СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ МОДЕЛИ OSI
Магистральный канал передачи данных состоит из отдельных линий связи и узлов коммутации, которые обеспечивают соединение территориально удаленных абонентов между собой.
Установление соединения (физического или виртуального) осуществляется с помощью того или иного метода коммутации. В зависимости от методов установления соединения и способов передачи данных от одного узла к другому различают сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов [32], [33].Коммутация каналов. В сетях с коммутацией каналов между вызывающей и вызываемой оконечными установками в течение всего времени передачи имеется сквозное соединение (рис. 6.30).
| D |
|
|
|
| '•±=3 | О | |
| П |
|
| п | [\ | 1 1 | ||
| | I || * “"* I
., і .. 1 !!! Коммутатор
Рис. 6.30. Сеть с коммутацией каналов
Соединительный тракт состоит из ряда участков, которые в процессе установления соединения включаются последовательно друг за другом. Тракт “прозрачен" в отношении кодов и методов управления. Время распространения сигнала данных по соединительному тракту постоянно.
В сеансе связи различают три фазы: установление соединения, передачу данных и разъединение соединения (рис. 6.31).
Процессом установления соединения управляет источник, который посылает сигнал вызова, получает ответный сигнал (при-
| Вызов |
| Знаки набора |
| Данные | Знак отбоя | • |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Приглашение к набору |
| Извещение о соединении |
|
| Подтверждение отбоя |
|
| Установление соединения | Передана данных | Разъединение соединения | |||
Рис.
6.31. Фазы сеанса связиглашение к набору номера) и вслед за этим передает адресную информацию (знаки набора номера). Коммутационный узел обрабатывает эту информацию, занимает один из каналов в пучке кабеля, ведущего к следующему коммутационному узлу, и передает последнему знаки набора, необходимые для дальнейшего установления соединения. Таким образом, постепенно, по участкам, вплоть до вызываемого абонента образуется соединительный тракт. После завершения этого процесса от сети на вызывающую и вызываемую оконечные установки поступают сигналы, извещающие о том, что соединение готово к передаче данных.
В течение фазы передачи данных управление осуществляется оконечной установкой. В оконечной установке принимается решение о мерах, которые необходимо принять для обнаружения и исправления ошибок передачи.
Разъединение может быть начато любой из двух связанных между собой оконечных установок с помощью сигнала отбоя. По этому сигналу все коммутационные узлы, участвующие в образовании соединительного тракта, отключают соединения. Среди сетей передачи данных с коммутацией каналов различают два типа: синхронные и асинхронные сети.
В синхронной сети с коммутацией каналов ход во время всех процессов передачи и коммутации определяется единым тактовым синхросигналом. Он подводится ко всей аппаратуре и оборудованию сети, задает для всей сети жесткий временной растр и обеспечивает синхронизм всех процессов.
В асинхронных сетях общая синхронизация по элементам отсутствует, и для сети не задаются единые такты. Отдельные аппаратура передачи данных и коммутационные устройства имеют самостоятельные, независимые друг от друга тактовые генераторы.
Коммутация сообщений. В сети с коммутацией сообщений (рис. 6.32) между оконечными установками, обменивающимися информацией, нет сквозного соединения. В коммутационных узлах сообщения заносятся в память и передаются далее по участкам переприема от узла к узлу.
На оконечной установке, от которой необходимо передать сообщение, оно снабжается заголовком, содержащим адрес желаемого абонента, и по абонентской линии а передается на ближайший коммутационный узел А. В нем сообщение запоминается, его заголовок обрабатывается, определяется, в какую из исходящих линий далее его нужно направить, и, наконец, передается на следующий коммутационный узел В.
Если линия /?, по которой нужно передать сообщение далее, занята, то оно остается в запоминающем устройстве (буферном накопителе узла) до тех пор, пока не будут переданы все находящиеся перед ним в очереди другие сообщения. Поскольку на участке в магистральном канале скорость передачи обычно выше, чем в абонентской линии а, длительность передачи по этому участку на временной диаграмме {см. рис. 6.32) показана более короткой.
время обработки и ожидания в узлах коммутации
Рис. 6.32. Сеть с коммутацией сообщений: оконечная установка передачи данных; 2 узел коммутации
Узел коммутации В, в котором сообщение обрабатывается так же, как и в узле А, передает сообщение по линии с на узел С. От последнего оно передается по абонентской линии d на принимающий модуль абонента.Время ожидания, в течение которого сообщение хранится в узле коммутации, зависит от длины очередей на линии связи, поэтому общее время прохождения сообщения между двумя оконечными установками в сети может быть различным. Запись сообщений в память упрощает трансформацию скоростей различного оборудования данных, осуществляемую в коммутационных узлах. Использование на межузловых участках дуплексных высокоскоростных линий связи позволяет более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов, передавать требуемый объем информации и использовать ресурсы сети. Однако экономию линий связи необходимо сопоставлять с затратами, которых требуют запоминание и обработка сообщений в узлах коммутации.
Коммутация пакетов. Коммутация пакетов является развитием метода коммутации сообщений. Она позволяет добиться дальнейшего увеличения пропускной способности сети, скорости и надежности передачи данных.
В сети с коммутацией пакетов сообщения разделяются на отдельные части — пакеты (рис. 6.33). Каждый пакет имеет, как правило, фиксированную длину и снабжается заголовком, указывающим адрес пункта Эотправления, адрес пункта назначения и номер пакета в сообщении. Максимальная длина пакета лежит в пределах от 10 до 2 • 10 бит. Разложение сообщения на пакеты и восстановление его после передачи осуществляются оконечным оборудованием источника и адресата.
Рис. 6.33. Схема пакетирования сообщений
В принимающем коммутационном узле каждый пакет проверяется на наличие ошибок. На пакеты, принятые без ошибок, в ответ направляется подтверждение их приема (положительная квитанция ДА). Если же в пакете обнаружены ошибки, то посылается запрос на его повторную передачу (отрицательная квитанция НЕТ).Для передачи отдельных пакетов каждого сообщения по сети могут выбираться различные пути (рис. 6.34), что обеспечивает более гибкое и оперативное приспособление к состояниям заня-
^"Ега
Путь пакета 1
mrnmrnm* ПуТЬ ПЭКвТа 2
Рис. 6.34. Различные пути передачи пакетов
тости тех или иных линий связи и узлов коммутации. При этом могут возникнуть ситуации, при которых пакеты могут поступать в адрес получателя в неверной последовательности.Известны два способа передачи пакетов в сети передачи данных: виртуальный и датаграммный. При работе в режиме виртуального канала коммутационный узел пункта назначения сортирует поступившие на него пакеты перед их дальнейшей передачей на оконечную станцию.
В датаграммном режиме передачи сортировка возлагается на принимающую оконечную станцию.Метод коммутации пакетов по сравнению с другими методами обеспечивает наименьшую задержку при передаче данных и наибольшую пропускную способность сети.
На сетевом уровне в отличие от канального, в котором управление идет между двумя точками, должно быть организовано управление потоком по всему виртуальному каналу от источника до получателя. При этом предполагается, что канальный уровень справляется со своими задачами и ошибок в передаче между узлами нет.
Если в сеть поступает большое число пакетов, то заметно растут задержки и производительность, измеряемая числом пакетов, доставляемых по назначению в единицу времени, начинает снижаться. Если поступающая нагрузка достаточно высока, может даже возникнуть тупиковая ситуация, когда все накопители оказываются переполнены, поступление нагрузки прекращается и производительность падает до нуля.
Для предотвращения возникновения тупиковых ситуаций существуют специальные методы. Наиболее распространенным является метод скользящего окна [36].