СОУ „Гошо Викентиев“ – Кочани

Проектна задача по предметот

Телекомуникациски склопови и уреди на тема:

КОМУТАЦИЈА

Изработил Ментор

јануари, 2014, Кочани

Содржина

Содржина........................................................................................................................2

Вовед...............................................................................................................................3

Поим за комутација........................................................................................................4

Комутација на кола со користење на датаграми и со виртуелни кола(Со воспоставување врски и без воспоставување врски)..................................................6

Комутацијата на пакети кај мрежите.............................................................................7

Споредба на X.25 и Препраќање на рамки(Frame Relay)...........................................8

Дигитална комутација....................................................................................................9

Јазли за комутација на водови......................................................................................9

Јазли за комутација на пакети и клетки......................................................................10

Заклучок........................................................................................................................12

Користена литература.................................................................................................13

2

Вовед

Комутацијата е француски збор и значи преспојување. Се користат два

главни пристапи. Првиот е со користење на датаграми, а вториот е со виртуелни

кола. Кај првиот пристап секој пакет содржи информации за насочување или

изворната и целната адреса. Секој од пакетите се насочува посебно, што

резултира со различни патеки на пренесување и нередоследно пристигање на

пакетите. Кај вториот пристап, пред да се испрати било кој пакет, се воспоставува

претходно испланирана патека т.н. виртуелна патека. При ваквиот пристап,

пакетите во себе вклучуваат индетификатор на виртуелната врска, наместо

информации за адреси, и тие пристигаат до целта по редослед.

Комуникацијата со пакети може да се оствари со и без посредни јазли. Кај

сите комуникации базирани на пакети, мрежните ресурси се управувани со

статистичко милтиплексирање или динамичка алокација на податочната брзина,

каде комуникацискиот канал е поделен на произволен број на логички канали со

променлива брзина на пренос или податочни протоци. Алтернативно, пакетите

може да бидат препраќани според некоја шема или распоред за рамноправност

или со некои механизми на одредување на различен приоритет за различни

пакети со цел поквалитетен пренос(quality of service), како што се препраќањето

по групи(pipelinе forwarding) и временско доделување на приорите(time driven

priority-TDP). Со секое чување на пакетите во бафери се појавува задоцнување и

3

промена на податочна брзина при пренос. Во случај на споделен физички медиум,

пакетите може да се доставуваат според некоја шема на повеќекратен пристап до

медиумот (мрежата).

Поим за комутација

Концептот на комутација на мали блокови на податоци првпат бил

претставен од Пол Баран во раните 1960-ти години. Истовремено, истата идеја ја

развил и Доналд Дејвис од Обендинетото Кралство во Националната

Лабораторија по Физика.

Лионард Клајнрок спровел истражување за теоријата на редење која ќе се

покаже како многу важна за комутацијата на пакети, а во 1961 година издал книга

од областа на преклопување на дигитални пораки. Подоцна имал значајна улога

во градењето и водењето на првата мрежа која поддржувала комутација на

пакети, АРПАНЕТ.

Баран за време на истражувањето, во РАНД корпорацијата, за

преживувачки комуникациски мрежи наманети за Американската Авијација, го

развил концептот на преклопување на блок пораки. Првпат го претставил на

Американската Авијација, летото 1961 година, како брифинг Б-265, а потоа во

1962 го издал како Документ П-2626 во споственост на РАНД. Потоа ја проширува

истата и додава уште 11 документи и во

1961 година ги издава како "За

Дистрибуираните Коминикации"(On

4

Distributed Communications). Во П-2626 е опишана архитектура за дистрибуирана

преживувачка комуникациска мрежа од голем размер. Документот се фокусира на

три клучни идеи. Првата е употреба на децентрализирана мрежа со повеќе патеки

помеѓу две комуникациски точки. Втората, разделување на корисничките пораки

во блокови(претходници на пакетите). Третата, доставувањето/преносот на овие

болокови да биде преку комутација зачувај-препрати.

Идеите и истрачувањата на Баран, стигнале до Роберт Тејлор и Џозеф

Ликлидер, стручњаци за широко распространети мрежи. Овие идеи го убедиле

Лоренс Робертс, кој бил поставен од Тејлор за одговорен за развој на АРПАНЕТ,

да ја користи оваа технологијата на комутација на пакети.

Истражувањата на Барана биле слични на истражувањата кои Дејвис

самостојно ги извел во Националната Лабораторија по Физика во Велика

Британија. Во 1965 година. Дејвис го развил концептот за комутација на пакети и

дал предлог за изградба на широко распространета мрежа во Велика Британија.

Во 1966 година, на говорот за неговиот предлог, човек од министерството за

одбрана на САД му укажал на сличноста на неговите истражувања со оние на

Баран. Па во 1967 година на симпозиумот на АЦМ за Принципите на

Оперативните Системи, дошло до средба на човек од тимот на Дејвис со Лоренс

Робертс, која потоа резултирала со обединување на двете групи.

Интересно е тоа што Дејвис ги одбрал истите параметри за дизајнот на

мрежата исто како Баран, како на пример големината од 1024 бити на пакетите.

Во 1966 година, Дејвис предложува да се изгради мрежа во Националната

Лабораторија за да служи за потребте на истата и притоа ја докажал надежноста

на методот на преклопување на

пакети. Податочната комуникациска

мрежа на НЛФ била во функција во

1970 година. Робертс и тимот на

5

Арпанет го користат називот на Дејвис, за оваатехнологија, "преклопување на

пакети"(packet switching).

Првата компјутерска мрежа со технологијата на комутација на пакети која се

користела за размена на компјутерски ресурси била Октопус Мрежата(Octopus

Network) на Националната Лабораторија Лоренс Ливрмор, која била во употреба

од 1968 година. Поврзувала 4 компјутери од типот Control Data 6600 со неколку

уреди за сладирање(вклучувајки еден IBM 2321 Data Cell во 1968 година и еден an

IBM Photostore во 1970) и со неколку стотици терминали со временска поделба од

типот ASR-33 Teletype.

Комутација на кола со користење на датаграми и со виртуелни кола(Со воспоставување врски и без воспоставување врски)

Сервисот кој им е овозможен на корисниците на мрежи со комутација на

пакети може да биде без воспоставување на врска т.е со користење на датаграми

или со воспоставување на логичка врска, познато како преклопување на

виртуелни кола. Протоколи за мрежи кои не воспоставуваат врска се: Етернет,

Интернет протокол и Кориснички протокол. А протоколи за мрежите кои

воспоставуваат логичка врска се: X.25, Препраќање на рамки(Frame relay), Режим

на асинхрон пренос(ATM), Multiprotocol Label Switching(MPLS) и Протокол за

конторла на пренос(TCP).

Кај мрежите каде се воспоставува логичка врска секој пакет има

индетификатор ID, а не адреса. Информации за адресата се пренесуваат до секој

јазел при воспоставување на врската, кога ќе се дознае целта на патеката се

внесува податок во преклопувачките табели на секој јазел. Сигнализирачките

протоколи кои се користат, овозможуваат апликацијата да ги специфицира своите

побарувања, а мрежата да специфицира колкав капацитет и други параметри се

достапни и се договараат вредности на тие параметри на сервис. Насочување на

пакет е многу едноставно, јазелот само треба да го побара индетификаторот во

6

табелата. Заглавјето на пакетот ќе биде мало, затоа што би содржело само

индетификатор и информации како должина, временски печат или секвенцен број,

кои се различни за различни пакети.

Кај сервисот без воспоставување на врска секој пакет е означен со целна

адреса, изворна адреса и броеви на порти, а можно е да имаат и секвенцни

броеви. Овие неколку атрибути ја исклучуваат потребата од посветена патека, но

поради нив заглавјето е поголемо,содржи повеќе информации и овие информации

мора да бидат најдени во содржински адресибилна меморија која користи многу

енергија. Секој пакет може да има поинаква патека. И системот треба да вложи

напор за секој пакет толку колку што системот со воспоставување на врски

вложува за поставување на виртуелната врска. На целта оригиналната порака се

составува врз основа на секвенцните бројки на пакетите. Затоа виртуелната

врска, позната како виртуелно коло е овозможена за корисникот од протоколи кои

работат на трансспортното ниво, иако посредничките мрежни јазли овозможуваат

само сервис без воспоставување на врска на мрежниот слој.

Комутацијата на пакети кај мрежите

Со комутацијата на пакети се оптимизира употребата на капацитетот на

каналот кој е достапен кај дигиталните комуникациски мрежи, како што се

компјутерските мрежи, да го сведе до минимум доцнењето на преносот и

комуникацијата да биде што е можно поотпорна на грешки т.е. да се справува со

нив.

Најпознатиот пример за мрежа каде се користи комутацијата на пакети се

Интернетот и локалната мрежа (LAN). Интернетот е имплементиран со TCP/IP

архитектура на протоколи користејќи различни протоколи на поврзувачкото ниво.

Најчесто се користат Етернет и Препраќање на рамки. Комутација на пакети се

користи и кај комуникацијата со мобилен телефон.

7

Протоколот X.25 е еден од

почесто користените кај мрежите со

комутација на пакети, кој иако е

базиран на комутација на пакети,

овозможува виртуелни кола. Преку

овие виртуелни кола се

пренесуваат пакети со различна

големина. Во 1978 со X.25 протоколот е остварена првата интернационална

комерцијална мрежа, International Packet Switched Service (IPSS), која работи со

комутација на пакети. Режимот на асинхрон пренос (ATM) е исто така протокол за

виртуелни кола, која користи клетки, наместо пакети, кои се за разлика од

пакетите со фиксна големина.

Кај преклопувањето на кола без воспоставување на врска т.е. со користење

на датаграми, се наоѓаат протоколи како Повеќе протоколното преклопување на

лабели (Multiprotocol Label Switching -MPLS) и протокол за резервирање на

ресурси (resource reservation protocol- RSVP), кои создаваат виртуелни кола кај

мрежи кој поддржуваат комуникација со датаграми. Виртуелните кола се особено

корисни кога се градат редундантни мрежи отпорни на грешки и при алоцирање на

поголем пропусен опсег за апликации чуствителни на задоцнување.

MPLS и неговите претходници, па и ATM, се наречени технологии со брзи

пакети (fast packet technologies). MPLS е познат и како "ATM без ќелии". Но овие

протоколи веќе не им се потребни на современите насочувачи, за да препраќаат

пакети со различна големина, со гигабитни брзини.

Споредба на X.25 и Препраќање на рамки(Frame Relay)

Двата се стандарди за комутација на пакети со воспоставување на логичка

врска т.е. виртуелни кола. Главната разлика тоа што X.25 е доверлив протокол,

затоа што испраќањето на секој пакет помеѓу два соседни јазли е контролирано од

механизам за контрола на грешки каде примачот го известува праќачот, со порака,

8

дека пакетот пристигнал кај него(ARQ). Додека препраќањето на рамки е

недоверлив протокол и максималната големина на пакетот е 1000 бајти. X.25

протоколот работи на мрежниот слој и е дел од X.25 стандардот за протоколи,

познат како OSI стандард за протоколи. Широко е употребуван во 1980-тете, кај

мрежите со релативно мали брзини на проток, на пример како алтернатива за

терминали со преклопување на кола и за банкомати. Препраќањето на рамки е

следбеник на X.25 протоколот. Едноставноста на овој протокол, го прави истиот

прилично побрз и поекономичен во споредба со X.25. Овој протокол работи на

податочното ниво и не обезбедува логичко адресирање и насочување. Се користи

кај полу-постојани врски, додека X.25 врски може да се воспостават за секоја

комуникациска сесија. Во 1990-тите, препраќањето на рамки се користело за

поврзување на локални мрежи со други локални мрежи или сегменти на локлани

мрежи, од страна големи компании кои одржувале широко распространети

телекомуникациски мрежи. Покрај предностите што ги нуди препраќањето на

рамки, некои компании си остануваат доследни на X.25 стандардот. Во САД, X.25

воглавно се користел кај владините и финансиските мрежи кои користеле

мејнфрејм апликации. Многу компании не се префрлаат од X.25 на препраќање на

рамки, затоа што поекономично им е да користат X.25 на поспори мрежи. А во

некои делови на светот, како Азискиот брег на тихиот океан и Јужна Америка, X.25

бил единствен достапен протокол.

Дигитална комутација

Дигиталната комутација претставува комутација на дигиталните канали кои

се добиени со иглосно кодел модулација.

Дигиталниот комутациски систем е системот кој врши дигитална комутација

и има програмско управување. Дигиталниот комутациски систем треба да

овозможи да се изврши дигитална комутација помеѓу било кој временски канал од

влезниот мултиплекс со било кој временски канал од излезниот мултиплекс.

9

Дигиталните комутациски структури се изградени од склопови кои овозможуваат

комутација со просторна и склопови кои овозможуваат комутација на база на

временски канали.

Јазли за комутација на водови

Јазлите за комутација на водови мораат да бидат способни да овозможат

постојани врски (канали) меѓу неговите влезови и излези. Тие го задржуваат

пренесуваниот сигнал минимално време, односно само за времето потребно

евентуално сигналот да се префарли во временската мултиплексна рамка од еден

канал во друг канал кога се работи за јазли со дигитална комутација. Тоа што е

важно за овие јазли е дека:

1. обезбедуваат гаранција за капацитетот или опсегот на каналот кој е

поставен од влезот до излезот,

2. врската со гарантираниот капацитет или опсег ја чуваат се додека

некоја од крајните точки не побара раскинување без разлика колку

тоа ќе трае и без разлика колку корисни информации за тоа време ќе

се пренесат.

Работата на микропроцесорот за воспоставување и раскинување на

врските не мора да биде многу брза, бидејќи преспојувањето на прекинувачките

елементи во KS системот се случуваат само два пати за време на една врска меѓу

два крајни корисници. Првиот пат кога врската се воспоставува и и вториот пат

врската се раскинува.

Кога ќе се воспостави некоја врска од влез до излез на јазолот во него се

зафаќаат ресурси кои не може да се користат од други врски додека не се раскине

воспоставената врска. Затоа кај овие јазли може да се случи некое барање за

воспоставување на врската да биде одбиено, поради немање слободни ресурси.

10

Јазли за комутација на пакети и клетки

Главна карактеристика на јазлите за комутација на пакети и клетки е тоа

што тие вршат комутација по принципот складирај и проследи. Ова значи дека

пакетот што дошол во јазолот се складирал во меморијата и тој таму чека додека

не се ослободи некој од излезните линкови кои му одговараат. На пакетот може да

му одговараат повеќе излезни линкови бидејќи тој до крајната цел може да стигне

по различни патишта. Некој излезен линк е зафатен само во времето кога во него

се проследува некој пакет, а пред тоа време и после тоа време бил и ќе биде

слободен и можно е да се искористи за проследување на други пакети. Па така

исти ресурси во јазолот час се на располагање на врска меѓу еден пар крајни

корисници, час се на располагање на друг пар крајни корисници, па на трет пар, па

потоа можеби пак на првиот пар итн. зависно чиј пакет дошол на ред да се

проследи. При тоа воопшто не е важно за јазолот кога започнуваат и кога и дали

завршиле врските меѓу крајните корисници, туку е важно дали има или нема било

каков пакет за праќање.

11

Заклучок

Комутација или преклопување на пакети е метод на дигитална мрежна

комуникација која ги дели податоците кои се праќаат во податочни болокови со

оптимална големина, наречени податочни пакети, без разлика на нивната

содржина, тип или структура. Комутацијата на пакети се одликува со променлива

брзина на податочниот проток кај споделените мрежи. При поминување низ

мрежните приспособувачи, преклопувачи, насочувачи и други мрежни јазли,

пакетите се чуваат во мемориски региони наречени бафери, каде се подредуваат,

што доведува до променливо задоцнување и пропусен опсег кои зависат од

оптовареноста на мрежата.

Друга основна парадигма за мрежна комуникација, која се разликува од

методот на комутирање на пакети е комутацијата на кола. Со овој метод се

резервираат конечен број на посветени врски со константна податочна брзина и

константно задоцнување помеѓу јазлите, за ексклузивна употреба за време на

комуникациската сесија. Во случај на трошоци при користен мрежен сообраќај, на

пример кај мобилната телефонија, кај комутацијата на кола трошокот се

пресметува по временска единица(цена/време), дури и кога не се праќаат

податоци. Додека кај комутацијата на пакети, трошокот се пресметува по

информациска единица(цена/информација).

12

Користена литература

1. Stewart, Bill (7 јануари 2000). „Paul Baran Invents Packet Switching“. „Living

Internet“. конс. 8 мај 2008.

2. The IBM 2321 Data Cell Drive, Columbia University Computing History

3. The IBM 1360 Photostore, Lawrence Livermore Laboratory Computing History

4. Mendicino, Samuel (30 ноември 1970). „Octopus: The Lawrence Radiation

Laboratory Network“. конс. 6 мај 2009.

5. Interview with the author (of an MPLS-based VPN article), G. Pildush

6. O’Brien, J. A. & Marakas, G. M. (2009). Management Information Systems (9th ed.).

New York: McGraw-Hill/Irwin.

7. Girard, K. (1997, January). X.25 users remaining loyal despite frame-relay hype.

Computerworld, 31(4), 16. Retrieved March 6, 2009, from ABI/INFORM Global

database. (Document ID: 10946641).

13