Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Локальные сети
Локальные сети передачи данных (LAN) служат для объединения компьютеров, территориально расположенных либо в одном здании, либо в близко расположенных зданиях. В локальной сети из-за коротких расстояний, скорость передачи очень высокая. Вся процедура передачи концентрируется на первом и втором уровнях модели OSI/ISO, отвечающих за работу сети. Поэтому протоколы верхних уровней в большинстве случаев одни и те же как для локальных, так и для глобальных сетей. В локальных сетях топология проста и не зависит от интенсивности передаваемой нагрузки. Наиболее распространенными являются звезда, кольцо и шина. Для передачи данных используется топология шина и кольцо.
Схематично шину можно представить как единый кабель, проходящий через все комнаты офиса, а компьютеры подключены к нему отдельным проводом и для подключения к шине существует специальный разъем. При кольцевой топологии все рабочие станции оказываются соединенными последовательно.
Для работы в сети компьютеру необходима сетевая плата, реализующая конкретный протокол сети. Протоколы у каждой технологии разные, но общими являются адреса отправителя и получателя, находящиеся в заголовке. Этот адрес называется MAC-адресом (Medium Access Control), управляющий доступом к среде передачи. МАС-адрес любой сетевой платы или любого порта локальной сети уникален. Его записывают на фирме и каждому предприятию выделяют свой диапазон МАС адресов, в рамках которого они и работают.
Сети Ethernet
Технология Ethernet предназначена для работы только в шинных топологиях. Все рабочие станции подключены параллельно к общему кабелю. Обмены данными между любыми парами машин происходит по нему. Кабель является средой так называемого множественного доступа. Все протоколы управления локальной сетью согласно модели открытых систем находятся на втором уровне и поэтому все то, что поступает на вход протокола, является пользовательскими данными. Эти данные на передающей станции запаковываются в кадры, в заголовке которого необходимо указать адрес получателя. После того как кадр сформирован (к поступившему блоку данных добавлен заголовок), он посылается в кабель. Система Ethernet использует способ множественного доступа с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (МДПН/ОК).
Шинная технология имеет ограничения параметров передаваемых кадров и протяженности шины. Минимально возможный интервал ожидания между обнаружением коллизии и возобновлением передачи должен быть не меньше, чем максимальное удвоенное время распространения сигнала. С другой стороны, это время влияет и на минимально допустимый размер кадра. Поэтому на шине Ethernet минимальная длина кадра составляет 64 байта, что вычисляется исходя из скорости работы сети (10мбит/с) и максимальной протяженности шины (2.5 км).
Сети Token Ring
Другим способом управления доступом к среде передачи является управление с помощью маркера (token), который проходит от одной рабочей станции к другой в соответствии с заданным набором правил. Он воспринимается каждой станцией и задерживается в ней на некоторое время. Любая станция может начать передачу только тогда, когда она завладела маркером. После того, как кадр был передан, маркер должен быть отдан следующей станции. Последовательность действий получается следующей: формируется логическое кольцо, связывающее все станции и создается один маркер; маркер проходит от станции к станции по кольцу до тех пор, пока не достигнет станции, ожидающей разрешения на передачу; cтанция передает кадры данных, после чего передает маркер дальше по кольцу.
Кольцо должно быть организовано так, чтобы при выключении питания одной из станций оно оставалось бы неразорванным.
Особенностью системы Token Ring является то, что в ней не может быть коллизий, поскольку в каждый момент времени только одна станция может передавать данные, которая в данный момент имеет у себя маркер. Кадр проходит по кольцу и каждая станция, принимая его, анализирует адрес получателя. Если кадр адресован не ей, то он передается дальше по кольцу до тех пор, пока не достигнет станции назначения. В кольце могут находиться одновременно много кадров, правда, все они будут находиться в разных звеньях кольца и поэтому не будут мешать друг другу.
Высокоскоростные локальные сети
При передаче больших объемов данных за ограниченное время в случае, если специфика его работы связана с обработкой графики, или технология требует большого обмена между технологическими машинами, необходимы сети, работающие на скорости 100 Мбит. Наиболее известные среди них системы FDDI (Fiber Distributed Data Interface), система Fast Ethernet и Gigabitethernet. Первая организована, как и следует из названия, на оптическом кабеле, другие на медных парах. Система FDDI имеет очень много общего с Token Ring. Она так же работает по кольцевой схеме, правда в ней не одно кольцо, а два, передача по которым идет в разных направлениях. Большинство остальных отличий связаны с функционированием электроники в сетевых платах, а не с технологией. По сути, в основном они сводятся к принципу кодирования бит. Максимальная протяженность кольца FDDI составляет 200 км и может содержать более 1000 рабочих станций. Другой высокоскоростной технологией является так называемый Fast Ethernet или 100BaseT. Как FDDI очень напоминает Token Ring, так Fast Ethernet очень напоминает простой Ethernet в том смысле, что изменился главным образом только способ кодирования бит и метод их ввода в кабель. Существенным пользовательским отличием является то , что этот стандарт не работает на коаксиальном кабеле, а только на витой паре или на оптическом кабеле. Что касается технологии передачи данных, т.е. работы второго уровня модели, то здесь используется протокол CSMA/CD. Длина шины с ростом скорости уменьшается и составляет около 250 метров, что для большинства приложений бывает достаточно. Если же требуется шина более протяженная, то требуются репитеры и мосты для разделения сегментов.
Для подключения локальной сети к магистральной сети общего пользования надо использовать маршрутизатор.
Построение больших сетей
Составная сеть (Internetwork) образуется при соединении двух или нескольких сетей, за организацию которых отвечает сетевой уровень (по стандарту OSI/ISO), в функции которого входит решение следующих задач: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях; выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию; согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.
Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями, составляющими сетями или просто сетями. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. В составную сеть могут входить сети различных технологий: как локальные сети (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI), так и глобальные сети (frame relay, X.25, ЦСИО). Каждая из этих технологий может организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям. Поэтому для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов составной сети требуются средства, которые предоставляет сетевой уровень. Сетевой уровень организует работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Сетевой уровень имеет собственную систему адресации (номер сети и номер узла), не зависящую от способов адресации узлов в отдельных подсетях и позволяющую идентифицировать любой узел составной сети.
Когда две и более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием.
Устройства, позволяющие расширить сеть
К устройствам, которые позволяют расширить сеть, относятся: повторители; мосты; маршрутизаторы; мосты-маршрутизаторы; шлюзы.
Повторители. При распространении по кабелю сигнал искажается, поскольку уменьшается его амплитуда, и накладываются помехи. Причина этого явления — затухание. При достаточной длине кабеля, затухание и воздействие помех может исказить сигнал до неузнаваемости. Чтобы этого не произошло, устанавливают повторители, благодаря которым сигналы способны распространяться на большие расстояния. Повторитель работает на физическом уровне модели ISO, восстанавливая сигнал и передавая его в другие сегменты. Повторитель принимает затухающий сигнал из одного сегмента, восстанавливает его и передает в следующий сегмент. Повторители не имеют функций преобразования и фильтрации. Чтобы повторитель работал, оба соединяемые им сегмента должны иметь одинаковый метод доступа.
Мосты. Мост, как и повторитель, может соединять сегменты или локальные сети рабочих групп. Однако, в отличие от повторителя, мост позволяет разбить сеть на несколько сегментов, изолировав за счет этого часть трафика. Мосты предназначены для: увеличения размеров сети; соединения разнородных физических сред (витая пара и коаксиальный кабель); устранения узких мест, появляющихся в результате подключения избыточного числа компьютеров, и, как следствие, возрастания трафика; соединения сегментов разнородных сети (например , Ethernet и Token Ring) и переноса между ними пакетов. Мосты работают на канальном уровне модели OSI, поэтому им не доступна информация, содержащаяся на более высоких уровнях. Мосты допускают использование в сети всех протоколов (не отличая при этом один протокол от другого), поэтому каждый компьютер должен определять, с какими протоколами он работает. Мосты функционируют на подуровне управления доступом к среде, и выполняют следующие действия: "слушают" весь трафик; проверяют адреса источника и получателя каждого пакета; строят таблицу маршрутизации; передают пакеты.
Чтобы объединить несколько малых сетей в одну большую, используется несколько мостов.
Существует также мост-маршрутизатор, обладающий свойствами как моста, так и маршрутизатора (в зависимости от протоколов). С одними протоколами он работает как маршрутизатор, с другими как мост. Мосты-маршрутизаторы выполняют следующие функции: маршрутизируют протоколы; функционируют как мосты для немаршрутизируемых протоколов; обеспечивают более экономичное и более управляемое взаимодействие сетей по сравнению с раздельными мостами и маршрутизаторами.
Шлюзы также являются средствами расширения сетей. Они обеспечивают связь между различными архитектурами и сетевыми средами. Они распаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать сообщения извне. Шлюз связывает две системы, которые применяют разные: коммуникационные протоколы; структуры и форматы данных; языки; архитектуры.
Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа преобразования данных. Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции : извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети; заново упаковывает полученные данные, пропуская их сверху вниз через стек протоколов сети назначения.
Маршрутизаторы. В среде, объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами, необходимо устройство, которое не только знает адрес каждого сегмента, но и определяет наилучший маршрут для передачи данных, а также фильтрует широковещательные сообщения. Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI, поэтому они могут переадресовывать и маршрутизировать пакеты через множество сетей, обмениваясь информацией между отдельными сетями. Они считывают в пакете адресную информацию сложной сети и поскольку они функционируют на более высоком по сравнению с мостами уровне модели OSI, имеют доступ к дополнительным данным. Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов: фильтровать и изолировать трафик; соединять сегменты сети. Эти устройства оптимизируют доставку пакетов, обеспечивают управление трафиком, не пропускают широковещательные сообщения, также могут обмениваться данными о состоянии маршрутов и, основываясь на этой информации, обходить медленные и неисправные каналы связи. Таблица маршрутизации, находящаяся в маршрутизаторах, содержит сетевые адреса для определения адреса назначения. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица.
Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей (что позволяет им обращаться друг к другу) и адреса локальных плат сетевого адаптера, однако они не могут обращаться к удаленным компьютерам. Так как маршрутизаторы выполняют сложную обработку каждого пакета, они медленнее большинства мостов. Но возможность контролировать данные, передаваемые через маршрутизатор , позволяет, во-первых, уменьшить трафик между сетями, и, во-вторых, использовать его гораздо эффективнее, чем это делают мосты.
Маршрутизация больших сетей
Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация — передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети. В сложных составных сетях существуют альтернативные маршруты для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Маршрут — это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании указанного критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом или средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов. Для того чтобы по адресу сети назначения можно было бы выбрать рациональный маршрут дальнейшего следования пакета, каждый конечный узел и маршрутизатор анализируют специальную информационную структуру, называемую таблицей маршрутизации. Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, номер сети назначения, извлеченный из поступившего кадра, последовательно сравнивается с номерами сетей из каждой строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети указывает, на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет. Поскольку пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, то каждая таблица маршрутизации должна иметь записи обо всех сетях, входящих в составную сеть. Задачу маршрутизации решают не только промежуточные узлы-маршрутизаторы но и конечные узлы- компьютеры. Средства сетевого уровня, установленные на конечном узле, при обработке пакета должны, прежде всего, определить, направляется ли он в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети.
Способы маршрутизации
Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом. Протоколы этого типа называются протоколами маршрутизации. С помощью протоколов маршрутизации маршрутизаторы составляют карту связей сети, на основании которой для каждого номера сети принимается решение о рациональном направлении передачи пакетов. Результаты этих решений заносятся в таблицу маршрутизации. При изменении конфигурации сети некоторые записи в таблице становятся недействительными. В таких случаях пакеты, отправленные по ложным маршрутам, могут зацикливаться и теряться. От того, насколько быстро протокол маршрутизации приводит в соответствие содержимое таблицы реальному состоянию сети, зависит качество работы всей сети. Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, способами выбора наилучшего маршрута и другими особенностями своей работы.
Существуют следующие алгоритмы маршрутизации:
Одношаговые.
При выборе рационального маршрута определяется только следующий (ближайший) маршрутизатор, а не вся последовательность маршрутизаторов от начального до конечного узла. Эти алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на три класса: алгоритмы статической, простой и динамической маршрутизации.
Многошаговые алгоритмы или маршрутизация от источника.
Этот метод является прямо противоположным вышеописанному алгоритму и состоит в том, что узел-источник задает в отправляемом в сеть пакете полный маршрут его следования через все промежуточные маршрутизаторы. При использовании этого метода нет необходимости строить и анализировать таблицы маршрутизации. Это ускоряет прохождение пакета по сети, разгружает маршрутизаторы, но при этом большая нагрузка ложится на конечные узлы.
Функции маршрутизатора
Основная функция маршрутизатора — чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту, и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла.
Функции маршрутизатора могут быть разбиты на три группы в соответствии с уровнями модели OSI: нижний уровень, уровень интерфейсов и уровень протоколов.
На нижнем уровне маршрутизатор, как и любое другое устройство, подключенное к сети, обеспечивает физический интерфейс со средой передачи, включая согласование уровней электрических сигналов, линейное и логическое кодирование, оснащение определенным типом разъема. В разных моделях маршрутизаторов часто предусматриваются различные наборы физических интерфейсов, представляющих собой комбинацию портов для подсоединения локальных и глобальных сетей. С каждым интерфейсом для подключения локальной сети неразрывно связан определенный протокол канального уровня (например , Ethernet, Token Ring, FDDI).
Уровень интерфейсов маршрутизатора выполняет набор функций физического и канального уровней по передаче кадра, включая получение доступа к среде, формирование битовых сигналов, прием кадра, подсчет его контрольной суммы и передачу поля данных кадра верхнему уровню, в случае если контрольная сумма имеет корректное значение. Кадры, которые поступают на порты маршрутизатора, после обработки соответствующими протоколами физического и канального уровней, освобождаются от заголовков канального уровня. Извлеченные из поля данных кадра пакеты передаются модулю сетевого протокола.
На уровне протоколов (сетевой и выше) из пакета извлекается заголовок сетевого уровня анализируется содержимое его полей и проверяется контрольная сумма. Если пакет пришел поврежденным, то он отбрасывается. Выполняется проверка на превышение времени, которое провел пакет в сети (время жизни пакета), допустимой величины. Модуль сетевого протокола маршрутизатора способен производить разбор и анализ отдельных полей пакета. Он оснащен развитыми средствами пользовательского интерфейса, позволяющие администратору без особых усилий задавать сложные правила фильтрации.
С сетевого уровня пакет, локальный адрес следующего маршрутизатора и номер порта маршрутизатора передаются канальному уровню. На основании указанного номера порта осуществляется коммутация с одним из интерфейсов маршрутизатора, средствами которого выполняется упаковка пакета в кадр соответствующего формата. В поле адреса назначения заголовка кадра помещается локальный адрес следующего маршрутизатора. Готовый кадр отправляется в сеть.
Протокол TCP/IP
Стек TCP/IP является самым популярным средством организации составных сетей. Стек состоит из 4 уровней, каждый из которых отвечает за организацию эффективной работы составной сети, построенной на основе разных сетевых технологий.
1 Прикладной уровень
2 Основной (транспортный) уровень
3 Уровень межсетевого взаимодействия
4 Уровень сетевых интерфейсов
Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, который передает пакеты в режиме без установления соединений (дейтаграммным способом). Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным.
Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP. Протокол TCP нарезает из потока сегменты. Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой. Дейтаграмма — это общее название для единиц данных, которым оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP. Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом.
В стеке TCP/IP кадрами (фреймами) называют единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. При этом не имеет значения, какое название используется для этой единицы данных в локальной технологии.
Основным протоколом сетевого уровня в стеке TCP/IP является протокол IP, предназначенный для передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Поскольку протокол IP является дейтаграммным протоколом, он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся также все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации. Это протоколы сбора маршрутной информации RIP и OSPF, а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP. Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом-источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщает о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п. Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Задачу обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP и протокол дейтаграмм пользователя UDP.
Протоколы уровня сетевых интерфейсов TCP/IP обеспечивают интеграцию в составную сеть других сетей независимо от того, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. В то же время для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. К таким интерфейсным средствам относятся протоколы инкапсуляции IP–пакетов уровня межсетевого взаимодействия в кадры локальных технологий. Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/IP поддерживает стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей это протоколы соединений "точка-точка" (SLIP и PPP), протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay.
Глобальные сети
Глобальные сети объединяют источники информации, территориально расположенные на больших пространствах. Прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, из-за чего в глобальных сетях используются существующие линии связи. Поэтому к глобальным сетям также относятся телефонные, телеграфные и телексные сети, получившие название интегрированных.
Основная функция, которую выполняют глобальные сети — предоставление транспортных и высокоуровневых услуг.
Глобальная вычислительная сеть (ГВС) должна передавать информацию любого типа: пакеты локальных сетей, мини-компьютеров и мейнфреймов, факсы, трафики офисных АТС с выходом в городские, междугородные и международные телефонные сети, видеоизображения и высококачественный звук при организации видеоконференций, трафики кассовых аппаратов, банкоматов и т.д.
К высокоуровневым услугам относятся: поддержка служб прикладного уровня для абонентов глобальной сети; распространение публично-доступной аудио-, видео- и текстовой информации; организация интерактивного взаимодействия абонентов сети в реальном масштабе времени.
Основные элементы сети — это коммутаторы, соединенные выделенными каналами связи. Коммутаторы обрабатывают пакеты, кадры, ячейки. Для подключения конечных пользователей используются коммутируемые каналы телефонных сетей.
Конечные узлы или терминалы (DTE — Data terminal equipment) — это отдельные компьютеры, локальные сети, маршрутизаторы и мультиплексоры, которые используются для одновременной передачи по компьютерной сети данных и голоса или изображения.
Все эти устройства вырабатывают данные для передачи в глобальной сети, поэтому являются для нее устройствами типа DTE (Data Terminal Equipment). Локальная сеть отделяется от глобальной маршрутизатором или удаленным мостом, поэтому локальная сеть представляется единым устройством DTE — портом маршрутизатора или моста.
При передаче данных через глобальную сеть мосты и маршрутизаторы работают так же, как и при соединении локальных сетей.
Так как конечные узлы глобальной сети должны передавать данные по каналу связи определенного стандарта, то каждое устройство типа DTE требуется оснастить устройством типа DCE (Data Circuit terminating Equipment), обеспечивающее необходимый протокол физического уровня данного канала. В зависимости от канала для связи используются DCE трех основных типов: модемы для работы по выделенным и коммутируемым аналоговым каналам, устройства DSU/CSU для работы по цифровым выделенным каналам сетей техноло - гии TDM и терминальные адаптеры для работы по цифровым каналам сетей ISDN и АТМ.
Типы глобальных сетей
Принято различать следующие виды глобальных сетей: сети на основе выделенных каналов (каналы дальней связи); на основе коммутации каналов (телефонные сети); на основе коммутации пакетов.
Выделенные аналоговые линии
Обеспечивают готовый к немедленному использованию коммуникационный канал. Арендуемая телефонная линия быстрее и надежнее, чем коммутируемое соединение, хотя и дороже. Для аналоговых сетей с коммутацией каналов характерна неустойчивость соединения. Каждый сеанс связи полностью зависит от качества каналов, скоммутированных для этого конкретного сеанса. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность. Недостатком аналоговых телефонных сетей является низкое качество составного канала, которое объясняется использованием телефонных коммутаторов устаревших моделей. На такие коммутаторы сильно воздействуют внешние помехи.
Цифровые выделенные линии
Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, работающих на принципе разделения канала во времени — ТДМ. Существует два поколения технологий первичных цепей — технология плезиосинхронной (почти) цифровой иерархии (PDH) и более поздняя технология синхронная цифровая иерархия (SDH/SONET). Технология плезиосинхронной цифровой иерархии (PDH): разработана аппаратура Т1. Цифровой подход позволяет мультиплексировать, передавать и коммутировать данные 24-х абонентов. Преобразование в цифру и обратно осуществляется в мультиплексорах с частотой 8000 Гц и 256 уровнями дискретизации (8 бит). В результате каждый абонентский канал формирует цифровой поток 64 Кбит/с. Для повышения скорости передачи была образована иерархия скоростей. Четыре канала Т1 объединяются в канал следующего уровня иерархии Т2, передающий со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал Т3, передающий со скоростью 44,746 Мбит/с. Аппаратура Т1, Т2, Т 3 может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.
Высокоскоростные системы цифровой передачи.
Системы SDH/SONET: Система SONET наряду с SDH использует наиболее современные и перспективные процедуры цифровой передачи информации, скорость работы которой практически ничем, кроме пропускной способности каналов связи, не ограничена. В системах типа Е или Т при повышении скорости сильно усложняются процедуры синхронизации, и поэтому их не используют на скоростях более 150 Мбит/сек. Основная цель — создание технологии, позволяющей передавать трафик всех существующих цифровых каналов по высокоскоростной магистрали на волоконно-оптических кабелях и поддерживающих общепринятую иерархию скоростей PDH. SONET ориентирован на работу в частных сетях, а SDH — в сетях общего пользования. Это определяется тем, что процедура уплотнения низкоскоростных потоков в единую систему передачи организована в SDH лучше, чем в SONET. Базовой иерархической структурой в SONET является так называемый синхронный транспортный сигнал (STS — Synchronous Transport Signal). STS — это стандартная форма кадров данных системы передачи, причем для разных скоростей эта форма остается постоянной, меняется только ее содержание.
Базовой скоростью в иерархии SONET является 51.84 Мбит/сек . Кадры, передаваемые с такой скоростью, называются STS-1. Полная иерархия, принятая в SONET, представлена на рисунке 4.8. Технология АТМ, опи- рается на кадры STS-3 или STM-1, т.е. на 155.52 Мбит/сек и на STS-12 или STM-4, т.е. на 622 мбит/сек. Можно заметить, что скорость работы системы STS-n определяется как 51.84*n.
Кадр данных SDH по-другому также можно назвать STM (Synchronous Transfer Module). Все ступени ие- рархии SDH им еют точный аналог по скорости в структуре SONET.
Глобальные связи на основе сетей с коммутацией каналов
Сети с использованием коммутации каналов являются широко используемыми, т.к. на них построены телефонные сети. Этим обусловлена низкая стоимость услуг связи. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования або нентских каналов. Аналоговыми называют сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. Цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в цифровом виде и используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации. К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Integrated Services Digital Network).
Аналоговые телефонные сети
Всемирная сеть, которую использует телефон и которая может быть доступна компьютерам, называется общедоступной коммутируемой телефонной сетью (PSTN). В вычислительной среде ее можно рассматривать как один большой канал связи для ГВС (для передачи речи PSTN предлагает коммутируемые телефонные линии). Изначально PSTN была создана для передачи речи, поэтому она обладает низкой скоростью, а модемы, которые необходимы для связи по коммутируемым аналоговым линиям, также не увеличивают скорость. Со средней пропускной способностью 9600 Кбит/с коммутируемые аналоговые линии, оснащенные модемами, подходят только для пользователя с минимальными требованиями к времени реакции системы. Максимальная на сегодня пропускная способность в 56 Кбит/с достигается только в том случае, если все коммутаторы в сети на пути следования данных являются цифровыми.
В телефонных коммутаторах аналоговых телефонных сетей могут использоваться два принципа коммутации — аналоговый, основанный на частотном разделении канала (FDM), и цифровой, основанный на разделении канала во времени (TDM).
Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам используют модемы, которые поддерживают процедуру автовызова абонента и работают по 2-проводному окончанию. Для передачи данных по коммутируемым каналам разработан ряд основных стандартов, определяющих скорость и метод кодирова- ния сигналов: V.21, V.22, V.22 bis, V.26 ter, V.32, V.32 bis, V.34, V.34+. На практике сегодня в основном применяют модемы, поддерживающие стандарт V.34+, которые могут адаптироваться к качеству линии.
Цифровые сети с коммутацией каналов
Цифровые сети с коммутацией каналов представлены двумя технологиями: Switched 56 и ISDN. Switched 56 — это переходная технология, которая основана на предоставлении пользователю 4-проводного цифрового абонентского окончания, но со скоростью 56 Кбит/с. Коммутаторы такой сети работают с использованием цифровой коммутации. Технология Switched 56 обеспечивает соединение компьютеров и локальных сетей со скоростью 56 Кбит/с.
ISDN разработаны для объединения в одной сети различных транспортных и прикладных служб. ISDN предоставляет своим абонентам услуги выделенных каналов, коммутируемых каналов, а также коммутацию пакетов.
Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов
Сети на основе коммутируемых каналов используют сетевые протоколы IP или IPX поверх физического и канального уровней, которые применялись и для объединения локальных сетей. Однако для глобальных сетей с коммутацией пакетов, таких как Х.25, frame relay или АТМ, характерна оригинальная техника маршрутизации пакетов, основанная на понятии "виртуальный канал" и обеспечивающая эффективную передачу долговременных устойчивых потоков данных.
Техника виртуальных каналов, используемая во всех территориальных сетях с коммутацией пакетов, кроме TCP\IP, состоит в следующем. Сначала устанавливается виртуальное соединение между абонентами сети — терминалами, маршрутизаторами или компьютерами. Существуют два типа виртуальных соединений — коммутируемый виртуальный канал SVC (Switched Virtual Circuit) и постоянный виртуальный канал PVC (Permanent Virtual Circuit). При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически (по запросу абонента), а создание постоянного виртуального канала происходит заранее путем посылки соответствующих пакетов. При этом маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз — при создании виртуального канала. После создания виртуального канала передача пакетов коммутаторами происходит на основании так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов (Virtual Channel Identifier, VCI). Каждому виртуальному каналу присваивается значение VCI на этапе создания виртуального канала. Это значение имеет не глобальный характер, как адрес абонента, а локальный — каждый коммутатор самостоятельно нумерует новый виртуальный канал. Кроме нумерации виртуального канала, каждый коммутатор при создании этого канала автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов. Эти таблицы описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный номер VCI. После прокладки виртуального канала через сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров VCI небольшой разрядности. Сами таблицы коммутации портов также включают обычно меньше записей, чем таблицы маршрутизации, так как хранят данные только о действующих на данный момент соединениях, проходящих через данный порт. Режим продвижения пакетов на основе готовой таблицы коммутации портов обычно называют не маршрутизацией, а коммутацией и относят не к третьему, а ко второму (канальному) уровню стека протоколов.
Сети Х.25
Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемые для построения корпоративных сетей. Сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях — канальном и сетевом.
Сеть Х.25 состоит из коммутаторов S (Switches), называемых также центрами коммутации пакетов ЦКП, расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.
Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоскоростных линий с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют большую часть телекоммуникационной структуры нашей страны, поэтому сети Х.25 будут по-прежнему еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих пользователей.
Сети frame relay
Сети frame relay — сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25. Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой протокольной избыточности и дейтаграммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Сети frame relay обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с.
Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную той, которая применяется в сетях Х.25, однако стек протоколов frame relay передает кадры по протоколам только физического и канального уровней, в то время как в сетях Х.25 и после установления соединения пользовательские данные передаются протоколом 3-го уровня. В сети frame relay обнаруженные в кадрах искажения не исправляются: подразумевается, конечные узлы будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет работы протоколов транспортного или более высоких уровней. В этом отношении технология frame relay близка к технологиям локальных сетей.
Проектное задание к модулю 1
Разработайте структурную схему канала связи с использованием ИКМ и сформулируйте требования к каждому составному звену канала.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 1273.