Склад і призначення системного технологічного забезпечення функціонування мереж

Для якісної реалізації ІС компанії необхідні локальні (глобаль­на) обчислювальні мережі. Локальні обчислювальні мережі ЛОМ чи LAN (Local Area Network), забезпечуючи взаємодію незначної кількості однорідних комп'ютерів на невеликій території, мають порівняно з WAN менш розвинену архітектуру і використовують більш прості методи управ­ління взаємодією вузлів мережі. При цьому невеликі відстані між вузлами мережі й простота керування системою зв'язку дозволя­ють забезпечувати більш високі швидкості передачі даних.

Глобальна обчислювальна мережа WAN (Wide Area Network) являє собою безліч географічно віддалених один від одного комп'ю­терів (так званих host-вузлів), спільна взаємодія яких забезпечуєть­ся комунікаційною мережею передачі даних і спеціальними програ­мами мережної операційної системи. Основу WAN складають поту­жні багатокористувальні обчислювальні системи, що являють со­бою різного роду сервери, а також спеціалізовані комп'ютери, що виконують функції комунікаційних вузлів. Користувачі персональ­них комп'ютерів стають абонентами мережі за допомогою підклю­чення своїх ПК саме до цих основних вузлів. Для WAN характерні, по-перше, значний масштаб (як за площею мережі, так і за кількіс­тю вузлів), а, по-друге, неоднорідність (тобто різний тип архітектури і програмного забезпечення комп'ютерів-вузлів). Ці особливості і визначають додаткові складності архітектури й організації взаємо­дії мережних елементів у гетерогенних WAN.

Віртуальні мережі (VLAN) забезпечують можливість створен­ня логічних груп користувачів у масштабі корпоративної мережі шляхом організації користувачів у логічні групи незалежно від фізичного розташування робочих станцій цих користувачів. Це одне з основних досягнень у мережних технологіях - можливість створювати робочі групи на основі службових функцій користува­чів, не прив'язуючись до мережної топології. Віртуальні мережі дозволяють організувати роботу в мережі більш ефективно.

Віртуальні мережі забезпечують цілий ряд переваг:

Ø простота внесення змін у мережу, додавання чи вилучення при­строїв;

Ø більш ефективне використання обмежених мережних ресурсів;

Ø високий рівень гарантування безпеки.

Можливість організації віртуальних ЛОМ обумовлена пере­ходом від середовищ, що поділяються, до середовищ, що комуту­ються.

Для коректної роботи ЛОМ і зменшення витрат на їх ство­рення необхідно здійснити проектування топології ЛОМ і ви­брати мережну операційну систему, на базі якої функціонуватиме ЛОМ. Для з'єднання фізичних компонентів у ЛОМ можуть за­стосовуватися:

Ø топологія зірки;

Ø кільцева топологія;

Ø шинна топологія;

Ø ієрархічна топологія.

Топологією зірки називають архітектуру ЛОМ, за якої усі ву­зли мережі з'єднані з одним центральним вузлом. Кільцевою топологією називають архітектуру ЛОМ, за якої кожний вузол зв'язаний із двома іншими, і всі вузли разом утво­рюють кільце. Шинною топологією називають архітектуру ЛОМ, при якій усі вузли підключені до загального лінійного інформаційного каналу.

Ієрархічною топологією називають архітектуру ЛОМ, за якої вузли поєднуються в групи (кластери) із загальним контроле­ром, причому правила взаємодії між вузлами всередині одного кластера і між вузлами інших кластерів різні.

Передача даних по каналу зв'язку, що з'єднує два вузли мережі. Коротко термін «дані» означає одиниці, що передають значення чи зміст. Безперервні (аналогові) дані мають безперерв­но змінювані в деякому інтервалі часу значення. Як приклад аналогових даних можна навести звук, що змінюється в часі. Дискретні дані мають дискретні значення. їх прикладами мо­жуть служити текст і числа. У системах зв'язку дані передають­ся з однієї точки в іншу за допомогою електричних сигналів.

Аналоговий сигнал є електромагнітною хвилею, що постійно змінюється і залежно від її частоти може передаватися в різних середовищах. Прикладами таких середовищ можуть служити звичайний провід, кручена пара, коаксіальний кабель, оптико-волоконний кабель, атмосфера.

Дискретний сигнал являє собою послідовність імпульсів на­пруги, що може передаватися по провідній лінії. При цьому рі­вень постійної позитивної напруги може становити двійкову оди­ницю, а рівень постійної негативної напруги може становити двійковий нуль.

Будь-які дані (як безперервні, так і дискретні) можуть бути представлені й передані за допомогою як аналогових, так і дис­кретних сигналів.

Безперервні дані можуть бути представлені безпосередньо еле­ктромагнітним сигналом. Кращим прикладом цього є телефон. Тут на вході звук перетворюється в електромагнітний сигнал, що на виході за допомогою зворотної процедури знову перетворить­ся на звук.

Дискретні дані також можуть бути подані безпосередньо за допомогою дискретних сигналів (наприклад, у бінарній формі рі­внів напруги), що й використовується сьогодні в дискретних ком­п'ютерах. Однак дискретні дані можуть бути передані й аналого­вими сигналами за допомогою такого пристрою, як модем.

Модем (модулятор/демодулятор) - пристрій на вході лінії зв'язку, що перетворює серію бінарних (два рівні) імпульсів на­пруги в аналоговий сигнал шляхом певної модуляції його несу­чої частоти.

Сформований у такий спосіб аналоговий сигнал передається прийнятим для модульованої частоти середовищем (звичайно використовується смуга частот телефонних ліній, призначених для передачі розмови). На іншому кінці лінії зв'язку аналогіч­ний модем за допомогою процедури демодуляції одержує оригі­нал дискретних даних у вигляді послідовності імпульсів напру­ги. Нарешті, за допомогою операції перетворень сигналів, що по­дібна на виконувану модемом модуляцію/демодуляцію. Можна для передачі безперервних даних використовувати цифрові сиг­нали. Прикладом такого роду перетворювачів, використовува­них у даний час при цифровій передачі розмови, є кодек.

Кодек (кодер/декодер) - це пристрій, який перетворює анало­говий сигнал на одному кінці дискретної лінії зв'язку, що відпо­відає мовним даним, у потік двійкових 1 і 0. На виході лінії аналогічний кодек реконструює потік біт у мовні дані.

В основі передачі аналогових сигналів лежить передача без-перервнного сигналу постійної частоти, що називається несучим сигналом. Дискретні дані при передачі по аналогових лініях зв'я­зку модулюються зміною однієї з трьох характеристик несучого сигналу - амплітуди, частоти чи фази - або їх деякою комбінаці­єю. Найбільш загальним прикладом використання дискретних сигналів для передачі безперервних даних є оцифровування мови. Оцифровування безперервного сигналу здійснюється шляхом його розбивання на частини зі швидкістю, що перевищує більш ніж удвічі частоту оригіналу.

Основними перевагами сучасної цифрової передачі даних по­рівняно з традиційною аналоговою є, по-перше, відносна дешеви­зна використання дискретних сигналів, а по-друге, вони менше піддаються впливу шумів, отже, мають велику опірність до мож­ливого перекручування переданої інформації. Основним же не­доліком цифрової передачі порівняно з аналоговою є більш шви­дке згасання сигналу при його русі в передавальному середови-ЩІ. Згасання дискретного сигналу посилюється як при збіль­шенні відстані, так і при збільшенні частоти зміни двійкових імпульсів напруги.

Для усунення негативних наслідків згасання сигналів у дис­кретних системах передачі даних через певну відстань викорис­товуються пристрої-повторювачі.

Повторювані - пристрої, що, одержуючи згасаючий сигнал, цілком відновлюють дані, які містяться в ньому (і складаються з 0 і 1), та передають далі відновлений і посилений сигнал. Така технологія вигідно відрізняється від використання для боротьби зі згасанням сигналів у традиційних аналогових системах пере­дачі даних пристроїв-підсилювачів.

Підсилювачі - пристрої, що через певну відстань підсилюють переданий сигнал. Просте посилення енергії прийнятого сигналу збільшує також і накладені на нього компоненти шуму. У цьому випадку, проходячи значну відстань через каскад підсилювачів, смисловий зміст сигналу все більше й більше втрачається. Тому сучасна технологія передачі дискретних даних за допомогою без­перервних сигналів також використовує аналоги пристроїв-по-вторювачів, що одержують з аналогового сигналу дискретні дані, відновлюючи їх, а потім генерують і передають далі новий, «чис­тий» аналоговий сигнал.

Як у локальних, так і у великомасштабних мережах бувають випадки, коли пропускна здатність передавального середовища перевищує необхідну для передачі одиничного сигналу. Економі­чне використання високошвидкісного магістрального каналу зв'я­зку для одночасної передачі по ньому декількох сигналів відоме як мультиплексування.

Мультиплексування з поділом частот (FDM) ґрунтується на тому, що загальна смуга корисних частот одного високошви­дкісного каналу зв'язку розділяється на декілька непересічних підсмуг, які називаються каналами. У рамках кожного з каналів здійснюється незалежна передача тільки одного сигналу зі своєї несучої, а загальна кількість одночасно переданих сигналів ви­значається кількістю каналів.

Мультиплексування з тимчасовим поділом (ТОМ) ґрунту­ється на тому, що швидкість передачі двійкових даних по магіс­тральному каналу значно перевищує необхідну швидкість для передачі одиничного дискретного сигналу. У цьому випадку пор­ції декількох дискретних сигналів можуть по черзі передаватися по загальному середовищу, тим самим спільно використовуючи його. Послідовність часових інтервалів використання спільного передавального середовища певним сигналом за аналогією з FDM називається каналом.

Слід зазначити, що існують випадки спільного застосування FDM і ТОМ. Загальна смуга частот передавального середовища може бути розбита на кілька частотних каналів, кожний з яких далі поділяється на підканали за допомогою часового поділу.

Технологія ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхрон­ний режим передачі) є комутованою технологією, що призначена для одночасної передачі голосу і даних у формі пакетів. ATM організує дані в короткі пакети фіксованої довжини, використан­ня яких зменшує час на обробку і дозволяє забезпечити більш рівномірне завантаження процесора. Передбачуваний час їх про­цесорної обробки дозволяє забезпечити ефективне, високошвидкісне керування змішаним трафіком «голос-дані», оскільки в ATM для комутації використовуються спеціалізовані контролери.

Передача даних між двома вузлами по комунікаційній ме­режі. Пристрої, що взаємодіють між собою через мережу, прий­нято називати станціями. Як станції можуть використовуватись комп'ютери, термінали, принтери й інше комунікаційне устатку­вання. У загальному випадку не завжди станція-передавач і станція-приймач безпосередньо зв'язані одна з одною лінією зв'язку. За відсутності прямого каналу для передачі даних від джерела споживачеві використовується передача через проміжні, комуні­каційні вузли мережі, які зв'язані між собою лініями зв'язку і до яких підключаються мережні станції. Основною функцією даних вузлів є забезпечення передачі транзитної інформації від вузла до вузла незалежно від її змісту.

Безліч комунікаційних вузлів разом із каналами, що з'єдну­ють їх, утворюють комунікаційну мережу, яка іноді називається також підмережею зв'язку. Якщо станціями, що підключаються до вузлів комунікаційної мережі, виступають комп'ютери й термі­нали, то підмережа зв'язку з підключеними до неї станціями утво­рює обчислювальну мережу. При цьому схема підключення стан­цій лініями зв'язку до комунікаційних вузлів і з'єднання канала­ми зв'язку цих вузлів між собою визначають топологію мережі.

Слід зазначити, що наявність підмережі зв'язку з комуніка­ційними вузлами є відмітною рисою великомасштабних обчислю­вальних мереж, у яких для передачі даних через транзитні вузли використовують один із трьох базових методів - комутацію ка­налів, повідомлень чи пакетів.

Метод комутації каналів використовується в мережах у тому випадку, якщо між двома станціями необхідно установити безпо­середнє фізичне канальне з'єднання. Це з'єднання встановлюєть­ся в комунікаційних вузлах мережі до початку передачі даних. Типовим прикладом використання комутації каналів є звичай­на телефонна мережа.

Реалізація в мережі методу комутації каналів визначається у виконанні послідовності з трьох фаз:

1) фази встановлення з'єднання між парою «станція - станція»;

2) фази двоспрямованої передачі даних по мережі;

3) фази роз'єднання сполучення після завершення обміну даними й звільнення заздалегідь зарезервованих ресурсів.

Попереднє резервування мережних каналів на всьому шляху від передавача до приймача при комутації каналів передбачає, що вузли повинні мати здатність розподіляти ресурси і вибирати маршрути при установленні з'єднань. Попереднє резервування всього шляху має істотні недоліки, основними з яких є:

Ø неефективність використання ресурсів (канали резервуються навіть на той час, коли дані не передаються);

Ø висока ймовірність одержання відмов при резервуванні шляху, що має багато транзитних вузлів;

Ø значна затримка при встановленні з'єднання й схильність мере­жі до перевантаження;

Ø лавиноподібне зростання відмов установлення з'єднань у випад­ку перевантаження мережі.

Однак даний спосіб має і деякі переваги. Так, після встанов­лення з'єднання в мережі з комутацією каналів передача даних відбувається дуже ефективно й практично без затримок.

Метод комутації повідомлень являє собою реалізацію прин­ципу поетапної передачі даних із проміжним збереженням. Тут немає необхідності заздалегідь резервувати весь шлях між двома станціями. Повідомлення послідовно передається по мережі від вузла до вузла, які в цьому випадку є комп'ютерами, що організу­ють проміжне збереження транзитних повідомлень і їх маршру­тизацію при передачі по мережі. Для маршрутизації кожне по­відомлення забезпечується заголовком з мережними адресами станції-передавача й станції-приймача.

Комутація повідомлень збільшує ефективність використання ліній зв'язку; дозволяє уникнути блокувань мережі при збільшенні мережного трафіку; забезпечує можливості встановлення пріори­тетного обслуговування повідомлень, здійснення контролю за помилками передачі і використання процедур відновлення пере­кручених чи загублених даних; а також дозволяє взаємодіяти через мережу користувачам навіть у випадку використання ними різних швидкостей передачі й кодів подання даних. У той же час затримки передачі, які пов'язані, у першу чергу, з очікуванням значних за обсягом повідомлень у чергах вузлів і значно зроста­ють при збільшенні навантаження, не підходять для інтерактив­ної мережної взаємодії у режимі реального часу.

Метод пакетної комутації повідомлень у даний час викори­стовується у двох модифікаціях - у режимі дейтаграм і в режимі віртуальних каналів.

Режим дейтаграм є прямим розвитком комутації повідом­лень, де повідомлення попередньо розбиваються на невеликі фік­сованого розміру порції (пакети). Кожний пакет при передачі по комунікаційній мережі є цілком незалежною одиницею. Для цього він забезпечується своїм заголовком, де вказуються мережні ад­реси відправника й одержувача повідомлення, а також порядко­вий номер окремого пакета у всьому повідомленні.

Зменшення розміру порцій інформації, що передаються, і мож­ливість одночасної передачі декількох пакетів одного повідом­лення по альтернативних шляхах при даному підході істотно зменшують мережні затримки при передачі даних. Крім того, комутаційні вузли можуть мати не настільки великі, як при ко­мутації повідомлень, розміри буферів для тимчасового розміщен­ня транзитних пакетів, тому швидкість обробки інформації у цих вузлах може бути підвищена. На зменшення затримок істо­тно впливає й те, що при виявленні помилок передачі в режимі комутації пакетів повторно передаються лише окремі пакети, а не цілі повідомлення.

Пакетна комутація, однак, має і негативні сторони. З одного боку, при її використанні збільшується обсяг додаткової службо­вої інформації, що передається по мережі (заголовки окремих пакетів). З іншого - у режимі дейтаграм існує проблема органі­зації зборки переданого повідомлення у вузлі призначення. Ця проблема пов'язана з тим, що окремі пакети, проходячи різними маршрутами по підмережі зв'язку, надходитимуть у кінцевий ву­зол призначення в неупорядкованій послідовності.

Режим віртуальних каналів є спробою поєднати переваги ме­тоду комутації каналів і методу комутації повідомлень. При цьому підході ще до відправлення по мережі першого інформаційного пакета між двома кінцевими пунктами організується логічне з'єд­нання, пов'язане з реалізацією трьох фаз, які властиві методу комутації каналів (фази встановлення сполучення, фази двоспрямованої передачі даних і фази роз'єднання сполучення).

Станція, яка викликає, спочатку посилає по мережі службо­вий пакет запиту на установлення віртуального каналу, що зв'я­зує станцію-ініціатор зі станцією, що викликається. Підмережа зв'язку маршрутизує цей пакет як звичайну дейтаграму, що міс­тить у заголовку мережні адреси двох кінцевих станцій. Рухаю­чись по мережі, пакет закріплює за пройденим маршрутом номер установлюваного віртуального каналу. Номер логічного каналу, що запам'ятовується в транзитних вузлах, закріплюється за дво-спрямованим маршрутом для кожного конкретного виклику обміну даними.

Після встановлення логічного з'єднання, тобто після одер­жання станцією, що викликає, пакета-відповіді на запит по вста­новленому віртуальному каналу починається пересилання інфо­рмаційних пакетів повідомлення. Послідовна передача пакетів по встановленому логічному каналу цілком забезпечує їх одер­жання в правильній послідовності. Тому заголовок кожного ін­формаційного пакета вже не має потреби в порядковому номері, а також в зазначенні мережних адрес обох станцій-абонентів (до­сить лише вказівки номера логічного каналу). Отже, при комута­ції віртуальних каналів не тільки зменшується обсяг передачі додаткової службової інформації, але й забезпечується інтерак­тивний режим взаємодії двох станцій-абонентів.

Весь шлях між двома станціями-абонентами тут не резерву­ється. Пакети передають від вузла до вузла з проміжним збере­женням і очікують у загальних чергах до каналів, що зв'язують ці транзитні вузли. Однак для кожного з'єднання між станція­ми-абонентами маршрутизація здійснюється тільки один раз при встановленні з'єднання.

Звичайно, якщо окремій станції необхідно передати по мере­жі усього кілька пакетів, то режим дейтаграм буде більш швид­ким і кращим. Однак якщо між станціями необхідний обмін даними протягом значного періоду часу, перевагу варто віддати віртуальним з'єднанням. Тому в обчислювальних мережах на практиці застосовуються поєднання різних методів комутації за­лежно від вимог додатків, кількісних і якісних характеристик вузлів, ліній зв'язку і трафіка.

Маршрутизація. Маршрутизація між віртуальними ЛОМ до­зволяє розділити ресурси і скоротити широкомовний трафік до мінімуму. Для цього використовуються мости й маршрутизатори — пристрої, що дозволяють з'єднувати локальні мережі між со­бою і з WAN-мережами. Таке з'єднання надає користувачам мо­жливість поділу даних і ресурсів у локальних і розподілених мережах. Функції мостів і маршрутизаторів схожі, однак працю­ють ці пристрої по-різному.

Мости передають дані з однієї мережі в іншу, не змінюючи змісту вихідних кадрів ЛОМ. Мости забезпечують сегментацію мережі, що дозволяє вирішити проблему насичення полоси. Од­нак мости неприйнятні для великих мереж, оскільки вони пропускають широкомовний трафік і всі пакети з невідомими адре­сами. Проблему широкомовного трафіка спочатку вирішували за допомогою маршрутизаторів, а тепер для цього застосовуються

комутатори.

Маршрутизатори, на відміну від мостів, вносять зміни в при­йняті кадри ЛОМ і передають їх після обробки в мережу, де розташований адресат. Маршрутизатори мають переваги перед мостами з погляду обробки широкомовного трафіка, дозволяючи ізолювати його всередині однієї ЛОМ. Маршрутизатори також можуть бути ефективнішими за мости у використанні WAN-ка­налів. Однак маршрутизатори найчастіше не можуть забезпечи­ти потреби сучасних додатків щодо пропускної здатності і якості обслуговування. Одним із шляхів розв'язання проблеми недо­стачі смуги є розподіл мереж на сегменти й кільця за допомогою мультисегментних концентраторів і підвищення продуктивності маршрутизаторів. Однак таке рішення буде досить дорогим і складним в управлінні.

Комутація є оптимальним рішенням, яке забезпечує високу пропускну здатність і малі затримки та позбавляє необхідності передачі широкомовного трафіка через низькошвидкісні WAN-канали. Використання комутації усередині ЛОМ забезпечує висо-кошвидкісний зв'язок між станціями й серверами.

Комутатори - пристрої, що автоматично відстежують нове місце розташування користувача (закріпленого за ним пристрою) у мережі при переміщенні користувача і забезпечують можли­вість продовження роботи користувача без зміни кабельної сис­теми і зміни параметрів конфігурації мережі.

Більш ефективним рішенням є використання комутаторів, що забезпечують виділені з'єднання «точка - точка» між будь-якими парами мережних пристроїв і багаторазово збільшують інтегральну пропускну здатність мережі. Керування комутатора­ми значно простіше порівняно з маршрутизаторами. Для досяг­нення оптимальних результатів комутатори можна використо­вувати в мережі разом із маршрутизаторами, застосовуючи кому­тацію й маршрутизацію там, де необхідно. Комутатори забезпе­чують істотне підвищення продуктивності при незначній вартос­ті. За рахунок цього технології комутації починають повсюдно використовуватися замість традиційних рішень на базі концент­раторів і мостів, особливо при організації нових мереж і розши­ренні існуючих. На основі досліджень, проведених в американсь­ких організаціях, з'ясувалося, що близько 20% користувачів про­тягом року переміщаються в межах мережі. Такі масові перемі-

Дата добавления: 2014-01-04