Розділ 10 глобальні комп’ютерні мережі - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
В наш час життя без компьютерів майже неможливо. Компьютери необхідні... 1 159.96kb.
Спеціальність: Комп’ютерні технології в управлінні та навчанні 1 114.94kb.
Поняття про комп’ютерні віруси. Практична робота № Захист комп’ютера... 1 20.26kb.
Комп’ютерні віруси. Призначення, принципи дії. Класифікація антивірусних... 1 215.77kb.
Методичні рекомендації для вихователів днз 1 20.65kb.
Навчально-методичний комплекс 3 672.62kb.
Хімічні властивості кислот. Поняття про ряд активності металів 1 78.53kb.
Київський національний університет імені тараса шевченка 1 78.41kb.
Дисципліна Комп'ютерні технології в юридичній діяльності Самостійна... 1 93.05kb.
Методичні вказівки до лабораторних робіт "комп'ютерні екологічні... 5 856.98kb.
Розділ Загальна характеристика зат "поез кернел Груп" 4 Розділ 2 6 580.17kb.
Аб “укргазбанк” 1 53.69kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

Розділ 10 глобальні комп’ютерні мережі - страница №1/2

РОЗДІЛ 10

ГЛОБАЛЬНІ КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

1. Історія, класифікація та принципи
побудови глобальних мереж

Історія


Розвиток глобальних мереж розпочався наприкінці 60-х років у США.

Першою була створена у 1968—1969 роках фірмою Bolt, Beranek, Newman (BBN) мережа ARPANET (Advanced Research Projects Agency’s Network). Вона запрацювала в 1971 року і задумувалась як мережа для спілкування науковців різних інститутів, що працювали над військовими проблемами. Головним завданням було створення мережі, яка могла б розширюватися, щоб приєднання чи вихід з ладу одного з вузлів не впливав на функціонування інших. Однак протокол NCP, згідно з яким працювала ARPANET, не передбачав взаємодії між мережами різної архітектури, тому в 1973 році був створений новий протокол TCP/IP. Перехід мережі на новий протокол дав їй змогу у 1984 році розділитися на дві: MILNET — для військового відомства і ARPA­NET — для невійськового використання. У 1990 році ARPANET припинила своє існування.

У 1986 році Національний науковий фонд США (NSF) почав створення власної мережі — NSFNET, в якій використовувались високошвидкісні телефонні канали, що з’єднували шість суперкомп’ютерів у різних куточках країни на основі протоколу TCP/IP та інших технологій, відпрацьованих у ARPANET. Ця мережа стала основною магістральною (backbone) структурою для Інтернет.

На сьогодні основу Інтернет становлять високошвидкісні магістральні мережі. Незалежні автономні мережі підключаються до магістральної мережі через точки мережевого доступу NAP (Network Access Poіnt).

Інтернет побудований за регіональним принципом, і як автономні системи зазвичай виступають великі національні мережі (наприклад, UANET, RUNET та ін.). Кожна з них має власне адміністративне керування і власні протоколи маршрутизації. Автономні мережі можуть утворювати компанії, що спеціалізуються на наданні послуг доступу до мережі Інтернет, — провайдери.

Національні мережі, у свою чергу, складаються не менше ніж з 32 менших за розміром мереж (мережі університетів, дослідних центрів і комерційних фірм, а також мережі дрібніших регіональних провайдерів).

У 1994 році фінансування основної магістралі мережі Інтернет було цілком передано від NSF різним державним і комерційним організаціям.

На сьогодні основним органом, що здійснює інформаційну підтримку і регулювання в Інтернет, є ІSOC (Іnternet Socіety — Всесвітнє співтовариство Інтернет, www.isoc.org). ІSOC є громадською міжнародною організацією, що основується на добровільному членстві та підтримується внесками і пожертвуваннями спонсорів. ІSOC проводить щорічні конференції INET, випускає інформаційні матеріали, підтримує інформаційні сервери.

Іншими координуючими добровільними організаціями є:


  • ІAB (Іnternet Archіtecture Board — Рада з архітектури Інтернет, www.iab.org). Займається координацією діяльності у сфері області розвитку структури мережі Інтернет.

  • ІETF (Іnternet Engіneerіng Task Force — Цільова група з інжинірингу в Інтернет, www.ietf.org). Складається з кількох робочих груп, що розробляють і затверджують стандарти для мережі Інтернет. На сьогодні в ІETF існує 75 робочих груп, що вивчають різні аспекти розвитку Інтернет.

Нині ведуться роботи з переходу на нову версію протоколу IP — IPv6 (з IPv4) для підтримки всезростаючої кількості користувачів мережі й можливості виділення їм унікальних ІР-адрес (див. розд. 1, п. 5).

Починаючи з 1996 року консорціум Іnternet2 (в який входять більше ніж 200 американських університетів, урядові структури, а також ІТ-компанії Mіcrosoft, 3Com, ІBM, Cіsco і багато ін.) працює над удосконаленням Інтернет. Головною метою Іnter­net2 є розробка нових технологій передачі даних з метою прискорення і підвищення якості передачі та надання нових послуг. Існує також низка інших проектів, спрямованих на розвиток Інтернет (наприклад, федеральний проект США, NGI — Next Generation Internet).

У світі створювалися й інші глобальні мережі. Серед найвідоміших з них свого часу можна назвати:

ALONA — перша мережа з передачею пакетів через радіоканали, створена університетом Гаваїв.

BITNET (1981 р.) — охоплювала більшість університетів, наукових закладів США і Європи (кілька тисяч вищих навчальних закладів). Використовувала виділені канали і протокол IBM. EARN — Європейська частина Bitnet.

UUСP (1978 р.) — мережа Unix-machine

RELCOM — мережа для обміну повідомленнями електронної пошти, пересилання файлів тощо у країнах СНД.

FIDONET (1974 р.) — любительська мережа, об’єднує користувачів зі всього світу, один із її основних принципів — безплатний обмін інформацією. Функціонує і до сьогодні.

CompuServer — мережа комерційної інформації, що має доступ до більш ніж 1700 БД. Надає різноманітні платні послуги (замовлення квитків, літератури та ін.).

На території України першими глобальними мережами були:



Експрес-2 — для бронювання квитків, охоплює всю мережу залізничних доріг, є мережею з комутацією повідомлень.

«Сирена» — для авіаперевезень, використовує відомчий зв’язок і виділені канали Мінзв’язку, мережа з комутацією пакетів.

ГСВЦ — мережа органів статистики.

Класифікація та принципи побудови


Залежно від розмірів охоплюваної мережею території глобаль­ні комп’ютерні мережі поділяють на:

  • глобальні (WAN — Wide Area Network), або міжнародні, — функціонують на території кількох країн чи навіть континентів;

  • регіональні (MAN — Metropolitan Area Network), або національні, — охоплюють територію країни, регіону, міста;

  • корпоративні, або відомчі, — зв’язують між собою локальні мережі одного підприємства, установи, відомства.

Залежно від прав власності на мережі вони можуть бути:

  • мережами загального (public) користування, наприклад, мережі передачі даних (PSTN — Public Switched Data Network);

  • приватними (private).

Глобальні мережі, що об’єднують багато обчислювальних мереж (підмереж), називаються інтегрованими.

Побудова інтегрованих мереж можлива за умови, якщо підмережі створені відповідно до принципів побудови відкритих систем (відповідають вимогам еталонної моделі взаємодії відкритих систем, підтримують стандартні протоколи та реалізують стандартний набір послуг). Підмережі в інтегрованих мережах об’єднуються за допомогою блоків взаємодії.

До блоків взаємодії мереж або міжмережевих пристроїв належать: комутатори, мости, маршрутизатори, шлюзи (див. п. 2 цього розділу).

Блоки взаємодії та підмережі з’єднуються в єдину глобальну мережу за допомогою певних каналів передачі даних. Докладніше про канали передачі даних глобальних мереж див. у п. 3 цього розділу.

Залежно від способу з’єднання підмереж глобальні мережі можуть бути: ієрархічними (рис. 10.1), з опорною підмережею (рис. 10.2), із зірчастим з’єднанням (рис. 10.3).

Залежно від типу комутації (процесу встановлення з’єднання між визначеними входом і виходом системи, підтримки його протягом передачі інформації користувача і наступного роз’єд­нання) виділяють мережі з комутацією каналів, повідомлень чи пакетів.


Рис. 10.1. Ієрархічна глобальна телекомунікаційна система



Рис. 10.2. Глобальна телекомунікаційна система


з опорною підмережею

Рис. 10.3. Глобальна телекомунікаційна система
із зірчастим з’єднанням

У мережах з комутацією каналів (channel swіtchіng) створюється наскрізне з’єднання між входом і виходом системи шляхом утворення складеного каналу, а потім через це з’єднання у реальному часі здійснюється обмін інформацією між користувачами. Надлишкові навантаження від викликів, що надходять у разі зай­нятості всіх шляхів з’єднання, як правило, губляться. Прикладом мережі з комутацією каналів є телефонна мережа загального користування.

У межах мереж з комутацією каналів можуть утворюватися виділені комутовані канали, що комутуються в певні задані наперед інтервали часу. Вони мають високу вартість, оскільки коефіцієнт використання каналів у такому разі досить низький.

У мережах з комутацією повідомлень (message swіtchіng) передбачається встановлення лише логічного з’єднання між відправником і отримувачем, а фізичний канал встановлюється локально між суміжними вузлами комутації і тільки на час передачі даних. Передача здійснюється з проміжним запам’ятовуванням пові-


домлень у вузлах комутації. Отже, повідомлення в кожний момент часу займає канал лише між суміжними вузлами, а решта каналів на шляху повідомлення можуть використовуватися для інших цілей, що дозволяє підвищити коефіцієнт використання каналів зв’язку.

Комутація пакетів (packet swіtchіng) відрізняється від комутації повідомлень тим, що всі передaні повідомлення поділяються на пакети (частини) однакової довжини і кожен пакет передається незалежно. У такий спосіб канал зв’язку зайнятий лише на період передачі пакета. На приймальній стороні необхідно відновити повідомлення, скомпонувавши його з пакетів, прийнятих у різні моменти часу і, можливо, з різних каналів зв’язку.

У мережах складної конфігурації комутація пакетів дає змогу прискорити передачу даних за рахунок того, що можлива пара-


лельна передача пакетів повідомлення на різних ділянках мережі. У разі появи помилки повторно передається лише короткий пакет, а не все повідомлення. Обмеження на розмір пакета дає можливість задовольнитися меншими обсягами буферної пам’яті в проміжних вузлах комутації.

Розрізняють два режими роботи мереж комутації пакетів:



  1. дейтаграмний (зв’язок без встановлення з’єднання) — пакети одного повідомлення можуть передаватися різними шляхами (наприклад, в Інтернет);

  2. віртуальних каналів (зв’язок із встановленням з’єдна­н­ня) — використовується для передачі великих повідомлень — всі пакети передаються по одному маршруту.

Якщо глобальна комп’ютерна мережа пристосована для передачі різного типу інформації — голосових повідомлень, цифрових даних, відеоінформації та ін., то її називають мережею інтегрального обслуговування.

2. Блоки взаємодії мереж:
комутатори, мости, маршрутизатори, шлюзи


Для створення глобальних, регіональних чи корпоративних комп’ютерних мереж використовуються спеціальні технічні та програмні засоби. Ці самі засоби можуть використовуватися, якщо ЛОМ (LAN) вичерпує свої можливості щодо адресації (кількості станцій) або за довжиною кабелів. Серед них можна назвати: комутатори, мости, маршрутизатори, шлюзи.

Комутатори


Комутатор (switch) — це пристрій з багатьма входами (джерелами) і виходами (приймачами) для вибору і з’єднання будь-якого джерела з довільним приймачем сигналів.

Комутатор може встановлювати декілька з’єднань одночасно між різними парами портів. Він працює з другим рівнем моделі OSI.

У комутаторах використовуються два методи пересування пакета до порту-отримувача:

1) без проміжної буферизації чи «на льоту» (cut-through) — більш швидкодіючі, ефективні для мереж, де відсутні колізії, наприклад FDDI;

2) з проміжною буферизацією (store-and-forward) — надійніші, можна використовувати в мережах з колізіями, наприклад Ethernet.

За призначенням комутатори поділяються на:



  • Магістральні (backbone switch) — призначені для глобальних, корпоративних мереж і підключають ЛОМ до магістральної мережі. Підтримують протоколи: Spanning Tree Protocol, віддаленого управління — SNMP, RMON. Основний метод комутації — з проміжною буферизацією.

  • Для робочих груп, чи сегментні (workgroup switch), — застосовують для комутації сегментів крупної ЛОМ. Протоколи ті самі. Основний метод комутації — з проміжною буферизацією, але можливий і «на льоту».

  • Для настільних систем (desktop switch) — використовують для комутації робочих станцій всередині сегмента. Мають 1—2 порти для підключення до комутатора вищого рівня або сервера. Основний метод комутації — з проміжною буферизацією, але можливий і «на льоту».

Найефективніші комутатори в однорангових або багаторангових багатосегментних і багатосерверних мережах. Їх встановлення дозволяє збільшити пропускну здатність мереж.

Багато виробників випускають комутатори з портами, що


підтримують як низько-, так і високошвидкісні мережі (10 або
100 Мбіт/с).

Мости


Міст (bridge) — пристрій, який можна використовувати для з’єднання мережевих сегментів (як однієї, так і різних мереж) з різними фізичними середовищами (наприклад, з волоконно-оптичним чи коаксіальним кабелем), з різними протоколами ниж­ніх рівнів (фізичного і канального), наприклад Ethernet і Arcnet, в одну логічну мережу.

Стандартом ІЕЕЕ 802.1D визначені основні вимоги до мостів, функції та об’єкти керування мостів. Згідно з цим стандартом міст визначається як пристрій, що забезпечує зв’язок локальних мереж через трансляцію кадрів з однієї мережі в іншу на підрівні керування доступом канального рівня моделі OSI.

Процес трансляції полягає в перетворенні структури кадрів даних шляхом зміни їх полів. У випадку різної довжини кадрів здійснюється розбирання чи збирання пакетів.

Міст може виконувати такі функції:



  • «слухати» трафік;

  • перевіряти адреси джерела й одержувача кожного пакета;

  • будувати адресну таблицю;

  • передавати пакети.

Робота моста здійснюється так.

Після підключення моста до мережі він починає опитувати всі комп’ютери у локальному сегменті мережі. Після одержання відповідей міст будує таблицю локальних адрес (address table). У такий спосіб здійснюється «навчання» моста. Після того як міст сформував таблицю, він готовий до роботи. Коли міст одержує пакет, здійснюється перевірка адреси одержувача (fіlterіng), і якщо ця адреса є локальною, то міст ігнорує пакет, а у протилежному випадку він передає його в другу мережу (чи в сегмент цієї самої мережі), тобто здійснює просування пакета (forwardіng).

Оскільки в процесі роботи, використовуючи адресні таблиці, міст здійснює вибіркову трансляцію кадрів, тобто розділяє інфор­маційні потоки між сегментами мереж, то кажуть, що мости здійснюють сегментацію мережевого трафіка. Можливість сегментації часто використовується для зниження трафіка в ком­п’ютерних мережах. Так, за допомогою моста локальна мережа може бути поділена на два і більше сегментів меншого розміру з відповідним перерозподілом мережевого трафіка між ними.

При з’єднанні за допомогою моста віддалених сегментів локальних мереж можуть виникати ситуації, коли декілька локальних мереж об’єднані більш ніж за одним маршрутом. Алгоритми визначення маршруту визначаються типом мереж, що об’єднуються.

Існує два методи маршрутизації, які застосовуються у мостах.

Перший називається прозорою маршрутизацією (transparent routіng). Він оснований на алгоритмі остовного дерева STA (Spannіng Tree Algorіthm) і описаний у стандарті ІEEE 802.1, використовується у мережах Ethernet і деколи — Token Rіng. В основі цього методу лежить принцип, відповідно до якого ні сам пакет, ні міст, через який він передається, не повинні що-небудь знати про маршрут передачі пакета. Кожен міст здійснює лише просування пакета, що не є локальним для даного сегмента мережі, у всіх напрямках. Цей процес продовжується доти, доки пакет, переходячи від одного моста до іншого, не досягне необхідної адреси.

Другий метод застосовується в мережах Token Rіng і називається маршрутизацією від джерела (sourse routіng). У такому разі вся інформація про маршрут передачі (перелік мереж чи сегментів мережі, а також мостів, через які має пройти пакет) міститься в заголовку пакета і формується станцією-джерелом у процесі попереднього тестування.

При об’єднанні мереж Ethernet і Token Ring може використовуватися змішаний алгоритм, що включає обидва методи маршрутизації.

Мости можуть бути програмними або апаратними. Програмний міст реалізується за допомогою підключеного до мережі комп’ютера, мережевих адаптерів і відповідного програмного забезпечення. При цьому програмний міст може бути виділеним (комп’ютер виконує лише функції моста) або суміщеним, невиділеним (комп’ютер може працювати і як робоча станція). Апаратний міст — це спеціально розроблений пристрій.

Мости можна поділити також на локальні та віддалені. Локальні працюють у межах обмежень на довжину мережевого сегмента. Віддалений міст забезпечує зв’язок поза цими обмеженнями й використовує проміжне передавальне середовище, зазвичай телефонну лінію. Якщо ЛОМ підключена до віддаленої мережі, то мости потрібно встановлювати на обох кінцях з’єднання. Якщо через міст підключається віддалений ПК, то міст встановлюється лише з боку мережі.

Мости деколи поділяють на синхронні й асинхронні відповідно до варіантів передачі інформації в канал.

Приклади реалізації мостів: IBM Token Ring Bridge V2.2 — програма, що потребує виділеного ПК з двома платами Token Ring; ІВМ 8209 — для Token Ring, автономний пристрій; NETBuilder — застосовується для з’єднання сегментів і типів Ethernet.


Маршрутизатори


Маршрутизатор (router) — це пристрій, головним призначенням якого є вибір оптимального напрямку передачі інформації.

На відміну від моста маршрутизатор працює на мережевому рівні моделі OSI. Він має власну адресу і використовується як проміжний пункт передачі інформації — вибирає лише йому призначені кадри. Отже, і мости, і маршрутизатори здійснюють розподілення інформаційних потоків, але різними способами.

Маршрутизатори не здійснюють перетворення кадрів даних однієї мережі в іншу, але забезпечують поєднання різних структур і протоколів.

Таблиця маршрутизації, що знаходиться в маршрутизаторах, містить мережеві адреси. Адресу вузла призначення маршрутизатори не перевіряють; вони аналізують тільки адресу мережі і пропускають інформацію тільки в тому разі, якщо ця адреса відома.

Для кожного протоколу, що використовується в мережі, будується своя таблиця маршрутизації. Таблиця допомагає маршрутизатору визначати адреси призначення для даних, що надходять. Вона містить таку інформацію: всі відомі мережеві адреси; способи зв’язку з іншими мережами; можливі шляхи між маршрутизаторами; вартість передачі даних цими шляхами.

Маршрутизатор вибирає найкращий маршрут для даних, порівнюючи вартість і доступність різних варіантів.

Розрізняють статичний і динамічні методи маршрутизації.

При використанні статичного методу адміністратори вручну задають і змінюють маршрут. Дані у такому разі передаються по визначеному шляху, і виникають затримки, якщо шлях заблокований.

Динамічні методи дають змогу автоматично змінювати маршрут проходження пакета у разі відмов чи перевантажень ліній. Розглянемо деякі з динамічних методів:



  • RІ (Routіng Іnformatіon Protocol). Використовує алгоритм обміну таблицями «вектор — довжина» — VDA (Vector Dіstance Algorіthm). У кожному рядку маршруту таблиці вказуються адреси ЛОМ і маршрутизатора, через який варто передавати пакети, що направляються в дану мережу, а також відстань до мережі. Через кожні 30 с маршрутизатор передає повідомлення, що складаються з пар (V, D), де V — адреса доступної мережі (вектор); D — відстань до цієї мережі (довжина вектора). Довжина вектора вимірюється кількістю транзитних маршрутів між даним маршрутом і відповідною мережею. На підставі отриманих таблиць «вектор — довжина» маршрутизатор вносить доповнення і зміни у свою маршрутну таблицю, визначаючи шлях мінімальної довжини з усіх доступних мереж. У деяких RІ довжина вектора збіль­шується відповідно до коефіцієнта, що залежить від швидкості каналів зв’язку. Перевага такого алгоритму полягає в простоті реалізації, а недоліками є повільна стабілізація (збіжність) при визначенні оптимального маршруту і велике завантаження мережі переданими таблицями «вектор — довжина». Протоколи TCP/ІP і ІPX підтримують RІ.

  • OSPF (Open Shortest Path Fіrst). Використовує алгоритм LSA, який називають також алгоритмом найкоротшого шляху SPF. Згідно з цим алгоритмом маршрутизатори будують карти мережі. Для цього вони періодично тестують стан каналів із сусідніми маршрутизаторами і позначають їх як «активні» чи «неактивні». У разі зміни стану своїх каналів маршрутизатор негайно передає цю інформацію всім іншим маршрутизаторам. Одержавши пові-
    домлення, маршрутизатори обновляють свої карти. Найкоротші шляхи до місць призначення визначаються за допомогою алгорит­му Дейкстри. При цьому враховуються кількості транзитів, швидкості ліній, трафіки і вартості. Алгоритми аналізу стану каналу ефективніші і створюють менший трафік порівняно з дистан­ційно-векторними алгоритмами. Протокол TCP/ІP підтримує OSPF.

  • NLSP (NetWare Lіnk Servіces Protocol) — алгоритм маршрутизації на основі аналізу стану каналу. Протокол ІPX підтримує NLSP.

Маршрутизатори широко використовуються в Інтернет.

Вони найчастіше виготовляються як окреме приладдя. Основними виробниками маршрутизаторів є компанії Cіsco (близько 40% ринку), Hewlett — Pacard, 3 Com Corp та ін. За функціональним призначенням маршрутизатори поділяються на три категорії:



  • магістральні маршрутизатори, що призначені для базових мереж великих організацій (мають модульну структуру побудови і кілька десятків портів для підключення ЛОМ до глобальних мереж різних типів: X.25, Frame Relay, FDDІ, ATM);

  • маршрутизатори для мереж середнього розміру;

  • маршрутизатори віддаленого доступу, які використовуються для з’єднання віддалених філій і ЛОМ центрального офісу (мають фіксовану конструкцію з невеликою кількістю портів).

Сучасні маршрутизатори підтримують багато протоколів, зокрема ІPX/SPX, TCP/ІP, SNA та ін. Однак пакети деяких протоколів не містять інформацію мережевого рівня, наприклад, NetBіOS фірми ІBM. У зв’язку з цим маршрутизатори можуть виконувати функції мостів і називаються мостами/маршрутизаторами (brіdge/
router чи brouter). Існують також маршрутизуючі мости (routіng brіdge), які виконують деякі функції маршрутизаторів. Такі мости здійснюють фільтрування, але не збирають інформацію про структуру мережі і не можуть приймати рішень щодо вибору оптимального маршруту, тобто не є справжніми маршрутизаторами.

Шлюзи


Шлюз (gateway) — це програмно-апаратний комплекс, який з’єднує неоднорідні системи, що використовують різні операційні середовища і протоколи передачі даних. За допомогою шлюзів з’єднуються системи, неузгоджені за швидкостями обміну інфор­мацією, використовуваними форматами передачі даних, тобто глобальні мережі або сегменти локальних мереж.

Шлюзи змінюють формати даних, щоб зробити їх зрозумілими прикладній програмі на приймальній стороні. Шлюз приймає дані з одного середовища, видаляє старий протокольний стек і перепаковує дані у протокольний стек системи призначення. Наприклад, шлюзи електронної пошти (такі, як Х.400) приймають повідомлення в одному форматі, транслюють його і пересилають у форматі Х.400, використовуваному одержувачем, і навпаки.

Слід зазначити, що шлюзи створюються для виконання конкретного типу завдань, тобто для конкретного типу перетворення даних. Часто вони і називаються відповідно до типу спеціалізації (наприклад, Wіndows NT Server To SNA Gateway). В Інтернет є багато шлюзових машин, які здійснюють пересилання повідомлень, їх перетворення, накопичення і под.

Деякі шлюзи використовують всі сім рівнів моделі OSІ, однак зазвичай вони виконують перетворення протоколів на прикладному рівні.



Часто роль шлюзу у мережі виконує виділений сервер, на якому встановлено кілька мережевих адаптерів, фізично з’єдна­них з частинами мережі. В ролі шлюзу може виступати також маршрутизатор.

3. Класифікація ліній передачі даних


Глобальні лінії за характером з’єднання можна класифікувати на:

  • магістральні, що з’єднують міста країн, країни та континенти;

  • зональні (місцеві), які з’єднують локальні мережі певної території (області, міста);

  • абонентські лінії доступу (лінії «останньої милі»), що забезпечують під’єднання окремих користувачів та локальних мереж до магістральних або зональних ліній. Під «останньою милею» розуміють відстань між локальним офісом і кінцевим користувачем, зазвичай до 4 км.

За типом підключення глобальні лінії поділяють на:

  • Комутовані телефонні лінії. Для організації каналу передачі даних використовуються звичайні телефонні канали та модеми. Швидкість передачі даних зазвичай не більша ніж 64кбіт/с. Проте вартість таких ліній низька, і їх можна використовувати, якщо міжмережевий трафік не перевищує кількох годин на день. Найчастіше такі лінії використовуються як абонентські лінії доступу для забезпечення віддаленого зв’язку користувачів з офісом або
    з глобальною мережею, а також для зв’язку офісу з філіями для періодичної передачі невеликих файлів.

  • Виділені лінії — використовуються для міжмережевого зв’язку при трафіках, що перевищують декілька годин на день. Їх можна також поділити на:

  1. Виділені лінії на основі телефонних мідних проводів. Використовуються для: підключення окремих користувачів та корпоративних локальних мереж до Інтернет; зв’язку між філіями підприємств; організації високошвидкісних магістральних каналів зв’язку між безпровідними мережами та ін. При використанні сучасних xDSL-технологій вони можуть забезпечувати досить високі швидкості передачі даних.

  2. Волоконно-оптичні лінії — використовуються як на магіст-
    ральних, так і на невеликих, місцевих мережах, а також для зв’язку між віддаленими офісами. Забезпечують передачу даних зі швидкостями до 10 Гбіт/с залежно від використовуваної технології.

  3. Радіорелейні лінії. Радіорелейна цифрова апаратура може використовуватися як на магістральних, так і на невеликих, місцевих мережах. Використовується діапазон частот 15...23 ГГц, зв’язок здійснюється в межах прямого бачення, дальність між сусідніми станціями — до 35 км.

  4. Супутникові канали зв’язку (див. розд. 7) та ін.

  • Загальнодоступні мережеві засоби (PDN — Public Data Network) — забезпечуються компаніями, що надають свої мережі з комутацією пакетів для глобальних підключень.

Придбання, прокладання і самостійне обслуговування каналів передачі даних глобальних мереж — надто дороге і складне зав­дання для більшості комерційних компаній. Тому зазвичай вони орендують ці канали у великих компаній — постачальників комунікаційних послуг.

Вибір лінії залежить від декількох факторів:



  • тривалості використання лінії;

  • вартості послуг;

  • можливості одержати вищу чи стійкішу швидкість на лінії з усуненням перешкод;

  • необхідності цілодобового безперервного з’єднання.

Якщо канал буде використовуватися рідко, то підійдуть і комутовані телефонні лінії. Якщо ж потрібен надійний зв’язок протягом значних проміжків часу, то потрібно зупинити свій вибір на виділеній лінії певного типу.

4. Сучасні технології глобальних мереж

Е1…Е4 / Т1…Т4


1962 року компанія АТ&T/Bell почала використовувати цифрові лінії (для передачі телефонних повідомлень). Ця технологія отримала назву Т1.

У ній використовуються методи мультиплексування (multіp­lexіng) з розподіленням часу. Кілька сигналів від різних джерел накопичуються в пристрої, що називається мультиплексором (multіplexor), і передаються по одному кабелю. На приймальній стороні відбувається демультиплексування (demultіplexіng) даних у початкову форму.

Лінія Т1 поділяється на 24 канали. Кожен канал опитується 8000 разів за секунду. При кожному зверненні до каналу передається
8 біт даних, отже, швидкість передачі в одному каналі дорівнює
64 кбіт/с. Цей стандарт швидкості називається DS0. Оскільки розмір кадру Т1 становить 193 біт (8  24 + 1 розділяючий біт), то швидкість лінії Т1 дорівнює (193  8000) 1,544 Мбіт/с, відома як DS1.

Канал зі швидкістю DS1 може бути, у свою чергу, мультиплексованим, що забезпечить вищі швидкості передачі, які позначаються як DS2, DS3 і DS4 (табл. 10.1).

Мідні проводи можуть використовуватися для каналів Т1 і Т2, а ТЗ і Т4 потребують високочастотного середовища передачі, наприклад мікрохвильового чи волоконно-оптичного.

Таблиця 10.1

Характеристика каналів Т1 — Т4

Позначення стандарту швидкості передачі даних

Система
передачі

Кількість
каналів

Швидкість передачі даних, Мбіт/с

DS0



1

0,064

DS1

Т1

24

1,544

DSIC

Т-1С

48

3,152

DS2

Т2

96

6,312

DS3

ТЗ

672

44,736

DS4

Т4

4032

274,760

На відміну від Америки в Європі (зокрема, і в Україні) використовується 32-, а не 24-канальна система, де 30 каналів використовуються для передачі інформації, а 2 — для синхронізації та сигналізації. Такі лінії називають Е1. Загальна швидкість передачі через лінію Е1 дорівнює 2,048 Мбіт/с. Використовуються також лінії Е2—Е4.

Традиційно лінії Е1 застосовувалися для магістральних каналів передачі даних. Проте ця технологія має деякі обмеження — дальність дії її устаткування до недавніх пір становила близько
1 км. Для більших відстаней необхідне використання регенераторів, вартість яких нерідко була порівнянна з витратами на організацію оптоволоконного каналу.

XDSL-технології


ХDSL (хDіgіtal Subscrіber Lіne) — сімейство технологій, що забезпечують високошвидкісну цифрову передачу по мідній абонентській лінії, почали розвиватись у 70-х роках ХХ століття.

Принцип цих технологій оснований на тому, що звичайний мовний сигнал, який займає в телефонних лініях діапазон частот від 300 до 3500 Гц, не використовує всієї смуги пропускання телефонної лінії. Отже, є можливість розмістити у високочастотній зоні спектра цифровий сигнал. Через наявність згасання в лінії цей сигнал поширюється на обмежену відстань — до 5,5 км. У разі зменшення відстані можливе збільшення швидкості передачі.

Основні характеристики найпоширеніших xDSL-технологій наведено в табл. 10.2.

Таблиця 10.2

Технології xDSL

Назва

Опис

Швидкість

Застосування

IDSL

передача по одній мідній витій парі

160 кбіт/с

в ISDN, ущіль­нення абонентських ліній

HDSL
(High-bit-rate Dіgіtal Subscrіber Lіne)

високошвидкісний DSL, 2—3-кабельні пари

2048 кбіт/с

до 4,8 км

SDSL (HDSL-2) (Single Pair Symmetrical Dіgіtal Subscrіber Loop)

2-провідний HDSL (працює на одній мідній парі)

1,5 Мбіт/с

до 2,5—3 км

ADSL
(Asymmetric DSL)

асиметричний DSL

до 8 Мбіт/с D/S*, 640 кбіт/с U/S**

доступ
до Інтернет

ADSL Lite
(G.Lite)

асиметричний DSL

до 1,5 Мбіт/с D/S, 384 кбіт/с U/S

доступ
до Інтернет

ADSL 2

—//—

до 12 Мбіт/с D/S, 1Мбіт/с U/S

доступ до Інтернет

VDSL
(Very high bitrate DSL)

дуже високошвидкісний DSL

до 25 Мбіт/с
симетричний або до 51 Мбіт/с D/S,
13 Мбіт/с U/S асиметричний

до 300 м,
підключення до АТМ

* D/S —до абонента.

**U/S — від абонента.

Для використання DSL-технологій АТС повинна бути цифровою і мати спеціальне обладнання фільтрування сигналів, що надходять по телефонних лініях. Користувачеві ж необхідно придбати спеціальний пристрій — DSL-модем. При його використанні можна паралельно користуватись і телефоном (залишається вільним).

Однак самі по собі технології xDSL надають абонентам лише досить швидкодіючий цифровий канал. А для користувача важливий не сам канал, а ті послуги, що надаються по ньому. Кінцевому споживачу потрібно забезпечити роботу декількох телефонів, факсу, електронної пошти, одержати доступ до Інтернет, тобто необхідне використання технологій, таких як IDSN, ATM, Frame Relay. Тому багато виробників устаткування стали просувати на ринку інтегровані пристрої доступу ІAD (Іntegrated Access Devіce), що базуються на рішеннях певної технології.

Для України (як і для Росії) технології xDSL асоціюються передусім із широкосмуговим доступом до Інтернет і об’єднанням територіально розосереджених локальних мереж як альтернатива досить дорогим лініям E1.

Цифрова мережа з інтеграцією послуг (ISDN)


Студенти жартома розшифровують абревіатуру ISDN так: «I Still Don’t Know» («Я все ще не знаю, що це таке»).

Насправді ж ISDN (Integrated Services Digital Network) у перекладі означає: «цифрова мережа з інтеграцією послуг».

Мета впровадження цієї технології — перетворити всі телефонні лінії на мідних проводах, які потребують цифро-аналого­вих і аналогово-цифрових перетворень на повністю цифрові, здатні швидко і якісно передавати мову, дані, музику, відео.

Тобто головним завданням, яке ставили розробники цієї технології, була інтеграція всіх видів трафіка в одному каналі зв’язку.

На сьогоднішній день 50% користувачів у всьому світі використовують ISDN для доступу до Інтернет завдяки надійності і вищій швидкості доступу до мережі порівняно з аналоговим модемом. На жаль, в Україні ISDN поки що досить дорогий для домашнього користувача.

Серед переваг ISDN над комутованими телефонними мережами загального користування можна назвати:



  • передача інформації зі швидкістю 64 кбіт/с;

  • підключення до однієї лінії близько 8 користувацьких терміналів (комп’ютера, телефону, термінала Х.25, факсу і под.);

  • можливість об’єднання віддалених ЛОМ;

  • робота в пакетному режимі (абоненти ISDN можуть обмінюватися даними за протоколом Х.31 і отримувати доступ до мереж Х.25).

ISDN може надавати ряд додаткових телекомунікаційних послуг у разі підтримки системи загальноканальної сигналізації №7:

  • факсимільний зв’язок;

  • відеотелефонія;

  • визначення номера абонента;

  • переадресування виклику;

  • оперативне надання інформації про оплату;

  • тристоронній зв’язок;

  • конференц-зв’язок та ін.

Технологія ISDN поширена в Европі і трохи менше в Америці.

Стандартами ISDN є:

1. Інтерфейс базового доступу (BRI — Basic Rate Interface). Цей інтерфейс має ще кілька назв: ISDN-2, 2B+D, DSL (Digital Sub­scriber Line — абонентська цифрова лінія).

За стандартом BRI в ISDN виділяються три дуплексні канали. Перші два канали називаються В-каналами. По них можуть передаватися дані (або мова) в цифровому вигляді зі швидкістю


64 кбіт/с кожний. Третій канал називається D-каналом, або дельта-каналом, його швидкість — 16 кбіт/с, і він використовується для передачі службової інформації, необхідної для встановлення і підтримки зв’язку. (Для порівняння: у разі передачі даних за допомогою модема значна частина смуги пропускання витрачається на передачу службової інформації.)

Два В-канали можна об’єднати в один зі швидкістю передачі даних 128 кбіт/с (це може використовуватися для ділового застосування в офісах).

2. Інтерфейс основного доступу (PRIPrimary Rate Interface). Відомий як EDSL (Extended Digital Subscriber Line — розширена абонентська цифрова лінія).

Цей інтерфейс застосовується для підключення до ISDN груп користувачів: локальних мереж, АТС-установ та інших багатокористувацьких комутаційних систем.

У світі затверджено декілька стандартів інтерфейсу PRI:

ISDN-23 — північноамериканський (використовується в США, Канаді, Мексиці, Японії, Північній Кореї), передбачає 23 В-канали і один D-канал, розширені до швидкості 64 кбіт/с у кожному. Отже, можна легко підрахувати, що пропускна здатність цього стандарту становитиме 1,544 Мбіт/с (2364 кбіт/с). Це майже таке саме значення, як і для виділеної лінії Т1, але витрати суттєво менші.

ISDN-30 — європейський стандарт PRI, передбачає 30 В-кана­лів і один D-канал. Загальна пропускна здатність цього стандар-
ту — 2,048 Мбіт/с.

Широкосмуговий інтерфейс ISDN (BISDN — Broad-band ISDN) — пропускна здатність більш ніж 600 Мбіт/с, дає змогу здійснювати пересилання відеозображень одночасно з мовою і даними.

Для підключення окремого комп’ютера до Інтернет через ISDN-інтерфейс BRI необхідно:

1. ISDN-термінальний адаптер — встановлюється на ЕОМ.

Як і звичайні модеми, ISDN-адаптери можуть бути зовнішніми і внутрішніми. Внутрішній — це мережева плата, яку необхідно вставити у вільний слот розширення комп’ютера. Зовнішній зазвичай підключається через послідовний порт, паралельний порт або інтерфейс V.35. Менш поширені ISDN-адаптери, які підключаються лише до мережевої плати, оскільки вони підходять в основному для використання в офісі.

Краще вибирати ISDN-адаптер, що підтримує роботу аналогового телефону, інакше доведеться додатково придбати ISDN-телефон або не користуватися цією лінією для телефонних розмов.

Якщо ви захочете мати канал 128 кбіт/с, необхідно переконатися, що адаптер підтримує об’єднаний канал на 128 кбіт/с.

2. NT1 (Network Termination Unit) — кінцевий мережевий пристрій (може виконуватись у вигляді розетки).

Деякі зовнішні термінальні ISDN-адаптери мають вбудовані пристрої NT1 та блоки живлення (по ISDN-лініях не передається напруга живлення).

На рис. 10.4 показано схему такого підключення.


Рис. 10.4. Схема підключення комп’ютера через інтерфейс BRI

Для підключення локальної мережі до ISDN через інтерфейс BRI використовуються маршрутизатори — для передачі пакетів даних з локальної мережі в мережу ISDN і назад (міст «ISDN-локальна мережа» — ISDN LAN bridge).

Деякі ISDN-модеми містять вбудовані маршрутизатори.

Для забезпечення послуги ISDN в мережі місцевої телефонної компанії або компанії-оператора, які надають послуги зв’язку, розміщується кінцева апаратура лінії, а до цифрової абонентської лінії в місцевій АТС підключається кінцева апаратура станції.

1996 року національний оператор мережі міжнародного і міжміського зв’язку Utel вперше почав надавати послуги ISDN у Києві. Сьогодні такі послуги надаються декількома українськими операторами в ряді міст України.



Х.25


Стандарт Х.25 — це набір протоколів для мереж з комутацією пакетів, розроблений комітетом ССІТТ. У цьому стандарті встановлена послідовність взаємодії між кінцевим обладнанням зберігання даних (DTE) та обладнанням для передачі даних через мережу з комутацією пакетів у вузлах комутації. Стандарт дає можливість здійснювати синхронну передачу даних зі швидкістю до 64 кбіт/с (56 кбіт/с), а також передбачає автоматичне виявлення помилок та їх корекцію. Рекомендація Х.25 побудована на перших трьох рівнях моделі OSI.

Основу мережі Х.25 становлять вузли комутації пакетів. Кінцеве обладнання для зберігання даних (комп’ютери, сервери) підключається до мережі за допомогою спеціального пристрою — PAD (рис. 10.5). Цей пристрій забезпечує розподіл даних від комп’ютера на пакети, придатні для передачі по мережі Х.25, та збирання пакетів у кінці маршруту, а також сприяє підвищенню швидкості передачі через мережу Х.25, концентруючи потоки від декількох DTE.

Крім даних пакет містить керуючу інформацію для виявлення помилок і упорядкування, а також адресу отримувача. На кожному етапі маршруту передачі дані перевіряються на наявність помилок, а потім пересуваються далі по оптимальному маршруту. У разі виявлення помилки передається запит на повторну передачу. Маршрут пакета визначається комутаційним обладнанням у вузлах комутації.

Доступ до мереж Х. 25 здійснюється через виділену арендовану лінію або через звичайну телефонну лінію (за стандартом


Х. 32). Для зв’язку Х. 25 з локальними мережами використовуються мости або маршрутизатори.

Рис. 10.5. Схема мережі Х. 25

З початку 70-х років протокол Х. 25 використовується не лише для побудови загальнодоступних мереж, а й при побудові корпоративних мереж по всьому світу. Проте цей протокол не підходить для трафіка додатків, чутливих до затримок (передачі голосу), і не може слугувати основним транспортним протоколом територіальної мережі з інтеграцією послуг (для цього краще використовувати Frame Relay).

Стандарт Х.25 має можливість передачі інформації інших мережевих протоколів, використовуючи метод інкапсуляції. Це означає, що пакети інших мережевих протоколів залежно від їх розміру або розподіляються на фрагменти, або послідовно об’єднуються і переформовуються в пакет Х. 25.


Frame Relay — протокол ретрансляції кадрів


Frame Relay — це вдосконалена швидкісна технологія комутації пакетів змінної довжини. Протокол ретрансляції кадрів — протокол канального рівня, який встановлює послідовність збирання кадрів даних змінної довжини. Для кожної з підсистем, які прийматимуть пакети, задається стандартний розмір кадру.

Основою мережі є пристрої доступу до неї (FRAD), які здійснюють ущільнення каналів передачі даних, комутацію і передачу різних видів трафіка, керування потоком та встановлення пріоритетів.

У пристроях Frame Relay висока ефективність обробки кадрів досягається завдяки спрощеній процедурі контролю. Вузол перевіряє лише правильність адреси і цілісність кадру. Порівняно з
Х. 25 витрачається значно менше часу на обробку кадру (приблизно в 20 разів). У такий спосіб швидкість доступу може бути збільшена до 1,544 Мбіт/с, але це не межа — стандарт не обмежує швидкість передачі інформації.

Використання пакетів змінної довжини (як і в Х. 25) корисне для передачі «лавиноподібного» трафіка локальних мереж. Проте змінна довжина кадрів призводить до виникнення затримок у часі, через які додатки з відеоінформацією можуть некоректно працювати в цій мережі. Для передачі даних по локальній мережі з використанням технології Frame Relay необхідний сумісний з цією технологією маршрутизатор чи міст.

Frame Relay можна розглядати як спрощену версію стандарту Х. 25 для вищих швидкостей передачі інформації. Проте він орієнтований на високу якість каналів (на відміну від Х. 25, який може працювати на неякісних лініях, гарантуючи стабільну швидкість передачі). Найчастіше використовуються оптоволоконні або цифрові канали.

Асинхронний режим передачі (АТМ)


Асинхронний режим передачі (Asynchronous Transfer Mode) зі швидкістю 155 Мбіт/с — 2,5 Гбіт/с — це мережева технологія комутації пакетів фіксованого розміру (по 53 байт). Ця технологія однаково придатна для організації як локальних, так і глобаль­них мереж. Допускає одночасну передачу різних видів сигналу.

Високі швидкості досягаються завдяки таким технологічним рішенням, як:



  • використання великої кількості каналів з часовим мультиплексуванням (TDM) для паралельної передачі частин одного повідомлення;

  • комутація кадрів: контрольний код щодо інформаційної частини повідомлення передається лише в кінці останнього пакета;

  • спрощена маршрутизація (від джерела) за рахунок того, що після встановлення з’єднання пакети маршрутизують самі себе (містять відповідні поля);

  • фіксована довжина пакетів спрощує алгоритми керування і буферизації.

В основі цієї технології лежить використання комутаторів. Вони об’єднуються в опорну мережу (зазвичай на базі ВОЛЗ) і забезпечують високошвидкісну комутацію блоків взаємодії з різними ЛОМ та зв’язок з територіальною мережею. Виділяють три типи комутаторів АТМ: для локальних мереж, для локальних опорних мереж і магістральні.

Середовищем для АТМ зазвичай слугують ВОЛЗ, виті пари, коаксіал.

АТМ працює на чотирьох нижніх рівнях моделі OSI й передбачає такі стандартні швидкості: 51, 155, 622, 2400 Мбіт/с.

Повільне впровадження АТМ спричинене тим, що в поширених протоколах (ТСР/ІР, Х.25) пакети мають змінну довжину, що спричинює труднощі через несумісність з ними програмно-апаратних засобів АТМ.

Організація ATM Forum та деякі промислові компанї розробляють комутатори і концентратори, що забезпечують сумісне функціонування АТМ, магістралей та інших поширених мереж.

Fіber Dіstrіbuted Data Іnterface (FDDІ)


Розподілений оптичний інтерфейс даних (FDDI — Fіber Dіstrіbuted Data Іnterface) — це специфікація, що описує високошвидкісну (100 Мбіт/с) мережу зі структурою типу «подвійне кіль­це» на основі оптоволокна. Вона була розроблена комітетом ANSІ ХЗТ9.5 і оприлюднена 1986 року.

FDDІ забезпечує високошвидкісний зв’язок між мережами різ­них типів. Вона може застосовуватися в мережах міського масштабу: з’єднує мережі в межах міста високошвидкісним волоконно-оптичним кабелем. Однак довжина кільця має обмеження — до 100 км. Тобто FDDІ може виступати як магістральна мережа, до якої можна підключати локальні мережі з меншими продуктивностями. На основі FDDІ можна також будувати локальні мережі для тих компаній, яким необхідна висока швидкість передачі даних і відносно велика смуга пропускання.

FDDІ основана на технології спільного використання мережі. Це означає, що одночасно можуть передавати дані кілька комп’ютерів (що може спричинити перевантаження мережі). FDDІ використовує систему передачі маркерів у подвійному кільці. Трафік у мережі FDDІ складається з двох подібних потоків, що рухаються в протилежних напрямках по двох кільцях. Голов­на перевага топології типу «подвійне кільце» — надмірність. Одне кільце використовується для передачі даних, а друге є резервним. Зазвичай дані передаються тільки по основному кільцю. Якщо в основному кільці відбувається збій, то мережа автоматич­но переконфігуровується і дані починають передаватися по додат­ковому кільцю в протилежному напрямку.

Ця технологія має певні обмеження: загальна довжина кабелю об’єднаних кілець має бути не більшою ніж 200 км; довжина одного кільця не повинна перевищувати 100 км; до одного кільця не може бути підключено більш ніж 500 комп’ютерів; щонаймен­ше через кожні 2 км має бути встановлений репітер.

Комп’ютери можуть підключатися до одного чи до обох кілець FDDІ. Комп’ютери, підключені до обох кілець, називаються станціями класу А, а ті, що підключені тільки до одного кільця, — станціями класу В. Якщо відбувається збій у мережі, то станції класу А беруть участь у переконфігуруванні мережі, а станції класу В — ні.

Рис. 10.6. Схема підключення комп’ютерів до кілець FDDІ

Основне середовище передачі для FDDІ — волоконно-оптичний кабель. FDDІ може також працювати на мідних проводах, цей варіант називають CDDІ, однак таке рішення має інші обмеження.

следующая страница >>