Узлы связи — система коммутации¶

Узел связи (узел коммутации) — элемент телекоммуникационной сети, обеспечивающий обмен данными между абонентами путём переключения (коммутации) каналов или пакетов. Термин «узел» (англ. node) применяется в сетях передачи данных, телефонии и компьютерных сетях и обозначает точку, в которой сходятся несколько линий связи и где происходит маршрутизация трафика.

¶Типы коммутации

В зависимости от способа обработки сигнала различают три основные схемы работы узлов.

¶Узлы коммутации каналов

В сетях с коммутацией каналов (например, в классической телефонии) узел при установлении соединения создаёт сквозной физический или временной канал между абонентами. Канал резервируется на всё время разговора независимо от того, передаются ли в данный момент данные. Пример — телефонные коммутационные станции (АТС).

¶Узлы коммутации пакетов

В пакетных сетях данные разбиваются на пакеты, каждый из которых передаётся независимо. Узел (маршрутизатор, коммутатор) принимает пакет, анализирует заголовок с адресом назначения и пересылает его по следующему участку сети. Преимущество — возможность совместного использования каналов множеством абонентов; недостаток — переменная задержка.

¶Узлы коммутации сообщений

При коммутации сообщений узел принимает всё сообщение целиком, хранит его и передаёт дальше при появлении свободного канала. Такая схема применялась в телеграфных узлах и в системах электронной почты.

¶Роль узлов в компьютерных сетях

В локальных и глобальных компьютерных сетях к узлам относят любое устройство, подключённое к сети и имеющее уникальный адрес: компьютер, сервер, маршрутизатор, коммутатор, точку доступа Wi-Fi, сетевой принтер. Каждый узел выполняет функции приёма, обработки и передачи данных согласно протоколам стека TCP/IP.

Основные функции сетевых узлов:

• Маршрутизация — выбор пути доставки пакета на основе таблиц маршрутизации и протоколов (OSPF, BGP, RIP).
• Фильтрация трафика — ограничение передачи по адресам, портам и протоколам (брандмауэр, ACL).
• Обеспечение качества обслуживания — приоритизация потоков (QoS), выделение полосы пропускания для критичных сервисов.
• Адресация и идентификация — поддержка MAC-адресов, IP-адресов, уникальных идентификаторов в сети.

¶Классификация узлов

По выполняемым функциям сетевые узлы разделяют на:

В сетях с ячеистой топологией (mesh) каждый узел связан с несколькими соседями, что повышает устойчивость: при отказе одного участка трафик перенаправляется по обходному пути.

¶Топологии и расположение узлов

Геометрическая схема соединения узлов определяет топологию сети. Основные варианты:

• Звезда — все узлы подключены к центральному коммутатору.
• Кольцо — узлы образуют замкнутую последовательность (например, в сетях SDH/SONET).
• Дерево — иерархическая структура с распределёнными уровнями.
• Ячеистая (mesh) — избыточные связи между узлами для отказоустойчивости.
• Шина — все узлы подключены к общей линии (устаревшая схема, применяется редко).

¶Узлы в сетях электроснабжения и IoT

Термин «узел» применяется и за пределами телекоммуникаций. В энергосетях узлом называют точку присоединения потребителей или генераторов к электрической сети. В сетях «Интернета вещей» узел — это датчик, исполнительное устройство или шлюз, участвующий в обмене данными по протоколам ZigBee, LoRaWAN, MQTT.

¶История

Понятие узла коммутации возникло в телеграфии XIX века: телеграфные станции, в которых сообщения переключались с одного направления на другое, назывались узлами. С развитием телефонии в XX веке узлами стали коммутационные станции. С появлением.packet-сетей (ARPANET, 1969) и протокола IP функция узлов была формализована в стандартах, а само устройство получило название маршрутизатора.

¶См. также

• Маршрутизатор
• Коммутатор (сети связи)
• Топология компьютерной сети
• Протокол IP

¶Источники

• ГОСТ Р 52072-2003 «Информационная технология. Словарь. Телекоммуникации и сети передачи данных»
• Таненбаум Э., Уидмер Д. «Компьютерные сети»
• Радченко Д.А. «Компьютерные сети: полный курс»
• RFC 1812 — Requirements for IP Version 4 Routers