6.8. СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ МОДЕЛИ OSI

Магистральный канал передачи данных состоит из отдельных линий связи и узлов коммутации, которые обеспечивают соедине­ние территориально удаленных абонентов между собой. Установ­ление соединения (физического или виртуального) осуществляется с помощью того или иного метода коммутации. В зависимости от методов установления соединения и способов передачи данных от одного узла к другому различают сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов [32], [33].

Коммутация каналов. В сетях с коммутацией каналов между вызывающей и вызываемой оконечными установками в течение всего времени передачи имеется сквозное соединение (рис. 6.30).

Соединительный тракт состоит из ряда участков, которые в процессе установления соединения включаются последовательно друг за другом. Тракт "прозрачен" в отношении кодов и методов управления. Время распространения сигнала данных по соедини­тельному тракту постоянно.

В сеансе связи различают три фазы: установление соединения, передачу данных и разъединение соединения (рис. 6.31).

Процессом установления соединения управляет источник, ко­торый посылает сигнал     получает ответный сигнал (при-

глашение к набору номера) и вслед за этим передает адресную информацию (знаки набора номера). Коммутационный узел об­рабатывает эту информацию, занимает один из каналов в пучке кабеля, ведущего к следующему коммутационному узлу, и пере­дает последнему знаки набора, необходимые для дальнейшего установления соединения. Таким образом, постепенно, по участ­кам, вплоть до вызываемого абонента образуется соединитель­ный тракт. После завершения этого процесса от сети на вызыва­ющую и вызываемую оконечные установки поступают сигналы, извещающие о том, что соединение готово к передаче данных.

В течение фазы передачи данных управление осуществляется оконечной установкой. В оконечной установке принимается ре­шение о мерах, которые необходимо принять для обнаружения и исправления ошибок передачи.

Разъединение может быть начато любой из двух связанных между собой оконечных установок с помощью сигнала отбоя. По этому сигналу все коммутационные узлы, участвующие в образо­вании соединительного тракта, отключают соединения. Среди сетей передачи данных с коммутацией каналов различают два типа: синхронные и асинхронные сети.

В синхронной сети с коммутацией каналов ход во время всех процессов передачи и коммутации определяется единым такто­вым синхросигналом. Он подводится ко всей аппаратуре и обо­рудованию сети, задает для всей сети жесткий временной растр и обеспечивает синхронизм всех процессов.

В асинхронных сетях общая синхронизация по элементам от­сутствует, и для сети не задаются единые такты. Отдельные аппара­тура передачи данных и коммутационные устройства имеют само­стоятельные, независимые друг от друга тактовые генераторы.

Коммутация сообщений. В сети с коммутацией сообщений (рис. 6.32) между оконечными установками, обменивающимися информацией, нет сквозного соединения. В коммутационных уз­лах сообщения заносятся в память и передаются далее по участ­кам переприема от узла к узлу.

На оконечной установке, от которой необходимо передать сообщение, оно снабжается заголовком, содержащим адрес же­лаемого абонента, и по абонентской линии а передается на бли­жайший коммутационный узел А. В нем сообщение запоминает­ся, его заголовок обрабатывается, определяется, в какую из ис­ходящих линий далее его нужно направить, и, наконец, передается на следующий коммутационный узел В. Если линия по кото­рой нужно передать сообщение далее, занята, то оно остается в запоминающем устройстве (буферном накопителе узла) до тех пор, пока не будут переданы все находящиеся перед ним в очереди другие сообщения. Поскольку на участке в магистральном кана­ле скорость передачи обычно выше, чем в абонентской линии а, длительность передачи по этому участку на временной диаграм­ме {см. рис. 6.32) показана более короткой.

Узел коммутации В, в котором сообщение обрабатывается так же, как и в узле А, передает сообщение по линии с на узел С. От последнего оно передается по абонентской линии с1 на принима­ющий модуль абонента.

Время ожидания, в течение которого сообщение хранится в узле коммутации, зависит от длины очередей на линии связи, по­этому общее время прохождения сообщения между двумя око­нечными установками в сети может быть различным. Запись со­общений в память упрощает трансформацию скоростей различ­ного оборудования данных, осуществляемую в коммутационных узлах. Использование на межузловых участках дуплексных высо­коскоростных линий связи позволяет более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов, передавать требуемый объем ин­формации и использовать ресурсы сети. Однако экономию ли­ний связи необходимо сопоставлять с затратами, которых тре­буют запоминание и обработка сообщений в узлах коммутации.

Коммутация пакетов. Коммутация пакетов является разви­тием метода коммутации сообщений. Она позволяет добиться дальнейшего увеличения пропускной способности сети, скорос­ти и надежности передачи данных. В сети с коммутацией паке­тов сообщения разделяются на отдельные части — пакеты (рис. 6.33). Каждый пакет имеет, как правило, фиксированную длину и снабжается заголовком, указывающим адрес пункта Эотправления, адрес пункта назначения и номер пакета в сооб­щении. Максимальная длина пакета лежит в пределах от 10 до 2 • 10 бит. Разложение сообщения на пакеты и восста­новление его после передачи осуществляются оконечным обору­дованием источника и адресата.

В принимающем коммутационном узле каждый пакет прове­ряется на наличие ошибок. На пакеты, принятые без ошибок, в ответ направляется подтверждение их приема (положительная квитанция ДА). Если же в пакете обнаружены ошибки, то посы­лается запрос на его повторную передачу (отрицательная кви­танция НЕТ).

Для передачи отдельных пакетов каждого сообщения по сети могут выбираться различные пути (рис. 6.34), что обеспечивает более гибкое и оперативное приспособление к состояниям заня-

тости тех или иных линий связи и узлов коммутации. При этом могут возникнуть ситуации, при которых пакеты могут посту­пать в адрес получателя в неверной последовательности.

Известны два способа передачи пакетов в сети передачи дан­ных: виртуальный и датаграммный. При работе в режиме вир­туального канала коммутационный узел пункта назначения сор­тирует поступившие на него пакеты перед их дальнейшей переда­чей на оконечную станцию. В датаграммном режиме передачи сортировка возлагается на принимающую оконечную станцию.

Метод коммутации пакетов по сравнению с другими метода­ми обеспечивает наименьшую задержку при передаче данных и наибольшую пропускную способность сети.

На сетевом уровне в отличие от канального, в котором управле­ние идет между двумя точками, должно быть организовано управ­ление потоком по всему виртуальному каналу от источника до по­лучателя. При этом предполагается, что канальный уровень справ­ляется со своими задачами и ошибок в передаче между узлами нет.

Если в сеть поступает большое число пакетов, то заметно ра­стут задержки и производительность, измеряемая числом паке­тов, доставляемых по назначению в единицу времени, начинает снижаться. Если поступающая нагрузка достаточно высока, мо­жет даже возникнуть тупиковая ситуация, когда все накопители оказываются переполнены, поступление нагрузки прекращается и производительность падает до нуля.

Для предотвращения возникновения тупиковых ситуаций су­ществуют специальные методы. Наиболее распространенным яв­ляется метод скользящего окна [36].