تجزیه و تحلیل تاخیرهای انتقال گفتار و داده از طریق شبکه های IP و Frame Relay. تلفن بسته

اساساً در شبکه های شرکتی مدرن انواع تاخیر زیر قابل تشخیص است:

تاخیر در پردازش: این مدت زمانی است که روتر یک بسته را در واسط ورودی دریافت کرده و آن را به صف خروجی در رابط خروجی ارسال می کند. تاخیر در پردازش به عوامل زیر بستگی دارد:

1. سرعت پردازنده مرکزی;
2. میزان استفاده از پردازنده؛
3. معماری روتر؛
4. گزینه های پیکربندی شده برای رابط های ورودی و خروجی.

• تاخیر در صف:این زمانی است که بسته در صف ارسال است. این نوعتأخیر به عواملی مانند تعداد و اندازه بسته هایی که قبلاً در صف هستند، پهنای باند رابط و مکانیسم صف بستگی دارد.
• تاخیر در سریال سازی:زمان لازم برای جابجایی یک فریم بر روی محیط انتقال فیزیکی؛
• تاخیر انتشار:زمانی که طول می کشد تا یک بسته از مبدا به مقصد از طریق یک کانال ارتباطی حرکت کند. این تاخیر به شدت به محیط انتقال بستگی دارد.

روش های محدود کردن تاخیر

• روتر قدرت کافی برای تصمیم گیری سریع و کارآمد در مورد تغییر مسیر بیشتر بسته ها را دارد. تأخیر پردازش، صف بندی و سریال سازی به عوامل زیر بستگی دارد:
• میانگین طول صف؛
• میانگین طول بسته ها در صف.
• ظرفیت کانال ارتباطی

روش های زیر الزامات ترافیک حساس به تاخیر را برآورده می کند

• افزایش دادن پهنای باند: با توان عملیاتی کافی، زمان انتظار در صف خروجی کاهش می یابد و در نتیجه تاخیر سریال سازی کاهش می یابد.
• اولویت بندی ترافیک حساس به تاخیر: این روشانعطاف پذیرتر است الگوریتم‌های PG، CQ، MDRR و LLQ تأثیر قابل‌توجهی بر تاخیر معرفی‌شده توسط صف دارند.
• فشرده سازی میدان محموله:فشرده سازی میدان محموله، اندازه کلی بسته را کاهش می دهد و در نتیجه اساسا ظرفیت کانال انتقال را افزایش می دهد. از آنجایی که بسته های فشرده کوچکتر از بسته های معمولی هستند، زمان کمتری برای انتقال نیاز دارند. مهم است که به یاد داشته باشید که الگوریتم های فشرده سازی کاملاً پیچیده هستند و فشرده سازی همراه با فشرده سازی می تواند تاخیرهای بیشتری را اضافه کند.
• فشرده سازی هدر بسته:فشرده‌سازی هدر به اندازه فشرده‌سازی فیلد محموله به CPU فشرده نیست، بنابراین این مکانیسماغلب همراه با سایر الگوریتم های کاهش تأخیر استفاده می شود. فشرده سازی هدر به ویژه برای ترافیک صوتی مهم است.

از دست دادن بسته

به طور معمول، از دست دادن بسته زمانی رخ می دهد که بافر روتر سرریز شود. به عنوان مثال، بسته ها در یک صف خروجی در یک رابط قرار دارند. در برخی موارد، اندازه صف به حداکثر خود می رسد و بسته های ورودی جدید به سادگی دور ریخته می شوند. به طور کلی، از دست دادن بسته به دلایل زیر رخ می دهد:

• ضرر در صف ورودی:اگر توان CPU (واحد پردازش مرکزی) روتر کافی نباشد، ممکن است بسته ها در رابط ورودی از بین بروند.
• نادیده گرفتن بسته ها:بافر روتر پر است، بنابراین بسته های ورودی به سادگی نادیده گرفته می شوند.
• خطا در فریم ها:تشخیص خطای قاب سخت‌افزار، مانند بررسی چرخه‌ای افزونگی (CRC).

به طور معمول، از دست دادن بسته نتیجه بارگذاری بیش از حد رابط است.

استفاده می شود روش های زیرو الگوریتم هایی برای جلوگیری از دست دادن بسته ها:

1. افزایش توان عملیاتیبرای جلوگیری از اضافه بار روی رابط؛
2. اطمینان از پهنای باند کافیو افزایش فضای بافر برای اطمینان از اینکه ترافیک حساس به تاخیر به جلوی صف حرکت می کند.
3. ازدحام را با انداختن بسته ها محدود کنیدبا اولویت پایین قبل از سرریز شدن رابط. برای دستیابی به این هدف، مهندس می‌تواند از الگوریتم تشخیص زودهنگام تصادفی وزنی (WRED) استفاده کند که به‌طور تصادفی ترافیک و بسته‌های حساس به تلفات با اولویت‌های پایین از پیش پیکربندی شده را دور می‌اندازد.

فریم رله(FR) یک پروتکل سوئیچینگ بسته است که در آن استفاده می شود شبکه های جهانیبرای انتقال با سرعت بالافریم ها یا بسته هایی با حداقل تاخیر در گره سوئیچینگ و برای استفاده موثرپهنای باند شبکه معتبر است سطح پیوندمدل های OSI قابل استفاده در شبکه های LAN، کانال های دارای مالتی پلکس زمانی و همچنین در شبکه های دارای سوئیچینگ بسته و مدار. هنگام رله کردن، شبکه یک فریم را با توجه به آدرس مقصدی که دارد، به مقصد می فرستد. به جای ابزارهای کنترل جریان، شامل توابعی برای اطلاع رسانی در مورد تراکم شبکه است و از فریم های طولانی تر استفاده می کند. عامل اصلی افزایش سرعت انتقال این است که آنالیز خطا در در این موردانجام نمی شود و گره های رله اعلان یا درخواستی برای تکرار فریم های دریافتی اشتباه ارسال نمی کنند.

هنگام سازماندهی ارتباطات بر اساس شبکه Frame Relay (FR)، سند راهنمای اصلی استاندارد FRF.11 است. به وضوح عملکرد VFRAD و همچنین نحوه اتصال تجهیزات تلفن به آن و جایگاه VFRAD در ساختار شبکه را بیان می کند. برای رمزگذاری گفتار به FR، توصیه می‌شود از رمزگذار صوتی ACELP که در توصیه ITU-T G.723.1 توضیح داده شده است استفاده کنید. انتخاب این Vocoder با مطلوب ترین نسبت "کیفیت گفتار / سرعت جریان" تعیین می شود. پارامترهای تاخیر برخی از Vocoder در جدول 1.1 نشان داده شده است.

جدول 1.1 - تاخیر برخی از Vocoder

تأخیر کل شبکه یک مقدار متشکل از اجزای زیر است:

الف) انباشت تاخیری این تاخیر به دلیل نیاز به تهیه یک فریم از دنباله ای از نمونه های گفتاری است که توسط صداگذار پردازش می شود. میزان این تاخیر برابر با اندازه (مدت) فریم نوع صداگذار انتخابی خواهد بود. زمان آماده سازی برای یک نمونه گفتار 125 میکرو ثانیه است.

ب) تأخیر کدگذاری. برای اینکه تاخیر اضافی در نتیجه خود فرآیند رمزگذاری ایجاد نشود، لازم است یک پردازنده سیگنال دیجیتال با عملکردی انتخاب شود که تاخیر رمزگذاری کمتر یا حداقل، برابر است با تاخیر انباشت.

شکل 1.6 نموداری از اتصال تجهیزات تلفن به شبکه Frame Relay را نشان می دهد.

شکل 1.6 - نمودار سازمان ارتباط تلفنیاز طریق شبکه Frame Relay

برای قطعیت، فرض می کنیم که خدمات تلفنی توسط مشترکین دو گره استفاده می شود. برای این منظور یک کانال مجازی دائمی اختصاص داده شده است که در آن می توان حداکثر 255 مسیر گفتار (زیر کانال) را سازماندهی کرد. از نظر تئوری، حداکثر نرخ انتقال تضمین شده از طریق یک کانال مجازی (CIR) نمی تواند از ظرفیت کانال ارتباط فیزیکی گره های شبکه تجاوز کند.

بیایید فرض کنیم که سه تراکت صوتی در یک کانال مجازی کار می کنند. این بدان معناست که قاب FR مطابق استاندارد FRF.11، شکل نشان داده شده در شکل 1.7 را خواهد داشت.

شکل 1.7 - قالب فریم رله برای یک کانال فرعی صدا.

شکل نشان می دهد که اندازه کل فریم FR 28 بایت است. از این تعداد، 20 بایت مربوط به بار است. بر اساس شرطی که هر فریم گفتار باید با سرعت 5.3 کیلوبیت بر ثانیه ارسال شود، نرخ انتقال فریم رله فریم از طریق کانال ارتباطی باید 7.4 کیلوبیت بر ثانیه باشد (20 بایت که فریم گفتار را تشکیل می‌دهد باید در 7.4 کیلوبیت بر ثانیه برای تحویل به موقع فریم گفتار). این خروجی نشان می دهد که برای سازماندهی سه مسیر گفتار به 22.2 کیلوبیت بر ثانیه ظرفیت کانال نیاز است (7.4 کیلوبیت بر ثانیه 3 = 22.2 کیلوبیت بر ثانیه)، و این بدان معنی است که سازماندهی سه مسیر صوتی در یک کانال 19.2 کیلوبیت بر ثانیه غیرممکن است. فقط دو تراکت آوازی را می توان سازماندهی کرد. در مورد سازماندهی دو مسیر گفتار، 14.8 کیلوبیت بر ثانیه پهنای باند کانال ارتباطی مورد نیاز است.

بنابراین، برای سهولت در نظر گرفتن، این شرط را معرفی می کنیم که یک کانال مجازی حاوی یک تراکت صوتی واحد در شبکه سازماندهی شده باشد. در این حالت، اندازه فریم 28 بایت خواهد بود و بنابراین باید با سرعت 7.4 کیلوبیت بر ثانیه ارسال شود.

شکل 1.8 نموداری از توزیع تاخیرهایی را نشان می دهد که در طول انتقال گفتار روی شبکه Frame Relay یک شبکه داده شرکتی رخ می دهد.

بیایید فرض کنیم که هیچ بار اضافی در شبکه وجود ندارد. بنابراین، بر اساس طرح توزیع تاخیر فوق، و همچنین با در نظر گرفتن تعداد گره های عبوری در حین انتقال سیگنال گفتاراز مشترکی به مشترک دیگر، می توان با دقت کافی کل تاخیر انتقال سیگنال صوتی از طریق شبکه داده Frame Relay را مطابق با رابطه زیر تعیین کرد:

T=(t انباشته + t پردازش شده + t آخرین) +…+ (t توزیع شده + t آخرین) +…+ (t توزیع شده + t آخرین + t پردازش شده)، (1.1)

تأخیر متوالی از حداقل شرایط قابل قبول محاسبه می شود که فریم های Frame Relay از گره به گره با آن ارسال می شود. سرعت ثابت 7.4 کیلوبیت بر ثانیه تأخیر انتشار سیگنال بر اساس شرایطی محاسبه شد که انتقال از طریق آن انجام شود کابل هممحور، و مطابق با توصیه ITU G.I 14 از نسبت محاسبه می شود:

تأخیر انتشار (ms) = 0.004 طول کانال ارتباطی (کیلومتر).

همانطور که در بالا توضیح داده شد، سازماندهی ارتباطات صوتی بر روی یک شبکه IP بر اساس استفاده از پروتکل H.323 است. دستگاه‌های اصلی که انتقال صدا را فراهم می‌کنند، دروازه H.323 است که می‌توان یک PABX یا دستگاه‌های تلفن جداگانه را به آن متصل کرد، و یک پایانه صوتی. به طور خاص، می تواند به عنوان پایانه گفتار عمل کند کامپیوتر شخصیمشترک از راه دور یک شبکه شرکتی، مجهز به سخت افزار و نرم افزار مناسب.

تأخیر انتشار سیگنال در یک شبکه IP از این شرایط محاسبه می شود که انتقال از طریق کابل کواکسیال انجام شود و مطابق با توصیه ITU-T G. 114 از نسبت محاسبه می شود:

تأخیر انتشار (ms) = 0.004 طول کانال ارتباطی (کیلومتر)

شکل 1.8 - نمودار توزیع تاخیر در شبکه انتقال داده Frame Relay

شکل 1.9 نمودار انتشار تأخیرها در حین انتقال گفتار بر روی یک شبکه IP را نشان می دهد.

بر اساس نمودار توزیع تاخیر فوق و همچنین با در نظر گرفتن تعداد گره های انتقال در هنگام ارسال سیگنال گفتار از مشترک به مشترک، می توان با دقت کافی مقدار کل تاخیر در ارسال سیگنال گفتار را از طریق IP تعیین کرد. شبکه داده، مطابق با رابطه زیر:

T=(t انباشته + t پردازش شده + t LAN + t آخرین کام) +…+ (t توزیع + t آخرین کام + t آخرین مسیر) +…+

+..+ (t dist + t آخرین comm + t آخرین مسیر + t LAN + فرآیند t)، (1.2)

جایی که t انباشته تاخیر تجمع است (t انباشته = 30 میلی ثانیه).

tprocess - تاخیر پردازش (tprocess = 30 میلی ثانیه)؛

t آخرین - تاخیر متوالی (t last = 30 ms)؛

انتشار t - تأخیر انتشار (ت انتشار =30 میلی ثانیه).

شکل 1.9 - نمودار توزیع تاخیر در یک شبکه IP

یکی از مهمترین الزامات برای طراحی شبکه، اطمینان از سازگاری سیگنالینگ تلفن است. سانترال های شبکه های شرکتی به بیشترین امکانات مجهز هستند رابط های مختلف. برای اینکه هر شعبه ارتباط تلفنی مطمئنی داشته باشد، لازم است همه آنها حفظ شود انواع استانداردآلارم ها هر شعبه ای را می توان از طریق یک رابط سیگنالینگ متفاوت وصل کرد، بسته به اینکه تماس در کدام مسیر سوئیچ شده (یا مسیریابی شده است). سازگاری انواع سیگنال و تبدیل آنها برای سازماندهی ارتباطات تلفنی قابل اعتماد و پایدار در یک شبکه مبتنی بر سوئیچینگ بسته ضروری است.

رعایت استانداردها عملکرد بدون مشکل تجهیزات در شبکه را تضمین می کند تولید کنندگان مختلف. فراموش نکنید که کلید ایجاد یک شبکه موثر و قابل اعتماد، آزمایش و آزمایش است.

به یاد داشته باشید که تلفن پکیج نه تنها باعث صرفه جویی قابل توجهی می شود قبض های تلفن، بلکه جرم را نیز معرفی می کند توابع اضافی. این شامل:

درون یابی گفتار دیجیتال. موتورولا از این اصطلاح برای اشاره به مکانیزمی استفاده می‌کند که از انتقال داده در حین مکث در مکالمه تلفنی پشتیبانی می‌کند.
سرکوب اکودر انتهای نزدیک و دور اتصال. پژواک ها در مکالمات تلفنی تداخل دارند و ناشی از عدم تطابق امپدانس های ورودی و خروجی هستند. سیستم های دیفرانسیل، انتقال از یک خط دو سیمه به یک خط چهار سیمه در مبادلات تلفن محلی را فراهم می کند.
فکساز طریق IP یا FR به شما امکان می دهد فکس ها را از طریق شبکه های بسته ارسال کنید.
پخش صوتی- ارسال تبلیغات به طور همزمان به بسیاری از شعب.
استفاده میز سوئیچ متمرکز. با توجه به این جدول، گسترش شبکه بسیار ساده شده است، زیرا تنها یک مرکز سوئیچینگ تلفن باید پیکربندی شود.
پشتیبانی از شماره گیری تن و پالس. سازگاری را تضمین می کند دستگاه های تلفن انواع متفاوت;
کاربرد شماره سریال . این به شما امکان می دهد از طریق هر یک از خطوط اشغال نشده، که در یک گروه تحت یک شماره متحد شده اند، به یک سازمان متصل شوید. یک دستگاه دسترسی با یکپارچه سازی صوتی به عنوان یک PBX عمل می کند که به صورت پویا تماس ها را روی خطوط رایگان توزیع می کند.
انتقال صدا و داده از طریق یک DLCI. به صرفه جویی قابل توجه در پول کمک می کند: کاربر فقط برای یک DLCI پرداخت می کند و از آن هم برای انتقال داده و هم برای همه تماس های خروجی استفاده می کند.
مسیریابی تماس جایگزین. اگر کانال اصلی شلوغ یا خراب است، می توانید از طریق مسیر پشتیبان تماس بگیرید.
گروه بندی کانال های تلفنی. با ترکیب چند بسته صوتی در یک بسته IP یا فریم FR، میزان ترافیک سربار و پهنای باند شبکه مورد نیاز کاهش می‌یابد.
سرکوب مکث. کانال از انتقال بسته های "خالی" در هنگام مکث در مکالمه تلفنی آزاد می شود و در نتیجه پهنای باند اضافی به سایر ترافیک ها ارائه می شود.

در مرحله برنامه ریزی، درک نیازهای فعلی و بالقوه سازمان بسیار مهم است. دلیل آن ساده است: شما باید راه حلی پایدار، قابل اعتماد و قابل اجرا داشته باشید. ضمانت های سازنده مربوط به ارتقاء ماژول های نرم افزاری و سخت افزاربرای حمایت از استانداردهای آینده بسیار مهم است حفاظت قابل اعتمادسرمایه گذاری های سرمایه ای

کلاس ها، انواع و کیفیت

هنگام تعیین مزایای Class of Service (CoS) و Quality of Service (QoS)، باید بدانید که چگونه آنها در ارتباط با تلفن بسته با یکدیگر تفاوت دارند.

CoS- این راهی برای بهبود شرایط انتقال داده است، یک طرح تنظیم اولویت را تعیین می کند انواع مختلف ترافیک شبکه. استاندارد اصلی FR مکانیسمی برای اطمینان از ارجحیت یک بسته بر بسته دیگر ندارد. به همین دلیل، CoS باید روی هر گره دسترسی پیاده سازی شود تا داده ها قبل از ورود به شبکه اولویت بندی شوند. دقیقاً اینگونه ساخته شده است شبکه مدرن VoFR. در این سناریو، گفتار و هر ترافیک بلادرنگ دیگری، مانند ویدئو، قبل از ورود به شبکه اولویت بیشتری نسبت به سایر داده ها دارد. به محض ورود اطلاعات ابر شبکه، همه فریم ها برابر در نظر گرفته می شوند.

IP v.4 همچنین مکانیزم CoS ندارد. IP v.6 (که IPng نیز نامیده می شود، که در آن "ng" مخفف "نسل بعدی" است) امکان اولویت بندی را فراهم می کند، اما بعید است که این نسخه حتی در آغاز قرن آینده گسترده شود. IP نسخه 6 تاخیرهای اضافی را به دلیل افزایش به 40 بایت (in پیکربندی اولیه) اندازه سرصفحه. در این میان، پروتکل‌های RTP، RSVP و ToS (نوع سرویس) می‌توانند راه‌حلی برای مشکلات CoS در شبکه‌های IP سازمانی و سازمانی امروزی ارائه دهند.

ToS- یکی از مهمترین راه های سادهتعیین اولویت ها در شبکه های IP موجود، اگرچه فیلد ToS در مشخصات اولیه IP v.4 گنجانده نشده است. فیلد ToS تنها از یک بایت تشکیل شده است، اما اجرای آن بسیار پیچیده تلقی می شد، به همین دلیل است که برای سال ها در فراموشی باقی مانده است. اما با رونق چند رسانه ای، مزایا بیشتر از معایب است. فیلد ToS پارامترهای تاخیر و توان عملیاتی را مشخص می‌کند، با پروتکل‌های مسیریابی مانند OSPF سازگار است و تضمین می‌کند که اولویت بسته در طول مسیرش در شبکه رعایت می‌شود. بسیاری از تولیدکنندگان شروع به پیاده سازی ToS در دستگاه های خود کرده اند و اولین گام را به سمت طبقه بندی خدمات در شبکه های IP برداشته اند.

QoSارتباط بین دو نقطه پایانی با پهنای باند تضمین شده را بهبود می بخشد. PSTN بر اساس سوئیچینگ مدار، خدمات با کیفیت بسیار بالایی را ارائه می دهد به این دلیل ساده که پس از برقراری ارتباط، مشترکین آن یک کانال ارتباطی اختصاصی در اختیار کامل دارند. از سوی دیگر، امکان پیاده‌سازی CoS در PSTN وجود ندارد زیرا مدارهای اختصاصی به جای مشترک ارائه می‌شوند.

تلفن بسته نیاز به رویکردی اساساً متفاوت برای QoS دارد، زیرا شبکه های داده یک محیط منبع هستند اشتراک گذاری. CIR و قراردادهای دائمی کانال های مجازی(PVC) شبکه های FR تخصیص پهنای باند مورد نیاز برای ارتباطات تلفنی را تضمین می کنند. پروتکل های بلادرنگ انعطاف پذیر فراتر می روند تعریف سادهپارامتر CIR آنها به شما این امکان را می دهند که صدا و داده ها را در یک PVC معمولی مالتیپلکس کنید یا آنها را به PVC های جداگانه جدا کنید، بسته به وظایف در حال انجام، پیکربندی شبکه و هزینه های مورد نیاز. علاوه بر این، با توجه به هدف Bc FR، انعطاف‌پذیری را در انتقال "حمله‌های" ترافیک در طول ساعت فراهم می‌کند. سنگین ترین بار. یک مشترک می تواند برای دسترسی به شبکه FR مشترک شود و بر اساس میانگین نیاز شبکه خود هزینه کانال را بپردازد و در صورت لزوم حق انتقال ترافیک بیش از حد مجاز را به دست آورد.

FR یا IP

زیرساخت PSTN بر اساس زمان آزمایش شده است کابل های تلفن. جفت های مس اساس شبکه های مشترکین در سراسر جهان هستند که طول کل آنها با میلیون ها کیلومتر اندازه گیری می شود.

تلفن بسته این وابستگی را از بین می برد نوع خاصیرسانه و انعطاف پذیری در استفاده را فراهم می کند طیف گسترده ایدستگاه های سیمی و رادیویی سوئیچینگ بسته امکان انتقال را از طریق مس، فیبر نوری، کابل کواکسیال، رادیو یا هر رسانه ای که ممکن است در آینده ظاهر شود را فراهم می کند. این مزیت به سازمان ها اجازه می دهد تا نصب مقرون به صرفه ای داشته باشند سیستم کابلی، به راحتی قابل گسترش برای برآوردن نیازهای آینده، و اپراتورهای جایگزین- اجتناب از هزینه های اجاره خطوط مشترکاز شرکت های تلفن منطقه ای

فناوری تلفن بسته محدودیت ها را بر روی رسانه انتقال حذف می کند. پروتکل های انتقال داده برجسته می شوند لایه فیزیکیبه عنوان یک مستقل، اتصالات سرتاسری را در میان زیرساخت‌های فیزیکی ناهمگن ممکن می‌سازد.

مقدار کمی وجود دارد تفاوت های اساسیدر اصول سرویس دهی شبکه های FR و IP انواع مختلفترافیک بنابراین، استانداردهای FR بر اساس یک EMVOS هفت سطحی است. از اینجا می توان نتیجه گرفت که هر سطح ارتباطی پروتکل های خود را دارد، مستقل از سطوح دیگر. مزیت این رویکرد، انعطاف پذیری ادغام پروتکل های جدید در این مدل است. اگرچه IP اغلب با EMVOS همراه است، تعاریف این پروتکلسخت گیری کمتر این با این واقعیت توضیح داده می شود که IP قبل از ایجاد EMVOS توسعه یافته است. همانطور که ممکن است، EMVOS اکنون به عنوان یک مدل نظری برای توصیف هر پروتکل استفاده می شود، که درک ساختار اصلی آنها را آسان تر می کند.

FR مستقل از سطوح EMVOS از سوم (شبکه) تا هفتم (برنامه) عمل می کند. پشتیبانی از استانداردهایی مانند RFC 1490 امروزه اهمیت ویژه ای دارد زیرا به FR اجازه می دهد تا به پروتکل های مهمی مانند IP، IPX و SNA متصل شود.

پیاده سازی تلفن بسته نیازمند ایجاد است پایه جدید، که آن را حتی بیشتر از قبل با FR مرتبط می کند. چنین مشخصاتی قبلاً توسط کنسرسیوم Frame Relay Forum در سند FRF.11 تهیه شده است.

استاندارد چند رسانه ای H.233 اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) برای شبکه هایی در نظر گرفته شده است که تحویل اطلاعات را تضمین نمی کنند. H.323 در سطح کامپیوتر رومیزی نوشته شده است و اصول صوتی، تصویری و ارتباطات کامپیوتریدر شبکه های بسته، از جمله شبکه هایی که از طریق پروتکل های IP و FR کار می کنند. این استاندارد ابزاری را فراهم می‌کند که به وسیله آن دستگاه‌هایی از سازندگان مختلف می‌توانند در حین برقراری ارتباط (مثلاً با ارسال درخواستی مانند «آیا از ویدیو پشتیبانی می‌کنید؟» با قابلیت‌های خود «مذاکره» کرده و سپس فعال شوند. توابع موجود. زیرمجموعه ای از استانداردهای H.323 ارتباط نزدیکی با IP دارند که امکان استفاده از انواع ارتباطات از جمله کنفرانس ویدیویی و صوتی (VoIP) و همچنین چت تخته سفید را فراهم می کند.

از نقطه نظر اجرای معمول مکالمه تلفنی، تفاوت بین VoIP و VoFR ممکن است چندان مهم به نظر نرسد. تضاد بین این پروتکل‌های انتقال به‌ویژه هنگام تجزیه و تحلیل قابلیت‌های انتقال ترافیک داده‌ای که به پروتکل‌های خانواده IP (یعنی ترافیک از SNA، IPX و کل گروه پروتکل‌های قدیمی) مرتبط نیست، قابل توجه می‌شود. این جایی است که بیشترین نقاط قوت FR.

* * *

تغییر پارادایم تلفن بسته تأثیر مثبت و ماندگاری بر توسعه صنعت ارتباطات از راه دور خواهد داشت. تلفن بسته در حال حاضر به طور قابل توجهی روابط در این صنعت را تغییر داده است. اما مهمتر از آن تغییراتی خواهد بود که با ظهور دستگاه ها و فناوری ها در بازار با عملکردهای مفید و موثر جدید رخ خواهد داد. به عنوان مثال، در نیمه اول دهه آینده، انتظار می رود الگوریتم های فشرده سازی ظاهر شوند که به گفتار اجازه می دهد در پهنای باند تنها 2.4 کیلوبیت بر ثانیه منتقل شود.

به عنوان تلفن و شبکه های کامپیوترباید منتظر کاهش هزینه خدمات و انتخاب گسترده تری برای مشترکان باشیم. ارتباطات تلفنی در دهه آینده احتمالاً با آنچه امروز هستند بسیار متفاوت خواهد بود. می توانید از طریق PSTN، ISDN، ATM، FR یا IP یا هر ترکیبی از آنها تماس بگیرید.

اما مزایایی را که تلفن بسته امروزی ارائه می دهد را فراموش نکنید. پیاده سازی VoIP یا VoFR را در شبکه هایی که شرکت شما بیشتر از آنها استفاده می کند، به تعویق نیندازید، جایی که این فناوری ها بازده اقتصادی سریع و مزیت رقابتی را فراهم می کنند. سپس به مرحله بعدی بروید.

در پایان، می خواهم بگویم که بدون درک ماهیت IP و FR نمی توانید ارتباطات چند رسانه ای را در شبکه های مسیریابی موجود پیاده سازی کنید. از نظر اقتصادی راه حل موثر، امکان ارائه خدمات تلفن بسته را فراهم می کند کیفیت بالا، تنها پس از طراحی دقیق شبکه قابل ایجاد است. این تصور اشتباه وجود دارد که برای ادغام تلفن بسته در شبکه های موجود، باید آنها را به طور اساسی تغییر داد. این دیدگاه دور از واقعیت است.

تلفن بسته به توسعه منطقی عملکرد هر شبکه IP یا FR شرکت تبدیل می شود. اجرای موفقیت آمیز آن با کیفیت طراحی شبکه تعیین می شود - به ویژه اینکه بار چگونه مدیریت می شود و از چه روش هایی برای مقابله با تراکم استفاده می شود (این در هنگام انتقال ترافیک هم زمان بسیار مهم است). تلفن بسته را می توان در موجود ادغام کرد شبکه های شرکتی، و هزینه های مورد نیاز برای این کار با مزایای بالقوه قابل مقایسه نیست.

درباره نویسنده

یکی از تفاوت های روش سوئیچینگ بسته با روش سوئیچینگ مدار، عدم قطعیت ظرفیت اتصال بین دو مشترک است. در روش سوئیچینگ مدار، پس از تشکیل یک کانال ترکیبی، ظرفیت شبکه برای انتقال داده ها بین گره های انتهایی مشخص است - این ظرفیت کانال است. پس از تأخیر مرتبط با ایجاد کانال، داده ها با حداکثر سرعت برای کانال شروع به انتقال می کنند (شکل 2.31، a). زمان انتقال پیام در یک شبکه سوئیچ مدار Tk.k. برابر با مجموع تأخیر انتشار سیگنال در طول خط ارتباطی 1z.r. و تأخیر ارسال پیام 1з.п تأخیر انتشار سیگنال به سرعت انتشار بستگی دارد امواج الکترومغناطیسیدر یک خاص محیط فیزیکی، که از 0.6 تا 0.9 سرعت نور در خلاء متغیر است. زمان ارسال پیام برابر با V/C است که V حجم پیام بر حسب بیت و C ظرفیت کانال بر حسب بیت در ثانیه است.

در یک شبکه با سوئیچینگ بسته، تصویر اساسا متفاوتی مشاهده می شود.

برنج. 2.31.تأخیرهای انتقال داده در شبکه های سوئیچ مدار و بسته

روند برقراری اتصال در این شبکه ها، در صورت استفاده، تقریباً مشابه زمان شبکه های سوئیچ مدار است، بنابراین ما فقط زمان انتقال داده را با هم مقایسه می کنیم.

در شکل شکل 2.31 نمونه ای از انتقال از طریق شبکه سوئیچ بسته را نشان می دهد. فرض بر این است که پیامی با همان اندازه به شبکه ارسال می شود که پیام نشان داده شده در شکل. 2.31، آ،با این حال، به بسته هایی تقسیم می شود که هر کدام دارای یک هدر هستند. زمان انتقال یک پیام در یک شبکه سوئیچ بسته با نشان داده می شود

روی تصویر هنگامی که این پیام که به بسته‌ها تقسیم می‌شود، از طریق یک شبکه سوئیچ بسته ارسال می‌شود، تاخیرهای زمانی بیشتری رخ می‌دهد. اولاً اینها تأخیرهایی در منبع انتقال است که علاوه بر انتقال خود پیام، هزینه می کند. زمان اضافیبرای انتقال هدرهای tn.s، به علاوه تاخیرهای tmrr به این اضافه می شود که ناشی از فواصل بین ارسال هر بسته بعدی است (این زمان صرف تشکیل بسته بعدی توسط پشته پروتکل می شود).

در مرحله دوم، زمان اضافی در هر سوئیچ صرف می شود. در اینجا تأخیرها مجموع زمان بافر کردن بسته t6.n است. (سوئیچ نمی تواند بدون دریافت یک بسته به طور کامل در بافر خود شروع به ارسال کند) و زمان سوئیچینگ 1k است. زمان بافر برابر با زمانی است که برای دریافت یک بسته با نرخ بیت پروتکل نیاز است. زمان سوئیچینگ مجموع زمانی است که بسته در صف منتظر می ماند و زمانی که بسته به درگاه خروجی حرکت می کند. اگر زمان سفر بسته ثابت و معمولاً کوچک باشد (از چند میکروثانیه تا چند ده میکروثانیه)، زمان انتظار برای یک بسته در صف در محدوده‌های بسیار وسیعی در نوسان است و از قبل مشخص نیست، زیرا به شبکه فعلی بستگی دارد. بارگیری با بسته ها

بیایید با استفاده از یک مثال ساده، یک تخمین تقریبی از تاخیر در انتقال داده در شبکه های سوئیچ بسته در مقایسه با شبکه های سوئیچ مدار انجام دهیم. اجازه دهید پیام آزمایشی که باید در هر دو نوع شبکه ارسال شود 200 کیلوبایت باشد. فرستنده در 5000 کیلومتری گیرنده قرار دارد. ظرفیت خطوط ارتباطی 2 مگابیت بر ثانیه است.

زمان انتقال داده از طریق یک شبکه سوئیچ مدار، مجموع زمان است

نه انتشار سیگنال که برای مسافت 5000 کیلومتر تقریباً 25 میلی ثانیه تخمین زده می شود و نه زمان ارسال پیام که با توان عملیاتی

2 مگابیت بر ثانیه و طول پیام 200 کیلوبایت تقریباً 800 میلی‌ثانیه است، یعنی کل انتقال داده 825 میلی‌ثانیه طول کشید.

بیایید زمان بیشتری را که برای انتقال این پیام از طریق یک شبکه سوئیچ بسته نیاز دارد، تخمین بزنیم. فرض می کنیم که مسیر فرستنده به گیرنده از 10 سوئیچ عبور می کند. پیام اصلی به بسته های 1 کیلوبایتی، در مجموع 200 بسته تقسیم می شود. ابتدا، اجازه دهید تاخیری را که در گره منبع رخ می دهد، تخمین بزنیم. اجازه دهید فرض کنیم که سهم اطلاعات اختصاصی ارسال شده.

هدر بسته، نسبت به حجم کل پیام 10 درصد است. بنابراین تأخیر اضافی مربوط به ارسال سرصفحه های بسته 10 درصد از زمان ارسال است کل پیام، یعنی 80 میلی ثانیه. اگر فاصله بین ارسال بسته ها را 1 میلی ثانیه در نظر بگیریم، تلفات اضافی ناشی از فواصل 200 میلی ثانیه خواهد بود. در مجموع، در گره منبع، به دلیل بسته بندی پیام در حین انتقال، تاخیر اضافی 280 میلی ثانیه رخ داد.

هر یک از 10 سوئیچ یک تاخیر سوئیچینگ را معرفی می کند که می تواند بسیار متفاوت باشد، از کسری تا هزاران میلی ثانیه. که در در این مثالبیایید آن را فرض کنیم به طور متوسط، 20 میلی ثانیه برای سوئیچ کردن صرف می شود. علاوه بر این، هنگامی که پیام ها از طریق سوئیچ عبور می کنند، یک تاخیر بافر بسته وجود دارد. این تاخیر برای اندازه بسته 1 کیلوبایت و ظرفیت خط 2 مگابیت بر ثانیه برابر با 4 است. کل تاخیر ایجاد شده توسط 10 سوئیچ تقریبا 240 میلی ثانیه خواهد بود. در نتیجه، تاخیر اضافی ایجاد شده توسط شبکه سوئیچ بسته 520 میلی ثانیه بود. با توجه به اینکه کل انتقال داده در شبکه سوئیچ مدار 825 میلی ثانیه طول کشید، این تاخیر اضافی را می توان قابل توجه دانست.

اگرچه محاسبه فوق بسیار تقریبی است، اما دلایلی را که منجر به این واقعیت می شود که فرآیند انتقال

یک جفت مشترک خاص در یک شبکه سوئیچ بسته کندتر از یک شبکه سوئیچ مدار است.

ظرفیت نامشخص یک شبکه سوئیچ بسته بهایی است که باید برای کارآیی کلی آن پرداخت و تا حدی به منافع مشترکین آسیب وارد کرد. به طور مشابه، در یک سیستم عامل چندبرنامه‌نویسی، زمان اجرای برنامه را نمی‌توان از قبل پیش‌بینی کرد، زیرا به تعداد برنامه‌های کاربردی دیگری بستگی دارد که برنامه با آنها به اشتراک می‌گذارد.

کارایی شبکه به طور قابل توجهی تحت تأثیر اندازه بسته هایی است که شبکه منتقل می کند. خیلی زیاد اندازه های بزرگبسته ها، شبکه سوئیچ بسته را به شبکه سوئیچ مدار نزدیک می کند، بنابراین بازده شبکه کاهش می یابد. بسته های خیلی کوچک به طور قابل توجهی سهم اطلاعات سربار را افزایش می دهند، زیرا هر بسته دارای سرصفحه ای با طول ثابت است و با کاهش اندازه بسته، تعداد بسته هایی که پیام ها به آنها تقسیم می شوند به شدت افزایش می یابد. حد وسطی وجود دارد که حداکثر بهره وری شبکه را تضمین می کند، اما تعیین دقیق آن دشوار است زیرا به عوامل زیادی بستگی دارد، که برخی از آنها به طور مداوم در حال تغییر با عملکرد شبکه هستند. بنابراین، توسعه دهندگان پروتکل برای شبکه های سوئیچینگ بسته، محدودیت هایی را انتخاب می کنند که طول بسته، یا به طور دقیق تر فیلد داده آن، می تواند باشد، زیرا هدر، به عنوان یک قاعده، طول ثابتی دارد. معمولاً حد پایین فیلد داده انتخاب می شود برابر با صفر، که امکان انتقال بسته های خدماتی را بدون اطلاعات کاربر فراهم می کند و حد بالایی از 4 کیلوبایت بیشتر نمی شود. برنامه ها سعی می کنند هنگام انتقال داده ها، داده ها را تصاحب کنند. حداکثر اندازهفیلدهای داده برای تبادل سریعتر داده ها و بسته های کوچک معمولاً برای رسیدهای تحویل بسته استفاده می شوند.

هنگام انتخاب اندازه بسته، باید میزان خطای بیت کانال را نیز در نظر بگیرید. در کانال‌های غیرقابل اعتماد، کاهش اندازه بسته‌ها ضروری است، زیرا این امر باعث کاهش مقدار داده‌های ارسال مجدد در هنگام خراب شدن بسته‌ها می‌شود.

2.4.3. تعویض پیام

زیر تغییر پیامبه انتقال یک بلوک از داده ها بین رایانه های انتقالی در یک شبکه با بافر موقت این بلوک بر روی دیسک هر رایانه اشاره دارد (شکل 2.32). یک پیام، بر خلاف یک بسته، دارای طول دلخواه است که نه با ملاحظات تکنولوژیکی، بلکه توسط محتوای اطلاعاتی که پیام را تشکیل می دهد، تعیین می شود. به عنوان مثال، پیام می تواند باشد سند متنی، فایل با کد برنامه، ایمیل.

کامپیوترهای ترانزیت می توانند توسط یک شبکه سوئیچ بسته یا یک شبکه سوئیچ مدار به یکدیگر متصل شوند. پیام در رایانه ترانزیت روی دیسک ذخیره می شود و اگر رایانه با کار دیگری بارگیری شود یا شبکه به طور موقت بیش از حد بارگذاری شود، زمان ذخیره سازی می تواند بسیار طولانی باشد.

این طرح معمولاً برای انتقال پیام هایی که نیازی به پاسخ فوری ندارند، اغلب پیام های ایمیل استفاده می شود. حالت انتقال با ذخیره سازی میانی روی دیسک نامیده می شود "ذخیره و انتقال (فروشگاه- و- رو به جلو).

حالت تغییر پیام، ترافیک شبکه را برای ترافیکی که نیاز به پاسخ سریع دارد، مانند ترافیک سرویس WWW یا سرویس فایل، کاهش می دهد.

برنج. 2.32.تعویض پیام

آنها سعی می کنند تا حد امکان تعداد رایانه های حمل و نقل را کاهش دهند. اگر رایانه ها به یک شبکه سوئیچ بسته متصل باشند، تعداد رایانه های میانی معمولاً به دو کاهش می یابد. به عنوان مثال، یک کاربر یک پیام ایمیل به سرور ایمیل خروجی خود ارسال می کند، که بلافاصله سعی می کند پیام را به سرور ایمیل دریافتی ارسال کند. اما اگر کامپیوترها توسط یک شبکه تلفن به هم متصل باشند، اغلب از چندین سرور میانی استفاده می شود، زیرا دسترسی مستقیم به سرور نهایی ممکن است در این لحظهبه دلیل بار بیش از حد شبکه تلفن (مشترک مشغول است) یا به دلیل تعرفه های بالا برای ارتباطات تلفنی از راه دور، از نظر اقتصادی بی سود است.

تکنیک سوئیچینگ پیام در شبکه های کامپیوتری زودتر از تکنیک سوئیچینگ بسته ظاهر شد، اما پس از آن جایگزین دومی شد، زیرا از نظر توان عملیاتی شبکه کارآمدتر بود. نوشتن پیام روی دیسک زمان زیادی می برد، علاوه بر این، وجود دیسک ها مستلزم آن است که کامپیوترهای تخصصی به عنوان سوئیچ عمل کنند که هزینه شبکه را افزایش می دهد.

امروزه سوئیچینگ پیام فقط برای برخی از سرویس‌های غیرعملیاتی کار می‌کند که اغلب در بالای شبکه سوئیچینگ بسته به عنوان یک سرویس لایه برنامه کاربردی است.

شبکه ها از سه روش سوئیچینگ برای اتصال مشترکین استفاده می کنند: سوئیچینگ مدار، سوئیچینگ بسته و سوئیچینگ پیام.

هر دو سوئیچینگ مدار و سوئیچینگ بسته می توانند پویا یا پایدار باشند.

در شبکه های سوئیچ مدار، مشترکین به درخواست یکی از مشترکین، یک کانال ترکیبی را با سوئیچ های شبکه متصل می کنند.

برای اشتراک گذاری کانال ها بین سوئیچ های شبکه و کانال های چند مشترکین، از دو فناوری استفاده می شود: تقسیم فرکانس کانال (FDM) و تقسیم زمانی کانال (TDM). تقسیم فرکانس برای مدولاسیون آنالوگ سیگنال ها و تقسیم زمان مشخصه برای کدگذاری دیجیتال است.

شبکه های سوئیچ مدار در سوئیچینگ جریان های داده با شدت ثابت خوب هستند، به عنوان مثال، جریان های داده ایجاد شده توسط طرفینی که با تلفن صحبت می کنند، اما نمی توانند به صورت پویا ظرفیت کانال های اصلی را بین جریان های کانال های مشترک توزیع کنند.

شبکه های سوئیچ بسته به طور خاص برای انتقال کارآمد ترافیک کامپیوتری انفجاری طراحی شده اند. بافر کردن بسته‌ها از مشترکین مختلف در سوئیچ‌ها به شما امکان می‌دهد تا شدت ترافیک ناهموار را برای هر مشترک صاف کنید و کانال‌های ارتباطی بین سوئیچ‌ها را به طور یکنواخت بارگذاری کنید.

شبکه های سوئیچ بسته به طور کارآمد عمل می کنند به این معنا که مقدار داده های ارسال شده از همه مشترکین شبکه در واحد زمان بیشتر از زمانی است که از یک شبکه سوئیچ مدار استفاده می شود. با این حال، برای هر جفت مشترک، توان عملیاتی شبکه ممکن است کمتر از یک شبکه سوئیچ مدار به دلیل صف های بسته در سوئیچ ها باشد.

شبکه های سوئیچ بسته می توانند در یکی از دو حالت کار کنند: حالت دیتاگرام یا حالت مدار مجازی.

اندازه بسته تاثیر بسزایی بر عملکرد شبکه دارد. به طور معمول، بسته ها در شبکه ها حداکثر اندازه 1-4 کیلوبایت دارند.

تغییر پیام برای سازماندهی تعامل کاربر به صورت آفلاین طراحی شده است، زمانی که پاسخ فوری به یک پیام انتظار نمی رود. با این روش سوئیچینگ، پیام از طریق چندین کامپیوتر انتقالی منتقل می شود، جایی که کل پیام روی دیسک بافر می شود.

سوالات و تمرینات

1. آیا خطوط ارتباطی دیجیتال می توانند داده های آنالوگ را حمل کنند؟

2. اگر توان فرستنده 0.01 مگاوات و توان نویز در کانال 0.0001 مگاوات باشد، حد تئوری نرخ داده بر حسب بیت بر ثانیه در کانالی با پهنای باند 20 کیلوهرتز چقدر خواهد بود؟

3. ظرفیت کانال ارتباطی را برای هر جهت از حالت دوبلکس تعیین کنید، در صورتی که مشخص باشد که پهنای باند آن 600 کیلوهرتز است و در روش کدگذاری از 10 حالت سیگنال استفاده می شود.

4. محاسبه تأخیر انتشار سیگنال و تأخیر انتقال داده برای مورد ارسال یک بسته 128 بایتی:

از طریق یک کابل جفت پیچ خورده به طول 100 متر با سرعت انتقال 100 مگابیت بر ثانیه.

کابل کواکسیال به طول 2 کیلومتر با سرعت انتقال 10 مگابیت بر ثانیه.

کانال زمین ثابت ماهواره ای به طول 72000 کیلومتر با سرعت انتقال 128 کیلوبیت بر ثانیه.

سرعت انتشار سیگنال را برابر با سرعت نور در خلاء 300000 کیلومتر بر ثانیه در نظر بگیرید.

5. اگر فرستنده با استفاده از تکنیک پر کردن بیت با پرچم 7E عمل کند و ورودی فرستنده دنباله 24 A5 7E 56 8C را دریافت کند (همه مقادیر هگزادسیمال هستند) چه فریمی را به خط ارسال می کند؟

6. توضیح دهید چرا توان عملیاتی 64 کیلوبیت بر ثانیه از کانال ابتدایی شبکه های تلفن دیجیتال انتخاب شده است؟

7. مناسب ترین روش های فشرده سازی برای اطلاعات متنی را نام ببرید. چرا آنها برای فشرده سازی داده های باینری بی اثر هستند؟

8. کدهایی با طول نامساوی برای هر یک از کاراکترهای A، B، C، D، F و در باره،در صورت نیاز به ارسال پیام BDDACAAFOOOAOOOO. آیا فشرده سازی داده ها در مقایسه با استفاده از:

در کدهای اسکی سنتی؟

کدهایی با طول مساوی، با در نظر گرفتن حضور فقط این شخصیت ها؟

9. فرستنده چگونه تشخیص می دهد که آیا یک رسید مثبت در روش پنجره کشویی گم شده است؟

10. شبکه سوئیچینگ بسته در حال ازدحام است. برای رفع این وضعیت، آیا باید اندازه پنجره در پروتکل های کامپیوتر شبکه را افزایش داد یا کاهش داد؟

11. قابلیت اطمینان خطوط ارتباطی در شبکه چگونه بر انتخاب اندازه پنجره تأثیر می گذارد؟

12. افزونگی فناوری TDM چیست؟

13. کدام روش سوئیچینگ کارآمدتر است: سوئیچینگ مدار یا سوئیچینگ بسته؟

14. تفاوت این سه مفهوم را توضیح دهید:

اتصالات منطقی که برخی از پروتکل ها بر اساس آن ها ساخته شده اند.

کانال های مجازی در شبکه های سوئیچینگ بسته.

کانال های مرکب در شبکه های سوئیچ مدار.

فناوری های اساسی شبکه های محلی

سوئیچینگ دائمی و پویا

چگونه شبکه های سوئیچ بسته، بنابراین شبکه های سوئیچ مداررا می توان به دو دسته تقسیم کرد:

• شبکه های با سوئیچینگ پویا ;
• شبکه های با سوئیچینگ دائمی.

در شبکه های با سوئیچینگ پویا:

• مجاز است به ابتکار کاربر شبکه یک اتصال برقرار کند.
• سوئیچینگ فقط برای مدت جلسه ارتباط انجام می شود و سپس (به ابتکار یکی از کاربران) خاتمه می یابد.
• V مورد کلییک کاربر شبکه می تواند به هر کاربر شبکه دیگری متصل شود.
• زمان اتصال بین یک جفت کاربر وقتی سوئیچینگ پویااز چند ثانیه تا چند ساعت طول می کشد و پس از تکمیل یک کار خاص - انتقال یک فایل، مشاهده صفحه متن یا تصویر و غیره به پایان می رسد.

نمونه هایی از شبکه هایی که از حالت پشتیبانی می کنند سوئیچینگ پویا، هستند شبکه های تلفن استفاده مشترک, شبکه های محلی، شبکه های TCP/IP.

شبکه فعال در سوئیچینگ ثابت:

• به یک جفت کاربر اجازه می دهد تا برای مدت طولانی یک اتصال را سفارش دهند.
• اتصال نه توسط کاربران، بلکه توسط پرسنل نگهداری از شبکه برقرار می شود.
• دوره ای که برای آن تعیین شده است سوئیچینگ دائمی، معمولا چندین ماه طول می کشد.
• حالت سوئیچینگ دائمی در شبکه های سوئیچ مداراغلب نامیده می شود خدمات اختصاصیکانال (اختصاصی) یا اجاره ای (اجاره ای)؛
• هنگامی که یک اتصال دائمی از طریق شبکه ای از سوئیچ ها از طریق رویه های خودکار آغاز شده توسط پرسنل تعمیر و نگهداری برقرار می شود، اغلب نامیده می شود. اتصال نیمه دائمیبرخلاف پیکربندی دستی هر سوئیچ.

اکثر شبکه های محبوب، در حالت کار می کند سوئیچینگ ثابت، امروزه شبکه های فناوری SDH وجود دارد که بر اساس آن کانال های ارتباطی اختصاصی با آنها ساخته می شود توان عملیاتیچندین گیگابیت در ثانیه

برخی از انواع شبکه از هر دو حالت عملکرد پشتیبانی می کنند. به عنوان مثال، شبکه‌های X.25 و ATM می‌توانند به کاربر اجازه دهند که به صورت پویا با هر کاربر دیگری در شبکه ارتباط برقرار کند و در عین حال داده‌ها را از طریق یک اتصال دائمی به یک مشترک خاص ارسال کند.

توان عملیاتی شبکه های سوئیچ بسته

یکی از تفاوت های روش سوئیچینگ بستهاز روش سوئیچینگ مدارعدم قطعیت است پهنای باندارتباط بین دو مشترک چه زمانی سوئیچینگ مدارپس از تشکیل یک کانال مرکب توان عملیاتیشبکه هنگام انتقال داده بین گره های انتهایی شناخته شده است - این توان عملیاتی- کانال داده ها، پس از تأخیر مرتبط با ایجاد کانال، شروع به ارسال با حداکثر سرعت برای کانال می کنند (شکل 7.1). زمان ارسال پیام شبکه های سوئیچ مدار T k.k. برابر با مجموع تاخیر در انتشارسیگنال از طریق خط ارتباطی و تاخیر در انتقالپیام ها. تاخیر انتشارسیگنال به سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در یک محیط فیزیکی خاص بستگی دارد که از 0.6 تا 0.9 سرعت نور در خلاء متغیر است. زمان ارسال پیام برابر با V/C است که V اندازه پیام به بیت و C برابر است توان عملیاتی- کانال بر حسب بیت در ثانیه

که در شبکه های سوئیچ بستهتصویر کاملا متفاوت است

برنج. 7.1.

روش برقراری ارتباطدر این شبکه ها، در صورت استفاده، تقریباً همان زمان روشن است شبکه های سوئیچ مدار، بنابراین ما فقط زمان انتقال داده را با هم مقایسه می کنیم.

در شکل 7.2 نمونه ای از انتقال داده به شبکه های سوئیچ بسته. فرض بر این است که پیامی با همان اندازه پیام ارسال شده در شکل 1 از طریق شبکه منتقل می شود. 7.1 با این حال به بسته هایی تقسیم می شود که هر کدام یک سربرگ دارند. زمان ارسال پیام شبکه های سوئیچ بستهنشان داده شده در شکل T k.p. هنگام انتقال این پیام به بسته‌هایی تبدیل می‌شود شبکه های سوئیچ بستهتاخیرهای اضافی رخ می دهد. اولاً، تأخیرهایی در منبع انتقال وجود دارد که علاوه بر انتقال خود پیام، زمان بیشتری را صرف آن می کند. انتقال هدر t p.z. ، علاوه بر این، تاخیر t int اضافه می شود، ناشی از فواصل بین ارسال هر بسته بعدی(این زمان صرف تشکیل بسته بعدی می شود پشته پروتکل).

در مرحله دوم، زمان اضافی در هر سوئیچ صرف می شود. در اینجا تأخیرها مجموع زمان بافر است - بسته t bp. (سوئیچ نمی تواند بدون دریافت کامل بسته در بافر خود شروع به ارسال کند) و زمان سوئیچینگ tk زمان بافر برابر با زمانی است که برای دریافت بسته با نرخ بیت پروتکل طول می کشد. زمان سوئیچینگ مجموع زمانی است که بسته در صف منتظر می ماند و زمانی که بسته به درگاه خروجی حرکت می کند. اگر زمان سفر بسته ثابت و معمولاً کوچک باشد (از چند میکروثانیه تا چند ده میکروثانیه)، زمان انتظار برای یک بسته در صف در محدوده‌های بسیار وسیعی در نوسان است و از قبل مشخص نیست، زیرا بستگی به آن دارد. در بار فعلی شبکه

بیایید یک تخمین تقریبی انجام دهیم تاخیر در انتقالداده ها در شبکه های سوئیچینگ بستهدر مقایسه با شبکه های سوئیچ مداربا استفاده از یک مثال ساده اجازه دهید پیام آزمایشی که باید در هر دو نوع شبکه ارسال شود 200 کیلوبایت حجم داشته باشد. فرستنده در 5000 کیلومتری گیرنده قرار دارد. پهنای باندخطوط ارتباطی 2 مگابیت بر ثانیه هستند.

زمان انتقال داده شبکه های سوئیچ مدارشامل زمان انتشار سیگنال است که برای مسافت 5000 کیلومتر تقریباً 25 میلی ثانیه تخمین زده می شود (با در نظر گرفتن سرعت انتشار سیگنال برابر با 2/3 سرعت نور) و زمان ارسال پیام که در پهنای باند 2 مگابیت بر ثانیه و طول پیام 200 کیلوبایت تقریباً 800 میلی ثانیه است. در طول محاسبه، مقدار صحیح K (2 10)، برابر با 1024، به 1000 گرد شد، به طور مشابه، مقدار M (2 20)، برابر با 1048576، به 1000000 گرد شد. بنابراین، انتقال داده ها تخمین زده می شود. در 825 میلی‌ثانیه

واضح است که هنگام انتقال این پیام بیش از حد شبکه های سوئیچینگ بسته، دارای طول کل یکسان و توان عملیاتی- کانال های در حال اجرا از فرستنده به گیرنده، زمان انتشار سیگنال و زمان انتقال داده یکسان خواهد بود - 825 میلی ثانیه. با این حال، به دلیل تاخیر در گره های میانیزمان کلی انتقال داده افزایش خواهد یافت. بیایید تخمین بزنیم که این زمان چقدر افزایش می یابد. بیایید فرض کنیم که مسیر فرستنده به گیرنده از 10 سوئیچ عبور می کند. اجازه دهید پیام اصلی به بسته های 1 کیلوبایتی، در مجموع 200 بسته تقسیم شود. ابتدا، اجازه دهید تاخیری را که در گره منبع رخ می دهد، تخمین بزنیم. فرض کنیم که سهم اطلاعات رسمی، قرار داده شده در هدر بسته ها، نسبت به حجم کل پیام 10٪ است. بنابراین، اضافی تاخیر هدر- بسته ها، 10 درصد از زمان ارسال کل پیام است، یعنی 80 میلی ثانیه. اگر قبول کنیم فاصله بین ارسال بسته هابرابر با 1 ms، سپس تلفات اضافی ناشی از فواصل 200 میلی ثانیه خواهد بود. بنابراین، در گره مبدأ، به دلیل بسته بندی پیام در حین انتقال، تاخیر اضافی 280 میلی ثانیه رخ داد.

هر یک از 10 سوئیچ کمک می کند تاخیر سوئیچینگ، که می تواند از کسری تا هزاران میلی ثانیه متغیر باشد. در این مثال، فرض می کنیم که به طور متوسط ​​20 میلی ثانیه صرف سوئیچینگ می شود. علاوه بر این، هنگامی که پیام ها از طریق سوئیچ عبور می کنند، تاخیر بافربسته بندی این تاخیر با حجم بسته 1 کیلوبایت و پهنای باندخط 2 مگابیت بر ثانیه 4 میلی ثانیه است. کل تأخیر معرفی شده توسط 10 سوئیچ تقریباً 240 میلی ثانیه است. در نتیجه تاخیر اضافی ایجاد شد شبکه سوئیچینگ بسته 520 میلی‌ثانیه بود. با توجه به اینکه کل برنامه از پردازنده مشترک است.

کارایی شبکه تحت تأثیر اندازه بسته هایی است که شبکه ارسال می کند. اندازه بسته هایی که خیلی بزرگ هستند را به ارمغان می آورد شبکه سوئیچ بستهبه شبکه های سوئیچ مدار، بنابراین کارایی شبکه کاهش می یابد. علاوه بر این، زمانی که سایز بزرگبسته ها، زمان بافر در هر سوئیچ افزایش می یابد. بسته هایی که خیلی کوچک هستند به طور قابل توجهی سهم اطلاعات سربار را افزایش می دهند، زیرا هر بسته حاوی سرصفحه ای با طول ثابت است و با کاهش اندازه بسته، تعداد بسته هایی که پیام ها به آنها تقسیم می شوند به شدت افزایش می یابد. هنگامی که اطمینان حاصل شود یک "میانگین طلایی" وجود دارد حداکثر بهره وریبا این حال، تعیین دقیق این نسبت دشوار است، زیرا به عوامل زیادی بستگی دارد، از جمله عواملی که در طول عملیات شبکه تغییر می کنند. بنابراین، توسعه دهندگان پروتکل برای شبکه های سوئیچ بستهمحدودیت هایی را انتخاب کنید که اندازه بسته یا به طور دقیق تر فیلد داده آن می تواند باشد، زیرا هدر، به عنوان یک قاعده، طول ثابتی دارد. به طور معمول، حد پایین فیلد داده روی صفر تنظیم می شود که امکان انتقال بسته های خدماتی را بدون داده های کاربر فراهم می کند و حد بالایی از 4 کیلوبایت تجاوز نمی کند. هنگام انتقال داده، برنامه‌ها سعی می‌کنند حداکثر اندازه فیلد داده را اشغال کنند تا تبادل سریع‌تر انجام شود و بسته‌های کوچک معمولاً برای پیام‌های خدمات کوتاه حاوی تأییدیه تحویل بسته استفاده می‌شوند.

هنگام انتخاب اندازه بسته، باید میزان خطای بیت کانال را نیز در نظر بگیرید. در کانال‌های غیرقابل اعتماد، کاهش اندازه بسته‌ها ضروری است، زیرا این امر باعث کاهش مقدار داده‌های ارسال مجدد در هنگام خراب شدن بسته‌ها می‌شود.