Слаботочка Книги ным каналом этот вид группообразования иногда называют синхронным группообразованием с временным разделением (СВГР). В этом разделе мы описываем другой вид формирования группы каналов, называемый по-разному: либо асинхронным группообразованием с временным разделением (АГВР), либо статистическим уплотнением с временным разделением (СТУВР или СТУ) . Этот вид формирования групп каналов рассматривается здесь лишь вследствие его тесной связи с методами коммутации пакетов. Устройства АГВР работают с форматами цикловой синхронизации, которые в основном идентичны форматам цикловой синхронизации СТУВР. Основное различие состоит в том, что система АГВР периодически переопределяет длину своих циклов с тем, чтобы изменять число временных интервалов и, следовательно, число каналов. В то время, как система СТУВР непрерывно предоставляет временной интервал каждому своему источнику, система АГВР предоставляет временной интервал в распоряжение источника только тогда, когда он становится активен. Временной интервал исключается (цикл укорачивается), если соответствующий источник становится неактивным. Заметим, что термины синхронный* и асинхронный в этом контексте не имеют ничего общего с режимом работы линии передачи. Линии передачи как в системе СТУВР, так и в системе АГВР обычно работают в режиме синхронных передачи и приема, но могут также работать и в режиме асинхронной передачи (стартстопный режим). Системы АГВР или СТУВР обычно применяются для обеспечения совместного использования линии группой взаимодействующих терминалов. Осуществляющих диалоговую связь с главной вычислительной машиной. Если в активном состоянии находится лишь несколько источников (терминалов), то каждому источнику предоставляется в распоряжение сравнительно высокоскоростной канал передачи данных. По мере того, как число активных источников растет, длина цикла увеличивается, так что снижается скорость передачи данных по каждому отдельному каналу. Некоторые системы специально ограничивают число активных источников с тем, чтобы обеспечить определенные минимальные скорости передачи данных. Назначение и характеристики системы АГВР аналогичны назначению и характеристикам систем коммутаций пакетов. Основное различие состоит в том, что при коммутации пакетов в линии передаются большие блоки данных, каждый из которых снабжен заголовком. Каждый временной интервал системы АГВР короче и содержит только данные источника. Особенности работы в режимах коммутации сообщений, коммутации пакетов и статистического уплотнения иллюстрирует рис1 8.4. В отечественной литературе известны примеры реализации систем, в которых принят указанный принцип формирования групп каналов; эти системы называют либо асинхронными адресными системами связи с кодовым разделением каналов, либо адресно-кодовыми системами передачи информации.- Прим. перев. Коммутация сообщений В В В В А В С В С CDtrDtZD(=riirDCrOC=DCI3Cl] Коммутация пакетов Определение цикла ВВВВВВВВ АВАВ АВСАВС1ВСВСВСВСВСВС HttllThrtRli I III Mil Mill hhk Статистическое уплотнение Рис. 8.4. Сравнение методов коммутации сообщений, коммутации пакетов и статистического уплотнения В систе.ме коммутации сообщений каждое сообщение передается полностью иа основе принципа первы.м пришел - первым обслужен . Система ком.мутации пакетов разделяет сообщения на пакеты, допуская чередование пакетов различных источников. Таким обра-зо.м, короткие сообщения никогда не выстраиваются в очередь за длинными сообщения.ми, такими как передачи файлов. Система СТУВР разделяет сообщения на еще меньшие блоки (слова) данных и периодически добавляет к ним сообщения, определяющие 1щкл так, что принимающие терминалы могут соответствующим образо.м идентифицировать отдельные временные интервалы и осуществить соответствующую коммутацию поступающих данных. Как видно из рис. 8.4, работа системы коммутации пакетов становится весьма сходной с работой системы СТУВР, если размер пакетов небольшой. Фактически выпускаемые системы СТУВР можно использовать для построения сетей коммутации пакетов. Однако кроме мультиплексоров каждый узел сети коммутации пакетов должен иметь достаточный объем памяти для накопления целого пакета, проверки наличия в нем ошибок, его обработки и повторной передачи. Строго говоря, статистический мультиплексор не накапливает целое сообщение или пакет. Он коммутирует поступающие данные по мере того, как они принимаются. Функции защиты от ошибок (контроль с помощью избыточных кодов и запросы повторной передачи) реализуются между оконечными точка.ми соединения , а не между узлами. В целом основой АГВР и СТУВР является просто мультиплексор (демультиплексор). Узел коммутации паке- тов выполняет функции, подобные функциям мультиплексора и, кроме того, также функции контроля на уровне сообщений и на уровне сети. 8.2.3. Управление маршрутизацией Методы маршрутизации в сетях коммутации пакетов широко обсуждались и исследовались экспериментально [12]. Все методы маршрутизации допускают определенный уровень адаптации или поиска обходных путей для того, чтобы миновать поврежденные линию или узел. Однако отдельные методы отличаются тем, позволяют ли они достаточно быстро реагировать на повреждения и обеспечивают ли они возможность борьбы с перегрузкой и повреждениями оборудования. К основным методам можно отнести следующие: 1) динамическая маршрутизация; 2) маршрутизация по виртуальным каналам; 3) .маршрутизация по фиксированному пути. Каждый из этих методов .может быть реализован различными способами и может включать некоторые характеристики других процедур управления маршрутизацией. Динамическая маршрутизаидя. Динамическая маршрутизация строится на распределенной основе, когда в узлах сети анализируется адрес назначения каждого принимаемого пакета и определяется соответствующая исходящая линия связи. Исходящая линия выбирается путем обработки информации, локально хранимой в памяти с целью определения пути, обеспечивающего минимальную задержку доставки в пункт назначения. Критерий маршрутизации постоянно обновляется с учетом как работоспособности сети, так и длин очередей на соседних узлах. Решения по выбору маршрута корректируются достаточно быстро, так что в результате отдельные пакеты одного сообщения могут следовать по сети по различным путям. Динамическая маршрутизация с ее способностью быстро реагировать на изменения топологии сети или нагрузки является характерной особенностью коммутации пакетов. Фактически динамическая маршрутизация иногда рассматривается как нечто, присущее са.мому понятию сети ко.ммутации пакетов. Несмотря на очевидную привлекательность возможности приспосабливаться к быстрым изменениям нагрузки, динамическая маршрутизация имеет ряд существенных недостатков. Одним из последствий того, что пакеты, расположенные рядом в одном сообщении, могут следовать на сети различными путями, является то, что в пункт назначения они .могут прибыть не в той последовательности, в какой передавались. Хотя для соответствующего размещения пакетов могут использоваться последовательные номера, процесс сборки является сложным, в частности, из-за того, что пункт назначения на знает, задерживается или полностью потерян недостающий пакет. Другой недостаток динамической маршрутизации состоит в том, что могут возникнуть колебания при принятии решения о выборе маршрута. Если доля пропускной способности, отведенная для об- новления алгоритмов управления выбором маршрута, оказывается слишком малой, то на .мало загруженный узел будет поступать нагрузка, большая, чем он .может обслужить, до того момента, когда соседние с ним узлы получат информацию об изменении потока нагрузки. В этом случае возможен даже случай возврата пакета к тому узлу, с которого он был ранее отправлен. Полностью распределенное управление вообще и динамическая маршрутизация в частности связаны также с определенными трудностями в организации управления потоками на сети коммутации пакетов. Как уже упоминалось в гл. 7, установление соединений по обходным направлениям в коммутируемой телефонной сети прекращается, как только вся сеть, как целое, оказывается сильно перегруженной (обходные пути требуют больших ресурсов). Очевидно, тот же подход правомерен и в отношении сети коммутации пакетов. Управление потоками в сетях коммутации пакетов обсуждается в последующих разделах. Дина.мическая маршрутизация в наибольшей степени пригодна для использования на небольших сетях или в условиях военного времени, когда необходимо обеспечить живучесть сети при наличии многократных повреждений узлов. Военная сеть обычно в большей степени связана с требованием обеспечения надежной работы и своевременной доставки небольшого числа важных сообщений, чем с достижением максимально возможной пропускной способности при данных ресурсах. Динамическая маршрутизация была успешно применена в сети ARPANET [13], однако при этом возник ряд проблем [2, 3]. Виртуальные каналы. Сеть с виртуальными каналами объединяет в себе некоторые основные черты как коммутации каналов, так и коммутации пакетов. Пропускная способность сети распределяется динамически, следуя принципу необходимости , при этом все пакеты многопакетного сообщения следуют через сеть по одному и тому же маршруту. Маршрут следования пакета по сети устанавливается до того, как начнется взаимодействие узлов и информационный обмен, и все узлы, через которые проходит маршрут следования, информируются о соединении и о том, куда следует направлять пакеты, которые в дальнейшем поступят. Затем все пакеты, передаваемые между двумя оконечными пунктами, следуют через сеть по одному и тому же пути. По существу, виртуальный канал - это логическое понятие, определяющее адреса и указатели на узлах сети без закрепления средств передачи. По окончании соединения (или по окончании сеанса - по терминологии, принятой при передаче данных) виртуальный канал освобождается с помощью сообщения разъединения передаваемого по сети. (Отдельные соединения или сеансы между одной и той же парой оконечных пунктов не обязательно используют идентичные пути следования пакета на сети. Каждый виртуальный канал образуется в период фазы установления соединения, которая зависит от нагрузки в это время. Таким образом, сеть с виртуальными каналами может реагировать на ее повреждения или изменения нагрузки, од- нако время реагирования будет более длинным, чем на сети с динамическим управлением выбором маршрутов. Если при переходе от одного соединения к следующему виртуальные каналы изменяются, то такую сеть называют иногда сетью с ко.ммутируемыми виртуальными канала.ми по пря.мой аналогии с обычной коммутацией каналов. Виртуальные каналы можно устанавливать, используя либо распределенное, либо централизованное управление. Если применяется распределенное управление, то при прохождении сообщения об установлении соединения по сети каждый узел принимает локальное решение о том, какую исходящую линию следует выбирать. Таки.м образом, выбор пути при распределенном управлении в основном идентичен процессу маршрутизации на телефонной сети общего пользования. Как указывалось в гл. 7, в отношении обычных сетей с коммутацией каналов, установление соединения при централизованном управлении обладает существенным преимуществом, состоящим в возможности установления соединений с учето.м состояния всей сети и ее нагрузки. Примером сетей коммутации пакетов с использованием виртуальных каналов с централизованным управлением служит сеть TYMNET в Соединенных Штатах [14] и сеть DATAPAC в Канаде [15]. Поскольку фаза установления соединения виртуального канала представляет собой дополнительные затраты для однопакетных сообщений, то режим работы с использованием виртуального канала, очевидно, более приемлем, когда сеть обслуживает относительно большое число .многоиакетных сообщений или сеансов. Вследствие этого предлагается сеть, работающая в двойном режиме: с использованием виртуалшых каналов для длинных сообщений и с непосредственной передачей с динамической маршрутизацией для однопакетных сообщений. В этом случае однопакетные сооб1щения обычно называют дейтаграммами. Одни.м из главных преи.муществ работы сети с использованием виртуальных каналов является возможность обеспечить более упорядоченное управление доставкой пакетов. Если узел, входящий в виртуальный канал, никогда не передает пакет, относящийся к оп-ределенно.му соединению , до тех пор пока не будет подтверждена правильность приема предыдущего пакета, то последовательность поступления пакетов не нарушается. Второе преи.мущество виртуального канала - это пониженные требования к адресации отдельных пакетов. После установления виртуального канала отпадает необходимость в полных адресах пунктов назначения, указываемых в пакетах. Вместо адресов пунктов назначения могут использоваться местные идентификаторы виртуального канала каждой линии. По существу, идентификаторы виртуального канала являются указателями адресов памяти процессоров ком.мутации на узлах коммутации пакетов. Эти адреса памяти содержат соответствующую информацию относительно фактического источника, пункта назначения и маршрутизации пакетов. Другая важная особенность режима работы с вир- туальными каналами - это присущая ему способность содействовать управлению потоками, что будет обсуждено в следующем разделе. Основным недостатком работы с виртуальными каналами является возможность увеличения задержек при передаче сообщений. При установлении соединительного пути для виртуального канала он выбирается так, чтобы минимизировать задержку пакетов в сети с учетом нагрузки на сети в данный момент. Если нагрузка меняется, то пакеты, относящиеся к определенно.му виртуально.му каналу, могут испытывать длительную задержку из-за пребывания в очередях на некоторых линиях, хотя в это же время другие линии .могут быть загружены в меньшей степени. В работе [16] сообщается, что анализ .методов маршрутизации, проведенный для нескольких конфигураций небольших сетей, указывает на возможность сократить задержку пакета на 10 ... 27%, если вместо фиксированной маршрутизации применить адаптивную. На первый взгляд могло бы показаться, что сама процедура установления соединения является недостатком сети с виртуальными каналами. Однако фактически для управления потоком необходимо осуществлять обмен сообщениями типа запрос - ответ для определения состояния узла назначения до того, как источнику будет разрешено начать передачу потока пакетов. Таким образом, накладные расходы на управление и задержка, обусловленная установлением соединения , являются обычно необходимыми требованиями даже в сетях с динамической маршрутизацией. Маршрутизация по фиксированным путям. Сеть с фиксированными путя.ми строится на тех же основных принципах, что и сеть с виртуальными каналами за исключением того, что последующие соединения или сеансы между любы.ми двумя оконечны.ми пунктами всегда используют один и тот же путь. По существу, сеть с фиксированными путями - это сеть, которая приписывает постоянные виртуальные каналы каждой паре оконечных пунктов. Одной из привлекательных черт сети с фиксированными путя.ми является отсутствие фазы установления соединения, как в сети с виртуальными каналами. Однако, если необходимые ресурсы не закреплены постоянно, то до начала передачи пакетов нужно передать сообщение готов к передаче . Неактивные виртуальные каналы не зани.мают ресурсы сети в том виде, как обычные каналы, однако каждый виртуальный канал фактически требует в вероятностном смысле пропускной способности и буферных ЗУ для накопления пакетов и последующей их пересылки. Если необходимо гарантировать минимальное качество обслуживания (время задержки), сеть должна ограничивать число виртуальных каналов, существующих в любой определенный момент времени. Следовательно, необходимы сигналы готов к передаче до того, как станет активным канал по фиксированному пути. Конечно, сеть .может обеспечить работу в двух режимах: виртуальные каналы в состоянии постоянной готовности (горячая линия) и виртуальные каналы, переводимые в активное или неактивное состояние по требованию. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [67] 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
|