Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Рис. 2.38. Затраты времени при коммутации каналов (а) и коммутации пакетов (б)

В результате при установлении физического соединения между абонентами, как только этот путь установлен, единственной задержкой для распространения сигнала будет скорость распространения электромагнитного сигнала, то есть около 5 мс на каждые 1000 км. Еще одним свойством такой системы является то, что после начала разговора линия уже не может вдруг оказаться занятой, хотя она может быть занятой до установки соединения (например, благодаря отсутствию соответствующей возможности у коммутатора или магистрали). Также следствием установленного пути является отсутствие опасности скопления, то есть как только звонок был передан, вы никогда не получите сигналы «занято». Конечно, такой сигнал вы могли получить прежде, чем соединение было установлено из-за нехватки объема линии или коммутатора.

Коммутация пакетов

Альтернативным способом коммутации является коммутация пакетов, которая схематически изображена на рис. 2.37, б и описана в главе 1. При использовании такой формы коммутации отдельные пакеты пересылаются по мере готовности. В отличие от коммутации каналов, при коммутации пакетов нет необходимости устанавливать связь между двумя абонентами до начала передачи данных. Маршрутизаторы должны использовать передачу с промежуточной буферизацией, чтобы самостоятельно послать каждый пакет, продвигающийся к месту назначения. Эта процедура не похожа на коммутацию каналов, когда результат установки соединения — резервирование пропускной способности на всем пути от отправителя до приемника. Все данные в канале следуют этим путем. Среди других результатов следования по данному пути — гарантия прибытия данных в нужном порядке. При коммутации пакетов нет никакого неизменного пути, поэтому различные пакеты могут следовать различными путями, в зависимости от сетевых условий в тот момент, когда они были отправлены, и могут прибыть не по порядку.

Сети с пакетной коммутацией устанавливают низкую верхнюю границу размера пакетов. Это гарантирует, что ни один пользователь не может монополизировать линию передачи очень долго (например, много миллисекунд), так что сети с пакетной коммутацией могут обработать интерактивный трафик. Это также уменьшает задержку, так как первый пакет длинного сообщения может быть переправлен прежде, чем второй полностью прибыл. Однако задержка промежуточной буферизации пакета в памяти маршрутизатора, прежде чем он будет переслан к следующему маршрутизатору, превышает задержку при коммутации каналов. При коммутации каналов биты текут по проводу непрерывно.

Коммутация пакетов и каналов отличается и другими особенностями. Поскольку никакая пропускная способность при коммутации пакетов не зарезервирована, пакетам, вероятно, придется ждать, чтобы быть отправленными. Это вводит задержку очередии скопление, если много пакетов послано в одно время. С другой стороны, нет никакой опасности застать сигнал «занято» и не иметь возможности использовать сеть. Таким образом, скопление происходит в разное время при коммутации каналов (во время установки) и пакетной коммутации (когда пакеты посланы).

Если канал был зарезервирован для отдельного пользователя и нет никакого трафика, его пропускная способность потрачена впустую. Она не может использоваться для другого трафика. Пакетная коммутация не тратит впустую пропускную способность и таким образом более эффективна с системной точки зрения. Понимание этого выбора крайне важно для понимания различия между коммутацией каналов и пакетной коммутацией. Выбор между гарантируемым сервисом и тратой ресурсов против не гарантированного сервиса и не траты ресурсов.

Пакетная коммутация более устойчива к сбоям. На самом деле, именно это свойство стало причиной изобретения данного метода. Если, например, выходит из строя один из коммутаторов, то все линии, подключенные к нему, также выходят из строя. Но при коммутации пакетов данные могут быть отправлены в обход «умершего» коммутатора.

Наконец, еще одним различием между двумя способами коммутации является политика оплаты услуг. Системы с коммутацией каналов традиционно взимают плату за расстояние передачи и время на линии. В мобильных телефонах расстояние роли не играет (кроме международных звонков), а время играет не очень значительную роль (ну, например, тариф с 2000 бесплатных минут дороже, чем тариф с 1000 бесплатных минут, причем иногда звонки в ночное время и в выходные являются льготными). В случае коммутации пакетов время на линии вообще не принимается в расчет, однако иногда взимается плата за трафик. С обычных пользователей провайдеры иногда берут просто ежемесячную абонентскую плату, поскольку это проще для обеих сторон, однако магистральные транспортные службы взимают с местных провайдеров плату за объем трафика.

Все различия сведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6.Сравнительные характеристики коммутации каналов и коммутации пакетов

Параметр

Коммутация каналов

Коммутация пакетов

Установка соединения

Требуется

Не требуется

Выделенный «медный» путь

Да

Нет

Каждый пакет перемещается по одному и тому же пути

Да

Нет

Пакеты приходят в правильном порядке

Да

Нет

Критичность выхода из строя коммутатора

Да

Нет

Доступная пропускная способность

Фиксированная

Динамическая

Возможность занятости линии

Во время установки соединения

Для каждого пакета

Возможность простоя линии

Да

Нет

Передача с промежуточным хранением

Нет

Да

Оплата

За время на линии

За трафик

Традиционно телефонные сети использовали схему с коммутацией каналов, чтобы обеспечить высококачественные телефонные звонки, а компьютерные сети использовали пакетную коммутацию для простоты и эффективности. Однако есть известные исключения. Некоторые более старые компьютерные сети имели внутреннюю схему коммутации каналов (например, X.25), а некоторые более новые телефонные сети используют пакетную коммутацию в технологии IP-телефонии. Для пользователя это выглядит точно так же, как стандартный телефонный звонок, но в сети происходит коммутация пакетов голосовых данных. Этот подход позволил возникнуть рынку дешевых международных звонков с помощью телефонных карточек, хотя, возможно, с более низким качеством звонка, чем у должностных лиц.

2.7. Мобильная телефонная система

Традиционная телефонная система (даже если она в один прекрасный день полностью перейдет на многогигабитный оптоволоконный кабель) никогда не сможет удовлетворить потребности огромной группы пользователей — людей, находящихся в пути.