3.2. Коммутация сообщений и пакетов

В 60-70-х годах преобладающим методом передачи данных явля­лась коммутация сообщений (КоС). Эта технология до сих пор широко используется в электронной почте. Коммутатором обычно является специализированная ЭВМ (СЭВМ). Именно она отвечает за прием данных с терминалов и ЭВМ, подключенных к СЭВМ посредством вызова набором номера или через выделенную линию. СЭВМ проверяет адрес в головной метке сообщения и коммутирует (направляет) поток данных к принима­ющему терминалу. В отличие от коммутации цепей в телефонии КоС яв­ляется технологией типа "запомнить и послать", поскольку при ком­мутаторах используются запоминающие устройства, обычно дисковые накопители. А так как данные обычно запоминаются, то интерактивный режим и режим реального времени для передачи данных не применяют­ся. Однако данные могут быть переданы через коммутатор сообщений на очень высокой скорости соответствующим определением уровней приоритетов для различных типов потоков данных. Высокоприоритетные потоки задерживаются в очереди на обслуживание более короткое вре­мя, чем низкоприоритетные потоки. Таким образом, можно обеспечить интерактивные прикладные задачи. Постановка в очередь на диск так­же предоставляет возможность сгладить пиковые нагрузки, запоминая низкоприоритетные потоки в период этих нагрузок. Постановка в оче­редь снижает вероятность случаев блокирования потоков, если ка­кие-либо части сети заняты. Поток может быть временно запомнен, а далее направлен в нужное место, когда оно свободно.

Технология КоС обычно работает с отношением "главный - подчи­ненный". Традиционно коммутатор выполняет регистрацию и выбор при управлении потоками, входящими и выходящими из него. У КоС имеется три недостатка. Во-первых, в силу структуры "главный - подчинен­ный" вся сеть выходит из строя при поломке коммутатора. Поэтому многие организации обеспечивают дублированную КоС, которая предла­гает выполнение вторым коммутатором функций первого в случае его поломки. Второй основной недостаток связан с тем, что коммутатор сообщений является потенциально узким методом. Как следствие, по­является увеличенное время обслуживания и малая пропускная способ­ность. И, в третьих, КоС не использует каналы передачи данных с той же эффективностью, как это делают другие подходы.

В связи с этими недостатками была создана другая структура коммутации данных - коммутация пакетов (КоП). КоП уменьшает уязви­мость сетей и обеспечивает более эффективное использование каналов связи, чем КоС. Термин "коммутация пакетов" появился из-за того, что пользовательские данные разбиваются на более мелкие порции, которые содержат протокольную информацию, обрамляющую пакеты. Па­кеты направляются через сеть как независимые объекты.

КоП первоначально представляла интерес как средство обеспече­ния секретных переговоров. В 60-е годы исследователи обратились к министерству обороны США с предложением разработать сеть для пе­реключения пакетов, содержащих секретные переговоры. Предполага­лось, что каждый отдельный разговор разделяется на малые порции, которые будут направлены по различным каналам в системе. В случае если противник прощупает одну из линий связи и будет способен раз­личать образ акустического сигнала, этот сигнал выявит только часть полных переговоров. Поскольку полные переговоры направлены пакетами по различным путям, отдельная линия не содержит всей пе­редаваемой информации.

Вскоре было установлено, что КоП хорошо работает с потоками данных, поскольку многие терминалы передают потоки данных порция­ми. Данные передаются в канал, который свободен, пока пользователь терминала вводит данные или пока продолжается пауза в работе поль­зователя. Время, в течение которого канал не занят, определяет по­терянную пропускную способность линии. Одной из концепций КоП яв­ляется одновременное существование многих передач от нескольких терминалов в одном канале, что означает мультиплексирование с по­мощью разделения времени линии связи. Этот подход обеспечивает лучшее использование дорогостоящих каналов передачи.

КоП идет дальше, нежели простое мультиплексирование линий связи. Логика пакета может мультиплексировать многие пользователь­ские сеансы на один порт компьютера. Вместо того, чтобы выделять порт единственному пользователю, система обеспечивает существова­ние частей потоков данных от многих пользователей через один порт. Пользователь же воспринимает порт как выделенный, в то время как пользовательская программа на самом деле разделяет порт с другими пользователями.

Исследование также показало, что потоки данных часто асиммет­ричны, то есть связь осуществляется между терминалами в большей степени в одном направлении, нежели в противоположном. Хорошим примером асимметричной связи является передача от ЭВМ к терминалу: терминал часто получает меньше данных по сравнению с ЭВМ. КоП осу­ществляет сглаживание асимметричных потоков в канале, обеспечивая совместное прохождение многих пользователей в канале.

Пакетные сети общего пользования иногда называют носителями с наращиваемой ценностью, поскольку они обеспечивают пользователям возможность наращивания услуг. Например, при добавлении к арендо­ванным линиям пакетных коммутаторов и устройств для сборки/разбор­ки пакетов сеть остается доступной всем, кто пожелает оплатить ус­луги. Организации, в которых характерны объемы потоков от низкого до среднего, обычно с выгодой подключаются к пакетным сетям общего пользования. Сети общего пользования способны воспринять организа­ции с произвольными потоками для передачи. Для организаций, кото­рые расположены на значительных пространствах, пакетная сеть обще­го пользования может оказаться более выгодной экономически, по­скольку издержки для большинства пакетных сетей общего пользования определяются объемами потоков данных, а не расстояниями.

Технологии коммутации пакетов сопутствовал успех на протяже­нии последних десяти лет. Сегодня пакетные системы реализованы практически во всех промышленно развитых странах. Подводя итог, основные цели пакетной коммутации таковы: обеспечение мультиплек­сирования возможностей канала и портов; сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями; обеспечение короткого време­ни реакции для всех пользователей; обеспечение рассредоточения критических компонентов и совместное использование ресурсов.