3. типы глобальных информационных сетей

Специальность 100400.62 «Туризм»
Учебная дисциплина
«Информационные сети и базы данных»
Лекция 5
ТЕХНОЛОГИИ ГЛОБАЛЬНЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
1.
2.
3.
4.
Учебные вопросы
Транспортные функции и структура глобальных
информационных сетей.
Интерфейсы
DTE-DCE
глобальных
информационных сетей.
Типы глобальных информационных сетей.
Сравнительный
анализ
локальных
и
глобальных информационных сетей.
Литература
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные
сети. Принципы, технологии, протоколы. –
СПб.: Питер, 2008.
2. Актерский
Ю.Е.
Сети
ЭВМ
и
телекоммуникации: Учебное пособие. СПб.: ПВИРЭ КВ, 2005.
3. Тоискин В.С., Жук А.П. Системы
документальной электросвязи. – М.:
Инфра-М, 2011.
1. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА ГЛОБАЛЬНЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
Глобальные информационные сети – это
система международных учреждений, через
которые
осуществляется
централизовано
управляемый
процесс
межчеловеческой
коммуникации,
формирования
и
передачи
информации в глобальный обиход.
Глобальные
информационные
сети
(ГИС)
выполняют
двойственную
функцию
–
коммуникационную
как
средство
межчеловеческого
общения
и
собственно
информационную – формирование и запуск в
общественный
обиход
информации,
ориентированной
на
определенные
культурологические ценности.
В идеале ГИС должна передавать данные абонентов
любых типов, которые есть на предприятии и нуждаются в
удаленном обмене информацией. Для этого глобальная
сеть должна предоставлять комплекс услуг:
• передачу пакетов локальных сетей,
• передачу пакетов мини-компьютеров и мейнфреймов,
• обмен факсами,
• передачу трафика офисных АТС,
• выход в городские, междугородные и международные
телефонные сети,
• обмен видеоизображениями для организации
видеоконференций,
передачу
трафика
кассовых
аппаратов, банкоматов и т. д. и т. п.
Абоненты глобальной сети
Пример структуры глобальной информационной сети
На
рисунке
используются
следующие
обозначения:
• S (switch) - коммутаторы,
• К - компьютеры,
• R (router) - маршрутизаторы,
• MUX (multiplexor)- мультиплексор,
• UNI (User-Network Interface) - интерфейс
пользователь - сеть и NNI (Network-Network
Interface) - интерфейс сеть - сеть.
• Офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ,
• Маленькими черными квадратиками - устройства
DCE.
На рис. 2. показаны основные типы конечных узлов
глобальной сети: отдельные компьютеры К, локальные сети,
маршрутизаторы R и мультиплексоры MUX, 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 отделена от глобальной
маршрутизатором или удаленным мостом (который на рисунке
не показан), поэтому для глобальной сети она представлена
единым устройством DTE - портом маршрутизатора или моста.
При передаче данных через глобальную сеть мосты и
маршрутизаторы, работают в соответствии с той же логикой,
что и при соединении локальных сетей. Мосты, которые в этом
случае называются удаленными мостами (remote bridges),
строят таблицу МАС - адресов на основании проходящего через
них трафика, и по данным этой таблицы принимают решение передавать кадры в удаленную сеть или нет.
Мультиплексоры «голос - данные» предназначены для совмещения
в рамках одной территориальной сети компьютерного и голосового
трафиков. Так как рассматриваемая глобальная сеть передает данные
в виде пакетов, то мультиплексоры «голос - данные», работающие на
сети данного типа, упаковывают голосовую информацию в кадры или
пакеты территориальной сети и передают их ближайшему
коммутатору точно так же, как и любой конечный узел глобальной
сети, то есть мост или маршрутизатор. Если глобальная сеть
поддерживает приоритезацию трафика, то кадрам голосового трафика
мультиплексор
присваивает
наивысший
приоритет,
чтобы
коммутаторы обрабатывали и продвигали их в первую очередь.
Приемный узел на другом конце глобальной сети также должен быть
мультиплексором «голос - данные», который должен понять, что за
тип данных находится в пакете - замеры голоса или пакеты
компьютерных данных, - и отсортировать эти данные по своим
выходам. Голосовые данные направляются офисной АТС, а
компьютерные данные поступают через маршрутизатор в локальную
сеть. Часто модуль мультиплексора «голос - данные» встраивается в
маршрутизатор.
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) которое обеспечивает
необходимый протокол физического уровня данного канала. В
зависимости от типа канала для связи с каналами глобальных
сетей используются DCE трех основных типов: модемы для
работы по выделенным и коммутируемым аналоговым каналам,
устройства DSU/CSU для работы по цифровым выделенным
каналам сетей технологии TDM и терминальные адаптеры (ТА)
для работы по цифровым каналам сетей ISDN. Устройства DTE
и DCE обобщенно называют оборудованием, размещаемым на
территории абонента глобальной сети - Customer Premises
Equipment, CPE.
2. ИНТЕРФЕЙСЫ DTE-DCE ГЛОБАЛЬНЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
Для
подключения
устройств
DCE
к
аппаратуре,
вырабатывающей данные для глобальной сети, то есть к
устройствам DTE, существует несколько стандартных интерфейсов,
которые представляют собой стандарты физического уровня. К
этим стандартам относятся стандарты серии V CCITT, а также
стандарты EIA серии RS (Recomended Standards). Две линии
стандартов во многом дублируют одни и те же спецификации, но с
некоторыми вариациями. Данные интерфейсы позволяют
передавать данные со скоростями от 300 бит/с до нескольких
мегабит в секунду на небольшие расстояния (15-20 м),
достаточные
для
удобного
размещения,
например,
маршрутизатора и модема.
Интерфейс RS-232C/V.24 является наиболее популярным
низкоскоростным интерфейсом. Первоначально он был
разработан для передачи данных между компьютером и модемом
со скоростью не выше 9600 бит/с на расстояние до 15 метров.
Позднее практические реализации этого интерфейса стали
работать и на более высоких скоростях - до 115200 бит/с.
Сигналы интерфейса RS-232C/ V.24
•
•
•
•
•
•
•
•
Для нормальной работы двух непосредственно
соединенных компьютеров нуль-модемный кабель
должен выполнять следующие соединения:
RI-1+DSR-1- DTR-2;
DTR-1-RI-2+DSR-2;
CD-1-CTS-2+RTS-2;
CTS-1+RTS-1-CD-2;
RxD-l-TxD-2;
TxD-l-RxD-2;
SIG-l-SIG-1;
SHG-l-SHG-2.
Знак
«+»
обозначает
соединение
соответствующих контактов на одной стороне
кабеля.
Еще одной разновидностью интерфейсов ГИС является
интерфейс ISDN. Одним из базовых принципов ISDN является
предоставление пользователю стандартного интерфейса, с
помощью которого пользователь может запрашивать у сети
разнообразные услуги. Этот интерфейс образуется между двумя
типами оборудования, устанавливаемого в помещении
пользователя
(Customer
Premises
Equipment,
СРЕ):
терминальным оборудованием пользователя ТЕ (компьютер с
соответствующим адаптером, маршрутизатор, телефонный
аппарат) и сетевым окончанием NT, которое представляет
собой устройство, завершающее канал связи с ближайшим
коммутатором ISDN.
• Пользовательский интерфейс основан на каналах трех типов:
• В-со скоростью передачи данных 64 Кбит/с;
• D - со скоростью передачи данных 16 или 64 Кбит/с;
• Н - со скоростью передачи данных 384 Кбит/с (НО), 1536
Кбит/с (НИ) или 1920 Кбит/с (Н12).
Интерфейс HSSI (High-Speed Serial Interface) разработан
для подключения к устройствам DCE, работающим на
высокоскоростные каналы, такие как каналы ТЗ (45
Мбит/с), SONET ОС-1 (52 Мбит/с). Интерфейс работает в
синхронном режиме и поддерживает передачу данных в
диапазоне скоростей от 300 Кбит/с до 52 Мбит/с.
Интерфейсы DSL служат для непосредственного
управления соответствующими ADSL портами DAS-3248.
Названия dsl интерфейсов лежат в диапазоне dsl-0...dsl-47.
Интерфейс dsl-0 соответствует 1-ому ADSL порту, dsl-47 сорок
восьмому.
DSL
интерфейсы
являются
нижележащими интерфейсами для ATM портов. По
умолчанию в DAS-3248 созданы все DSL интерфейсы.
Интерфейсы ATM (ATM порты) используются для
управления АТМ функционалом DAS-3248. Названия ATM
интерфейсов лежат в диапазоне atm-0...atm-47. Интерфейс
atm-0 соответствует 1-ому ADSL порту, atm-47 - сорок
восьмому.
3. ТИПЫ ГЛОБАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
При создании корпоративной сети необходимо стремиться к
построению или использованию услуг территориальной сети со
структурой, подобной структуре, приведенной на рис. 2, то есть сети с
территориально распределенными коммутаторами пакетов.
Однако часто такая глобальная сеть по разным причинам оказывается
недоступной в том или ином географическом пункте. В то же время
гораздо более распространены и доступны услуги, предоставляемые
телефонными сетями или первичными сетями, поддерживающими
услуги выделенных каналов. Поэтому при построении корпоративной
сети можно дополнить недостающие компоненты услугами и
оборудованием, арендуемыми у владельцев первичной или телефонной
сети.
В зависимости от того, какие компоненты приходится брать в аренду,
принято различать корпоративные сети, построенные с использованием:
• выделенных каналов;
• коммутации каналов;
• коммутации пакетов.
Целесообразно делить территориальные сети, используемые
для построения корпоративной сети, на две большие категории:
• магистральные сети;
• сети доступа.
Магистральные территориальные сети (backbone wide-area
networks) используются для образования одноранговых связей
между крупными локальными сетями, принадлежащими большим
подразделениям предприятия. Магистральные территориальные
сети должны обеспечивать высокую пропускную способность, так
как на магистрали объединяются потоки большого количества
подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно
доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициентом
готовности, так как по ним передается трафик многих критически
важных для успешной работы предприятия приложений (businesscritical applications). Ввиду особой важности магистральных средств
им может «прощаться» высокая стоимость. Так как у предприятия
обычно имеется не так уж много крупных сетей, то к
магистральным сетям не предъявляются требования поддержания
разветвленной инфраструктуры доступа.
Структура глобальной сети предприятия
Под сетями доступа понимаются территориальные
сети, необходимые для связи небольших локальных
сетей и отдельных удаленных компьютеров с
центральной локальной сетью предприятия. Если
организации магистральных связей при создании
корпоративной сети всегда уделялось большое
внимание, то организация удаленного доступа
сотрудников
предприятия
перешла
в
разряд
стратегически важных вопросов только в последнее
время. Быстрый доступ к корпоративной информации
из любой географической точки определяет для многих
видов деятельности предприятия качество принятия
решений его сотрудниками. Важность этого фактора
растет с увеличением числа сотрудников, работающих
на дому (telecommuters - телекоммьютеров), часто
находящихся в командировках, и с ростом количества
небольших филиалов предприятий, находящихся в
различных городах и, может быть, разных странах.
1)
2)
3)
4)
Выводы
Глобальные информационные (компьютерные) сети (WAN) используются для объединения
абонентов разных типов: отдельных компьютеров разных классов - от мэйнфреймов до
персональных компьютеров, локальных компьютерных сетей, удаленных терминалов.
Ввиду большой стоимости инфраструктуры глобальной сети существует острая
потребность передачи по одной сети всех типов трафика, которые возникают на
предприятии, а не только компьютерного: голосового трафика внутренней телефонной
сети, работающей на офисных АТС (РВХ), трафика факс-аппаратов, видеокамер, кассовых
аппаратов, банкоматов и другого производственного оборудования.
Для поддержки мультимедийных видов трафика создаются специальные технологии: ISDN,
B-ISDN. Кроме того, технологии глобальных сетей, которые разрабатывались для передачи
исключительно компьютерного трафика, в последнее время адаптируются для передачи
голоса и изображения. Для этого пакеты, переносящие замеры голоса или данные
изображения, приоритезируются, а в тех технологиях, которые это допускают, для их
переноса создается соединение с заранее резервируемой пропускной способностью.
Имеются специальные устройства доступа - мультиплексоры «голос - данные» или «видео данные», которые упаковывают мультимедийную информацию в пакеты и отправляют ее
по сети, а на приемном конце распаковывают и преобразуют в исходную форму - голос или
видеоизображение.
Глобальные сети предоставляют в основном транспортные услуги, транзитом перенося
данные между локальными сетями или компьютерами. Существует нарастающая
тенденция поддержки служб прикладного уровня для абонентов глобальной сети:
распространение публично-доступной аудио-, видео- и текстовой информации, а также
организация интерактивного взаимодействия абонентов сети в реальном масштабе
времени. Эти службы появились в Internet и успешно переносятся в корпоративные сети,
что называется технологией intranet.
Выводы
5. Все устройства, используемые для подключения абонентов к глобальной сети,
делятся на два класса: DTE, собственно вырабатывающие данные, и DCE,
служащие для передачи данных в соответствии с требованиями интерфейса
глобального канала и завершающие канал.
6. Технологии глобальных сетей определяют два типа интерфейса: «пользовательсеть» (UNI) и «сеть-сеть» (NNI). Интерфейс UNI всегда глубоко детализирован для
обеспечения подключения к сети оборудования доступа от разных производителей.
Интерфейс NNI может быть детализирован не так подробно, так как
взаимодействие крупных сетей может обеспечиваться на индивидуальной основе.
7. Глобальные компьютерные сети работают на основе технологии коммутации
пакетов, кадров и ячеек. Чаще всего глобальная компьютерная сеть принадлежит
телекоммуникационной компании, которая предоставляет службы своей сети в
аренду. При отсутствии такой сети в нужном регионе предприятия самостоятельно
создают глобальные сети, арендуя выделенные или коммутируемые каналы у
телекоммуникационных или телефонных компаний.
8. На арендованных каналах можно построить сеть с промежуточной коммутацией на
основе какой-либо технологии глобальной сети (Х.25, frame relay, АТМ) или же
соединять арендованными каналами непосредственно маршрутизаторы или мосты
локальных сетей. Выбор способа использования арендованных каналов зависит от
количества и топологии связей между локальными сетями.
9. Глобальные сети делятся на магистральные сети и сети доступа.
4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛОКАЛЬНЫХ И
ГЛОБАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
Протяженность, качество и способ прокладки линий
связи. Класс локальных вычислительных сетей по
определению отличается от класса глобальных сетей
небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе
делает возможным использование в локальных сетях
качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары,
оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-за
экономических ограничений) на больших расстояниях,
свойственных глобальным сетям, В глобальных сетях часто
применяются уже существующие линии связи (телеграфные
или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются
заново.
Сложность методов передачи и оборудования. В условиях
низкой надежности физических каналов в глобальных сетях
требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы
передачи данных и соответствующее оборудование. Так, в
глобальных сетях широко применяются модуляция,
асинхронные методы, сложные методы контрольного
суммирования, квитирование и повторные передачи
искаженных кадров. С другой стороны, качественные линии
связи в локальных сетях позволили упростить процедуры
передачи данных за счет применения немодулированных
сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения
пакета.
Скорость обмена данными. Одним из главных отличий
локальных сетей от глобальных является наличие
высокоскоростных каналов обмена данными между
компьютерами, скорость которых (10,16и100 Мбит/с)
сравнима со скоростями работы устройств и узлов
компьютера - дисков, внутренних шин обмена данными и т. п.
За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к
удаленному разделяемому ресурсу (например, диску
сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим
диском, как «своим». Для глобальных сетей типичны гораздо
более
низкие
скорости
передачи
данных
2400,9600,28800,33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на
магистральных каналах - до 2 Мбит/с.
Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как
правило, широкий набор услуг - это различные виды услуг
файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи
факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная
почта и другие, в то время как глобальные сети в основном
предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с
ограниченными возможностями - передачу файлов из
публичных
архивов
удаленных
серверов
без
предварительного просмотра их содержания.
Оперативность
выполнения
запросов.
Время
прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет
несколько миллисекунд, время же его передачи через
глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая
скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет
реализацию служб для режима on-line, который является
обычным для локальных сетей.
Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи
используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами
сети, а в глобальных сетях - индивидуально.
Использование метода коммутации пакетов. Важной
особенностью локальных сетей является неравномерное
распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней
может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно
называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в
локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации
пакетов, который для пульсирующего трафика оказывается
гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных
сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода
коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в
единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных
сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с
ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также
некоммутируемые каналы - как унаследованные технологии
некомпьютерных сетей.
Масштабируемость. «Классические» локальные сети
обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых
топологий, определяющих способ подключения станций и длину
линии. При использовании многих базовых топологий
характеристики сети резко ухудшаются при достижении
определенного предела по количеству узлов или протяженности
линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая
масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в
расчете на работу с произвольными топологиями.
Контрольные вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Дайте понятие глобальной информационной сети. Приведите примеры.
Перечислите и дайте характеристику услуг глобальных информационных сетей.
Дайте понятие и перечислите основных абонентов глобальных информационных сетей.
Приведите пример структуры глобальной информационных сети и охарактеризуйте её
основные элементы.
Перечислите и охарактеризуйте основные интерфейсы глобальных информационных
сетей с точки зрения скорости информационного обмена.
Дайте характеристику магистральных территориальных сетей.
Дайте характеристику сетей доступа.
Проведите сравнительный анализ локальных и глобальных информационных сетей по
протяженности, качеству и способу прокладки линий связи.
Проведите сравнительный анализ локальных и глобальных информационных сетей по
сложности методов передачи и оборудования.
Проведите сравнительный анализ локальных и глобальных информационных сетей по
скорости обмена данными.
Проведите сравнительный анализ локальных и глобальных информационных сетей по
разнообразию услуг.
Проведите сравнительный анализ локальных и глобальных информационных сетей по
оперативности выполнения запросов и разделению каналов.
Проведите сравнительный анализ локальных и глобальных информационных сетей по
использованию метода коммутации пакетов и масштабируемости.