회선 교환 네트워크의 특징입니다. 회선 교환 네트워크의 일반적인 속성. II.70년대. 데이터 네트워크의 출현
회선 교환 네트워크는 사용하는 멀티플렉싱 유형에 관계없이 몇 가지 중요한 공통 속성을 가지고 있습니다.
동적 스위칭을 사용하는 네트워크에는 가입자 간 연결을 설정하기 위한 사전 절차가 필요합니다. 이를 위해 호출된 가입자의 주소가 네트워크로 전송되고, 네트워크는 스위치를 통과하여 후속 데이터 전송을 위해 구성됩니다. 연결 요청은 한 스위치에서 다른 스위치로 라우팅되어 결국 수신자에게 도달합니다. 필요한 출력 채널의 용량이 이미 소진된 경우 네트워크는 연결 설정을 거부할 수 있습니다. FDM 스위치의 경우 출력 채널의 용량은 해당 채널의 주파수 대역 수와 동일하고, TDM 스위치의 경우 채널의 동작 주기가 나누어지는 타임 슬롯의 수와 같습니다. 요청된 가입자가 이미 다른 사람과 연결을 설정한 경우에도 네트워크는 연결을 거부합니다. 첫 번째 경우에는 스위치가 사용 중이고 두 번째 경우에는 가입자라고 말합니다. 연결 실패 가능성은 회선 전환 방식의 단점이다.
연결이 설정되면 FDM 네트워크에서는 고정 주파수 대역이 할당되고 TDM 네트워크에서는 고정 대역폭이 할당됩니다. 이 값은 연결 기간 동안 변경되지 않습니다. 연결이 설정된 후 보장되는 네트워크 처리량은 음성, 영상 또는 실시간 시설 제어와 같은 애플리케이션에 필요한 중요한 속성입니다. 그러나 회선 교환 네트워크는 가입자의 요청에 따라 채널 용량을 동적으로 변경할 수 없으므로 트래픽이 급증하는 상황에서는 효과적이지 않습니다.
회선 교환 네트워크의 단점은 서로 다른 속도로 작동하는 사용자 장비를 사용할 수 없다는 것입니다. 회선 교환 네트워크는 사용자 데이터를 버퍼링하지 않기 때문에 복합 회로의 개별 부분은 동일한 속도로 작동합니다.
회선 전환 네트워크는 전환 단위가 단일 바이트나 데이터 패킷이 아니라 두 가입자 간의 장기 동기 데이터 스트림인 일정한 속도의 데이터 스트림 전환에 매우 적합합니다. 이러한 흐름의 경우 회선 교환 네트워크는 흐름의 각 비트의 시간 위치를 네트워크 스위치의 대상 주소로 사용하여 네트워크를 통해 데이터를 라우팅하기 위해 최소한의 오버헤드를 추가합니다.
패킷 스위칭
패킷 스위칭컴퓨터 트래픽의 효율적인 전송을 위해 특별히 설계된 가입자 전환 기술입니다. 회로 스위칭 기술을 기반으로 한 최초의 컴퓨터 네트워크를 만들기 위한 실험에서는 이러한 유형의 스위칭이 전반적으로 높은 수준을 달성할 수 없음을 보여주었습니다. 대역폭네트워크. 문제의 핵심은 일반적으로 발생하는 트래픽의 폭증적 성격에 있습니다. 네트워크 애플리케이션. 예를 들어, 원격 파일 서버에 액세스할 때 사용자는 먼저 해당 서버 디렉터리의 내용을 확인하며 이로 인해 소량의 데이터가 전송됩니다. 그런 다음 다음에서 필요한 파일을 엽니다. 텍스트 에디터, 특히 파일에 큰 그래픽 포함이 포함된 경우 이 작업으로 인해 상당히 많은 데이터 교환이 발생할 수 있습니다. 파일의 몇 페이지를 표시한 후 사용자는 한동안 로컬로 작업하며 네트워크 전송이 전혀 필요하지 않습니다. 그런 다음 페이지의 수정된 복사본을 서버에 반환하여 다시 집중적인 네트워크 전송을 생성합니다.
개별 네트워크 사용자의 트래픽 파급률은 데이터 교환의 평균 강도와 최대 가능한 비율의 비율과 동일하며 1:50 또는 1:100이 될 수 있습니다. 설명된 세션에서 사용자 컴퓨터와 서버 간의 채널 전환을 구성하면 대부분의 시간 동안 채널이 유휴 상태가 됩니다. 동시에 네트워크의 스위칭 기능이 사용됩니다. 즉, 스위치의 시간 슬롯 또는 주파수 대역 중 일부가 점유되어 다른 네트워크 사용자가 사용할 수 없게 됩니다.
패킷 교환이 발생하면 네트워크 사용자가 전송한 모든 메시지는 소스 노드에서 패킷이라는 상대적으로 작은 부분으로 나뉩니다. 메시지는 논리적으로 완성된 데이터 조각(파일 전송 요청, 전체 파일을 포함하는 이 요청에 대한 응답 등)이라는 점을 상기해 보겠습니다. 메시지의 길이는 수 바이트에서 수 메가바이트까지 임의의 길이일 수 있습니다. 반대로, 패키지는 일반적으로 다음을 가질 수도 있습니다. 가변 길이, 그러나 제한된 범위 내에서(예: 46~1,500바이트) 각 패킷에는 패킷을 대상 노드에 전달하는 데 필요한 주소 정보와 메시지를 조합하기 위해 대상 노드에서 사용할 패킷 번호를 지정하는 헤더가 제공됩니다(그림 1.39). 패킷은 네트워크에서 독립적으로 전송됩니다. 정보 블록. 네트워크 스위치는 끝 노드로부터 패킷을 수신하고 주소 정보를 기반으로 패킷을 서로 전송하고 궁극적으로 대상 노드에 전송합니다.
그림 1.39
패킷 네트워크 스위치는 스위치의 출력 포트가 패킷 수신 시 다른 패킷을 전송 중일 경우 패킷을 임시 저장하기 위한 내부 버퍼 메모리가 있다는 점에서 회선 스위치와 다릅니다(그림 1.40). 이 경우 패키지는 패킷 대기열에서 일정 시간을 보냅니다. 버퍼 메모리출력 포트로 전환하고, 차례가 되면 다음 스위치로 전환됩니다. 이 데이터 전송 방식을 사용하면 스위치 간 백본 링크의 트래픽 리플을 완화하여 가장 효과적인 방법으로 이를 사용하여 네트워크 전체의 처리량을 높일 수 있습니다.
그림 1.40
실제로 한 쌍의 가입자에게 가장 효과적인 방법은 회선 교환 네트워크에서와 마찬가지로 교환 통신 채널만 사용할 수 있도록 제공하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 데이터가 지연 없이 한 가입자에서 다른 가입자로 전송되므로 이 가입자 쌍의 상호 작용 시간이 최소화됩니다. 가입자는 전송이 일시 중지되는 동안 채널이 중단되는 것에 관심이 없습니다. 자신의 문제를 신속하게 해결하는 것이 중요합니다. 패킷 교환 네트워크는 특정 가입자 쌍 간의 상호 작용 프로세스를 느리게 합니다. 왜냐하면 해당 가입자의 패킷이 스위치에서 대기할 수 있기 때문입니다. 트렁크 연결이전에 스위치에 도착한 다른 패킷이 전송됩니다.
그러나 총량은 네트워크를 통해 전송됨패킷 교환 기술을 사용하면 단위 시간당 컴퓨터 데이터가 회선 교환 기술보다 높아집니다. 이는 법률에 따라 개인 가입자의 파급력으로 인해 발생합니다. 큰 숫자시간이 지남에 따라 배포됩니다. 따라서 서비스를 제공하는 가입자 수가 정말 많은 경우 스위치에는 지속적이고 균등하게 작업이 로드됩니다. 그림 2.40은 끝 노드에서 스위치로의 트래픽이 시간이 지남에 따라 매우 불균등하게 분산되어 있음을 보여줍니다. 그러나 스위치 간 연결을 서비스하는 계층 구조의 상위 스위치 낮은 수준, 더 균일하게 로드되고 스위치를 연결하는 트렁크 채널의 패킷 흐름 최상위 수준, 거의 최대 활용률을 가지고 있습니다.
회선 교환 네트워크(동일한 통신 채널 용량 포함)에 비해 패킷 교환 네트워크의 더 높은 효율성은 실험적으로나 시뮬레이션 모델링을 사용하여 60년대에 입증되었습니다. 여기서는 다중 프로그램 운영 체제와의 비유가 적절합니다. 이러한 시스템의 각 개별 프로그램은 실행이 완료될 때까지 프로그램에 모든 프로세서 시간이 할당되는 단일 프로그램 시스템보다 실행하는 데 시간이 더 오래 걸립니다. 그러나 단위 시간당 실행되는 총 프로그램 수는 단일 프로그램 시스템보다 다중 프로그램 시스템에서 더 큽니다.
현재 존재하는 모든 통신 네트워크는 회선 교환 및/또는 패킷 교환이라는 두 가지 유형의 통신을 사용하여 필요한 기능을 제공할 수 있습니다. 그것은 무엇이며 서로 어떻게 다른가요?
회선 교환 네트워크의 작동 방식부터 시작해 보겠습니다. 이는 전화 접속 방식보다 일찍 등장했기 때문에 구현하기가 더 쉽다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 회선 교환을 사용하는 네트워크의 놀라운 예는 다음과 같습니다. 전화선연락. 당연히 두 명의 가입자가 통신을 시작하려면 이들 사이에 연결을 설정해야 합니다. 개시 가입자는 번호로 전화를 겁니다. 이는 실제로 개시자와 응답자로부터 두 회선을 적절하게 연결하기 위해 그들 사이에 있는 장비에 대한 명령입니다(구독자가 하나의 스테이션에서 서비스를 받는 경우를 예로 들겠습니다). 이전에는 이 목적을 위해 가장 간단한 방법으로 기계적 프로브가 사용되었습니다. 디지털 솔루션, 원칙은 동일하지만 구현이 변경되었습니다. 회선 교환은 가입자에게 통신 세션이 끝날 때까지 할당된 상태로 유지되는 독립 회선을 제공합니다. 장점은 분명합니다. 높은 신뢰성, 제어 패킷을 전송할 필요가 없습니다. 하지만 이 방법채널 수가 물리적으로 제한되어 있기 때문에 가입자 수가 증가하면 연결이 너무 낭비됩니다. 씰을 사용하여 이 문제를 해결하려는 시도조차도 일시적인 조치일 뿐이며 정의된 중간 솔루션입니다. 또한 채널 전환에는 하나의 기능이 있습니다. 중요한 단점- 가입자 간 정보 교환이 없더라도 통신 회선은 항상 통화 중입니다. 예를 들어, 전화 통화 중에 장치 옆에 전화를 끊고 업무를 볼 수 있습니다. 연결을 끊으라는 신호가 수신될 때까지 채널은 예약된 상태로 유지됩니다.
이것이 회선 교환이 이후에 패킷 교환으로 대체된 이유입니다. 작동 원리는 전송된 데이터 스트림을 여러 개의 개별 패킷으로 인코딩하고 분할하는 것입니다. 이 패킷은 공통 통신 회선을 통해 수신자에게 전송되고 원래 스트림으로 결합됩니다. 이 두 가지 방법의 차이점을 이해하기 위해 전송 라인에 비유를 사용할 수 있습니다. 채널을 전환할 때 라인은 철로로 표시되고 데이터 흐름은 많은 차량의 열차입니다. 경로에 따른 지연은 극히 드물며 신뢰성이 가장 높다는 것은 분명합니다. 동시에 여러 열차가 이 선로를 따라 동시에 이동할 수 없습니다. 그러나 패킷 스위칭 기능이 있는 회선은 다중 차선 트래픽이 있는 고속 고속도로입니다. 운송된 화물(이송된 패키지)은 여러 차량으로 나누어 다른 운송 모드의 흐름에 따라 이동하여 목적지에 도달하고 초기 구조가 조립됩니다. 안에 이 예에서는도로는 통신 채널이고 자동차는 데이터 패킷입니다. 그들은 서로의 움직임을 거의 방해하지 않고 같은 길 위에 침착하게 공존합니다. 교통 체증, 신호등 및 긴급 상황(지연)은 예외입니다. 기계가 수신자에게 도착하지 않더라도 요청 시 사본을 다시 보낼 수 있습니다. 패킷 교환 중에 단위 시간당 전송되는 정보의 총량은 채널의 경우보다 훨씬 높습니다.
일반적으로 전환은 무언가를 전환하고 상태를 변경하는 것입니다. 네트워크 기술에서는 데이터 전달 경로를 형성합니다. 특이한 점은 구성 방식에 있습니다. 스위칭을 라우팅과 혼동해서는 안 됩니다. 라우팅의 임무는 최적의 경로를 찾는 것입니다.
9. 전환 방법
9.1. 회로 전환
회로 전환 노드 간 직접 데이터 전송을 위해 순차적으로 연결된 개별 채널 섹션에서 연속적인 복합 물리 채널이 형성되는 것을 의미합니다. 개별 채널은 네트워크의 모든 끝 노드 간에 연결을 설정할 수 있는 특수 장비인 스위치를 통해 서로 연결됩니다. 회선 교환 네트워크에서는 데이터를 전송하기 전에 항상 연결 설정 절차를 수행해야 하며 이 과정에서 복합 채널이 생성됩니다.
스위치와 이를 연결하는 채널은 여러 장치에서 동시에 데이터를 전송할 수 있어야 합니다. 구독자 채널. 이를 위해서는 고속이어야 하며 일종의 가입자 채널 다중화 기술을 지원해야 합니다.
현재 가입자 채널을 다중화하는 데 두 가지 기술이 사용됩니다.
- 빈도 다중화(주파수 분할 다중화, FDM);
- 시분할 다중화(Time Division Multiplexing, T디중).
주파수 채널 다중화 기술 (FDM )은 전화 네트워크용으로 개발되었지만 케이블 TV 네트워크와 같은 다른 유형의 네트워크에도 사용됩니다.
예제를 사용하여 이러한 유형의 멀티플렉싱 기능을 살펴보겠습니다. 전화망.
음성 신호의 스펙트럼 폭은 약 10,000Hz이지만 기본 고조파는 300~3400Hz 범위에 속합니다. 따라서 고품질 음성 전송을 위해서는 두 대담자 사이에 3100Hz 대역폭의 채널을 생성하는 것으로 충분하며, 이는 전화 네트워크에서 두 가입자를 연결하는 데 사용됩니다. 동시에 대역폭은 케이블 시스템전화 스위치를 서로 연결하는 중간 증폭기가 있는 경우 일반적으로 수백 킬로헤르츠, 때로는 수백 메가헤르츠입니다. 그러나 여러 가입자 채널의 신호를 광대역 채널을 통해 직접 전송하는 것은 불가능합니다. 왜냐하면 모두 동일한 주파수 범위에서 작동하고 신호가 수신되기 때문입니다. 다양한 구독자서로 섞이게 되어 분리가 불가능하게 됩니다.
가입자 채널 분리는 고주파 반송파를 변조하는 기술을 특징으로 합니다. 사인파저주파 음성 신호(그림 37). 이 기술은 전송의 아날로그 변조 기술과 유사합니다. 이산 신호모뎀에서는 개별 소스 신호 대신 소리 진동에 의해 생성된 연속 신호가 사용됩니다. 결과적으로 변조된 신호의 스펙트럼은 대칭적으로 위치한 다른 범위로 전송됩니다. 반송파 주파수변조 신호의 폭과 거의 일치하는 폭을 갖는다.
각 가입자 채널의 신호가 자체 주파수 범위로 전송되면 여러 가입자 채널의 신호가 하나의 광대역 채널에서 동시에 전송될 수 있습니다.
FDM 스위치의 입력은 전화 네트워크 가입자로부터 초기 신호를 수신합니다. 스위치는 각 채널의 주파수를 자체 주파수 범위로 전송합니다. 일반적으로 고주파수 범위는 가입자 채널에서 데이터를 전송하기 위해 할당되는 대역으로 나뉩니다 (그림 38). 신호의 저주파 성분이 다른 채널서로 혼합되지 않은 경우 대역은 3.1kHz가 아닌 4kHz 폭으로 만들어지며 그 사이에 900Hz의 안전 간격이 남습니다. 두 FDM 스위치 사이의 채널에서는 모든 가입자 채널의 신호가 동시에 전송되지만 각 채널은 자체 주파수 대역을 차지합니다. 이 채널은 꽉 찬 .
그림 37. 음성 변조
쌀. 38. 주파수 분할 다중화에 따른 스위칭
출력 FDM 스위치는 각 반송파 주파수의 변조된 신호를 선택하여 가입자 전화기가 직접 연결된 해당 출력 채널로 전송합니다.
FDM 스위칭 기반 네트워크에서는 여러 수준의 다중화 채널 계층 구조가 채택됩니다. 첫 번째 압축 수준은 12개의 구독자 채널로 구성됩니다. 기본 그룹 채널은 60~108kHz의 경계로 48kHz 폭의 주파수 대역을 차지합니다. 두 번째 압축 수준은 5개의 기본 그룹으로 구성됩니다. 슈퍼그룹 , 주파수 대역은 240kHz이고 경계는 312~552kHz입니다. 슈퍼그룹은 60개의 가입자 음성 채널에서 데이터를 전송합니다. 10개의 수퍼그룹이 형성됨 메인 그룹 , 장거리 스위치 간의 통신에 사용됩니다. 메인 그룹은 600명의 가입자에게 동시에 데이터를 전송하며 통신 채널의 대역폭은 564kHz에서 3084kHz까지이며 최소 2520kHz의 대역폭이 필요합니다.
FDM 스위치는 동적 및 영구 전환을 모두 수행할 수 있습니다. 동적 전환에서는 한 가입자가 착신 가입자의 번호를 네트워크에 전송하여 다른 가입자와의 연결을 시작합니다. 스위치는 동적으로 할당합니다. 이 구독자에게압축된 채널의 자유 스트립 중 하나입니다. 상시 스위칭을 사용하면 사용자가 접근할 수 없는 별도의 입력으로 스위치를 구성하여 4kHz 대역을 오랫동안 가입자에게 할당할 수 있습니다.
주파수 분할을 기반으로 한 전환 원리는 다른 유형의 네트워크에서 변경되지 않습니다. 개별 가입자 채널에 할당된 대역의 경계와 압축된 고속 채널의 저속 채널 수가 변경됩니다.
주파수 분할 스위칭은 전송하도록 설계되었습니다. 연속적인 신호. 갈 때 디지털 형식음성 표현, 전송된 데이터의 개별 특성에 초점을 맞춘 새로운 다중화 기술이 개발되었습니다.
이 기술을 시분할 다중화 (시간 분할 다중화, TDM) . 다른 이름은 덜 일반적으로 사용됩니다. 동기 모드환승 (동기식 전송 모드, STM) (그림 39).
TDM 네트워크 장비 - 멀티플렉서, 스위치, 디멀티플렉서- 시분할 모드로 작동하며 작동 주기 동안 모든 가입자 채널을 교대로 서비스합니다. TDM 장비의 동작 주기는 125μs로 디지털 가입자 채널의 음성 측정 주기에 해당한다. 이는 멀티플렉서 또는 스위치가 적시에 모든 가입자 채널에 서비스를 제공하고 네트워크를 따라 다음 측정값을 전송하도록 관리한다는 것을 의미합니다. 각 연결에는 장비 작동 주기의 한 시간 조각이 할당됩니다. 시간대 . 지속 시간대 TDM 멀티플렉서 또는 스위치가 제공하는 가입자 채널 수에 따라 다릅니다.
멀티플렉서는 최종 가입자로부터 N개의 입력 채널을 통해 정보를 수신하며, 각 채널은 64Kbps - 125μs마다 1바이트의 속도로 가입자 채널을 통해 데이터를 전송합니다. 각 주기에서 멀티플렉서는 다음 작업을 수행합니다.
- 각 채널로부터 다음 바이트의 데이터를 수신하는 단계;
- 수신된 바이트에서 프레임(프레임이라고도 함)을 컴파일합니다.
- N×64Kbps와 동일한 비트 전송률로 압축된 프레임을 출력 채널로 전송합니다.
쌀. 39. 시간에 따른 채널 분할에 따른 전환
홀더의 바이트 순서는 이 바이트가 수신된 입력 채널의 번호에 해당합니다. 멀티플렉서가 제공하는 구독자 채널 수는 속도에 따라 다릅니다. 예를 들어, TDM 기술을 사용하는 최초의 산업용 멀티플렉서인 T1 멀티플렉서는 24개의 입력 가입자 채널을 지원하여 1.544Mbit/s의 비트 전송률로 전송되는 T1 표준 출력 클립을 생성합니다.
디멀티플렉서반대 작업을 수행합니다. 압축된 프레임의 바이트를 구문 분석하여 여러 출력 채널에 배포하는 동시에 프레임에 있는 바이트의 시퀀스 번호가 출력 채널의 번호에 해당한다고 간주합니다.
스위치는 멀티플렉서에서 고속 채널을 통해 압축된 프레임을 수신하고 해당 프레임의 각 바이트를 버퍼 메모리의 별도 셀에 이러한 바이트가 압축된 프레임에 압축된 순서대로 씁니다. 스위칭 작업을 수행하기 위해 바이트는 수신된 순서가 아닌 네트워크에서 지원되는 가입자 연결에 해당하는 순서로 버퍼 메모리에서 검색됩니다. 예를 들어, 그림 1의 네트워크 왼쪽에 있는 첫 번째 가입자가 39는 네트워크 오른쪽에 있는 두 번째 가입자에 연결되어야 하며, 첫 번째 버퍼 메모리 셀에 기록된 바이트는 두 번째로 해당 가입자에서 검색됩니다. "활발한" 올바른 방법으로클립의 바이트 단위로 스위치는 네트워크의 최종 가입자 연결을 제공합니다.
일단 할당된 번호 시간대전송된 트래픽이 버스트되어 항상 캡처된 시간 슬롯 수를 필요로 하지 않는 경우에도 이 연결의 전체 수명 동안 "입력 채널 - 출력 슬롯" 연결을 처리합니다. 이는 TDM 네트워크의 연결이 항상 64Kbps의 배수인 알려진 고정 처리량을 갖는다는 것을 의미합니다.
TDM 네트워크는 동적 스위칭 모드나 영구 스위칭 모드를 지원할 수 있으며 경우에 따라 두 모드를 모두 지원할 수도 있습니다. 예를 들어, TDM 기술을 기반으로 작동하는 디지털 전화 네트워크의 주요 모드는 동적 스위칭이지만 가입자에게 전용 회선 서비스를 제공하는 영구 스위칭도 지원합니다.
오늘날 음성, 이미지, 컴퓨터 데이터 등 거의 모든 데이터가 디지털 형식으로 전송됩니다. 따라서 디지털 데이터 전송을 위한 하위 계층을 제공하는 전용 TDM 기술 채널은 다음과 같습니다. 유니버설 채널전화, 텔레비전, 컴퓨터 등 모든 유형의 네트워크 구축에 사용됩니다.
회선 교환 네트워크는 사용하는 멀티플렉싱 유형에 관계없이 몇 가지 중요한 공통 속성을 가지고 있습니다.
동적 스위칭을 사용하는 네트워크에는 가입자 간 연결을 설정하기 위한 사전 절차가 필요합니다. 이를 위해 호출된 가입자의 주소가 네트워크로 전송되고, 네트워크는 스위치를 통과하여 후속 데이터 전송을 위해 구성됩니다. 연결 요청은 한 스위치에서 다른 스위치로 라우팅되어 결국 수신자에게 도달합니다. 필요한 출력 채널의 용량이 이미 소진된 경우 네트워크는 연결 설정을 거부할 수 있습니다. FDM 스위치의 경우 출력 채널의 용량은 이 채널의 주파수 대역 수와 동일하며 TDM 스위치의 경우 - 수 시간대, 채널 동작 주기로 나누어진다. 요청한 가입자가 이미 다른 사람과 연결을 설정한 경우에도 네트워크는 연결을 거부합니다. 첫 번째 경우에는 스위치가 사용 중이고 두 번째 경우에는 가입자라고 말합니다. 연결 실패 가능성은 회선 전환 방식의 단점이다.
연결이 설정되면 FDM 네트워크에서는 고정 주파수 대역이 할당되고 TDM 네트워크에서는 고정 대역폭이 할당됩니다. 이 값은 연결 기간 동안 변경되지 않습니다. 보장된 네트워크 처리량은 음성, 영상 또는 실시간 개체 제어와 같은 애플리케이션에 필요한 중요한 속성입니다. 그러나 회선 교환 네트워크는 가입자의 요청에 따라 채널 용량을 동적으로 변경할 수 없으므로 트래픽이 급증하는 상황에서는 효과적이지 않습니다.
회선 교환 네트워크의 또 다른 단점은 서로 다른 속도로 작동하는 사용자 장비를 사용할 수 없다는 것입니다. 회선 교환 네트워크는 사용자 데이터를 버퍼링하지 않기 때문에 복합 회로의 개별 부분은 동일한 속도로 작동합니다. 회선 전환 네트워크는 전환 단위가 단일 바이트나 데이터 패킷이 아니라 두 가입자 간의 장기 동기 데이터 스트림인 일정한 속도의 데이터 스트림 전환에 매우 적합합니다. 이러한 흐름의 경우 네트워크는 흐름의 각 비트의 시간 위치를 네트워크 스위치의 대상 주소로 사용하여 네트워크를 통해 데이터를 라우팅하기 위해 최소한의 오버헤드를 추가합니다.
방향에 따라 가능한 환승통신 회선을 통한 데이터 전송 방법은 다음과 같은 유형으로 구분됩니다.
- 단순한 - 전송은 통신 회선을 통해 한 방향으로만 수행됩니다.
- 반이중 - 전송은 양방향으로 수행되지만 시간에 따라 교대로 수행됩니다. 그러한 전송의 예는 다음과 같습니다. 이더넷 기술 ;
- 이중 - 전송은 두 방향으로 동시에 수행됩니다.
이중 모드는 가장 다양하고 생산적인 채널 작동 방법입니다. 제일 간단한 옵션이중 모드의 구성은 케이블에서 각각 단방향 모드에서 작동하는 두 개의 독립적인 물리적 채널을 사용하는 것입니다. 예를 들어 Fast Ethernet 또는 ATM과 같은 많은 네트워크 기술에서 이중 작동 모드 구현의 기초가 되는 것이 바로 이 아이디어입니다.
때로는 이러한 간단한 솔루션을 사용할 수 없거나 효과적이지 않습니다. 대부분의 경우 이중 데이터 교환을 위한 물리적 채널이 하나뿐이고 두 번째 채널을 구성하는 데 비용이 많이 드는 경우에 이런 일이 발생합니다. 그런 경우는 이중 모드작업은 FDM 또는 TDM 기술을 사용하여 채널을 두 개의 논리적 하위 채널로 분할하는 방식으로 구성됩니다.
모뎀은 FDM 기술을 사용하여 2선 회선에서 이중 작동을 구성합니다. 주파수 변조 모뎀은 4개의 주파수에서 작동합니다. 즉, 한 방향으로 1과 0을 인코딩하기 위한 두 개의 주파수와 반대 방향으로 데이터를 전송하기 위한 나머지 두 개의 주파수입니다.
~에 디지털 코딩 2선 회선의 이중 모드는 TDM 기술을 사용하여 구성됩니다. 부분 시간대한 방향으로 데이터를 전송하는 데 사용되고, 일부는 다른 방향으로 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 대개 시간대반대 방향이 번갈아 발생하므로 이 방법을 "핑퐁" 전송이라고도 합니다.
광섬유 케이블을 사용할 때 광섬유이중 작동 모드를 구성하기 위해 데이터는 한 파장의 광선을 사용하여 한 방향으로 전송되고 다른 파장을 사용하여 반대 방향으로 전송됩니다.이 기술은 FDM 방식에 속하지만 광케이블의 경우 FDM 방식이라고 합니다. 파장 분리 (파도 분할 다중화, WDM) . WDM은 일반적으로 2~16개 채널을 사용하여 한 방향으로 데이터 전송 속도를 높이는 데에도 사용됩니다.
페이지 29 ~에서 29 회선 및 패킷 교환
회선 및 패킷 교환
회로 전환
회선 교환 원리를 기반으로 구축된 네트워크는 오랜 역사를 갖고 있으며, 고속 백본 통신 채널 생성의 기반이 되어 여전히 통신 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 컴퓨터 간의 첫 번째 통신 세션은 전화 네트워크, 즉 회선 교환 기술을 사용하여 수행되었으며 모뎀을 통해 인터넷에 액세스하는 사용자는 데이터가 로컬을 통해 공급자의 장비에 도달하기 때문에 이러한 네트워크에서 계속 서비스를 받습니다. 전화 네트워크.
회선 교환 네트워크에서는 이전에 공식화되었던 특정 스위칭 문제가 모두 해결됩니다. 따라서 회선 교환 네트워크의 정보 흐름은 쌍 간에 교환되는 데이터입니다. 가입자("가입자"라는 용어는 전화 통신에서 최종 노드를 지정하기 위해 채택되었습니다. 우리는 모두 전화 네트워크의 장기 사용자이므로 현장 사례를 통해 회선 교환 네트워크의 작동 원리에 대한 설명을 추가로 첨부하겠습니다. 전화통신의.).따라서 흐름의 글로벌 기호는 서로 통신하는 가입자의 주소(전화번호) 쌍입니다. 가능한 모든 흐름에 대해 경로가 미리 결정되어 있습니다. 회선 교환 네트워크의 경로는 네트워크 관리자가 "수동으로" 설정하거나 특수 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하여 자동으로 찾습니다. 경로는 흐름 특성이 스위치 출력 인터페이스의 식별자와 연관된 테이블에 기록됩니다. 이러한 테이블을 기반으로 데이터가 승격되고 다중화됩니다. 그러나 이미 언급한 바와 같이 회선 교환 네트워크에서는 이러한 모든 문제에 대한 솔루션이 고유한 특성을 가지고 있습니다.
초등학교 채널
회선 교환 네트워크의 특징 중 하나는 기본 채널의 개념입니다.
기본 채널(또는 간단히 채널) –이는 회선 교환 네트워크의 기본 기술적 특성으로, 일부 제한 사항이 고정되어 있음을 나타냅니다. 이런 유형의네트워크 대역폭 값. 회선 교환 네트워크의 모든 통신 회선은 이러한 유형의 네트워크에 채택된 기본 채널의 배수에 해당하는 용량을 갖습니다.
회선 교환 네트워크에 대해 이야기할 때 "채널"이라는 용어는 용량 단위의 의미를 갖습니다.
기본 채널의 값, 즉, 최소 단위통신 회선 용량을 고려하여 선택됨 다양한 요인. 그러나 예상되는 제공 부하를 전달하는 데 필요한 최소 용량보다 작은 기본 채널을 선택해서는 안 된다는 점은 분명합니다. 예를 들어, 기존 전화 네트워크에서 오늘날 가장 일반적인 기본 채널 값은 64Kbps입니다. 이는 고품질 디지털 음성 전송에 필요한 최소 속도입니다.
음성 디지털화 작업은 더 많은 특수한 경우입니다. 일반적인 문제- 이산 형태의 아날로그 정보 전송. 이 문제는 1과 0의 순서로 음성이 전화 네트워크를 통해 전송되기 시작한 60년대에 해결되었습니다. 이 변환은 진폭과 시간 모두에서 연속 프로세스의 이산화를 기반으로 합니다(그림).
원래 연속 함수의 진폭은 주어진 기간에 따라 측정됩니다. 이로 인해 시간에 따른 이산화가 발생합니다. 각 측정값은 다음과 같이 표시됩니다. 이진수이는 값에 의한 이산화를 의미하는 특정 용량의 가능한 진폭 값의 연속 세트가 이산 값 세트로 대체됩니다.
고품질 음성 전송을 위해 8000Hz의 소리 진동 진폭의 양자화 주파수가 사용됩니다(125μs 간격의 시간 샘플링). 한 측정의 진폭을 나타내기 위해 8비트 코드가 가장 자주 사용되며, 이는 오디오 신호의 256단계(값별 샘플링)를 제공합니다. 이 경우 하나의 음성 채널을 전송하는 데 64Kbps의 대역폭이 필요합니다(8000 x 8 = 64,000bps 또는 64Kbps). 이 음성 채널은 디지털 전화망의 기본 채널.
패킷 교환 네트워크(실제로 다른 유형의 컴퓨터 네트워크와 마찬가지로)의 통신 회선에는 다른 대역폭, 일부는 더 크고 다른 일부는 더 작습니다. 다양한 속도 품질을 가진 통신 회선을 선택할 때 네트워크 설계 전문가는 다음에서 발생할 수 있는 정보 흐름의 다양한 강도를 고려하려고 노력합니다. 다른 조각네트워크 - 네트워크 중심에 가까울수록 통신 회선의 용량이 높아집니다. 간선총 트래픽 많은 분량주변 통신 회선.
회선 교환 네트워크의 특징은 다음과 같습니다. 각 통신 회선의 용량은 기본 채널의 정수와 같아야 합니다..
따라서 가입자를 전화 네트워크에 연결하는 통신 회선에는 2, 24 또는 30개의 기본 채널이 포함될 수 있고 스위치를 연결하는 회선에는 480 또는 1920개의 채널이 포함될 수 있습니다.
그림 1에 표시된 네트워크 조각을 살펴보겠습니다.
이 네트워크가 기본 채널로 특징지어진다고 가정해 보겠습니다. 아르 자형 bps 네트워크에는 2, 3, 4 및 5개의 기본 채널로 구성된 다양한 용량의 통신 회선이 있습니다. 그림은 통신 세션(전화 대화) 중에 생성되는 두 명의 가입자 A와 B를 보여줍니다. 정보 흐름 , 네트워크가 제공되었습니다. 노선 , 4개의 스위치 S1, S2, S3 및 S4를 통과합니다. 또한 가입자 간 정보 흐름의 강도가 2를 초과하지 않는다고 가정해 보겠습니다. 아르 자형 bps 그런 다음 데이터를 교환하려면 이 두 가입자가 A 지점에서 지점까지의 데이터 경로에 있는 각 통신 회선에서 "할당된" 한 쌍의 기본 채널을 마음대로 보유하는 것으로 충분합니다. 안에. 그림에서 가입자 A가 필요로 하는 기본 채널은 다음과 같습니다. 그리고 안에 , 굵은 선으로 표시됩니다.
복합 채널
기본 채널을 전환(연결)하여 구축된 통신을 호출합니다. 복합 채널 .
고려중인 예에서 가입자 A와 안에 두 개의 기본 채널로 구성된 "두꺼운" 복합 채널이 생성되었습니다. 가정을 변경하고 제안된 부하가 초과하지 않도록 보장된다고 가정하면 아르 자형비트/초이면 가입자가 하나의 기본 채널로 구성된 "두꺼운" 복합 채널을 자유롭게 사용할 수 있는 것으로 충분합니다. 동시에, 데이터를 집중적으로 교환하는 가입자는 더 많은 것을 제시할 수 있습니다. 높은 요구 사항복합 채널의 처리량. 이를 위해서는 각 통신 회선에 더 많은 수의(모든 통신 회선에 대해 확실히 동일한) 기본 채널을 예약해야 합니다.
복합 채널의 다음 속성을 강조해 보겠습니다.
전체 길이에 따른 복합 채널은 다음과 같이 구성됩니다. 똑같다기본 채널 수;
복합 채널에는 일정 용량과 고정 용량전체 길이에 걸쳐;
복합 채널이 생성됩니다 일시적으로두 가입자 간의 통신 세션 기간 동안;
통신 세션 동안 합성 채널에 포함된 모든 기본 채널이 입력됩니다. 특별한이 복합 채널이 생성된 가입자의 사용
전체 통신 세션 동안 가입자는 복합 채널의 처리량을 초과하지 않는 속도로 네트워크에 데이터를 보낼 수 있습니다.
복합 채널에서 수신된 데이터는 호출된 가입자에게 전달되도록 보장됩니다. 지연, 손실 없이 동일한 속도로(소스 속도) 해당 시간에 네트워크에 다른 연결이 있는지 여부에 관계없이;
통신 세션 종료 후, 해당 합성 채널에 포함된 기본 채널, 무료라고 선언됨다른 가입자가 사용할 수 있도록 분산 리소스 풀로 반환됩니다.
여러 통신 세션이 네트워크에서 동시에 발생할 수 있습니다(수백, 수천 명의 가입자 대화가 동시에 전송되는 전화 네트워크의 일반적인 상황). 통신 세션 간의 네트워크 분할은 기본 채널 수준에서 발생합니다. 예를 들어(위 그림 참조) 가입자 A 간의 통신을 위해 통신 회선 S2-S3에 두 개의 채널이 할당된 후 가정할 수 있습니다. 그리고 B,나머지 세 개의 기본 채널은 동시에 동일한 통신 회선을 통해 발생한 세 개의 다른 통신 세션에 배포되었습니다. 이것 다중화여러 논리적 연결의 트래픽을 각 물리적 채널을 통해 동시에 전송할 수 있습니다.
다중화 수단 가입자는 자원을 놓고 경쟁해야 합니다. 이 경우기본 채널의 경우. 일부 중간 통신 회선이 이미 무료 기본 채널을 모두 소진한 경우 이 통신 회선을 통과하는 경로가 있는 새 통신 세션이 발생할 수 없는 상황이 가능합니다.
이러한 상황을 인식하기 위해 회선 교환 네트워크의 통신은 다음을 선행합니다. 연결 설정 절차.이 절차에 따라 통신 세션의 개시자인 가입자(예: 네트워크의 가입자 A)는 스위칭 네트워크에 요청을 보냅니다. 이 요청에는 호출된 가입자(예: 가입자)의 주소가 포함된 메시지가 포함됩니다. 안에 (전화 네트워크에서 요청을 보내는 것은 전화번호를 누르는 것과 같습니다).
요청의 목적- 발신자와 수신자 사이에 복합 채널을 형성하는 것이 가능한지 확인하십시오. 그리고 이를 위해서는 두 가지 조건, 즉 A에서 B로의 경로에 있는 각 통신 회선에 필요한 수의 무료 기본 채널이 존재하고 다른 연결에서 호출된 가입자의 유휴 상태가 필요합니다.
요청이 다음을 통해 이동합니다. 노선,특정 가입자 쌍의 정보 흐름에 대해 정의됩니다. 이 경우 전역 스위칭 테이블이 사용됩니다. 글로벌흐름 속성(호출된 가입자의 주소)은 스위치 출력 인터페이스의 식별자입니다(이미 언급했듯이 이러한 테이블은 종종 라우팅 테이블이라고도 함).
가입자의 요청에 따라 ㅏ구독자에게 안에연결이 설정되는 것을 방해하는 것은 아무것도 없다는 것이 밝혀졌습니다. 정착복합 채널. 이를 위해 A에서 B로의 경로를 따라 모든 스위치에 항목이 생성됩니다. 로컬 스위칭 테이블, 이는 사이의 대응을 나타냅니다. 지역적 흐름의 징후- 이 통신 세션을 위해 예약된 기본 채널 수. 그 후에야 복합 채널이 설정된 것으로 간주되고 가입자 A와 B는 통신 세션을 시작할 수 있습니다.
따라서 회선 교환 네트워크의 데이터 전파는 두 단계로 발생합니다.
네트워크는 호출된 가입자의 주소를 전달하고 복합 채널 생성을 구성하는 요청인 서비스 메시지를 수신합니다.
메인 데이터 스트림은 준비된 복합 채널을 통해 전송되며, 전송에는 호출된 가입자의 주소를 포함한 보조 정보가 더 이상 필요하지 않습니다. 스위치의 데이터 전환은 로컬 특성(기본 채널 수)을 기반으로 수행됩니다.
연결 요청이 항상 성공하는 것은 아닙니다. 호출자와 호출된 가입자 사이의 경로에 사용 가능한 기본 채널이 없거나 호출된 노드가 사용 중인 경우 연결 실패.예를 들어, 가입자 A와 가입자 간의 통신 세션 중에 안에구독자 와 함께가입자와의 연결을 설정하기 위해 네트워크에 요청을 보냅니다. 디, 그러면 스위치 S3 및 S4의 통신 회선을 구성하는 필요한 기본 채널이 모두 가입자 A 및 B의 연결에 이미 할당되어 있기 때문에 거부를 받게 됩니다(그림).
연결이 거부되면 네트워크는 발신자에게 특별한 메시지( 이 경우 전화 네트워크는 "통화 중"이라는 짧은 신호음을 전송합니다. 일부 전화 네트워크는 벨이 울리는 속도나 신호음을 다르게 하여 "바쁨" 이벤트와 "바쁨" 이벤트를 구분합니다.). 어떻게 더 많은 부하네트워크에, 저것현재 지원하는 연결이 많을수록 새 연결 설정 요청을 거부할 가능성이 커집니다.
우리는 연결 설정 절차를 설명했습니다. 자동 동적 모드, 서비스 메시지를 네트워크에 보내는 가입자의 능력 - 연결 설정 요청 및 그러한 메시지를 처리하는 네트워크 노드의 능력을 기반으로 합니다. 유사한 모드가 전화 네트워크에서 사용됩니다. 전화 장치는 호출된 가입자의 번호를 인코딩하는 네트워크에 펄스(또는 톤)를 전송하여 요청을 생성하고 네트워크는 연결을 설정하거나 통화 중 신호로 거부를 보고합니다.
그러나 이것이 회선 교환 네트워크의 유일한 작동 모드는 아닙니다. 정적 수동 모드 연결 설정. 이 모드는 단일 가입자 통신 세션이 아닌 장기간 동안 복합 채널을 설정해야 하는 경우에 일반적입니다. 이러한 장기 채널 생성은 가입자가 시작할 수 없으며 네트워크 관리자가 생성합니다. 정적 수동 모드는 통신 세션이 짧은 전통적인 전화 네트워크에서는 거의 사용되지 않는다는 것이 분명하지만, 다소 일정하게 도시와 국가 간의 고속 통신 채널을 생성하는 데는 상당히 정당합니다.
회선 교환 기술은 네트워크에서 발생하는 임의의 이벤트를 최소화하는 데 중점을 두고 있습니다. 즉, 결정성을 지향하는 기술입니다. 발생할 수 있는 불확실성을 피하기 위해 실제 데이터 전송이 시작되기 전에도 정보 교환 구성 작업의 상당 부분이 미리 수행됩니다. 먼저, 특정 주소에서 발신자부터 대상까지의 전체 경로를 따라 필요한 기본 채널의 가용성을 확인합니다. 그런 다음 이러한 채널은 두 가입자의 독점적 사용을 위해 세션 기간 동안 할당되며 각 가입자 측에 "게이트 밸브"가 있는 하나의 연속 "파이프라인"(복합 채널)으로 전환됩니다. 이러한 철저한 준비 작업 후에는 "수문을 열고" 정보 흐름이 주어진 네트워크 지점 간 간섭 없이 자유롭게 "흐르도록" 허용하는 최소한의 작업만 남았습니다(그림).
버스트 트래픽 전송 시 비효율성
회선 교환 네트워크는 가장 효율적으로 전송합니다. 사용자 트래픽전체 통신 세션 동안 속도가 일정하고 최대에 해당하는 경우 결정된 가입자가 생성한 정보 흐름이 획득되면 네트워크의 물리적 통신 회선 용량이 감소합니다. 동계 성격.
따라서 전화 통화를 할 때 사람들은 끊임없이 말의 속도를 바꾸고 빠른 말과 일시 중지를 산재합니다. 결과적으로, 해당 "음성" 정보 흐름이 고르지 않게 되고, 이는 데이터 전송 효율성이 감소함을 의미합니다. 사실, 만약에 전화 대화이러한 감소는 상당히 수용 가능한 것으로 밝혀졌으며 음성 트래픽 전송을 위한 회선 교환 네트워크의 광범위한 사용을 허용합니다.
회선 교환 네트워크의 효율성을 크게 감소시키는 것은 소위 말하는 전송입니다. 컴퓨터 트래픽 , 즉 컴퓨터 사용자가 작업하는 응용 프로그램에서 생성된 트래픽입니다. 이 트래픽은 거의 항상 폭주합니다. 예를 들어, 인터넷에서 다른 페이지를 다운로드하면 트래픽 속도가 급격히 증가하고 다운로드가 완료된 후에는 거의 0으로 떨어집니다. 설명된 인터넷 액세스 세션에 회선 교환 네트워크를 사용하는 경우 컴퓨터와 웹 서버 사이의 복합 채널은 대부분 유휴 상태입니다. 동시에 네트워크 성능의 일부가 귀하에게 할당되며 다른 네트워크 사용자는 액세스할 수 없습니다. 이러한 기간 동안의 네트워크는 이동은 하지만 유용한 작업, 즉 "공기 운반"을 수행하지 않는 빈 지하철 에스컬레이터와 유사합니다.
균일하지 않은 컴퓨터 트래픽을 효율적으로 전송하기 위해 패킷 스위칭 기술이 특별히 개발되었습니다.
패킷 스위칭
회선 교환 네트워크와 마찬가지로 패킷 교환 네트워크는 물리적 통신 회선으로 연결된 스위치로 구성됩니다. 그러나 이러한 네트워크에서의 데이터 전송은 완전히 다르게 발생합니다. 비유적으로 말하면, 회선 교환 네트워크에 비해 패킷 교환 네트워크는 덜 "책임감있게" 동작합니다. 예를 들어, 데이터 경로를 따라 통신 회선을 예약하는 것에 대한 걱정이나 필요한 처리량을 보장하지 않고 전송용 데이터를 받아들일 수 있습니다. 패킷 교환 네트워크는 가입자를 위해 독점적으로 사용되는 별도의 통신 채널을 미리 생성하지 않습니다. 데이터가 지연되거나 도중에 손실될 수도 있습니다. 이러한 혼란과 불확실성 속에서 패킷 교환 네트워크는 어떻게 데이터 전송 기능을 수행합니까?
패킷 교환 네트워크 작동의 가장 중요한 원리는 네트워크를 통해 전송되는 정보를 구조적으로 분리된 데이터 조각의 형태로 표현하는 것입니다. 패키지 ("패킷"이라는 용어와 함께 "프레임", "프레임", "셀" 등의 용어도 사용되지만 이러한 용어의 의미 차이는 크지 않습니다. 일부 패킷 교환 기술(예: 가상 채널) 패킷 처리의 완전한 독립성은 보장되지 않습니다.).
각 패키지가 제공됩니다. 제목(그림)에는 패킷을 수신자에게 전달하는 데 사용되는 대상 주소와 기타 보조 정보(데이터 필드의 길이, 체크섬 등)가 포함되어 있습니다. 각 패킷에 주소가 있다는 것은 패킷 교환 기술의 가장 중요한 특징 중 하나입니다. 각 패킷은 스위치에 의해 처리될 수 있기 때문입니다. ~에 관계없이네트워크 트래픽을 구성하는 다른 패킷에서. 헤더 외에도 패킷에는 패킷 끝에 배치된 추가 필드가 하나 더 있을 수 있으므로 리미트 스위치.끝 부분에는 일반적으로 다음이 포함됩니다. 체크섬,네트워크를 통해 전송되는 동안 정보가 손상되었는지 여부를 확인할 수 있습니다.
패킷 교환 기술의 특정 구현에 따라 패킷의 길이는 고정되거나 가변적일 수 있으며, 패킷 헤더에 있는 정보의 구성도 변경될 수 있습니다. 예를 들어, ATM 기술에서는 패킷(셀이라고 함)의 길이가 고정되어 있는 반면, 이더넷 기술에서는 가능한 최소 및 최대 패킷 크기(프레임)만 설정됩니다.
패킷이 네트워크에 도착합니다. 통신 회선의 사전 예약 없이그리고 정해진 속도가 아닌, 회선 교환 네트워크에서 수행되는 것처럼, ㅏ소스가 생성하는 속도에 따라. 패킷 교환 네트워크는 회선 교환 네트워크와 달리 항상 끝 노드로부터 패킷을 수신할 준비가 되어 있다고 가정합니다.
회선 교환 네트워크에서와 마찬가지로 패킷 교환 네트워크에서도 경로는 각 흐름에 대해 수동 또는 자동으로 결정되고 스위치에 저장된 스위칭 테이블에 기록됩니다. 스위치로 들어오는 패킷이 처리됩니다. 그리고헤더와 스위칭 테이블에 포함된 정보를 기반으로 하나의 경로 또는 다른 경로를 따라 라우팅됩니다(그림 1). ).
.
메모
대역폭 예약 절차는 패킷 네트워크에서도 사용될 수 있습니다. 그러나 이러한 예약의 기본 아이디어는 회선 교환 네트워크의 용량 예약 아이디어와 근본적으로 다릅니다. 차이점은 패킷 교환 네트워크의 채널 용량이 각 흐름의 현재 요구 사항에 따라 정보 흐름 간에 동적으로 재분배될 수 있다는 점인데, 이는 회선 교환 기술이 제공할 수 없습니다.
동일하거나 다른 정보 흐름에 속하는 패킷은 네트워크를 통해 이동할 때 서로 "혼합"되어 대기열을 형성하고 서로 "느리게" 될 수 있습니다. 패킷 경로를 따라 용량이 다른 통신 회선이 있을 수 있습니다. 시간대에 따라 통신 회선의 정체 정도가 크게 달라질 수 있습니다. 이러한 조건에서는 동일한 흐름에 속하는 패킷이 서로 다른 속도로 네트워크를 통해 이동하고 심지어 전송된 순서와 다른 순서로 목적지에 도착할 수도 있습니다.
데이터를 패킷으로 나누면 급증하는 컴퓨터 트래픽을 회선 교환 네트워크보다 더 효율적으로 전송할 수 있습니다. 이는 개별 컴퓨터의 트래픽 맥동이 무작위로 발생하고 시간이 지남에 따라 분산되어 피크가 가장 자주 일치하지 않는다는 사실로 설명됩니다. 따라서 통신 회선이 다수의 엔드 노드에서 트래픽을 전송할 때 전체 흐름의 잔물결이 완화되고 긴 다운타임 없이 회선 용량이 보다 효율적으로 사용됩니다. 이 효과는 그림 1에 설명되어 있습니다. 아래는 끝 노드에서 오는 고르지 않은 패킷 흐름을 보여줍니다. 3.4 및 10V그림에 표시된 네트워크 더 높은.
이러한 흐름이 스위치 방향으로 전송된다고 가정해 보겠습니다. 8, 따라서 통신 회선이 스위치 5와 8 사이를 통과할 때 서로 겹쳐집니다. . 결과적인 전체 흐름은 이를 구성하는 각각의 개별 흐름보다 더 균일합니다.
패킷 버퍼링
패킷 교환 네트워크에서 데이터 이동의 불확실성과 비동기성은 그러한 네트워크의 스위치 작동에 특별한 요구 사항을 부여합니다.
패킷 스위치의 주요 차이점( 단순화를 위해 패킷 교환 네트워크의 스위치를 "패킷 스위치"라고 더 부르겠습니다.) 회선 교환 네트워크의 스위치에서 내부를 가지고 있다는 것입니다 버퍼 메모리패키지의 임시 보관을 위해,
실제로 패킷 스위치는 전체 패킷을 메모리에 저장하지 않고는 패킷 전달에 대한 결정을 내릴 수 없습니다. 스위치가 확인합니다 체크섬, 패킷 데이터가 손상되지 않았다고 표시된 경우에만 패킷 처리를 시작하고 대상 주소를 기반으로 다음 스위치를 결정합니다. 그렇기 때문에 모든패킷은 비트 단위로 순차적으로 배치됩니다. 입력 버퍼.이 속성을 염두에 두고 그들은 이렇게 말합니다. 무엇패킷 교환 네트워크는 기술을 사용합니다. 프로모션으로 절약(저장 및 전달). 이 목적을 위해서는 하나의 패킷 크기의 버퍼만 있으면 충분합니다.
스위치에는 버퍼가 필요합니다 통신 회선의 데이터 전송 속도를 조정하기 위해인터페이스에 연결됩니다. 실제로 특정 기간 동안 한 통신 회선에서 패킷이 도착하는 속도가 해당 패킷을 보내야 하는 통신 회선의 용량을 초과하는 경우 대상 인터페이스에서 패킷 손실을 방지하기 위해 출력을 구성해야 합니다. 대기열(그림).
패킷 교환에도 버퍼링이 필요합니다 패킷 도착 속도와 전환 속도를 일치시킵니다.스위칭 장치에 패킷을 처리할 시간(헤더 분석 및 필요한 인터페이스로 패킷 전달)이 없으면 스위치 인터페이스에 문제가 발생합니다. 입구 대기열.확실히, 무엇입력 큐를 저장하려면 버퍼 크기가 하나의 패킷 크기를 초과해야 합니다. 존재하다 다양한 접근법스위칭 블록을 구성합니다. 기존 방법은 스위치의 모든 입력 대기열을 서비스하는 단일 중앙 프로세서를 기반으로 합니다. 이 설계 방법을 사용하면 CPU 성능이 여러 대기열에서 공유되므로 대기열이 커질 수 있습니다. 스위칭 장치를 구성하는 최신 방법은 각 인터페이스에 패킷 처리를 위한 자체 내장 프로세서가 있는 다중 프로세서 접근 방식을 기반으로 합니다. CPU, 인터페이스 프로세서의 작업을 조정합니다. 인터페이스 프로세서를 사용하면 스위치 성능이 향상되고 입력 인터페이스의 대기열이 줄어듭니다. 그러나 CPU가 여전히 병목 현상을 일으키기 때문에 이러한 대기열이 계속 발생할 수 있습니다.
스위치의 버퍼 용량은 제한되어 있기 때문에 여러 정보 흐름의 펄스 주기가 일치할 때 네트워크의 일부가 일시적으로 과부하되면 버퍼 오버플로로 인해 패킷 손실이 발생하는 경우가 있습니다. 패킷 손실은 패킷 교환 네트워크에서 흔히 발생하며 네트워크 기술은 이러한 손실을 보상하기 위한 여러 가지 특수 메커니즘을 제공합니다. 이에 대해서는 나중에 설명하겠습니다.
패킷 스위치는 다음을 기반으로 작동할 수 있습니다. 패키지를 홍보하는 세 가지 방법 중 하나:
데이터그램 전송;
논리적 연결이 설정된 전송;
가상 채널을 설정하여 전송합니다.
데이터그램 전송
데이터 전송의 데이터그램 방법은 전송된 모든 패킷이 전달(한 네트워크 노드에서 다른 네트워크 노드로 전송)된다는 사실을 기반으로 합니다. ~에 관계없이동일한 규칙에 따라 서로 간에 패킷 처리 절차는 전달하는 매개변수의 값과 네트워크의 현재 상태에 의해서만 결정됩니다(예를 들어 부하에 따라 패킷이 서비스를 위해 대기열에 있을 수 있음). 시간이 더 많거나 적음). 그러나 이에 대한 정보는 없습니다. 이미 잘랐어패키지네트워크에 저장되지 않으며 다음 패킷 처리 중에 고려되지 않습니다. . 즉, 각 개별 패킷은 네트워크에서 완전히 독립적인 전송 단위로 간주됩니다. 데이터그램.
안에 일반적인 경우각각의 특정 전환 문제 해결 - 흐름 및 해당 경로 결정, 구성 매개변수 및 테이블의 경로 수정 네트워크 장치, 동일한 장치의 인터페이스 간 스트림 인식 및 데이터 전송, 스트림 다중화/역다중화 및 전송 매체 분리는 다른 모든 솔루션과 밀접하게 관련되어 있습니다. 복잡한 기술 솔루션일반화된 스위칭 문제는 모든 네트워크 기술의 기초를 형성합니다. 라우팅, 데이터 전달 및 메커니즘에 따라 나누는통신 채널은 특정 네트워크 기술에 내장되어 있으며 기본 속성에 따라 다릅니다.
네트워크에서 가입자 전환 문제를 해결하기 위한 여러 가능한 접근 방식 중에는 두 가지 기본 접근 방식이 있습니다.
회로 전환;
패킷 스위칭.
가입자 전환이 가능한 네트워크의 일반적인 구조(그림)
회선 교환 네트워크는 최초의 전화 네트워크에서 발전하여 더 풍부한 역사를 가지고 있습니다. 패킷 교환 네트워크는 최초의 광역 컴퓨터 네트워크에 대한 실험의 결과로 1960년대 후반에 등장한 비교적 새로운 네트워크입니다. 많은 전문가들의 장기 예측에 따르면 미래는 보다 유연하고 보편적인 패킷 스위칭 기술에 속합니다.
회로 전환
채널을 전환할 때 스위칭 네트워크는 스위치에 의해 직렬로 연결된 중간 채널 섹션의 끝 노드 사이에 연속적인 복합 물리적 채널을 형성합니다. 여러 개의 물리적 채널이 있는 조건 직렬 연결단일 물리 채널을 형성하는 경우, 구성하는 각 물리 채널의 데이터 전송 속도는 동일합니다. 속도가 동일하다는 것은 해당 네트워크의 스위치가 전송된 데이터를 버퍼링할 필요가 없다는 것을 의미합니다.
회선 교환 네트워크에서는 데이터를 전송하기 전에 항상 연결 설정 절차를 수행해야 하며 이 과정에서 복합 채널이 생성됩니다. 그 후에야 데이터 전송을 시작할 수 있습니다.
예를 들어, 그림에 표시된 네트워크가 회선 교환 기술을 사용하여 작동하는 경우 노드 1이 노드 7로 데이터를 전송하려면 먼저 데이터를 전송해야 합니다. 특별한 요청스위치 A에 대한 연결을 설정하려면 대상 주소를 나타냅니다. 7. 스위치 A는 복합 채널을 형성하기 위한 경로를 선택한 후 다음 스위치(이 경우 E)로 요청을 전송해야 합니다. 그런 다음 스위치 E는 스위치 F로 요청을 전송합니다. , 이는 다시 노드 7로 요청을 전송합니다. 노드 7은 연결 설정 요청을 수신하면 다음을 보냅니다. 확립된 채널그 후 합성 채널은 전환된 것으로 간주되고 노드 1과 7은 이를 통해 데이터를 교환할 수 있습니다.
회선 교환의 장점
1. 끝 노드 사이에 설정된 채널을 통한 일정하고 알려진 데이터 전송 속도. 이는 네트워크 사용자에게 고품질 데이터 전송에 필요한 대역폭에 대한 사전 평가를 기반으로 네트워크에서 필요한 속도의 채널을 설정할 수 있는 기회를 제공합니다. 2. 네트워크를 통한 데이터 전송의 낮고 지속적인 대기 시간. 이를 통해 음성, 영상, 다양한 기술 정보 등 지연에 민감한 데이터(실시간 트래픽이라고도 함)를 고품질로 전송할 수 있습니다.
회로 스위칭의 단점
1. 네트워크가 연결 설정 요청 서비스를 거부합니다. 이러한 상황은 네트워크의 한 섹션에서 가능한 최대 정보 흐름 수가 이미 통과하는 채널을 따라 연결을 설정해야 한다는 사실로 인해 발생할 수 있습니다. 예를 들어 가입자가 하나의 연결만 지원할 수 있는 경우 복합 채널 끝에서 오류가 발생할 수도 있습니다. 2. 불합리한 사용물리적 채널의 용량. 연결이 설정된 후 복합 채널에 할당된 대역폭의 일부는 전체 시간 동안 제공됩니다. 연결이 끊어질 때까지. 그러나 가입자가 연결 중에 항상 채널 대역폭이 필요한 것은 아닙니다. 대역폭을 동적으로 재분배할 수 없으면 회선 교환 네트워크가 제한됩니다. 여기서 전환 단위는 전체 정보 흐름이기 때문입니다. 3. 연결 설정 단계로 인해 데이터 전송 전 필수 지연.
회선 교환 기술은 전화 트래픽만 전송해야 하는 경우에 잘 작동합니다.
스위치와 이를 연결하는 채널은 여러 가입자 채널의 데이터 동시 전송을 보장해야 합니다. 이를 위해서는 고속이어야 하며 일종의 가입자 채널 다중화 기술을 지원해야 합니다.
현재 가입자 채널을 다중화하는 데 두 가지 기술이 사용됩니다.
- 주파수 분할 다중화(FDM) 기술;
- TDM(시분할 다중화) 기술.
패킷 스위칭
이 스위칭 기술은 컴퓨터 트래픽의 효율적인 전송을 위해 특별히 설계되었습니다. 회선 스위칭 기술을 기반으로 컴퓨터 네트워크를 생성하기 위한 첫 번째 단계에서는 이러한 유형의 스위칭으로는 높은 전체 네트워크 처리량을 달성할 수 없다는 것이 나타났습니다.
패킷 전환이 발생하면 사용자가 전송한 모든 메시지는 소스 노드에서 패킷이라는 상대적으로 작은 조각으로 나뉩니다. 메시지는 논리적으로 완성된 데이터 조각(파일 전송 요청, 전체 파일을 포함하는 이 요청에 대한 응답 등)이라는 점을 상기해 보겠습니다. 메시지의 길이는 몇 바이트에서 몇 메가바이트까지 다양할 수 있습니다. 반대로, 패킷은 일반적으로 가변 길이를 가질 수도 있지만 제한된 범위(예: 46바이트에서 1500바이트) 내에서 가능합니다. 각 패킷에는 패킷을 대상 노드에 전달하는 데 필요한 주소 정보와 메시지를 조합하기 위해 대상 노드에서 사용할 패킷 번호를 지정하는 헤더가 제공됩니다(그림). 패킷은 독립적인 정보 블록으로 네트워크를 통해 전송됩니다. 네트워크 스위치는 끝 노드로부터 패킷을 수신하고 주소 정보를 기반으로 패킷을 서로 전송하고 궁극적으로 대상 노드에 전송합니다.
패킷 네트워크 스위치는 패킷 수신 시 스위치의 출력 포트가 다른 패킷을 전송 중일 경우 패킷을 임시로 저장하기 위한 내부 버퍼 메모리가 있다는 점에서 회선 스위치와 다릅니다(그림). 이 경우, 해당 패킷은 출력 포트의 버퍼 메모리에 있는 패킷 큐에 일정 시간 남아 있다가 해당 차례에 도달하면 다음 스위치로 전달됩니다. 이 데이터 전송 방식을 사용하면 네트워크 처리량을 늘릴 수 있습니다.
한 쌍의 가입자에게 가장 효과적인 방법은 그들만 사용할 수 있도록 전환된 통신 채널을 제공하는 것입니다. 이 경우 데이터가 지연 없이 한 가입자에서 다른 가입자로 전송되므로 가입자 간의 상호 작용 시간이 최소화됩니다. 일시 중지 중 가동 중지 시간은 가입자에게 중요하지 않습니다. 패킷 교환 네트워크는 패킷이 스위치에서 대기할 수 있기 때문에 특정 가입자 쌍 간의 통신 속도를 저하시킵니다.
그러나 패킷 교환 기술을 사용하여 단위 시간당 네트워크에서 전송되는 컴퓨터 데이터의 총량은 회선 교환 기술을 사용하는 것보다 높습니다. 이는 대수의 법칙에 따라 개별 가입자의 맥동이 피크가 일치하지 않도록 시간에 따라 분산되기 때문에 발생합니다. 따라서 서비스를 제공하는 가입자 수가 정말 많은 경우 스위치에는 지속적이고 균등하게 작업이 로드됩니다. 그림은 끝 노드에서 스위치로 들어오는 트래픽이 시간이 지남에 따라 매우 불균등하게 분산되어 있음을 보여줍니다. 그러나 낮은 수준의 스위치 간 연결을 담당하는 상위 수준의 스위치는 더 균등하게 로드되고 패킷 흐름은 주요 운하, 상위 스위치를 연결하면 거의 최대 계수사용.
패킷 교환 네트워크는 특정 가입자 쌍 간의 상호 작용 프로세스를 늦추지만 전체적으로 네트워크 처리량을 증가시킵니다.
전송 소스에서의 지연:
헤더를 전송할 시간입니다.
각 후속 패킷의 전송 간격으로 인해 발생하는 지연입니다.
각 스위치의 지연:
패킷 버퍼링 시간
다음으로 구성된 전환 시간:
1. 큐에서 패킷을 기다리는 시간(변수값)
2. 패킷을 출력 포트로 이동하는 시간입니다.
패킷 교환 네트워크에는 일반적으로 많은 노드가 있으며 대체 경로와 백업 경로를 제공합니다. 패킷을 전달하는 데 사용되는 방법에는 두 가지가 있습니다. 이전 방법인 X.25는 다음과 같은 기능을 제공합니다. 높은 레벨오류 검사 및 보다 안정적인 최신 디지털을 사용하는 새로운 창 전환 방법 전화 시스템. 오류 검사를 줄이고 처리량을 높입니다.
X.25는 국제 표준패킷을 전송하는 중 공용 네트워크. 그것은 매체 또는 데이터 라인을 지원합니다. 고속영구적 또는 주기적 사용을 위한 전송. 일반적인 응용 분야는 시스템입니다. 이메일. X.25 표준은 국제 네트워크를 구성하는 데 종종 사용됩니다.
X.25 - CCITT 위원회에서 정의되었으며 정보가 패킷으로 분할되어 X.25 네트워크를 통해 전송되는 방법을 설명합니다. 브리지나 라우터는 LAN을 X.25 네트워크에 연결하는 데 사용됩니다. 네트워크에 대한 액세스는 임대 또는 전화 접속 회선을 통해 이루어집니다. 임대 회선은 일반적으로 처리량을 늘리는 동기식 통신을 사용하며 전송 속도는 19.2~64Kbps입니다. 전화번호 회선 사용 비동기식 메서드그리고 다음과 같은 모뎀이 필요합니다. 자신의 자금오류 수정. 전송 속도는 모뎀 속도에 따라 달라집니다.
비동기 통신은 시작 및 중지 비트를 사용하여 데이터를 구분하는 문자별 방법입니다. 동기식 통신은 블록 중심 방식을 사용하며 데이터는 시간에 따라 분할됩니다.
창 전환 방식
창 전환 방법은 다음과 같습니다. 새로운 방법, ISDN 사양을 기반으로 생성되었습니다. 윈도우 스위칭 방식은 X.25 관련 처리를 제거하여 패킷 스위칭을 단순화하고 향상시킵니다. 네트워크 계층. 논리적 연결의 다중화 및 제거는 데이터 통신 계층에서 수행됩니다.
이 방법은 공용 및 개인 네트워크에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 최신 링크의 향상된 신뢰성을 기반으로 X.25의 오버헤드 중 일부를 제거합니다. 예를 들어, X.25에서 데이터는 소스에서 두 개 이상의 중간 노드를 통해 이동하며, 이러한 각 노드는 전송 노드에 승인을 보내 수신을 승인해야 합니다. 패킷이 최종적으로 수신자에게 도달하면 소스에 대한 승인을 보내야 합니다. 창 전환 방법에는 이 마지막 단계만 필요합니다. 결과적으로 이 방법은 더 높은 처리량을 제공합니다. 오류 검사, 데이터 흐름 제어 및 창 전환 방법의 오류 검사를 위해 각 중간 노드의 X.25에서 사용되는 상태 테이블이 필요하지 않습니다.
창 전환 방법을 사용하는 도구는 Compuserve, Tymenet, Williams Telecommunications 등과 같은 회사에서 제공됩니다.
패킷 교환의 장점
1. 버스트 트래픽을 전송할 때 전체 네트워크 처리량이 높습니다. 2. 트래픽의 실제 요구에 따라 가입자 간의 물리적 통신 채널 용량을 동적으로 재분배하는 기능입니다.
패킷 교환의 단점
1. 네트워크 대기열의 지연은 다음에 따라 달라지기 때문에 네트워크 가입자 간의 데이터 전송 속도의 불확실성 총 부하네트워크. 2. 변수값순간적인 네트워크 정체가 발생하는 동안 데이터 패킷의 지연이 상당히 길어질 수 있습니다. 3. 버퍼 오버플로우로 인해 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.
서비스 품질 기술을 구현하는 패킷 교환 네트워크는 동시 전송을 허용합니다. 다른 종류전화 및 컴퓨터 트래픽과 같은 중요한 트래픽을 포함한 트래픽. 따라서 오늘날의 패킷 교환 방법은 포괄적인 서비스를 제공하는 통합 네트워크를 구축하는 데 가장 유망한 방법으로 간주됩니다. 양질의 서비스모든 유형의 가입자에게 적합합니다. 오늘날 회선 교환 방법은 전통적인 전화 네트워크에서 성공적으로 작동할 뿐만 아니라 소위 SDH 및 DWDM 기술의 기본(백본) 네트워크에서 고속 영구 연결을 형성하는 데 널리 사용됩니다. 전화 또는 컴퓨터 네트워크 스위치. 미래에는 패킷과 채널 스위칭의 원리를 결합하여 어떤 형태로든 새로운 스위칭 기술이 등장할 가능성이 높습니다.
메시지 전환
메시지 교환은 원칙적으로 패킷 교환과 유사합니다. 메시지 전환은 각 컴퓨터의 디스크에 이 블록을 임시로 버퍼링하여 네트워크의 전송 컴퓨터 간에 단일 데이터 블록을 전송하는 것을 의미합니다. 패킷과 달리 메시지는 기술적 고려사항이 아니라 메시지를 구성하는 정보의 내용에 따라 결정되는 임의의 길이를 갖습니다.
대중교통 컴퓨터는 패킷 교환 네트워크나 회선 교환 네트워크를 통해 서로 연결될 수 있습니다. 메시지(예: 텍스트 문서, 프로그램 코드가 포함된 파일, 이메일)은 디스크의 대중교통 컴퓨터에 저장되며, 장기, 컴퓨터가 다른 작업으로 바쁘거나 네트워크가 일시적으로 과부하된 경우. 이 체계는 일반적으로 즉각적인 응답이 필요하지 않은 메시지(대개 이메일 메시지)를 전송하는 데 사용됩니다. 디스크에 중간 저장소가 있는 전송 모드를 저장 및 전달 모드라고 합니다. 메시지 전환 모드는 WWW 서비스나 파일 서비스 트래픽과 같이 빠른 응답이 필요한 트래픽을 위해 네트워크를 확보합니다.
그들은 일반적으로 대중교통 컴퓨터의 수를 줄이려고 노력합니다. 컴퓨터가 패킷 교환 네트워크에 연결된 경우 중간 컴퓨터 수가 2개로 줄어듭니다. 그러나 컴퓨터가 전화 네트워크로 상호 연결된 경우 최종 서버에 직접 액세스할 수 있으므로 여러 중간 서버가 사용되는 경우가 많습니다. 이 순간전화망 과부하로 인해 불가능하거나 장거리 전화 통신의 높은 요금으로 인해 경제적으로 수익성이 없습니다.
메시지 전환 기술이 등장했습니다. 컴퓨터 네트워크이전에는 패킷 스위칭 기술이 사용되었지만 네트워크 처리량 측면에서 더 효율적이었기 때문에 후자로 대체되었습니다. 디스크에 메시지를 쓰는 데는 많은 시간이 걸리며, 또한 디스크가 있으면 스위치로 사용할 것을 제안합니다. 특수 컴퓨터, 이는 네트워크 구성에 상당한 비용을 수반합니다.
통합 스위칭
통합 스위칭은 여러 데이터 블록의 동시 통과를 보장하는 범용 패킷 중심 스위칭 방법입니다.
포트 전환
포트 전환 - 일치하는 모듈식 허브 기능 소프트웨어각 세그먼트가 자체 모듈로 표시되는 경우 서로 다른 네트워크 세그먼트가 있는 하나 이상의 포트.
스토리지로 전환(저장 및 전달)
메모리 전환은 중계 시스템이 데이터 블록을 완전히 수신한 후 이를 전송하는 전환 방식입니다. 메모리 전환은 순환 중복 코드를 사용하여 오류 감지 기능을 제공합니다.
교차점 스위칭
교차점을 통한 전환 - 분할 방법 로컬 네트워크세그먼트 집중 장치가 한쪽 스위치에 연결되고 다른 쪽 스위치에 연결되는 스타 토폴로지 및 공유 전송 매체를 사용합니다.
셀 스위칭(셀 릴레이)
셀 스위칭 - 네트워크 기술, 셀에 담긴 데이터의 하드웨어 고속 전환 제공 일정한 길이. 셀의 스위칭은 통합 스위칭 노드에 의해 수행됩니다.
컷스루 스위칭
엔드투엔드 스위칭은 데이터 블록이 완전히 수신되기 전에 중계 시스템에 의해 전송을 시작하는 스위칭 방법입니다.
고속 데이터 스위칭 속도 데이터스위칭)
고속 데이터 스위칭 - 방법론 빠른 전송데이터 블록 네트워크에서 다음을 가정합니다.
1. 하드웨어에서만 스위칭 및 라우팅 기능을 수행합니다.
2. 모든 중간 노드에서 데이터 블록 확인을 거부합니다.
혼합 스위칭
혼합 스위칭은 ISDN 네트워크에서 회선 스위칭과 패킷 스위칭을 제공하는 포괄적인 전송 서비스입니다. ~에 혼합 스위칭가능 통신 네트워크논리 채널은 회선을 전환하고 관리 또는 가입자 시스템 쌍을 연결하는 시퀀스를 만드는 데 사용됩니다. 에 의해 무료 채널데이터 블록은 패킷 교환 모드로 전송됩니다.