Коммутация сообщений и маршрутизация пакетов в сетях

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНД

1.1 Классификация команд

1.2 Команды обращения к памяти

1.3 Команды обращения к регистру

1.4 Команды обращения ввода вывода

ЗАДАНИЕ 2. КОММУТАЦИЯ В СЕТЯХ И МАРШРУТИЗАЦИЯ ПАКТОВ В СЕТЯХ

2.1 Связные и полносвязные конфигурации физических связей

2.2 Коммутируемая транспортная сеть

2.3 Структура сети с коммутацией каналов

2.4 Маршрутизация пакетов в сетях

2.5 Два режима коммутации пакетов: дейнтаграммный и виртуальных каналов

2.6 Коммутация сообщений

ЗАДАНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНДЫ

1.1 Классификация команд

Как уже отмечалось, принципиальным достоинством МП является программируемость. Это означает, что подавая на вход МП команды, можно обеспечить нужную последовательность операций, т.е. реализацию определенного алгоритма. Алгоритм решаемой задачи может быть сколь угодно сложным, необходимо лишь, чтобы этот алгоритм был разбит на шаги в соответствии с системой команд МП. Поэтому система команд важна не только с точки зрения, что МП может делать, но и как выполняется алгоритм. Наличие или отсутствие какой-либо команды или группы команд может существенно повлиять на выбор МП для конкретного применения.

Классификация команд МП представлена на рисунке 8.

По числу ячеек памяти, необходимых для размещения одной команды, различают команды длиной в одно, два или три слова. Команды длиной в два или три слова требуют для выборки соответственно два или три цикла обращения к памяти. канал сеть коммутация маршрутизация

Во многих случаях, в частности при сравнении МП со сходной архитектурой, оказывается полезной классификация команд в соответствии с архитектурными характеристиками МП.

С функциональной точки зрения команды разделяются на три большие группы: передачи, управления и обработки данных.

1.2 Команды обращения к памяти

К командам связанным с обращением к памяти относятся:

ЗАГРУЗИТЬ (ПРОЧИТАТЬ), по которой содержимое одной из ячеек памяти засылается в регистр;

ЗАПОМНИТЬ (ЗАПИСАТЬ), по которой содержимое регистра засылается в ячейку памяти.

В командах, связанных с пересылкой байта или слова, должны указываться номер конкретного регистра, адрес ячейки памяти и, если необходимо, номер модуля ЗУ.

1.3 Команды обращения к регистру

Команды, связанные с обращением к регистрам, должны указывать номер источника информации и номер регистра результата. В эту подгруппу команд передачи данных входят команды:

ЗАГРУЗИТЬ НЕПОСРЕДСТВЕННО, по которой в регистр записывается константа, указанная в коде команды;

ПЕРЕСЛАТЬ, по которой содержимое одного регистра пересылается в другой

1.4 Команды обращения ввода вывода

К командам ввода-вывода относятся:

ВВОД, по которой содержимое устройства ввода засылается во внутренний регистр МП;

ВЫВОД, по которой содержимое внутреннего регистра МП (обычно аккумулятора) пересылается в устройство вывода.

ЗАДАНИЕ 2. КОММУТАЦИЯ В СЕТЯХ И МАРШРУТИЗАЦИЯ ПАКТОВ В СЕТЯХ

2.1 Связные и полносвязные конфигурации физических связей

Объединяя в сеть несколько (больше двух) компьютеров, необходимо решить, каким образом соединить их друг с другом, другими словами, выбрать конфигурацию физических связей, или топологию.

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам - физические или информационные связи между вершинами.

Число возможных вариантов конфигурации резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера мы можем связать двумя способами (рис. 2.9, а), то для четырех можно предложить уже шесть топологически разных конфигураций (при условии неразличимости компьютеров), что и иллюстрирует рис. 2.9, б.

Мы можем соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут общаться, передавая сообщения друг другу “транзитом”. Транзитные узлы должны быть оснащены специальными средствами, позволяющими им выполнять эту специфическую посредническую операцию. В качестве транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.

От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможным распределение загрузки между отдельными каналами. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легкорасширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполно-связные.

Полносвязная топология (рис. 2.10, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, в таком случае каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи. (В некоторых случаях даже две, если невозможно использование этой линии для двусторонней передачи.) Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко, так как для связи N узлов требуется N(N - 1)/2 физических дуплексных линий связей, то есть имеет место квадратичная зависимость от числа узлов. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети.

2.2 Коммутируемая транспортная сеть

Отличительная особенность: необходимость предварительной договоренности между передатчиком и преемником, наличие сквозного канала.

Достоинство: возможность работы в режиме реального времени и отработанность технологии.

Недостаток: потеря времени на коммутацию и неравномерность загрузки каналов.

Следует заметить, что при наличии нескольких коммутаторов возможна организация связи между несколькими абонентами. Отсутствие связи может быть только в случае использования ресурсов коммутатора или занятостью одного из абонентов приемом сигнала от другого коммутатора.

Коммутация сообщений и пакетов объединяется понятием коммутацией с промежуточным хранением данных. Эта коммутация отличается от коммутации каналов тем, что передаваемая информация может сохраняться в буферной емкости коммутатора до того момента, пока не появится возможность для ее дальнейшей передачи.

При коммутации сообщений информация передается в целом от начала до конца сообщений.

Достоинство: отсутствие необходимости сквозного канала связи, высокая скорость, реальный режим времени.

Недостаток: задержка информации, наличие буферной емкости для хранения информации, отсутствие активного диалога.

Коммутация пакетов сочетает в себе достоинство коммутации каналов и коммутации сообщений. При коммутации пакетов исходное сообщение делится на определенное количество пакетов. Каждый пакет характеризуется следующей информацией:

· Код начала и конца пакета;

· Адрес отправителя/получателя;

· Номер пакета.

Таким образом, передаваемая информация в виде пакета приобретает определенную независимость. Тем самым увеличивается скорость передачи информации.

Существует понятие символьная коммутация. Она появилась в связи с необходимостью нахождения оптимальной длины пакета.

2.3 Структура сети с коммутацией каналов

Глобальные сети с коммутацией каналов. Сегодня для построения глобальных связей в корпоративной сети доступны сети с мутацией каналов двух типов -- традиционные аналоговые телефонные сети и цифровые сети с интеграцией услуг ISDN. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность, что характерно особенно для аналоговых телефонных сетей. В последнее время сети ISDN во многих странах также стали вполне доступны корпоративному пользователю, а в России это утверждение относится пока только к крупным городам.

Известным недостатком аналоговых телефонных сетей является низкое качество канала, которое объясняется использованием телефонных коммутаторов устаревших моделей.

Правда, в аналоговых телефонных сетях все чаще используются цифровые АТС, которые между собой передают голос в цифровой форме. Аналоговым в таких сетях остается только абонентское окончание.

Кроме качества каналов, аналоговые телефонные сети также обладают таким недостатком, как большое время установления соединения, особенно при импульсном способе набора номера, характерного для нашей страны.

Телефонные сети, полностью построенные на цифровых коммутаторах, и сети ISDN свободны от перечисленных недостатков традиционных аналоговых телефонных сетей.

Однако даже при качественных каналах связи, которые могут обеспечить сети с коммутацией каналов, для построения корпоративных глобальных связей эти сети идут оказаться экономически неэффективными. В таких сетях пользователи платят не за объем переданного трафика, а за время соединения (при трафике с большими пульсациями и, соответственно, большими паузами между пакетами оплата идет во многом не за передачу, а за ее отсутствие).

Тем не менее, при подключении массовых абонентов к корпоративной сети, например сотрудников предприятия, работающих дома, телефонная сеть оказывается единственным подходящим видом глобальной службы из соображений доступности и стоимости (при небольшом времени связи удаленного сотрудника с корпоративной сетью).

2.4 Маршрутизация пакетов в сетях

Сущность, цели и способы маршрутизации. Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи от отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим, но и возможен выбор оптимального или приемлемого маршрута. Речь идет, прежде всего, о сетях с произвольной (ячеистой) топологией, в которых реализуется коммутация пакетов. Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной, многосегментной) реально стоит и решается задача выбора маршрута для передачи кадров, для чего используются соответствующие средства, например, маршрутизаторы.

В виртуальных сетях задача маршрутизации при передаче сообщения, расчленяемого на пакеты, решается единственный раз, когда устанавливается виртуальное соединение между отправителем и получателем. В дейтаграммных сетях, где данные передаются в форме дейтаграмм, маршрутизация выполняется для каждого отдельного пакета.

2.5 Два режима коммутации пакетов: дейнтаграммный и виртуальных каналов

режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. Такой режим работы сети называется дейтаграммным, и при его использовании коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети - работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т. п.

Существует и другой режим работы сети - передача пакетов по виртуальному каналу (virtual circuit или virtual channel). В этом случае перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным. Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту. Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.

При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он, естественно, обойдет отказавшие участки сети.

2.6 Коммутация сообщений

Коммутация сообщений, в отличие от коммутации каналов, предполагает хранение передаваемых сообщений в буферной памяти промежуточных узлов, находящихся на пути передачи, который прокладывается в каждом узле в соответствии с заданным алгоритмом маршрутизации (рис. 1.28). При этом не требуется предварительно устанавливать соединение между взаимодействующими абонентами.

Если абонент Ai желает передать сообщение С абоненту А2, то он, не устанавливая непосредственное соединение с А2, посылает сообщение к узлу связи, к которому он подключён. Там сообщение хранится в буфере узла в течение некоторого времени, необходимого для анализа заголовка, определения в соответствии с заданным алгоритмом маршрутизации следующего узла и, возможно, ожидания освобождения канала связи с этим узлом, если канал занят передачей ранее обработанного сообщения. Проходя таким образом через все узлы, находящиеся на пути передачи, сообщение достигает конечного абонента А2. Отметим ещё раз, что направление передачи сообщения, то есть его маршрут в сети, определяется только после поступления сообщения в тот или иной узел сети, а не устанавливается заранее, как это происходит при коммутации каналов.

Благодаря такой организации передачи данных между взаимодействующими абонентами, коммутация сообщений обладает следующими достоинствами по сравнению с коммутацией каналов:

* не требуется предварительное установление соединения, что существенно снижает накладные расходы, но не делает их нулевыми, поскольку имеются непроизводительные затраты времени в каждом узле на обработку заголовка и реализацию алгоритма маршрутизации; однако в целом эти затраты существенно меньше по сравнению с затратами на установление соединения при коммутации каналов;

* каналы связи на всем пути передачи могут иметь разные пропускные способности,поскольку буферирование сообщений в узлах сети позволяет сгладить различие в пропускных способностях входного и выходного каналов узла.

Недостатками коммутации сообщений являются:

* необходимость хранения передаваемых сообщений в промежуточных узлах, что требует значительной ёмкости буферной памяти, которая рассчитывается как произведение ёмкости одного буфера на максимально возможное количество сообщений, которые одновременно могут находиться в узле; ёмкость одного буфера должна быть рассчитана на сообщения максимальной длины, которая, например, для видео файлов может составлять несколько гигабайт, что делает ёмкость буферной памяти узла неоправданно большой; при этом коэффициент использования (загрузки) буферной памяти оказывается незначительным, поскольку большинство сообщений, занимая один буфер, будут иметь длину много меньше, чем ёмкость буфера;

* задержка в промежуточных узлах может оказаться значительной, особенно из-за большого времени ожидания освобождения выходного канала связи при большой загрузке сети, что приводит к увеличению времени доставки сообщений;

* монополизация среды передачи (канала связи) на длительный промежуток времени при передаче длинных сообщений приводит к неоправданно большим задержкам коротких сообщений в связи с ожиданием освобождения канала, длительность которого может многократно превышать время непосредственной передачи этих сообщений.

Размещено на Allbest.ru