Обзор методов и алгоритмов распределения информации на узлах связи

Проведем оценку задержки в передаче данных в сетях с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов на примере. Пусть тестовое сообщение, которое нужно передать в обоих видах сетей, составляет 200 Кбайт. Отправитель находится от получателя на расстоянии 5000 км. Пропускная способность линий связи составляет 2 Мбит/с. (рис.7.)

Время передачи данных по сети с коммутацией каналов складывается из времени распространения сигнала, которое для расстояния 5000 км можно  оценить примерно в 25 мс, и времени  передачи сообщения, которое при пропускной способности 2 Мбит/с и длине сообщения 200 Кбайт равно примерно 800 мс, то есть всего передача данных заняла 825 мс.

Оценим дополнительное время, которое потребуется для  передачи этого сообщения по сети с коммутацией пакетов. Будем считать, что путь от отправителя до получателя пролегает через 10 коммутаторов. Исходное сообщение разбивается на пакеты в 1 Кбайт, всего 200 пакетов. Вначале оценим задержку, которая возникает в исходном узле. Предположим, что доля служебной информации, размещенной в заголовках пакетов, по отношению к общему объему сообщения составляет 10 %. Следовательно, дополнительная задержка, связанная с передачей заголовков пакетов, составляет 10 % от времени передачи целого сообщения, то есть 80 мс. Если принять интервал между отправкой пакетов равным 1 мс, тогда дополнительные потери за счет интервалов составят 200 мс. Итого, в исходном узле из-за пакетирования сообщения при передаче возникла дополнительная задержка в 280 мс.

Каждый из 10 коммутаторов вносит задержку коммутации, которая может иметь большой разброс, от долей до тысяч миллисекунд. В данном примере примем, что на коммутацию в среднем тратится 20 мс. Кроме того, при прохождении сообщений через коммутатор возникает задержка буферизации пакета. Эта задержка при величине пакета 1 Кбайт и пропускной способности линии 2 Мбит/с равна 4 мс. Общая задержка, вносимая 10 коммутаторами, составит примерно 240 мс. В результате дополнительная задержка, созданная сетью с коммутацией пакетов, составила 520 мс. Учитывая, что вся передача данных в сети с коммутацией каналов заняла 825 мс, эту дополнительную задержку можно считать существенной. Приведенный расчет носит приблизительный характер, но он делает более понятными те причины, которые приводят к тому, что процесс передачи для определенной пары абонентов в сети с коммутацией пакетов является более медленным, чем в сети с коммутацией каналов. Неопределенная пропускная способность сети с коммутацией пакетов - это плата за ее общую эффективность при некотором ущемлении интересов отдельных абонентов. Аналогично, в мультипрограммной операционной системе время выполнения приложения предсказать заранее невозможно, так как оно зависит от количества других приложений, с которыми делит процессор данное приложение.

На эффективность работы сети существенно влияют размеры пакетов, которые передает сеть. Слишком большие размеры пакетов приближают сеть с коммутацией пакетов к сети с коммутацией каналов, поэтому эффективность сети при этом падает. Слишком маленькие пакеты заметно увеличивают долю служебной информации, так как каждый пакет несет с собой заголовок фиксированной длины, а количество пакетов, на которые разбиваются сообщения, будет резко расти при уменьшении размера пакета.

При выборе размера  пакета необходимо учитывать также и интенсивность битовых ошибок канала. На ненадежных каналах необходимо уменьшать размеры пакетов, так как это уменьшает объем повторно передаваемых данных при искажениях пакетов. (7)

Метод коммутации сообщений  в отличие от метода коммутации каналов не требует одновременного использования большого числа промежуточных участков. Здесь передача сообщений производится поочередно от участка к участку до достижения сообщением приемного оконечного пункта. Если очередной промежуточный участок занят, то передаваемые сообщения накапливаются в центре коммутации до момента освобождения занятого участка. Увеличение нагрузки при коммутации сообщений существенно не зависит от числа каналов, поскольку не требуется, чтобы при передаче сообщений были свободны все промежуточные участки тракта между оконечными пунктами. Поэтому эффективность использования сети при этом способе коммутации достаточно высокая и достигает 85—90% от теоретически возможной. При коммутации сообщений требование использования однотипной аппаратуры. 
К недостаткам метода коммутации сообщений следует отнести: снижение скорости передачи сообщений из-за значительных задержек сообщений в запоминающих устройствах сети, потребность в большом объеме памяти центров коммутации. В соответствии с требованиями пользователей в настоящее время на сетях передачи дискретной информации используются как традиционные методы коммутации каналов и коммутации сообщений, так метод коммутации пакетов. К сетям с коммутацией каналов относится телефонная сеть, обеспечивающая живую диалоговую связь между абонентами в реальном масштабе времени. Телеграфная сеть общего пользования представляет собой прототип сети с коммутацией сообщений. В этой сети отсутствует прямая диалоговая связь между удаленными пользователями и передача сообщений осуществляется со значительными задержками, которые недопустимы в диалоговом режиме, но необходимы для обеспечения надежной доставки сообщений по указанным адресам.

Метод коммутации пакетов  в отличие от других методов является наиболее перспективным для использования в информационно-вычислительных сетях, допускается возможность передачи речи. Метод коммутации пакетов представляет собой как бы частный вариант метода коммутации сообщений. Между этими методами существует принципиальное различие: метод коммутации пакетов в отличие от метода коммутации сообщений позволяет пользователям работать в диалоговом режиме и требует переприема не всего передаваемого сообщения в целом, а только его частей — пакетов. (17)

Коммутация каналов	Коммутация пакетов
Гарантированная пропускная способность (полоса) для взаимодействующих абонентов	Пропускная способность  сети для абонентов неизвестна, задержки передачи носят случайный характер
Сеть может отказать абоненту в установлении соединения	Сеть всегда готова принять  данные от абонента
Трафик реального времени  передается без задержек	Ресурсы сети используются эффективно при передаче пульсирующего  трафика
Адрес используется только на этапе установления соединения	Адрес передается с каждым пакетом

Таблица 2 Сравнение коммутации каналов и коммутации пакетов

Одним из отличий метода коммутации пакетов от метода коммутации каналов является неопределенность пропускной способности соединения между двумя абонентами. В случае коммутации каналов после образования  составного канала пропускная способность сети при передаче данных между конечными узлами известна — это пропускная способность канала. Данные после задержки, связанной с установлением канала, начинают передаваться на максимальной для канала скорости (рис. 7.а). Время передачи сообщения в сети с коммутацией каналов Т_к.к. равно сумме задержки распространения сигнала по линии связи и задержки передачи сообщения. Задержка распространения сигнала зависит от скорости распространения электромагнитных волн в конкретной физической среде, которая колеблется от 0,6 до 0,9 скорости света в вакууме. Время передачи сообщения равно V/C, где V — объем сообщения в битах, а C — пропускная способность канала в битах в секунду. (8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Данная работа посвящена обзору методов и алгоритмов распределения информации на узлах связи. Решая первую задачу проекта, были рассмотрены методы коммутации сообщений, каналов и пакетов. Для соединения абонентов в сетях используются три метода коммутации: коммутация каналов, коммутация пакетов и коммутация сообщений.

Сети с коммутацией  пакетов могут работать в одном  из двух режимов: датаграммном режиме или режиме виртуальных каналов. Коммутация каналов и пакетов могут быть либо динамической, либо постоянной.

В сетях с  коммутацией каналов абонентов соединяет составной канал, образуемый коммутаторами сети по запросу одного из абонентов.

Сети с коммутацией  каналов хорошо коммутируют потоки данных постоянной интенсивности, создаваемые  разговаривающими по телефону собеседниками, но не могут перераспределять пропускную способность магистральных каналов между потоками абонентских каналов динамически.

Сети с коммутацией пакетов были разработаны для эффективной передачи пульсирующего компьютерного трафика.

Коммутация  сообщений предназначена для организации взаимодействия пользователей в режиме off-line, когда не ожидается немедленной реакции на сообщение. При этом методе коммутации сообщение передается через несколько транзитных компьютеров, где оно целиком буферизуется на диске. (3)

При решении второй задачи были рассмотрены алгоритмы распределения информации на узлах связи при использовании методов коммутации.

По решению  третьей задачи был проведен сравнительный  анализ метода коммутации каналов и  коммутации пакетов, по пропускной способности  сети, готовности сети в установлении соединения,  эффективности передачи трафика и скорости распространения сигнала.

Список  литературы

Телекоммуникационные системы  и сети. Учебное пособие. В 3 томах. Том 1 – Современные технологии/ Б.И. Брук, В.Н. Попантонопуло,   В.П. Шувалов; под ред. профессора В.П. Шувалова.- Изд.3-е, испр. и доп. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 647 с.

Сети и телекоммуникации: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/С.А. Пескова, А.В. Кузин, А.Н. Волков.-3-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2008.-352 с.

http://lanhelper.ru/seti/2/25

http://rayax.ru/tex/slovar-k-p-1/430/index.html

http://fmi.asf.ru/Library/Book/Network/1_2.html Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. – Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. М.: Издательство ЭКОМ, 2001.-312 с.

http://www.cap-design.ru/ksptp/2_4_2_3.htm

http://www.google.ru/url?sa=t&source=web&cd=37&ved=0CDwQFjAGOB4&url http://www.ibond.ru/reading.php?id=321 http://teldig.ru/8/2.html

http://technologies.su/setevye_it http://www.l-nt.ru/22/149.html http://teldig.ru/8/6.html

http://teldig.ru/8/7.html http://teldig.ru/8/8.html http://teldig.ru/8/9.html

http://rayax.ru/tex/slovar-k-p-1/430/index.html

http://mgtuga.ucoz.ru/publ/seti_3_4_kurs/17_metody_kommutacii

Гольдштейн Б. С. Системы коммутации. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург , 2003. –318 с.