12091

Глобальные сети, Удаленный доступ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Глобальные сети. Удаленный доступ. Технология модемов Модем modem это устройство которое позволяет компьютерам обмениваться данными по телефонной линии. Когда компьютеры расположены далеко друг от друга и их нельзя соединить стандартным сетевым...

Русский

2015-01-22

8.42 MB

3 чел.

Тема 5. Глобальные сети

5.1. Удаленный доступ

5.1.1. Технология модемов

Модем (modem) - это устройство, которое позволяет компьютерам обмениваться данными по телефонной линии.

Когда компьютеры расположены далеко друг от друга и их нельзя соединить стандартным сетевым кабелем, связь между ними устанавливается с помощью модема. В сетевой среде модемы служат средством связи между отдельными сетями или между ЛВС и остальным миром.

5.1.1.1. Основные функции модемов

Осуществлять связь по телефонной линии компьютеры не могут, так как они обмениваются данными с помощью цифровых электронных импульсов, а по телефонной линии можно передавать только аналоговые сигналы (звук).

Цифровой сигнал (синоним двоичного) может принимать лишь два значения: 0 или 1. Аналоговый сигнал - это плавная кривая, которая может иметь бесконечное множество значений.

Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы компьютера в аналоговые и посылает их по телефонной линии. Модем на принимающей стороне преобразует входящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера-получателя.

Другими словами, передающий модем модулирует (modulate) цифровой сигнал в аналоговый, а принимающий модем демодулирует (demodulate) аналоговый сигнал опять в цифровой.

При использовании цифровых линий необходимо установить в компьютер специальные цифровые платы.

5.1.1.2. Аппаратное обеспечение модемов

Модемы - оборудование передачи данных (DCE - Data Communications Equipment). Они имеют два стандартных физических интерфейса:

последовательный интерфейс передачи данных (RS-232);

интерфейс с телефонной линией RJ-11 (четырехконтактный телефонный разъем).

Существуют внутренние и внешние модемы. Внутренние модемы устанавливаются в слоты расширения подобно любой другой плате. Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, подключаемую к компьютеру с помощью последовательного (RS-232) кабеля. Этот кабель соединяет последовательный порт компьютера с тем разъемом модема, который предназначен для связи с компьютером. Для подключения модема к телефонной сети используется кабель с разъемами RJ-11.

5.1.1.3. Стандарты модемов

Стандарты обеспечивают взаимодействие модемов от разных производителей.

5.1.1.3.1. Hayes

В начале 1980-х годов компания Hayes Microcomputer Products, Inc. Разработала модем, который получил название Hayes Smartmodem. Он был назван «интеллектуальным», потому что мог автоматически набрать номер. Smartmodem превратился в стандарт, на который стали ориентировать другие модемы, - вскоре возник термин «Hayes-совместимый». Поскольку производители подчинились стандартам Hayes, через некоторое время все модемы могли «общаться» друг с другом.

Первые Hayes Smartmodem передавали и принимали данные со скоростью 300 битв в секунду. Целый ряд последующих модификаций увеличил эту скорость в четыре раза до 1200 бит/с (bps). В настаящее время Hayes предлагает модемы со скоростью 28800 бит/с и более.

5.1.1.3.2. Международные стандарты

С конца 1980-х годов организация International Telecommunications Union (ITU) разрабатывает стандарты для модемов. Эти спецификации, известные как V-серия, отличаются номером стандарта. Иногда включается также слово «bis» (латинское «дважды»). Оно указывает на то, что данный стандарт - пересмотренная версия более раннего стандарта. Если в названии стандарта содержится слово «terbo» (французское «ter» - третий), это значит, что второй, или «bis», стандарт также был модифицирован. Например, модему V.22bis для передачи текста в 1000 слов требуется 25 секунд. Модем V.34 передает этот же текст за две секунды, а модему со скоростью 14400 бит/с, удовлетворяющему стандарту сжатия данных V.42bis, на это потребовалась бы только одна секунда.

Рассмотрим стандарты сжатия, разработанные с 1984 года, и их параметры. Стандарт сжатия и скорость модема не всегда взаимозависимы. Сжатие может использоваться модемом на любой скорости.

Стандарт

бит/с

Год выпуска

Примечание

V.22bis

2400

1984

Старый стандарт. Модемы этого стандарта иногда входят в комплект поставки компьютера.

V.32

9600

1984

Модемы этого стандарта иногда входят в комплект поставки компьютера.

V.32bis

14400

1991

Модемы этого стандарта в настоящее время широко распространены.

V.32terbo

19200

1993

Неофициальный стандарт. Может соединяться только с другим V.32terbo.

V.FastClass (V.FC)

28800

1993

Неофициальный стандарт.

V.34

28800

1994

Усовершенствованный V.FastClass. Сохраняет обратную совместимость с ранними V-модемами.

V.42

57600

1995

Сохраняет обратную совместимость с ранними V-модемами.

5.1.1.4. Производительность модемов

Изначально скорость модемов измерялась в битах в секунду и в единицах, называемых «бодами» (baud).

Бод относится к частоте осцилляций звуковой волны, переносящей биты данных по телефонной линии. Свое название эта единица получила от имени французского офицера-связиста Ж. Бодо. В начале 1980-х годов скорость в бодах равнялась скорости передачи в битах. В то время 300 бод было эквивалентно 300 битам в секунду.

Затем, когда инженеры связи разработали методы сжатия и кодирования данных, каждая модуляция звука могла переносить больше одного бита информации. Это означает, что скорость в битах в секунду может быть выше скорости в бодах. Например, модем со скоростью модуляции 28800 бод в действительности способен передавать 115200 битов в секунду. Именно поэтому сначала нужно обращать внимание на скорость в битах в секунду, а затем уже - в бодах.

Современные модемы применяют такие индустриальные стандарты сжатия данных, как V.42bis/MNP5, и имеют скорость передачи данных 57600 бит/с, а некоторые - 76800 бит/c.

5.1.2. Типы модемов

Существуют различные типы модемов, поскольку каждый тип среды передачи требует и различных методов передачи данных. Эти среды грубо можно поделить на два типа, взяв как критерий синхронизацию связи. Итак, связь бывает: асинхронная и синхронная.

Тип модема, используемого в сети, зависит и от среды передачи, и от назначения сети.

5.1.2.1. Асинхронная связь

Асинхронная связь - самая распространенная форма передачи данных. Причина такой популярности в том, что асинхронный метод связи использует стандартные телефонные линии.

При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком.

START

Байт 1

STOP

START

Байт 2

STOP

START

Байт 3

STOP

START

Байт N

STOP

Рис. 5.1. Асинхронный поток данных

Каждый символ - буква, число или знак - раскладывается в последовательность битов. Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом и стоповым битом. Передающее и принимающее устройства должны согласовывать комбинацию стартовых и стоповых битов. Принимающий компьютер для управления синхронизацией использует стартовые и стоповые биты, готовясь тем самым к приему следующего байта данных.

Связь этого типа не синхронизируется, т.е. отсутствует синхронизирующее устройство или метод для координации действий между передатчиком и приемником. Передающий компьютер просто шлет данные, а принимающий компьютер просто их получает. Затем принимающий компьютер проверяет данные, чтобы убедиться в том, что они приняты без ошибок. При асинхронной связи 25 процентов трафика данных состоит из управляющей информации.

Скорость асинхронной передачи по телефонным линиям может достигать 28800 бит/с и выше. Новейшие методы сжатия данных обеспечивают скорость до 115200 бит/с (в системах, которые связаны напрямую).

5.1.2.1.1. Контроль ошибок

Передавая по сети данные, нельзя исключать вероятность появления ошибок, поэтому при асинхронной связи обычно используют специальный бит - бит четности. Схема проверки и коррекции ошибок, которая его применяет, называется контролем четности. При контроле четности количество посланных и принятых единичных битов должно совпадать.

Стандарт модемов V.32 не предусматривал контроля ошибок. Чтобы решить эту проблему, компания Microcom создала собственный стандарт асинхронного контроля ошибок данных, который был назван Microcom Network Protocol (MNP). Этот метод был настолько удачен, что другие компании заимствовали не только начальную версию протокола, но и другие версии, называемые классами. В настоящее время разные производители модемов используют MNP классов 2, 3 и 4.

В 1989 году комитет CCITT опубликовал схему асинхронного контроля ошибок, названную V.42. Этот стандарт аппаратной коррекции ошибок включает в себя два протокола. Основная схема контроля ошибок - это Link Access Procedure for Modems, LAPM (процедура доступа к каналу связи для модемов), кроме того, V.42 поддерживает MNP Class 4. Протокол LAPM используется при соединении двух модемов, удовлетворяющих стандарту V.42. Если один из модемов поддерживает только стандарт MNP 4, будет использоваться MNP 4.

5.1.2.1.2. Увеличение скорости передачи

На производительность канала связи оказывают влияние два фактора

Скорость канала. Этот параметр указывает, насколько быстро биты кодируются и передаются по каналу связи.

Пропускная способность (throughput). Этот параметр определяет долю полезной информации, передаваемой по каналу.

Скорость передачи и пропускная способность - это не одно и то же. Например, за счет сжатия (compressing) данных можно удвоить пропускную способность и не оплачивать при этом более быстрый канал связи.

Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Один из распространенных в настоящее время стандартов сжатия - протокол сжатия данных MNP Class 5 фирмы Microcom.

Если на обеих сторонах линии связи используется протокол MNP Class 5, время передачи данных может быть сокращено наполовину.

Следуя стандарту V.42bis, можно добиться и большей производительности, так как он описывает аппаратную реализацию непрерывного сжатия данных. Например, с модемом на 9600 бит/с при использовании V.42bis можно достичь пропускной способности 38400 бит/с.

5.1.2.1.3. Комбинирование стандартов

Различные стандарты определяют различные аспекты работы модема. Поэтому один и тот же модем, чтобы увеличить производительность, иногда использует некую комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок. Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале связи между локальными сетями хорошие, устойчивые результаты может дать следующая комбинация::

V.32bis - передача;

V.42 - контроль ошибок;

V.42bis - сжатие.

Асинхронные, или последовательные, модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и компонентах для управления синхронизацией (необходимой при синхронной связи).

5.1.2.2. Синхронная связь

Синхронная связь основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Ее цель - выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для синхронизации используются специальные символы.

Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача.

SYNC

Байт 1

Байт 2

Байт 3

Байт 4

Байт N

SYNC

Рис. 5.2. Синхронный поток данных

В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра.

Синхронные протоколы выполняют некоторые действия, не предусмотренные асинхронными протоколами, а именно:

разбивают данные на блоки;

добавляют управляющую информацию;

проверяют данные на наличие ошибок.

Основные протоколы синхронной связи:

SDLC (Synchronous Data Link Control) - протокол синхронного управления каналом;

HDLC (High-level Data Link Control) - высокоуровневый протокол управления каналом;

BISYNC (Binary SYNchronous Communications protocol) - протокол двоичной синхронной связи.

Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи и сетях. Допустим, что для соединения удаленных компьютеров Вы применяете цифровые линии. Тогда, чтобы подключить компьютер к цифровой линии, Вы будете устанавливать синхронный модем, а не асинхронный. Однако заметим, что из=за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашнего использования, как правило, не предлагаются.

5.1.3. Линии связи

Связь через модем всегда осуществляется по какому-нибудь кабелю или коммуникационной линии. Стоимость канала и его производительность зависят от типа кабеля, а также от коммуникационной компании, предоставляющей линию связи и соответствующие услуги.

Обдумывая методы реализации модемной связи, администратор должен принимать во внимание три фактора:

пропускную способность;

расстояние;

стоимость.

Эти факторы необходимо также учитывать при выборе типа телефонных линий.

5.1.3.1. Телефонные линии

Существует два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь.

Каналы общедоступной коммутируемой телефонной сети (коммутируемые линии). Это самые обычные телефонные линии. Они требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединение для каждого сеанса связи. Кроме того, они медленны и не очень надежны при передаче данных. Однако, на некоторых цифровых линиях связи за счет использования коррекции ошибок, сжатия данных и синхронных модемов достигается скорость 56 Кбит/с.

Арендуемые (leased) [выделенные (dedicated)] линии. Эти линии обеспечивают круглосуточную связь, при которой, чтобы установить соединение, последовательность коммутаторов не нужна. Качество выделенных линий обычно выше, чем качество телефонных, которые были созданы только для передачи речи. Типичный диапазон скорости - от 56 Кбит/с до 45 Мбит/с и больше.

Однако на практике при связи на большие расстояния обычно используются коммутируемые каналы, которые выглядят как выделенные линии. Они называются виртуальными частными сетями (VPN).

5.1.3.2. Удаленный доступ

Для соединения сетей могут использоваться коммутируемые телефонные линии. Модем на одном конце набирает номер модема на другом конце - и две сети соединены. Однако этот метод обычно приводит к большим расходам на оплату телефонных счетов. Поэтому те компании, которые непрерывно поддерживают связь между сетями, предпочитают арендованные линии, обеспечивающие стабильный удаленный доступ (remote access).

Большинство сетей предлагает пользователям некоторые возможности для удаленного доступа. Microsoft Windows NT Server, например, имеет службу удаленного доступа (RAS - Remote Access Service). Она обеспечивает одновременное подключение к сети до 256 удаленных клиентов.

Служба удаленного доступа - через сервер удаленного доступа - подключает пользователей по телефонным линиям к сети Windows NT. Как только связь установлена, телефонные линии становятся «прозрачными», и пользователь может работать со всеми сетевыми ресурсами, как будто он сидит за компьютером, непосредственно подключенным к сети.

Рис. 5.3. RAS предоставляет удаленным пользователям доступ к сети

5.1.3.3. Point-to-Point Tunneling Protocol

В Windows NT 4.0 у службы RAS появился новый протокол - Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP). Он поддерживает технологию многопротокольных виртуальных частных сетей (VPN), обеспечивая удаленным клиентам - через Интернет - доступ к сети какой-либо организации, причем с высокой степенью защиты. Пользователь сначала связывается с Интернетом, а затем через него подключается к серверу RAS.

PPTP позволяет передавать PPP-пакеты IP, IPX и NetBEUI по сети TCP/IP. ЛВС организации выступает при этом как обычная телефонная сеть, X.25- или ISDN-сеть. Новая ГВС строится на базе существующей общедоступной сети, например Интернета.

5.2. Расширение сетей

Сети не могут бесконечно расширяться за счет простого добавления новых компьютеров и прокладки дополнительного кабеля. Любая топология или архитектура имеет свои ограничения. Тем не менее существуют устройства, назначение которых - увеличить размер сети в действующей среде. Эти компоненты могут:

сегментировать локальные сети так, что каждый сегмент становится самостоятельной локальной сетью;

объединять две локальные сети в одну;

подключать сеть к другим сетям и компьютерным средам для объединения их в большую разнородную систему.

К устройствам, которые позволяют расширить сеть, относятся:

повторители;

мосты;

маршрутизаторы;

мосты-маршрутизаторы;

шлюзы.

Рассмотрим каждое из перечисленных устройств.

5.2.1. Повторители

При распространении по кабелю сигнал искажается, поскольку уменьшается его амплитуда. Причина этого явления - затухание. В результате, если кабель имеет достаточную длину, затухание может исказить сигнал до неузнаваемости. Чтобы этого не произошло, устанавливают повторители. Повторители позволяют сигналам распространяться на большие расстояния.

5.2.1.1. Принцип работы повторителя

Повторитель работает на Физическом уровне модели OSI, восстанавливая сигнал и передавая его в другие сегменты. Повторитель принимает затухающий сигнал из одного сегмента, восстанавливает его и передает в следующий сегмент. Чтобы данные - через повторитель - поступали из одного сегмента в другой, каждый сегмент должен использовать одинаковые пакеты и протоколы Logical Link Control (LLC). Это означает, например, что повторитель не позволяет обмениваться данными между сетями 802.3 LAN (Ethernet) и 802.5 LAN (Token Ring).

Повторители не имеют функций преобразования и фильтрации. Чтобы повторитель работал, оба сегмента, им соединяемые, должны иметь одинаковый метод доступа. Наиболее распространенные методы доступа - CSMA/CD и передача маркера. Таким образом, повторитель не может соединять сегмент, использующий CSMA/CD, с сегментом, который использует передачу маркера. Другими словами, они не могут транслировать пакеты Ethernet в пакеты Token Ring.

Однако повторители могут передавать пакеты из одного типа физического носителя в другой. Если повторитель имеет соответствующие разъемы, он примет пакет Ethernet, приходящий из сегмента на тонком коаксиальном кабеле, и передаст его в сегмент на оптоволокне.

С одной стороны, повторители - самый дешевый способ расширить сеть. Их использование является правильным начальным шагом. С другой стороны, они остаются низкоуровневыми компонентами расширения сети. Применение повторителей оправдано, когда при расширении сети необходимо преодолеть ограничения по длине сегмента или по количеству узлов, причем ни один из сегментов не генерирует повышенный трафик, а материальные затраты должны быть минимальны.

5.2.1.2. Отсутствии изоляции и фильтрации

Повторители передают из сегмента в сегмент каждый бит данных, даже если данные состоят из искаженных пакетов или из пакетов, не предназначенных для этого сегмента. В результате проблемы одного сегмента могут повредить всем остальным сегментам. Повторитель не могут служить фильтром, который ограничивал бы поток некорректных пакетов.

Повторители, кроме того, будут передавать из сегмента в сегмент и лавину широковещательных пакетов, распространяя их по всей сети. Когда количество широковещательных пакетов приблизится к ширине полосы пропускания сети, ее производительность резко снизится. Производительность сети также падает, когда устройство отвечает на пакеты, непрерывно циркулирующие по сети, или пакеты постоянно пытаются достичь устройства, которое никогда не отзывается.

5.2.1.3. Резюме

Повторители расширяют возможности сети, разделяя ее на сегменты и уменьшая за счет этого количество компьютеров на один сегмент. Повторитель:

соединяет сегменты, использующие одинаковые или разные типы среды передачи;

восстанавливает сигнал, тем самым увеличивая дальность передачи;

функционирует на Физическом уровне модели OSI;

передает весь трафик в обоих направлениях.

Повторители следует использовать, чтобы с наименьшими затратами соединить два сегмента.

Повторители не рекомендуется использовать, если:

сетевой трафик интенсивный;

в сегментах применяются разные методы доступа;

необходимо реализовать один из методов фильтрации данных.

5.2.2. Мосты

Мост (bridge), как и повторитель, может соединять сегменты или локальные сети рабочих групп. Однако, в отличие от повторителя, мост позволяет разбить сеть на несколько сегментов, изолировав за счет этого часть трафика или возникшую проблему. Например, если трафик компьютеров какого-то отдела «наводняет» сеть пакетами, уменьшая ее производительность в целом, то с помощью моста можно выделить эти компьютеры в отдельный сегмент и изолировать его от сети.

Мосты обычно решают следующие задачи:

увеличивают размер сети;

увеличивают максимальное количество компьютеров в сети;

устраняют узкие места, появляющиеся в результате подключения избыточного числа компьютеров и, как следствие, возрастания трафика. Мосты разбивают перегруженную сеть на отдельные сегменты с уменьшенным трафиком. В итоге каждая подсеть будет работать более эффективно.

Соединяют разнородные физические носители, такие, как витая пара и коаксиальный кабель.

Соединяют разнородные сегменты сети, например Ethernet и Token Ring, и переносят между ними пакеты.

5.2.2.1. Принцип работы мостов

Мосты работают на Канальном уровне модели OSI, поэтому им недоступна информация, содержащаяся на более высоких уровнях этой модели. Мосты допускают использование в сети всех протоколов (не отличая при этом один протокол от другого), поэтому каждый компьютер должен определять, с какими протоколами он работает.

Канальный уровень имеет два подуровня: Управление логической связью и Управление доступом к среде. Мосты функционируют на подуровне Управления доступом к среде, поэтому иногда их называют мостами уровня Управления доступом к среде.

Мост подуровня Управления доступом к среде выполняет следующие действия:

«слушает» весь трафик;

проверяет адреса источника и получателя каждого пакета;

строит таблицу маршрутизации;

передает пакеты.

Передача пакетов осуществляется следующим образом. Если адресат не указан в таблице маршрутизации, мост передает пакет во все сегменты. Если адресат указан в таблице маршрутизации, мост передает пакет в этот сегмент (если сегмент получателя не совпадает с сегментом источника).

Работа моста основана на принципе, согласно которому каждый узел сети имеет уникальный адрес - мост передает пакеты, исходя из адреса узла назначения.

Можно сказать, что мосты обладают некоторым «интеллектом», поскольку изучают, куда следует направить данные. Когда пакеты передаются через мост, данные об адресах компьютеров сохраняются в оперативной памяти моста. Он использует эти данные для построения таблицы маршрутизации.

В начале работы таблица маршрутизации моста пуста. Затем, когда узлы передают пакеты, адрес источника копируется в таблицу маршрутизации. Имея эти данные, мост изучает расположение компьютеров в сегментах сети.

5.2.2.1.1. Создание таблицы маршрутизации

Итак, мосты строят таблицы маршрутизации на основе адресов компьютеров, которые передавали данные в сеть, т.е. мосты используют адреса источников - адрес устройства, инициировавшего передачу, - для создания таблицы маршрутизации.

Принимая пакет, мост ищет адрес источника в таблице маршрутизации. Если адрес источника не найден, он добавляет его в таблицу. Затем мост сравнивает адреса назначения с базой данных таблицы маршрутизации.

Если адрес получателя есть в таблице маршрутизации и адресат находится в одном сегменте с источником, пакет отбрасывается. Эта фильтрация уменьшает сетевой трафик и изолирует сегменты сети.

Если адрес получателя есть в таблице маршрутизации, а адресат и источник находятся в разных сегментах, мост передает пакет адресату через соответствующий порт.

Если адреса получателя нет в таблице маршрутизации, мост передает пакет во все свои порты, исключая тот, через который пакет был принят.

То есть, если мост знает о местонахождении узла-адресата, он передает пакет ему. Если адресат неизвестен, мост транслирует пакет во все сегменты.

5.2.2.1.2. Сегментирование сетевого трафика

Таблица маршрутизации позволяет мосту сегментировать трафик. Например, компьютер в сегменте 1 (источник) посылает данные другому компьютеру (получателю), который также находится в сегменте 1. Если адрес назначения есть в таблице маршрутизации, мост может определить, что компьютер-получатель расположен в сегменте 1. Так как и источник, и получатель находятся в сегменте 1, пакет не попадет в сегмент 2.

Следовательно, с помощью таблицы маршрутизации, управляя передачей пакетов в сегменты, мосты способны уменьшить сетевой трафик. Этот процесс называется сегментацией сетевого трафика.

Большая сеть не ограничивается одним мостом. Чтобы объединить несколько малых сетей в одну большую, надо использовать множество мостов.

5.2.2.2. Удаленные мосты

Для объединения двух локальных сетей, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, используют два удаленных моста, которые подключают через синхронные модемы к выделенной телефонной линии (см. рис. 5.1.).

Рис. 5.4. Мосты могут соединять удаленные сегменты

Так как удаленные сегменты локальных сетей можно связать через телефонные линии, возникают ситуации, когда несколько локальных сетей связаны более чем по одному маршруту. В этом случае существует вероятность входа пакетов в длительный цикл. Для обработки таких ситуаций служит алгоритм Spanning Tree Algorithm (STA), разработанный IEEE 802.1 Network Management Committee. Используя STA, программное обеспечение находит все возможные маршруты, определяет среди них самый эффективный, а затем конфигурирует мост так, чтобы он работал именно с этим маршрутом. Другие маршруты программное обеспечение отключает. Однако, если основной маршрут становится недоступным, отключенные маршруты могут быть вновь активизированы.

5.2.2.3. Различия между мостами и повторителями

Мосты работают на более высоком уровне модели OSI, чем повторители. Это означает, что мосты «умней» повторителей и могут учитывать больше особенностей передаваемых данных.

Мосты, так же как и повторители, способны восстанавливать форму сигнала, однако делают это на уровне пакетов, из чего следует: мосты могут передавать пакеты на большие расстояния с использованием разнообразных сред передачи.

Мосты, обладая всеми функциями повторителей, позволяют подключать больше узлов. Кроме того, они обеспечивают более высокую, чем повторители, производительность сети. Так как сеть делится на изолированные сегменты, в каждом из них оказывается меньше компьютеров, конкурирующих за доступ к среде передачи.

Если обширную сеть Ethernet разделить на два сегмента, соединенных мостом, в каждом сегменте сети будет распространяться меньше пакетов, возникать меньше коллизий, и вся сеть станет работать более эффективно. Хотя каждый сегмент изолирован, мост передает между ними соответствующие пакеты.

Мост может работать как автономное устройство (внешний мост), так и на сервере (внутренний мост), если сетевая операционная система допускает установку на сервере нескольких сетевых плат.

Администраторы сетей широко применяют мосты, потому что они:

просты в установке и незаметны пользователям;

обладают высокой гибкостью и адаптируемостью;

относительно дешевы.

5.2.2.4. Резюме

Мосты обладают всеми возможностями повторителей.

Соединяют два сегмента и восстанавливают сигналы на уровне пакетов.

Функционируют на Канальном уровне модели OSI.

Не подходят для распределенных сетей со скоростями передачи менее 56 Кбит/с.

Не могут одновременно поддерживать несколько маршрутов.

Пропускают все широковещательные сообщения, которые приводят к перегрузке сети.

Считывают адреса источника и получателя каждого пакета.

Пропускают пакеты с неизвестным адресом получателя.

Основное назначение мостов:

соединить два сегмента для увеличения длины сети или количества узлов в ней;

уменьшить трафик за счет сегментации сети;

соединить разнородные сети.

5.2.3. Маршрутизаторы

Маршрутизатор не только знает адрес каждого сегмента, но и определяет наилучший маршрут для передачи данных и фильтрует широковещательные сообщения.

Маршрутизаторы (routers) работают на Сетевом уровне модели OSI. Это значит, что они могут переадресовывать и маршрутизировать пакеты через множество сетей, обмениваясь информацией (которая зависит от протокола) между отдельными сетями. Маршрутизаторы считывают в пакете адресную информацию сложной сети и, поскольку они функционируют на более высоком по сравнению с мостами уровне модели OSI, имеют доступ к дополнительным данным.

Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов:

фильтровать и изолировать трафик;

соединять сегменты сети.

Однако маршрутизаторам доступно больше информации, чем мостам, и они используют ее для оптимизации доставки пакетов. В сложных сетях без маршрутизаторов обойтись трудно, поскольку они обеспечивают лучшее (по сравнению с мостами) управление трафиком и не пропускают широковещательных сообщений. Маршрутизаторы могут обмениваться данными о состоянии маршрутов и, основываясь на этой информации, обходить медленные или неисправные каналы связи.

5.2.3.1. Принцип работы маршрутизаторов

Таблица маршрутизации, которая находится в маршрутизаторах, содержит сетевые адреса. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица. Таблица помогает маршрутизатору определить адреса назначения для поступающих данных. Она включает следующую информацию:

все известные сетевые адреса;

способы связи с другими сетями;

возможные пути между маршрутизаторами;

стоимость передачи данных по этим маршрутам.

Маршрутизатор выбирает наилучший путь для данных, сравнивая стоимость и доступность различных вариантов.

Примечание. Таблицы маршрутизации существуют и для мостов. Таблица маршрутизации моста содержит адреса подуровня Управления доступа к среде, тогда как таблица маршрутизации маршрутизатора содержит номера сетей. Поэтому термин «таблица маршрутизации» имеет разный смысл для мостов и для маршрутизаторов.

Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей (что позволяет им обращаться друг к другу) и адреса локальных плат сетевого адаптера. К удаленным компьютерам маршрутизаторы обращаться не могут.

Маршрутизатор, принимая пакеты, предназначенные для удаленной сети, пересылает их тому маршрутизатору, который обслуживает сеть назначения. Такой механизм передачи пакетов можно рассматривать как достоинство маршрутизаторов, потому что они позволяют:

сегментировать большие сети на меньшие;

действовать как барьер безопасности между сегментами;

предотвращать широковещательный шторм.

Так как маршрутизаторы выполняют сложную обработку каждого пакета, они медленне большинства мостов. Когда пакеты передаются от одного маршрутизатора к другому, адреса источника и получателя Канального уровня отсекаются, а затем создаются заново. Это позволяет маршрутизатору направлять пакеты из сети TCP/IP Ethernet серверу в сети TCP/IP Token Ring.

Пропуская только адресные сетевые пакеты, маршрутизаторы препятствуют проникновению в сеть некорректных пакетов. Таким образом, с помощью фильтрации некорректных данных и широковещательных пакетов, маршрутизаторы уменьшают нагрузку на сеть.

Адрес узла назначения маршрутизаторы не проверяют; они «смотрят» только на адрес сети. Иначе говоря, маршрутизаторы будут пропускать информацию лишь в том случае, если известен адрес сети.

5.2.3.2. Маршрутизируемые протоколы

С маршрутизаторами работают не все протоколы. Протоколы, работающие с маршрутизаторами, называются маршрутизируемыми. К ним относятся:

DECnet;

IP;

IPX;

OSI;

XNS;

DDP (Apple Talk).

К немаршрутизируемым протоколам относятся:

LAT (Local Area Transport - протокол корпорации Digital Equipment Corporation);

NetBEUI.

Существуют маршрутизаторы, которые в одной сети могут работать с несколькими протоколами (например, с IP и DECnet).

5.2.3.3. Выбор маршрута

В отличие от мостов, маршрутизаторы могут не только использовать несколько активных маршрутов между сегментами локальных сетей, но и выбирать среди них наиболее оптимальный. Поскольку маршрутизаторы способны соединять сегменты с абсолютно разными схемами упаковки данных и разными методами доступа к носителю, им часто будут доступны несколько каналов связи. Это значит, что, если какой-нибудь маршрутизатор перестанет работать, данные все равно будут передаваться по другим маршрутам.

Маршрутизатор может «прослушивать» сеть и определять, какие ее части сильнее загружены. Он устанавливает также количество транзитов (hops) между сегментами сети. Используя эту информацию, маршрутизатор выбирает маршрут передачи данных. Если один путь перегружен, он выберет альтернативный.

Подобно мостам, маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации и используют их в алгоритмах маршрутизации (routing algorithm).

OSPF (Open Shortest Path First) - алгоритм маршрутизации на основе состояния канала. Алгоритмы состояния канала управляют процессом маршрутизации и позволяют маршрутизаторам быстро реагировать на изменения в сети. Маршрутизация на основе состояния канала использует алгоритм Dijkstra для вычисления маршрутов с учетом количества транзитов, скорости линии, трафика и стоимости. Протокол TCP/IP поддерживает OSPF.

RIP (Routing Information Protocol) - дистанционно-векторные алгоритмы маршрутизации. Протоколы TCP/IP и IPX поддерживают RIP.

NLSP ( NetWare Link Services Protocol) - алгоритм маршрутизации на основе состояния канала. Протокол IPX поддерживает NLSP.

5.2.3.4. Типы маршрутизаторов

Маршрутизаторы подразделяются на два основных типа:

Статические (static). Статические маршрутизаторы требуют, чтобы администратор вручную создал и сконфигурировал таблицу маршрутизации, а также указал каждый маршрут для передачи данных через сеть.

Динамические (dynamic). Динамические маршрутизаторы автоматически определяют маршруты и поэтому требуют минимальной настройки. Они сложнее статических, так как анализируют информацию от других маршрутизаторов и для каждого пакета принимают отдельное решение о маршруте передачи данных через сеть.

Статические маршрутизаторы

Динамические маршрутизаторы

Ручная установка и конфигурирование всех маршрутов

Ручное конфигурирование первого маршрута. Автоматическое определение дополнительных сетей и маршрутов

Всегда используют один и тот же маршрут, определяемый элементом таблицы маршрутизации

Выбор маршрута на основе таких факторов, как стоимость и интенсивность сетевого трафика

Используемый маршрут жестко задан и не всегда является наилучшим

Возможность передачи пакетов по нескольким маршрутам

Статические маршрутизаторы считаются более безопасными, так как администратор сам указывает каждый маршрут

Защита динамического маршрутизатора может быть улучшена за счет его ручного конфигурирования. Цель - фильтрация определенных сетевых адресов, чтобы исключить через них передачу данных

5.2.3.5. Различия между мостами и маршрутизаторами

Широковещательные пакеты. При использовании мостов широковещательные пакеты следуют ко всем компьютерам всех портов моста, исключая тот порт, через который они прибыли. Иначе говоря, каждый компьютер во всех сетях получит широковещательный пакет. Маршрутизатор, работающий на Сетевом уровне, принимает во внимание больше информации, чем мост: он определяет и то, что нужно передавать, и то, куда нужно передавать. Маршрутизатор распознает не только адрес, как это делает мост, но и тип протокола. Кроме того, маршрутизатор может установить адреса других маршрутизаторов и решить, какие пакеты каким маршрутизаторам переадресовывать.

Множественные пути. Мост распознает только один маршрут между сетями. Маршрутизатор среди нескольких возможных путей определяет самый лучший на данный момент. Рассмотрим рис. 5.5. Маршрутизатор A должен переслать данные маршрутизатору D. Однако он может направить пакеты маршрутизатору C или B, и данные все равно будут доставлены маршрутизатору D. Маршрутизаторы способны оценить оба пути и выбрать среди них наиболее целесообразный.

Рис. 5.5. Маршрутизаторы распознают и используют несколько маршрутов

Мост

Маршрутизатор

Распознает только локальные адреса подуровня Управления доступом к среде (адреса плат сетевого адаптера компьютеров в подключенных к нему сегментах)

Распознает адреса сетей

Распространяет пакеты с неизвестным ему адресом получателя по всем направлениям, а все пакеты с известным адресом передает только через соответствующий порт

Работает только с маршрутизируемыми протоколами. Фильтрует адреса. Пакеты определенных протоколов он передает по определенным адресам (другим маршрутизаторам)

5.2.4. Мосты-маршрутизаторы

Мост-маршрутизатор (brouter) обладает свойствами и моста, и маршрутизатора. С одними протоколами он работает как маршрутизатор, а с другими - как мост.

Мосты-маршрутизаторы могут выполнять следующие функции:

маршрутизировать отдельные маршрутизируемые протоколы;

функционировать как мост для немаршрутизируемых протоколов;

обеспечивать более экономичное и более управляемое взаимодействие сетей по сравнению с раздельными мостами и маршрутизаторами.

5.2.5. Шлюзы

Шлюзы (gateways) обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Они распаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать сообщения других сред. В частности, шлюз изменяет формат данных, иначе прикладная программа на принимающей стороне не сможет их распознать. Например, шлюзы электронной почты (такие, как X.400) принимают сообщение в одном формате, транслируют его и пересылают в формате X.400, используемом получателем, и наоборот.

Шлюз связывает две системы, которые применяют разные:

коммуникационные протоколы;

структуры и форматы данных;

языки;

архитектуры.

Шлюзы связывают гетерогенные сети, например Microsoft Windows NT Server с SNA (Systems Network Architecture фирмы IBM).

5.2.5.1. Принцип работы шлюзов

Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа задач, т.е. для конкретного типа преобразования данных. Часто они и называются в соответствии со своей специализацией (например, Windows NT Server To SNA Gateway).

Шлюз принимает данные из одной среды, удаляет старый протокольный стек и переупаковывает их в протокольный стек системы назначения.

Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции:

извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети;

заново упаковывает полученные данные, пропуская их сверху вниз через стек протоколов сети назначения.

Некоторые шлюзы используют все семь уровней модели OSI, однако обычно шлюзы выполняют преобразование протоколов на Прикладном уровне. Впрочем, это зависит от типа конкретного шлюза.

5.2.5.2. Шлюзы мэйнфреймов

Главное назначение шлюзов - осуществлять связь между локальной сетью персональных компьютеров и средой мэйнфреймов или мини-компьютеров, которые непосредственно взаимодействовать с персональными компьютерами не могут.

В локальной сети на роль шлюза обычно выделяется один компьютер. Специальные прикладные программы на настольных компьютерах через компьютер-шлюз получают доступ к мэйнфрейму. Таким образом, пользователи могут работать с ресурсами мэйнфрейма так же просто, как будто эти ресурсы принадлежат их собственным компьютерам.

Обычно роль шлюзов в сети выполняют выделенные серверы.

Шлюзы имеют некоторые особенности:

не создают высокой нагрузки для межсетевых каналов связи;

эффективно выполняют специфичные задачи.

5.2.5.3. Резюме

Шлюзы осуществляют преобразование протоколов и данных. Однако они имеют некоторые ограничения:

предназначены для выполнения одной конкретной задачи;

работают с низкой производительностью;

стоимость достаточно высока.

Шлюзы рекомендуется использовать, если необходимо установить связь между различными средами.


5.3. Передача данных в ГВС

Большинство глобальных сетей представляет собой комбинацию локальных сетей, соединенных коммуникационными каналами. Они называются каналами связи. В качестве каналов связи ГВС могут выступать:

сети с коммутацией пакетов;

оптоволоконный кабель;

микроволновые передатчики;

спутниковые каналы;

системы кабельного телевидения на коаксиальном кабеле.

Для связи между локальными сетями может использоваться одна из следующих технологий передачи данных:

аналоговая;

цифровая;

коммутация пакетов.

Рассмотрим каждую из этих технологий.

5.3.1. Аналоговая связь

Всемирная сеть, которую использует телефон и которая может быть доступна компьютерам, называется общедоступной коммутируемой телефонной сетью (PSTN - Public Switched Telephone Network). В вычислительной среде ее можно рассматривать как один большой канал связи ГВС. Для передачи речи PSTN предлагает коммутируемые телефонные линии.

Поставщики телефонных услуг предлагают телефонные линии различных типов и качества.

Тип линии

Описание

1

Передача речи (основной тип)

2

Передача речи с некоторым контролем качества

3

Передача речи/радио с подавлением помех

4

Передача данных со скоростью до 1200 бит/с

5

Передача данных (основной тип)

6

Передача речи и данных по магистральным линиям

7

Передача речи и данных по частным линиям

8

Передача речи и данных по магистралям между компьютерами

9

Передача речи и видео

10

Ретрансляция приложений

Чтобы улучшить качество связи, коммуникационные компании используют подавление помех (line conditioning) в выделенных линиях. Существуют различные типы подавления, которые обозначаются следующим образом:

C-подавление, предлагающее восемь уровней (C1 - C8);

D-подавление.

Например, в системе, которой необходим определенный уровень надежности, могла бы использоваться линия типа 5/C3.

Выбор линии зависит от нескольких факторов:

времени использования линии;

стоимости услуг;

возможности получить более высокую или более устойчивую скорость на линии с подавлением помех;

необходимости круглосуточного непрерывного соединения.

5.3.2. Цифровая связь

Для высококачественных постоянных соединений лучше использовать не аналоговые линии, а линии цифровой службы передачи данных (DDS - Digital Data Service). DDS обеспечивают синхронное соединение «точка-точка» на скоростях 2,4; 4,8; 9,6 или 56 Кбит/с. Цифровые каналы - это выделенные линии с полнодуплексной полосой пропускания при постоянном соединении двух точек. Цифровые линии обеспечивают практически безошибочную (на 99 процентов) передачу данных. Цифровые линии доступны в различных формах, включая DDS, T1, T3, T4 и Switched 56.

Так как служба DDS использует цифровую связь, она не нуждается в модемах. Данные от моста или от маршрутизатора DDS передает через устройство, которое называется устройством обслуживания канала / устройством обработки данных (CSU/DSU - Channel Service Unit / Digital Service Unit). Оно преобразует стандартные цифровые сигналы, генерируемые компьютером, в биполярные цифровые сигналы, применяемые для синхронной связи. Это устройство содержит также электронные схемы для защиты сети поставщика услуг DDS.

Рис. 5.6. Соединение двух удаленных сетей с помощью цифровой линии связи

5.3.2.1. Линии класса Т1

T1 - самый распространенный тип цифровой линии, применяемой для высокоскоростной связи. Чтобы осуществлять полнодуплексную передачу данных на скорости 1,544 Мбит/с, эта технология использует две пары проводов (одна пара - для передачи, другая - для приема). Т1 позволяет передавать оцифрованную речь, данные и видеосигналы. Линии Т1 относятся к самым дорогим каналам связи ГВС.

Т1, разработанная Bell Labs, использует технологию мультиплексирования (уплотнения каналов). Несколько сигналов от различных источников накапливаются в устройстве, которое называется мультиплексор, и передаются по одному кабелю. На принимающей стороне происходит демультиплексирование данных в начальную форму. Этот метод был призван увеличить пропускную способность телефонных кабелей, которые изначально могли поддерживать только один сеанс связи на линию. Решение, названное «T-Carrier network», позволило Bell Labs передавать одновременно множество разговоров по одной линии.

Канал Т1 может переносить 1,544 Мбит данных в секунду (основная единица услуги T-Carrier). Т1 делит канал на 24 канала и опрашивает каждый канал 8000 раз в секунду. Используя этот метод, Т1 одновременно передает по двухпроводной паре 24 потока данных.

При каждом обращении к каналу передается 8 битов. Так как все каналы опрашиваются 8000 раз в секунду, скорость передачи составляет 64 Кбит/с. Этот стандарт скорости называется DS-0. Скорость 1,544 Мбит/с известна как DS-1.

Канал со скоростью DS-1 может быть мультиплексирован, что обеспечит более высокие скорости передачи, обозначаемые DS-1C, DS-2, DS-3 и DS-4.

Рис. 5.7. Линии класса Т1 мультиплексируются по типу матрешки

Обозначение передачи

Система каналов T-1

Число каналов Т1

Число потоков данных

Скорость передачи (Мбит/с)

DS-0

не применяется

не применяется

1

0,064

DS-1

Т1

1

24

1,544

DS-1C

Т-1C

2

48

3,152

DS-2

Т2

4

96

6,312

DS-3

Т3

28

672

44,736

DS-4

Т4

168

4032

274,176

Медные провода могут применяться для каналов T1 и T2. Однако Т3 и Т4 требуют высокочастотной среды передачи, например микроволновой или оптоволоконной.

5.3.2.2. Switched 56

Switched 56 - это коммутация каналов на линии DDS 56 Кбит/с. Switched 56 используется по запросу (в отличие от выделенного канала), избавляя клиентов от обязательной оплаты выделенной линии. На каждом абоненте, работающем с этой службой, надо установить устройство CSU/DSU, которое в нужный момент может соединиться с другим абонентом Switched 56.

5.3.3. Сети с коммутацией пакетов

Сети, передающие пакеты от множества различных пользователей по многим доступным маршрутам, называются сетями с коммутацией пакетов (в соответствии с методом упаковки и пересылки данных).

5.3.3.1. Коммутация датаграмм пакетов

Исходный блок данных разбивается на отдельные пакеты, которые снабжаются адресом получателя и другой служебной информацией. Этот принцип обеспечивает независимую передачу каждого пакета по сети. Таким образом, два пакета из одного исходного блока данных могут следовать до адресата по различным маршрутам.

При коммутации пакетов каждый пакет передается промежуточными станциями по оптимальному на текущий момент маршруту между источником и получателем.

Хотя каждый пакет продвигается собственным путем и пакеты, на которые разбито сообщение, могут достигать адресата в разное время или с измененной очередностью, принимающий компьютер абсолютно точно восстановит исходное сообщение.

Рис. 5.8. Коммутация датаграмм пакетов позволяет передавать отдельные пакеты по различным маршрутам

Коммутаторы (switched) направляют пакеты по доступным соединениям и маршрутам. Иногда такие сети называют «связью каждого с каждым». Промежуточные станции сети анализируют каждый пакет и передают его по оптимальному маршруту, доступному в данный момент.

Пакеты имеют небольшой размер. Если при передаче возникает ошибка, то передать еще раз маленький пакет проще, чем большой. Кроме того, маленькие пакеты занимают коммутаторы в течение очень короткого промежутка времени.

Передача данных по сетям с коммутацией пакетов напоминает перевозку огромного количества товаров грузовиками вместо транспортировки его на одном поезде. Если опрокинется какой-нибудь грузовик с товаром, навести порядок в этом случае будет проще, чем перегрузить сошедший с рельсов поезд. Кроме того, один грузовик быстрее, чем поезд, проходит перегоны и перекрестки (стрелки), освобождая их для другого транспорта.

Сети с коммутацией пакетов дешевле, так как предлагают высокоскоростную связь с оплатой только передачи пакета, а не времени соединения.

5.3.3.2. Коммутация пакетов в виртуальных каналах

Коммутация пакетов в виртуальных каналах устанавливает логическое соединение между посылающим и передающим устройством. Такое соединение называется виртуальным каналом. Передающее устройство начинает диалог, связываясь с адресатом, и согласует с ним параметры коммуникаций: максимальный размер сообщения и сетевой маршрут. После создания виртуального канала два устройства используют его в течение всего диалога.

Примечание. Логическое соединение, установленное передающей и принимающей машинами, называется виртуальным, поскольку никакого выделенного физического канала между ними не существует, хотя компьютеры функционируют так, как будто он имеется. Логическое соединение поддерживается в сети. Каждый узел в логическом маршруте может выполнять коммутацию и контроль ошибок.

Виртуальные каналы могут быть двух типов.

Коммутируемые виртуальные каналы (SVC - Switched Virtual Circuit). В этом случае передача данных по сети между конечными компьютерами проходит по конкретному маршруту. Пока не прервано соединение, канал будет занимать сетевые ресурсы, а маршрут - существовать. Иногда такие каналы называют «связью одного со многими».

Постоянные виртуальные каналы (PVC - Permanent Virtual Circuit). PVC подобен выделенной линии: существует всегда, однако пользователь платит только за время работы с ним.


5.4. Передовые технологии ГВС

Рассмотрим семь передовых технологий передачи данных в ГВС:

X.25;

Frame Relay;

ATM;

ISDN;

FDDI;

SONET;

SMDS.

5.4.1. X.25

Сети с коммутацией пакетов X.25 позволяют удаленным устройствам взаимодействовать друг с другом по высокоскоростным линиям без затрат, характерных для индивидуальных арендуемых линий.

X.25 - это протокол коммутации пакетов, определяющий интерфейс между синхронной коммутацией пакетов хост-компьютера и аналоговыми выделенными каналами или коммутируемыми виртуальными каналами в сети общего пользования, рассчитанной на передачу речи. Сеть с коммутацией пакетов X.25 передает каждый пакет по оптимальному маршруту.

Основные средства X.25:

Коммутация виртуальных каналов и динамическая виртуальная маршрутизация для передачи автономных самоадресуемых пакетов сообщений.

Возможность использования любых доступных сетевых каналов или линий.

Применение избыточного контроля ошибок на каждом узле.

Современный набор протоколов X.25 определяет интерфейс между хост-компьютером синхронного пакетного режима или другим устройством и общедоступной сетью передачи данных (PDN - Public Data Network) через выделенный, или арендуемый, канал связи. Этот интерфейс в действительности является интерфейсом терминального оборудования (DTE - Data Terminal Equipment) / коммуникационного оборудования (DCE - Data Communication Equipment).

Примеры терминального оборудования (DTE):

хост-компьютер с интерфейсом X.25;

устройство сборки/разборки пакетов (PAD), которое принимает асинхронный поток символов от низкоскоростного терминала и собирает их в пакеты для передачи по сети. PAD также разбирает пакеты, принятые из сети, чтобы посимвольно передать данные на терминал;

мост между PDN и ЛВС или ГВС.

Для всех этих устройств компонентом DCE интерфейса DTE/DCE служит общедоступная сеть передачи данных (PDN).

Примеры DTE представлены на рис. 5.9.

Для осуществления коммуникаций одно устройство DTE (например, маршрутизатор) вызывает другое устройство DTE, запрашивая сеанс обмена данными. Вызываемое DTE может принять соединение или отвергнуть его. Если вызываемое устройство DTE подтверждает коммуникации, то две системы начинают дуплексный обмен данными. Каждая сторона может в любой момент прервать соединение.

Сети X.25 стали использоваться, начиная с середины 70-х годов, поэтому они достаточно хорошо отлажены и стабильно работают. В современных сетях X.25 ошибок при передаче данных практически не возникает.

Сети X.25 имеют некоторые недостатки. Механизм передачи информации с промежуточным хранением вызывает задержки. В большинстве одиночных сетей задержка двухстороннего обмена составляет около 0,6 сек. На передачу больших блоков это не влияет, но при интенсивном обмене между сторонами такие задержки могут стать очень заметными.

Рис. 5.9. Примеры DTE

Быстродействие линий, использующих X.25, обычно слишком низкое (64 Кбит/с) и не позволяет реализовать в глобальных сетях большинство служб ЛВС.

5.4.2. Frame Relay

Frame Relay, или ретрансляция кадров, - это усовершенствованная быстрая технология коммутации пакетов переменной длины. Frame Relay - система «точка-точка», использующая постоянный виртуальный канал (PVC - Permanent Virtual Circuit) для передачи кадров переменной длины Канального уровня модели OSI. Данные из локальной сети передаются по цифровой арендуемой линии к коммутатору данных сети Frame Relay. Далее они проходят по сети Frame Relay до сети назначения.

Рис. 5.10. Frame Relay использует систему «точка-точка»

Высокую скорость в Frame Relay обеспечивает использование PVC, благодаря чему известен весь маршрут между конечными точками. Поэтому устройства Frame Relay избавлены от некоторых традиционных процедур: фрагментации, восстановления, выбора оптимального маршрута.

Сети Frame Relay могут выделять абонентам необходимую полосу пропускания, что позволяет им передавать данные практически любого типа.

Для передачи данных по сети с использованием технологии Frame Relay необходим совместимый с Frame Relay маршрутизатор или мост. Маршрутизатор Frame Relay должен иметь как минимум один ГВС-порт для подключения к сети Frame Relay и еще один порт - для локальной сети.

5.4.3. Асинхронный режим передачи

Асинхронный режим передачи (ATM - Asynchronous Transfer Mode) - это усовершенствованная технология коммутации пакетов, которая обеспечивает высокоскоростную передачу пакетов фиксированной длины через модулированные и немодулированные локальные или глобальные сети. ATM способна передавать:

речь;

данные;

факсимильные сообщения;

видео реального времени;

аудиосигналы качества CD;

мультимегабитные потоки данных.

В 1988 году комитет CCITT определил ATM как часть модулированной цифровой сети комплексных услуг (BISDN). ATM одинаково пригодна и для локальных, и для глобальных сетей и может передавать данные с очень высокой скоростью (от 66 Мбит/с до 622 Мбит/с и выше).

5.4.3.1. Технология

ATM - это модулированный метод ретрансляции ячеек, при котором данные передаются ячейками фиксированной длины (по 53 байта). Ячейки содержат 48 байтов - собственно передаваемые данные и 5 дополнительных байтов - заголовок ATM. Например, передавая 1000-байтный пакет, ATM разобьет его на 21 кадр и поместит каждый кадр в ячейку. Результат - передача стандартных, единообразных пакетов.

Сетевое оборудование может коммутировать, маршрутизировать и перемещать пакеты фиксированного размера быстрее, чем пакеты произвольного размера. А ячейки стандартного размера позволяют более эффективно использовать буферы и сокращают время на свою обработку. Одинаковый размер ячеек, кроме того, упрощает планирование необходимой полосы пропускания.

Теоретически пропускная способность ATM может достичь 1,2 Гбита в секунду. В настоящее время, однако, скорость ATM ограничивается скоростью оптоволоконного кабеля, которая не превышает 622 Мбит/с. Большинство серийных плат ATM будет передавать данные со скоростью около 155 Мбит/с.

Например, ATM со скоростью 622 Мбит/с передает полное собрание Британской энциклопедии, включая иллюстрации, меньше чем за одну секунду. Если передавать эти же данные, используя модем на 2400 бод, операция займет больше двух дней.

Примерно с одинаковой скоростью ATM может работать как в ЛВС, так и в ГВС.

5.4.3.2. Среда передачи

Технология ATM не ограничена конкретным типом среды передачи. Она может использовать существующие среды передачи, разработанные для других коммуникационных систем, в том числе:

коаксиальный кабель;

витую пару;

оптоволоконный кабель.

Однако эти традиционные среды передачи в своей настоящей форме не поддерживают всех возможностей ATM. Организация, которая называется ATM Forum, рекомендует следующие физические интерфейсы для ATM:

FDDI (100 Мбит/с);

Fiber Channel (155 Мбит/с);

OC3 SONET (155 Мбит/с);

T3 (45 Мбит/с);

К другим интерфейсам относятся Frame Relay и X.25.

5.4.3.3. Коммутаторы

Коммутаторы ATM - это многопортовые устройства, которые могут функционировать как:

концентратор для передачи данных между компьютерами внутри сети;

маршрутизатор, предназначенный для высокоскоростной передачи данных в удаленные сети.

В некоторых сетевых архитектурах ( таких, как Ethernet и Token Ring) одновременно может вести передачу только один компьютер. ATM снимает это ограничение. Используя коммутаторы в качестве мультиплексоров, ATM позволяет сразу нескольким компьютерам передавать данные.

Рис. 5.11. Коммутаторы ATM действуют как мультиплексоры, позволяя нескольким устройствам одновременно вести передачу

На рисунке 5.11 три маршрутизатора одновременно передают данные в коммутатор ATM и через него - в сеть ATM.

5.4.3.4. Резюме

ATM - это относительно новая технология, требующая специального оборудования и исключительно широкой полосы пропускания. Современная технология глобальных сетей не обеспечивает полосы пропускания, необходимой для поддержки ATM в реальном времени. Приложения, которые воспринимают речь или видео, быстро перегрузили бы самые современные среды передачи и привели бы в отчаяние пользователей, пытающихся наладить нормальную работу. Кроме того, реализация и поддержка ATM требуют определенного уровня знаний и опыта, которых у большинства пользователей пока еще не хватает.

В настоящее время компоненты ATM производятся узким кругом поставщиков. Вся аппаратура в сети ATM должна быть ATM-совместимой. Поэтому реализация ATM в существующих условиях требует массовой замены оборудования. Это одна из причин сравнительно медленного распространения ATM.

5.4.4. Цифровая сеть комплексных услуг

Цифровая сеть комплексных услуг (ISDN - Integrated Services Digital Network) - это коммутируемая цифровая служба, стоимость которой зависит от времени и расстояния, предназначенная для передачи речи, данных и графики. ISDN предлагает каналы с приращением пропускной способности 56/64 Кбит/с, 384 Кбит/с и 1,544 Мбит/с.

Наиболее распространенными опциями службы являются Basic Rate (передача данных с номинальной скоростью) и Primary Rate (передача с основной скоростью). В Basic Rate ISDN доступная полоса пропускания разделена на три канала данных. Два канала передачи данных называются B-каналами и обеспечивают пропускную способность 64 Кбит/с, а третий , сервисный D-канал, передает управляющие данные и сигналы со скоростью 16 Кбит/с. Служба ISDN Basic Rate называется поэтому 2B+D.

Компьютер, связанный со службой ISDN, может использовать оба B-канала ISDN совместно, получив пропускную способность 128 Кбит/с. Если передающая или принимающая машины поддерживают уплотнение данных, то пропускная способность еще более увеличивается. Иногда один B-канал на 64 Кбит/с служит для передачи данных, а второй - для речи.

В Primary Rate ISDN (23B+D) используется вся полоса пропускания линии T1 на 1,544 Мбит/с. Это позволяет реализовать 23 B-канала на 64 Кбит/с каждый и один D-канал на 64 Кбит/с. D-канал применяется для передачи служебных сигналов и управления линией.

5.4.5. Fiber Distributed Data Interface

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - это спецификация, которая описывает высокоскоростную (100 Мбит/с) сеть с передачей маркера топологии «кольцо» на основе оптоволокна. Она была разработана комитетом ANSI X3T9.5 и опубликована в 1986 году. Спецификация FDDI предназначалась для высокопроизводительных компьютеров, которым не хватало полосы пропускания существующих архитектур - 10 Мбит/с Ethernet или Мбит/с Token Ring.

FDDI обеспечивает высокоскоростную связь между сетями различных типов. Она может применяться в сетях городского масштаба (MAN): соединяет сети в черте города высокоскоростным оптоволоконным кабелем. Однако длина кольца имеет ограничения - до 100 км, поэтому  FDDI не может претендовать на роль технологии построения ГВС.

Сети в высокопроизводительных средах используют FDDI для соединения больших компьютеров и мини-компьютеров в традиционных компьютерных залах. Иногда их называют «back-end» сетями. Такие сети обслуживают очень интенсивную передачу файлов. Мини-компьютеру или персональному компьютеру для связи с мэйнфреймом часто необходимо постоянное использование среды передачи в реальном времени.

FDDI выступает в качестве магистральной сети, к которой можно подключить ЛВС низкой производительности. Локальные сети, которым необходима высокая скорость передачи данных и относительно большая полоса пропускания, часто работают через каналы связи FDDI.

5.4.5.1. Передача маркера

В сети FDDI компьютер может захватить маркер на определенное (ограниченное) время и за этот промежуток передать столько кадров, сколько успеет. Завершив передачу, компьютер освобождает маркер.

Поскольку компьютер, завершив передачу, сразу же освобождает маркер, могут остаться несколько кадров, одновременно циркулирующих по кольцу.

5.4.5.2. Топология

При топологии «двойное кольцо», которая поддерживает 500 компьютеров при общей длине кольца в 100 км, FDDI функционирует со скоростью 100 Мбит/с.

FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что одновременно могут передавать данные несколько компьютеров. Хотя FDDI работает со скоростью 100 Мбит/с, технологии совместного использования сети может стать причиной ее перегрузки. Например, если 10 компьютеров начнут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с каждый, общий поток будет равен 100 бит/с.

FDDI использует систему передачи маркеров в двойном кольце. Трафик в сети FDDI состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположных направлениях по двум кольцам. Одно кольцо называется основным, а другое - дополнительным.

Обычно данные передаются только по основному кольцу. Если в основном кольце происходит сбой, сеть автоматически переконфигурируется, и данные начинают передаваться по дополнительному кольцу в противоположном направлении.

Среди достоинств топологии двойного кольца наиболее важное - избыточность. Одно кольцо используется для передачи данных, а второе является резервным. Если возникает проблема, например отказ кольца или разрыв кабеля, сеть автоматически перестраивается и продолжает передачу.

Существуют ограничения: общая длина кабеля объединенных колец не должна превышать 200 км; к нему не может быть подключено более 1000 компьютеров. Поскольку второе кольцо предназначено для защиты от сбоев, каждая сеть FDDI должна быть ограничена 500 компьютерами и 100 км кабеля. Как минимум через каждые 2 км должен быть установлен повторитель.

Компьютеры могут подключаться к одному или к обоим кольцам FDDI. Компьютеры, подключенные к обоим кольцам, называются станциями Класса А, а компьютеры, подключенные только к одному кольцу, - станциями Класса В.

Если происходит сбой в сети, станции Класса А участвуют в переконфигурировании сети, а станции Класса В - не участвуют.

Рис. 5.12. Компьютеры Класса А подключены к обоим кольцам; компьютеры Класса В - только к одному кольцу

В сети FDDI компьютеры могут иметь соединение «точка-точка» с концентратором. Это означает, что сеть FDDI реализована с топологией «звезда-кольцо». Такое решение имеет свои достоинства:

упрощается диагностика;

используются возможности интеллектуальных концентраторов для сетевого управления и диагностики.

5.4.5.3. Испускание маяка

Все компьютеры в сети FDDI отвечают за мониторинг передачи маркера. Чтобы изолировать серьезные сбои в кольце, FDDI использует метод, который называется «испускание маяка» (beaconing). Суть его такова. Компьютер, обнаруживший сбой, начинает посылать в сеть сигнал - маяк. Он будет посылать маяк до тех пор, пока не примет сигнал (маяк) от соседнего компьютера, предшествующего ему в кольце. Этот процесс завершится только тогда, когда в кольце останется один-единственный компьютер, посылающий маяк, - тот, что находится непосредственно за неисправным участком.

Рис. 5.13. Для изоляции сбоя FDDI использует метод, который называется «испускание маяка»

Как показано на рис. 5.13, компьютер 1 отказал. Компьютер 3 определяет сбой, начинает посылать маяк и делает это до тех пор, пока не примет маяк от компьютера 2. Компьютер 2 будет посылать маяк, пока не примет его от компьютера 1. Так как компьютер 1 неисправен, компьютер 2 продолжает посылать маяк. Этот сигнал указывает на то, что сбой произошел на компьютере 1.

Когда посылающий маяк компьютер в конце концов примет свой собственный маяк, он «догадается», что неисправность была устранена, восстановит маркер, и сеть вернется к нормальному функционированию.

5.4.5.4. Среда передачи

Основная среда передачи для FDDI - оптоволоконный кабель. Это означает, что сеть FDDI:

нечувствительна к электромагнитным помехам;

обладает повышенной защищенностью (оптоволоконный кабель не излучает сигнала, который может быть перехвачен, и к нему очень трудно незаметно подключиться);

передает данные на большие расстояния без использования повторителя.

FDDI может также работать на медных проводах. Этот вариант CDDI, однако он имеет серьезные ограничения по дальности.

5.4.6. Synchronous Optical Network

Synchronous Optical Network (SONET) - синхронная оптическая сеть, представляет собой высокоскоростную волоконно-оптическую систему передачи данных. Сети, основанные на этой технологии, могут передавать речь, данные и видео. SONET обеспечивает передачу данных со скоростью более 1 Гбит/с. Реальные скорости передачи данных начинаются с 51,84 Мбит/с. Более высокое быстродействие достигается сочетанием базовых скоростей передачи. Скорость передачи данных в SONET вычисляется по скорости оптического носителя (ОС - optical carrier).

В число приложений SONET входят:

Высокоскоростные крупномасштабные соединения локальных сетей

Видео по запросу

Видеокаталоги (с полным представлением движения), видеоролики и т.д.

Профессиональные службы

Изображения высокого разрешения

Звуковое вещание высокого качества

Примечания.

  1.  SONET - это стандарт оптического транспорта, сформулированный ассоциацией Exchange Carriers Standards Association (ECSA) института American National Standards Institute (ANSI). 
  2.  Выстаивая иерархию передачи, основанной на волоконной оптике, SONET определяет уровни оптической несущей (ОС) и сигналы синхронного транспорта (STS), эквивалентные электрическим.
  3.  SONET использует основную скорость передачи данных STS-1, эквивалентную 51,84 Мбит/с. Однако достижимы и более высокие уровни, соответствующие произведению базовой скорости на целое число. Например, STS-3 - это утроенный STS-1 (3 x 51,84 = 155,52 Мбит/с). STS-12 имел бы скорость 12 x 51,84 = 622,08 Мбит/с.
  4.  SONET отличает достаточно гибкая нагрузочная способность, из-за чего он может использоваться как нижележащий транспортный уровень для ATM-ячеек, передаваемых по BISDN. BISDN - это отдельная сеть ISDN, которая обслуживает передачу речи, данных и видео. ATM - это стандарт комитета CCITT, поддерживающий передачу - на основе ячеек - речи, данных, видео и мультимедиа в общедоступной сети на базе BISDN. ATM Forum позиционирует SONET как транспортный уровень для трафика на основе ячеек.


5.4.7.
Switched Multimegabit Data Service

Switched Multimegabit Data Service (SMDS) - служба коммутируемых мультимегабитных данных - высокоскоростная служба с коммутацией пакетов. Передача данных осуществляется в диапазоне скоростей: от 1 Мбит/с до 34 Мбит/с при связи «многие со многими». В отличие от выделенной ячеистой сети (сети с множеством активных маршрутов), эта служба может обеспечить широкую полосу пропускания при меньших затратах.

SMDS использует такую же технологию ретрансляции ячеек фиксированной длины, как и ATM. Одна линия SMDS с соответствующей полосой пропускания подключается к локальной несущей и обеспечивает связь между всеми абонентами (без необходимости установки и разрыва соединений). SMDS не занимается проверкой ошибок или управлением потоком данных; эти задачи возлагаются на абонентов.

SMDS совместима со стандартом сети городского масштаба IEEE 802.6, а также с BISDN. Однако SMDS работает на службы управления и объявлений, не определенные в спецификации IEEE 802.6.

Как интерфейс и метод доступа для сети служба SMDS использует Distributed Queue Dual Bus (DQDB). SMDS - это топология «двойная шина», формирующая незамкнутое кольцо.

PAGE  19


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61488. Характеристика либеральной и реакционной политики? Примеры такой политики Александра Ι 15.93 KB
  Почему Россия потерпела поражение в Крымской войне Как это поражение повлияло на экономическое и политическое положение в России Политической причиной поражения России в ходе Крымской войны...
61490. История возникновения шариковой ручки 21.01 KB
  Цели: создать условия для проведения исследовательской деятельности; установить этапы развития письменных принадлежностей от руки до стариковой ручки; развивать детский интерес любознательность.
61491. История. Древне-Русское государство 23.84 KB
  Борьба Руси с иноземными завоевателями. подготовить 1 вопрос а также принятие христианства на Руси и его историческое значение. Он сделал немало для укрепления Киевской Руси. И при нем же произошло крещение Руси.
61494. Восстановление государственности. Воцарение династии Романовых 22.04 KB
  В этом веке происходил заметный подъём земледелия главным образом за счёт расширения посевных земель. В 17 веке началась распашка черноземных земель. В этом веке происходило целенаправленное совершенство С Х техники особенно сохи к тому времени существовало 12 разновидностей сохи.