Sieć telekomunikacyjna

Sieć telekomunikacyjna, elektroniczny system łączy i przełączników oraz elementy sterujące ich działaniem, które pozwalają na przesyłanie i wymianę danych między wieloma użytkownikami.

Gdy kilku użytkowników mediów telekomunikacyjnych chce się ze sobą komunikować, muszą być zorganizowani w jakąś formę sieci. Teoretycznie każdy użytkownik może otrzymać bezpośrednie łącze punkt-punkt do wszystkich innych użytkowników w tak zwanej w pełni połączonej topologii (podobnej do połączeń stosowanych w pierwszych dniach telefonii), ale w praktyce ta technika jest niepraktyczne i drogie - szczególnie w przypadku dużej i rozproszonej sieci. Co więcej, metoda jest nieefektywna, ponieważ większość linków będzie nieaktywna w dowolnym momencie. Nowoczesne sieci telekomunikacyjne unikają tych problemów, ustanawiając połączoną sieć przełączników lub węzłów, dzięki czemu każdy użytkownik jest podłączony do jednego z węzłów. Każde łącze w takiej sieci nazywane jest kanałem komunikacyjnym. W różnych kanałach komunikacyjnych można stosować drut, kabel światłowodowy i fale radiowe.

Rodzaje sieci

Przełączana sieć komunikacyjna

Przełączana sieć komunikacyjna przesyła dane ze źródła do miejsca docelowego za pośrednictwem szeregu węzłów sieciowych. Przełączanie można wykonać na dwa sposoby. W sieci z komutacją obwodów przez sieć ustanawiana jest dedykowana ścieżka fizyczna, która jest utrzymywana tak długo, jak długo konieczna jest komunikacja. Przykładem tego rodzaju sieci jest tradycyjny (analogowy) system telefoniczny. Z drugiej strony sieć z komutacją pakietów kieruje dane cyfrowe w małych kawałkach zwanych pakietami, z których każdy przebiega niezależnie przez sieć. W procesie zwanym „zapisz i przekaż” każdy pakiet jest tymczasowo przechowywany w każdym węźle pośrednim, a następnie przekazywany, gdy następne łącze będzie dostępne. W schemacie transmisji zorientowanym na połączenie każdy pakiet podąża tą samą trasą przez sieć, a zatem wszystkie pakiety zwykle docierają do miejsca docelowego w kolejności, w jakiej zostały wysłane. I odwrotnie, każdy pakiet może podążać inną siecią przez sieć w schemacie bezpołączeniowym lub datagramowym. Ponieważ datagramy mogą nie dotrzeć do miejsca docelowego w kolejności, w jakiej zostały wysłane, są ponumerowane, aby można je było poprawnie złożyć ponownie. Ta ostatnia metoda służy do przesyłania danych przez Internet.

Sieć nadawcza

Sieć rozgłoszeniowa unika skomplikowanych procedur routingu sieci przełączanej, zapewniając, że transmisje każdego węzła są odbierane przez wszystkie inne węzły w sieci. Dlatego sieć rozgłoszeniowa ma tylko jeden kanał komunikacyjny. Przewodowa sieć lokalna (LAN), na przykład, może być skonfigurowana jako sieć rozgłoszeniowa, z jednym użytkownikiem podłączonym do każdego węzła, a węzły zazwyczaj rozmieszczone w topologii magistrali, pierścienia lub gwiazdy, jak pokazano na rysunku. Węzły połączone razem w bezprzewodowej sieci LAN mogą nadawać przez łącza radiowe lub optyczne. Na większą skalę wiele satelitarnych systemów radiowych to sieci rozgłoszeniowe, ponieważ każda stacja naziemna w systemie zazwyczaj słyszy wszystkie wiadomości przekazywane przez satelitę.

Dostęp do sieci

Ponieważ wszystkie węzły mogą słyszeć każdą transmisję w sieci rozgłoszeniowej, należy ustanowić procedurę przydzielania kanału komunikacyjnego do węzła lub węzłów, które mają pakiety do przesłania, a jednocześnie zapobiegają destrukcyjnym zakłóceniom spowodowanym kolizjami (jednoczesne transmisje). Ten rodzaj komunikacji, zwany wielokrotnym dostępem, można ustanowić albo przez szeregowanie (technika, w której węzły nadają kolejno w uporządkowany sposób), albo przez losowy dostęp do kanału.

Zaplanowany dostęp

W metodzie szeregowania znanej jako wielodostęp z podziałem czasu (TDMA), szczelina czasowa jest przypisywana z kolei każdemu węzłowi, który wykorzystuje szczelinę, jeśli ma coś do przesłania. Jeśli niektóre węzły są znacznie bardziej obciążone niż inne, TDMA może być nieefektywny, ponieważ żadne dane nie są przekazywane podczas przedziałów czasowych przydzielonych cichym węzłom. W takim przypadku może zostać wdrożony system rezerwacji, w którym jest mniej szczelin czasowych niż węzły, a węzeł rezerwuje szczelinę tylko wtedy, gdy jest ona potrzebna do transmisji.

Odmianą TDMA jest proces odpytywania, w którym kontroler centralny pyta kolejno każdy węzeł, czy wymaga on dostępu do kanału, a węzeł przesyła pakiet lub wiadomość tylko w odpowiedzi na swoje odpytywanie. „Inteligentne” kontrolery mogą dynamicznie reagować na węzły, które nagle stają się bardzo zajęte, odpytując je częściej w celu transmisji. Zdecentralizowana forma odpytywania nazywa się przekazywaniem tokenów. W tym systemie specjalny pakiet „tokena” jest przekazywany z węzła do węzła. Tylko węzeł z tokenem jest upoważniony do transmisji; wszyscy inni są słuchaczami.

Losowy dostęp

Schematy zaplanowanego dostępu mają kilka wad, w tym duży narzut związany z procesami rezerwacji, odpytywania i przekazywania tokenów oraz możliwość długich okresów bezczynności, gdy transmituje tylko kilka węzłów. Może to prowadzić do znacznych opóźnień w przekazywaniu informacji, zwłaszcza gdy w różnych częściach sieci występuje duży ruch w różnych momentach, co jest cechą wielu praktycznych sieci komunikacyjnych. Algorytmy o dostępie swobodnym zostały zaprojektowane specjalnie, aby dać węzłom coś, co umożliwi szybszy dostęp do kanału. Chociaż kanał jest podatny na kolizje pakietów w ramach losowego dostępu, opracowano różne procedury w celu zmniejszenia tego prawdopodobieństwa.