Коммутация сообщений
По мере того как в различных странах мира одна за другой вводились в эксплуатацию системы телеграфной связи, развивались национальные сети связи. Сообщение можно было послать из одного пункта в другой даже в тех случаях, когда эти два пункта не обслуживались общей телеграфной линией. В этом случае операторы телеграфной службы на промежуточных станциях осуществляли прием сообщения по одной линии и передачу его по другой. Если телеграфная станция обслуживала несколько исходящих из нее линий, то процесс пересылки сообщения с одной линии на другую превращался, по существу, в процесс коммутации.
Процесс переброса сообщения с одной телеграфной линии на другую (или его коммутация) стал полуавтоматическим, когда были созданы телетайпы с перфораторами бумажной ленты и устройствами считывания. Входящее сообщение можно было автоматически закодировать и записать на перфоленте на одном телетайпе и затем считать на другом телетайпе для передачи по соответствующей исходящей линии. Процесс пересылки сообщения с одной линии на другую описанным выше способом привел к появлению систем, получивших название систем коммутации сообщений с отрывом ленты. Некоторые системы коммутации с отрывом ленты существуют еще и в настоящее время.
Одна из самых крупных в мире систем коммутации сообщений была полностью автоматизирована в 1963 г., когда фирма Collins Radio Company of Cedar Rapids ввела в эксплуатацию систему коммутации сообщений на базе ЭВМ для авиакомпаний стран Северной Америки. Эта система и ее более поздние аналоги исключили пересылки перфоленты, заменив их запоминанием входящих сообщений непосредственно в памяти машины (дисковый файл) и последующим направлением их автоматически на соответствующую исходящую линию, когда она свободна. Поэтому этот способ работы часто называют коммутацией сообщений с промежуточным накоплением.
Поскольку каждое сообщение сопровождается заголовком, содержащим адрес и, возможно, информацию о маршрутизации, то процессор сообщений на каждом узле может определить, на какую исходящую линию следует коммутировать сообщение. Как показано на рис. 8.1, на каждом узле процессор формирует очереди сообщений для передачи по каждой исходящей линии связи. Обычно применяется дисциплина обслуживания сообщений из очереди по принципу «первым пришел — первым обслужен». Однако иногда заголовок может содержать информацию об уровне приоритета сообщения, либо данные о качестве обслуживания, и тем самым позволяет произвести перестановки в очереди, помещая критичные ко времени сообщения в начало очереди.
Рис. 8.1. Сеть с коммутацией сообщений
Сеть коммутации сообщений принципиально отличается от сети коммутации каналов тем, что источник и пункт назначения не взаимодействуют в реальном масштабе времени. В действительности большинство сетей коммутации сообщений могут обеспечивать передачу сообщения с задержанной доставкой, если узел назначения занят или не имеет возможности обслужить эту нагрузку. В этом случае нет необходимости определять состояние узла назначения до начала передачи сообщения, как при коммутации каналов.
Сети коммутации сообщений принципиально отличаются от сетей коммутации каналов также и тем, как они реагируют на перегрузку. Сеть коммутации каналов блокирует или сбрасывает избыточную нагрузку, а сеть коммутации сообщений принимает обычно всю поступающую нагрузку, однако увеличивает время доставки сообщения, которое является следствием увеличения средних значений длин очереди.
Другое важное отличие сети коммутации сообщений состоит в том, что линии передачи никогда не бывают свободными, если имеется для них нагрузка, ожидающая обслуживания. В сети коммутации каналов канал может быть закреплен за определенным соединением, но не за фактически обслуживаемой нагрузкой. Таким образом, часть пропускной способности может простаивать, в то время как абонентам отказывают в обслуживании. В противоположность этому использование линий передачи в сети коммутации сообщений непосредственно зависит от реального потока информации. Можно достичь сколь угодно высокого использования каналов, если допустить большие значения времени пребывания сообщения в очереди. В гл. 9 приведены основные результаты теории очередей, которые показывают взаимосвязь использования каналов с временем пребывания сообщения в очереди.