Виды коммутации в компьютерных сетях

Обновлено: 22.11.2024

В этом уроке мы рассмотрим переключение, одну из самых важных концепций компьютерных сетей.

Как мы знаем, сеть в основном представляет собой набор соединяющихся устройств. Но когда нам нужно соединить несколько устройств в сети, возникает проблема с подключением, а именно с тем, как их соединить, чтобы стало возможным общение один на один. Одним из решений является создание соединения «точка-точка» между каждой парой устройств или соединение «точка-точка» между центральным устройством и любым другим устройством. Но практическая реализация этого решения невозможна во времена больших сетей.

Лучшее решение этой проблемы – переключение. Давайте теперь перейдем к концепции коммутации и коммутируемых сетей.

В компьютерных сетях переключение является одним из наиболее важных понятий.

Механизм, с помощью которого происходит обмен информацией между различными компьютерными сетями и сетевыми сегментами, обычно называется коммутацией.

Коммутируемые сети

Коммутируемая сеть в основном состоит из ряда взаимосвязанных узлов. Эти взаимосвязанные узлы называются коммутаторами.

Таким образом, в коммутируемой сети подключение обычно обеспечивается с помощью коммутаторов.

Коммутаторы — это устройства, способные создавать временные соединения между двумя или более устройствами, которые к ним подключены.

В этой сети некоторые коммутаторы подключены к конечной системе (например, компьютерные системы или телефоны), а другие коммутаторы используются для маршрутизации.

Коммутатор сетевого устройства в основном представляет собой устройство уровня 2 модели OSI.

Пересылка пакетов выполняется коммутатором на основе MAC-адреса.

Таким образом, коммутатор в основном передает данные только на адресованное устройство (имеющее правильный MAC-адрес). Поскольку проверка адреса назначения выполняется коммутатором для правильной маршрутизации пакета.

На приведенном выше рисунке; A, B, C, D, E, F, G, H являются конечными системами или, можно сказать, коммуникационными устройствами. И есть 4 переключателя, помеченных как 1,2,3,4. Кроме того, вы можете видеть, что каждый коммутатор подключен к нескольким ссылкам.

Концепция коммутации необходима для эффективного использования полосы пропускания. Кроме того, всякий раз, когда два или более устройств взаимодействуют друг с другом, существует много шансов возникновения коллизии пакетов данных в сети; переключение — лучшее решение этой проблемы.

Способы переключения

Для выбора наилучшего маршрута для передачи данных используется метод переключения. Методы коммутации в основном соединяют системы таким образом, чтобы упростить индивидуальную связь.

Ниже приведены три метода переключения, или, можно сказать, три метода переключения:

На основе приведенных выше методов коммутируемые сети в целом классифицируются следующим образом:

Мы расскажем об этом в наших следующих руководствах.

Преимущества коммутируемых сетей

Ниже приведены некоторые преимущества коммутируемых сетей:

Поскольку коммутаторы помогают создавать домен коллизий для каждого соединения в сети. Таким образом, снижается вероятность столкновения кадров.

Благодаря использованию коммутаторов производительность сетей повышается.

Существует увеличение доступной пропускной способности сети за счет использования коммутаторов.

Рабочая нагрузка на отдельный ПК снижается за счет использования коммутаторов в сети.

Имеется прямое соединение коммутатора с рабочей станцией.

Недостатки коммутируемых сетей

Есть некоторые недостатки использования переключателей:

Поскольку мы используем коммутаторы в коммутируемой сети, сеть становится дорогой из-за дороговизны коммутаторов.

Трудно отследить проблемы с подключением в сети через коммутатор.

Есть вероятность возникновения проблем с широковещательным трафиком.

Для обработки многоадресных пакетов необходимы надлежащий дизайн и конфигурация.

Компьютерная сеть состоит из множества коммутационных устройств. Коммутационная сеть состоит из ряда взаимосвязанных узлов, называемых коммутаторами.

Типы методов переключения:

Переключение цепи:

Коммутация каналов — это выделенный путь, устанавливаемый между двумя взаимодействующими узлами до того, как начнется фактическая передача данных. Путь означает ту связанную последовательность физических ссылок, в которой логический канал выделен для соединения.
Пример: телефонная связь.

Фаза переключения цепи:

Существует три фазы переключения каналов.
1. Создание схемы
2. Передача данных
3. Отключение цепи

Создание схемы:

При коммутации каналов передача данных не может начаться автоматически, перед передачей данных должен быть установлен сквозной выделенный канал. Сначала отправитель отправляет запрос на подключение к своему подключенному коммутатору. Коммутатор в зависимости от адреса назначения и состояния трафика направляет запрос на подключение к следующему коммутатору.

Второй переключатель также выполняет ту же функцию. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут коммутатор, с которым узел назначения соединен напрямую. Последний коммутатор отправляет запрос на соединение, а затем отправляет сигнал подтверждения отправителю. Время, необходимое для установления канала, составляет от 2 до 10 секунд в зависимости от сети и расстояния между конечными точками.

Передача данных:

После установления соединения данные могут передаваться от одного отправителя к получателю. Как правило, соединение является полнодуплексным. В этом случае обмен данными может осуществляться в обе стороны одновременно. Данные могут быть цифровыми или аналоговыми в зависимости от архитектуры сети. Обмен данными происходит в блоке и отправляется непрерывно. Во время передачи данных не требуется маршрутизация или другие механизмы управления.

Отключение цепи:

Канал может разъединиться с любого конца, и информация об отключении передается с одного конца на другой по выделенному пути. Промежуточные коммутаторы после передачи информации об отключении освобождают путь. Таким образом, выделенный путь становится свободным и может использоваться для нового соединения.

Особенности коммутации каналов:

<р>я. Для установления канала требуется некоторое время, и если выделенный путь не установлен от начала до конца, никакие данные не могут быть переданы.
II. Как только схема устанавливается, канал становится прозрачным, и данные передаются мгновенно без каких-либо задержек.
III. Коммутация каналов эффективна, поскольку передача данных осуществляется только в течение небольшой части всего времени, когда канал был выделен конечным сторонам. В случае голосовой связи эффективность еще выше, но она никогда не может достигать 100%.

Коммутация пакетов:

При коммутации пакетов отправитель разбивает все сообщение на несколько пакетов подходящей длины, состоящих из последовательных номеров пакетов. Между двумя конечными сторонами до передачи данных не устанавливается выделенный путь. Отправитель отправляет пакеты следующему узлу последовательно. Каждый узел после получения пакета определяет следующий маршрут для пакета, решение о маршрутизации принимается узлом на пути перед отправкой каждого пакета.

Переключение сообщений:

Коммутация сообщений — это комбинация коммутации каналов и коммутации пакетов. Как и при коммутации каналов, сообщение не разбивается на пакеты, а передается следующему узлу целиком. Как и при коммутации пакетов, перед передачей данных между двумя конечными сторонами не устанавливается выделенный путь. Решение о маршрутизации принимается на каждом узле для всего сообщения.

Коммутация — это процесс переадресации пакетов, поступающих с одного порта, на порт, ведущий к месту назначения. Когда данные поступают на порт, это называется входом, а когда данные покидают порт или уходят, это называется выходом. Система связи может включать в себя ряд коммутаторов и узлов. В широком смысле переключение можно разделить на две основные категории:

Без установления соединения: данные пересылаются от имени таблиц пересылки. Предварительное квитирование не требуется, а подтверждения необязательны.

Ориентация на соединение: перед переключением данных для пересылки к месту назначения необходимо предварительно установить канал на пути между обеими конечными точками. Затем данные пересылаются по этому каналу. После завершения передачи каналы можно сохранить для использования в будущем или сразу же отключить.

Переключение цепи

Когда два узла взаимодействуют друг с другом по выделенному каналу связи, это называется коммутацией каналов. Требуется предварительно определенный маршрут, по которому будут передаваться данные, и никакие другие данные не допускаются. данные, канал должен быть установлен так, чтобы передача данных могла иметь место.

Циклы могут быть постоянными или временными. Приложения, использующие коммутацию каналов, могут пройти три этапа:

Создать цепь

Перенести данные

Отключите цепь

Коммутация каналов была разработана для голосовых приложений. Телефон является наиболее подходящим примером коммутации каналов. Прежде чем пользователь сможет совершить вызов, в сети устанавливается виртуальный путь между вызывающим и вызываемым абонентом.

Переключение сообщений

Этот метод находился где-то посередине коммутации каналов и коммутации пакетов. При переключении сообщений все сообщение рассматривается как блок данных и переключается/передается целиком.

Коммутатор, работающий с коммутацией сообщений, сначала получает сообщение целиком и буферизует его до тех пор, пока не появятся доступные ресурсы для его передачи на следующий переход. Если на следующем переходе недостаточно ресурсов для размещения сообщения большого размера, сообщение сохраняется и коммутатор ожидает.

Этот метод считался заменой коммутации каналов. Как и при переключении каналов, весь путь блокируется только для двух объектов. Коммутация сообщений заменена коммутацией пакетов. Переключение сообщений имеет следующие недостатки:

Каждому коммутатору на пути передачи требуется достаточно места для размещения всего сообщения.

Из-за технологии промежуточного хранения и ожидания до тех пор, пока не будут доступны ресурсы, переключение сообщений происходит очень медленно.

Переключение сообщений не было решением для потоковых мультимедиа и приложений реального времени.

Коммутация пакетов

Из-за недостатков коммутации сообщений возникла идея коммутации пакетов. Все сообщение разбивается на более мелкие фрагменты, называемые пакетами. Информация о переключении добавляется в заголовок каждого пакета и передается независимо.

Промежуточным сетевым устройствам проще хранить пакеты небольшого размера, и они не занимают много ресурсов ни на пути передачи, ни во внутренней памяти коммутаторов.

Коммутация пакетов повышает эффективность линии, поскольку пакеты от нескольких приложений могут быть мультиплексированы по несущей. Интернет использует метод коммутации пакетов. Коммутация пакетов позволяет пользователю различать потоки данных на основе приоритетов. Пакеты сохраняются и пересылаются в соответствии с их приоритетом для обеспечения качества обслуживания.

В этой статье мы обсудим, что такое коммутация?, типы методов коммутации: коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов, а также обсудим разницу между коммутацией каналов, сообщений и пакетов.

Оглавление

Что такое переключение?

Коммутация — это механизм в компьютерных сетях, который помогает выбрать лучший маршрут для передачи данных, если в большой сети есть несколько путей.

В более крупных сетях может быть несколько маршрутов для связи отправителя и получателя. Поэтому всякий раз, когда мы отправляем какую-либо информацию между отправителем и получателем, информация переключается по нескольким маршрутам.

Всякий раз, когда мы отправляем информацию с одного устройства на другое, эта информация не достигает этого устройства напрямую, в середине есть много промежуточных узлов, и информация переключается через эти узлы.

Типы методов переключения

Переключение цепи

При внутрисхемной коммутации для одного соединения устанавливается выделенный канал, по которому отправитель и получатель могут общаться во время сеанса связи.

Внутрисхемная коммутация: всякий раз, когда устройство связывается с другим устройством, в них устанавливается выделенный канал связи (схема) по сети.

Это метод переключения, который создает предварительно определенный маршрут между отправителем и получателем, и этот маршрут зарезервирован для обоих этих устройств, пока соединение активно. Оба устройства подключены по этому конкретному маршруту, и передача данных также может осуществляться только по этому конкретному маршруту. Другие устройства не могут использовать этот конкретный маршрут для передачи данных, поскольку он зарезервирован.

Этот тип сетевой коммутации был разработан и использовался в ранней аналоговой телефонной сети. Мы использовали коммутацию каналов для физического соединения устройств в телефонной сети.

Связь, которая происходит через коммутацию каналов, состоит из 3 фаз:

Установка канала. На первом этапе устанавливается канал, означающий, что между отправителем и получателем устанавливается выделенный канал через несколько коммутационных центров или узлов.
Передача данных. После установления канала это означает, что между отправителем и получателем установлено соединение, и они могут общаться друг с другом.
Отключить канал: после завершения связи между отправителем и получателем канал отключается. Отключение канала выполняется одним из пользователей, то есть отправителем или получателем.

Простой пример телефонной сети: сначала мы звоним другому пользователю, как только он получает звонок, соединение устанавливается, и оба могут общаться друг с другом, после чего, если один из пользователей отключает телефон, цепь разрывается.

Преимущества коммутации каналов

Между обоими устройствами устанавливается выделенный канал, который обеспечивает гарантированную передачу данных.
После установления соединения между отправителем и получателем данные могут передаваться без каких-либо задержек, поскольку они подключены напрямую, поэтому на каждом коммутаторе нет времени ожидания.
Между отправителем и получателем устанавливается выделенный непрерывный путь передачи данных, поэтому этот метод переключения подходит только для длительной непрерывной передачи.

Недостатки коммутации каналов

Основной недостаток этого метода переключения заключается в том, что после установления выделенного пути этот путь становится зарезервированным, и другие устройства не могут использовать этот путь.
Этот метод не использует системные ресурсы должным образом, так как ресурсы выделяются на все время и недоступны для других подключений.
Выделенный канал непрерывной передачи данных требует большей пропускной способности.
Перед фактической передачей данных необходимо установить выделенный путь, на создание которого уходит много времени.

Переключение сообщений

При переключении сообщений между отправителем и получателем не устанавливается выделенный путь, как при переключении каналов.

Для отправки сообщения существует множество промежуточных узлов переключения сообщений, которые отвечают за передачу сообщения, и сообщение передается как единое целое от узла-источника к узлу-получателю.

При переключении сообщений, когда исходный узел отправляет сообщение, адрес назначения добавляется к сообщению. Таким образом, при переключении сообщений нет необходимости устанавливать выделенный путь между двумя узлами связи.

Когда отправитель отправляет сообщение, сообщение целиком отправляется на следующий узел коммутации сообщений, полностью сохраняется на диске, а затем передается все сообщение на следующий узел коммутации и так далее, пока сообщение не достигает места назначения.

Если на следующем узле переключения сообщений недостаточно места для хранения сообщения, предыдущий узел переключения должен ждать. Когда у следующего узла достаточно места для хранения сообщения, предыдущий пересылает сообщение следующему узлу. Вот почему этот тип сети также называется сетью с промежуточным хранением.

Этот метод не рекомендуется для приложений реального времени, таких как видео и голос и т. д.

Коммутация пакетов

При коммутации пакетов, когда мы отправляем сообщение, все сообщение делится на более мелкие части, называемые пакетами. Эти фрагменты или пакеты перемещаются по сети по кратчайшему пути.

Каждый пакет имеет порядковый номер, чтобы определить их порядок на принимающей стороне.

Каждый пакет содержит определенную информацию, включая адрес источника, адрес получателя, информацию об адресе промежуточного узла, порядковый номер и т. д., чтобы отдельные пакеты можно было маршрутизировать через объединенную сеть независимо друг от друга.

Читайте также: