Коммутация пакетов

Типичные режимы работы компьютерных сетей сопровождаются значительными вариациями скорости передачи. Отношение средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, называемое коэффициентом пульсаций трафика, может превышать 1: 100, т.е. скоммутированный канал будет большую часть времени простаивать, и будет недоступен другим пользователям сети. Поэтому наиболее эффективна коммутация пакетов. При коммутации пакетов передаваемое сообщение в исходном узле разбивается на небольшие части, называемые пакетами. Сообщение – это логически завершенная порция данных, которая имеет произвольную длину от нескольких байт до Мбайт. Пакеты имеют произвольную длину, но в узких пределах, как правило, от нескольких байт до 1, 5 Кб. Это позволяет ускорить передачу данных в больших сетях за счет параллельной передачи пакетов одного сообщения на разных участках сети. При появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего длинного сообщения. Ограничение размера пакета сверху позволяет обойтись меньшими объемами буферной памяти в транзитных узлах на маршрутах передачи.

Рис. 18. Разбиение сообщения на пакеты

Каждый пакет имеет свой заголовок, содержащий адресную информацию для доставки пакета узлу назначения, и номер пакета, используемый на приемной стороне для сборки сообщения. Таким образом, пакеты передаются сетью как независимые блоки данных. Коммутаторы сети принимают пакеты, и по адресной информации заголовков передают их друг другу, пока не будет достигнут узел назначения.

Отличия коммутаторов пакетной сети от коммутаторов каналов в том, что первые имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов. В этой памяти пакет может храниться, когда в моменты его приема выходной порт коммутатора занят передачей другого пакета. Тогда принятый пакет будет находиться в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта коммутатора, и начнет передаваться в момент, когда до него дойдет очередь. Такая схема позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами, что повышает пропускную способность сети в целом. То есть при очень неравномерном трафике, поступающем от конечных узлов на коммутаторы, соединение между коммутаторами загружается более равномерно и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования. Таким образом, буферизация пакетов может достигать коэффициентов загрузки близких к 1 по сравнению с коэффициентом пульсаций отдельных пользователей.

Преимущества сетей с коммутацией пакетов:

1. высокая пропускная способность сетей при передаче пульсирующего трафика;

2. возможность динамического перераспределения пропускной способности физического канала согласно реальным потребностям трафика.

Недостатки сетей с коммутацией пакетов:

1. неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, которая зависит от общей загрузки сети;

2. переменная величина задержки пакетов при мгновенных перегрузках сети;

3. возможные потери данных из-за переполнения буферной памяти транзитных узлов.

Метод коммутации каналов широко используется до сих пор для образования высокоскоростных постоянных соединений в первичных сетях, при создании магистральных физических каналов и между коммутаторами компьютерных и телефонных сетей.