Veřejné datové sítě, přepojování okruhů a přepojování paketů

V rozlehlých počítačových sítích se uzlové počítače propojují po dvojicích mezi sebou pomocí tzv. dvoubodových spojů (point-to-point lines) - viz obr. 17.1.a/. Nikoli ovšem každý s každým, takže spojení mezi dvěma počítači může vést přes několik mezilehlých. V tomto případě si počítačová síť musí sama zajistit vše, co je třeba, aby se přenášená data dostala až do cílového uzlu: např. volbu nejvhodnější cesty (která nemusí být zdaleka jen jedna), přijetí dat v mezilehlém uzlu a jejich následné odeslání dále k cílovému uzlu atd.

Obr. 17.1.: Propojení uzlů počítačové sítě
a/ pomocí dvoubodových spojů
b/ pomocí veřejné datové sítě

Spojové organizace (správy spojů) však mohou nabízet ještě jinou alternativu, při které na sebe přebírají všechny právě naznačené povinnosti, spojené s doručením dat až k jejich skutečnému adresátovi. Jako další službu veřejnosti mohou nabízet vlastní síť pro přenos dat, tzv. veřejnou datovou síť (Public Data Network, PDN), na kterou si mohou uživatelé připojovat své počítače, terminály apod.

Z pohledu svých uživatelů se veřejná datová síť jeví jako jedna velká černá skříňka s určitým počtem přístupových bodů, ke kterým se pomocí dvoubodových spojů (přípojek) napojují uživatelské počítače - viz obr. 17.1.b/. Pro ně pak veřejná datová síť funguje jako jedno velké propojovací pole - dokáže přenést data z kteréhokoli svého přístupového bodu do kteréhokoli jiného.

Vnitřní struktura veřejné datové sítě není pro uživatele relevantní, a často se ani nezveřejňuje. Co však musí být velmi přesně definováno, zveřejněno a dodržováno, jsou přesná pravidla hry při připojování čehokoli na veřejnou datovou síť, tedy rozhraní mezi veřejnou datovou sítí a připojeným počítačem.

Obr. 17.2.: Představa sítě s přepojováním okruhů

Pro vlastní transport dat může veřejná datová síť (tak jako obecně každá síť) používat různé mechanismy. Jednou z možností je tzv. přepojování okruhů (circuit switching), které lze nejlépe přirovnat k mechanismu činnosti veřejné telefonní sítě. Také zde totiž dochází k propojování přenosových cest tak, aby mezi dvěma přístupovými body k veřejné datové síti vzniknul jediný přenosový okruh, v tomto případě datový okruh - viz obr. 17.2. Tento datový okruh musí být nejprve sestaven (na žádost toho, kdo spojení přes veřejnou datovou síť iniciuje) a pak existuje až do té doby, než je opětně rozpojen. Oba účastníci spojení tak mají po celou dobu své vzájemné komunikace k dispozici a výlučně pro sebe datový okruh, po kterém si mohou vyměňovat data v podstatě jakýmkoli způsobem. Mohou si posílat libovolně velké bloky dat, nebo také např. spojitý proud bytů.

Další možností je tzv. přepojování paketů (packet switching). To je založeno na myšlence, že přenášená data se rozdělí na stejně velké bloky, a k nim se doplní některé další údaje (mj. adresa odesilatele a adresa příjemce). Tím vznikají tzv. pakety (packets), které se pak přenáší datovou sítí jako dále nedělitelné celky. Nevzniká zde ovšem žádný skutečný datový okruh mezi odesilatelem a příjemcem paketu. Místo toho si jednotlivé vnitřní uzly veřejné datové sítě předávají pakety mezi sebou, dokud je nedoručí až k přístupovému bodu, na který je napojen adresát paketu.

Obr. 17.3.: Představa sítě s datagramovou službou

Mechanismus přepojování paketů může být realizován dvěma odlišnými způsoby. První z nich předpokládá, že každý vnitřní uzel datové sítě, který přijme nějaký paket, se vždy znovu rozhoduje o tom, kudy ho má poslat dál. Jde o analogii běžné listovní pošty, ve které datový paket odpovídá dopisní obálce, opatřené adresou příjemce, a vnitřní uzel datové sítě hraje roli poštovního úřadu, který musí rozhodnout o tom, kam obálku předá dál. Analogii s listovní poštou symbolizuje i název této varianty přepojování paketů, které se říká datagramová služba, a datovým paketům datagramy (datagrams). Výhodou je možnost, aby datová síť při přenosu datagramů průběžně reagovala na své okamžité zatížení, a v případě potřeby volila různé alternativní cesty přenosu. V důsledku toho pak datová síť nezaručuje správné pořadí doručování jednotlivých datagramů - může se totiž stát, že díky použití alternativních tras uvnitř datové sítě některé datagramy "předbíhají" - viz obrázek 17.3.

Nevýhodou datagramové služby je režie, spojená s rozhodováním o dalším směru přenosu. Tu se snaží minimalizovat alternativní způsob realizace mechanismu přepojování paketů, označovaný jako mechanismus virtuálních spojů (též: virtuálních spojení, virtuálních okruhů - virtual calls, virtual circuits). Aby se každý vnitřní uzel datové sítě nemusel pro každý nový paket znovu rozhodovat, kudy ho pošle dál, zvolí se ještě před vlastním přenosem dat jedna pevná cesta od odesilatele k příjemci, a po celou dobu přenosu se pak používá právě a pouze tato cesta - viz obr. 17.4. Celý mechanismus funguje tak, že nejprve se od odesilatele vyšle zvláštní paket, který "vytyčí" momentálně nejvhodnější cestu mezi oběma účastníky, a informace o ní zanese do každého vnitřního uzlu, který na této cestě leží. Vzniká tak analogie datového okruhu, který ovšem existuje pouze jako konvence o tom, kudy se mají pakety přenášet - proto přívlastek "virtuální". Vlastní pakety, které se odesílají virtuálním spojem, nejsou opatřovány adresou svého příjemce, ale označením virtuálního spoje, který k jejich příjemci vede. Každý vnitřní uzel datové sítě, který takový paket přijme, se pouze podívá do svých tabulek, kudy příslušné virtuální spoj pokračuje dál, a tím směrem přijatý paket opět předá.

Obr. 17.4.: Představa sítě s virtuálními spoji

Virtuální spoje se tedy zřizují až v okamžiku potřeby přenosu dat, a po jeho dokončení se zase ruší. Existuje ovšem i jiná možnost, tzv. pevné virtuální spoje (též: pevné virtuální okruhy - permanent virtual calls, permanent virtual circuits). V tomto případě jsou potřebné informace o "trase" virtuálního spoje uchovávány ve vnitřních uzlech datové sítě trvale. Tím odpadá potřeba zřizování a následného rušení virtuálního spoje, který tak existuje i v době, kdy není využíváno.

K veřejným datovým sítím, které používají mechanismus přepojování paketů (sítím PSPDN, Packet Switched Public Data Networks) lze samozřejmě připojovat jen taková zařízení, která jsou schopna s pakety požadovaného formátu pracovat. Existuje ovšem i jiná možnost - svěřit sestavování dat do paketů a jejich zpětné "vybírání" specializovanému zařízení, které pak může sloužit potřebám více jednodušších koncových zařízení (např. terminálů), které s pakety pracovat neumějí. Jedná se o tzv. zařízení PAD (Packet Assembler/Disassembler).

Veřejné datové sítě jsou dnes ve světě značně rozšířené, a to převážně v podobě sítí s přepojováním paketů a s virtuálními spoji. Jsou budovány podle doporučení X.25 organizace CCITT, které je dnes standardem pro tento druh veřejných datových sítí (a my si o něm budeme ještě povídat podrobněji).

Podle místních legislativních podmínek jsou veřejné datové sítě buď majetkem příslušné správy spojů, která má na jejich zřizování monopol, nebo mohou být provozovány i jinými organizacemi. Vždy však na komerčním základě. Uživatel platí za využití veřejné datové sítě buď paušálně, nebo podle objemu přenesených dat, nejčastěji však kombinací obou způsobů.

Pro provozovatele počítačových sítí je veřejná datová síť lákavou možností, jak propojit jednotlivé uzlové počítače své sítě. Minimalizuje jednorázové počáteční náklady na zřízení komunikační infrastruktury a průběžné náklady na její správu. Vzhledem k obvyklé závislosti poplatků za přenos na objemu dat však vykazuje vyšší provozní náklady. Záleží tedy vždy na konkrétní tarifní politice a objemu provozu v počítačové síti, kdy se ještě vyplatí využívat služeb veřejné datové sítě a kdy je výhodnější si zřídit vlastní komunikační infrastrukturu.

---