Метод коммутации сообщений

Метод коммутации каналов

Основу МКК составляет формирование на время сеанса связи прямого физического канала от исходящего абонента к входящему через базовую сеть передачи данных (БСПД).

Сеанс связи – это промежуток времени от момента, когда исходящий абонент инициировал обмен, до момента, когда все участвующие в сеансе абоненты завершили обмен и отключились от БСПД.

Сеанс связи при МКК состоит их 3-х этапов (фаз): формирование физического канала (проключение), передача данных и разъединение.

Фаза формирования физического канала(проключение) осуществляется следующим образом.

На рис. 1 показан узел связи А (УСА) с подключенными к нему каналами от абонентов (абонентские линии), от узлов связи УСВ, УСС и УСD.

Исходящий абонент по каналу (абонентской линии) К_s посылает в УСА запрос на обмен информацией, в котором указывается адрес входящего абонента. Узел связи УСА на основе анализа адреса входящего абонента определяет направление дальнейшей связи (например, через узел УСВ), выбирает один из свободных каналов К_t этого направления и соединяет его с каналом К_s. Эта процедура называется проключением каналов. Таким образом абонент Х через узел УСА становится подключенным к узлу УСВ. Одновременно УСА передает по выбранному каналу К_t узлу УСВ запрос на дальнейшее проключение. Узел УСВ выбирает дальнейшее направление и проключает (соединяет) свободный канал этого направления со сформированным ранее участком передачи – абонентская линия К_s + канал К_t.

Описаная прцедура продолжается до тех пор, пока не будет достигнут входящий абонент. Таким образом формируется тракт передачи информации между исходящим и входящим абонентами.

В фазе передачи данных по сформированному описанным способом физическому каналу осуществляется двунаправленный обмен информацией между двумя абонентами.

Фаза разъединения может инициироваться как исходящим, так и входящим абонентом и осуществляется с помощью соответствующих команд разъединения, передаваемых от одного узла к другому по аналогии с фазой проключения.

Временная диаграмма передачи информации в сети с коммутацией каналов показана на рис. 2. В качестве примера рассмотрим обмен информацией между исходящим абонентом Х и входящим абонентом Y через два транзитных узла связи А и В (УСА и УСВ).

Поясним систему обозначений приведенных на диаграмме параметров.

Первый символ – параметр. Прописной буквой Т обозначается интервал времени, строчной буквой t – момент времени.

Второй или второй и третий символы – отношение параметра к узлу связи, обозначенного вторым символом, или к каналу связи, соединяющего узлы, обозначенные вторым и третьим символами.

Цифры, следующие за указанными символами, имеют следующую интерпретацию:

1 – отношение параметра к выдаче информации;

2 – отношение параметра к приему информации;

3 – распространение информации в среде переноса (по медному проводу, по оптоволокну, через радиоэфир и т.п.);

4 – обработка информации;

5 – удержание канала без его использования.

Индексные цифры указывают на порядковый номер или модификацию рассматриваемого параметра.

В исходном состоянии в момент времени tX₀ (начало сеанса обмена) у исходящего абонента Х находятся данные пользователя, которые необходимо передать входящему абоненту Y, а также адрес этого абонента.

Обработка этой информации исходящим абонентом Х (интервал времени ТХ4₁) заключается в следующем. Если абонент Х подключен к нескольким узам связи, то на основе анализа адреса входящего абонента осуществляется выбор направления (маршрута) передачи (например, к УСА) и формирование команды запроса на проключение. Эта команда (Запр. ХА) по абонентской линии выдается в УСА (интервал ТХ1₁). Величина этого интервала зависит от объема передаваемой информации N (количество бит информации, которое содержится в передаваемой команде) и скорости передачи информации по каналу (абонентской линии) f_пд. Этот интервал определяется в соответствии с выражением:

ТХ1₁ = N ^х 1/f_пд(1)

		Рис.2. Временная диаграмма передачи информации в сети с коммутацией каналов. (Окончание на следующей странице)

Команда Запр. ХА принимается узлом А (интервал ТА2₁= ТХ1₁) и обрабатывается им (интервал ТА4₁). Обработка заключается в следующем:

– Анализ адреса входящего абонента и выбор дальнейшего маршрута передачи (направления и свободного канала). В нашем случае это направление к узлу УСВ.

– Проключение абонентской линии с выбранным каналом между УСА и УСВ.

– Формирование и выдача по абонентской линии служебного сообщения Подтв. Запр. ХА. Этим сообщением исходящему абоненту Х подтверждается о приеме его запроса на передачу.

– Формирование и выдача по выбранному каналу в узел связи В команды запроса на дальнейшее проключение Запр. АВ.

На этом завершается процедура проключения первого участка тракта передачи от абонента Х к УСВ (через УСА).

Узел связи В приняв команду Запр. АВ обрабатывает ее по описанному выше алгоритму и осуществляет дальнейшее проключение (формирование) тракта. Это может быть соединение со следующим транзитным узлом связи или с входящим абонентом, как в приведенном примере.

Входящий абонент после приема команды Запр.ВY отправляет узлу связи В служебное сообщение Подтв. Запр.ВY и одновременно по сформированному физическому каналу (тракту) исходящему абоненту Х служебное сообщение Подтв. прокл., которое для абонента Х является разрешением на передачу данных пользователя, т.е. сигнализирует о начале фазы передачи данных.

Принимаемые входящим узлом Y данные обрабатываются по определенному алгоритму (например, проверка на отсутствие ошибок в принятых данных), после чего на исходящий узел Х отправляется служебное сообщение Подтв. передачи данных.

Заканчивается сеанс фазой “Разъединение”, которая осуществляется с помощью команд Разъед. и служебных сообщений Подтв. Разъед.

Основные временные характеристики метода коммутации каналов следующие:

1) Время задержки информации в сети ТЗдСт – определятся только как суммарное время распространения информации в среде переноса каждого участка тракта. В нашем случае

ТЗдСт = ТХА3 + ТАВ3 + ТВY3

2) Время доставки информации – определяется от момента tХ₀, когда исходящий абонент инициирует обмен, до момента времени tY₁, когда входящий абонент принял и обработал данные.

3) Сеанс обмена – от момента tХ₀ до момента tВ₁ в фазе “Разъединение”, когда последний узел связи тракта получил служебное сообщение подтверждения команды разъединения.

4) Время занятия канала – промежуток времени от момента занятия канала в данном сеансе до его полного освобождения. На каждом участке тракта передачи это время будет различное.

Рассмотрим этот параметр на примере абонентской линии исходящего абонента Х. Эта линия занимается в начале сеанса (начало интервала ТХ1₁) и освобождается в фазе “Разъединение” после приема и обработки абонентом Х служебного сообщения Подтв.Разъед. ХА (момент времени tХ₃).

5) Время удержания каналов без их использования для передачи. Тоже на каждом участке тракта передачи это время будет различное.

Например, для абонентской линии в фазе «Проключение» это будет промежуток времени ТХА5. Как видно из диаграммы, на этом промежутке линия для передачи информации пользователя не используется, т.е. это время непроизводительного занятия канала.

Метод коммутации сообщений

В сетях с передачей информации методом коммутации сообщений (МКС) пользовательская информация передается по сети в виде сообщений. Сообщение содержит данные пользователя и заголовок сообщения. Заголовок – это дополнительная служебная информация, содержащая адрес получателя информации и другую информацию, которая предназначена для контроля и управления обменом.

Такое сообщение передается в сети от узла к узлу следующим образом. Сформированное абонентом-отправителем сообщение принимается узлом связи А и запоминается в памяти узла. Узел связи А обрабатывает заголовок сообщения, анализирует адрес получателя и на основе этого анализа определяет дальнейшее направление передачи у узлу В. Узел связи В принимает сообщение, запоминает его в памяти, а по окончании приема обрабатывает заголовок и определяет дальнейший маршрут, ведущий к абоненту-получателю информации.

Таким образом, на каждом транзитном узле осуществляется буферизация передаваемой информации: прием полного сообщения, его обработка и только после этого дальнейшая его транспортировка. Такая процедура приводит к существенному увеличению времени доставки информации от абонента-отправителя до абонента-получателя.

Временная диаграмма передачи информации в сети с коммутацией сообщений показана на рис. 3. В качестве примера рассмотрим обмен информацией между исходящим узлом А и входящим узлом D через два транзитных узла связи В и С.

В исходном состоянии в момент времени tА₀ (начало сеанса обмена) на исходящем узле связи А находятся данные пользователя, которые необходимо передать входящему узлу связи D, а также адрес этого узла.

В промежутке времени ТА4₁ осуществляется обработка этой информации исходящим узлом А, которая заключается в следующем:

– выбор на основе анализа адреса входящего узла связи направления (маршрута) передачи (например, к УСВ) и свободного канала этого направления;

– формирование заголовка:

– формирование сообщения (данные + заголовок);

– выдача сформированного сообщения в выбранный канал (интервал времени ТА1₁. Величина этого интервала определяется скоростью передачи и объемом сообщения

Узел связи В принимает указанное сообщение (интервал времени ТВ2₁), запоминает его и в промежутке времени ТВ4₁ производит обработку принятого сообщения, которая заключается в следующем:

– контроль отсутствия ошибок в принятом сообщении;

– выбор на основе анализа адреса входящего узла связи дальнейшего направления (маршрута) передачи (например, к УСС) и свободного канала этого направления;

– модификация заголовка сообщения (при необходимости);

– передача модифицированного сообщения выбранным каналом в узел связи С;

– передача в узел связи А служебного сообщения “Подтверждение приема”.

После приема и обработки этого служебного сообщения данные пользователя на узле связи А могут быть уничтожены.

Обработка принятых сообщений следующими узлами связи (С, D, …) осуществляется таким же образом, как и на узле В.

Основные временные характеристики метода коммутации сообщений следующие:

– Время задержки информации в сети ТЗдСт: – определятся как время доставки каждого і-го бита информации от узла-отправителя до узла получателя. На приведенной временной диаграмме это будет интервал времени от tА₁ до tD₁ (от момента выдачи узлом-отправителем 1-го бита сообщения до момента приема этого бита узлом-получателем.

– Время доставки информации ТДост: – определяется от момента tА₀, когда исходящий узел инициирует обмен, до момента времени tD₂, когда входящий узел принял и обработал сообщение.

– Время сеанса обмена ТСеанса: – интервал времени от момента tА₀ до момента tС₂, когда узлом С принято от узла-получателя D и обработано последнее служебное сообщение “Подтверждение сообщения”.

– Время занятия канала: – промежуток времени от момента занятия канала в данном сеансе до его полного освобождения. На каждом участке тракта передачи это время будет различное. Например, для канала между узлами В и С это будет интервал времени ТЗанВС= tВ₂–tВ₁.

– Время удержания каждого канала без использования для передачи определяется только временем обработки сообщения на узлах, которые связаны данным каналом (для приведенного выше примера это будет время ТС4₁+ТВ4₂).

Метод коммутации пакетов

Как было показано п.5.2, в системах с коммутацией сообщений на каждом транзитном узле осуществляется буферизация передаваемой информации: прием полного сообщения, его обработка и только после этого дальнейшая его транспортировка. Такая процедура приводит к существенному увеличению времени доставки информации от абонента-отправителя до абонента-получателя. Задержка информации в каждом узле связи (например, в узле В, см. рис.3) в большой степени определяется временем приема сообщения ТВ2₁, которое зависит от объема сообщения и определяется как

ТВ2₁ = (N_Д + N_СС) ^х 1/f_пд ,

где N_Д + N_СС – объем сообщения, f_пд –скорость передачи информациив канале между узлами А и В.

Поэтому при передаче больших массивов информации, а также при большом числе транзитных узлов время доставки информации адресату может достигать довольно большой величины.

Для устранения указанного недостатка в телекоммуникационных сетях используется метод коммутации пакетов (МКП). Суть этого метода в следующем.

Данные пользователя разбиваются на блоки определенного объема. На основе каждого блока формируется соответствующий пакет, который снабжается заголовком, структура которого такая же, как и в методе коммутации сообщений.

Таким образом, каждый пакет содержит заголовок и один блок данных пользователя. Передача таких пакетов осуществляется последовательно друг за другом таким же образом, как и для метода коммутации сообщений. Уменьшение времени задержки информации осуществляется за счет того, что транзитный узел связи принимая і-й пакет одновременно передает предыдущий (і-1)-й пакет.

Временная диаграмма передачи информации через один транзитный узел методом коммутации пакетов приведена на рис. 4.

В исходном состоянии в момент времени tА₀ (начало сеанса обмена) на исходящем узле связи А находятся данные пользователя, которые необходимо передать входящему узлу связи С, а также адрес этого узла.

В промежутке времени ТА4₁ осуществляется обработка этой информации исходящим узлом А, которая заключается в следующем:

– Разбивка данных пользователя на блоки и формирование пакетов (в нашем примере 4 пакета). Каждый пакет содержит заголовок и один блок данных. На временной диаграмме заголовок и данные разделены пунктирной линией.

– Выбор на основе анализа адреса входящего узла связи направления (маршрута) передачи (например, к УСВ) и свободного канала этого направления;

– Выдача сформированных пакетов в выбранный канал (интервалы времени ТА1₁, ТА1₂., ТА1₃, ТА1₄.

Узел связи В принимает каждый пакет (для первого пакета интервал времени ТВ2₁), запоминает их и производит обработку каждого пакета, которая заключается в следующем:

– контроль отсутствия ошибок в принятом пакете;

– выбор на основе анализа адреса входящего узла связи дальнейшего направления (маршрута) передачи (например, к УСС) и свободного канала этого направления;

– модификация заголовка пакета (при необходимости);

– передача модифицированного пакета выбранным каналом в узел связи С;

– передача в узел связи А служебного сообщения “Подтверждение пакета”.

После приема и обработки этого служебного сообщения соответствующий пакет на узле связи А может быть уничтожен.

Обработка принятых пакетов следующими узлами связи, через которые транспортируются пакеты, осуществляется таким же образом, как и на узле В.

Основные временные характеристики метода коммутации пакетов те же (но не такие же), что и для метода коммутации сообщений.