Žodis angliškai
Circuit switching
Kanalų komutavimas
Tinklo branduolys – tai maršrurizatorių tinklas, sujungiantis Interneto galinius įrenginius. (1pav. branduolys išskirtas mėlyna linija).
Pagal informacijos perdavimo būdą tinklas gali būti suskirstytas į tinklą su kanalų komutavimu (circuit switching) ir tinklą su paketų komutavimu (packet switching). Kanalų komutavimo tinkluose sesijos trukmei yra rezervuojami ryšiui sudaryti reikalingi resursai (kanalų pralaidumas, buferiai). Klasikinis šių tinklų tipo pavyzdys – telefoninis tinklas. Prieš pradedant siuntėjui siųsti informaciją, tinklas turi sudaryti sujungimą tarp siuntėjo ir gavėjo. Kelyje tarp siuntėjo ir gavėjo esantys komutatoriai turi palaikyti sujungimo būseną šiam sujungimui. Kai tinklas sujungia kanalą, jis rezervuoja pastovų perdavimo greitį tinklo sąsajomis visai sesijos trukmei.
Sąsajoje kanalas gali būti išskirtas panaudojant dažninį arba laikinį dalinimą. Naudojant dažninį dalinimą, iš sąsajos dažnių spektro yra išskiriamos dažnių juostos ir priskiriamos kanalams. Laikinio dalinimo atveju, laikas yra dalinamas į fiksuoto ilgio freimus, ir kiekvienas freimas yra skaidomas į fiksuotą skaičių intervalų. Kai tinklas užmezga ryšį, jam yra priskiriamas intervalas visuose freimuose, kol nutrūks ryšys.
Paketų komutavimo tinkluose rezervavimas nėra atliekamas. Taikomosios programos bendrauja pranešimais. Siuntėjas ilgus pranešimus skaido į mažesnius, vadinamus paketais. Paketai keliauja sąsajomis ir paketų komutatoriais (maršrutizatoriais). Paketas yra siunčiamas sąsaja pilnu sąsajos pralaidumo greičiu. Daugumu maršrutizatorių veikia sukaupti-ir-persiųsti principu. Tai reiškia, kad maršrurizatorius iš pradžių turi priimti visus paketo bitus, prieš pradedant juos siųsti į kitą kanalą. Kiekvienai sąsajai prijungtai prie maršrutizatoriaus, maršrutizatorius turi išėjimo buferį, kur saugomi siuntimui į tą sąsają paruošti paketai. Jei sąsaja yra užimta, tuomet paketas yra saugomas šiame buferyje. Tai įneša papildomą paketų vėlinimą. Jei persipildo išėjimo buferis, atsiranda paketų praradimas.
Egzistuoja dviejų tipų paketų komutavimo tinklai: virtualių kanalų ir datagram tinklai. Virtualių kanalų tinkluose paketų persiuntimas gavėjo kryptimi vyksta pagal virtualių kanalų numerius, o datagram tinkluose – pagal gavėjo adresą. Virtualių kanalų tinkluose: kiekvienas paketas turi žymę (virtualaus kanalo numerį), kuri apsprendžia sekantį žingsnį; virtualaus kanalo sudarymo metu nustatytas kelias, kuriuo siunčiami paketai, išlieka tas pats visos sesijos metu. Datagram tinkluose: sekantį žingsnį nusako gavėjo adresas; kelias, kuriuo siunčiami paketai, sesijos metu gali keistis.
Pranešimų segmentavimas
Moderniuose paketų komutavimo tinkluose šaltinis taikomojo lygmens programos pranešimą segmentuoja (suskaido) į paketus ir juos išsiunčia gavėjui, kuris vėliau juos surenka į pirminį pranešimą. Jei šaltinis nesegmentuoja pranešimo į paketus, laikysime kad paketų komutavimo tinklas atlieka pranešimų komutavimą. Kyla klausimas: kokia segmentavimo nauda? Panagrinėkime pavyzdį. Turime pranešimą 7,5*106 bitų ilgio. Tarp siuntėjo ir gavėjo yra du paketų komutatoriai ir trys sąsajos, kurių kiekvienos pralaidumas 1,5 Mbps. Tinklas neužkrautas, ir naudojamas pranešimų komutavimas. Laikas per kurį bus nusiųstas pranešimas iš šaltinio į pirmą maršrutizatorių bus lygus 7,5*106/1,5=5 s.
Kadangi naudojamas sukaupti-ir-persiųsti principas, pirmasis maršrutizatorius negalės siųsti pranešimo toliau, pakol visas pranešimas nebus priimtas. Sekant šia logika, laikas per kurį bus perduotas pranešimas iš siuntėjo gavėjui bus lygus 15 s. Sakykime, kad šaltinis visą pranešimą suskaidė į 5000 paketų po 1500 bitų.
Pirmą paketą perduoti iš siuntėjo iki pirmojo maršrutizatoriaus užtruks 1 msec. Antrasis paketas pasiekia pirmąjį maršrutizatorių po 2 msec. Sekant šia logika paskutinis paketas pasieks pirmąjį maršrutizatorių po 5000ms 5 s. kadangi šis paskutinis paketas dar turi būti persiųstas per dvi sąsajas tai galutinis laikas 5, 002 s.
Vėlinimas ir paketų praradimas paketų komutavimo tinkluose
Laikas, per kurį paketas pasiekia gavėją, priklauso nuo keturių vėlinimo laikų: mazginio apdorojimo, laukimo maršrutizatorių buferiuose, siuntimo ir sklidimo vėlinimo. Visi šie vėlinimai kartu sudaro bendrą paketo vėlinimą. Mazginio apdorojimo vėlinimas tai laikas reikalingas išanalizuoti paketo antraštę ir nustatyti į kokią sąsają nukreipti paketą. Taip pat į šį vėlinimą gali įeiti paketo bitų klaidų aptikimo bei ištaisymo laikai. Šiuolaikiniuose M apdorojimo vėlinimas yra mikrosekundžių eilės. Po apdorojimo M paketą persiunčia į buferį. Čia paketas susiduria su laukimo M buferiuose vėlinimu. Jei buferis tuščias ir tuo metu nėra siunčiamas kitas paketas, tai tuomet šis vėlinimas lygus nuliui. Jei srautas didelis ir daug paketų laukia savo eilės buferyje, tuomet laukimo M buferiuose vėlinimas bus ilgas. Šis vėlinimas yra skirtingas kiekvienam paketui. Siuntimo vėlinimas yra lygus L/R. L – paketo ilgis bitais, R – sąsajos pralaidumas bit/s. Tai laikas, per kurį visi paketo bitai yra išsiunčiami į sąsają. Išsiųstas į sąsają bitas sklinda iki jos pabaigos. Laikas, reikalingas bitui nusklisti nuo sąsajos pradžios iki galo, vadinamas sklidimo vėlinimu. Sklidimo greitis priklauso nuo sąsajos tipo ir kinta ribose nuo 2 * 108 iki 3 * 108 m/s. Sklidimo vėlinimas yra lygus d/s, kur d – sąsajos ilgis metrais, s – sklidimo greitis. Raide a pažymėkime vidutinį paketų pasirodymo dažnį (paketų/s). Jeigu visų paketų ilgiai lygūs L bitų, tuomet vidutinis bitų pasirodymo dažnis La (bit/s). Santykį La/R pavadinkime srauto intensyvumu. Vidutinio laukimo vėlinimo priklausomybė nuo srauto intensyvumo.
Paketai M įėjime pasirodo atsitiktiniu laiko momentu. Jei srauto intensyvumas yra artimas nuliui, tuomet vidutinis laukimo vėlinimas taip pat bus artimas nuliui. Jei srauto intensyvumas artėja prie vieneto, tam tikrais laiko momentais bitų pasirodymo dažnis gali būti didesnis už kanalo pralaidumą, tuomet susidarys paketų eilė M buferyje. Srauto intensyvumui viršijus vienetą, vidutinis laukimo vėlinimas vis didėja. M buferiai nėra begaliniai, todėl jei atėjęs paketas randa užpildytą buferį, jis yra prarandamas. Prarastų paketų santykis didėja didėjant srauto intensyvumui. Prarastas paketas gali būti persiųstas taikomosios programos ar transportinio lygmens protokolo. Jei tarp siuntėjo ir gavėjo turime N-1 M, o laukimo M buferiuose vėlinimas nykstamai mažas, tuomet bendras paketo vėlinimas bus lygus:
