Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы (4-ое изд.) - 2010 - обработка, страница 24

В свеи с кцимуглацией пакетное передача данных не требует обязательного установления соединения. Предположим, что в сеть, показанную на рис. 3.13, передается сообщение того же объема 1', что и в предыдущем случае (см. рис. 3,12), однако оно разделено на пакеты, каждый из которых снабжен заголовком.

Пакеты передаются от узла У1 узлу )т2, между которыми расположены два коммутатора. На каждом коммутаторе каждый пакет изображен дважды: в момент прихода на входной интерфейс и в момент передачи в сеть с выходного интерфейса. Из рисунка видно, что коммутатор задерживает пакет на некоторое время.

Здесь Т~ — время доставки адресату первого пакета сообщения, а Тр, — всего сообщения. Коммутатор 1 Коммутатор 2 Рис. 3.13. Временная диаграмма передачи совещания, разделенного на пакеты, в сети с коммутацией пакетов Сравнение сетей с коммутацией пакетов и каналов Сравнивая временные диаграммы передачи данных в сетях с коммутацией каналов и пакетов, отметим лва факта: 'ьг значения времени распространения сигнала (Гих) в одинаковой физической среде на одно и то же расстояние одинаковы; 0 учитыва-я, что значения пропускной способности каналов в обеих сетях одинаковы, значения времени передачи сообщения в канал (й, ) будут также равны.

Однако разбиение передаваемого сообщения на пакеты с последующей их передачей по сети с коммутацией пакетов приводит к дополнительным задержкам. Проследим путь первого пакета и отметим, из каких составляющих складывается время его передачи в узел назначения и какие из них специфичны для сети с коммутацией пакетов (рис. 3.14). Коммутатор 2 Рис.

3.14. посменная диаграмма передачи одного пакета в сети с коммутацией пакетов Время передачи одного пакета от узла М1 до коммутатора 1 можно представить в виде суммы нескольких слагаемых. О Во-первых, время тратится в узле-отправителе М1: О гг — время формирования пакета, также называемое временем пакетизации (зависит от различных пйраметров работы программного и аппаратного обеспечения узла- отправителя и не зависит от параметров сети); О гт — время передачи в канал заголовка; О гз — время передачи в канал поля данных пакета. Глава 3.

Коммутация каналов н пакетов О Во-вторых, дополнительное время тратится на распространение сигналов по каналам связи. Обозначим через гг время распространения сигнала, представляющего один бит информации, от узла гт1 до коммутатора 1. (3 В-третьих, дополнительное время тратится в промежуточном коммутаторе: О гз — время приема пакета с его заголовком из канала во входной буфер коммутатора; как уже было отмечено, это время равно (гг + гз), то есть времени передачи пакета с заголовком в канал нз узла источника; О ге — время ожидания пакета в очереди колеблется в очень широких пределах и за. ранее неизвестно, так как зависит от текущей загрузки сети; О гт — время коммутации пакета при его передаче в выходной порт фиксировано дл~ конкретной модели и обычно невелико (от нескольких микросекунд до нескольки миллисекунд). Обозначим через Тт т время передачи пакета нз узла М1 на выходной интерфейс комм) тагора 1.

Это время складывается из следующих составляющих: Тьч ш= г! + гг + 15 + гв + гь Обратите вмимание, что среди слагаемых отсутствуют составляющие гг и гз. Из рис. 3.' видно, что передача битов из передатчика в канал совмещается по времени с передач~ битов по каналу связи. Время, затрачиваемое на оставшиеся два отрезка пути, обозначим соответственно Тт и Тзг ггг. Этн величины имеют такую же структуру, что и Тьч хн за исключением того, ч в них не входит время пакетизации, и, кроме того, Твг га не включает время коммутац (так как отрезок заканчивается конечным узлом).

Итак, полное время передачи одв пакета по сети составляет: Т=Т +Т +Т А чему же будет равно время передачи сообщения, состоящего из нескольких пакет Сумме времен передачи каждого пакета? Конечно, нет! Ведь сеть с коммутацией паке работает как конвейер (см. рис. 3.13): пакет обрабатывается в несколько этапов, и устройства сети выполняют эти этапы параллельно.

Поэтому время передачи такого общения будет значительно меньше, чем сумма значений времени передачи каждого па~ сообщения. Точно рассчитать это время сложно из-за неопределенности состояния с и вследствие этого, неопределенности значений времени ожидания пакетов в очер~ коммутаторов. Однако если предположить, что пакеты стоят в очереди примерно од ковос время, то общее время передачи сообщения, состоящего из и пакетов, можно оце следующим образом; Трз Тг + (и — 1) (1~ + 1з). ПРИМЕР Сравним задержки передачи данных в сетях с коммутацией пакетов с задержками в сет с коммутацией каналов, основываясь на рис. 3.14.

Пусть тестовое сообщение, которое нуж передать в обоих видах сетей, составляет 200 000 байт. Отправитель находится от получате на расстоянии 5000 км. Пропускмая способность линий связи составляет 2 Мбит,гс. Вре Сравнение сетей с коммутацией пакетов и каналов сигнала, которое для расстояния 5000 км можно оценить примерно в 25 мс, и времени передачи сообщения в канал, которое при пропускной способности 2 Мбит/с и размере сообщения 200 000 байт равно примерно 800 мс, то есть всего передача данных абоненту занимает 825 мс.

Оценим дополнительное время, которое требуется для передачи этого сообщения по сети с коммутацией пакетов. Будем считать, что путь от отправителя до получателя пролегает через 10 коммутаторов. Также предположим, что сеть работает в недогруженном режиме, то есть очереди в коммутаторах отсутствуют. Исходное сообщение разбивается на пакеты по ! 000 байт, всего 200 пакетов. Если принять интервал между отправкой пакетов равным 1 мс, тогда время передачи сообщения увеличится дополнительно на 200 мс. Время передачи сообщения в канал также увеличится из за необходимости передавать заголовки пакетов. Предположим, что доля служебной информации, размещенной в заголовках пакетов, по отношению к общему объему сообщения составляет 10 %, Следовательно, дополнительная задержка, связанная с передачей заголовков пакетов, составляет ! 0 % от времени передачи исходного сообщения, то есть 80 мс.

При прохождении пакетов через каждый коммутатор возникает задержка буферизации пакета. Эта задержка при величине пакета 1000 байт, заголовке 100 байт и пропускной способности линии 2 Мбит/с составляет 4,4 мс в одном коммутаторе. Плюс задержка коммутации 2 мс. В результате прохождения 10 коммутаторов пакет придет с суммарной задержкой 64 мс, потраченной на буферизацию и коммутацию. В результате дополнительная задержка, созданная сетью с коммутацией пакетов, составляет 344 мс. Учитывая, что вся передача данных по сети с коммутацией каналов занимает 825 мс, зту дополнительную задержку можно считать существенной.

Хотя приведенный расчет носит очень приблизительный характер, он делает более понятными те причины, по которым для отдельного абонента процесс передачи данных по сети с коммутацией пакетов является более медленным, чем по сети с коммутацией каналов. Что же следует из приведенного примера? Можно лн считать, что сеть с коммутацией ханзлов более эффективна, чем сеть с коммутацией пакетову Попробуем ответить на этот вопрос. При рассмотрении сети в целом логично использовать в качестве критерия эффективхости сети не скорость передачи трафика отдельного пользователя, а более интегральный критерий, например общий объем передаваемых сетью данных в единицу времени.

В этом случае эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией кзнзлов (при равной пропускной способности каналов связи) оказывается выше. Такой результат был доказан в 60-е годы как экспериментально, так и аналитически с помощью теории массового обслуживания. ПРИМЕР Используем для сравнения эффективности сетей с коммутацией каналов и пакетов еще один пример (рис.

3,15). Лва коммутатора объединены каналом связи с пропускной способностью 100 Мбит/с. Пользователи сети подключаются к сети с помощью каналов доступа (ассею )пй) с пропускной способностью 10 Мбит/с. Предположим, что все пользователи создают одинаковый пульсирующий трафик со средней скоростью! Мбит/с. При этом в течение непродолжительных периодов времени скорость данной предложенной нагрузки возрастает до максимальной скорости канала доступа, то есть до 10 Мбит/с. Такие периоды длятся не более одной секундм.

Предположим также, что все пользователи, подключенные к коммутатору 51, передают информацию только пользователям, подключенным к коммутатору 52. Пусть представленная на рисунке сеть является сетью с коммутацией каналов. Поскольку ники пользовательского трафика достигают 10 Мбит/с, каждому из пользователей необходимо Глава 3. Коммутация каналов и пакетов установить соединение с пропускной способностью 10 Мбит/с.

Таким образом, одновременно через сеть смогут передавать данные только 10 пользователей. Суммарная средняя скорость передачи данных через сеть будет равна только 10 Мбит/с (10 пользователей передают данные со средней скоростью 1 Мбит/с). Следовательно, линия связи между коммутаторами, хотя и имеет общую пропускную способность 100 Мбит/с, используется только на 10 Эь'. Рио.