Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы (4-ое изд.) - 2010 - обработка, страница 21

В концевике обычно помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет. В зависимости от конкретной реализации технологии коммутации пакетов пакеты могут иметь фиксированную или переменную длину, кроме того, может меняться состав информации, размещенной в заголовках пакетов.

Например, в технологии АТМ пакеты (называемые там ячейками) имеют фиксированную длину, а в технологии Е(Ьегпет установлены лишь минимально и максимально возможные размеры пакетов (кадров). Пакеты поступают в сеть без предварительного резервирования линий связи и не с фиксированной заранее заданной скоростью, как это лелается в сетях с коммутацией каналов, а в том темпе, в котором их генерирует источник. Предполагается, что сеть с коммутацией пакетов, в отличие от сети с коммутацией каналов, всегда готова принять пакет от конечного узла.

Как и в сетях с коммутацией каналов, в сетях с коммутацией пакетов для каждого из потоков вручную или автоматически определяется марщрут, фиксируемый в хранящихся ва коммутаторах таблицах коммутации. Пакеты, попадая на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту на основании информации, содержащейся в нх заголовках, а тгкже в таблице коммутации (рис. 3.6).

' Наряду с термином «пакет» используются также термины «капр», «фрейм», «ячейка» и др. В данном контексте различия в значении этих терминов несущественны. ' В некоторых технологиях коммутации пакетов (напрямер, в технологии виртуальных каналов) полная независимость обработки пакетов не обеспечивается. Отправляемые данные 1 этап — исходное сообщение на узле- отправитвлв Отправляемые данные 2 этап — рзМиенив сообщения на части 3 этап — образование пакетов Принятыв данные 4 этап — сборка пакетов на узле назначения Рис. З.б.

Разбиенивданных на пакеты 01 - пакеты данные заголовок Рис. 3.6. Передача данных по оети в виде пакетов П~ ~-3 ~'-3'Л Заголовок - конечные узлы О- О1 - коммутаторы Глава 3. Коммугация каналов и пакетов 87 Коммутация гекетов ПРИМЕЧАНИЕ Процедура резервирования пропускной способности может применяться и в пакетных сетях. Однако основная идея такого резервирования принципиально отличается от идеи резервирования пропускной способности в сетях с коммутацией каналов. Разница заключается в том, что пропускная способиость канала сети с коммутацией пакетов может динамически перераспределяться между информационными потоками в зависимости от текущих потребностей кюкдого потока, чего ие может, обеспечить техника коммутации каналов.

С деталями такого резервирования вы познакомитесь позже, в главе 7. Пакеты, принадлежащие как одному и тому же, так и разным информационным потокам, при перемещении по сети могут «перемешиваться» между собой, образовывать очереди и «тормозить» друг Лруга. На пути пакетов могут встретиться линии связи, имеющие разную пропускную способность. В зависимости от времени суток может сильно меняться и степень загруженности линий связи.

В таких условиях не исключены ситуации, когда пакеты, принадлежащими одному и тому же потоку, могут перемещаться по сети с разныин скоростями и даже прийти к месту назначения не и том порядке, в котором они были отправлены. Разделение данных на пакеты позволяет передавать неравномерный компьютерный трафик более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов. Это объясняется тем, что пульсации графика от отдельных компьютеров носят случайный характер и распределяются во времени так, что их пики чаще всего не совпадают.

Поэтому когда линия связи передает график большого количества конечных узлов, то в суммарном потоке пульсации сглаживаются, и пропускная способность линии используется более рационально, без длительных простоев. Это эффект иллюстрируется рис. 3.7, на котором показаны неравномерные потоки пакетов, поступающие от конечных узлов 3, 4 и 10 в сети, изображенной на рис.

3.6. лба ярзь Поток из узла 3 в сторону коммутатора б Поток из узла 4 в сторону коммутатора б Поток из узла 10 в сторону коммутатора б Суммарный поток из коммутатора б в сюроиу коммутаторе 8 Рис. З.У. Сглаживание графика в сетях с коммутацией пакетов вв Глава 3. Коммутация каналов и пакетов Предположим, что эти потоки передаются в направлении коммутатора 8, а следовательно, накладываются друг на друга при прохождении линии связи между коммутаторами 5 и 8. Получающийся в результате суммарный поток является более равномерным, чем каждый из образующих его отдельных потоков.

Буферизация пакетов Неопределенность и асинхронность перемещения данных в сетях с коммутацией пакетов предъявляет особые требования к работе коммутаторов в таких сетях. Ггавное отличие пакетных коммутаторов' от коммутторов в сетях с коммутациея явиалое состоит в том, что они имеют Внугреннюю'бул»ери)ло память для временного хранения пакетов. Действительно, пакетный коммутатор не может принять решения о продвижении пакета, не имея в своей памяти всего пакета.

Коммутатор проверяет контрольную сумму, и только если она говорит о том, что данные пакета не искажены, начинает обрабатывать пакет и по адресу назначения определяет следующий коммутатор. Поэтому каждый пакет последовательно бит за битом помещается во входной буфер. Имея в виду это свойство, говорят, что сети с коммутацией пакетов используют технику сохранения с продвижением (згоге-апд(огтгагд). Заметим, что для этой цели достаточно иметь буфер размером в один пакет. Коммутатору нужны буферы для согласования скоросглей передачи данных в линиях связи, подключенных к его интерфейсам. Действительно, если скорость поступления пакетов из одной линии связи в течение некоторого периода превышает пропускную способность той линии связи, в которую зти пакеты должны быть направлены, то во избежание потерь пакетов на целевом интерфейсе необходимо организовать выходную очередь (рис.

3.8). Буферизация необходима пакетному коммутатору также для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации. Если коммутирующий блок не успевает обрабатывать пакеты (анализировать заголовки и перебрасывать пакеты на нужный интерфейс), то на интерфейсах коммутатора возникают входные очереди. Очевидно, что для хранения входной очереди объем буфера должен превышать размер одного пакета. Существуют различные подходы к построению коммутирующего блока. Традиционный способ основан на одном центральном процессоре, который обслуживает все входные очереди коммутатора.

Такой способ построения может приводить к большим очередям, так как производительность процессора разделяется между несколькими очередями. Современные способы построения коммутирующего блока основаны на многопроцессорном подходе, когда каждый интерфейс имеет свой встроенный процессор для обработки пакетов. Кроме того, существует центральный процессор, координирующий работу интерфейсных процессоров. Использование интерфейсных процессоров повышает производительность коммутатора и уменьшает очереди во входных интерфейсах.

Однако такие очереди все равно могут возникать, так как центральный процессор по-црежнему остается «узким местом». Более подробно вопросы внутреннего устройства коммутаторов обсуждаются в главе 13. Поскольку объем буферов в коммутаторах ограничен, иногда происходит потеря пакетов из-за переполнения буферов при временной перегрузке части сети, когда совпадают ' Для простоты будем далее называть коммутаторм сетей с коммутацией пакетов «пакетными коммутаторами».

Коммутация пакетов периоды пульсации нескольких информационных потоков. Для сетей с коммутацией пакетов потеря пакетов является обычным явлением, и для компенсации таких потерь в данной сетевой технологии предусмотрен ряд специальных механизмов, которые мы рассмотрим позже. Сетевые интерФейсы Т )авгв ~~~~ ~у Рис.

3.8. буферы и очереди пакетов в коммутаторе Пакетный коммутатор может работать на основании одного из трех методов продвижения пакетов; (.) дейтаграммная передача; 0 передача с установлением логического соединения; (з передача с установлением виртуального канала. Дейтаграммная передача Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты продвигаются (передаются от одного узла сети другому) независимо друг от друга на основании одних и тех же правил. Процедура обработки пакета определяется только значениями параметров, которые он несет в себе, и текущим состоянием сети (например, в зависимости от ее нагрузки пакет может стоять в очереди на обслуживание большее или меньшее время). Однако никакая информация об уже лерелзнньаг пакетах сетью не хранится и е ходе обработки очередного пакета ео внимание не принимается. То есть каждый отдельный пакет рассматривается сетью как совершенно независимая единица передачи — дейтаграмме.

90 Глава 3. Коммутация каналов и пакетов Решение о продвижении пакета принимается на основе таблицы коммутации', ставящей в соответствие адресам назначения пакетов информацию, однозначно определяющую следующий по маршруту транзитный (или конечный) узел. В качестве такой информации могут выступать идентификаторы интерфейсов данного коммутатора или адреса входных интерфейсов коммутаторов, следующих по маршруту Таблица коммутации коммутатора 31 Рис.