КИС Лекци №2

Лекция № 2.
Физические среды установления соединения. Построение локальных и глобальных
связей. Определение критериев. Технология. Каналы передачи данных.
Физические среды установления соединения.
Для всех сетей существует три принципиальные схемы соединения:
 С помощью витой пары,
 Коаксиальным кабелем,
 Волоконно-оптическим кабелем.
Для передачи информации также могут использоваться спутники, лазеры, микроволновое
излучение. В табл. 2.1 представлены сравнительные характеристики физических сред.
Таблица 2.1
Среда
1. Витая пара
Преимущества
Низкая стоимость, развертывание
не представляет сложности
2. Коаксиальный
кабель
Относительно высокая скорость
передачи данных на короткие
расстояния
Высокая скорость передачи на
длинные расстояния голосовой,
цифровой и видеоинформации
3. Волоконнооптический кабель
Недостатки
Недостаточная безопасность,
сильная восприимчивость к
помехам (шуму)
Недостаточная безопасность,
значительная восприимчивость
к помехам (шуму)
Высокая стоимость, сложности
при развёртывании
Витая пара (twisted-pair cable) - два скрученных изолированных провода, используемых
для передачи электрических сигналов. Скручивание проводов уменьшает влияние
внешних электромагнитных помех. Несколько витых пар часто помещают в защитную
оболочку. Витая пара бывает экранированной и неэкранированной. Последняя
распространена в телефонных сетях.
Коаксиальный кабель (coaxial cable (coax)) - электрический кабель, имеющий
расположение центрального проводника, окруженного изолятором, и внешнего
проводника, выполненного в виде проволочной оплетки. Снаружи коаксиальный кабель
покрыт еще одним защитным слоем изолятора. Коаксиальный кабель менее подвержен
помехам и ослаблению сигнала по сравнению с другими типами кабеля (например,
неэкранированной витой парой).
Волоконно-оптический кабель (оптоволоконный кабель, fiber-optic cable) - кабель, по
которому цифровые данные передаются в виде модулированных световых импульсов.
Состоит из чрезвычайно тонкого стеклянного цилиндра (ядро), окруженного слоем стекла
(покрытие) с другим коэффициентом преломления.
Выбор высокопроизводительных стандартов ИВС включает такие сетевые технологии,
как Fast Ethernet, Fibre Channel, FDDI и АТМ, которые стали вытеснять своих предков –
Token Ring и Ethernet. Опишем основные типы технологий локальных сетей.
Fast Ethernet (100base-XX)
В зависимости от типа среды различают следующие разновидности Fast Ethernet:
 100base-T4 (4 витые пары)
 100base-TX (2 витые пары)
 100base_FX (Волоконно-оптический кабель)
Являясь высокоскоростной разновидностью устаревшей технологии 10base-X Ethernet,
сети стандарта 100base-XX в состоянии передавать данные со скоростью 100 Мбит/с.
12
Распределённый интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам
(FDDI)
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) является стабильной волоконно-оптической средой,
поддерживающий скорость передачи данных 100 Мбит/с. Часто используется в качестве
магистрали больших сетей, а также в качестве промежуточной локальной сети
высокопроизводительных ПК. FDDI поддерживает топологию Token Ring, но для обмена
информацией использует не одно кольцо, а два. Первое кольцо считается основным,
второе – резервным. С целью уменьшения количества ошибок передача данных в кольцах
осуществляется в противоположных направлениях.
Волоконно-оптическим канал (Fibre Channel)
Fibre Channel (FC) –новая разумная схема соединения, поддерживающая не только
собственный протокол, то также протоколы FDDI, SCSI, IP и некоторые другие. Это
позволило создать единый стандарт для сетевого и обычного обмена данными, равно как и
для накопления данных. Первоначально разработанный для глобальных сетей (WAN) с
помощью коммутаторов стандарт FC может быть адаптирован к локальной сети.
Волоконно-оптическим канал позволяет порту прослушивать канальные и сетевые
интерфейсы, снижая при этом нагрузку на станцию. Канал поддерживает как
электрические, так и оптические среды установления соединения, имеющие пропускную
способность от 133 до 1062 Мбит/с.
Режим асинхронной передачи (АТМ)
АТМ (Asynchronous Transfer Mode) – это предложенный стандарт для широкополосных
каналов ISDN. АТМ считается чрезвычайно производительным решением как для
локальных, так и для глобальных сетей. Стандарт АТМ предполагает использование
специальных высокоскоростных коммутаторов, подключенных к ПК с помощью
волоконно-оптических каналов (один канал используется передачи информации, другой для приёма). АТМ поддерживает одновременную передачу по одному каналу голосовой,
цифровой и видеоинформации. Скорость передачи данных 25 Мбти/с., хотя в исходных
спецификациях конфигурирует значение 155 Мбит/с. (см. также главу 18, «Технология
АТМ», «Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя»)
Построение локальных и глобальных связей.
Выбор «конкретной» глобальной сети невозможен без набора определённых
критериев, которые позволяют судить о производительности сети. Для выбора типа
глобальной сети прежде всего необходимо сформулировать подходящие критерии. С их
помощью можно будет выбрать необходимые сетевые технологии, определить
предполагаемый трафик и оптимизировать топографическую структуру глобальной сети.
Определение критериев.
Эта задача относится к числу тех, которые легко сформулировать, но очень трудно
осуществить на практике. Например, всем потенциальным пользователям глобальной сети
следует присвоить имена. Одновременно возникает необходимость определить их точное
количество в каждой географической области. Но это ещё не всё. Достаточно сложно
оценить интенсивность использования каждым пользователем полосы пропускания.
Для оценки предполагаемых параметров полосы пропускания необходимо
выяснить все тонкости работы пользователей. Можно оценивать следующие параметры:
 Тип сеанса соединения (интенсивность передачи данных, обработка
интерактивных транзакций, доступ к ресурсам WEB, видеоконференции и т.п.)
 Интенсивность использования
 Время максимальной нагрузки
 Максимальный объём трафика
13
 Средняя продолжительность сеансов соединения
 Среднее количество байтов, переданных за сеанс
 Перечень ресурсов, к которым чаще всего обращаются группы пользователей и
отдельные пользователи
Примечание. К сетевым технологиям термин «Байт» обычно не употребляется. Но
поскольку большинство сотрудников в силу своих обязанностей занимается обработкой
данных и привыкло мыслить в байтах, а не в октетах, в данном случае этот термин
уместен.
При сборе данных следует необходимо учитывать специфику использования сети.
Необходимо знать, будет ли полоса пропускания зарезервирована под интенсивную
передачу данных или же будет выделена под обслуживание интерактивной
видеоконференции. Упомянутые режимы выдвигают совершенно противоположные
требования к производительности сети. Интенсивная передача предполагает обеспечение
целостности принимаемых данных – допускаются задержки в доставке пакетов. На время
обслуживания интерактивной видеоконференции основное внимание уделяется
своевременной доставке пакетов. Опоздавшие пакеты, как и поврежденные,
игнорируются. Вывод: требования к производительности глобальной сети в значительной
степени влияют на процесс её разработки.
В обязательном порядке следует определить параметры сетей, которые будут
объединены в глобальную сеть:
 Тип и производительность каждой локальной сети
 Количество подключенных пользователей
 Количество хост-компьютеров, подключенных к локальной сети
 Возможности несанкционированного доступа
 Маршрутизируемость протокола (IP, IPX и пр.)
 Количество подключенных маршрутизаторов и протоколов маршрутизации
 Схему адресации Internet
Эта информация должна быть получена от каждого пользователя или группы
пользователей, которые будут пользоваться глобальной сетью. Располагая необходимым
набором данных можно заняться двумя основными вопросами – технологией и
топологией сетей.
Технология.
Понятие технология глобальной сети включает в себя следующие аспекты:
 Каналы передачи данных ()
 Модули обслуживания канала (CSU – Channel Service Units) и цифровые
сервисные блоки (Digital Service Units - DSU)
 Краевые устройства типа маршрутизаторов и коммутаторов
 Адресацию Internet
 Протоколы маршрутизации
Необходимо определить соответствие параметров каждой из этих технологий
предполагаемому трафику и требованиям к производительности глобальной сети.
Каналы передачи данных.
Информационный обмен между абонентами может осуществляться тремя
различными способами (рис 2.1):
 Коммутацией каналов
14
 Коммутацией сообщений
 Коммутацией пакетов
Коммутация каналов позволяет создавать между двумя конечными станциями
выделенные маршруты следования данных и обеспечивает выделение физического канала
для прямой передачи данных между пользователями. Пример - телефонная связь.
Стандартной линией связи с коммутацией каналов считается выделенная двухточечная
частная линия. Подобные линии выделяются из местной телефонной сети (Local Exchange
Carrier –LEC). Они могут быть аналоговыми или цифровыми, поддерживать скорость
передачи данных до 1.544 Мбит/с. (канал типа DS-1) или 44.476 Мбит/с (канал типа DS-3),
использовать электрические или световые сигналы. Допускается разделение общей
полосы пропускания на дробные каналы с пропускной способностью 9.6 Кбит/с.
Процесс происходит следующим образом: пользователь Аi инициирует
установление связи с пользователем Aj. Узел связи А, реагируя на адрес пользователя Aj,
проключает соединение, в результате чего линия пользователя Аi коммутируется с
линией, соединяющий узел А с узлом В. затем процедура проключения соединения
повторяется с узлами В, С, D. В результате чего между пользователями Аi и Aj
коммутируется канал. По окончании коммутации узел D посылает сигнал обратной связи,
после получения которого пользователь Ai начинает передавать данные. Значение U1
определяет время доставки сообщения.
Коммутация сообщений производится путём передачи сообщения, содержащего
заголовок и данные, по маршруту, определяемому узлами сети. В заголовке сообщения
указывается адрес пользователя Ai – получателя сообщения. Сообщение генерируется
пользователем Ai, принимается узлом А и хранится в памяти узла. Узел А обрабатывает
заголовок сообщения и определяет маршрут передачи сообщения, ведущий к узлу В. Узел
15
В принимает сообщение, размещая в памяти, а по окончании приёма обрабатывает
заголовок и выводит сообщение из памяти на линию связи , ведущую к следующему узлу.
Процесс повторяется последовательно всеми узлами на маршруте от пользователя Ai к
пользователю Ai. Значение U2 определяет время доставки сообщения.
Коммутация пакетов производится путём разбивки сообщения на пакеты –
элементы сообщения, снабжённые заголовком и имеющие фиксированную длину, - и
последующей передачи пакетов по маршруту, определяемому узлами сети. Передача
данных при коммутации пакетов происходит так же, как и при коммутации сообщений, но
данные разделяются на последовательность пакетов 1,2,…, длина которых ограничена
предельным значением, например, 1024 бит. В сетях коммутация пакетов – основной
способ передачи данных. Это обусловлено тем, что коммутация пакетов приводит к
малым задержкам при передаче данных через сеть, а также следующими
обстоятельствами.
1) Способ коммутация каналов требует, чтобы все соединительные линии имели
одинаковую пропускную способность, что сильно ужесточают требования к сети.
Коммутация сообщений и пакетов позволяет передавать данные по линиям связи с
любой пропускной способностью
2) Представление данных пакетами создаёт наилучшие условия для
мультиплексирования потоков данных.
3) Малая длина пакетов позволяет выделять для промежуточного хранения
передаваемых данных меньшую ёмкость памяти, чем требуется для сообщений.
4) Надёжность передачи данных по линиям связи невелика. Пакеты, имея
незначительную длину, в большей степени гарантированы от искажения, чем
сообщения.
Значение U3 определяет время доставки пакетов.
Литература
Мельников Д.А. «Информационные процессы в компьютерных сетях. Протоколы, стандарты,
интерфейсы, модели…» - М: КУДИЦ-ОБРАЗ, 1999, Глава 2 Стр. 20-26
Спортак М и др. «Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя», Пер. с англ., - К:
Издательство «ДиаСофт», 1998, Главы 11. Стр.145-160
16