Методы коммутации

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную физическую линию связи.

Абоненты соединяются с коммутаторами индивидуальными линиямисвязи. Между коммутаторами линии связи разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно.

Существуют три схемы коммутации абонентов в сетях:

1) коммутация каналов;

2) коммутация пакетов;

3) коммутация сообщений.

Сети с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов можно разделить на:

· сети с динамической коммутацией;

· сети с постоянной коммутацией.

В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя. Коммутация выполняется на время сеанса связи, затем связь разрывается. Период соединения составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы (передачи файла, просмотра страницы текста или изображения). Примеры – телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP / IP.

Во втором случае сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени (обычно несколько месяцев). Соединение устанавливается персоналом, обслуживающим сеть. Наиболее популярными сетями, работающими в этом режиме являются сети технологии SDH. Некоторые типы сетей поддерживают оба режима (сети Х.25 и ATM).

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных участков. Каналы соединяются между собой коммутаторами. Перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения.

Коммутаторы и соединяющиеих каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов (мультиплексирование).

В настоящее время используются:

· частотное мультиплексирование (Frequency Division Multiplexing – FDM);

· мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing – TDM).

Техника FDM используется в телефонной сети. Непосредственная передача сигналов нескольких абонентских каналов по широкополосному каналу невозможна, так как все они в одном диапазоне частот и смешиваются между собой.

Для разделения абонентских каналов высокочастотный несущий синусоидальный сигнал модулируется низкочастотным речевым сигналом. Сигналы каждого абонентского канала переносят в свой диапазон частот.

Перенос частоты каждого канала в свой диапазон частот выполняет FDM-коммутатор. Чтобы низкочастотные составляющие сигналов разных каналов не смешивались, оставляют страховой промежуток в 900 Гц. Между FDM-коммутаторами одновременно передаются сигналы всех абонентских каналов, но каждый занимает свою полосу частот. Такой канал называют уплотненным.

Коммутация каналов на основе разделения времени ориентирована на дискретный характер передаваемых данных.

Аппаратура TDM-сетей (мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры) работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая все абонентские каналы. Цикл работы оборудования TDM равен 125 мкс.

В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:

1) прием от каждого канала очередного байта данных;

2) составление из принятых байтов уплотненного кадра (обоймы);

3) передача уплотненного кадра на выходной канал.

Порядок байт в обойме соответствует номерам входных каналов от которых байт получен. Коммутатор «перемешивает» нужным образом байты в обойме для доставки их абонентам сети.

Демультиплексор разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам. Порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

Таким образом, каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры (тайм-слот). Длительность тайм-слота зависит от числа обслуживаемых абонентских каналов.

Мультиплексирование обеспечивает дуплексный режим (передача одновременно в двух направлениях) – наиболее производительный способ работы канала.

При цифровом кодировании часть тайм-слотов используется для передачи данных в одном направлении, а часть – для передачи в другом. Тайм-слоты противоположных направлений чередуются («пинг-понговая» передача).

Коммутация пакетов – техника коммутации абонентов, разработанная для эффективной передачи пульсирующего компьютерного трафика. Коэффициент пульсации трафика (отношение средней интенсивности обмена данными к максимально возможной) может составлять 1:100. Большую часть времени составной канал будет простаивать.

При коммутации пакетов все передаваемые сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части – пакеты. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки.

Коммутаторы сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора занят передачей другого пакета. Буферизация пакетов сглаживает неравномерность трафика.

Сети с коммутацией пакетов могут работать в:

· дейтаграммном режиме;

· режиме виртуальных каналов.

Дейтаграммный режим предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. Коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети. Во втором случае перед началом передачи данных между узлами устанавливается виртуальный канал:

· динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета – запроса на установление соединения. Пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Коммутаторы запоминают маршрут и отправляют по нему последующие пакеты данного соединения.

· постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.

Преимущества дейтаграммного метода:

· не требует предварительного установления соединения и поэтому работает без задержки перед передачей данных;

· быстрее адаптируется к изменениям в сети.

Преимущество метода виртуальных каналов – время, затраченное на установление канала, компенсируется быстрой передачей всего потока пакетов. Коммутаторы распознают принадлежность пакета каналу по специальной метке – номеру канала, а не анализируют адреса конечных узлов.

Коммутация сообщений предполагает передачу единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера.

Сообщение – логически завершенная порция данных запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т. п.). Сообщение имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, a содержанием информации.

Транзитные компьютеры могут соединяться между собой сетью с коммутацией пакетов и сетью с коммутацией каналов. Сообщение хранится в транзитном компьютере, причем время хранения может быть достаточно большим, если компьютер загружен другими работами или сеть перегружена. Сегодня коммутация сообщений работает только для некоторых неоперативных служб (электронная почта), поверх сети с коммутацией пакетов, как служба прикладного уровня.

Раздел 3. компьютерные сети

1. Информационные компьютерные сети

Информационно-вычислительная сеть (network, вычислительная сеть) – система взаимосвязанных аппаратных и программных компонентов, обеспечивающих коллективное использование аппаратных, программных и информационных ресурсов.

Аппаратные компоненты ИВС – компьютеры различных типов и коммуникационное оборудование (кабельные системы, повторители, мосты, маршрутизаторы и др.).

Программные компоненты – сетевые операционные системы и сетевые приложения (почтовые программы, сетевые базы данных и др.).

Главное требование к современной ИВС – выполнение сетью основной функции – обеспечение пользователям доступа к разделяемым ресурсам. Качество работы сети характеризуют следующие свойства:

1) производительность;

2) надежность;

3) совместимость;

4) управляемость;

5) прозрачность;

6) расширяемость;

7) масштабируемость;

8) поддержка разных видов трафика (трафик – поток сообщений в сети).

К основным характеристикам производительности сети относятся:

· время реакции – время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него;

· пропускная способность – объем данных, переданных в единицу времени,

· задержка передачи – интервал между моментом поступления пакета на вход сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сети используются характеристики:

· коэффициент готовности – время, в течение которого система может быть использована;

· безопасность – способность системы защитить данные от несанкционированного доступа;

· отказоустойчивость – способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Совместимость означает, что сеть способна включать разнообразное программное и аппаратное обеспечение от разных производителей.

Управляемость подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов, выявлять и разрешать возникающие проблемы, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Прозрачность – свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу.

Расширяемость – возможность сравнительно легкого добавления элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети, замены аппаратуры боле мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей без ухудшения производительности. Возможна плохая масштабируемость при хорошей расширяемости.

Трафик компьютерных данных (рис. а) характеризуется «пульсирующим» характером (крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть) при отсутствии жестких требований к синхронности доставки сообщений. Высокая чувствительность к потерям данных.

Мультимедийный трафик (рис. б) – динамическая передача голоса или изображения. Характеризуется жесткими требованиями к синхронности передаваемых сообщений, низким коэффициентом пульсаций и низкой чувствительностью к потерям данных.

а)

б)

Для классификации ИВС используются различные признаки. Классифицируя по территориальному приз наку, различают:

· локальные сети;

· региональные сети;

· глобальные сети.

Локальные сети (Local Area Networks – LAN) обычно привязаны к конкретным объектам (сети предприятий, фирм, банков, офисов). Четких ограничений на удаленность абонентов нет (до 10 – 15 км).

Региональные сети (Metropolitan Area Networks – MAN) связывают абонентов или локальные сети в пределах города, района, области или небольшой страны. Расстояние между абонентами – десятки и сотни км.

Глобальные сети (Wide Area Networks – WAN) объединяют абонентов, расположенных в разных странах или на разных континентах. Используют телефонные линии, системы радиосвязи и спутниковой связи.

Другим популярным признаком является деление сетей по масштабу подразделения или предприятия (учреждения), в пределах которого функционирует сеть. По этому признаку выделяют:

· сети отделов расположены в пределах одного структурного подразделения, сотрудники которого решают однотипные задачи;

· сети кампусов (campus – студенческий городок) объединяют несколько мелких локальных сетей в одну, причем технологии глобальных соединений обычно не используются;

· корпоративные сети объединяют отдельные компьютеры и локальные сети в рамках корпорации; охватывают территории нескольких стран и континентов (по сути, являются глобальными сетями). Корпоративные сети, использующие инфраструктуру глобальной сети Интернет, называют сетями интранет.

Интранет (intranet) представляет собой защищенную от внешнего вторжения информационную среду, основанную на Web-интерфейсе, пользователями которой являются сотрудники компании. Интранет должна обладать надежными механизмами защиты от несанкционированного доступа и средствами разграничения доступа к информации различных категорий пользователей.

Экстранет (extranet) – распределенная информационная среда, объединяющая филиалы компании, ее партнеров и клиентов. Экстранет можно рассматривать как расширение интранет, содержащее области, к которым разрешен доступ внешним пользователям. Экстранет используется как источник информации об услугах и продуктах. Пользователи экстранет используют инструменты запросов, отчетов и даже аналитики.

Топология вычислительной сети – конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда другое оборудование), а ребрам – физические связи между ними. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой. Логические связи – маршруты передачи данных, образуются путем настройки оборудования.

Типовые топологии физических связей:

1) полносвязная;

2) ячеистая;

3) общая шина; неполносвязные

4) кольцевая; топологии

5) топология типа «звезда».

Полносвязная топология. Каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Громоздкий и неэффективный вариант: каждый компьютер должен иметь большое количество коммуникационных портов, для каждой пары компьютеров должна быть выделена линия связи. Используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

Дата добавления: 2014-01-07