Analiza kašnjenja prijenosa glasa i podataka preko IP i Frame Relay mreža. Paketna telefonija

U osnovi, u modernim korporativnim mrežama mogu se razlikovati sljedeće vrste kašnjenja:

Kašnjenje obrade: Ovo je vrijeme potrebno ruteru da primi paket na ulaznom interfejsu i pošalje ga u odlazni red na odlaznom interfejsu. Kašnjenje obrade ovisi o sljedećim faktorima:

1. Brzina CPU;
2. CPU upotreba;
3. Arhitektura rutera;
4. Konfigurisane opcije za dolazne i odlazne interfejse.

• Kašnjenje u redu čekanja: Ovo je vrijeme u kojem se paket nalazi u redu za slanje. Ovaj tip latencija zavisi od faktora kao što su broj i veličina paketa koji su već u redu čekanja, propusni opseg interfejsa i mehanizam čekanja;
• Kašnjenje serijalizacije: Vrijeme potrebno da se okvir premjesti na fizički prijenosni medij;
• Kašnjenje širenja: Vrijeme koje je potrebno paketu da putuje od izvora do odredišta preko komunikacijskog kanala. Ovo kašnjenje u velikoj meri zavisi od medija prenosa.

Metode ograničavanja kašnjenja

• Ruter ima dovoljno snage da brzo i efikasno donosi odluke o daljem prosljeđivanju paketa. Latencija obrade, čekanja i serijalizacije ovisi o sljedećim faktorima:
• Prosječna dužina reda čekanja;
• Prosječna dužina paketa u redu čekanja;
• Propusnost komunikacijskog kanala.

Sledeće metode zadovoljavaju zahteve saobraćaja osetljivog na kašnjenje

• Povećati propusni opseg: Sa dovoljnom propusnošću, vrijeme čekanja u odlaznom redu se smanjuje, čime se smanjuje kašnjenje serijalizacije;
• Određivanje prioriteta saobraćaja koji je osjetljiv na kašnjenje: Ova metoda je fleksibilniji. algoritmi PG, CQ, MDRR i LLQ imaju značajan uticaj na kašnjenje koje uvodi red;
• Kompresija polja korisnog opterećenja: Kompresija polja korisnog opterećenja smanjuje ukupnu veličinu paketa, čime se suštinski povećava propusnost kanala za prenos. Budući da su komprimirani paketi manji od normalnih paketa, potrebno im je manje vremena za prijenos. Važno je zapamtiti da su algoritmi kompresije prilično složeni, a kompresija zajedno s dekompresijom može dodati dodatna kašnjenja;
• Kompresija zaglavlja paketa: Kompresija zaglavlja nije toliko CPU intenzivna kao kompresija polja korisnog opterećenja, stoga, ovaj mehanizamčesto se koristi zajedno s drugim algoritmima za smanjenje latencije. Kompresija zaglavlja je posebno relevantna za govorni promet.

Packet Loss

Tipično, gubitak paketa nastaje kada se bafer rutera prelije. Na primjer, paketi su u odlaznom redu na sučelju. U nekom trenutku, veličina reda dostiže svoj maksimum, a novi dolazni paketi se jednostavno odbacuju. Općenito, do gubitka paketa dolazi iz sljedećih razloga:

• Gubitak na dolaznom redu čekanja: ako nema dovoljno snage CPU-a (centralne procesorske jedinice) rutera, paketi se i dalje mogu gubiti na dolaznom interfejsu;
• Zanemarivanje paketa: Bafer rutera je pun, tako da se dolazni paketi jednostavno ignorišu;
• Greška u okvirima: Detekcija greške hardverskog okvira, kao što je ciklička provera redundanse (CRC).

Tipično, gubitak paketa je rezultat prevelikog opterećenja interfejsa.

Koriste se sledećim metodama i algoritmi za prevenciju gubitka paketa:

1. Povećanje protoka za sprečavanje zagušenja na interfejsu;
2. Osiguravanje dovoljne propusnosti i povećanje međuspremnika kako bi se osiguralo da se saobraćaj osjetljiv na kašnjenje premjesti na vrh reda;
3. Ograničite zagušenje ispuštanjem paketa sa niskim prioritetom prije nego što se interfejs prelije. Da bi postigao ovaj cilj, inženjer može koristiti algoritam Weighted Random Early Detection (WRED), koji će nasumično ispustiti promet koji je tolerantan na gubitke i pakete s unaprijed konfigurisanim niskim prioritetima.

relej okvira(FR) je protokol za komutaciju paketa koji se koristi u globalne mreže za prijenos velike brzine okviri ili paketi sa minimalnim kašnjenjima u komutacionom čvoru i za efektivna upotreba mrežni propusni opseg. Djeluje na sloj veze OSI modeli. Može se koristiti u LAN-u, u vremenskim multipleksiranim kanalima, kao iu mrežama sa komutacijom paketa i kola. U prenošenju, mreža prosljeđuje okvir do njegovog odredišta prema odredišnoj adresi koju sadrži. Umjesto kontrola toka, uključuje funkcije obavještavanja o zagušenju mreže, koristi duže okvire. Glavni faktor u poboljšanju brzine prijenosa je analiza greške u ovaj slučaj nije implementiran i relejni čvorovi ne šalju obavještenja ili zahtjeve za ponavljanje pogrešno primljenih okvira.

Kada se organizuje komunikacija zasnovana na mreži Frame Relay (FR), glavni dokument upravljanja je standard FRF.11. Jasno artikuliše funkcije VFRAD-a, kao i način na koji je telefonska oprema povezana sa njim, te mjesto VFRAD-a u strukturi mreže. Za kodiranje govora u FR, poželjno je koristiti ACELP vokoder opisan u ITU-T G.723.1. Izbor ovog vokodera je zbog najpovoljnijeg omjera kvaliteta govora i brzine prijenosa. Parametri kašnjenja nekih vokodera prikazani su u tabeli 1.1.

Tabela 1.1 - Kašnjenje nekih vokodera

Ukupno kašnjenje mreže je veličina koja se sastoji od sljedećih komponenti:

a) kašnjenje akumulacije. Ovo kašnjenje je uzrokovano potrebom da se pripremi okvir iz niza govornih uzoraka koje će obraditi vokoder. Vrijednost ovog kašnjenja će biti jednaka veličini okvira (trajanje) odabranog tipa vokodera. Vrijeme pripreme za jedan govorni uzorak je 125 μs.

b) Kašnjenje kodiranja. Kako ne bi došlo do dodatnog kašnjenja kao rezultat samog procesa kodiranja, potrebno je odabrati procesor digitalnog signala takvih performansi da kašnjenje kodiranja bude manje ili, najmanje, je jednako kašnjenju akumulacije.

Slika 1.6 prikazuje dijagram povezivanja telefonske opreme na Frame Relay mrežu.

Slika 1.6 – Organizaciona šema telefonska veza preko mreže za prijenos okvira

Za određenost, pretpostavljamo da pretplatnici dva čvora koriste telefonske usluge. Za to je dodijeljen stalni virtuelni kanal u okviru kojeg se može organizirati do 255 govornih putanja (potkanala). Teoretski, maksimalna garantovana brzina prenosa preko virtuelnog kanala (CIR) ne može premašiti propusnost fizičkog komunikacionog kanala koji povezuje mrežne čvorove.

Pretpostavimo da tri govorna trakta funkcionišu u jednom virtuelnom kanalu. To znači da će okvir FR, prema standardu FRF.11, imati oblik prikazan na slici 1.7.

Slika 1.7 – Frame Relay format okvira za jedan govorni podkanal.

Iz slike se može vidjeti da je ukupna veličina FR okvira 28 bajtova. Od toga, 20 bajtova je korisno opterećenje. Na osnovu uslova da svaki govorni okvir treba da se prenosi brzinom od 5,3 kbps, brzina okvira Frame Relay preko komunikacionog kanala treba da bude 7,4 kbps (20 bajtova koji čine okvir govora treba da se prenesu brzinom od 7,4 kbps za pravovremena isporuka govornog okvira). Ovaj izlaz pokazuje da je 22,2 kbps propusnog opsega kanala potrebno za organizovanje tri govorne putanje (7,4 kbps 3 = 22,2 kbps), a to znači da je nemoguće organizovati tri govorne putanje u kanalu od 19,2 kbps. Moguće je organizovati samo dva vokalna trakta. U slučaju organizovanja dve govorne putanje potrebno je 14,8 kbps propusnog opsega komunikacionog kanala.

Stoga, radi lakšeg razmatranja, uvodimo takav uslov da je jedan virtuelni kanal organizovan u mreži koja sadrži jednu govornu putanju. U ovom slučaju, veličina okvira bi bila 28 bajtova i stoga bi se morala prenositi brzinom od 7,4 kbps.

Slika 1.8 prikazuje dijagram distribucije kašnjenja do kojih dolazi pri prijenosu glasa preko Frame Relay mreže korporativne mreže za prijenos podataka.

Pretpostavimo da nema dodatnog opterećenja na mreži. Dakle, na osnovu gornje šeme distribucije kašnjenja, a takođe uzimajući u obzir broj tranzitnih čvorova tokom prenosa govorni signal od pretplatnika do pretplatnika, moguće je sa dovoljnom preciznošću odrediti vrijednost ukupnog kašnjenja u prijenosu glasovnog signala preko Frame Relay mreže podataka u skladu sa sljedećim odnosom:

T=(t akumulirano + t obrađeno + t zadnje) +…+ (t distribuirano + t zadnje) +…+ (t distribuirano + t zadnje + t obrađeno), (1.1)

Sekvencijalno kašnjenje se izračunava iz minimalno dozvoljenog uslova da će se okviri Frame Relaya od čvora do čvora prenijeti sa konstantna brzina 7,4 kbps. Kašnjenje širenja signala izračunato je iz uslova da se prijenos vrši koaksijalni kabl, a u skladu sa preporukom ITU G.I 14 izračunava se iz omjera:

kašnjenje propagacije (ms) = 0,004 dužina veze (km).

Kao što je gore opisano, organizacija glasovne komunikacije preko IP mreže zasniva se na korištenju H.323 protokola. Glavni uređaji koji obezbeđuju prenos glasa su H.323 gateway, na koji se mogu povezati PBX ili pojedinačni telefonski aparati, i govorni terminal. Kao govorni terminal, posebno, može biti PC udaljeni pretplatnik korporativne mreže, opremljen odgovarajućim hardverom i softverom.

Kašnjenje širenja signala u IP mreži izračunava se iz uslova da se prenos vrši preko koaksijalnog kabla, au skladu sa preporukom ITU-T G. 114 izračunava se iz omjera:

kašnjenje propagacije (ms) = 0,004 dužina veze (km)

Slika 1.8 - Šema distribucije kašnjenja u mreži podataka Frame Relay

Slika 1.9 prikazuje dijagram distribucije kašnjenja u prijenosu govora preko IP mreže.

Na osnovu gornje sheme distribucije kašnjenja, a također uzimajući u obzir broj tranzitnih čvorova, prilikom prijenosa glasovnog signala od pretplatnika do pretplatnika, moguće je sa dovoljnom točnošću odrediti ukupno kašnjenje u prijenosu glasovnog signala preko IP-a. podatkovne mreže, u skladu sa sljedećim odnosom:

T=(t memorija + t proces + t LAN + t zadnja komunikacija) +…+ (t distribucija + t zadnja komunikacija + t zadnja ruta) +…+

+..+ (t distribucija + t zadnja komunikacija + t zadnja ruta + t LAN + t proces), (1.2)

gdje je t akumulirano - kašnjenje akumulacije (t akumulirano =30 ms);

t obrada - kašnjenje obrade (t obrada =30 ms);

t poslije - sekvencijalno kašnjenje (t poslije =30 ms);

t spread - kašnjenje širenja (t spread =30 ms).

Slika 1.9 - Šema distribucije kašnjenja u IP mreži

Jedan od najvažnijih zahtjeva za projektovanje mreže je osiguranje interoperabilnosti telefonske signalizacije. Najviše su opremljene centrale korporativnih mreža razni interfejsi. Da bi svaka filijala imala pouzdanu telefonsku vezu, potrebno je sve održavati standardni tipovi alarmi. Bilo koja grana se može povezati putem različitog signalnog interfejsa, u zavisnosti od toga na koju rutu je poziv preusmeren (ili preusmjeren). Kompatibilnost tipova signalizacije i njihova transformacija neophodni su za organizovanje pouzdane i stabilne telefonske komunikacije u mreži sa komutacijom paketa.

Usklađenost sa standardima osigurava nesmetano umrežavanje opreme različitih proizvođača. Ne zaboravite da je ključ za izgradnju efikasne i pouzdane mreže testiranje i ponovno testiranje.

Zapamtite da paketna telefonija ne samo da pruža značajne uštede telefonski računi, ali i pridonosi masi dodatne funkcije. To uključuje:

digitalna govorna interpolacija. Ovim terminom Motorola označava mehanizam koji podržava prenos podataka tokom pauza u telefonskom razgovoru;
poništavanje eha na bližem i daljem kraju veze. Eho ometa telefonski razgovor i nastaje zbog neusklađenosti između ulazne i izlazne impedanse diferencijalni sistemi, omogućavajući prijelaz sa dvožične na četverožičnu liniju na lokalnim centralama;
faksimil preko IP ili FR. Omogućava slanje faksova u paketnim mrežama;
audio emitovanje- prenos obavještenja istovremeno u više poslovnica;
upotreba centralizovani preklopni sto. Ova tabela uvelike pojednostavljuje proširenje mreže, budući da je potrebno konfigurisati samo jedan telefonski komutacioni centar;
podrška za tonsko i pulsno biranje. Osigurava kompatibilnost telefonski aparati drugačiji tip;
aplikacija serijski broj . Omogućava vam da se povežete sa organizacijom na bilo kojoj od slobodnih linija, ujedinjenih u grupu pod jednim brojem. Integrisani glasovni pristupni uređaj deluje kao PBX koji vrši dinamičku distribuciju poziva preko neaktivnih linija;
prijenos glasa i podataka preko jednog DLCI. Pomaže u uštedi značajnog novca: korisnik plaća samo jedan DLCI, koristeći ga i za prenos podataka i za sve odlazne pozive;
alternativno usmjeravanje poziva. Ako je glavni kanal zauzet ili ne radi, možete pozvati na rezervnoj ruti;
grupisanje telefonskih kanala. Kombinacijom više glasovnih paketa u jedan IP paket ili FR okvir, smanjeni su zahtjevi za nadzemnim prometom i propusnošću mreže;
potiskivanje pauze. Kanal se oslobađa od prenošenja "praznih" paketa tokom pauza u telefonskom razgovoru, a kao rezultat toga, dodatni propusni opseg se obezbjeđuje drugom saobraćaju.

Tokom faze planiranja, važno je razumjeti i trenutne i potencijalne potrebe organizacije. Razlog je jednostavan: potrebno vam je stabilno, pouzdano i izvodljivo rješenje. Garancije proizvođača koje se odnose na nadogradnju softvera i hardver za podršku budućim standardima su izuzetno važni za pouzdana zaštita ulaganja.

Klase, vrste i kvaliteta

Određujući koje klase pogodnosti (CoS) i kvalitet (QoS) usluge pružaju, trebali biste razumjeti kako se oni međusobno razlikuju u odnosu na paketnu telefoniju.

CoS- ovo je način da se poboljšaju uslovi za transport podataka, postavlja se šema za postavljanje prioriteta različite vrste mrežni promet. Originalni FR standard nema mehanizam koji bi dozvolio da jedan paket ima prednost nad drugim. Iz tog razloga, svaki pristupni čvor bi trebao implementirati CoS: tada će podaci dobiti prioritet prije nego što uđu u mrežu. Tako je izgrađeno moderna mreža VoFR. U ovom scenariju, govor i bilo koji drugi promet u realnom vremenu, kao što je video, imaju prioritet u odnosu na druge podatke prije ulaska u mrežu. Nakon što su informacije unesene mrežni oblak, svi okviri se smatraju jednakim.

IP v.4 također nema CoS mehanizam. IP v.6 (koji se naziva i IPng, gdje "ng" znači "sljedeća generacija") omogućava vam da postavite prioritete, ali je malo vjerovatno da će ova verzija postati široko rasprostranjena čak i početkom sljedećeg stoljeća. IP v.6 uvodi dodatna kašnjenja zbog povećanja na 40 bajtova (in osnovna konfiguracija) veličina zaglavlja. U međuvremenu, RTP, RSVP i ToS (tip usluge) protokoli mogu pružiti privremeno rješenje za probleme CoS-a u današnjim poslovnim i privatnim IP mrežama.

ToS- jedan od mnogih jednostavne načine prioritet u postojećim IP mrežama, iako ToS polje nije dio originalne IP v.4 specifikacije. ToS polje se sastoji od samo jednog bajta, ali je njegova implementacija prepoznata kao suviše komplikovana, zbog čega je dugo godina ostala u zaboravu. Ali u multimedijalnom bumu, prednosti su veće od mana. Polje ToS specificira parametre kašnjenja i propusnosti, kompatibilno je sa protokolima rutiranja kao što je OSPF i osigurava da se poštuje prioritet paketa tokom njegovog putovanja kroz mrežu. Mnogi dobavljači su počeli da implementiraju ToS u svoje uređaje kao prvi korak ka klasifikaciji usluga u IP mrežama.

QoS poboljšava komunikaciju između dvije krajnje tačke dodjeljivanjem garantovane propusnosti za ovo. PSTN sa komutacijom kola pruža veoma visok kvalitet usluge iz jednostavnog razloga što kada se konekcija uspostavi, njeni pretplatnici imaju na raspolaganju namenski komunikacioni kanal. S druge strane, nije moguće implementirati CoS u PSTN jer se obezbjeđuju namjenski, a ne zajednički kanali.

Paketna telefonija zahtijeva fundamentalno drugačiji pristup QoS-u, budući da su mreže podataka medij resursa dijeljenje. CIR ugovori i stalni virtuelni kanali(PVC) FR mreže garantuju alokaciju propusnog opsega potrebnog za telefonske komunikacije. Fleksibilni protokoli u realnom vremenu idu dalje jednostavna definicija CIR parametar. Oni omogućavaju da se glas i podaci multipleksiraju na uobičajenom PVC-u, ili razdvoje u zasebne PVC-ove, ovisno o aplikaciji, konfiguraciji mreže i uključenoj cijeni. Osim toga, zbog dodjele Bc FR daje fleksibilnost za prijenos "rafala" prometa tokom sati najveće opterećenje. Pretplatnik se može pretplatiti na pristup FR mreži i plaćati kanal na osnovu prosječnih potreba svoje mreže, dobijajući pravo, ako je potrebno, da prenosi promet iznad utvrđene norme.

FR ili IP

PSTN infrastruktura je zasnovana na vremenski testiranoj telefonski kablovi. Bakarna parica je osnova pretplatničkih mreža širom svijeta, čija se ukupna dužina mjeri milionima kilometara.

Paketna telefonija razbija ovu ovisnost o određeni tip medija i pruža fleksibilnost u upotrebi širok rasponžične i radio uređaje. Komutacija paketa omogućava prijenos preko bakra, optičkih vlakana, koaksijalnog kabla, radija ili bilo kojeg drugog medija koji bi mogao biti dostupan u budućnosti. Ova prednost omogućava organizacijama da uspostave isplative kablovski sistem, lako proširivo za buduće potrebe, i alternativni operateri- izbjegavajte troškove najma pretplatničke linije od regionalnih telefonskih kompanija.

Tehnologija paketne telefonije uklanja ograničenja na mediju za prenos. Razlikuju se protokoli za prijenos podataka fizički sloj samostalno, omogućavajući end-to-end konekciju preko heterogenih fizičkih infrastruktura.

Ima ih nekoliko fundamentalne razlike u principima FR i IP mrežnih usluga razne vrste saobraćaja. Dakle, FR standardi su zasnovani na EMOS-u od sedam nivoa. Iz ovoga možemo zaključiti da svaki komunikacijski sloj ima svoje, neovisne o drugim razinama, protokole. Prednost ovog pristupa je fleksibilnost integracije novih protokola u ovaj model. Iako se IP često povezuje sa EMOS-om, definicije ovaj protokol manje stroga. Ovo se objašnjava činjenicom da je IP razvijen prije stvaranja EMWOS-a. Kako god bilo, sada se EMWOS koristi kao teorijski model za opisivanje bilo kojeg protokola, što olakšava razumijevanje njihove osnovne strukture.

FR radi nezavisno od nivoa EMOS-a od trećeg (mrežnog) do sedmog (primijenjenog). Podrška za standarde kao što je RFC 1490 danas je posebno važna jer omogućava da se FR poveže sa važnim protokolima kao što su IP, IPX i SNA.

Implementacija paketne telefonije zahtijeva kreiranje nova osnova, što će ga još bliže povezati sa FR. Takvu specifikaciju je već pripremio Frame Relay Forum u FRF.11.

Nedavni multimedijalni standard Međunarodne unije za telekomunikacije (ITU) H.233 dizajniran je za mreže koje ne garantuju isporuku informacija. H.323 je zapisan na nivo desktopa i definiše osnove audio, video i kompjuterska komunikacija u paketnim mrežama, uključujući one koje rade preko IP i FR protokola. Ovaj standard pruža način na koji uređaji različitih proizvođača mogu "pregovarati" o svojim mogućnostima tokom procesa komunikacije (na primjer, slanjem zahtjeva poput "Da li podržavate video?"), a zatim aktivirati dostupne funkcije. Podskup H.323 standarda je usko povezan sa IP-om, koji omogućava upotrebu svih vrsta komunikacija, uključujući video i audio konferencije (VoIP), kao i interaktivnu korespondenciju tipa bele table.

Sa stanovišta implementacije uobičajenog telefonski razgovor, razlika između VoIP-a i VoFR-a možda ne izgleda toliko značajna. Kontrast između ovih transportnih protokola postaje posebno uočljiv kada se analiziraju mogućnosti prenosa saobraćaja podataka koji nije vezan za protokole porodice IP (tj. SNA, IPX i čitavu grupu naslijeđenih protokola). Ovde je najviše snage F.R.

* * *

Promjena paradigme paketne telefonije imat će pozitivan i trajan utjecaj na razvoj telekomunikacijske industrije. Paketna telefonija je već značajno promijenila odnos u ovoj industriji. Ali još značajnije će biti promjene koje će se dogoditi pojavom na tržištu uređaja i tehnologija s novim korisnim i učinkovitim funkcijama. Na primjer, u prvoj polovini sljedeće decenije očekuje se da će se pojaviti algoritmi kompresije koji će omogućiti prijenos govora u propusnom opsegu od čak 2,4 kbit/s.

Sa konvergencijom telefona i kompjuterske mreže treba očekivati ​​smanjenje troškova usluga i veći izbor pretplatnika. Telefonska povezanost u narednoj deceniji će verovatno biti veoma drugačija od današnje. Biće moguće zvati putem PSTN, ISDN-a, ATM-a, FR-a ili IP-a ili bilo koje njihove kombinacije.

Ali ne zaboravite na prednosti koje danas pruža paketna telefonija. Nemojte odlagati implementaciju VoIP-a ili VoFR-a na najčešće korištenim mrežama vaše kompanije, gdje će ove tehnologije donijeti brze ekonomske povrate i konkurentsku prednost. Zatim prijeđite na sljedeću fazu.

U zaključku, želim reći da ne možete implementirati multimedijalnu komunikaciju u postojeće rutirane mreže bez razumijevanja suštine IP-a i FR-a. Ekonomski efikasno rešenje omogućava pružanje usluga paketne telefonije Visoka kvaliteta, može se kreirati samo nakon pažljivog dizajna mreže. Postojala je zabluda da ih je potrebno radikalno promijeniti da bi se paketna telefonija integrirala u postojeće mreže. Ovo gledište je daleko od istine.

Paketna telefonija postaje logično proširenje funkcionalnosti bilo koje korporativne IP ili FR mreže. Njegovu uspješnu implementaciju određuje kvalitet dizajna mreže – posebno kako će se upravljati opterećenjem i koje metode rješavanja zagušenja će se koristiti (ovo je vrlo važno kod prijenosa izohronog prometa). Paketna telefonija se može integrirati u postojeću korporativne mreže a uključeni troškovi nisu srazmjerni potencijalnim koristima.

O AUTORU

Jedna od razlika između metode komutacije paketa i metode komutacije kola je nesigurnost u propusnosti veze između dva pretplatnika. U metodi komutacije kola, nakon formiranja kompozitnog kanala, poznat je kapacitet mreže za prijenos podataka između krajnjih čvorova - to je kapacitet kanala. Podaci nakon kašnjenja povezanog sa uspostavljanjem kanala, počinju da se prenose maksimalnom brzinom za kanal (slika 2.31, a). Vrijeme prijenosa poruke u mreži s komutacijom kola Tk.k. jednak je zbiru kašnjenja širenja signala duž komunikacione linije 1s.r. i kašnjenje prijenosa poruke 1z.p.. Kašnjenje širenja signala ovisi o brzini propagacije elektromagnetnih talasa u određenom fizičko okruženje, koja se kreće od 0,6 do 0,9 brzine svjetlosti u vakuumu. Vrijeme prijenosa poruke je V/C, gdje je V veličina poruke u bitovima, a C propusnost kanala u bitovima u sekundi.

Mreža sa komutacijom paketa vidi fundamentalno drugačiju sliku.

Rice. 2.31. Kašnjenja u prijenosu podataka u mrežama s komutacijom kola i paketima

Procedura uspostavljanja veze u ovim mrežama, ako se koristi, traje približno isto vrijeme kao u mrežama s komutacijom kola, tako da ćemo usporediti samo vrijeme prijenosa podataka.

Na sl. 2.31 prikazuje primjer prijenosa u mreži s komutacijom paketa. Pretpostavlja se da se u mrežu prenosi poruka iste veličine kao poruka prikazana na sl. 2.31, a, međutim, podijeljen je na pakete, svaki sa zaglavljem. Vrijeme prijenosa poruke u mreži s komutacijom paketa je označeno sa

na slici. Kada se ova poruka, podijeljena na pakete, prenese preko mreže s komutacijom paketa, dolazi do dodatnih vremenskih kašnjenja. Prije svega, to su kašnjenja u izvoru prijenosa, koja, osim što prenosi samu poruku, troši dodatno vrijeme za prijenos tn.s. zaglavlja, ovome se dodaju i tmrr kašnjenja, uzrokovana intervalima između prijenosa svakog sljedećeg paketa (ovo vrijeme se troši na formiranje sljedećeg paketa od strane steka protokola).

Drugo, dodatno vrijeme se troši na svaki prekidač. Ovdje su kašnjenja zbir vremena baferiranja paketa t6.n. (switch ne može započeti slanje paketa bez da ga u potpunosti prihvati u svom baferu) i vrijeme prebacivanja od 1k. Vrijeme međuspremnika je jednako vremenu potrebnom za primanje paketa pri bitskoj brzini protokola. Vrijeme prebacivanja je zbir vremena čekanja paketa u redu čekanja i vremena prelaska paketa do izlaznog porta. Ako je vrijeme putovanja paketa fiksno i obično malo (od nekoliko mikrosekundi do nekoliko desetina mikrosekundi), tada vrijeme čekanja paketa u redu čekanja varira u vrlo širokom rasponu i nije poznato unaprijed, jer ovisi o trenutnoj mreži učitavanje paketima.

Napravimo grubu procjenu kašnjenja u prijenosu podataka u mrežama s komutacijom paketa u usporedbi s mrežama s komutacijom kola koristeći najjednostavniji primjer. Neka testna poruka koja se prenosi u oba tipa mreža bude 200 KB. Pošiljalac se nalazi na udaljenosti od 5000 km od primaoca. Propusnost komunikacionih linija je 2 Mbps.

Vrijeme prijenosa podataka preko mreže s komutacijom kola je zbir vremena

ni širenje signala, koje se za udaljenost od 5000 km može procijeniti na približno 25 ms, ni vrijeme prijenosa poruke, koje uz propusnost

2 Mbit/s i dužina poruke od 200 KB je približno 800 ms, odnosno ukupan prenos podataka je trajao 825 ms.

Procijenimo dodatno vrijeme koje će biti potrebno za slanje ove poruke preko mreže s komutacijom paketa. Pretpostavićemo da put od pošiljaoca do primaoca prolazi kroz 10 prekidača. Originalna poruka je podijeljena na 1K paketa, ukupno 200 paketa. Prvo, procijenimo kašnjenje koje se dogodilo na izvornom čvoru. Pretpostavimo da je udio objavljenih informacija o uslugama;

zaglavlja paketa, u odnosu na ukupan obim poruke je 10%. Stoga, dodatno kašnjenje povezano s prijenosom zaglavlja paketa iznosi 10% vremena prijenosa cijelu poruku, tj. 80 ms. Ako uzmemo interval između slanja paketa jednak 1 ms, onda će dodatni gubitak zbog intervala biti 200 ms. Ukupno je došlo do dodatnog kašnjenja od 280 ms na izvornom čvoru zbog paketizacije poruke tokom prijenosa.

Svaki od 10 prekidača uvodi kašnjenje prebacivanja koje može uvelike varirati, od frakcija do hiljada milisekundi. AT ovaj primjer pretpostavimo to prebacivanje traje u prosjeku 20 ms. Osim toga, kašnjenje paketa u međuspremniku javlja se dok poruke prolaze kroz komutator. Ovo kašnjenje je 4 puta veće od vrijednosti 1K paketa i propusnosti linije od 2Mbps.Ukupno kašnjenje koje uvodi 10 prekidača je približno 240ms. Kao rezultat toga, dodatno kašnjenje koje je stvorila mreža s komutacijom paketa bilo je 520 ms. S obzirom da je cijeli prijenos podataka u mreži s komutacijom kola trajao 825 ms, ovo dodatno kašnjenje se može smatrati značajnim.

Iako je gornji proračun vrlo približan, ali čini razumljivijim one razloge koji dovode do toga da proces prijenosa

određenog para pretplatnika u mreži sa komutacijom paketa je sporija nego u mreži sa komutacijom kola.

Neograničeni propusni opseg mreže sa komutacijom paketa je cena koju treba platiti za njenu ukupnu efikasnost, uz izvesno kršenje interesa pojedinačnih pretplatnika. Slično, u višeprogramskom operativnom sistemu, vrijeme izvršenja aplikacije ne može se unaprijed predvidjeti, jer ovisi o broju drugih aplikacija sa kojima aplikacija dijeli procesor.

Na efikasnost mreže značajno utiče veličina paketa koje mreža prenosi. Previse velike veličine paketi približavaju mrežu sa komutacijom paketa mreži sa komutacijom kola, pa se efikasnost mreže smanjuje. Paketi koji su premali značajno povećavaju opterećenje, budući da svaki paket nosi zaglavlje fiksne dužine, a broj paketa na koje se poruke dijele dramatično će se povećati kako se veličina paketa smanjuje. Postoji neka zlatna sredina koja osigurava maksimalnu efikasnost mreže, ali ju je teško tačno odrediti, jer zavisi od mnogo faktora, od kojih se neki stalno mijenjaju tokom rada mreže. Stoga dizajneri protokola za mreže sa komutacijom paketa biraju granice unutar kojih može biti dužina paketa, odnosno njegovog polja podataka, budući da zaglavlje, po pravilu, ima fiksnu dužinu. Obično se bira donja granica polja podataka nula, koji omogućava slanje servisnih paketa bez korisničkih podataka, a gornja granica ne prelazi 4 kilobajta. Aplikacije prilikom prijenosa podataka pokušavaju preuzeti maksimalna veličina polja podataka kako bi razmjena podataka bila brža, a mali paketi se obično koriste za potvrde o isporuci paketa.

Prilikom odabira veličine paketa, mora se uzeti u obzir i brzina bitne greške kanala. Na nepouzdanim vezama potrebno je smanjiti veličinu paketa, jer se na taj način smanjuje količina retransmitiranih podataka kada su paketi oštećeni.

2.4.3. Prebacivanje poruka

Ispod prebacivanje poruka odnosi se na prenos jednog bloka podataka između tranzitnih mrežnih računara sa privremenim baferovanjem ovog bloka na disk svakog računara (slika 2.32). Poruka, za razliku od paketa, ima proizvoljnu dužinu, koja nije određena tehnološkim razmatranjima, već sadržajem informacija koje čine poruku. Na primjer, poruka bi mogla biti Tekstualni dokument, fajl sa programskim kodom, e-mail.

Tranzitni računari mogu biti međusobno povezani bilo mrežom sa komutacijom paketa ili mrežom sa komutacijom kola. Poruka je pohranjena na disku na tranzitnom računaru, a vrijeme zadržavanja može biti prilično dugo ako je računar zauzet drugim poslovima ili je mreža privremeno preopterećena.

Ova šema obično šalje poruke koje ne zahtijevaju hitan odgovor, najčešće e-mail poruke. Poziva se način prijenosa memorije i diska "skladištenje i prijenos (prodavnica- i- naprijed).

Režim prebacivanja poruka rasterećuje mrežu da prenosi saobraćaj koji zahteva brz odgovor, kao što je saobraćaj WWW servisa ili servisa datoteka.

Rice. 2.32. Prebacivanje poruka

Trude se da što više smanje broj tranzitnih kompjutera. Ako su računari povezani na mrežu sa komutacijom paketa, tada se broj posrednih računara obično smanjuje na dva. Na primjer, korisnik šalje e-mail poruku svom serveru za odlaznu poštu, koji odmah pokušava poslati poruku primaočevom serveru za dolaznu poštu. Ali ako su računari međusobno povezani telefonskom mrežom, tada se često koristi nekoliko posrednih servera, jer direktan pristup konačnom serveru možda nije moguć u ovog trenutka zbog preopterećenja telefonske mreže (pretplatnik je zauzet) ili ekonomski neisplativ zbog visokih tarifa za međugradsku telefonsku komunikaciju,

Tehnika komutacije poruka pojavila se u računarskim mrežama ranije od tehnike komutacije paketa, ali je potom zamenjena potonjom, jer je bila efikasnija u pogledu mrežnog propusnog opsega. Pisanje poruke na disk oduzima dosta vremena, osim toga, prisustvo diskova zahtijeva specijalizirane računare kao prekidače, što povećava cijenu mreže.

Danas, prebacivanje poruka radi samo za neke usluge koje nisu u realnom vremenu, najčešće preko mreže sa komutacijom paketa kao usluga na nivou aplikacije.

U mrežama se za povezivanje pretplatnika koriste tri komutacijske metode: komutacija kola, komutacija paketa i komutacija poruka.

I komutacija kola i komutacija paketa mogu biti dinamički ili uporni.

U mrežama sa komutacijom kola, pretplatnici povezuju kompozitni kanal sa mrežnim prekidačima na zahtev jednog od pretplatnika.

Za zajedničko razdvajanje kanala između mrežnih prekidača, nekoliko pretplatničkih kanala koristi dvije tehnologije: frekvencijsku podjelu kanala (FDM) i podjelu kanala u vremenu (TDM). Frekvencijska podjela je karakteristična za analognu modulaciju signala, a vremenska podjela je karakteristična za digitalno kodiranje.

Mreže sa komutacijom kola su dobre u prebacivanju tokova podataka konstantnog intenziteta, na primjer, tokova podataka kreiranih od strane sagovornika koji razgovaraju telefonom, ali ne mogu dinamički preraspodijeliti propusni opseg magistralnih kanala između tokova pretplatničkih kanala.

Mreže sa komutacijom paketa su posebno dizajnirane da efikasno prenose brzi kompjuterski saobraćaj. Baferovanje paketa različitih pretplatnika u komutatorima omogućava izglađivanje neujednačenog intenziteta saobraćaja za svakog pretplatnika i ravnomerno učitavanje komunikacionih kanala između komutatora.

Mreže sa komutacijom paketa rade efikasno u smislu da je količina podataka koja se prenosi od svih mrežnih pretplatnika po jedinici vremena veća nego kada se koristi mreža sa komutacijom kola. Međutim, za svaki par pretplatnika, propusnost mreže može biti niža od one mreže sa komutacijom kola zbog redova paketa u prekidačima.

Mreže sa komutacijom paketa mogu funkcionisati u jednom od dva načina: režimu datagrama ili režimu virtuelnog kola.

Veličina paketa značajno utiče na performanse mreže. Tipično, paketi u mrežama imaju maksimalnu veličinu od 1-4 KB.

Prebacivanje poruka je dizajnirano da organizuje interakciju korisnika u off-line modu, kada se ne očekuje trenutni odgovor na poruku. Ovim načinom prebacivanja poruka se prenosi kroz nekoliko tranzitnih računara, gdje se u cijelosti čuva na disku.

Pitanja i vježbe

1. Mogu li digitalne komunikacijske linije prenositi analogne podatke?

2. Koja bi bila teorijska granica u bitovima u sekundi za kanal sa propusnim opsegom od 20 kHz ako je snaga predajnika 0,01 mW, a snaga šuma u kanalu 0,0001 mW?

3. Odrediti propusni opseg komunikacionog kanala za svaki od pravaca dupleks moda, ako je poznato da je njegov propusni opseg 600 kHz, a u metodi kodiranja se koristi 10 signalnih stanja.

4. Izračunajte kašnjenje širenja signala i kašnjenje prijenosa podataka za slučaj prijenosa paketa od 128 bajta:

Preko 100 m kabla upredene parice sa brzinom prenosa od 100 Mbps;

Koaksijalni kabl dužine 2 km sa brzinom prenosa od 10 Mbps;

Satelitski geostacionarni kanal dužine 72.000 km sa brzinom prenosa od 128 Kbps.

Smatrajte da je brzina širenja signala jednaka brzini svjetlosti u vakuumu od 300.000 km/s.

5. Koji okvir će predajnik prenijeti na liniju ako radi tehnikom bitova sa 7E zastavicom, a na ulazu predajnika se prima sekvenca 24 A5 7E 56 8C (sve vrijednosti su heksadecimalne)?

6. Objasnite iz kojih razloga je propusni opseg od 64 Kbps odabran za osnovni kanal digitalnih telefonskih mreža?

7. Navedite metode kompresije koje su najprikladnije za tekstualne informacije. Zašto su neefikasni za kompresiju binarnih podataka?

8. Predložite kodove nejednake dužine za svaki od znakova A, B, C, D, F i O, ako želite da pošaljete poruku BDDACAAFOOOAOOOO. Hoće li se postići kompresija podataka u odnosu na korištenje:

u tradicionalnim ASCII kodovima?

Kodovi jednake dužine, uzimajući u obzir prisustvo samo ovih znakova?

9. Kako predajnik utvrđuje da li je pozitivna potvrda izgubljena u metodi kliznog prozora?

10. Mreža sa komutacijom paketa doživljava zagušenje. Da bi se riješila ova situacija, treba li povećati ili smanjiti veličinu prozora u protokolima mrežnih računala?

11. Kako pouzdanost komunikacionih linija u mreži utiče na izbor veličine prozora?

12. Šta je redundantnost TDM tehnologije?

13. Koji metod komutacije je efikasniji: komutacija kola ili komutacija paketa?

14. Objasnite razliku između ova tri koncepta:

Logičke veze na kojima se zasnivaju neki protokoli;

Virtualna kola u mrežama s komutacijom paketa;

Kompozitni kanali u mrežama sa komutacijom kola.

Osnovne LAN tehnologije

Trajno i dinamičko prebacivanje

Kako mreže sa komutacijom paketa, i mreže sa komutacijom kola mogu se podijeliti u dvije klase:

• mreže sa dinamičko prebacivanje ;
• mreže sa trajno prebacivanje.

U mrežama sa dinamičko prebacivanje:

• dozvoljeno je uspostavljanje veze na inicijativu korisnika mreže;
• prebacivanje se vrši samo za vrijeme trajanja komunikacijske sesije, a zatim se (na inicijativu jednog od korisnika) prekida;
• in opšti slučaj korisnik mreže može se povezati s bilo kojim drugim korisnikom mreže;
• vrijeme veze između para korisnika na dinamičko prebacivanje traje od nekoliko sekundi do nekoliko sati i završava se nakon obavljenog određenog posla - prijenosa datoteke, pregledavanja stranice teksta ili slike itd.

Primjeri mreža koje podržavaju način rada dinamičko prebacivanje, are telefonske mreže zajednička upotreba, lokalne mreže, TCP/IP mreže .

Mreža radi u režimu trajno prebacivanje:

• omogućava paru korisnika da naruči vezu na duži vremenski period;
• vezu ne uspostavljaju korisnici, već osoblje koje opslužuje mrežu;
• period za koji je trajno prebacivanje, obično je nekoliko mjeseci;
• način trajnog prebacivanja u mreže sa komutacijom kolačesto zovu posvećena usluga(namjenski) ili iznajmljeni (iznajmljeni) kanali;
• kada se stalna veza preko mreže prekidača uspostavi automatskim procedurama koje pokreće servisno osoblje, često se naziva polutrajna (polutrajna) veza, za razliku od ručnog konfigurisanja svakog prekidača .

Većina popularne mreže radi u režimu trajno prebacivanje, danas su mreže SDH tehnologije, na osnovu kojih se grade namjenski komunikacioni kanali propusnost nekoliko gigabita u sekundi.

Neke vrste mreža podržavaju oba načina rada. Na primjer, X.25 i ATM mreže mogu pružiti korisniku mogućnost dinamičkog kontaktiranja bilo kojeg drugog korisnika mreže i istovremeno slanje podataka putem trajne veze određenom pretplatniku.

Propusnost mreža sa komutacijom paketa

Jedna od razlika između metoda komutacija paketa iz metode prebacivanje kola je neizvjesnost propusni opseg veze između dva pretplatnika. Kada prebacivanje kola nakon formiranja kompozitnog kanala propusnost mreža kada se prenose podaci između krajnjih čvorova je poznata - ovo propusnost- kanal. Podaci nakon kašnjenja povezanog sa uspostavljanjem kanala, počinju da se prenose maksimalnom brzinom za kanal (slika 7.1). Vrijeme prijenosa poruke mreže sa komutacijom kola T k.k. jednak je zbiru kašnjenja širenja signal komunikacijske linije i kašnjenja u prenosu poruke. Propagation Delay Signal ovisi o brzini širenja elektromagnetnih valova u određenom fizičkom mediju, koja se kreće od 0,6 do 0,9 brzine svjetlosti u vakuumu. Vrijeme prijenosa poruke je V/C, gdje je V veličina poruke u bitovima, a C je propusnost- kanal u bitovima u sekundi.

AT mreže sa komutacijom paketa slika je sasvim drugačija.

Rice. 7.1.

Procedura uspostavljanje veze u ovim mrežama, ako se koristi, traje otprilike isto vrijeme kao u mreže sa komutacijom kola, pa ćemo porediti samo vrijeme prijenosa podataka.

Na sl. 7.2 prikazuje primjer prijenosa podataka na mreže sa komutacijom paketa. Pretpostavlja se da se putem mreže prenosi poruka iste veličine kao poruka koja se prenosi na sl. 7.1, međutim, podijeljen je na pakete, od kojih svaki ima zaglavlje. Vrijeme prijenosa poruke mreže sa komutacijom paketa prikazano na slici T k.p. Prilikom prijenosa ove paketirane poruke preko mreže sa komutacijom paketa postoje dodatna kašnjenja. Prvo, to su kašnjenja u izvoru prijenosa, koji, osim što prenosi samu poruku, troši dodatno vrijeme na prijenos zaglavlja t p.z. , pored toga, dodaju se kašnjenja t int, uzrokovana intervali između prijenosa svakog sljedećeg paketa(ovo vrijeme se troši na formiranje sljedećeg paketa stek protokola).

Drugo, dodatno vrijeme se troši na svaki prekidač. Ovdje su kašnjenja zbir vremena baferiranja - paket t b.p. (komutator ne može početi sa slanjem paketa bez da ga potpuno prihvati u svom baferu) i vrijeme prebacivanja t k. Vrijeme baferiranja je jednako vremenu kada je paket primljen u protokolnoj bitskoj brzini. Vrijeme prebacivanja je zbir vremena čekanja paketa u redu čekanja i vremena prelaska paketa do izlaznog porta. Ako je vrijeme putovanja paketa fiksno i, po pravilu, malo (od nekoliko mikrosekundi do nekoliko desetina mikrosekundi), tada vrijeme čekanja paketa u redu čekanja varira u vrlo širokom rasponu i nije poznato unaprijed, jer zavisi na trenutnom opterećenju mreže.

Hajde da napravimo grubu procjenu kašnjenja u prenosu podaci u mreže sa komutacijom paketa u odnosu na mreže sa komutacijom kola na najjednostavnijem primjeru. Neka testna poruka koja se prenosi u oba tipa mreža ima veličinu od 200 KB. Pošiljalac se nalazi na udaljenosti od 5000 km od primaoca. Bandwidth komunikacijske linije su 2 Mbps.

Vrijeme prijenosa podataka mreže sa komutacijom kola je zbir vremena širenja signala, koje se za udaljenost od 5000 km može procijeniti na oko 25 ms (pod pretpostavkom da je brzina širenja signala 2/3 brzine svjetlosti), i vremena prijenosa poruke, koje na propusni opseg 2 Mbit/s i dužina poruke od 200 KB je približno 800 ms. U proračunu je ispravna vrijednost K (2 10), jednaka 1024, zaokružena na 1000, shodno tome, vrijednost M (2 20), jednaka 1048576, zaokružena je na 1000000. Dakle, prijenos podataka procjenjuje se na 825 ms.

Jasno je da kada se ova poruka prenese od strane mreže sa komutacijom paketa, koji ima istu ukupnu dužinu i propusnost- kanali koji idu od pošiljaoca do primaoca, vrijeme širenja signala i vrijeme prijenosa podataka će biti isti - 825 ms. Međutim, zbog kašnjenja u međučvorovi ukupno vrijeme prijenosa će se povećati. Procijenimo koliko će se ovo vrijeme povećati. Pretpostavićemo da put od pošiljaoca do primaoca prolazi kroz 10 prekidača. Neka se originalna poruka podijeli na 1K paketa, ukupno 200 paketa. Prvo, procijenimo kašnjenje koje se javlja na izvornom čvoru. Pretpostavimo da je udio servisne informacije, smještenih u zaglavlja paketa, u odnosu na ukupan volumen poruke je 10%. Stoga, dodatni kašnjenje zaglavlja- paketi, je 10% vremena prijenosa cijele poruke, odnosno 80 ms. Ako prihvatite interval između slanja paketa jednak 1 ms, tada će dodatni gubici zbog intervala biti 200 ms. Tako je na izvornom čvoru, zbog paketizacije poruke tokom prenosa, došlo do dodatnog kašnjenja od 280 ms.

Svaki od 10 prekidača doprinosi kašnjenje prebacivanja, koji se može kretati od razlomaka do hiljada milisekundi. U ovom primjeru, pretpostavit ćemo da prebacivanje traje u prosjeku 20 ms. Osim toga, kada poruke prođu kroz prekidač, kašnjenje u baferovanju paket. Ovo kašnjenje za paket veličine 1 KB i propusni opseg 2 Mbit/s linija je jednaka 4 ms. Ukupno kašnjenje koje uvodi 10 prekidača je približno 240 ms. Kao rezultat, stvoreno je dodatno kašnjenje mreža sa komutacijom paketa, iznosio je 520 ms. S obzirom da cijela aplikacija dijeli procesor.

Na efikasnost mreže utiču veličine paketa koje mreža prenosi. Prevelike veličine paketa donose paketnu mrežu to mreže sa komutacijom kola, pa efikasnost mreže opada. Osim toga, at velika veličina Vrijeme baferiranja paketa na svakom prekidaču se povećava. Premali paketi značajno povećavaju udio servisnih informacija, budući da svaki paket sadrži zaglavlje fiksne dužine, a broj paketa na koje su poruke podijeljene naglo će se povećati sa smanjenjem veličine paketa. Postoji neka "zlatna sredina" kada je to predviđeno maksimalna efikasnost rada mreže, međutim, ovaj odnos je teško tačno odrediti, jer zavisi od mnogih faktora, uključujući i one koji se menjaju tokom rada mreže. Stoga, programeri protokola paketne mreže izabrati granice u kojima može biti veličina paketa, odnosno njegovo polje podataka, budući da zaglavlje, po pravilu, ima fiksnu dužinu. Obično se donja granica polja podataka odabire na nulu, što omogućava prijenos servisnih paketa bez korisničkih podataka, a gornja granica ne prelazi 4 KB. Prilikom prenosa podataka, aplikacije pokušavaju da zauzmu maksimalnu veličinu polja podataka kako bi brže završile razmjenu, a mali paketi se obično koriste za kratke servisne poruke koje sadrže, na primjer, potvrdu isporuke paketa.

Prilikom odabira veličine paketa, mora se uzeti u obzir i brzina bitne greške veze. Na nepouzdanim vezama potrebno je smanjiti veličinu paketa, jer se na taj način smanjuje količina retransmitiranih podataka kada su paketi oštećeni.