Мультиплексирование в сетях с коммутацией каналов
Каждый канал связи в линии связи организовывается при помощи частотного либо временного разделения. В первом случае каждому каналу связи отводится определенная полоса частот, которая не изменяется в течение всего сеанса связи. Например, для телефонных сетей типичной шириной полосы пропускания является 4 кГц. Радиостанции, работающие в FM-режиме, также используют принцип частотного разделения.
В настоящее время в телефонии наблюдается тенденция замены частотного разделения временным. Более того, большинство технологически развитых телефонных сетей уже использует принцип временного разделения каналов. Суть временного разделения заключается в следующем: время разбивается на равные промежутки, называемые кадрами, а каждый кадр делится на фиксированное число слотов. Выделение канала связи заключается в закреплении за парой абонентов одного временного слота в каждом кадре. Внутри этого слота происходит монопольная передача пакетов между абонентами по линии связи.
На рис. 1.6 показаны схемы функционирования линии связи, поддерживающей четыре канала, для случаев частотного и временного разделения. При частотном разделении полоса пропускания линии связи делится на 4 равные диапазона по 4 кГц. При временном разделении время делится на кадры, в каждом из которых имеются 4 слота; за каждым каналом связи закреплен один из этих слотов. Скорость передачи для временного разделения равна произведению частоты следования кадров и числа битов внутри каждого слота. Например, если частота следования кадров составляет 8000 кадров в секунду, а слот включает 8 бит, то скорость передачи по каналу связи будет составлять 64 Кбит/с.
Сторонники технологии коммутации пакетов всегда обращали внимание на серьезный недостаток сетей с коммутацией каналов, заключающийся в том, что выделенные каналы связи нельзя освободить в периоды простоя. Например, если во время телефонного разговора собеседники молчат (не передают информацию), то выделенный для них канал нельзя «отобрать» и использовать для других соединений. Представьте себе радиолога, которому необходим удаленный доступ к рентгеновским снимкам. Если этот доступ осуществляется при помощи коммутации каналов, то радиолог сначала устанавливает соединение, получает снимок, просматривает его, а затем запрашивает новый снимок. Все периоды времени, когда он занимается изучением снимков, являются простоями с точки зрения передачи информации по каналу связи.
Другой причиной, по которой коммутация каналов вызывает вполне обоснованную критику, является необходимость в сложном сигнальном оборудовании для управления коммутациями и выделения частотных полос каналам связи.
Перед тем как завершить разговор о сетях с коммутацией каналов, давайте рассмотрим численный пример, наглядно иллюстрирующий суть этой технологии. Пусть нам необходимо передать файл размером 640 ООО бит от хоста А хосту В методом коммутации каналов. Сколько времени займет передача? Предположим, что все линии связи в сети одинаковы, используют принцип временного разделения, при этом число слотов кадра равно 24, а скорость передачи по линии составляет 1,536 Мбит/с. Предположим также, что временные затраты на установление соединения хоста А с сетью равны 0,5 с. Итак, поскольку скорость линии связи поровну «распределяется» между всеми каналами связи, скорость передачи по каналу связи составляет (1,536 Мбит/с) / 24 = 64 Кбит/с. Теперь мы можем рассчитать время передачи файла по каналу связи: 640 ООО бит / (64 Кбит/с) = 10 с. Учитывая затраты хоста А на установление соединения, получаем полное время передачи файла: 10 с + 0,5 с = 10,5 с. В первом приближении время передачи не зависит от числа линий связи: его можно считать равным 10 с и в случае одной линии, и в случае 100 линий. Далее в этой главе мы рассмотрим понятие задержки распространения и избавимся от указанного предположения.