Коммутация пакетов

Технология коммутации пакетов основана на использовании асинхронного или статистического TDM. Она позволяет конечным системам передавать данные через сеть без монопольного использования каналов, т.е. ни один из каналов не занимается парой абонентских систем даже на время сеанса связи. Передаваемые по сети сообщения разбиваются на небольшие блоки, называемые пакетами (packet). Пакеты передаются по одному и тому же каналу связи по мере их поступления независимо от их источников и адресатов. Взаимодействующие системы занимают канал только на время передачи пакета.

Напомним, что в отличие от синхронного TDM, в асинхронном TDM нет четкой привязки между тайм-слотом и устройством назначения, поэтому в сетях с коммутацией пакетов передаваемые блоки данных необходимо снабжать адресной информацией. Каждый пакет обычно состоит из двух частей – заголовка, содержащего служебные данные, необходимые для управления доставкой пакета (адресную информацию, порядковый номер и т.д.), и данных, подлежащих передаче. Порядок обмена пакетами, их размер, а также конкретный состав их заголовка определяется соответствующим сетевым протоколом, поэтому в отличие от синхронного TDM, асинхронный TDM не является прозрачным для протоколов. В сетях с коммутацией пакетов требуется, чтобы абонентские устройства и устройства связи (коммутаторы, маршрутизаторы) поддерживали одни и те же протоколы.

Термин «пакет» в данном случае дал название технологии и является общим термином, который используется для обозначения передаваемого блока данных. На канальном уровне блок данных называется кадром, на сетевом — пакетом или дейтаграммой , на транспортном — сегментом.

Рис. 5.2 Коммутация пакетов
Рис. 5.2 Коммутация пакетов

Для повышения надежности сети с коммутацией пакетов, а также обеспечения распределения нагрузки, ее топология должна обеспечивать несколько путей передачи пакетов между взаимодействующими системами, т.е. между устройствами связи должны быть проложены резервные каналы. Устройства связи на основе адресной информации направляют пакеты по тем последовательностям каналов, которые в итоге позволяют достичь устройства-адресата. Устройство-адресат собирает поступившие пакеты в нужном порядке и формирует сообщение.

Устройства связи пакетной сети (коммутаторы, маршрутизаторы) отличаются от устройств сети с коммутацией каналов тем, что имеют внутреннюю буферную память. Она используется для временного хранения поступивших пакетов, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта и ожидает, когда дойдет его очередь на передачу. Для предотвращения переполнения буферов коммутаторов или маршрутизаторов используются специальные методы управления потоком(flow control).

Обычно буферизированные пакеты передаются через выходной порт устройства в том порядке, в котором они поступили, т.е. «первым пришел, первым ушел» (FIFO, First Input, First Output). Однако можно применять приоритеты, обеспечивая качество обслуживания (Quality of Service, QoS). В этом случае пакеты с более высоким приоритетом будут передаваться первыми.

Прежде чем принять решение о передаче пакета, устройство связи получает и анализирует его содержимое. В современных устройствах используются следующие методы коммутации, определяющие их поведение при получении пакета:

  • коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward);
  • коммутация без буферизации (cut-through).

Метод коммутации с промежуточным хранением исторически появился первым. Он заключается в том, что принятый пакет, прежде чем он будет передан, полностью копируется в буфер устройства и проверяется на наличие ошибок. Если имеются ошибки, пакет отбрасывается. Если ошибок нет, устройство связи с помощью специальной таблицы определяет выходной порт, через который пакет будет передан.

При коммутации без буферизации устройство связи копирует в буфер только адрес назначения и сразу начинает передавать пакет (предварительно определив выходной порт с помощью специальной таблицы), не дожидаясь его полного приема. Устройство связи при работе в этом режиме не выполняет проверку пакета на наличие ошибок, но коммутация выполняется быстрее, что уменьшает задержку передачи блоков данных (особенно больших). Однако в некоторых случаях, метод cut-through теряет свои преимущества в скорости передачи. Это может произойти, например, при перегрузке сети (переполнении приемных буферов сетевых устройств).

Коммутация пакетов основана на таблицах, которые хранятся в памяти и содержат информацию, позволяющую определить путь до места назначения пакета.

В зависимости от используемой технологии можно выделить два типа таблиц:

  • таблицы коммутации (Forwarding DataBase, FDB);
  • таблицы маршрутизации (Routing table).

Таблицы маршрутизации хранятся на маршрутизаторах (коммутаторах 3 уровня) и позволяют им принимать решение о том, куда передавать пакет на основе его адреса назначения сетевого уровня. Этот процесс называется маршрутизацией(routing) и выполняется он на сетевом уровне модели OSI. Маршрутизация позволяет передавать данные узлам, находящимся в разных локальных сетях или подсетях одной локальной сети. Подробнее маршрутизация будет описана в третьей части курса.

Коммутаторы локальных сетей принимают решение о том, в каком направлении передавать кадр на основе таблицы коммутации. Для этого они анализируют адрес канального уровня, содержащийся в кадре. Построение таблицы коммутации будет описано в главе 6.

Так как коммутация выполняется быстрее маршрутизации, то коммутаторы 3 уровня могут выполнять маршрутизацию на основе таблиц коммутации 3 уровня (L3 Forwarding DataBase).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

15 − два =