Виртуальное соединение

Виртуальное соединение (ВС), виртуальный канал (ВК) (англ. VC - Virtual Circuit) — канал связи в сети коммутации пакетов, соединяющий двух и более абонентов, и состоящий из последовательных физических звеньев системы передачи между узлами связи (коммутаторами), а также из физических и логических звеньев внутри коммутаторов на пути между указанными абонентами. Логическое звено управляет физическим звеном и они оба одновременно организуются на этапе установления сквозного ВС между абонентами.

Логическое звено представляет собой запись в памяти коммутатора соответствия идентификатора входящего логического канала (ЛК), ожидаемого в заголовке пакета на данном входящем физическом порту, идентификатору исходящего ЛК и номеру исходящего физического порта.

Как только на данном входящем порту появляется пакет для передачи, логическое звено активируется и задействует соответствующее физическое звено, которое с помощью коммутационного поля передаёт пакет в исходящий порт. При этом входящий идентификатор ЛК (ИЛК) в заголовке пакета заменяется на исходящий ИЛК. Таким образом, помимо физической коммутации, осуществляется и логическая коммутация.

ВС обеспечивает передачу пакетов с сохранением их исходной последовательности^[1] («строго друг за другом»). Каждый такой пакет содержит только идентификатор ближайшего логического канала в звене, и не несёт полную адресную информацию места назначения, в отличие от дейтаграмм. При разъединении ВС соответствующие ему записи в памяти коммутаторов стираются, и на их место могут быть записаны данные нового ВС.

Согласно книге одного из пионеров коммутации пакетов и сотрудника Национальной физической лаборатории Великобритании Дональда Дэвиса и соавторов, концепция виртуального канала была предложена в исследованиях корпорации Рэнд, США^[2]. Однако тогда под виртуальным каналом, или точнее, виртуальным соединением (англ. VC - Virtual Connection)^[3] понималось соединение, устанавливаемое по запросу оконечного пользователя сети с другим оконечным пользователем сети с тем, что сама сеть представлялась пользователю как «чёрный ящик с соединением, установленным через всю территорию Соединённых Штатов»^[3]. Этот «чёрный ящик» являлся проектируемой распределённой сетью с децентрализованным принятием решений каждым «обучающимся» коммутатором при использовании адаптивной маршрутизации. Сеть предназначалась для работы в экстремальных ситуациях, с выходом из строя её элементов, и речи о реализации ВС внутри сети не шло.

Термин «виртуальный» в настоящей статье подчёркивает тот факт, что, хотя канал и существует постоянно во всё время сеанса связи между абонентами, но при отсутствии активности корреспондирующих сторон физические ресурсы, через которые проходит данное ВС, такие как тракты передачи между узлами сети, и соответствующие участки коммутационных полей этих узлов выделены не только под данное ВС, но могут использоваться и другими ВС. А также и при активности всех сторон физические ресурсы могут использоваться совместно, по принципу статистического мультиплексирования пакетов (др. словами, мультиплексирования по требованию^[4]).

Таким образом, ВС обладает некоторыми свойствами как коммутации каналов — за счёт сохранения исходного порядка следования пакетов, так и коммутации пакетов — за счёт возможности их статистического мультиплексирования.

ВС могут быть как коммутируемыми (англ. SVC - Switched Virtual Circuit) по инициативе абонентов с помощью соответствующей технической процедуры по типу набора номера в обычной телефонной сети, так и постоянными (англ. PVC - Permanent Virtual Circuit), устанавливаемыми по обращению абонентов к администрации сети, на более-менее продолжительный срок, например, на три месяца, полгода или год.

На рисунке, составленном по материалам^[5][6][7], показан пример установления коммутируемого двустороннего (дуплексного) ВС на участке сети с коммутацией пакетов. На каждое физическое звено цифровой системы передачи в коммутаторах пакетов (КП) условно выделено до 256 идентификаторов логического канала (ИЛК) на передачу и до 256 ИЛК на приём, уникальных только в пределах данного звена, что позволяет устанавливать максимум 256 дуплексных ВС. Таблицы показаны только в части логической коммутации, для них принято, что при установлении ВС занимается первый свободный сверху ИЛК. Например, в таблице порта № 3 КП А заняты первые 62 ИЛК и так далее для остальных таблиц. После установления соединения таблица переходит во 2-е состояние, при этом какие-то ИЛК могут освободиться, как, например, ЛК2 в таблице порта № 4 КП В. В реальных системах принцип занятия свободных ИЛК может отличаться.

Для удобства маршрутизации и коммутации виртуальные соединения могут «вкладываться» друг в друга. Так, например, в технике ATM существует понятие виртуального пути, как пучка из нескольких ВС, поскольку на некоторых участках сети целесообразно коммутировать сразу пучок ВС, не разбирая их по отдельности.

Для этого в заголовке ячейки ATM размещены идентификатор виртуального пути (ИВП) (англ. VPI - Virtual Path Identifier) и идентификатор виртуального канала (ИВК) (англ. VCI - Virtual Channel Identifier)^[8]. Сочетание ИВП/ИВК выполняет адресные функции при продвижении ячеек по сети. Некоторые значения ИВП/ИВК зарезервированы заранее, на уровне спецификации протокола, и используются для служебных целей.

• Английская статья о Дональде Дэвисе

• Paul Baran. On Distributed Communications Networks // IEEE Transactions on Communications Systems : журнал. — 1964. — Т. CS-12, № 1 (March).
• Д. Дэвис, Д. Барбер, У. Прайс, С. Соломонидес. Вычислительные сети и сетевые протоколы = Computer Networks and their Protocols / Пер. с англ. под ред. д.т.н., проф. С. И. Самойленко. — М.: "Мир", 1982. — 562 с. — 10,000 экз.
• И. А. Мизин, В. А. Богатырёв, А. П. Кулешов. Сети коммутации пакетов / акад. В. С. Семенихин. — М.: "Радио и связь", 1986. — 408 с. — 5,500 экз.
• Ю. Блэк. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы = Uyless Black, COMPUTERS NETWORKS: Protocols, Standards, and Interfaces / пер. с англ. под ред. к.т.н. В. В. Василькова. — М.: "Мир", 1990. — 506 с. — 25,000 экз. — ISBN 5-03-001367-9 (русск.); 0-13-166091-8 (англ.).
• Achille Pattavina. Switching Theory: Architecture and Performance in Broadband ATM Networks. — John Wiley & Sons Ltd, 1998. — ISBN 0-471-96338-0 (Hardback); 0-470-84191-5 (Electronic).