Мережа з комутацією каналів

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Мере́жа з комута́цією кана́лів — вид телекомунікаційної мережі, у якій між двома вузлами мережі повинне бути встановлене з'єднання (канал), перш ніж вони почнуть будь-який обмін інформацією. Це з'єднання протягом усього сеансу обміну інформацією може використовуватися тільки вказаними двома вузлами. Після завершення обміну з'єднання має бути відповідним чином розірване.

У мережах з комутацією каналів можуть встановлюватися як комутовані, так і виділені з’єднання. Комутоване з'єднання - це тимчасове з'єднання, встановлене тільки на період одного сеансу зв'язку. Однак комутоване з'єднання може бути "вічним" - набравши номер віддаленого сервера і встановивши з ним з'єднання, можна не закінчувати сеанс зв'язку як завгодно довго. Комутоване з'єднання дозволяє також у будь-який момент перервати сеанс зв'язку і встановити з'єднання з іншим абонентом. Наприклад, можна перервати з’єднання з одним провайдером Internet і встановити з іншим.

Принцип роботи[ред.ред. код]

Мережі з динамічною комутацією вимагають попередньої процедури встановлення з'єднання між абонентами. Для цього в мережу передається адреса абонента (який викликається), що проходить через комутатори і налагоджує їх на наступну передачу даних. Запит на встановлення з'єднання маршрутизується від одного комутатора до іншого і зрештою досягає абонента (який викликається). Мережа може відмовити у встановленні з'єднання, якщо ємність необхідного вихідного каналу вже вичерпана. Для FDM-комутатора ємність вихідного каналу дорівнює кількості частотних смуг цього каналу, а для TDM-комутатора кількості тайм-слотів, на які поділяється цикл роботи каналу. Мережа відмовляє в з'єднанні також у тому випадку, якщо запитуваний абонент вже встановив з'єднання з кимсь іншим. У першому випадку говорять, що зайнято комутатор, другому — абонент.

Якщо з'єднання може бути встановлено, то йому виділяється фіксована смуга частот у FDM-мережах або ж фіксована пропускна здатність у TDM-мережах. Ці величини залишаються незмінними протягом всього періоду з'єднання. Гарантована пропускна здатність мережі після встановлення з'єднання є важливою властивістю, необхідним для таких додатків, як передача голосу, зображення чи керування об'єктами в реальному часі. Однак динамічно змінювати пропускну здатність каналу за вимогою абонента мережі з комутацією каналів неможливо, що робить їх неефективними в умовах пульсуючого трафіку.

Пояснимо принцип роботи комутованої телефонної мережі або мережі з комутацією. Ви додзвонюєтеся кому-небудь по телефону, між вами встановлюється якийсь фізичний канал зв'язку, складений з окремих ділянок, які з'єднуються комутаторами.

Два абоненти, що встановлюють зв'язок з провайдером по телефону

Зображено схему дозвону клієнта на модем провайдера по телефонній мережі з комутацією каналів

Лінія зв'язку одного абонента показана суцільною лінією, а іншого - пунктирною. Ділянки від кожного абонента до першого комутатора є неподільні. Тобто кожен використовує ці ділянки одноосібно. Решта ділянок мережі між комутаторами є поділюваними, тобто можуть бути в різний час зайняті різними користувачами. Але якщо ділянка зайнята одним користувачем, то інший в цей час вже не може її використовувати.

Глобальні мережі з комутацією каналів[ред.ред. код]

Аналогові телефонні мережі[ред.ред. код]

Аналогові телефонні мережі орієнтовані на з'єднання, яке встановлюється до початку ведення розмов (передачі голосу) між абонентами. Телефонна мережа утворюється (комутується) за допомогою комутаторів автоматичних телефонних станцій.

Телефонні мережі складаються з:

  • автоматичних телефонних станцій (АТС);
  • телефонних апаратів;
  • магістральних ліній зв'язку (ліній зв'язку між АТС);
  • абонентських ліній (ліній, що з'єднують телефонні апарати з АТС);

Виділяти для кожного з'єднання окрему магістральну лінію недоцільно, і для більш ефективного використання фізичних ліній застосовують:

Телефонні мережі загального користування, крім передачі голосу, дозволяють передавати цифрові дані за допомогою модемів. Модем (модулятор-демодулятор) служить для передачі даних на великі відстані з використанням виділених і комутованих телефонних ліній.

Модулятор надходить від комп'ютера двійкову інформацію перетворює в аналогові сигнали з частотною або фазовою модуляцією, спектр яких відповідає смузі пропускання звичайних голосових телефонних ліній. Демодулятор з цього сигналу витягує закодовану двійкову інформацію і передає її в приймаючий комп'ютер. Факс-модем (fax-modem) дозволяє передавати і приймати факсимільні зображення, сумісні зі звичайними факс-машинами.

Модеми для виділених телефонних ліній Виділені фізичні лінії мають смугу пропускання набагато більш широку, ніж комутовані. Для них випускаються спеціальні модеми, що забезпечують передачу даних зі швидкостями до 2048 кбіт / с і на значні відстані.

Цифрові мережі з інтегральними послугами ISDN[ред.ред. код]

Технологія ISDN з'явилася в 1984 році. Цифрова мережа з інтегрованими послугами (ISDN - Integrated Services Digital Network) - система, в якій по телефонних каналах передаються тільки цифрові сигнали, в тому числі і по абонентських лініях, тобто кінцевий абонент передає дані безпосередньо в цифровій формі.

ISDN дозволяє об'єднати передачу голосу, даних і зображення. Інтеграція різнорідних трафіків ISDN виконується, використовуючи спосіб тимчасового поділу (TDM - Time Division Multiplexing). ISDN використовує цифрові канали в режимі комутації каналів.

Цифрові мережі з інтеграцією послуг ISDN можна використовувати при передачі голосу і даних, для об'єднання віддалених ЛВС, для доступу до мережі Internet і для різних видів трафіку, в тому числі мультимедійного. Кінцевими пристроями в мережі ISDN можуть бути: цифровий телефонний апарат, комп'ютер з ISDN-адаптером, відео-та аудіообладнання.

Суть технології ISDN, полягає в тому, що різні пристрої, наприклад, телефони, комп'ютери, факси та інші пристрої, можуть одночасно передавати і приймати цифрові сигнали після встановлення комутованого з'єднання з віддаленим абонентом.

Мережі ISDN складаються з двох В-каналів, додаткового D-каналу і H-каналу. В ISDN основний потік інформації (голос і дані) передається по В-каналах. Ці канали комутуються між парою абонентів за допомогою інформації, яка передається по додатковому каналу - D-каналу. H-канал - це канал високошвидкісної передачі даних зі швидкостями 384 кбіт / с (канал H0), 1563 кбіт / с (канал H11), 1920 кбіт / с (канал H12).

Після комутації кожен В-канал являє собою дві "труби", пропускають у зустрічних напрямках потоки бітів зі швидкістю 64 кбіт / с. Службовий канал - також двонаправлений, його пропускна здатність може бути 16 або 64 кбіт / с в залежності від типу сервісу.

Швидкість передачі даних в ISDN може бути: 64 кбіт / с., 128 кбіт / с, а в широкосмугових каналах зв'язку до 155 Мбіт / с. Через лінії ISDN можлива передача даних за допомогою технологій і протоколів глобальних мереж: Х.25, Frame Relay.

Технології комутації каналів[ред.ред. код]

Коротко розглянемо такі технології комутації каналів: • PSTN; • ISDN; • DSL; • виділені лінії; • DDS; • Т-носії; • Switched 56.

PSTN

Мережа PSTN (Public Switched Telephone Network) - комутована телефонна мережа загального користування є традиційною аналоговою телефонною мережею. Для установки зв'язків в глобальних мережах вона використовується досить часто.

Використання PSTN має дві істотні переваги: • лінії PSTN є практично скрізь; • цей зв'язок недорогий.

ISDN

ISDN (англ. Integrated Services Digital Network) — цифрова мережа з інтегрованими службами (послугами) — це загальнодоступна телефонна мережа, що використовує цифрову технологію передавання сигналу, і що включає великий набір цифрових послуг, які стають доступними для кінцевих користувачів.

ISDN припускає оцифровку телефонної мережі для того, щоб голос, інформація, текст, графічні зображення, музика, відеосигнали і інші матеріальні джерела могли бути передані кінцевому користувачеві по наявних телефонних проводах і отримані ним з одного терміналу кінцевого користувача.


Приклади[ред.ред. код]

Типовим прикладом є ранні телефонні мережі. Абонент мав попросити оператора з'єднати його з іншим абонентом, під'єднаним до того ж комутатора або іншого комутатора через лінію зв'язку (і іншого оператора). В будь-якому разі кінцевим результатом було фізичне електричне з'єднання між телефонними апаратами абонентів протягом усієї розмови. Провідник, задіяний для з'єднання, не міг бути використаний для передачі інших розмов у цей час, навіть якщо абоненти насправді не розмовляли і в лінії була тиша.

Пізніше стало можливим ущільнення однієї фізичної лінії для утворення в ній декількох каналів. Попри це, один канал ущільненої лінії так само міг використовуватися лише однією парою абонентів.

Переваги[ред.ред. код]

Недоліки[ред.ред. код]

  • Комутація каналів вважається недостатньо ефективним способом комутації, тому що канальна ємність частково витрачається на підтримання з'єднань, що встановлені, але (в цей час) не використовуються.
  • Неможливість застосування апаратури користувачів, яка працює з різною швидкістю.
  • Можливість відмови в з'єднанні.

Альтернатива[ред.ред. код]

Комутація каналів принципово відрізняється від комутації пакетів, при якій дані, що передаються (нарпиклад, оцифрований звук або дані з комп'ютерної мережі) розділяються на окремі пакети, які окремо передаються через мережу загального користування.

Характеристики мереж з комутацією пакетів[1]
Тип Швидкість Трафік Примітки
X.25 1.2—64 Кбіт/с Термінальний Велика надлишковість протоколу, добре працюють на каналах низької якості
Frame Relay Комп'ютерний Порівняно нові мережі, добре передають пульсації трафіку, в основному підтримують службу постійних віртуальних каналів
SMDS Комп'ютерний, графіка, відео, голос
ATM Комп'ютерний, графіка, відео, голос Нові мережі, комерційна експлуатація почалася з 1996 року, поки використовується в основному для передачі комп'ютерного трафіку
TCP/IP Термінальний, комп'ютерний

Загальні принципи побудови Мережі X.25

Основу X.25 мереж складають Центри комутації пакетів (ЦКП), розташовані в багатьох містах і забезпечують доступ до мережі. Зазвичай абонент отримує доступ до мережі, з'єднуючись з найближчим ЦКП, тобто можна отримати доступ до мережі з будь-якого місця, де є телефонний зв'язок, без прив'язки до конкретного ЦКП. Абоненти мережі підключаються до неї для того, щоб передавати інформацію або приймати її від інших абонентів або хост-машин. Для цього в мережі встановлюється тимчасова логічний зв'язок між цими абонентами, звана віртуальним з'єднанням. Після встановлення віртуального з'єднання між абонентами може відбуватися обмін даними одночасно в двох напрямках (дуплекс), причому затримка передачі пакетів даних не перевищує часток або декількох секунд в залежності від завантаженості мережі.

Основні принципи побудови мереж Frame Relay

Стандарт Frame Relay описує інтерфейс доступу до мереж з швидкою комутацією кадрів і забезпечує функції першого, частково другого і третього рівнів моделі OSI, включаючи в себе невеликий набір правил і процедур організації інформаційного обміну. Відмінною особливістю Frame Relay є відсутність механізмів корекції помилок і управління потоком даних, характерних для X. 25. Кадр, прийнятий проміжним або кінцевим вузлом з помилками, скидається мережею, а функції виправлення помилок покладаються на протоколи більш високих рівнів, наприклад, TCP. Абонентським доступом до мережі Frame Relay управляє інтерфейс "користувач-мережа" (UNI - User-to-Network Interface). Його основним завданням є опис характеристик і особливостей мультиплексування логічних з'єднань PVC (Permanent Virtual Connection), а також контроль їх стану та конфігурації. Кожне таке логічне з'єднання має своїм унікальним номером - DLCI (Data Link Connection Identifier).

Примітки[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

  1. http://ito.vspu.net/SAIT/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_osv/www/ENK/meregi/lec/lec_08.htm
  2. Загальні властивості мереж з комутацією каналів
  3. А.Н. Прохоров. Интернет: как это работает. БХВ-Петербург; 352 с.