Коммутация каналов и коммутация пакетов
| English | Русский |
|---|---|
| circuit switching/ˈsɜːkɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | коммутацию каналов |
| packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | коммутацию пакетов |
| dedicated path/ˈdedɪkeɪtɪd pæθ/ | выделенный канал |
| bandwidth/ˈbændwɪdθ/ | пропускная способность |
| sequence number/ˈsiːkwəns ˈnʌmbə/ | номер последовательности |
| router/ˈruːtə/ | маршрутизатор |
| multiplexed/ˌmʌltɪˈplekst/ | мультиплексируемый |
| variable latency/ˈveərɪəbl ˈleɪtənsi/ | переменная задержка |
Сеть, созданная для выживания после собственного уничтожения
- В 1964 году Пола Барана спросили, как коммуникационная сеть может продолжать работать после ядерного удара. Все существующие сети не выдерживали испытание, так как телефонный звонок резервировал один канал, и его разрыв означал конец звонка.
- Его решением было перестать резервировать пути. Разбить каждое сообщение на мелкие блоки, адресовать каждый блок и позволить каждому найти свой путь; если соединение пропадает, следующий блок просто идёт в обход.
- Эта идея считалась неработоспособной долгие годы. Теперь именно так передается практически всё данные, и именно поэтому у интернета нет центра, который можно было бы разрушить.
- Этот урок касается коммутации каналов и коммутации пакетов: как работает каждый метод, каковы их затраты и какой трафик подходит для каждого.
Коммутация каналов
- Между двумя конечными точками устанавливается выделенный путь до начала передачи данных, он удерживается во время всего разговора и освобождается по его завершении.
- Преимущества: полоса пропускания зарезервирована, поэтому скорость гарантирована и постоянна, а данные поступают по порядку с предсказуемой задержкой.
- Недостатки: это неэффективно, так как во время пауз зарезервированный канал простаивает, и никто другой не может его использовать, и медленно в настройке, так как путь должен быть установлен заранее. Одно поврежденное соединение разрывает цепь, и разговор прерывается.
- Классическим примером является традиционная телефонная сеть.
Резервируется на весь разговор, используется или нет
При коммутации каналов:
Коммутация каналов резервирует один путь от источника до получателя (резервирование полосы) — но это тратит линию во время пауз.
Каков главный недостаток коммутации каналов?
Резервирование пути гарантирует скорость и порядок, что и делает этот метод расточительным. Остальные три описывают коммутацию пакетов.
Коммутация пакетов
- Сообщение разбивается на пакеты, каждый из которых отправляется независимо. Каждый пакет содержит адреса назначения и источника, а также номер последовательности.
- Каждый маршрутизатор принимает решение для каждого пакета о следующем узле, поэтому пакеты могут следовать разными маршрутами и приходить не в порядке передачи. Получатель использует номера последовательности для сборки сообщения, а отсутствующие пакеты можно запросить повторно.
- Преимущества: эффективность, так как один канал мультиплексируется для множества разговоров и передает данные только тогда, когда они есть; надежность, поскольку трафик перенаправляется вокруг неработающего канала.
- Недостатки: переменная задержка, поскольку пакеты накапливаются в очередях у маршрутизаторов, а пакеты могут теряться, поэтому надежность добавляется сверху с помощью TCP.
Одно сообщение, множество путей, сборка на конце
Путь пакета через интернет
Процесс коммутации пакетов. Сообщение разбивается на части, каждый пакет идет своим путем, а конечный узел собирает их обратно — именно поэтому интернет так эффективен и трудно нарушается.
Ключевое преимущество коммутации пакетов в том, что она:
Разделение каналов эффективно, а перенаправление делает систему отказоустойчивой. Компромисс — переменные задержки и возможные потери (TCP это исправляет).
Поскольку каждый пакет несет порядковый номер, конечный узел может собрать сообщение в правильном порядке и запросить любые отсутствующие пакеты.
Пакеты могут прибыть вразброс или потеряться; порядковые номера (и TCP) всё исправляют.
Что делает маршрутизатор
- Маршрутизатор соединяет две или более сети. Для каждого пакета он считывает IP-адрес назначения, выполняет поиск в своей таблице маршрутизации и пересылает пакет через соответствующий интерфейс к месту назначения.
- Он не хранит памяти о разговоре: два пакета одного и того же сообщения могут выйти через разные интерфейсы, если таблица изменилась между ними.
- Именно это решение для каждого пакета обеспечивает автоматическое перенаправление трафика при сбое.
Расставьте этапы отправки сообщения методом коммутации пакетов в правильном порядке.
Разбиение, адресация, маршрутизация, прибытие, сборка. Это ответ на 5 баллов: "объясните, как коммутация пакетов передает сообщение".
Разобранное объяснение: опишите коммутацию пакетов
- Объясните, как коммутация пакетов используется для передачи сообщения через интернет. [5]
- Сообщение разбивается на небольшие пакеты. Каждый пакет содержит адрес назначения, адрес источника и номер последовательности.
- Каждый пакет передается по сети независимо, при этом маршрутизаторы выбирают следующий узел для каждого из них, поэтому пакеты могут следовать разными путями и приходить не в порядке передачи.
- Получатель использует номера последовательности для сборки сообщения в правильном порядке, а любой отсутствующий пакет можно запросить повторно.
- Пять предложений — пять баллов. Пропуск номеров последовательности или процесса сборки снижает оценку на два балла.
Маршрутизатор читает адрес назначения каждого ____ и пересылает его к месту назначения.
Решение принимается для каждого пакета отдельно, без памяти о разговоре, что позволяет трафику автоматически обходить сбои.
Рядом
| Аспект | Коммутация каналов | Коммутация пакетов |
|---|---|---|
| путь | выделенный, резервируется от конца до конца | общий, выбирается для каждого пакета |
| настройка | медленная, до начала передачи данных | отсутствует |
| использование полосы пропускания | неэффективная, простаивает в паузах | эффективная, мультиплексируется |
| порядок | всегда в порядке | может приходиться не в порядке |
| при сбое | цепь прерывается | обход пути вокруг нее |
| задержка | постоянная и предсказуемая | переменная |
| подходит | потоки с постоянной скоростью, голос | пакетированные потоки, веб и электронная почта |
Сопоставьте каждый термин с его значением.
Коммутация = один резервируемый путь; пакеты = независимые пакеты, упорядоченные по номерам — то, что использует интернет.
Современный интернет использует:
Интернет использует коммутацию пакетов благодаря своей эффективности и отказоустойчивости.
Разобранное объяснение: какой метод для какого трафика
- Телефонный разговор и скачивание большого файла используют одну сеть. Какой метод коммутации подходит каждому и почему?
- Телефонному разговору нужен непрерывный поток с постоянной скоростью и низкой, предсказуемой задержкой, и он сильно пострадает, если части придут поздно или не по порядку. Коммутация каналов подходит ему: путь резервируется на весь разговор, и его пропускная способность гарантирована.
- Скачиванию файла не важен порядок прибытия или короткие задержки, поскольку файл собирается до использования, и его характер носит пакетированный (bursty). Коммутация пакетов подходит ему: канал делится с другим трафиком и используется только при передаче данных.
- Назовите метод, назовите свойство трафика и свяжите их.
Какие свойства делают коммутацию каналов подходящей для телефонного звонка? Выберите все верные варианты.
Эффективное разделение — преимущество коммутации пакетов, от которого коммутация каналов жертвует ради гарантий.
Потерянные баллы
- Пакеты могут приходить не в порядке, именно номера последовательности это исправляют. Нужны обе половины ответа.
- Недостаток коммутации каналов — простой резервируемого канала, а не «она устарела».
- Решение маршрутизатора принимается для каждого пакета, что и делает перенаправление автоматическим.
- Коммутация пакетов сама по себе не гарантирует доставку; TCP добавляет эту функцию сверху.
Вы поняли
- коммутация каналов резервирует выделенный путь до начала передачи: гарантированная полоса пропускания и порядок, но простои в паузах, медленная настройка и разрыв при одном сбое
- коммутация пакетов разбивает сообщение на маршрутизируемые независимо пакеты, содержащие адреса и номера последовательности, собираемые в месте назначения
- маршрутизатор определяет следующий узел для каждого пакета, поэтому трафик автоматически обходит сбои
- коммутация пакетов эффективна и надежна при переменной задержке; коммутация каналов подходит для постоянного голосового потока, коммутация пакетов — для пакетированных данных