Принципы построения, функции и типы ГКС

Глобальные компьютерные сети (их называют также территориальными компьютерными сетями), появление которых обусловлено достижениями научно-технического прогресса и объясняется потребностью в обмене информацией, стали неотъемлемой частью осуществления программ сотрудничества между странами. Типичными абонентами ГКС являются локальные сети организаций (предприятий, компаний и т. д.), расположенных друг от друга на значительных расстояниях и нуждающихся в обмене информацией. Услугами ГКС пользуются и отдельные компьютеры. Созданием глобальных сетей обычно занимаются крупные телекоммуникационные компании и реже – крупные корпорации для своих внутренних нужд. Компания, поддерживающая нормальную работу сети, называется оператором, а компания, оказывающая платные услуги абонентам сети, – поставщиком услуг, или провайдером. Владелец, оператор и поставщик могут представляться одной компанией. Кроме ГКС функционируют и другие виды территориальных сетей передачи информации – телефонные, телеграфные, телексные.

На характере развития сетевых структур в большой степени отражаются общие мировые тенденции развития КС. Одна из них – тенденция объединения в той или иной форме различных сетевых структур, обусловленная необходимостью предоставления пользователям возможности связи с ЛКС или компьютером, находящимся в любой точке планеты (в современном мире это важное условие конкурентной способности предприятия, оказывающего телекоммуникационные услуги).

Процессу объединения сетей способствует развитие их архитектуры в направлении создания национальных и международных ассоциаций систем компьютерной связи, в которых используются ЭВМ, изготовленные различными производителями и управляемые различными ОС. Это стало возможно, так как в основу моделей и архитектуры сетей положены международные стандарты. В результате во всех странах в настоящее время выпускаются в основном разнообразные аппаратные и программные средства территориальных глобальных и локальных сетей нового типа – открытых сетей, удовлетворяющих требованиям международных стандартов.

В основу архитектуры сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений. Формирование сообщения осуществляется на самом верхнем уровне модели ВОС. Затем (при передаче) оно последовательно проходит все уровни системы до самого нижнего, где и передается по каналу связи адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые снабжаются дополнительными заголовками, обеспечивающими информацией аналогичные уровни на узле адресата. В этом узле сообщение проходит от нижнего уровня к верхнему, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает сообщение в первоначальном виде.

В ГКС управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего уровня модели ВОС. Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола верхнего уровня, для них характерно наличие общих функций: инициализация связи, передача и прием данных, завершение обмена. Каждый протокол имеет средства для идентификации любой рабочей станции сети по имени, сетевому адресу или по обоим этим атрибутам. Активизация обмена информации между взаимодействующими узлами начинается после идентификации узла адресата узлом, инициирующим обмен данными. Инициирующая станция устанавливает один из методов организации обмена данными: метод дейтаграмм или метод сеансов связи. Протокол представляет средства для приема/передачи сообщений адресатом и источником. При этом обычно накладываются ограничения на длину сообщений.

Возможности и конкурентоспособность любой КС определяются, прежде всего, ее информационными ресурсами – знаниями, данными, программами, которые сеть представляет пользователям. Естественно, что эти ресурсы должны как можно шире охватывать те области, в которых работают пользователи сети. Кроме того, они должны непрерывно обновляться и пополняться.

По мере развития сетей расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

К числу наиболее распространенных услуг, предоставляемых современными ГКС, относятся:

· телекоммуникационные (транспортные): обмен сообщениями в режиме «электронная почта» как между пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей; обмен сообщениями между участниками телеконференций и телесеминаров; организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок объявлений); организация диалога и обмен сообщениями двух абонентов в режиме «запрос-ответ»; передача больших массивов – файлов; размножение сообщений и передача их по заранее подготовленному списку; приоритетное обслуживание сообщений согласно категориям срочности; организация замкнутых групп абонентов (подсетей) для взаимного обмена информацией только в рамка группы; доставка факсимильных сообщений; переадресация сообщений в случае изменения адреса получателя информации; выдача копий сообщений по запросам абонентов и др.;

· вычислительные: удовлетворение запросов абонентов сети, требующих больших объемов работ по обработке информации;

· информационные: поиск информации по вопросам, интересующим абонентов;

· консультационные: консультации по информационному и программному обеспечению сети; консультации по технологии использования общесетевых ресурсов; обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими средствами и др.;

· технические: установка программного обеспечения, установка и тестирование модемов и др.;

· рекламные: размещение рекламы в электронных конференциях и семинарах.

В основном ГКС используется для предоставления транспортных услуг, характерных для трех нижних уровней модели ВОС. Однако по мере развития глобальных сетей удельный вес других услуг, относящихся к верхним уровням этой модели (эти услуги называются высокоуровневыми), имеет устойчивую тенденцию к повышению. Это связано, в первую очередь, с использованием и развитием сети Internet. Высокоуровневые (прежде всего, информационные и вычислительные) услуги этой сети оказывают громадное влияние на работу как предприятий, так и индивидуальных пользователей сети. Технологии Internet все в большей степени проникают в локальные и особенно в корпоративные сети. Появился даже специальный термин – intranet, применяемый в тех случаях, когда технология Internet переносится в корпоративную сеть.

В отличие от локальных сетей, в составе которых имеются свои высокоскоростные каналы передачи информации, глобальная (а также региональная и, как правило, корпоративная) сеть включает подсеть связи (иначе: территориальную сеть связи, систему передачи информации), к которой подключаются локальные сети, отдельные компьютеры и терминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, коммутации пакетов и реализации ряда других функций с помощью компьютера (одного или нескольких) и соответствующего программного обеспечения, имеющихся в коммуникационном узле. Компьютеры, за которыми работают пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети, предоставляемых пользователям, называются серверами. Такая структура сети получила название узловой.

Типовая структура глобальной сети приведена на рис. 35. Территориальная сеть связи включает ряд коммуникационных узлов (КУ), связанных между собой высокоскоростными магистральными линиями связи – выделенными аналоговыми или цифровыми. Коммуникационные узлы устанавливаются в тех пунктах, где требуются ответвления или слияние потоков данных конечных абонентов. Абоненты обычно подключаются к сети с помощью выделенных каналов связи с меньшей производительностью, чем у магистральных каналов. Допускается использование и коммутируемых каналов, хотя качество транспортных услуг при этом ухудшается.

Глобальные сети отличаются гораздо большим разнообразием конечных узлов по сравнению с ЛКС (основные их типы показаны на рис. 35). Конечные узлы вырабатывают данные для передачи в глобальной сети, для которой они являются устройствами типа DTE (Data Terminal Equipment) – портом маршрутизатора или удаленного моста (на рис. 35 мосты не показаны). Удаленные мосты строят таблицы МАС-адресов и принимают решение – передавать кадры в ТСС или нет. Маршрутизаторы определяют маршрут для передачи пакета следующему маршрутизатору.

Рис. 35. Структура ГКС

Мультиплексоры обеспечивают совмещение в рамках одной ТСС компьютерного и голосового трафика. При передаче голосовые данные от АТС поступают в мультиплексор, где упаковываются в кадры или пакеты территориальной сети и отправляются в эту сеть. На приемной стороне мультиплексор должен распознать тип данных, находящихся в пакете, – это замеры голоса или компьютерные данные – и отсортировать их по своим выходам. Голосовые данные направляются в АТС, а компьютерные – через маршрутизатор в ЛКС. Если ГКС поддерживают приоритезацию трафика, то кадрам голосового трафика мультиплексор присваивает наивысший приоритет, с тем чтобы эти кадры в коммуникационных узлах обрабатывались в первую очередь.

В глобальной сети строго описан и стандартизован интерфейс «пользователь-сеть» (User-to-Network Interface, UNI), с тем чтобы пользователи могли подключаться к сети с помощью коммуникационного оборудования любого производителя, соблюдающего этот стандарт. Что касается протоколов взаимодействия коммутаторов внутри сети, называемых интерфейсом «сеть-сеть» (Network-to-Network Interface, NNI), то они стандартизуются не всегда. Для подключения сети к устройствам DTE имеется несколько стандартных интерфейсов, представляющих собой стандарты физического уровня. Эти интерфейсы обеспечивают передачу данных со скоростями от 300 бит/с до нескольких мегабит в секунду на небольшие расстояния (15-20 м), что вполне достаточно для удобного размещения маршрутизатора или модема. Наиболее популярным низко- и среднескоростным интерфейсом является интерфейс RS-232С/V.24, поддерживающий как асинхронный, так и синхронный режимы работы. Он позволяет подключить к компьютеру не только коммуникационное устройство (модем, маршрутизатор), но и такие периферийные устройства, как мышь, графопостроитель и др.

Типы ГКС. Наиболее подходящим режимом работы глобальной сети, приведенной на рис. 35, является режим коммутации пакетов. Его предпочтительность для связи локальных сетей подтверждается не только производительностью сети, оцениваемой суммарным трафиком, передаваемым в единицу времени, но и стоимостью предоставляемых услуг: при равенстве скорости доступа в сеть ГКС с коммутацией пакетов в 2-3 раза дешевле сети с коммутацией каналов (т. е. публичной телефонной сети). Поэтому при создании корпоративной сети (организации, предприятия) с рассредоточенными элементами, необходимо стремиться к построению или использованию имеющейся ТСС с территориально распределенными коммутаторами пакетов.

В зависимости от того, какие компоненты используются для построения глобальных связей преимущественно в корпоративной компьютерной сети, различают следующие типы сетей [39]:

· глобальные сети с выделенными каналами связи;

· глобальные сети с коммутацией каналов;

· глобальные сети с коммутацией пакетов.

В глобальных сетях с выделенными каналами выделенные (арендуемые) каналы предоставляются телекоммуникационными компаниями, владеющими каналами дальней связи, или телефонными компаниями, которые сдают в аренду каналы обычно в пределах города или района. Выделенные каналы применяются при построении магистральных связей между крупными ЛКС. Однако при большом количестве объединяемых удаленных ЛКС и интенсивном смешанном трафике между ними их применение приводит к большим затратам.

Используется ряд типов выделенных каналов – от аналоговых каналов тональной частоты с полосой пропускания 3,1 кГц до цифровых каналов технологии SDH с пропускной способностью 155 и 622 Мбит/с.

При передаче данных по выделенным аналоговым каналам используются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции – амплитудной, частотной, фазовой. Модемы стандартизированы по скорости передачи данных и методу модуляции, по способам исправления ошибок, по способам сжатия данных. Модемы различаются по реализуемым режимам работы: модемы, работающие только в асинхронном режиме; модемы, работающие только в синхронном режиме; асинхронно-синхронные модемы, являющиеся наиболее универсальными устройствами.

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, построенных на базе аппаратуры, которая реализует принцип разделения канала во времени (TDM). Существуют две технологии передачи данных по таким линиям – североамериканская и европейская, ставшая международной.

В американском стандарте используются цифровые каналы типа Т1, Т2 и Т3 и реализуется идея образования каналов с иерархией скоростей. Аппаратура Т1 позволяет в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать данные по 24 каналам. Каждый канал образует цифровой поток данных 64 кбит/с. Мультиплексоры Т1 сами осуществляют оцифровывание голоса с частотой 8 кГц и кодирование голоса с помощью импульсно-кодовой модуляции. Канал Т2 образуется путем объединения четырех каналов Т1, он обеспечивает передачу данных со скоростью 6,312 Мбит/с. Объединение семи каналов Т2 образует канал Т3, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Взаимодействие аппаратуры Т1, Т2 и Т3 позволяет образовать иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей. При этом передается не только голос, но и любые данные в цифровой форме – компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

В международном стандарте аналогом каналов Т являются каналы типа Е1, Е2 и Е3 со скоростями соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. На практике используются в основном каналы Т1, Е1, Т3 и Е3.

Для передачи компьютерных данных по выделенным аналоговым или цифровым каналам применяются протоколы канального уровня РРР, SLIP, HDLC.

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol, протокол «точка-точка») как часть стека TCP/IP применяется для передачи кадров по последовательным каналам связи. Он в наибольшей степени подходит для современных выделенных каналов и стал фактическим стандартом при соединении удаленных пользователей с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети. Это наиболее распространенный протокол из трех отмеченных протоколов.

Протокол SLIP (Serial Line IP) выполняет единственную функцию: из последовательности передаваемых по последовательному каналу бит выделяет границы IP-пакета. Следовательно, для установления связи по этому протоколу компьютеры должны иметь информацию об IP-адресах друг друга. Протокол не имеет механизмов передачи адресной информации, идентификации, определения и коррекции ошибок.

Протокол HDLC (Highlevel Data Link Control), имеющий статус стандарта, реализует ряд функций: режим логического соединения, контроль искаженных и потерянных кадров и их восстановление, управление потоком кадров. Однако с использованием цифровых каналов и современных модемов протокол HGLC потерял свое значение и в настоящее время на выделенных каналах вытеснен протоколом РРР.

Объединение локальных сетей с помощью выделенных каналов осуществляется маршрутизаторами и удаленными мостами.

Глобальные сети с коммутацией каналов строятся на базе традиционных аналоговых телефонных сетей и цифровых сетей с интеграцией услуг ISDN.

Сети ISDN и телефонные сети, построенные на цифровых коммутаторах, во многом свободны от недостатков традиционных аналоговых телефонных сетей (низкое качество составного канала, большое время установления соединения). Однако по-прежнему оплата за использование сети идет не за объем переданного трафика, а за время соединения. Тем не менее сети с коммутацией каналов остаются широко распространенными. Для массовых абонентов, работающих дома, телефонная связь оказывается единственным подходящим видом глобальной службы связи из соображений доступности и стоимости.

Передача данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам осуществляется с использованием модемов, которые поддерживают процедуру автовызова абонента и работают по 2-проводному окончанию. Используются те же модели модемов, что и для выделенных каналов.

Для сетей ISDN основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Абонентами этих сетей обычно являются компьютеры или локальные сети, подключаемые к сети с помощью маршрутизаторов или удаленных мостов. В архитектуре сети ISDN предусмотрен ряд видов служб: передача по выделенным цифровым каналам, передача голоса по коммутируемым каналам, передача данных по коммутируемым каналам, передача данных с коммутацией пакетов, передача данных с трансляцией кадров (Frame Relay), контроль и управление сетью. Стандарты ISDN описывают также ряд услуг прикладного уровня: факсимильная связь, телексная связь, видеотекс и др. Несмотря на такое разнообразие услуг сети ISDN в настоящее время используются в основном как скоростные и надежные сети с коммутацией каналов.

Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов (X.25, Frame Relay, ATM, TCP/IP) являются основным средством для передачи любой информации – компьютерных данных, акустических сигналов, телевизионных видеоданных, факсимильных данных (это утверждение справедливо не для всех типов сетей с коммутацией пакетов).

В глобальных сетях с коммутацией пакетов, кроме TCP/IP, используется оригинальная техника маршрутизации пакетов, основанная на создании виртуальных каналов двух типов – коммутируемых виртуальных каналов (SVC) и постоянных виртуальных каналов (PVC). Эта техника позволяет реализовать два режима продвижения пакетов – стандартный режим маршрутизации пакета на основании адреса назначения (этот режим используется для маршрутизации только одного, первого пакета из числа передаваемых, он необходим для установления соединения) и режим коммутации пакетов на основании номера виртуального канала. Таким образом, операции маршрутизации и коммутации пакетов разделяются: первый пакет прокладывает виртуальный канал, настраивая промежуточные коммутаторы, а остальные пакеты проходят по виртуальному каналу в режиме коммутации.

Технология работы сетей связи X.25, Frame Relay и ATM, их оценка и области применения рассмотрены в главе 4. Там же указаны преимущества и недостатки использования виртуальных каналов (каналов с соединением).

Дата добавления: 2014-12-29