Telekommunikationsnätverk

Telekommunikationsnätverk, elektroniskt system för länkar och switchar, och kontrollerna som styr deras drift, som möjliggör dataöverföring och utbyte mellan flera användare.

När flera användare av telekommunikationsmedier vill kommunicera med varandra måste de vara organiserade i någon form av nätverk. I teorin kan varje användare få en direkt punkt-till-punkt-länk till alla andra användare i det som kallas en helt ansluten topologi (liknande de anslutningar som användes under de tidigaste dagarna av telefoni), men i praktiken är denna teknik opraktiskt och dyrt - speciellt för ett stort och spriddt nätverk. Vidare är metoden ineffektiv, eftersom de flesta av länkarna kommer att vara inaktiva vid en viss tidpunkt. Moderna telekommunikationsnät undviker dessa problem genom att skapa ett länkat nätverk av switchar eller noder, så att varje användare är ansluten till en av noderna. Varje länk i ett sådant nätverk kallas en kommunikationskanal. Tråd, fiberoptisk kabel och radiovågor kan användas för olika kommunikationskanaler.

Typer nätverk

Växlat kommunikationsnätverk

Ett växlat kommunikationsnät överför data från källa till destination via en serie nätverksnoder. Växling kan göras på ett av två sätt. I ett kretsomkopplat nätverk etableras en dedicerad fysisk väg genom nätverket och hålls så länge som kommunikation är nödvändig. Ett exempel på denna typ av nätverk är det traditionella (analoga) telefonsystemet. Ett paketomkopplat nätverk, å andra sidan, dirigerar digital data i små bitar som kallas paket, var och en fortsätter oberoende genom nätverket. I en process som kallas lagring och framåt lagras varje paket tillfälligt vid varje mellanliggande nod och vidarebefordras sedan när nästa länk blir tillgänglig. I ett anslutningsorienterat överföringsschema tar varje paket samma väg genom nätverket, och därmed anländer vanligtvis alla paket till destinationen i den ordning de skickades till. Omvänt kan varje paket ta en annan väg genom nätverket i ett anslutningsfritt eller datagramschema. Eftersom datagram inte kanske anländer till destinationen i den ordning de skickades, numreras de så att de kan sättas tillbaka ordentligt. Det senare är metoden som används för att överföra data via Internet.

Broadcast nätverk

Ett sändningsnätverk undviker de komplexa routingprocedurerna för ett omkopplat nätverk genom att säkerställa att varje nodes sändningar tas emot av alla andra noder i nätverket. Därför har ett sändningsnätverk bara en enda kommunikationskanal. Ett trådbundet lokalt nätverk (LAN), till exempel, kan ställas in som ett sändningsnätverk, med en användare ansluten till varje nod och noderna är vanligtvis anordnade i en buss-, ring- eller stjärntopologi, såsom visas i figuren. Noder som är anslutna i ett trådlöst LAN kan sända via radio eller optiska länkar. I större skala är många satellitradiosystem sända nätverk, eftersom varje jordstation i systemet vanligtvis kan höra alla meddelanden som vidarebefordras av en satellit.

Nätverkstillgång

Eftersom alla noder kan höra varje sändning i ett sändningsnätverk, måste en procedur inrättas för att tilldela en kommunikationskanal till noden eller noderna som har paket att sända och samtidigt förhindra destruktiv störning från kollisioner (samtidiga sändningar). Denna typ av kommunikation, kallad multipelåtkomst, kan upprättas antingen genom schemaläggning (en teknik där noder vänder överföring på ett ordnat sätt) eller genom slumpmässig åtkomst till kanalen.

Schemalagd åtkomst

I en schemaläggningsmetod, så kallad time-division multiple access (TDMA), tilldelas en tidslucka i tur och ordning till varje nod, som använder luckan om den har något att sända. Om vissa noder är mycket mer upptagna än andra, kan TDMA vara ineffektivt, eftersom ingen data skickas under tidsluckor som tilldelas tystnoder. I detta fall kan ett reservationssystem implementeras, i vilket det finns färre tidsluckor än noder och en nod reserverar en plats endast när det behövs för överföring.

En variation av TDMA är pollingprocessen, i vilken en central styrenhet frågar varje nod i tur och ordning om den kräver kanaltillgång, och en nod överför bara ett paket eller ett meddelande som svar på sin undersökning. "Smarta" styrenheter kan svara dynamiskt på noder som plötsligt blir mycket upptagna genom att polla dem ofta för överföringar. En decentraliserad form av polling kallas tokenpassing. I detta system överförs ett speciellt "token" -paket från nod till nod. Endast noden med tokenet är behörig att sända; alla andra är lyssnare.

Slumpmässig tillgång

Schemalagda åtkomstscheman har flera nackdelar, inklusive det stora omkostnad som krävs för reservations-, polling- och tokenpassningsprocesser och möjligheten för långa viloperioder när bara några få noder överförs. Detta kan leda till omfattande förseningar i routningsinformation, särskilt när tung trafik uppstår i olika delar av nätverket vid olika tidpunkter - ett kännetecken för många praktiska kommunikationsnätverk. Slumpaccessalgoritmer utformades specifikt för att ge noder med något för att överföra snabbare åtkomst till kanalen. Även om kanalen är sårbar för paketkollisioner under slumpmässig åtkomst har olika procedurer utvecklats för att minska denna sannolikhet.