникационни линии. Системите за IP телефония в момента предоставят най-рентабилния режим за превключване на гласови съобщения. При удар обаче индивидуални пакетиВ комуникационната мрежа се наблюдава значително влошаване на качеството на предаваните гласови съобщения, което е недостатък на тези системи.

Схема на обмен на сигнали в комутационни системи

В допълнение към канала за предаване на информация между всеки терминал и комутационната станция има и двупосочен път за обмен на управляващи сигнали. В повечето комутационни системи в реалния живот един и същ физически канал се използва и за двете вериги.

Първата стъпка в проектирането на всяка комутационна система е да се разгледа наборът от управляващи сигнали за обмен на служебна информация между терминала и комутационната система. Тази информация се предава под формата на сигнали, кодирани по определен начин: при аналоговите телефонни системи - в амплитудата и честотата на синусоидалното напрежение, в цифровите системи за предаване на данни - в двоични кодови комбинации.

Широкообхватни комуникации, базирани на комутируеми мрежи

Наетите линии са най-надеждното средство за връзка локални мрежичрез глобални комуникационни канали, тъй като целият капацитет на такава линия винаги е на разположение на взаимодействащи мрежи. Това обаче е и най-скъпият тип глобални връзки - ако има N отдалечени локални мрежи, които интензивно обменят данни помежду си, трябва да имате Nx(N-l)/2 наети линии. За да се намалят разходите за глобален транспорт, се използват динамично превключвани канали, чиято цена се разпределя между много абонати на тези канали.

Услугите на телефонната мрежа са най-евтини, тъй като техните комутатори се заплащат голяма сумаабонати, използващи телефонни услуги, а не само от абонати, които свързват локалните си мрежи.

Телефонните мрежи се разделят на аналогови и цифрови в зависимост от метода на мултиплексиране на абонатни и магистрални канали. По-точно, цифрови са мрежи, в които информацията се представя в краищата на абоната в цифрова форма и в които се използват методи за цифрово мултиплексиране и комутация, а аналогови са мрежи, които получават данни от абонати в аналогова форма, тоест от класически аналогови телефони, и Мултиплексирането и превключването се извършват както с аналогови, така и с цифрови методи. IN последните годиниИмаше доста интензивен процес на замяна на телефонни мрежови комутатори с цифрови комутатори, които работят на базата на TDM технология. Въпреки това, такава мрежа все още ще остане аналогова телефонна мрежа, дори ако всички комутатори работят с помощта на TDM технология, обработвайки данни в цифрова форма, ако абонатът й остане аналогов и аналогово-цифровото преобразуване се извършва в PBX мрежата, която е най-близо до абоната. Нова технологияМодемите V.90 успяха да се възползват от факта, че има голям брой мрежи, в които повечето комутатори са цифрови.

Телефонните мрежи с цифрови абонатни терминации включват така наречените Switched 56 услуги (56 Kbit/s комутирани канали) и цифрови мрежи с интегрирани ISDN услуги (Intergrated Services Digital Network). Услугите Switched 56 се появиха в редица западни страни в резултат на предоставянето на крайни абонати на цифрово терминиране, съвместимо със стандартите за линия T1. Тази технология не се е превърнала в международен стандарт и днес е заменена от ISDN технологията, която има такъв статут.

ISDN мрежите са предназначени не само за предаване на глас, но и на компютърни данни, включително чрез комутация на пакети, поради което се наричат ​​мрежи с интегрирани услуги. Основният режим на работа на ISDN мрежите обаче остава комутацията на вериги, а услугата за комутация на пакети е с твърде ниска за съвременните стандарти скорост – обикновено до 9600 bps. Следователно ISDN технологията ще бъде обсъдена в този раздел за мрежи с комутация на вериги. Новото поколение мрежи с интегрирани услуги, наречени B-ISDN (от широколентов), се основават изцяло на технологията за комутиране на пакети (по-точно ATM клетки), така че тази технология ще бъде разгледана в раздела за мрежите за комутация на пакети.

Наетите линии представляват най-надеждното средство за свързване на локални мрежи чрез глобални комуникационни канали, тъй като целият капацитет на такава линия винаги е на разположение на взаимодействащите мрежи. Това обаче е и най-скъпият тип глобални връзки - ако има N отдалечени локални мрежи, които интензивно обменят данни помежду си, трябва да имате Nx(N-l)/2 наети линии. За да се намалят разходите за глобален транспорт, се използват динамично превключвани канали, чиято цена се разпределя между много абонати на тези канали.

Услугите на телефонната мрежа са най-евтините, тъй като техните комутатори се плащат от голям брой абонати, използващи телефонни услуги, а не само от абонати, които комбинират своите локални мрежи.

Телефонните мрежи се разделят на аналогови и цифрови в зависимост от метода на мултиплексиране на абонатни и магистрални канали. По-точно, цифрови са мрежи, в които информацията се представя в краищата на абоната в цифрова форма и в които се използват методи за цифрово мултиплексиране и комутация, а аналогови са мрежи, които получават данни от абонати в аналогова форма, тоест от класически аналогови телефони, и Мултиплексирането и превключването се извършват както с аналогови, така и с цифрови методи. През последните години се наблюдава доста интензивен процес на замяна на телефонни мрежови комутатори с цифрови комутатори, които работят на базата на TDM технология. Въпреки това, такава мрежа все още ще остане аналогова телефонна мрежа, дори ако всички комутатори работят с помощта на TDM технология, обработвайки данни в цифрова форма, ако абонатът й остане аналогов и аналогово-цифровото преобразуване се извършва в PBX мрежата, която е най-близо до абоната. Новата модемна технология V.90 успя да се възползва от факта, че има голям брой мрежи, в които повечето комутатори са цифрови.

Телефонните мрежи с цифрови абонатни терминации включват така наречените Switched 56 услуги (56 Kbit/s комутирани канали) и цифрови мрежи с интегрирани ISDN услуги (Intergrated Services Digital Network). Услугите Switched 56 се появиха в редица западни страни в резултат на предоставянето на крайни абонати на цифрово терминиране, съвместимо със стандартите за линия T1. Тази технология не се е превърнала в международен стандарт и днес е заменена от ISDN технологията, която има такъв статут.

ISDN мрежите са предназначени не само за предаване на глас, но и на компютърни данни, включително чрез комутация на пакети, поради което се наричат ​​мрежи с интегрирани услуги. Основният режим на работа на ISDN мрежите обаче остава комутацията на вериги, а услугата за комутация на пакети е с твърде ниска за съвременните стандарти скорост – обикновено до 9600 bps. Следователно ISDN технологията ще бъде обсъдена в този раздел за мрежи с комутация на вериги. Новото поколение мрежи с интегрирани услуги, наречени B-ISDN (от широколентов), се основават изцяло на технологията за комутиране на пакети (по-точно ATM клетки), така че тази технология ще бъде разгледана в раздела за мрежите за комутация на пакети.

Засега географското разпространение на аналоговите мрежи значително надвишава разпространението на цифровите, особено у нас, но тази разлика намалява всяка година.

Мрежите с комутация на вериги имат няколко важни общи свойствабез значение какъв тип мултиплексиране използват.

Мрежите с динамично превключване изискват предварителна процедура за установяване на връзка между абонати. За да направите това, адресът на извикания абонат се предава в мрежата, която преминава през комутаторите и ги конфигурира за последващо предаване на данни. Заявката за връзка се насочва от един комутатор към друг и в крайна сметка достига до извиканата страна. Мрежата може да откаже да установи връзка, ако капацитетът на необходимия изходен канал вече е изчерпан. За FDM превключвател капацитетът на изходния канал е равен на броя честотни ленти на този канал, а за TDM превключвател - броят на времевите интервали, на които е разделен работният цикъл на канала. Мрежата също отказва връзката, ако заявеният абонат вече е установил връзка с някой друг. В първия случай казват, че комутаторът е зает, а във втория - абонатът. Възможността за повреда на връзката е недостатък на метода за превключване на веригата.

Ако връзката може да бъде установена, тогава тя получава фиксирана честотна лента в FDM мрежите или фиксирана честотна лента в TDM мрежите. Тези стойности остават непроменени през целия период на свързване. Гарантираната пропускателна способност на мрежата след установяване на връзка е важно свойство, необходимо за приложения като глас, видео или управление на съоръжения в реално време. Мрежите с комутация на канали обаче не могат динамично да променят капацитета на канала по искане на абонат, което ги прави неефективни в условия на прекомерен трафик.

Недостатъкът на мрежите с комутация на вериги е невъзможността да се използва потребителско оборудване, което работи с на различни скорости. Отделните части на съставна верига работят с еднаква скорост, тъй като мрежите с комутация на вериги не буферират потребителски данни.

Мрежите с комутация на вериги са много подходящи за комутиране на потоци от данни с постоянна скорост, където единицата за комутация не е единичен байт или пакет от данни, а дългосрочен синхронен поток от данни между двама абонати. За такива потоци мрежите с комутация на вериги добавят минимум допълнителни разходи за маршрутизиране на данни през мрежата, като използват времевата позиция на всеки бит от потока като негов адрес на местоназначение в мрежовите комутатори.

Осигуряване на дуплексна работа на базата на FDM, TDM и WDM технологии

В зависимост от посоката на възможно предаване на данни, методите за предаване на данни по комуникационна линия се разделят на следните типове:

o симплекс - предаването се осъществява по комуникационната линия само в една посока;

o полудуплекс - предаването се извършва в двете посоки, но последователно във времето. Пример за такъв трансфер е Ethernet технология;

o дуплекс - предаването се извършва едновременно в две посоки.

Дуплексният режим е най-универсалният и продуктивен начин за работа на канала. Най-простият вариант за организиране на дуплексен режим е използването на два независими физически канала (две двойки проводници или две оптични влакна) в кабел, всеки от които работи в симплексен режим, т.е. предава данни в една посока. Именно тази идея е в основата на прилагането на дуплексния режим на работа в много мрежови технологии, като Fast Ethernet или ATM.

Понякога такова просто решение не е достъпно или ефективно. Най-често това се случва в случаите, когато има само един физически канал за дуплексен обмен на данни и организирането на втори е свързано с високи разходи. Например, когато обменяте данни с модеми през телефонната мрежа, потребителят има само един физически комуникационен канал с PBX - двупроводна линия и едва ли е препоръчително да закупите втори. В такива случаи режимът на дуплексна работа се организира на базата на разделяне на канала на два логически подканала с помощта на технологията FDM или TDM.

Модемите използват технологията FDM, за да организират дуплексна работа по двупроводна линия. Модемите с честотна модулация работят на четири честоти: две честоти за кодиране на единици и нули в една посока, а останалите две честоти за предаване на данни в обратна посока.

При цифрово кодиране дуплексният режим на двупроводна линия се организира с помощта на TDM технология. Някои времеви интервали се използват за предаване на данни в една посока, а други се използват за предаване на данни в друга посока. Обикновено времевите интервали в противоположни посоки се редуват, поради което този метод понякога се нарича "пинг-понг" предаване. TDM разделянето на линии е типично, например, за цифрови мрежи с интегрирани услуги (ISDN) в абонатните двупроводни краища.

При оптичните кабели, когато едно оптично влакно се използва за организиране на дуплексен режим на работа, данните се предават в една посока с помощта на светлинен лъч с една дължина на вълната и в обратната посока с помощта на различна дължина на вълната. Тази техника принадлежи към метода FDM, но за оптичните кабели се нарича мултиплексиране по дължина на вълната (WDM). WDM се използва и за увеличаване на скоростта на предаване на данни в една посока, като обикновено се използват от 2 до 16 канала.

Превключване на пакети

Принципи на комутиране на пакети

Превключването на пакети е техника за превключване на абонати, която е специално проектирана за ефективно предаване на компютърен трафик. Експерименти за създаване на първия компютърни мрежина базата на техники за превключване на канали показаха, че този тип превключване не позволява постигане на висока обща стойност честотна лентамрежи. Същината на проблема се крие в бурния характер на трафика, който типичните мрежови приложения генерират. Например при достъп до дистанционно файлов сървърпотребителят първо преглежда съдържанието на директорията на този сървър, което води до прехвърляне на малко количество данни. След това отваря необходимия файл в текстов редактори тази операция може да създаде доста голям обмен на данни, особено ако файлът съдържа големи графични включвания. След показване на няколко страници от даден файл, потребителят работи с тях локално за известно време, което изобщо не изисква мрежов трансфер, и след това връща модифицирани копия на страниците на сървъра - отново създавайки интензивен мрежов трансфер.

Коефициентът на пулсация на трафика на отделен мрежов потребител, равен на съотношението на средната интензивност на обмен на данни към максимално възможния, може да бъде 1:50 или 1:100. Ако за описаната сесия организираме превключване на канали между компютъра на потребителя и сървъра, тогава през по-голямата част от времето каналът ще бъде неактивен. В същото време ще се използват комутационните възможности на мрежата - част от времевите интервали или честотните ленти на комутаторите ще бъдат заети и недостъпни за други потребители на мрежата.

Когато се извърши превключване на пакети, всички съобщения, предадени от мрежов потребител, се разделят в изходния възел на сравнително малки части, наречени пакети. Нека припомним, че съобщението е логически завършена част от данните - заявка за прехвърляне на файл, отговор на тази заявка, съдържащ целия файл и т.н. Съобщенията могат да имат произволна дължина от няколко байта до много мегабайта. Напротив, пакетите обикновено също могат да имат променлива дължина, но в тесни граници, например от 46 до 1500 байта. Всеки пакет е снабден със заглавка, която указва адресната информация, необходима за доставяне на пакета до целевия възел, както и номера на пакета, който ще бъде използван от целевия възел за сглобяване на съобщението (Фигура 2.29). Пакетите се транспортират в мрежата като независими информационни блокове. Мрежовите комутатори получават пакети от крайните възли и въз основа на информацията за адреса ги предават един на друг и в крайна сметка до целевия възел.

Ориз. 2.29.Разделяне на съобщение на пакети

Пакетните мрежови комутатори се различават от верижните комутатори по това, че имат вътрешна буферна памет за временно съхранение на пакети, ако изходният порт на комутатора е зает с предаване на друг пакет в момента на получаване на пакета (фиг. 2.30). В този случай пакетът остава известно време в опашката на пакетите в буферната памет на изходния порт и когато редът му стигне до него, се прехвърля към следващия суич. Тази схема за предаване на данни ви позволява да изгладите вълните на трафика по опорните връзки между комутаторите и по този начин да ги използвате по най-ефективния начин за увеличаване на пропускателната способност на мрежата като цяло.

Ориз. 2.30.Изглаждане на пакетен трафик в мрежа с комутация на пакети

Наистина, за двойка абонати най-ефективно би било да им се предостави единственото използване на комутируем комуникационен канал, както се прави в мрежите с комутирана верига. С този метод времето за взаимодействие на тази двойка абонати ще бъде минимално, тъй като данните ще се предават от един абонат на друг без забавяне. Абонатите не се интересуват от прекъсване на канала по време на паузи в предаването, за тях е важно бързо да решат собствения си проблем. Мрежата с комутация на пакети забавя процеса на взаимодействие между определена двойка абонати, тъй като техните пакети могат да чакат в комутаторите, докато други пакети, пристигнали в комутатора по-рано, се предават по опорните връзки.

Въпреки това, общото количество компютърни данни, предадени от мрежата за единица време с помощта на техниката за превключване на пакети, ще бъде по-високо от използването на техниката за превключване на вериги. Това се случва, защото пулсациите на отделните абонати, в съответствие със закона за големите числа, се разпределят във времето. Следователно комутаторите са постоянно и сравнително равномерно натоварени с работа, ако броят на абонатите, които обслужват, е наистина голям. На фиг. Фигура 2.30 показва, че трафикът, идващ от крайните възли към комутаторите, е много неравномерно разпределен във времето. Превключвателите обаче са повече високо нивойерархиите, които обслужват връзки между комутатори от по-ниско ниво, се зареждат по-равномерно и потокът от пакети в главни каналисвързването на комутатори от по-високо ниво има почти максимално използване.

По-високата ефективност на мрежите с комутация на пакети в сравнение с мрежите с комутация на вериги (с еднакъв капацитет на комуникационния канал) беше доказана през 60-те години както експериментално, така и чрез симулационно моделиране. Тук е подходяща аналогия с мултипрограмирането. операционна система. всеки отделна програмав такава система изпълнението отнема повече време, отколкото в система с една програма, където на програмата се разпределя цялото процесорно време, докато завърши изпълнението си. Въпреки това, общият брой програми, изпълнявани за единица време, е по-голям в многопрограмна система, отколкото в еднопрограмна система.