11.04.2007 17:46
Različiti pristupi izvođenju prebacivanja
Općenito, rješenje za svaki od posebnih komutacijskih problema je određivanje protoka i odgovarajućih ruta, popravljanje ruta u konfiguracijskim parametrima i tablicama mrežni uređaji, prepoznavanje toka i prijenos podataka između sučelja istog uređaja, multipleksiranje/demultipleksiranje toka i odvajanje medija prijenosa usko su povezani s rješenjima svih ostalih. Skup tehničkih rješenja za generalizirani komutacijski problem zajedno čini temelj svake mrežne tehnologije. Njegova temeljna svojstva ovise o tome koji je mehanizam za postavljanje ruta, prosljeđivanje podataka i dijeljenje komunikacijskih kanala ugrađen u određenu mrežnu tehnologiju.
Među mnogim mogućim pristupima rješavanju problema promjene pretplatnika u mrežama, dva su temeljna:
sklopni krug;
Zamjena paketa.
Izvana, obje ove sheme odgovaraju onima prikazanim na Sl. 1 strukturu mreže, ali su im mogućnosti i svojstva različiti.
Riža. 1. Opća struktura komutirane mreže
Mreže s komutacijom strujnog kruga imaju bogatiju povijest jer su se razvile iz prvih telefonskih mreža. Mreže za komutaciju paketa relativno su nove, pojavile su se kasnih 1960-ih kao rezultat eksperimenata s prvim računalnim mrežama širokog područja. Svaka od ovih shema ima svoje prednosti i nedostatke, ali prema dugoročnim prognozama mnogih stručnjaka, budućnost pripada tehnologiji komutacije paketa, jer je fleksibilnija i univerzalnija.
Preklopni krug
Prilikom prebacivanja kanala, komutacijska mreža formira kontinuirani kompozitni fizički kanal između krajnjih čvorova iz međukanalnih odjeljaka povezanih u seriju prekidačima. Uvjet da nekoliko fizičkih kanala sa serijska vezačine jedan fizički kanal, brzine prijenosa podataka u svakom od sastavnih fizičkih kanala jednake su. Jednakost brzina znači da preklopnici takve mreže ne moraju spremati podatke u međuspremnik.
U mreži s komutiranim krugom, prije prijenosa podataka, uvijek je potrebno izvršiti proceduru uspostave veze, tijekom koje se kreira kompozitni kanal. I tek nakon toga možete započeti prijenos podataka.
Na primjer, ako mreža prikazana na Sl. 1 radi pomoću tehnologije preklapanja krugova, tada čvor 1, kako bi prenio podatke do čvora 7, mora prvo prenijeti posebni zahtjev za uspostavljanje veze sa preklopnikom A, pokazujući odredišnu adresu 7. Prekidač A mora odabrati rutu za formiranje kompozitnog kanala, a zatim prenijeti zahtjev sljedećem preklopniku, u ovom slučaju E. Prekidač E zatim šalje zahtjev preklopniku F , koji zauzvrat šalje zahtjev čvoru 7. Ako čvor 7 primi zahtjev za uspostavljanje veze, šalje uspostavljen kanal odgovor na izvorni čvor, nakon čega se kompozitni kanal smatra komutiranim, a čvorovi 1 i 7 mogu razmjenjivati podatke preko njega.
Riža. 2. Uspostavljanje kompozitnog kanala
Tehnika sklopnog sklopa ima svoje prednosti i nedostatke.
Prednosti sklopnih krugova
Konstantna i poznata brzina prijenosa podataka preko kanala uspostavljenog između krajnjih čvorova. Ovo korisniku mreže daje mogućnosti na temelju unaprijed napravljene procjene onoga što je potrebno za kvalitetan prijenos podataka propusnost postavite kanal potrebne brzine na mreži.
Niska i stalna latencija prijenosa podataka kroz mrežu. To omogućuje visokokvalitetni prijenos podataka osjetljivih na kašnjenje (koji se nazivaju i promet u stvarnom vremenu) - glas, video i razne tehnološke informacije.
Nedostaci sklopnih krugova
Mreža je odbila servisirati zahtjev za povezivanje. Ova situacija može nastati zbog činjenice da u nekom dijelu mreže vezu treba uspostaviti duž kanala kroz koji već prolazi najveći mogući broj protoka informacija. Kvar se može dogoditi i na završnoj dionici kompozitnog kanala - na primjer, ako pretplatnik može održavati samo jednu vezu, što je tipično za mnoge telefonske mreže. Kada drugi poziv stigne pretplatniku koji već razgovara, mreža prenosi pozivatelju kratki zvučni signali - signal zauzeća.
Neracionalno korištenje kapaciteta fizičkog kanala. Onaj dio propusnosti koji je alociran kompozitnom kanalu nakon uspostavljanja veze njemu je osiguran cijelo vrijeme, tj. dok se veza ne prekine. Međutim, pretplatnici ne trebaju uvijek propusnost kanala tijekom veze, na primjer, u telefonskom razgovoru mogu biti pauze; interakcija računala je još neujednačenija. Nemogućnost dinamičke redistribucije propusnosti temeljno je ograničenje mreže s komutacijom krugova, budući da je jedinica komutacije ovdje protok informacija u cjelini.
Obavezna odgoda prije prijenosa podataka zbog faze uspostavljanja veze.
Prednosti i nedostaci svake mrežne tehnologije su relativne. U određenim situacijama prednosti dolaze do izražaja, a nedostaci postaju beznačajni. Stoga tehnika komutacije strujnog kruga dobro funkcionira u slučajevima kada je potrebno prenijeti samo telefonski promet. Ovdje se možemo pomiriti s nemogućnošću "izrezivanja" pauza iz razgovora i racionalnijeg korištenja temeljnih fizičkih kanala između prekidača. Ali kod prijenosa vrlo neravnomjernog računalnog prometa ta iracionalnost već dolazi do izražaja.
Zamjena paketa
Ova tehnika prebacivanja posebno je dizajnirana za učinkovit prijenos računalnog prometa. Prvi koraci prema stvaranju računalne mreže na temelju tehnika komutacije krugova pokazali su da ova vrsta komutacije ne dopušta postizanje visoke ukupne propusnosti mreže. Tipične mrežne aplikacije generiraju promet vrlo sporadično, s visokim razinama brzog prijenosa podataka. Na primjer, kada pristupate daljinskom upravljaču poslužitelj datoteka korisnik prvo pregledava sadržaj imenika tog poslužitelja, što uzrokuje prijenos male količine podataka. Zatim otvara željenu datoteku u uređivaču teksta, što je operacija koja može stvoriti dosta razmjene podataka, osobito ako datoteka sadrži veliku grafiku. Nakon što prikaže nekoliko stranica datoteke, korisnik neko vrijeme radi s njima lokalno, što ne zahtijeva nikakav mrežni prijenos, a zatim vraća izmijenjene kopije stranica na poslužitelj - ponovno stvarajući intenzivan mrežni prijenos.
Faktor valovitosti prometa pojedinog korisnika mreže, jednako omjeru prosječni intenzitet razmjene podataka do najvećeg mogućeg, može doseći 1:50 ili čak 1:100. Ako za opisanu sesiju organiziramo prebacivanje kanala između korisničkog računala i poslužitelja, tada će većinu vremena kanal biti u stanju mirovanja. U isto vrijeme, komutacijske mogućnosti mreže bit će dodijeljene ovom paru pretplatnika i neće biti dostupne drugim korisnicima mreže.
Kod prebacivanja paketa, sve prenosi korisnik poruke se razbijaju na izvornom čvoru u relativno male dijelove koji se nazivaju paketi. Podsjetimo, poruka je logički dovršen podatak - zahtjev za prijenos datoteke, odgovor na taj zahtjev koji sadrži cijelu datoteku itd. Poruke mogu biti bilo koje duljine, od nekoliko bajtova do mnogo megabajta. Naprotiv, paketi obično također mogu imati promjenjive duljine, ali unutar uskih granica, na primjer od 46 do 1500 bajtova. Svaki paket ima zaglavlje koje navodi informacije o adresi potrebne za isporuku paketa do odredišnog čvora, kao i broj paketa koji će koristiti odredišni čvor za sastavljanje poruke (Slika 3). Paketi se prenose mrežom kao neovisni informacijski blokovi. Mrežni preklopnici primaju pakete od krajnjih čvorova i, na temelju informacija o adresi, prenose ih jedni drugima, te u konačnici do odredišnog čvora.
Riža. 3. Dijeljenje poruke u pakete
Paketni mrežni preklopnici razlikuju se od sklopnih sklopki po tome što imaju unutarnju međuspremnik za privremeno spremanje paketa ako je izlazni port preklopnika zauzet odašiljanjem drugog paketa u trenutku kada je paket primljen (Slika 3). U tom slučaju paket neko vrijeme ostaje u redu čekanja paketa u međuspremniku izlaznog porta, a kada dođe na red do njega, prebacuje se na sljedeći preklopnik. Ova shema prijenosa podataka omogućuje vam da izgladite pulsiranje prometa na glavnim vezama između preklopnika i time ih najučinkovitije koristite za povećanje kapaciteta mreže u cjelini.
Doista, za par pretplatnika, najučinkovitije bi bilo da im se omogući samo korištenje komutiranih komunikacijskih kanala, kao što se radi u mrežama s komutacijom krugova. U tom bi slučaju vrijeme interakcije ovog para pretplatnika bilo minimalno, jer bi se podaci prenosili s jednog pretplatnika na drugog bez odgode. Pretplatnike ne zanima zastoj kanala tijekom pauza prijenosa, važno im je da brzo riješe svoj problem. Paketno komutirana mreža usporava proces interakcije između određenog para pretplatnika, budući da njihovi paketi mogu čekati u komutatoru dok se drugi paketi koji su ranije stigli na komutator prenose duž okosnice veze.
Međutim, ukupna količina računalnih podataka koju mreža prenosi po jedinici vremena korištenjem tehnike komutacije paketa bit će veća nego korištenjem tehnike komutacije krugova. To se događa jer su pulsacije pojedinih pretplatnika, u skladu sa zakonom velikih brojeva, raspoređene u vremenu tako da se njihovi vrhovi ne poklapaju. Stoga su preklopnici stalno i prilično ravnomjerno opterećeni poslom ako je broj pretplatnika koje opslužuju stvarno velik. Na sl. Slika 4 pokazuje da je promet koji dolazi od krajnjih čvorova do preklopnika vrlo neravnomjerno raspoređen tijekom vremena. Međutim, sklopke više u hijerarhiji služe za veze između sklopki niži nivo, opterećeni su ravnomjernije, a protok paketa u glavnim kanalima koji povezuju preklopnike vrhunska razina, ima gotovo maksimalnu stopu iskorištenja. Međuspremnik izglađuje valovitost, tako da je faktor valovitosti na glavnim kanalima mnogo manji nego na pretplatničkim pristupnim kanalima - može biti jednak 1:10 ili čak 1:2.
Riža. 4. Izglađivanje prometnih izbijanja u paketno komutiranoj mreži
Veća učinkovitost paketno komutiranih mreža u usporedbi s mrežama s komutacijom krugova (s jednakim kapacitetom komunikacijskih kanala) dokazana je 60-ih godina eksperimentalno i korištenjem simulacijsko modeliranje. Ovdje je prikladna analogija s višeprogramskim operacijskim sustavima. Svakom pojedinačnom programu u takvom sustavu potrebno je više vremena da se izvrši nego u sustavu s jednim programom, gdje je programu dodijeljeno svo procesorsko vrijeme dok se ne završi njegovo izvršenje. Međutim, ukupan broj programa koji se izvode po jedinici vremena veći je u sustavu s više programa nego u sustavu s jednim programom.
Paketno komutirana mreža usporava proces interakcije između određenog para pretplatnika, ali povećava propusnost mreže kao cjeline.
Kašnjenja na izvoru prijenosa:
vrijeme za prijenos zaglavlja;
kašnjenja uzrokovana intervalima između prijenosa svakog sljedećeg paketa.
Kašnjenja u svakom prekidaču:
vrijeme čekanja paketa u redu čekanja (vrijednost varijable);
vrijeme koje je potrebno da paket prijeđe na izlazni port.
vrijeme međuspremnika paketa;
vrijeme prebacivanja, koje se sastoji od:
Prednosti komutacije paketa
Visoka ukupna propusnost mreže pri prijenosu brzog prometa.
Mogućnost dinamičke preraspodjele propusnosti fizičkih komunikacijskih kanala između pretplatnika u skladu sa stvarnim potrebama njihovog prometa.
Nedostaci komutacije paketa
Nesigurnost u brzini prijenosa podataka između mrežnih pretplatnika, zbog činjenice da kašnjenja u redovima međuspremnika mrežnih sklopki ovise o ukupno opterećenje mreže.
Promjenjiva količina odgode za pakete podataka, koja može biti prilično duga u trenucima trenutnog zagušenja mreže.
Mogući gubitak podataka zbog prekoračenja međuspremnika.
Trenutno se aktivno razvijaju i implementiraju metode za prevladavanje ovih nedostataka, koji su posebno akutni za promet osjetljiv na kašnjenje koji zahtijeva konstantnu brzinu prijenosa. Takve metode nazivaju se metode kvalitete usluge (QoS).
Paketno komutirane mreže, koje implementiraju metode kvalitete usluge, omogućuju istovremeni prijenos različitih vrsta prometa, uključujući tako važne kao što su telefonski i računalni promet. Stoga se metode komutacije paketa danas smatraju najperspektivnijima za izgradnju konvergirane mreže koja će pružiti sveobuhvatnu kvalitetne usluge za pretplatnike bilo koje vrste. Međutim, metode preklapanja krugova ne mogu se zanemariti. Danas ne samo da uspješno rade u tradicionalnim telefonskim mrežama, već se naširoko koriste za formiranje trajnih veza velike brzine u takozvanim primarnim (okosnicama) mreža SDH i DWDM tehnologija, koje se koriste za stvaranje okosnica fizičkih kanala između telefonskih ili sklopke računalne mreže. U budućnosti je sasvim moguće da će se pojaviti nove komutacijske tehnologije, koje će u ovom ili onom obliku kombinirati principe paketne i kanalne komutacije.
Prebacivanje poruka
Komutacija poruka je u principu slična komutaciji paketa. Prebacivanje poruka znači prijenos jednog bloka podataka između tranzitnih računala na mreži s privremenim međuspremnikom tog bloka na disku svakog računala. Poruka, za razliku od paketa, ima proizvoljnu duljinu, koja nije određena tehnološkim razlozima, već sadržajem informacija koje čine poruku.
Tranzitna računala mogu biti međusobno povezana ili mrežom s komutacijom paketa ili mrežom s komutacijom krugova. Poruka (to može biti, na primjer, tekstualni dokument, datoteka s programskim kodom, e-pošta) pohranjena je u prijenosnom računalu na disku i prilično Dugo vrijeme, ako je računalo zauzeto drugim poslom ili je mreža privremeno preopterećena.
Ova se shema obično koristi za prijenos poruka koje ne zahtijevaju trenutni odgovor, najčešće poruke e-pošte. Način prijenosa s međupohranom na disku naziva se način pohranjivanja i prosljeđivanja.
Način rada za prebacivanje poruka oslobađa mrežu za promet koji zahtijeva brzi odgovor, poput prometa WWW usluge ili usluge datoteka.
Obično pokušavaju smanjiti broj prijenosnih računala. Ako su računala spojena na paketno komutiranu mrežu, tada se broj međuračunala smanjuje na dva. Na primjer, korisnik šalje poštanska poruka svom poslužitelju odlazne pošte, koji ga odmah pokušava prenijeti na poslužitelj dolazne pošte primatelja. Ali ako su računala međusobno povezana telefonskom mrežom, tada se često koristi nekoliko međuposlužitelja, budući da je izravan pristup krajnji poslužitelj može biti trenutno nemoguća zbog preopterećenosti telefonske mreže (pretplatnik je zauzet) ili ekonomski neisplativa zbog visokih tarifa za međugradske telefonske komunikacije.
Tehnika komutacije poruka pojavila se u računalnim mrežama ranije od tehnike komutacije paketa, ali ju je zatim istisnula potonja jer je bila učinkovitija u pogledu mrežne propusnosti. Zapisivanje poruke na disk oduzima puno vremena, a osim toga, prisutnost diskova sugerira korištenje kao prekidače specijalizirana računala, što podrazumijeva značajne troškove za organizaciju mreže.
Danas prebacivanje poruka radi samo za neke neoperativne usluge, najčešće na vrhu paketno komutirane mreže kao usluge aplikacijskog sloja.
Usporedba načina prebacivanja
Usporedba komutacije krugova i komutacije paketa
|
Preklopni krug |
Zamjena paketa |
|
Zajamčena propusnost (propusnost) za pretplatnike u interakciji |
Kapacitet mreže za pretplatnike nije poznat, kašnjenja prijenosa su slučajna |
|
Mreža može odbiti uspostaviti vezu s pretplatnikom |
Mreža je uvijek spremna za primanje podataka od pretplatnika |
|
Promet u stvarnom vremenu prenosi se bez kašnjenja |
Mrežni resursi koriste se učinkovito pri prijenosu brzog prometa |
|
Adresa se koristi samo u fazi uspostavljanja veze |
Adresa se šalje sa svakim paketom |
Stalno i dinamičko prebacivanje
I mreže s komutacijom paketa i mreže s komutacijom krugova mogu se podijeliti u dvije klase:
mreže s dinamičkim prebacivanjem;
mreže s trajnim prebacivanjem.
U mrežama s dinamičkim prebacivanjem:
dopušteno 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;
općenito, mrežni korisnik može se povezati s bilo kojim drugim mrežnim korisnikom;
Vrijeme povezivanja između para korisnika tijekom dinamičkog prebacivanja kreće se od nekoliko sekundi do nekoliko sati i završava nakon završetka određenog posla - prijenos datoteke, pregled stranice teksta ili slike itd.
Primjeri mreža koje podržavaju način dinamičkog prebacivanja su javne telefonske mreže, lokalne mreže i TCP/IP mreže.
Mreža radi u stalnom načinu prebacivanja:
omogućuje paru korisnika da naruče vezu na dulje vremensko razdoblje;
vezu ne uspostavljaju korisnici, već osoblje koje održava mrežu;
razdoblje za koje se utvrđuje trajno prebacivanje obično je nekoliko mjeseci;
način stalnog komutiranja u mrežama s komutacijom kruga često se naziva usluga namjenskog ili iznajmljenog kruga;
Kada se stalna veza kroz mrežu preklopnika uspostavi automatskim postupcima koje pokreće osoblje za održavanje, često se naziva polutrajna veza, za razliku od načina ručnog konfiguriranja svakog preklopnika.
Najviše popularne mreže, koje rade u stalnom komutacijskom načinu, danas su mreže SDH tehnologije, na temelju kojih se grade namjenski komunikacijski kanali kapaciteta nekoliko gigabita u sekundi.
Neke vrste mreža podržavaju oba načina rada. Na primjer, X.25 i ATM mreže mogu omogućiti korisniku da dinamički komunicira s bilo kojim drugim korisnikom na mreži i istovremeno šalje podatke preko stalna veza određenom pretplatniku.
Propusnost paketno komutiranih mreža
Jedna od razlika između metode komutacije paketa i metode komutacije kruga je nesigurnost kapaciteta veze između dva pretplatnika. U slučaju komutacije krugova, nakon formiranja kompozitnog kanala, poznat je mrežni kapacitet za prijenos podataka između krajnjih čvorova - to je kapacitet kanala. Podaci se, nakon odgode povezane s uspostavljanjem kanala, počinju prenositi maksimalnom brzinom za kanal (Sl. 5.). Vrijeme prijenosa poruke u mreži s komutacijom krugova Tk.k. jednaka je zbroju kašnjenja širenja signala duž komunikacijske linije i kašnjenja prijenosa poruke. Kašnjenje širenja signala ovisi o brzini širenja Elektromagnetski valovi u određenom fizičko okruženje, koja se kreće od 0,6 do 0,9 brzine svjetlosti u vakuumu. Vrijeme prijenosa poruke jednako je V/C, gdje je V veličina poruke u bitovima, a C kapacitet kanala u bitovima po sekundi.
U paketno komutiranoj mreži slika je potpuno drugačija.
Riža. 5 Kašnjenja prijenosa podataka u mrežama s komutiranim krugom.
Procedura uspostave veze u tim mrežama, ako se koriste, traje otprilike jednako kao iu mrežama s komutiranim krugom, pa ćemo uspoređivati samo vrijeme prijenosa podataka.
Riža. 6. Kašnjenja u prijenosu podataka u paketno komutiranim mrežama.
Na sl. Slika 6 prikazuje primjer prijenosa podataka u paketnoj komutacijskoj mreži. Pretpostavlja se da se preko mreže prenosi poruka iste veličine kao poruka prenesena na Sl. 5. Međutim, podijeljen je u pakete od kojih svaki ima zaglavlje. Vrijeme prijenosa poruke u paketnoj komutacijskoj mreži prikazano je na slici Tk.p. Kada se ova paketna poruka odašilje preko paketno komutirane mreže, dolazi do dodatnih kašnjenja. Prvo, to su kašnjenja u izvoru prijenosa, koji osim što šalje samu poruku, troši dodatno vrijeme na prijenos zaglavlja tp.z., pored kašnjenja tint uzrokovanih intervalima između prijenosa svakog sljedećeg paketa (ovaj put se troši na formiranje sljedećeg paketnog protokola stog).
Drugo, dodatno vrijeme se troši u svakom prekidaču. Ovdje su kašnjenja zbroj vremena međuspremnika paketa tb.p. (sklopka ne može započeti slanje paketa bez da ga u potpunosti primi u svoj međuspremnik) i vrijeme komutacije tk. Vrijeme međuspremnika jednako je vremenu potrebnom za primanje paketa pri bitnoj brzini protokola. Vrijeme prebacivanja je zbroj vremena koje paket čeka u redu čekanja i vremena kada se paket kreće do izlaznog porta. Ako je vrijeme putovanja paketa fiksno i, u pravilu, malo (od nekoliko mikrosekundi do nekoliko desetaka mikrosekundi), tada vrijeme čekanja paketa u redu čekanja varira u vrlo širokim granicama i nije unaprijed poznato, jer ovisi o na trenutno opterećenje mreže.
Napravimo grubu procjenu kašnjenja u prijenosu podataka u mrežama s komutacijom paketa u usporedbi s mrežama s komutacijom krugova koristeći jednostavan primjer. Neka probna poruka koju je potrebno prenijeti u obje vrste mreža ima volumen od 200 KB. Pošiljatelj se nalazi 5000 km od primatelja. Kapacitet komunikacijskih linija je 2 Mbit/s.
Vrijeme prijenosa podataka preko mreže s komutiranim krugom sastoji se od vremena propagacije signala, koje se za udaljenost od 5000 km može procijeniti na približno 25 ms (pod pretpostavkom da je brzina propagacije signala jednaka 2/3 brzine svjetlosti), i vrijeme prijenosa poruke, koje za propusnost od 2 Mbit/c i duljinu poruke od 200 KB iznosi približno 800 ms. Tijekom izračuna, točna vrijednost K (210), jednaka 1024, zaokružena je na 1000, slično tome, vrijednost M (220), jednaka 1048576, zaokružena je na 1000000. Dakle, prijenos podataka procijenjen je na 825 ms.
Jasno je da će pri prijenosu ove poruke preko paketno komutirane mreže s istom ukupnom duljinom i kapacitetom kanala od pošiljatelja do primatelja vrijeme propagacije signala i vrijeme prijenosa podataka biti isto - 825 ms. Međutim, zbog kašnjenja u međučvorovima, ukupno vrijeme prijenosa podataka će se povećati. Procijenimo koliko će se to vrijeme povećati. Pretpostavit ćemo da put od pošiljatelja do primatelja prolazi kroz 10 prekidača. Neka izvorna poruka bude podijeljena u pakete od 1 KB, za ukupno 200 paketa. Prvo, procijenimo kašnjenje koje se događa na izvornom čvoru. Pretpostavimo da je udio nadzemnih informacija koje se nalaze u zaglavljima paketa u odnosu na ukupnu količinu poruke 10%. Stoga dodatno kašnjenje povezano s prijenosom zaglavlja paketa iznosi 10% vremena prijenosa cijele poruke, odnosno 80 ms. Ako uzmemo da je interval između slanja paketa 1 ms, tada će dodatni gubici zbog intervala biti 200 ms. Tako je na izvorišnom čvoru zbog paketiranja poruke tijekom prijenosa došlo do dodatnog kašnjenja od 280 ms.
Svaki od 10 prekidača uvodi kašnjenje prebacivanja, koje može varirati od frakcija do tisuća milisekundi. U u ovom primjeru Pretpostavimo da se na prebacivanje u prosjeku potroši 20 ms. Dodatno, postoji odgoda u međuspremniku paketa dok poruke prolaze kroz sklopku. Ovo kašnjenje s veličinom paketa od 1 KB i linijskim protokom od 2 Mbit/s jednako je 4 ms. Ukupna latencija koju uvodi 10 prekidača je približno 240 ms. To je rezultiralo s dodatnih 520 ms latencije koju je uvela paketno komutirana mreža. Uzimajući u obzir da je cijeli prijenos podataka na mreži s komutacijom kruga trajao 825 ms, ovo dodatno kašnjenje može se smatrati značajnim.
Iako je ovaj izračun vrlo grub, on objašnjava zašto je proces prijenosa za određeni par pretplatnika u mreži s komutacijom paketa sporiji nego u mreži s komutacijom krugova.
Nesiguran kapacitet paketno komutirane mreže je cijena koju treba platiti za njenu ukupnu učinkovitost, uz određenu štetu interesima pojedinačnih pretplatnika. Slično, u multiprogramu operacijski sustav Vrijeme izvršenja aplikacije ne može se predvidjeti, budući da ovisi o broju drugih aplikacija s kojima ovu aplikaciju dijeli procesor.
Na učinkovitost mreže utječe veličina paketa koje mreža odašilje. Previše velike veličine paketi približavaju mrežu s komutacijom paketa mreži s komutacijom krugova, pa se učinkovitost mreže smanjuje. Osim toga, velike veličine paketa povećavaju vrijeme međuspremnika na svakom preklopniku. Premali paketi značajno povećavaju udio nadzemnih informacija, budući da svaki paket sadrži zaglavlje fiksne duljine, a broj paketa u koje su poruke podijeljene naglo će se povećati kako se smanjuje veličina paketa. Postoji određena "zlatna sredina" kada je osigurana maksimalnu učinkovitost rada mreže, međutim, taj je omjer teško točno odrediti jer ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući one koji se mijenjaju tijekom rada mreže. Stoga razvijači protokola za mreže s komutacijom paketa biraju granice unutar kojih može biti veličina paketa, točnije njegovo podatkovno polje, budući da zaglavlje u pravilu ima fiksnu duljinu. Obično je donja granica podatkovnog polja postavljena na nulu, što omogućuje prijenos servisnih paketa bez korisničkih podataka, a gornja granica ne prelazi 4 KB. Aplikacije pokušavaju preuzeti podatke prilikom prijenosa podataka. najveća veličina podatkovna polja kako bi razmjena bila brža, a mali paketi obično se koriste za kratke servisne poruke koje sadrže, primjerice, potvrdu o isporuci paketa.
Prilikom odabira veličine paketa morate uzeti u obzir i stopu pogreške u bitovima kanala. Na nepouzdanim kanalima potrebno je smanjiti veličinu paketa jer se time smanjuje količina ponovno odaslanih podataka kada su paketi oštećeni.
Ethernet je primjer standardne tehnologije komutacije paketa
Razmotrimo kako gore navedeno opći pristupi rješenja problema s umrežavanjem utjelovljena su u najpopularnijoj mrežnoj tehnologiji - Ethernetu. (Imajte na umu da sada nećemo detaljno razmatrati samu tehnologiju - odgodit ćemo ovo važno pitanje za sljedeći tečaj, a danas ćemo se zadržati samo na nekim temeljnim točkama koje ilustriraju niz osnovnih koncepata o kojima smo već raspravljali.)
Mrežna tehnologija je dogovoreni skup standardnih protokola te hardvera i softvera (npr. mrežni adapteri, upravljački programi, kabeli i konektori) dovoljni za izgradnju računalne mreže.
Epitet "dovoljan" naglašava činjenicu da govorimo o O minimalni set sredstva pomoću kojih možete izgraditi funkcionalnu mrežu. Ovu mrežu moguće je poboljšati, primjerice, alokacijom podmreža u njoj, što će odmah zahtijevati, uz standardne Ethernet protokole, i korištenje IP protokola, kao i posebne komunikacijske uređaje - routere. Poboljšana mreža vjerojatno će biti pouzdanija i brža, ali nauštrb dodataka alatima Ethernet tehnologije, koji je činio osnovu mreže.
Izraz "mrežna tehnologija" najčešće se koristi u gore opisanom užem smislu, ali ponekad se koristi i njegovo prošireno tumačenje kao bilo koji skup alata i pravila za izgradnju mreže, na primjer, "tehnologija usmjeravanja s kraja na kraj", “tehnologija sigurnog kanala”, “tehnologija IP mreže”.
Protokoli na kojima je izgrađena mreža određene tehnologije (u užem smislu) stvoreni su posebno za suradnju, tako da programer mreže ne zahtijeva dodatne napore da organizira njihovu interakciju. Ponekad se mrežne tehnologije nazivaju osnovnim tehnologijama, što znači da je temelj svake mreže izgrađen na njihovoj osnovi. Primjeri osnovnih mrežne tehnologije tako dobro poznate tehnologije mogu poslužiti uz Ethernet lokalne mreže Kako Prsten sa znakom i FDDI, odnosno tehnologije teritorijalnih mreža X.25 i Frame Relay. Da biste dobili radnu mrežu u ovom slučaju, dovoljno je kupiti softver i hardver koji se odnosi na istu osnovnu tehnologiju - mrežne adaptere s upravljačkim programima, čvorišta, preklopnike, kabelski sustav itd. - te ih povezati u skladu sa zahtjevima norme za ovu tehnologiju.
Dakle, Ethernet mrežnu tehnologiju karakterizira:
Zamjena paketa;
tipična topologija" zajednički autobus";
ravno numeričko adresiranje;
zajednički prijenosni medij.
Osnovno načelo na kojem se temelji Ethernet je nasumična metoda pristupa zajedničkom mediju za prijenos podataka. Debeli ili tanki koaksijalni kabel može se koristiti kao takav medij, upletena parica, optičko vlakno ili radio valovi (usput, prva mreža izgrađena na principu slučajnog pristupa zajedničkom mediju bila je Aloha radio mreža Sveučilišta Hawaii).
Ethernet standard striktno definira topologiju električne veze. Računala su povezana u zajedničko okruženje u skladu sa standardnom strukturom “zajedničke sabirnice” (slika 7.). Koristeći vremenski podijeljenu sabirnicu, bilo koja dva računala mogu razmjenjivati podatke. Pristup komunikacijskoj liniji kontroliraju posebni kontroleri - Ethernet mrežni adapteri. Svako računalo, odnosno svaki mrežni adapter ima jedinstvenu adresu. Prijenos podataka odvija se brzinom od 10 Mbit/s. Ova vrijednost je propusnost Ethernet mreže.
Riža. 7. Ethernet mreža.
Suština metode slučajnog pristupa je sljedeća. Računalo na Ethernet mreži može prenositi podatke preko mreže samo ako je mreža u stanju mirovanja, odnosno ako nijedno drugo računalo trenutno ne komunicira. Stoga je važan dio Ethernet tehnologije postupak utvrđivanja dostupnosti medija.
Nakon što se računalo uvjeri da je mreža slobodna, započinje prijenos i pritom “hvata” medij. Vrijeme isključivog korištenja zajedničkog medija od strane jednog čvora ograničeno je vremenom prijenosa jednog okvira. Okvir je jedinica podataka koja se razmjenjuje između računala na Ethernet mreži. Okvir ima fiksni format i uz podatkovno polje sadrži razne servisne informacije, kao što su adresa primatelja i adresa pošiljatelja.
Ethernet mreža je dizajnirana na takav način da kada okvir uđe u zajednički medij za prijenos podataka, svi mrežni adapteri počinju istovremeno primati ovaj okvir. Svi oni analiziraju odredišnu adresu koja se nalazi u jednom od početnih polja okvira, i ako ta adresa odgovara njihovoj, okvir se postavlja u interni međuspremnik mrežnog adaptera. Dakle, računalo primatelj prima podatke koji su mu namijenjeni.
Može doći do situacije kada nekoliko računala istovremeno odluči da je mreža slobodna i počne slati informacije. Ova situacija, koja se naziva kolizija, sprječava pravilan prijenos podataka preko mreže. Ethernet standard pruža algoritam za otkrivanje i ispravnu obradu kolizija. Vjerojatnost sudara ovisi o intenzitetu mrežni promet.
Nakon što se otkrije kolizija, mrežni adapteri koji su pokušavali prenijeti svoje okvire prestaju slati i, nakon pauze nasumičnog trajanja, ponovno pokušavaju pristupiti mediju i prenijeti okvir koji je uzrokovao koliziju.
Glavne prednosti Ethernet tehnologije
1. Glavna prednost Ethernet mreže Ono što ih čini toliko popularnima je njihova isplativost. Za izgradnju mreže dovoljno je imati jedan mrežni adapter za svako računalo plus jedan fizički segment koaksijalnog kabela potrebne duljine.
2. Osim toga, Ethernet mreže implementiraju dosta toga jednostavni algoritmi pristup medijima, adresiranje i prijenos podataka. Jednostavnost logike rada mreže dovodi do pojednostavljenja i, sukladno tome, smanjenja troškova mrežnih adaptera i njihovih upravljačkih programa. Iz istog razloga, Ethernet mrežni adapteri su vrlo pouzdani.
3. I na kraju, još jedno izvanredno svojstvo Ethernet mreža je njihova dobra proširivost, odnosno mogućnost povezivanja novih čvorova.
Ostale osnovne mrežne tehnologije, kao što su Token Ring i FDDI, iako imaju svoje posebne karakteristike, imaju mnogo sličnosti s Ethernetom. Prije svega, ovo je korištenje redovitih fiksnih topologija ("hijerarhijska zvijezda" i "prsten"), kao i dijeljeni mediji za prijenos podataka. Značajne razlike između jedne i druge tehnologije povezane su s karakteristikama metode koja se koristi za pristup zajedničkom okruženju. Dakle, razlike između Ethernet tehnologije i Token Ring tehnologije uvelike su određene specifičnostima metoda razdvajanja medija ugrađenih u njih - algoritma slučajnog pristupa u Ethernetu i metode pristupa prosljeđivanjem tokena Token Ringu.
Prijenos datagrama
Postoje dvije klase mehanizama prijenosa paketa koji se danas koriste u mrežama za komutaciju paketa:
prijenos datagrama;
Primjeri mreža koje implementiraju mehanizam prijenosa datagrama su Ethernet, IP i IPX mreže. X.25, Frame Relay i ATM mreže prenose podatke pomoću virtualnih kanala. Prvo ćemo pogledati Osnovni principi datagramski pristup.
Datagramska metoda prijenosa podataka temelji se na činjenici da se svi poslani paketi obrađuju neovisno jedan o drugome, paket po paket. Ne uzima se u obzir pripada li paket određenom toku između dva krajnja čvora i dvije aplikacije koje se izvode na tim čvorovima.
Odabir sljedećeg čvora - npr. Ethernet prekidač ili IP/IPX usmjerivač - pojavljuje se samo na temelju adrese odredišnog računala sadržane u zaglavlju paketa. Odluka o tome koji će čvor poslati dolazni paket donosi se na temelju tablice koja sadrži skup odredišnih adresa i informacije o adresama koje jedinstveno identificiraju sljedeći (tranzitni ili završni) čvor. Takve tablice imaju različita imena- npr. za Ethernet mreže obično se nazivaju tablicama prosljeđivanja, a za mrežne protokole kao što su IP i IPX - tablicama usmjeravanja. U nastavku, radi jednostavnosti, koristit ćemo izraz "tablica usmjeravanja" kao opći naziv za takve tablice koje se koriste za prijenos datagrama samo na temelju odredišne adrese krajnjeg čvora.
Tablica usmjeravanja za istu odredišnu adresu može sadržavati nekoliko unosa koji upućuju na različite sljedeće adrese usmjerivača. Ovaj se pristup koristi za poboljšanje performansi i pouzdanosti mreže. U primjeru na Sl. 8 paketa koji pristignu na usmjerivač R1 za odredišni čvor s adresom N2, A2, u svrhu uravnoteženja opterećenja, raspoređuju se između sljedeća dva usmjerivača - R2 i R3, čime se smanjuje opterećenje svakog od njih, a time i redovi čekanja i brzine dostava. Određena "nejasnost" putanja paketa s istom odredišnom adresom kroz mrežu izravna je posljedica principa neovisne obrade svakog paketa koji je svojstven datagramskim protokolima. Paketi koji putuju na istu odredišnu adresu mogu ići različitim putovima do nje zbog promjena u stanju mreže, kao što je kvar srednjih usmjerivača.
Riža. 8. Datagramski princip paketnog prijenosa.
Ova značajka mehanizma datagrama, kao što je zamagljivanje prometnih putova kroz mrežu, također je nedostatak u nekim slučajevima. Na primjer, ako paketi određene sesije između dva krajnja čvora mreže trebaju pružiti određenu kvalitetu usluge. Suvremene metode QoS podržava rad učinkovitije kada promet koji zahtijeva garanciju usluge uvijek prolazi kroz iste međučvorove.
Virtualni sklopovi u paketno komutiranim mrežama
Virtualni krug ili mehanizam virtualnog kanala stvara stabilne staze za promet kroz paketno komutiranu mrežu. Ovaj mehanizam uzima u obzir postojanje protoka podataka u mreži.
Ako je cilj postaviti jedan put kroz mrežu za sve pakete toka, tada bi neophodna (ali ne uvijek i jedina) značajka takvog toka trebala biti prisutnost zajedničkih ulaznih i izlaznih točaka iz mreže za sve njegove paketi. Za prijenos takvih tokova u mreži se stvaraju virtualni kanali. Slika 9 prikazuje fragment mreže u kojoj su položena dva virtualna kanala. Prvi ide od krajnjeg čvora s adresom N1, A1 do krajnjeg čvora s adresom N2, A2 preko međumrežnih sklopki R1, R3, R7 i R4. Drugi osigurava kretanje podataka duž staze N3, A3 - R5 - R7 - R4 - N2, A2. Između dva krajnja čvora može se položiti nekoliko virtualnih kanala, bilo potpuno identičnih u smislu rute kroz tranzitne čvorove, bilo različitih.
Riža. 9. Princip rada virtualnog kanala.
Mreža pruža samo mogućnost prijenosa prometa duž virtualnog kanala, a krajnji čvorovi sami odlučuju koji će se tokovi prenositi tim kanalima. Čvor može koristiti isti virtualni kanal za prijenos svih tokova koji dijele krajnje točke s danim virtualnim kanalom ili samo njihovih dijelova. Na primjer, možete koristiti jedan virtualni krug za promet u stvarnom vremenu, a drugi za promet e-poštom. U potonji slučaj različiti virtualni krugovi će imati različite zahtjeve za kvalitetom usluge, te će ih biti lakše zadovoljiti nego u slučaju da se promet s različitim zahtjevima za QoS parametrima prenosi istim virtualnim krugom.
Važna značajka mreža virtualnih krugova je korištenje lokalnih adresa paketa pri donošenju odluka o prijenosu. Umjesto dovoljno duge adrese odredišnog čvora (njezina duljina trebala bi omogućiti jedinstvenu identifikaciju svih čvorova i podmreža u mreži, npr. ATM tehnologija radi s adresama dugim 20 bajtova), koristi se lokalna oznaka, odnosno mijenjanje od čvora do čvora, što označava sve pakete koji se kreću kroz određenu virtualnu mrežu. Ova oznaka u razne tehnologije naziva se različito: u X.25 tehnologiji - logički broj kanala (LCN), u tehnologiji okvirnog releja - identifikator veze podatkovne veze (DLCI), u tehnologiji ATM - identifikator virtualnog kanala (Virual Channel Identifier (VCI). Međutim, svrha mu je svugdje ista - međučvor, koji se u tim tehnologijama naziva prekidačem, čita vrijednost oznake iz zaglavlja dolaznog paketa i gleda njegovu tablicu prebacivanja, koja pokazuje na koji izlazni port treba poslati paket. Preklopna tablica sadrži zapise samo o virtualnim kanalima koji prolaze kroz dati preklopnik, a ne o svim čvorovima u mreži (ili podmrežama, ako se koristi hijerarhijska metoda adresiranja). Obično u velika mreža broj virtualnih kanala položenih kroz čvor znatno je manji od broja čvorova i podmreža, tako da je veličina komutacijske tablice mnogo manja od tablice usmjeravanja, pa stoga pregledavanje traje mnogo manje vremena i ne zahtijeva puno računalne snage iz prekidača.
Identifikator virtualnog kanala (ovo je naziv oznake koja će se koristiti u nastavku) također je mnogo kraći od adrese krajnjeg čvora (iz istog razloga), stoga redundantnost zaglavlja paketa, koje sada ne sadrži dugu adresu , ali prenosi samo identifikator preko mreže, znatno je manje.
Frame Relay (FR) je protokol za prebacivanje paketa koji se koristi u globalne mreže za brzi prijenos okvira ili paketa s minimalnim kašnjenjima u komutacijskom čvoru i za učinkovitu upotrebu propusnost mreže. Djeluje na sloju podatkovne veze OSI modela. Može se koristiti u LAN-ovima, u vremenski multipleksiranim kanalima, kao iu mrežama s paketnom i sklopnom komutacijom. Prilikom relejiranja, mreža prosljeđuje okvir na odredište prema odredišnoj adresi koju sadrži. Umjesto kontrola protoka, uključuje funkcije za obavještavanje o zagušenju mreže i koristi dulje okvire. Glavni čimbenik povećanja brzine prijenosa je taj što se u ovom slučaju ne provodi analiza grešaka i relejni čvorovi ne šalju obavijesti ili zahtjeve za ponavljanje pogrešno primljenih okvira.
Prilikom organiziranja komunikacije na temelju Okvirne mreže Relej (FR) glavni mjerodavni dokument je standard FRF.11. Jasno navodi funkcije VFRAD-a, kao i kako se na njega može spojiti telefonska oprema te mjesto VFRAD-a u strukturi mreže. Za kodiranje govora u FR, preporučljivo je koristiti ACELP vokoder opisan u ITU-T preporuci G.723.1. Izbor ovog vokodera određen je najpovoljnijim omjerom “kvaliteta govora / brzina protoka”. Parametri kašnjenja nekih vokodera prikazani su u tablici 1.1.
Tablica 1.1 - Kašnjenje nekih vokodera
Ukupna mrežna latencija je vrijednost koja se sastoji od sljedećih komponenti:
a) odgođena akumulacija. Ovo kašnjenje je uzrokovano potrebom da se pripremi okvir iz niza govornih uzoraka koje će obraditi vokoder. Količina ove odgode bit će jednaka veličini (trajanju) okvira odabranog tipa vocodera. Vrijeme pripreme za jedan uzorak govora je 125 μs.
b) Kašnjenje kodiranja. Kako ne bi došlo do dodatnog kašnjenja kao rezultat samog procesa kodiranja, potrebno je odabrati digitalni procesor signala takve izvedbe da je kašnjenje kodiranja manje ili, barem, jednako je kašnjenju akumulacije.
Slika 1.6 prikazuje dijagram povezivanja telefonske opreme na Frame Relay mrežu.
Slika 1.6 - Shema organiziranja telefonske komunikacije preko Frame Relay mreže
Definicije radi, pretpostavljamo da telefonske usluge koriste pretplatnici dvaju čvorova. U tu svrhu dodijeljen je stalni virtualni kanal unutar kojeg se može organizirati do 255 govornih staza (podkanala). Teoretski, maksimalna zajamčena brzina prijenosa preko virtualnog kanala (CIR) ne može premašiti propusnost fizički kanal komunikacija koja povezuje mrežne čvorove.
Pretpostavimo da tri vokalna trakta rade u jednom virtualnom kanalu. To znači da će FR okvir, prema standardu FRF.11, imati oblik prikazan na slici 1.7.
|
Serijski broj |
Vrsta kodiranja |
|||||||
|
G.723.1 govorni okvir (5,3 kbps) |
||||||||
Slika 1.7 - Frame Relay format okvira za jedan glasovni podkanal.
Slika pokazuje da je ukupna veličina FR okvira 28 bajtova. Od toga je 20 bajtova korisni teret. Na temelju uvjeta da se svaki govorni okvir mora prenositi brzinom od 5,3 kbit/s, Frame Relay brzina prijenosa okvira preko komunikacijskog kanala mora biti 7,4 kbit/s (20 bajtova koji čine govorni okvir mora se prenositi na brzina 7,4 kbit/s za pravovremenu isporuku govornog okvira). Ovaj izlaz pokazuje da bi za organiziranje tri govorne staze bilo potrebno 22,2 kbit/s kapaciteta kanala (7,4 kbit/s 3 = 22,2 kbit/s), a to znači da je nemoguće organizirati tri govorne staze u kanalu od 19,2 kbps. Moguća je organizacija samo dva vokalna trakta. U slučaju organiziranja dvije govorne staze potrebna je propusnost komunikacijskog kanala od 14,8 kbit/s.
Stoga, radi lakšeg razmatranja, uvodimo uvjet da je jedan virtualni kanal koji sadrži jedan vokalni trakt organiziran u mreži. U ovom slučaju, veličina okvira bit će 28 bajtova i stoga se mora prenositi brzinom od 7,4 kbit/s.
Slika 1.8 prikazuje dijagram distribucije kašnjenja koja se javljaju tijekom prijenosa govora preko Frame Relay mreže korporativne podatkovne mreže.
Pretpostavimo da nema dodatnog opterećenja mreže. Dakle, na temelju gornje sheme distribucije kašnjenja, a također uzimajući u obzir broj tranzitnih čvorova tijekom prijenosa govorni signal od pretplatnika do pretplatnika moguće je s dovoljnom točnošću odrediti ukupno kašnjenje prijenosa glasovnog signala preko Frame Relay podatkovne mreže u skladu sa sljedećim odnosom:
T=(t akumulirano + t obrađeno + t zadnje) +…+ (t distribuirano + t posljednje) +…+ (t distribuirano + t zadnje + t obrađeno), (1.1)
Sekvencijalno kašnjenje izračunava se iz minimalnog prihvatljivog uvjeta da će se okviri Frame Relaya od čvora do čvora prenositi s stalna brzina 7,4 kbps. Kašnjenje propagacije signala izračunato je na temelju uvjeta da se prijenos odvija putem koaksijalnog kabela, au skladu s preporukom ITU G.I 14 izračunava se iz omjera:
kašnjenje širenja (ms) = 0,004 duljina komunikacijskog kanala (km).
Kao što je gore opisano, organizacija govorne komunikacije putem IP mreže temelji se na korištenju H.323 protokola. Glavni uređaji koji omogućuju prijenos glasa su H.323 gateway, na koji se može spojiti PABX ili pojedinačni telefonski aparati, te govorni terminal. Konkretno, osobno računalo udaljenog pretplatnika korporativne mreže, opremljeno odgovarajućim hardverom i softverom, može djelovati kao govorni terminal.
Kašnjenje propagacije signala u IP mreži izračunava se iz uvjeta da se prijenos odvija putem koaksijalnog kabela, au skladu s preporukom ITU-T G. 114 izračunava se iz omjera:
kašnjenje širenja (ms) = 0,004 duljina komunikacijskog kanala (km)
Slika 1.8 - Dijagram distribucije kašnjenja u Frame Relay mreži za prijenos podataka
Slika 1.9 prikazuje dijagram širenja kašnjenja tijekom prijenosa govora preko IP mreže.
Na temelju gornjeg dijagrama distribucije kašnjenja, a također uzimajući u obzir broj tranzitnih čvorova pri prijenosu govornog signala od pretplatnika do pretplatnika, moguće je s dovoljnom točnošću odrediti vrijednost ukupnog kašnjenja u prijenosu govornog signala preko IP-a. podatkovnu mrežu, u skladu sa sljedećim odnosom:
T=(t akumulirano + t obrađeno + t LAN + t zadnja komunikacija) +…+ (t distribucija + t zadnja komunikacija + t zadnja ruta) +…+
+..+ (t dist + t last comm + t last route + t LAN + t process), (1.2)
gdje je t akumulirano kašnjenje akumulacije (t akumulirano = 30 ms);
tprocess - kašnjenje obrade (tprocess =30 ms);
t last - sekvencijalno kašnjenje (t last = 30 ms);
t propagation - kašnjenje propagacije (t propagation =30 ms).
Slika 1.9 - Dijagram distribucije kašnjenja u IP mreži
Riža. 9. Organizacija telefonske komunikacije u hibridnim mrežama
Jedan od najvažnijih zahtjeva za dizajn mreže je osiguranje kompatibilnosti telefonske signalizacije. PBX-ovi korporativnih mreža opremljeni su raznim sučeljima. Kako bi svaka poslovnica imala pouzdanu telefonsku komunikaciju, potrebno je podržavati sve standardne vrste signalizacije. Bilo koja grana može se povezati preko različitog signalizacijskog sučelja, ovisno o tome na koju je rutu poziv promijenjen (ili preusmjeren). Kompatibilnost vrsta signalizacije i njihova pretvorba nužni su za organiziranje pouzdane i stabilne telefonske komunikacije u mreži koja se temelji na komutaciji paketa.
Usklađenost sa standardima osigurava nesmetan rad opreme na mreži različitih proizvođača. Ne zaboravite da je ključ izgradnje učinkovite i pouzdane mreže testiranje i testiranje.
Imajte na umu da paketno telefoniranje ne samo da omogućuje značajne uštede na telefonskim računima, već i puno pridonosi dodatne funkcije. To uključuje:
digitalna interpolacija govora. Motorola koristi ovaj izraz za označavanje mehanizma koji podržava prijenos podataka tijekom pauza u telefonskom razgovoru;
potiskivanje jeke na bližem i daljem kraju veze. Odjeci ometaju telefonske razgovore i uzrokovani su neusklađenim ulaznim i izlaznim impedancijama diferencijalni sustavi, osiguravajući prijelaz s dvije žice na četverožičnu liniju na lokalnim telefonskim centralama;
faks preko IP-a ili FR-a. Omogućuje slanje faksova preko paketne mreže;
audio emitiranje- prijenos oglasa u više poslovnica istovremeno;
korištenje centralizirani prekidački stol. Zbog ove tablice, proširenje mreže je znatno pojednostavljeno, budući da je potrebno konfigurirati samo jedan telefonski komutacijski centar;
podrška za tonsko i pulsno biranje. Osigurava kompatibilnost telefonski aparati različiti tipovi;
primjena serijski broj
. Omogućuje vam povezivanje s organizacijom putem bilo koje od slobodnih linija, ujedinjenih u grupu pod jednim brojem. Pristupni uređaj s glasovnom integracijom djeluje kao PBX koji dinamički distribuira pozive preko besplatnih linija;
prijenos glasa i podataka preko jednog DLCI-ja. Pomaže u značajnoj uštedi novca: korisnik plaća samo jedan DLCI, koristeći ga i za prijenos podataka i za sve odlazne pozive;
alternativno usmjeravanje poziva. Ako je glavni kanal zauzet ili nije u funkciji, možete nazvati rezervnom rutom;
grupiranje telefonskih kanala. Kombiniranjem višestrukih glasovnih paketa u jedan IP paket ili FR okvir, smanjuje se količina nadzemnog prometa i zahtjevi za propusnost mreže;
potiskivanje pauze. Kanal je oslobođen odašiljanja "praznih" paketa tijekom pauza u telefonskom razgovoru, te je kao rezultat toga osigurana dodatna propusnost za ostali promet.
Tijekom faze planiranja važno je razumjeti i trenutne i potencijalne potrebe organizacije. Razlog je jednostavan: trebate dobiti stabilno, pouzdano i funkcionalno rješenje. Jamstva proizvođača vezana uz nadogradnju programskih modula i hardver podrška budućim standardima iznimno je važna za pouzdana zaštita kapitalna ulaganja.
Klase, vrste i kvaliteta
Kada utvrđujete prednosti Klase usluge (CoS) i Kvalitete usluge (QoS), morate razumjeti kako se međusobno razlikuju u odnosu na paketnu telefoniju.
CoS je način poboljšanja uvjeta prijenosa podataka; postavlja shemu za postavljanje prioriteta za različite vrste mrežnog prometa. Izvorni FR standard nema mehanizam koji bi osigurao da jedan paket ima prednost nad drugim. Iz tog razloga, CoS bi trebao biti implementiran na svakom pristupnom čvoru tako da će podaci imati prioritet prije nego što uđu u mrežu. Upravo tako se gradi moderna mreža VoFR. U ovom scenariju, govor i bilo koji drugi promet u stvarnom vremenu, kao što je video, imaju veći prioritet od ostalih podataka prije ulaska u mrežu. Čim je informacija unesena mrežni oblak, svi se okviri smatraju jednakima.
IP v.4 također nema CoS mehanizam. IP v.6 (također nazvan IPng, gdje "ng" označava "sljedeću generaciju") dopušta određivanje prioriteta, ali ova verzija vjerojatno neće postati raširena čak ni početkom sljedećeg stoljeća. IP v.6 uvodi dodatna kašnjenja zbog povećanja na 40 bajtova (in osnovna konfiguracija) veličina zaglavlja. U međuvremenu, protokoli RTP, RSVP i ToS (vrsta usluge) mogu pružiti rješenje za CoS probleme u današnjim poslovnim i institucionalnim IP mrežama.
ToS- jedan od naj jednostavnih načina uspostavljanje prioriteta u postojećim IP mrežama, iako polje ToS nije bilo uključeno u originalnu IP v.4 specifikaciju. Polje ToS sastoji se od samo jednog bajta, ali se njegova implementacija smatrala presloženom, zbog čega je dugi niz godina ostalo u zaboravu. Ali s multimedijskim procvatom, prednosti nadmašuju nedostatke. Polje ToS navodi parametre latencije i propusnosti, kompatibilno je s protokolima za usmjeravanje kao što je OSPF i osigurava poštivanje prioriteta paketa tijekom njegovog puta kroz mrežu. Mnogi su proizvođači počeli implementirati ToS u svoje uređaje, čineći prvi korak prema klasificiranju usluga u IP mrežama.
QoS poboljšava komunikaciju između dvije krajnje točke uz zajamčenu propusnost. PSTN, temeljen na komutaciji krugova, pruža vrlo visoku kvalitetu usluge iz jednostavnog razloga što nakon uspostave veze, njegovi pretplatnici imaju namjenski komunikacijski kanal na potpunom raspolaganju. S druge strane, nije moguće implementirati CoS u PSTN jer postoje namjenski, a ne zajednički krugovi.
Paketna telefonija zahtijeva bitno drugačiji pristup QoS-u, budući da su podatkovne mreže okruženja koja dijele resurse. CIR sporazumi i trajni virtualni sklopovi (PVC) FR mreža osiguravaju da je propusnost potrebna za telefonsku komunikaciju dodijeljena. Fleksibilni protokoli u stvarnom vremenu nadilaze jednostavno definiranje CIR parametra. Omogućuju vam multipleksiranje glasa i podataka u zajedničkom PVC-u ili njihovo razdvajanje u zasebne PVC-ove, ovisno o zadacima koji se obavljaju, konfiguraciji mreže i potrebnim troškovima. Osim toga, zbog namjene Bc FR, daje fleksibilnost u prijenosu "rafala" prometa tijekom sati najveći teret. Pretplatnik se može pretplatiti na pristup FR mreži i platiti kanal na temelju prosječnih potreba svoje mreže, stječući pravo, ako je potrebno, prenositi promet veći od utvrđene norme.
FR ili IP
PSTN infrastruktura temelji se na vremenski testiranoj telefonski kablovi. Bakrene parice temelj su pretplatničkih mreža diljem svijeta, čija se ukupna duljina mjeri u milijunima kilometara.
Paketna telefonija prekida ovu ovisnost o određena vrsta medija i pruža fleksibilnost za korištenje širokog spektra žičnih i radijskih uređaja. Komutacija paketa omogućuje prijenos putem bakra, optičkih vlakana, koaksijalnog kabela, radija ili bilo kojeg drugog medija koji se pojavi u budućnosti. Ova prednost omogućuje organizacijama da instaliraju troškovno učinkovit sustav kabliranja koji se lako može proširiti prema budućim zahtjevima, i alternativni operateri- izbjeći troškove najma pretplatničke linije od regionalnih telefonskih kompanija.
Tehnologija paketne telefonije uklanja ograničenja na medij prijenosa. Istaknuti protokoli za prijenos podataka fizički sloj kao samostalan, omogućujući end-to-end veze preko heterogenih fizičkih infrastruktura.
Postoji nekoliko temeljnih razlika u načinu na koji FR i IP mreže opslužuju različite vrste prometa. Stoga se FR standardi temelje na EMVOS-u od sedam razina. Iz ovoga možemo zaključiti da svaka komunikacijska razina ima svoje protokole, neovisne o ostalim razinama. Prednost ovog pristupa je fleksibilnost integracije novih protokola u ovaj model. Iako se IP često povezuje s EMVOC-om, definicije protokola su manje stroge. To se objašnjava činjenicom da je IP razvijen prije stvaranja EMVOS-a. Bilo kako bilo, EMVOS se sada koristi kao teorijski model za opisivanje svih protokola, što olakšava razumijevanje njihove osnovne strukture.
FR radi neovisno o EMVOS razinama od treće (mreža) do sedme (aplikacija). Podrška za standarde kao što je RFC 1490 danas je posebno važna jer omogućuje povezivanje FR-a s važnim protokolima kao što su IP, IPX i SNA.
Implementacija paketne telefonije zahtijeva stvaranje novog okvira koji će je još čvršće vezati uz FR. Takvu specifikaciju već je pripremio konzorcij Frame Relay Foruma u dokumentu FRF.11.
Nedavni multimedijski standard Međunarodne telekomunikacijske unije (ITU) H.233 namijenjen je mrežama koje ne jamče isporuku informacija. H.323 je zapisan na razini stolnog računala i definira osnove audio, video i računalne komunikacije 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 tijekom komunikacije (na primjer, slanjem zahtjeva poput "Podržavate li video?"), a zatim aktivirati dostupne funkcije. Podskup standarda H.323 usko je povezan s IP-om, što omogućuje korištenje svih vrsta komunikacija, uključujući video i audio konferencije (VoIP), kao i chat na ploči.
Sa stajališta implementacije običnog telefonskog razgovora razlika između VoIP-a i VoFR-a možda se i ne čini toliko značajnom. Kontrast između ovih transportnih protokola postaje posebno uočljiv kada se analiziraju mogućnosti prijenosa podatkovnog prometa koji nije povezan s protokolima IP obitelji (to jest, promet iz SNA, IPX i cijele skupine naslijeđenih protokola). Ovdje dolazi do izražaja najveća snaga FR-a.
* * *
Promjena paradigme paketne telefonije imat će pozitivan i dugotrajan utjecaj na razvoj telekomunikacijske industrije. Paketna telefonija već je značajno promijenila odnose 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. Primjerice, u prvoj polovici sljedećeg desetljeća očekuje se pojava kompresijskih algoritama koji će omogućiti prijenos govora u propusnosti od samo 2,4 kbit/s.
Kako se telefonske i računalne mreže približavaju, treba očekivati niže cijene usluga i veći izbor za pretplatnike. Telefonske veze u sljedećem desetljeću vjerojatno će se znatno razlikovati od današnjih. Možete zvati putem PSTN-a, ISDN-a, bankomata, FR ili IP-a ili bilo koje njihove kombinacije.
Ali ne zaboravite na prednosti koje danas pruža paketna telefonija. Ne odgađajte implementaciju VoIP-a ili VoFR-a na mrežama koje vaša tvrtka najviše koristi, gdje će ove tehnologije omogućiti brze ekonomske povrate i konkurentsku prednost. Zatim prijeđite na sljedeću fazu.
Zaključno, želio bih reći da ne možete implementirati multimedijske komunikacije u postojeće rutirane mreže bez razumijevanja suštine IP-a i FR-a. Troškovno učinkovito rješenje za pružanje usluga paketne telefonije Visoka kvaliteta, može se stvoriti samo nakon pažljivog projektiranja mreže. Postoji pogrešno mišljenje da je za integraciju paketne telefonije u postojeće mreže iste potrebno radikalno promijeniti. Ovo gledište je daleko od istine.
Paketna telefonija postaje logičan nastavak funkcionalnosti bilo koje korporativne IP ili FR mreže. Njegova uspješna implementacija određena je kvalitetom mrežnog dizajna - posebice načinom na koji će se upravljati opterećenjem i koje će se metode rješavanja zagušenja koristiti (ovo je vrlo važno kod prijenosa izokronog prometa). Paketna telefonija može se integrirati u postojeće korporativne mreže, a potrebni troškovi nisu usporedivi s potencijalnim koristima.
O AUTORU
Gabriel Ducile - voditelj marketinga Motorola ING. Može ga se kontaktirati naUsporedimo kašnjenja prijenosa podataka u mrežama s komutacijom paketa s kašnjenjima u mrežama s komutacijom krugova, na temelju Sl. 3.13. Neka probna poruka koju treba prenijeti u obje vrste mreža bude 200.000 bajtova. Pošiljatelj se nalazi 5000 km od primatelja. Kapacitet komunikacijskih linija je 2 Mbit/s. Vrijeme prijenosa podataka mrežom s komutiranom strujom sastoji se od vremena propagacije signala, koje se za udaljenost od 5000 km može procijeniti na približno 25 ms, i vremena prijenosa poruke u kanalu, koje uz propusnost od 2 Mbit /s i veličine poruke od 200.000 bajtova, iznosi približno 800 ms, odnosno ukupan prijenos podataka do pretplatnika traje 825 ms. Procijenimo dodatno vrijeme potrebno za prijenos ove poruke preko paketno komutirane mreže. Pretpostavit ćemo da put od pošiljatelja do primatelja prolazi kroz 10 prekidača. Također pretpostavljamo da mreža radi u nedovoljno opterećenom načinu rada i da nema čekanja u preklopnicima. Izvorna poruka je podijeljena u pakete od 1000 bajtova, za ukupno 200 paketa.
Ako uzmemo da je interval između slanja paketa 1 ms, tada će se vrijeme prijenosa poruke povećati za dodatnih 200 ms. Vrijeme potrebno za prijenos poruke kanalu također će se povećati zbog potrebe za prijenosom zaglavlja paketa. Pretpostavimo da je udio nadzemnih informacija koje se nalaze u zaglavljima paketa u odnosu na ukupnu količinu poruke 10%. Stoga je dodatno kašnjenje povezano s prijenosom zaglavlja paketa 10% vremena prijenosa izvorne poruke, odnosno 80 ms. Kako paketi prolaze kroz svaki prekidač, dolazi do kašnjenja međuspremnika paketa.
Ovo kašnjenje s veličinom paketa od 1000 bajtova, zaglavljem od 100 bajtova i kapacitetom linije od 2 Mbit/s iznosi 4,4 ms u jednom preklopniku. Plus kašnjenje prebacivanja je 2 ms. Kao rezultat prolaska kroz 10 prekidača, paket će stići s ukupnim kašnjenjem od 64 ms, potrošeno na međuspremnik i prebacivanje. To rezultira dodatnim 344 ms latencije koju uvodi paketno komutirana mreža.
Uzimajući u obzir da cjelokupni prijenos podataka preko mreže s komutiranim krugom traje 825 ms, ova se dodatna latencija može smatrati značajnom. Iako je ovaj izračun vrlo grub, jasnije je zašto pojedinačni pretplatnik ima sporiji prijenos podataka preko mreže s komutacijom paketa nego preko mreže s komutacijom krugova.
Što slijedi iz gornjeg primjera? Je li mreža s komutacijom krugova učinkovitija od mreže s komutacijom paketa? Pokušajmo odgovoriti na ovo pitanje.
Kada se promatra mreža kao cjelina, logično je kao kriterij učinkovitosti mreže koristiti ne brzinu prijenosa prometa pojedinog korisnika, već integralniji kriterij, na primjer, ukupnu količinu podataka koju mreža prenosi po jedinici. od vremena. U ovom slučaju, učinkovitost mreža s komutacijom paketa u usporedbi s mrežama s komutacijom krugova (s jednakim kapacitetom komunikacijskih kanala) pokazuje se većom. Ovaj je rezultat dokazan 60-ih godina i eksperimentalno i analitički pomoću teorije čekanja u redu.
Da biste bolje razumjeli što je latencija u računalnoj mreži, preporučujemo da koristite dijagnostički program Traceroute. Ovaj program je jednostavan i može se koristiti na gotovo svakom krajnjem sustavu. Korisnik upisuje naziv odredišnog računala, nakon čega program šalje nekoliko posebnih paketa na adresu tog računala. Tijekom prijenosa preko mreže, paketi uzrokuju generiranje poruka na adresu pošiljatelja
Do sada je naš glavni fokus bio na kašnjenju čvora, što je kašnjenje uzrokovano pojedinačnim usmjerivačima. Sada je vrijeme da procijenimo ukupno kašnjenje u prijenosu paketa od pošiljatelja do odredišta. Da biste to učinili, pretpostavite da postoji N - 1 usmjerivač na putu paketa, mrežno opterećenje je takvo da nema ili je zanemarivo vrijeme čekanja, vrijeme obrade svakog usmjerivača i pošiljatelja je d(obp), brzina prijenosa
U gore navedenim primjerima, pretpostavili smo da je naš usmjerivač sposoban pohraniti beskonačan broj paketa u međuspremnik. Naravno, u praksi kapacitet međuspremnika nije samo konačan, već i vrlo ograničen, budući da ruterima daje mogućnost pohranjivanja veliki broj paketa značajno povećava njihovu cijenu. To pak znači da u praksi ni odgoda čekanja ne može biti beskonačna. Ako je međuspremnik
Najsloženiji i najzanimljiviji tip kašnjenja koji se javlja tijekom prijenosa paketa je kašnjenje čekanja d(wait). Ova je vrijednost toliko važna za mrežne tehnologije da deseci knjiga i stotine znanstvenih članaka. Sada nećemo ulaziti preduboko u teoriju čekanja u redu i razmotrit ćemo kašnjenje čekanja i njegove posljedice samo općenito. Odgoda čekanja jedina je komponenta odgode čvora,
Oni koji se tek upoznaju s računalnim umrežavanjem često su zbunjeni oko razlike između kašnjenja prijenosa i kašnjenja širenja. Doista, razlika između ovih pojmova, iako nije očita, vrlo je važna. Kašnjenje prijenosa je ukupno vrijeme potrebno da paket oslobodi prostor u međuspremniku i ovisi o brzini prijenosa komunikacijske linije i veličini paketa, ali ne i o duljini linije
Nakon generiranja signala koji nosi informaciju o odaslanom bitu, taj se signal širi duž komunikacijske linije, dopirući do usmjerivača B. Vrijeme potrebno za prijenos signala duž komunikacijske linije naziva se kašnjenje širenja i određeno je duljinom linije i fizičkim svojstva prijenosnog medija (svjetlovodna vlakna, bakar u upletenom paru i tako dalje.). Brzina širenja signala kreće se od 2 x 108 m/s do 3 x 108
Pod pretpostavkom da se paketi poslužuju redoslijedom kojim stižu u red čekanja (ovo je dominantni model usluge u paketno komutiranim mrežama), dolazimo do zaključka da će naš paket biti poslan nakon što su svi paketi u redu čekanja završili prijenos. Neka je L duljina paketa i R brzina prijenosa paketa preko komunikacijske linije, tada je kašnjenje prijenosa jednako L/R. Kašnjenje prijenosa
Dok je u redu čekanja, paket je podložan kašnjenju dok čeka daljnji prijenos duž veze do usmjerivača B. Vrijeme kašnjenja ovisi o broju paketa u redu čekanja i može značajno varirati među različitim usmjerivačima duž putanje paketa. Ako je opterećenje komunikacijske linije malo, tada je vrijeme čekanja paketa obično ili nula ili beznačajno, ali ako je linija preopterećena, može se višestruko povećati. Kasnije
Vrijeme potrebno za čitanje zaglavlja paketa i određivanje sljedeće rute dio je latencije obrade čvora. Drugi čimbenici također mogu utjecati na kašnjenje obrade, kao što je potreba za provjerom oštećenja paketa tijekom prijenosa. Tipična latencija obrade u brzim usmjerivačima je u rasponu mikrosekundi. Nakon obrade paketa router ga po potrebi smješta u red čekanja komunikacijske linije s routerom B. Informativno smo.
Pojašnjenja, ispravci i rasprave članaka dostupni su ispod teksta članaka, u komentarima.
Vi preuzimate odgovornost za sve promjene napravljene u sustavu na temelju savjeta ovih članaka.
Kopiranje ovih članaka bez navođenja poveznice na izvornu stranicu strogo je zabranjeno.
