Способи комутації. Під комутацією даних розуміється їх передача, при якій канал передачі даних може використовуватися поперемінно для обміну інформацією між різними пунктами інформаційної мережі на відміну від зв'язку через некомутовані канали, зазвичай закріплені за певними абонентами.
Розрізняють наступні способи комутації даних:
- комутація каналів - здійснюється з'єднання ООД двох або більше станцій даних і забезпечується монопольне використання каналу передачі даних до тих пір, поки з'єднання не буде разомкнуто;
- комутація повідомлень - характеризується тим, що створення фізичного каналу між оконечными вузлами необов'язково і пересилання повідомлень відбувається без порушення їх цілісності; замість фізичного каналу є віртуальний канал, що складається з фізичних ділянок, і між ділянками можлива буферизація повідомлення;
- комутація пакетів - повідомлення передається по віртуальному каналу, але воно поділяється на пакети, при цьому канал передачі даних зайнятий тільки під час передачі пакету (без порушення її цілісності) і по її завершенні звільняється для передачі інших пакетів.
Комутація каналів. Комутація каналів може бути просторової і тимчасової.
Просторовий комутатор розміру N*M являє собою сітку (матрицю), в якій N входів підключені до горизонтальним шин, а M виходів - до вертикальних (мал. 3.2).
Малюнок 3.2 - Матриця просторового комутатора
У вузлах сітки є комутуючі елементи, причому в кожному стовпці сітки може бути відкрито не більше ніж по одному елементу. Якщо N < M, то комутатор може забезпечити з'єднання кожного входу не менше ніж з одним виходом; в іншому випадку комутатор називається блокуючим, тобто не забезпечує з'єднання будь-якого входу з одним з виходів. Зазвичай застосовуються комутатори з рівним числом входів і виходів N*N.
Недолік розглянутої схеми - велике число комутуючих елементів в квадратної матриці, рівну N2. Для усунення цього недоліку застосовують многоступенные комутатори. Наприклад, схема трехступенного комутатора 6*6 має вигляд, представлений на рис. 3.3.
Достатньою умовою відсутності блокувань входів є рівність k > 2*n-1. Тут k - кількість блоків у проміжному каскаді, n = N/p; p - число блоків у вхідному каскаді. У наведеної на рис. 1.3 схемою ця умова не виконано, тому блокування можливі. Наприклад, якщо потрібно виконати з'єднання a1-d1, але раніше зкомутовані з'єднання a2-b2-c4-d3, a3-b3-c1-d2, то для a1 доступні шини b1,с3 і с5, однак вони не ведуть до d1.
У многоступенных комутаторах істотно зменшено кількість перемикальних елементів за рахунок деякого збільшення затримки. Так, при заміні одноступенного комутатора 1000*1000 трехступенным з n = 22 і k = 43 число перемикачів зменшується з 10 6 до 2*46*22*43+43*46*46, тобто приблизно до 0,186*10 6 .
Малюнок 3.3 - Схема трехступенного просторового комутатора
Тимчасової комутатор побудований на основі буферної пам'яті, запис проводиться в її комірки послідовним опитуванням входів, а комутація здійснюється завдяки зчитування даних на виходи з потрібних елементів пам'яті. При цьому відбувається затримка на час одного циклу "запис-читання". В даний час переважно використовуються тимчасова або змішана комутація.
Комутація пакетів.в багатьох випадках найбільш ефективної виявляється комутація пакетів. По-перше, прискорюється передача даних у мережах складної конфігурації за рахунок того, що можливе паралельне передача пакетів одного повідомлення на різних ділянках мережі; по-друге, при появі помилки потрібна повторна передача короткого пакету, а не всього довгого повідомлення. Крім того, обмеження зверху на розмір пакету дозволяє обійтися меншим об'ємом буферної пам'яті в проміжних вузлах на маршрутах передачі даних у мережі.
У мережах комутації пакетів розрізняють два режими роботи: режим віртуальних каналів (інша назва - зв'язок з встановленням з'єднання) і дейтаграммный режим (зв'язок без встановлення з'єднання).
режимі віртуальних каналів пакети одного повідомлення передаються в природному порядку за встановлюваному маршрутом. При цьому на відміну від комутації каналів лінії зв'язку можуть поділятися багатьма повідомленнями, коли поперемінно по каналу передаються пакети різних повідомлень (це так званий режим тимчасового мультиплексування, інакше TDM - Time Division Method), або затримуватися в проміжних буферів. Передбачається контроль правильності передачі даних шляхом надсилання від одержувача до відправника що підтверджує повідомлення позитивної квитанції. Цей контроль можливий як у всіх проміжних вузлах маршруту, так і тільки в кінцевому вузлі. Він може здійснюватися старт-стопным способом, при якому відправник доти не передає наступний пакет, поки не отримає підтвердження про правильної передачі попереднього пакета, або способом передачі "у вікні". Вікно може включати N пакетів, і можливі затримки в одержанні підтверджень протягом вікна. Так, якщо сталася помилка при передачі, тобто відправник отримує негативну квитанцію щодо пакету з номером K, то потрібна повторна передача і вона починається з пакету K.
Наприклад, в мережах можна використовувати змінний розмір вікна. Так, згідно з рекомендацією документа RFC-793 час очікування підтверджень обчислюється за формулою
T ож = 2*Тср,
де Тср := 0,9*Тср + 0,1*Ti, Тср - усереднене значення часу проходу пакета до одержувача і назад, Ti - результат чергового вимірювання цього часу.
дейтаграммном режимі повідомлення ділиться на дейтаграми. Дейтаграма - частина інформації, що передається незалежно від інших частин одного і того ж повідомлення в обчислювальних мережах з комутацією пакетів. Дейтаграми одного і того ж повідомлення можуть передаватися в мережі за різними маршрутами і надходити до адресата в довільній послідовності, що може послужити причиною блокування мережі. На внутрішніх ділянках маршруту контроль правильності передачі не передбачений і надійність зв'язку забезпечується лише контролем на крайовому вузлі.
Блокуванням мережі у дейтаграммном режимі називається така ситуація, коли в буферну пам'ять вузла обчислювальної мережі надійшло стільки пакетів різних повідомлень, що ця пам'ять виявляється повністю зайнята. Отже, вона не може приймати інші пакети і не може звільнитися від вже прийнятих, так як це можливо тільки після надходження всіх дейтаграм повідомлення.
