WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«Московский международный институт эконометрики, информатики, финансов и права Алехина Г.В. ...»

-- [ Страница 3 ] --

Единица информации новостей в системе ТК получила название статьи, формат которой определён в стандарте RFC-1036. Включение в пакет программ обработки новостей средств передачи и чтения с использованием протокола NNTP позволило центральным узлам системы телеконференций USENET обмениваться статьями через связь TCP/IP, игнорируя традиционный стиль UUCP. Протокол NNTP даёт возможность пользователям читать и посылать новости с компьютера, на котором не установлена программа новостей USENET. Для этого необходимо послать соответствующие команды (по протоколу TCP/IP) серверу, на котором эта программа установлена.

Список конференций USENET включает тысячи тем, поэтому важно знать правила, в соответствии с которыми устанавливаются иерархические имена конференции. Эти имена уточняют принадлежность конференции к определённому тематическому разделу — иерархии. Часто темы пресекаются, и многие статьи отправляются сразу в несколько конференций.

15.3.4. Почтовые списки Иначе они называются списками рассылки (Mailing Listc). Это практически единственный сервис, не имеющий собственного протокола и программы – клиента и работающий только через электронную почту.

Это очень простой и полезный сервис. Идея его организации заключается в следующем: в сети выделяется адрес электронной почты, который является общим адресом многих пользователей – подписчиков определенного списка рассылки. Каждый список рассылки посвящается какой-то конкретной теме. Пользователи – подписчики могут посылать свои сообщения по общему адресу, и тогда эти сообщения рассылаются всем, кто подписался на данный список рассылки. Имеются общедоступные почтовые списки, а некоторые списки имеют ограничения на участие в них.

По своим задачам, которые призван решать такой сервис, почтовые списки похожи на сетевые новости USENET (телеконференции). Однако имеются и существительные отличия.

Основные из них:

• статьи в сетевых новостях по происшествии определенного времени стираются и становятся недоступны, а сообщения, распространяемые по электронной почте по списку рассылки, всегда будут прочитаны подписчиком, дождавшись его в почтовом ящике;

• списки рассылки более управляемы и конфиденциальны, так как администратор списка контролирует набор подписчиков и следит за содержанием сообщений. Каждый список рассылки ведется какой то организацией, которая обладает полным контролем над ним. В системе USENET сетевые новости никому не принадлежат и потому менее управляемы;

• для работы со списком рассылки обычно достаточно доступа к электронной почте, подписчиками могут быть пользователи, не имеющие доступа к новостям USENET;

• передача сообщений по спискам рассылки может осуществляться быстрее, так как они передаются абонентам напрямую, а не по цепочке между серверами USENET.

Списки рассылки создаются организациями для оповещения своих клиентов, пользователей своей продукции и вообще лиц, заинтересованных в выпуске новых продуктов или передаче новостей компании. Они требуются также, когда обсуждается какой-то вопрос, интересующий слишком малый круг людей, чтобы заводить для него отдельную группу в новостях USENET.

15.4. Характеристика сети Internet 15.4.1. Общие сведения Для оценки возможностей ГКС рассмотрим услуги, предоставляемые пользователям сетью Internet, которая первоначально создавалась как средство помощи научным исследователям и учебным заведениям для организации эффективного сотрудничества и обмена информацией, а с 1982 г. объединяет множество национальных сетей и занимает исключительное место в мире сетей. Это всемирная компьютерная сеть, сеть сетей, объединяющая посредством межсетевых интерфейсов (шлюзов) многие сети, поддерживающие протокол ТСР/IP.

Некоторые сети, входящие в состав Internet, сами по себе велики, другие, такие как NSFNET, имеют свои подсети.

С технической точки зрения, Internet - объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающим всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные по телефонным проводам и оптоволокну, через спутники и радиомодемы. Критерием присутствия в сети Internet является наличие связи по протоколу ТСР/IP и подключение к глобальной сети. С административной точки зрения, сеть Internet - не более чем терминологически удобная условность.

Компании и организации, имеющие через свои локальные сети связь с Internet, рассматривают ее как дополнение к своим ЛКС, обеспечивающее при низкой стоимости услуг доступ к коммерческим и некоммерческим информационным службам развитых стран, где в архивах свободного доступа можно найти информацию практически по всем сферам человеческой деятельности, начиная с новых научных открытий до прогноза погоды на следующий день. Сеть Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и конфиденциальной глобальной связи по всему миру. Использование инфраструктуры этой сети для международной связи обходится дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

Россия весьма энергично и успешно вступающая в мир глобальных компьютерных коммуникаций, имеет доступ в сеть Internet, обеспечиваемый относительно крупными сетями Relcom, Glasnet, Sovam Teleport, Sprint Networks.

15.4.2. Протоколы сети Internet В Internet, как и во всякой другой сети, имеется семь уровней взаимодействия прикладных процессов, причем каждому уровню соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).

Протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. Для каждого типа линий связи разработан протокол канального (логического) уровня, занимающийся управлением передачи информации по каналу. Например, к протоколам канального уровня для телефонных линий относятся протоколы SLIP (Serial Line Internet Protocol – протокол последовательного канала Internet) и PPP(Point to Point Protocol – протокол взаимодействия между узлами). Для связи по кабелю локальной сети - это пакетные драйверы плат ЛКС.

Протоколы сетевого уровня обеспечивают маршрутизацию пакетов в сети, т.е. отвечают за передачу данных между компьютерами в разных сетях. К ним относятся протоколы IP и ARP (Address Resolution Protocol).

На транспортном уровне управление передачей данных осуществляется протоколами ТCP и UDP (User Datagram Protocol).

Протоколы сеансового уровня отвечают за установку, поддержание и уничтожение соответствующих каналов. В Internet этим занимаются протоколы TCP, UDP, UUCP.

На представительном уровне протоколы занимаются обслуживанием прикладных программ. К программам представительного уровня относятся, например, программы, запускаемые на Unix-сервере для предоставления различных услуг пользователям. Это программы telnet-сервер, FTP-сервер, Gopher-сервер, NNTP (Net News Transfer Protocol), SMPT (Simple Mail Transfer Protocol) и др. К протоколам прикладного уровня относятся программы предоставления сетевых услуг.

15.4.3. Типы сервисов Internet Все сервисы сети Internet можно разделить на три группы - интерактивные, прямого обращения и отложенного чтения.

К группе интерактивных сервисов относятся такие, где требуется немедленная реакция от получателя информации, т.е. получаемая информация в сущности является запросом.

Сервисы прямого обращения характеризуются тем, что информация по запросу возвращается немедленно.

Наиболее распространенными являются сервисы отложенного чтения, например электронная почта. Для них основным признаком служит та особенность, что запрос и получение информации могут быть достаточно сильно разделены во времени (это определяется актуальностью информации на момент ее получения). Сервисы отложенного чтения наиболее универсальны и наименее требовательны к ресурсам ЭВМ и линиям связи.

Существует и другой подход к делению услуг, предоставляемых сетью Internet. Они делятся на две категории: услуги по обмену информацией между абонентами сети и услуги, связанные с использованием баз данных сети.

Рассмотрим наиболее распространенные услуги сети.

Электронная почта - типичный сервис отложенного чтения (off line). Электронное письмо состоит из заголовка, содержащего адрес отправителя и получателя, и собственно текста письма. Каждому пользователю в системе ЭП выделяется почтовый ящик, реализованный в виде файла на диске, куда и помещается пересылаемое сообщение от другого пользователя. Электронные письма извлекаются из почтового ящика с помощью соответствующих команд.

Система электронной почты (E-mail) стандарта Internet универсальна: сети, построенные на совершенно разных принципах и протоколах, могут обмениваться электронными письмами с Internet, получая тем самым доступ к прочим его ресурсам. Практически все сервисы Internet, использующиеся обычно как сервисы прямого доступа (on-line), имеют интерфейс к электронной почте. Поэтому если пользователь не располагает доступом к Internet в режиме on-line, он может получить большую часть информации, хранящейся в этой сети, посредством дешевой электронной почты.

В Internet есть возможность отправки как текстовых, так и двоичных файлов. На размер почтового сообщения в сети накладывается ограничение: он не должен превышать 64 Килобайт.

Сетевые новости (телеконференции) - второй по распространенности сервис Internet. Механизм распространения сетевых новостей достаточно прост: каждый узел сети, получивший новое сообщение, передает его тем узлам, с которыми он обменивается новостями. Следовательно, посланное пользователем сообщение распространяется, многократно дублируясь, по сети, достигая за короткие сроки всех участников телеконференций USENET во всем мире.

Новости разделены по иерархически организованным тематическим группам. Имя каждой группы состоит из имен подуровней иерархии, разделенных точками, причем более общий уровень пишется первым. Имеются глобальные иерархии и иерархии, локальные для какой-либо организации, страны или сети. Набор групп, получаемых локальным сервером USENET, определяется администратором этого сервера и наличием этих групп на других серверах, с которыми обменивается новостями локальный сервер. Обычно сервер получает:

все глобальные иерархии;

группы, локальные для страны, в которой сервер расположен;

группы, локальные для организации, где функционирует сервер. К различным иерархиям применимы различные нормы и правила работы с ними. Это касается прежде всего языка сообщений. В группы российской иерархии relcom сообщения лучше писать по-русски, в то время как в группы локальной иерархии comp следует писать только по-английски.

Любой компьютер, полноценно подключенный к Internet, имеет доступ к новостям USENET, однако новости USENET распространяются и по другим сетям.

Удобство работы с новостями существенно зависит от способа их получения. В Internet программа-клиент абонента может напрямую получать новости с сервера USENET, и тогда между просмотром списка сообщений, содержащихся в группе, и чтением этих сообщений нет задержки. Если же пользование новостями идет через электронную почту, то абонент сначала получает список статей, а уже потом принимает по электронной почте заказанные им из этого списка статьи.

Это весьма неудобный и устаревший способ работы с новостями USЕNET, являющийся, однако, наиболее распространенным в России.

FTР (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов. Это не просто протокол, а именно сервис - доступ к файлам в файловых архивах. FTР - это стандартная программа, работающая по протоколу ТСР. Она обеспечивает передачу файлов между компьютерами, взаимодействующими в сетях ТСР/IP: на одном из них работает программа-сервер, а на другом пользователь запускает программу клиент, которая соединяется с сервером и передает или получает по протоколу FTР файлы.

FTР - сервис прямого доступа, требующий подключения компьютера в сеть Internet. Однако возможен доступ и через электронную почту, для чего имеются серверы, которые по запросу могут прислать по электронной почте запрашиваемые файлы. При этом запрос может довольно долго ожидать своей очереди. Есть и другое неудобство: большие файлы при отсылке делятся сервером на части ограниченного размера, посылаемые отдельными письмами;

в случае потери хотя бы одного письма, остальные принятые письма, принадлежащие запрашиваемому файлу, окажутся ненужными.

Системы автоматизированного поиска информации в сети Internet. Компании всего мира широко используют сеть Internet - эту всемирную информационную супермагистраль для поиска и получения информации практически любого вида. В сети Internet имеются тысячи баз данных и десятки навигационных систем. Для облегчения и ускорения поиска необходимой информации используются вспомогательные программы, интегрированные в структуру Internet и составляющие ядро автоматизированных систем поиска и получения информации.

Сеть Internet работает с тремя основными системами поиска информации - Gopher, Wais и WWW.

Гипертекстовая система Gopher. Это достаточно известное и распространенное средство поиска информации в сети Internet, позволяющее находить информацию по ключевым словам и фразам.

При работе с Gopher пользователю предлагается пройти сквозь ряд вложенных меню, из которых доступны файлы различных типов.

Gopher, будучи распределенной системой экспорта структурированной информации, являются сервисом прямого доступа и требует, чтобы и сервер, и клиент были полноценно подключены к Internet.

Система Gopher позволяет получать информацию без указания имен и адресов авторов. Пользователь просто сообщает системе, что именно ему нужно, и система находит необходимые данные.

Система WAIS. Это информационная система широкого профиля, представляющая собой комплекс программ, предназначенных для индексирования больших объемов неструктурированной (как правило, просто текстовой) информации, поиска по таким материалам и извлечения из них запрашиваемых данных. Эти функции выполняются с помощью программ индексирования, программ локального поиска по полученным индексам, а также серверных и клиентских программ, взаимодействующих между собой по специальному протоколу Z39.50.

Задача поиска данных в больших объемах неструктурированной информации весьма нетривиальна, пока не существует общепринятого ее решения. В системе WAIS реализован приемлемый вариант решения этой задачи, поэтому она получила достаточную известность как один из сервисов Internet. Однако в последнее время эта система самостоятельно почти не используется, а во многих случаях применяется как вспомогательное средство, например, для индексирования документов, хранящихся на WWW-сервере.

Система WWW (World Wide Web – всемирная информационная сеть). WWW - самое популярное и удобное средство работы с информацией. Больше половины потока данных в Internet приходится на долю WWW. Количество серверов WWW сегодня превышает 30 тысяч.

WWW - гипертекстовая, гипермедийная, распределенная, интегрированная, глобальная децентрализованная информационная система, реализующая самую передовую и массовую технологию. Это сервис прямого доступа, требующий полноценного подключения к Internet. WWW работает по принципу клиент - серверы. Имеется множество серверов, которые по запросу клиента представляют ему гипермедийный документ, состоящий из частей с разнообразным представлением информации (текст, звук, графика, трехмерные объекты и т.д.). Программные средства WWW являются универсальными для различных сервисов Internet, а сама система играет интегрирующую роль. Соединение между клиентом и сервером WWW одноразовое:

получив запрос от клиента и выдав ему документ, сервер прерывает связь.

WWW – это объединение в одной информационной системе возможностей вышеуказанных информационных инструментов с добавлением к ним передачи (помимо текстов и программ) графических изображений, звуков, видео. Все эти информационные объекты связываются структурой гипертекста, т.е. текста, содержащего в себе связи с другими текстами, графической, видео- или звуковой информацией. Систему WWW отличают такие особенности:

использование гипертекста и возможность пользователей взаимодействовать с другими приложениями Internet.

Гипертекст можно рассматривать как систему документов с перекрестными ссылками. Связь между гипертекстовыми документами осуществляется с помощью ключевых слов, причем документы, на которые сделаны ссылки, могут находиться на удаленных компьютерах.

Следовательно, по ссылкам можно значительно удалиться от первоначального источника информации, но возврат к нему не вызывает затруднений.

Гипермедиа – документы (т.е. гипертекстовые документы, включающие не только тексты, но и графику, звук и видео) хранятся на WWW-серверах сети Internet. Для работы с гипермедиа-документами имеется много различных программ-клиентов, называемых программами просмотра WWW, или броузерами (browsers). По известному адресу броузеры позволяют вызывать нужные документы, накапливать их, сортировать, объединять, редактировать, печатать.

Наибольшее распространение в настоящее время получили программы просмотра Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer. Программы просмотра имеют много общего, поэтому, овладев принципами и средствами работы одной из них, без труда можно переключиться на работу с другой. Большинство современных программ просмотра обеспечивают доступ не только к страницам Web-серверов (или к Web страницам), но и включают возможности обработки электронной почты, телеконференций Usenet, позволяют работать с сервисом FTP, Gopher и др. в программы просмотра встраиваются редакторы Web-страниц.

Подготовка гипермедиа-документов осуществляется на языке HTML (Hyper Text Markup Language – язык описания гипертекстовых документов). HTML – это язык World Wide Web, используемый для отображения информации каждым Web-узлом. Он был разработан в начале 90-х годов инициативной группой в Европейской лаборатории физики частиц в Женеве. Web-страница в формате HTML (называемая также Web-документом) – это простой текстовый файл (ASCII-файл), который можно создавать и читать. Он содержит набор команд HTML, которые сообщают броузеру порядок отображения страницы Web.

Следовательно, после соединения с Web-узлом с помощью броузера по сети связи от Web-сервера к броузеру отправляется запрашиваемый документ в формате HTML. Любой компьютер (независимо от того, является ли он обычным РС, работающим под Windows, рабочей станцией, ориентированной на Unix, или компьютером Macintosh) может принимать и отображать HTML-страницы. Этим и объясняется эффективность и популярность языка HTML. Существует большое количество программ, осуществляющих преобразование различных документов в формате HTML.

В Internet реализуются две стороны поиска информации, разные по методам, но единые в целях: каталоги и поисковые серверы. Условно можно сказать, что каталоги - средства сфокусированного поиска информации, а поисковые серверы - рассеянного. Использование этих средств позволяет быстро и эффективно находить необходимую информацию в глобальной сети.

Поисковые серверы (search engune)- это специальное программное обеспечение, которое, автоматически просматривая все ресурсы сети Internet, может найти запрашиваемые ресурсы и проиндексировать их содержание. Пользователь передает поисковому серверу фразу или набор ключевых слов, описывающих интересующую его тему. Выполняя такой запрос, сервер сообщает пользователю список соответствующих ресурсов. В сети Internet имеется множество поисковых серверов, охватывающих практически все доступные ресурсы. При этом разные серверы охватывают различные, частично перекрывающиеся, области информации в сети. Они используют различающиеся методы индексирования документов и способы оценки значимости слов в них. Имеются специализированные серверы поиска по отдельным типам ресурсов сети и универсальные, охватывающие все виды сервисов.

Каталоги Internet - средства хранения тематически систематизированных коллекций ссылок на различные сетевые ресурсы, в первую очередь на документы WWW. Ссылки в такие каталоги заносятся администраторами, которые стараются сделать свои коллекции наиболее полными, включающими все доступные ресурсы на каждую тему. В результате пользователь должен найти интересующий его вопрос в каталоге, и ему не нужно самому собирать все ссылки по этому вопросу, так как работа по поиску и систематизации ссылок уже проделана, Каталоги обычно имеют древовидную структуру и похожи на очень большой список закладок. Каталоги обеспечивают разнообразный дополнительный сервис: поиск по ключевым словам в своей базе данных, предоставление списков последних поступлений, автоматическое оповещение по электронной почте о свежих поступлениях и др. Имеется каталог русскоязычных ресурсов сети Internt.

Абонент, научившийся использовать наиболее подходящий для него каталог и несколько поисковых серверов, получает эффективное средство быстрого нахождения информации в сети.

15.4.4. Подключение к сети Internet Для подключения индивидуального компьютера к сети Internet необходимо иметь модем, телефонную линию и провайдера поставщика сетевых услуг, имеющего шлюз в эту сеть. Обычно при этом предлагается коммутируемый (dial-up) доступ к ресурсам сети и предоставляется возможность использовать компьютер поставщика, непосредственно подключенный к Internet. Такой компьютер называется хостом. На хосте запускаются имеющиеся у поставщика программы клиенты, которые и позволяют получить доступ к нужному серверу сети. Такое коммутируемое к нужному серверу сети. Такое коммутируемое подключение к сети отличается тем, что обеспечивает доступ только к тем клиентам, которые имеются на хост-машине.

Пересылаемая из сети информация сначала попадает на хост, а затем перекачивается на индивидуальный компьютер.

Более полноценным является такое подключение индивидуального компьютера к сети, когда провайдеры обеспечивают связь по коммутируемым линиям по протоколу SLIP или РРР. В этом случае индивидуальный компьютер превращается как бы в хост-компьютер, программы и файлы, получаемые из сети, хранятся на индивидуальном компьютере.

Локальная сеть подключается к Internet обычно не по коммутируемым линиям, а по выделенным арендуемым линиям связи через шлюз с использованием дополнительного программного обеспечения. Это прямое (on-line) подключение, обеспечивающее оперативное предоставление сетевых ресурсов организации, располагающей большим количеством компьютеров, объединенных в локальную сеть. Для доступа к Web-серверам и другим ресурсам сети Internet каждый компьютер ЛКС должен иметь IP-адрес. Такой доступ обеспечивает шлюз (коммуникационный узел), связывающий ЛКС с Internet.

15.4.5. Развитие сети Internet Internet - очень быстро развивающаяся сеть, и причина этого - не в свойствах самой сети, а в общих тенденциях развития компьютерной индустрии. Самым многообещающим направлением развития Internet и сетевых технологий в целом является проект Java компании Sun Microsystems [52]. Java - это интерпретируемый язык, специально рассчитанный на работу в открытой сетевой среде. В настоящее время появляются все новые навигаторы с поддержкой сетевого языка Java.

Вполне вероятно его поддержку будут обеспечивать все WWW - навигаторы, а значит и многие серверы. Если Java станет стандартом де факто, сеть Internet и вся компьютерная технология выйдут на качественно новый уровень развития, когда ресурсы компьютеров всего мира будут объединены в один компьютер под названием “Сеть”.

Примечательно, что проект Java дает возможность решить самые глубокие проблемы системы WWW: отсутствие интерактивности, ограниченный контроль вида документа, ограниченный набор форматов встроенной графики и других объектов мультимедиа.

С помощью проекта Java компания Sun Microsystems рассчитывает быть пионером в области сетевых технологий, создать новый рынок под лозунгом: “Сеть - это компьютер”. Шансы на успех у нее довольно неплохие.

В ходе развития сети Internet предполагается решить и другие проблемы, такие как отсутствие адекватных средств идентификаций удаленных абонентов, сложности в реализации законов об экспорте и авторских правах (нет полного понимания того, что в Internet защищено авторским правом, а что нет;

трудности в распространении и контроле электронной продукции и т.д.). С ростом числа абонентов сети острее становится проблема управляемости, тем более что Internet появилась и до сих пор развивалась как свободная, открытая и малоуправляемая сеть. Сеть коммерциализируется, фактически полностью прекращено ее государственное финансирование. Она все меньше предоставляет исследовательскую информацию и все больше - рекламную.

Используемый в настоящее время в сети Internet протокол IP для адресации компьютеров содержит 32 бита. Учитывая все ускоряющийся рост абонентов сети, очень скоро этого окажется недостаточно. Для решения этой проблемы разрабатывается протокол IP нового поколения - IРng, в котором для адреса отводится 128 бит, что позволяет адресовать астрономическое количество абонентов. Это потребует практически полной замены существующего программного обеспечения и активного сетевого оборудования.

Наконец, злободневным вопросом для полноценного использования коммуникационных возможностей сети Internet является вопрос безопасности циркулирующей в сети информации. Подключение компьютера к глобальной сети делает его более уязвимым, хотя степень уязвимости становится существенно меньше, если обеспечить более или менее действенный контроль информации в точке взаимодействия локальной и глобальной сетей. И все же стопроцентных методов защиты от несанкционированного доступа к информации и ее искажения не существует. Но принцип “стоимость вскрытия защиты должна быть выше ценности защищаемых данных” удается удовлетворить все чаще.

15.5. Отечественные территориальные компьютерные сети. Сеть FidoNet 15.5.1. Общие сведения С 1992 г., когда экономика России стала приобретать все более рыночную природу, появились новые условия и стимулы для формирования рынка телекоммуникационных услуг. Коммерциализация ГКС, необходимость включения в глобальные сети с целью использования мировых информационных ресурсов обеспечили в последние годы сравнительно высокие темпы создания и развития в России телекоммуникационных сетей.

На российском рынке телекоммуникационных сетей наиболее активно и эффективно функционируют следующие сетевые структуры:

• информационная сеть Internet/Россия, существующая с 1990 г. и объединяющая более 300000 абонентов, среди которых - научные, учебные и правительственные организации, банки, биржи, информационные агенства, частные лица. Эта сеть является частью международной ассоциации компьютерных сетей Internet;

•сеть РОСПАК, созданная АО “Интертелеком”, ИАС и АО “Роспак” и имеющая в настоящее время в своем составе узлы коммутации пакетов в более чем 50 городах России. Сеть зарегистрирована в Международном союзе электросвязи, она обеспечивает взаимодействие с зарубежными и отечественными ТВС;

• сеть Исток-К (разработчики и держатели сети - концерн “Телеком”, НИИЭТУ, П/О “Каскад”), реализованная на отечественных технических средствах и представляющая собой совокупность центров коммутации пакетов и сообщений, соединенных стандартными каналами государственной сети связи;

• сеть документального обмена общего пользования РЕЛКОМ, созданная в 1990 г. МНИОПК “Демос”, СП “Диалог” и Институтом им.

Курчатова. Эта сеть в качестве национальной стала частью европейской сети EVNET и, следовательно, имеет выход в сеть Internet;

• “Спринт-сеть”, созданная в 1990 г. СП “Спринт-сеть” и ПО “Центральный телеграф”, является сетью передачи данных и документального обмена, обеспечивает выход на международные сети;

15.5.2. Сеть Internet/Россия Сеть обеспечивает взаимную передачу сообщений со всеми некоммерческими КС и крупнейшими коммерческим сетями (BITNET, MCI-mail, Compuserve и др.), а внутри страны - с “ИНФОТЕЛ”, РОСНЕТ, IASnet, GLASNET и др. Для работы в сети достаточно иметь компьютер и модем.

Абоненты сети имеют следующие возможности:

• получение непосредственного доступа к информационным ресурсам зарубежных публичных архивов и библиотек;

• передача/прием текстов, графической информации, бинарных файлов и программного обеспечения за рубежом и в странах СНГ;

• участие в более чем 4500 коммерческих и некоммерческих телеконференциях, в том числе размещение в них собственной рекламы и получение чужой;

• передача/прием сообщений с/на телекс, телетайп удаленных абонентов, передача телеграмм;

• получение оперативной информации от агенств ИТАРТАСС, АЭН, ИНТЕРФАКС, REUTER, CLARINET и др.;

• получение электронных версий ряда коммерческих журналов “ОЛВИР”, “Товары и цены”, “Mega Pro”, “Оптовый вестник” и др.;

• работа в сети Internet в интерактивном режиме и по протоколам ТСP/IP, SLIP;

• получение информации от локальных и зарубежных файловых серверов (антивирусные программы, коммуникационные программы, игровые программы для MS DOS и Windows, программы для воспроизведения и записи звуковых эффектов, графические изображения и программы для их воспроизведения, различная документация).

По всем этим услугам для абонентов устанавливаются периодически корректируемые тарифы.

15.5.3. Сеть РЕЛКОМ Эксплуатирующей организацией является АО РЕЛКОМ. В сеть входят узлы, расположенные более чем в 80 городах СНГ.

Основные услуги для абонентов сети.

1. Электронная почта. Для работы в системе ЭП абонент заключает договор с администрацией сети и заводит в своем компьютере “почтовый ящик”. Обмен письмами можно осуществлять с абонентами всего мира, так как РЕЛКОМ имеет выход в сеть Internet. Общение пользователя с ЭП происходит при помощи почтовой системы Mail, которая обеспечивает получение и отправление сообщений, их сортировку, запись в архив, поиск в архиве. Письмо можно послать сразу нескольким адресатам, для чего после набора текста письма следует указать список адресов получателей. Можно набрать разные сообщения различным адресатам и послать их по одной команде. Всю переписку пользователя (все отосланные и полученные сообщения) или любую ее часть можно сохранить в личном архиве в компьютере или на дискетах.

2. Предоставление новостей и проведение телеконференций с использованием электронной почты. Новостями условно называются материалы, не подлежащие долговременному хранению. Это тексты, иллюстрации, ноты, звуковые и видео материалы, компьютерные программы. Содержимое хранилища новостей сети (базы новостей) периодически обновляется. База новостей состоит из тематических разделов, к которым пользователи обращаются по их именам. Прием новостей в некоторый раздел от многих абонентов и предоставление новостей из этого раздела любым абонентам рассматривается вместе как проведение “заочных” конференций конференций. Телеконференции позволяют любому абоненту предоставить свои материалы сразу всем абонентам сети и познакомиться с интересующими его новостями любых абонентов сети. Новости делятся на платные (они поставляются в монопольные разделы по договору) и бесплатные. Через хранилище новостей в сети РЕЛКОМ можно получить новости из единой европейской сети EVNET и из других зарубежных сетей, входящих в мировое объединение Internet. Сеть РЕЛКОМ поддерживает собственную базу новостей, представленных на русском языке.

3. Доступ к архивам файлов. Абонентам сети РЕЛКОМ обеспечивается доступ к архивам файлов, размещенным на компьютерах в узлах сети РЕЛКОМ, EVNET, Internet. В отличие от базы новостей в архивах файлов осуществляется долговоременное хранение информации. С помощью электронной почты можно получить нужный файл из любого архива, находящегося в названных сетях, и послать свой файл в любой архив по согласованию с его администрацией.

4. Использование факсимильной, телетайпной и телексной связи. Со своего компьютера абонент может послать письмо по электронной почте на установленную в сети передающую аппаратуру факсимильной (fax), телетайпной и телексной связи, которая передает письмо получателю, имеющему приемную аппаратуру, соответствующую передающей.

5. Получение информации из базы данных через электронную почту. По ЭП можно послать запрос к БД, размещенной в некотором узле сети, и получить из нее запрашиваемую информацию. В центральном узле сети поддерживается, например, база данных, где имеются сведения о всех абонентах сети.

15.5.4. Спринт-сеть Эксплуатирующая организация - совместное предприятие, созданное корпорацией Sprint International (США) и ПО “Центральный телеграф”. Сеть обеспечивает связь с 500000 абонентов в 110 странах мира. Она предоставляет широкий спектр услуг от уже ставших традиционными (электронная почта, глобальная факсимильная связь, глобальная сеть передачи данных, система банковских платежей) до:

высокоскоростных международных линий связи;

местной, междугородней и международной телефонной связи;

глобальных виртуальных клиентских сетей;

сетевых разработок для финансовых и торговых организаций;

проектирования и установки частных клиентских сетей. Услуга управления интегрированными сетями клиента включает:

разработку концептуального проекта, поставку маршрутизаторов, разработку интеграционного проекта, обеспечение средств передачи данных, установку оборудования и программного обеспечения, сопровождение аппаратного и программного обеспечения, управление интегральной средой.

Все перечисленные и другие отечественные сети обеспечивают доступ пользователей к ресурсам сети FidoNet.

15.5.5. Сеть FidoNet Это некоммерческая сеть, представляющая собой совокупность многочисленных “электронных досок объявлений” (BBS - Bulletin Board System), объединенных в сеть, где в качестве средств связи используются обычные коммутируемые телефонные каналы. Сеть FidoNet имеет иерархическую структуру. Все узлы объединяются по схеме: в пределах одного города (района, области) формируется сеть, руководство которой осуществляет Сетевой Координатор;

в пределах одного государства (республики) формируется регион, общее руководство которым осуществляет Региональный Координатор;

в пределах одного материка (или отдельной большой части материка) формируется зона, руководство которой - за Зональным Координатором.

В настоящее время в FidoNet имеется шесть зон: Северная Америка, Европа, Австралия, Латинская Америка, Африка и Азия. Работой всей сети в FidoNet управляет Международный Координатор.

Узел сети FidoNet представляет собой аппаратно-программный комплекс для обеспечения обмена почтой с другими аналогичными узлами. Дополнительно узел используется как BBS. Информация на BBS делится на три категории: файлы, почта и собственно объявления. В качестве программного обеспечения сервера - узла BBS в нашей стране используется обычно пакет Maximus, который позволяет пользователю просматривать почту, открытую для него или адресованную ему, отправлять сообщения другим пользователям данной BBS или пользователям других BBS, входящих в сеть FidoNet, а также работать с файлами, доступными на данной BBS. Система электронной почты сети FidoNet реализована в режиме диалога, что выгодно ее отличает от других сетей, где электронная почта работает в режиме отправления.

Некоторые узлы сети FidoNet являются шлюзами в Internet. Для отправления письма в Internet следует направлять его на ближайший шлюз. Однако основная услуга, предоставляемая узлами сетей FidoNet, это доступ пользователей к коллекции файлов, собранной в узле. Файлы преимущественно являются программным обеспечением, обладание которым не сопровождается коммерческой выгодой.

16. Корпоративные компьютерные сети 16.1. Характеристика корпоративных компьютерных сетей Корпоративная вычислительная сеть (Intranet) – это сеть на уровне компании, в которой используются программные средства, основанные на протоколе TCP/IP Internet. Другими словами, Intranet – это версия Internet на уровне компании, адаптация некоторых технологий, созданных для Internet, применительно к частным локальным (LAN) и глобальным (WAN) сетям организаций.

Наблюдаемый в настоящее время громадный рост корпоративных сетей (в 2000 году использовалось до 4 миллионов серверов ККС) объясняется их преимуществами, основанными на совместном использовании информации, сотрудничестве, быстром доступе к данным и наличии большого числа пользователей, уже знакомых с необходимым программным обеспечением по работе в Internet.

Корпоративная сеть, объединяющая локальные сети отделений и предприятий корпорации (организации, компании), является материально-технической базой для решения задач планирования, организации и осуществления ее производственно-хозяйственной деятельности. Она обеспечивает функционирование автоматизированной системы управления и системы информационного обслуживания корпорации.

Решая задачи прежде всего в интересах всей корпорации, ее отделений и предприятий, корпоративная сеть предоставляет услуги как своим пользователям (штатным сотрудникам корпорации), так и внешним пользователям, не являющимся этими сотрудниками. Это способствует популяризации сети и положительно сказывается на сокращении сроков окупаемости затрат на ее создание, внедрение и совершенствование. По мере развития ККС расширяется перечень предоставляемых ею услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

Расширению контингента пользователей ККС способствует то обстоятельство, что Internet и Intranet легко интегрируются.

16.2. Типовая структура корпоративных компьютерных сетей Типовая структура КВС приведена на рис. 6.12.2.1. Здесь выделено оборудование сети, размещенное в центральном офисе корпорации и ее региональных отделениях. В центральном офисе имеется локальная сеть и учрежденческая автоматическая телефонная станция (УАТС) с подключенными к ней телефонными аппаратами (Т).

Через мультиплексор-коммутатор и модемы ЛКС И УАТС имеют выход на территориальную сеть связи (ТСС) типа Frame Relay или Х.25, где используются выделенные телефонные линии связи. Такое же оборудование сети имеется в каждом региональном отделении (РО-1, …, РО-N). Удаленные персональные компьютеры (УПК) через сервер доступа и ТСС имеют прямую связь с ЛКС центрального офиса.

Рис. 7.2. Типовая структура ККС 16.3. Установка Intranet Для установления Intranet необходимы следующие компоненты:

• компьютерная сеть для совместного использования ресурсов или:

сеть взаимосвязанных ЛКС и УПК;

• сетевая операционная система, поддерживающая протокол ТСР/IP (Unix, Windows NT, Netware, OS/2);

• компьютер-сервер, который может работать как сервер Internet;

• программное обеспечение сервера, поддерживающее запросы броузеров в формате протокола передачи гипертекстовых сообщений (НТТР);

• компьютеры-клиенты, на которых имеется сетевое программное обеспечение, позволяющее посылать и принимать пакетные данные по протоколу ТСР/IP;

• программное обеспечение броузера для различных компьютеров клиентов (Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer).

Эти требования к оборудованию и программному обеспечению Intranet дополняются требованиями к знанию технологии составления документов на языке описания гипертекста (HTML).

Эффективность использования ККС зависит от успешного решения как технологических, так и организационных вопросов, причем по мере эксплуатации сети, когда технологические вопросы получили должное разрешение, все большую роль приобретают организационные вопросы. Ключевыми факторами успешного и эффективного функционирования ККС являются рациональное распределение информации, необходимой для планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации, обеспечение сотрудников корпорации системами управления документооборотами и предоставление доступа к различным корпоративным базам данных, воспитание культуры совместного использования информации (это может оказаться наиболее сложной проблемой). Основное внимание должно быть направлено на потребности пользователей, а не на расширение технологических возможностей сети.

16.4. Сетевое оборудование корпоративных компьютерных сетей В настоящее время сетевое оборудование выпускается многими фирмами, каждая из которых энергично рекламирует свою продукцию, что создает дополнительные трудности при его выборе. Есть несколько критериев, которыми следует руководствоваться при выборе сетевого оборудования. К ним относятся:

• характеристика фирмы - производителя сетевого оборудования, её известность на рынке сбыта как производителя высококачественной продукции;

• функциональные возможности изделия, его выходные технико-эксплуатационные характеристики и условия эксплуатации;

• наличие стандартов по изделию;

• возможность подбора оборудования, производимого одной и той же фирмой.

Ниже даются краткие сведения по основному сетевому оборудованию КВС, используемому в сетях Х.25 и FR Модемы – это наиболее массовый вид оборудования в сетях.

Различаются между собой по способу модуляции, пропускной способности, способу коррекции ошибок, способу сжатия данных. Для различных скоростей работы модемов, различных способов коррекции ошибок и сжатия данных разработаны стандарты.

При построении сети на базе телефонных каналов широко используются модемы серии 326хV.34 SDC (synchronous Data Compression) фирмы Motorola – мирового лидера в производстве высокоскоростных аналоговых устройств. Эти модемы являются одной из лучших реализаций стандарта V.34. Они позволяют передавать по 2- проводным выделенным каналам связи данные со скоростью до 28, Кбит/с, в качестве дополнительного средства повышения скорости и достоверности данных реализован режим синхронной компрессии (при этом скорость возрастает до 128 Кбит/с), что делает эти модемы идеальными для сетей Х.25/ Frame Relay.

Большой популярностью пользуются технические средства для построения корпоративных сетей связи, производимые компанией RAD DATA COMMUNICATIONS. Среди них – модемы для проводных выделенных линий связи, в частности синхронные модемы для работы на 4-х проводных линиях в дуплексном режиме:

• ASM – 20 скорость от 32 Кбит/с до 256 Кбит/с, радиус действия на проводе сечением 0,5 мм равен 7,5 км при скорости передачи 64 Кбит/с;

• ASM – 40 скорость от 64 Кбит/с до 2048 Кбит/с, радиус действия может достигать до 20 км;

• МТМ – 20 – скорость от 32 до 64 Кбит/с, радиус действия до 14 км при скорости передачи 32 Кбит/с.

Мультиплексоры - это многофункциональные устройства, используемые в качестве устройств доступа к сетям, а также для построения узлов корпоративной сети. В настоящее время в сетях с коммутацией пакетов чаще всего используются мультиплексоры СХ 1000 фирмы Memotec, MPRouter 6520 фирмы Motorola, Kilomux- фирмы RAD.

Рассмотрим характеристики мультиплексора/коммутатора СХ 1000, предназначенного для организации передачи голоса/данных в сетях FR. Фирма-производитель – Memotec – широко известная североамериканская транснациональная компания, работающая на рынке сетевого оборудования с 1969 г. Изделие СХ-1000 имеет модульную конструкцию, что позволяет создавать узел сети с необходимым набором функций и требуемым числом портов в одном шасси.

С точки зрения возможности одновременной передачи данных, оцифрованного голоса и факсимильных сообщений изделие СХ- имеет много уникальных особенностей:

• минимальная скорость оцифровки голоса равна 4,8 бит/с, причем реализован механизм подавления пауз, позволяющий экономить до 50 % полосы пропускания канала, отводимой под передачу голоса;

• механизм голосовой компрессии, используемый в изделии, устойчив к потерям кадров, т.е. голосовое соединение не разрывается и качество передачи голоса остается удовлетворительным;

• в голосовой модуль изделия заложены возможности автоматического распознавания и передачи сигналов факсимильных аппаратов, что позволяет использовать порты голосовой платы для подключения этих аппаратов без изменения конфигурации модуля;

• голосовой модуль поддерживает все существующие аналоговые и цифровые интерфейсы телефонного оборудования. В сочетании с развитыми встроенными функциями коммутации голосовых соединений это дает возможность реализовать территориально-распределенную ведомственную телефонную сеть с подключенными к ней телефонно факсимильными аппаратами, учрежденскими и городскими АТС.

В состав мультиплексора СХ-1000 входит большой набор функциональных модулей, каждый из которых включает одну процессорную плату и несколько плат ввода – вывода.

Оборудование опорных узлов ККС. Кроме многофункциональных устройств типа СХ-1000, в сетях связи ККС могут использоваться устройства с ограниченным числом выполняемых функций для создания опорных узлов. Характеристики некоторых из этих устройств указаны ниже.

1. Региональный концентратор серии RC 6500 Plus производства фирмы Motorola, предназначенный для создания высокопроизводительных узлов связи в сетях FR и Х.25. Его основные функции: обеспечение коммутации пакетов в сетях Х.25/FR и доступ абонентов к этим сетям по выделенным и коммутируемым линиям связи, поддержка от 12 до 54 последовательных синхронных/асинхронных портов. Каждый порт может быть сконфигурирован как: устройство доступа к сети FR, коммутатор пакетов Х.25 или пакетов FR, сборщик/разборщик пакетов с поддержкой стандартов Х.28 и Х.29.

На базе концентратора RC 6500 Plus можно создавать компактные высокопроизводительные узлы коммутации пакетов, конструктивно объединенные с модемами, мультиплексорами и другим оборудованием канала передачи данных.

2. Удаленный многопротокольный мост/маршрутизатор с гибкой расширяемой конфигурацией серии 6520 (Multimedia Perupheru Router фирмы Motorola), имеющий до 17 портов, что позволяет использовать его для больших отделений корпорации. Изделие имеет специализированный процессор для сжатия данных и программное обеспечение, реализующее широкий набор протоколов.

3. Многопротокольный мост/маршрутизатор серии 6560, представляющий собой более совершенный вариант изделия серии 6520. Он поддерживает скорость во всех каналах до 2 Мбит/с, число портов увеличено до 19, процессор обеспечивает сжатие данных для 15, 75 и 508 каналов.

16.5. Система видеоконференцсвязи Организация видеоконференцсвязи (ВКС) имеет исключительно важное значение для обеспечения оперативного обмена информацией и принятия обоснованных, приемлемых для всех участников видеоконференции решений, касающихся производственно хозяйственной деятельности корпорации.

Из ряда систем ВКС выделим систему OnLAN фирмы RADVision, получившую известность и предназначенную для организации ВКС в локальных или территориально-распределенных сетях. Она относится к классу настольных систем ВКС и может быть установлена на любой персональный компьютер, совместимый с IBM PC. При работе через распределенную сеть можно использовать каналы с пропускной способностью 64 Кбит/с. Обеспечиваемая скорость обмена информацией - от 64 до 384 Кбит/с с частотой смены кадров 15 кадров/с и 30 кадров/с при использовании различных стандартов. Система обеспечивает поддержку стандартных телефонных услуг: набор номера вызываемого абонента с клавиатуры или с помощью системного телефона, соединения, регулировку громкости звука, разъединение. Для передачи звука используется компрессия. Все оборудование станции соответствует стандарту ITU-T, регламентирующему передачу видеоизображения и голоса в распределенных сетях, что обеспечивает совместимость системы OnLAN с видеоконференциями других производителей.

Оборудование системы OnLAN для проведения ВКС состоит из видеостанции (рабочего места для конечного пользователя) и маршрутизатора видеопотока.

16.6. Системы управления сетью Надежное функционирование сети обеспечивается ее системой управления. В настоящее время ряд фирм выпускают системы управления, по своим функциональным возможностям мало отличающихся друг от друга. Рассмотрим системы управления сетью фирмы Motorola.

Система управления 9000-PC - предназначена для управления малыми и средними сетями на базе устройств производства фирмы Motorola и других поставщиков оборудования, поддерживающих протокол SNMP. Программное обеспечение системы 9000-PC создает полную и надежную систему управления по этому протоколу на базе персонального компьютера. Система позволяет управлять, конфигурировать и тестировать изделия фирмы Motorola, поддерживающие протокол SNMP.

Система управления 9000-VX фирмы Motorola обеспечивает управление модемами и устройствами сетевого доступа этой фирмы, а также оборудованием других фирм, поддерживающих протокол SNMP.

Она может быть использована для управления как существующими сетями, так и сетями будущего. Система управления реализована на базе наиболее популярной платформы управления - HP Open View, графические возможности которой позволяют отображать общую топологию и каждый элемент сети в отдельности.

17. Базовые технологии компьютерных сетей 17.1. Управление взаимодействием прикладных процессов в сетях Реализация рассредоточенных и взаимодействующих процессов в сетях осуществляется на основе двух концепций, одна из которых устанавливает связи между процессами без функциональной среды между ними, а другая определяет связь только через функциональную среду. В первом случае правильность понимания действий, происходящих в рамках соединяемых процессов взаимодействующих АС, обеспечивается соответствующими средствами теледоступа в составе сетевых операционных систем (СОС). Однако предусмотреть такие средства на все случаи соединения процессов нереально. Поэтому взаимодействующие процессы в сетях соединяются с помощью функциональной среды, обеспечивающей выполнение определенного свода правил - протоколов связи процессов. Обычно эти протоколы реализуются с учетом принципа пакетной коммутации, в соответствии с которым перед передачей сообщение разбивается на блоки - пакеты определенной длины. Каждый пакет представляет собой независимую единицу передачи информации, содержащую, кроме собственно данных, служебную информацию (адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении, информацию для контроля правильности принятых данных).

Практика создания и развития КС привела к необходимости разработки стандартов по всему комплексу вопросов организации сетевых систем. В 1978 году Международная организация по стандартизации (МОС) предложила семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (ВОС), которая получила широкое распространение и признание. Она создает основу для анализа существующих КС и определения новых сетей и стандартов.

В соответствии с эталонной моделью ВОС абонентская система представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия АС. Последние разбиваются на семь функциональных уровней.

Функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх, а их названия указаны на рис.

9.1.1. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень пользуется услугами нижнего уровня и в свою очередь обслуживает уровень, расположенный выше.

Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующих АС. Создание КС в соответствии с эталонной моделью ВОС открывает возможность использования сети ЭВМ различных классов и типов. Поэтому сеть, удовлетворяющая требованиям эталонной модели, называется открытой.

АС - 1 АС - N Рис.9.1.1. Семиуровневая модель протоколов взаимодействия открытых систем Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, состоят в следующем.

Физический уровень - непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействия ЭВМ с коммуникационной подсетью.

Канальный уровень - определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Главные его функции:

управление передачей данных по информационному каналу (генерация стартового сигнала и организация начала передачи информации, передача информации по каналу, проверка получаемой информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности и восстановление передачи после ремонта, генерация сигнала окончания передачи и перевода канала в пассивное состояние) и управление доступом к передающей среде, т.е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам. Физический и канальный уровни определяют характеристики физического канала и процедуру передачи по нему кадров, являющихся контейнерами, в которых транспортируются пакеты.

Сетевой уровень - реализует функции буферизации и маршрутизации, т.е. прокладывает путь между отправителем информации и адресатом через всю сеть. Основная задача сетевого протокола - прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов. Два пользователя, соединенные логическим каналом, работают так, как будто только в их распоряжении имеется физический канал.

Транспортный уровень - занимает центральное место в иерархии уровней сети. Он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети. Главная его задача - управление трафиком (данными пользователя) в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приеме информации). Транспортный уровень есть граница, ниже которой пакет данных является единицей информации, управляемой сетью. Выше этой границы в качестве единицы информации рассматривается только сообщение.

Транспортный уровень обеспечивает также сквозную отчетность в сети.

Сеансовый уровень - предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей (сеанс создается по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни). Основные функции:

управление очередностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация отдельных событий, выбор формы диалога пользователей (полудуплексная, дуплексная передача).

Представительный уровень (уровень представления данных) - преобразует информацию к виду, который требуют прикладные процессы пользователей (например, прием данных в коде ASCII и выдача их на экран дисплея в виде страницы текста с заданным числом и длиной строк). Представительный уровень занимается синтаксисом данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

Прикладной уровень - занимается поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных. Он является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользователя.

Работы по совершенствованию эталонной модели ВОС для ЛКС привели к декомпозиции уровней 1 и 2. Канальный уровень разделен на два подуровня: подуровень управления логическим каналом (передача кадров между РС, включая исправление ошибок, диагностика работоспособности узлов сети) и подуровень управления доступом к передающей среде (реализация алгоритма доступа к среде и адресация станций сети). Физический уровень делится на три подуровня: передачи физических сигналов, интерфейса с устройством доступа и подключения к физической среде.

В ЛКС процедуры управления на физическом, канальном и транспортном уровнях не отличаются сложностью, в связи с чем эти уровни управления реализуются в основном техническими средствами, называемыми станциями локальной сети (СЛС) и адаптерами КС. По существу, адаптер вместе с физическим каналом образует информационный моноканал, к которому подключаются системы сети, выступающие в качестве абонентов моноканала.

17.2. Протоколы передачи данных нижнего уровня. Управление доступом к передающей среде Существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями абонентских систем сети, реализующие при этом те или иные методы доступа к передающей среде. Эти процедуры называются протоколами передачи данных (ППД). Речь идет о ППД, которые относятся к категории линейных (канальных) протоколов, или протоколов управления каналом. Такое название они получили потому, что управляют потоками трафика (данных пользователя) между станциями на одном физическом канале связи. Это также протоколы нижнего уровня, так как их реализация осуществляется на нижних уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС.

Между понятиями “протокол передачи данных нижнего уровня” и “метод доступа к передающей среде” существуют определенные различия и связь.

Метод доступа - это способ “захвата” передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций сети может следующей использовать ресурсы сети. Но, кроме того, так же называется набор правил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направлять поток сообщений через сеть, а также один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.

Протокол в общем виде - это набор правил для связи между рабочими станциями (компьютерами) сети, которые управляют форматом сообщений, временными интервалами, последовательностью работы и контролем ошибок. Протокол передачи данных нижнего уровня (протокол управления каналом) - это совокупность процедур, выполняемых на нижних уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС по управлению потоками данных между рабочими станциями сети на одном физическом канале связи.

Методы доступа к передающей среде, определяющие правила ее “захвата”, могут быть разделены на следующие классы:

а) селективные методы, при реализации которых с помощью соответствующего ППД рабочая станция осуществляет передачу только после получения разрешения, которое либо направляется каждой РС по очереди центральным управляющим органом сети (такой алгоритм называется циклическим опросом), либо передается от станции к станции (алгоритм передачи маркера);

б) методы, основанные на соперничестве (методы случайного доступа, методы “состязаний” абонентов), когда каждая РС пытается “захватить” передающую среду. При этом могут использоваться несколько способов передачи данных: базовый асинхронный, синхронизация режима работы канала путем тактирования моментов передачи кадров, прослушивание канала перед началом передачи данных по правилу “слушай, прежде чем говорить”, прослушивание канала во время передачи данных по правилу “слушай, пока говоришь”.

Эти способы используются вместе или раздельно, обеспечивая различные варианты загруженности канала и стоимости сети;

в) методы, основанные на резервировании времени, принадлежат к числу наиболее ранних и простых. Любая РС осуществляет передачу только в течение временных интервалов (слотов), заранее для нее зарезервированных. Все слоты распределяются между станциями либо поровну (в неприоритетных системах), либо с учетом приоритетов АС, когда некоторые РС за фиксированный интервал времени получают большее число слотов. Станция, владеющая слотом, получает канал в свое полное распоряжение. Такие методы целесообразно применять в сетях с малым числом АС, т.к. канал используется неэффективно;

г) кольцевые методы, предназначены специально для ЛКС с кольцевой топологией (хотя большинство указанных методов могут использоваться в таких сетях). К ним относятся два метода - вставка регистров и сегментированная передача (метод временных сегментов).

При реализации метода вставки регистра рабочая станция содержит регистр (буфер), подключаемый параллельно к кольцу. В регистр записывается кадр для передачи, и станция ожидает межкадрового промежутка в моноканале. С его появлением регистр включается в кольцо (до этого он был отключен от кольца) и содержимое регистра передается в линию. Если во время передачи станция получает кадр, он записывается в буфер и передается вслед за кадром, передаваемым этой станцией. Этот метод допускает “подсадку” в кольцо нескольких кадров.

При использовании в ЛКС с кольцевой топологией сегментированной передачи временные сегменты формируются управляющей станцией сети. Они имеют одинаковую протяженность и циркулируют по кольцу. Каждая станция, периодически обращаясь в сеть, может дождаться временного сегмента, помеченного меткой “свободный”. В этот сегмент станция помещает свой кадр фиксированной длины, при этом в сегменте метка “свободный” заменяется меткой “занятый”. После доставки кадра адресату сегмент вновь освобождается. Важным преимуществом такого метода является возможность одновременной передачи кадров несколькими РС. Однако передача допускается только кадрами фиксированной длины.

Может быть использована и другая классификационная структура.

Все ППД делятся на два класса: ППД типа первичный /вторичный и равноранговые ППД. При реализации ППД первого класса в сети выделяется первичный (главный) узел, который управляет всеми остальными (вторичными) узлами, подключенными к каналу, и определяет, когда и какие узлы могут производить обмен данными. В сетях, где реализуются равноранговые (одноуровневые, одноранговые) протоколы, все узлы имеют одинаковый статус. Однако, если предварительно узлам присвоить разные приоритеты, то для них устанавливается неравноправный доступ в сеть.

Рис. 9.2.1. Классификация ППД нижнего уровня 17.3. Подходы к управлению каналом 17.3.1. Сети с опросом Один из широко распространенных подходов к управлению каналом связи основан на использовании протокола типа первичный / вторичный или главный/подчиненный, когда первичный (главный) узел системы определяет для всех других узлов (вторичных, подчиненных), подключенных к каналу, порядок (очередность) обмена данными.

ППД типа первичный/вторичный могут быть реализованы на основе нескольких технологий, образующих две группы: с опросом и без опроса.

В сетях с опросом распространение получили протоколы, которые называются “опрос с остановкой и ожиданием” и “непрерывный автоматический запрос на повторение”. Оба протокола относятся к классу ППД, реализующих селективные методы доступа к передающей среде. Технология доступа к передающей среде хорошо известна по применению в многоточечных линиях глобальных сетей. Суть ее заключается в том, что первичный узел последовательно предлагает вторичным узлам подключиться к общему каналу передачи. В ответ на такой запрос вторичный узел, имея подготовленные данные, осуществляет передачу. Если подготовленных данных нет, выдается короткий пакет данных типа “данных нет”, хотя в современных системах, как правило, реакцией в таких случаях является “молчание”.

Наиболее распространенный способ организации запроса - циклический опрос, т.е. последовательное обращение к каждому вторичному узлу в порядке очередности, определяемой списком опроса.

Цикл завершается после опроса всех вторичных узлов из списка. Для сокращения потерь времени, связанных с опросом неактивных вторичных узлов (т.е. узлов, по той или иной причине не готовых к передаче данных), применяются специальные варианты процедуры опроса: наиболее активные вторичные узлы опрашиваются несколько раз в течение цикла;

наименее активные узлы опрашиваются один раз в течение нескольких циклов;

частота, с которой опрашиваются отдельные узлы, меняется динамически в соответствии с изменением активности узлов.

В сетях с многоточечными линиями применяется также опрос по принципу “готов - вперед”. В каждой многоточечной линии опрос начинается с самого удаленного вторичного узла к другому, пока не достигнет узла, ближайшего к опрашивающему органу. Реализация такого принципа позволяет сократить время на распространение сигнала опроса от первичного узла к вторичным, однако это достигается за счет усложнения системы.

Основные преимущества систем с опросом - простота реализации ППД и невысокая стоимость используемого оборудования.

Недостатки таких систем:

- простаивание вторичного узла, имеющего готовые для передачи данные, в ожидании поступления сигнала “опрос”;

- неэффективное потребление дорогостоящих ресурсов канала, связанное с передачей служебной информации (сигналов опроса, сигналов ответной реакции);

- наличие узкого места по надежности (отказ первичного узла приводит к отказу всей сети) и по пропускной способности, так как обмен данными между вторичными звеньями осуществляется только через первичный узел.

Одной из простейших модификаций ППД типа первичный/вторичный с опросом является протокол, называемый “опрос с остановкой и ожиданием”. В системах с таким протоколом узел после передачи кадра ожидает от адресата подтверждения в правильности его пересылки, что сопряжено с дополнительными затратами времени.

17.3.2. Непрерывный автоматический запрос на повторение передачи данных результатов в дуплексных системах Непрерывный автоматический запрос на повторение передачи данных результатов в дуплексных системах (точнее в системах передачи данных с решающей обратной связью), которые допускают передачу данных в обоих направлениях между узлами, поддерживающими связь. В системах с такими протоколом (он называется также протоколом ARQ) узел связи может автоматически запрашивать другой узел и повторно производить передачу данных.

В системах с протоколом ARQ на передающей и принимающей станциях устанавливаются так называемые передающие и принимающие окна. При установке окна выделяется время на непрерывную передачу (прием) фиксированного числа кадров и резервируются необходимые для такого протокола ресурсы. Кадры, принадлежащие данному окну, передаются без периодических подтверждений со стороны адресата о приеме очередного кадра. Подтверждение передается после получения всех кадров окна, что обеспечивает экономию времени на передачу фиксированного объема информации по сравнению с предыдущим протоколом. Однако приемник должен иметь достаточный объем зарезервированного буферного ЗУ для обработки непрерывно поступающего трафика.

В системах ARQ важное значение имеет размер окна (количество кадров в окне). Чем больше окно, тем большее число кадров может быть передано без ответной реакции со стороны приемника и, следовательно, тем большая экономия времени достигается за счет сокращения передачи служебной информации. Но увеличение размера окна сопровождается выделением больших ресурсов и буферной памяти для обработки поступающих сообщений. Кроме того, это отражается на эффективности реализуемых способов защиты от ошибок. В настоящее время в сетях, где используется протокол ARQ, предусматриваются семикадровые окна, т.е. передатчик может посылать семь кадров без получения ответного подтверждения после каждого кадра.

Концепция скользящих окон, реализованная в протоколе ARQ, является достаточно простой. Сложность заключается лишь в том, что первичный узел, связанный с десятками и даже сотнями вторичных узлов, должен поддерживать окно с каждым из них, обеспечивая эффективность передачи данных, управление потоками данных.

17.3.3. ППД типа первичный / вторичный без опроса К ППД типа первичный / вторичный без опроса, используемым в КС, относятся:

- запрос передачи/разрешение передачи;

- разрешить/запретить передачу;

- множественный доступ с временным разделением.

Первые два протокола реализуют селективные методы доступа к передающей среде, а третий - методы, основанные на резервировании времени. Общим для этих протоколов является то, что инициатива в подаче запроса на обслуживание принадлежит, как правило, вторичному органу, причем запрос подается первичному органу, если действительно имеется необходимость в передаче данных или в получении данных от другого органа. Эффективность этого протокола по сравнению с ППД с опросом будет тем выше, чем в большей степени вторичные органы отличаются друг от друга по своей активности, т.е. по частоте подачи запросов на обслуживание. В этом легко убедиться на конкретных примерах.

При одних и тех же исходных данных и при условии, когда все абоненты сети являются активными, в сетях без опроса максимальное время реакции на запрос почти в два раза меньше, чем в сетях с опросом, а максимально допустимое число активных абонентов при ограничении времени реакции на запрос — почти в два раза больше.

17.3.4. Протокол типа запрос передачи/разрешение передачи.

Протокол типа запрос передачи/разрешение передачи применяется довольно широко в полудуплексных каналах связи ЛКС, так как взаимосвязан с распространенным короткодистанционным физическим интерфейсом RS-232-C. В соответствии с этим протоколом организация передачи данных между терминалом (вторичным органом) и ЭВМ (первичным органом) производится в такой последовательности:

выдача терминалом запроса на передачу выдача ЭВМ сигнала разрешения на передачу терминалом- передача данных от терминала к ЭВМ- сброс сигнала машиной- прекращение передачи терминалом.

17.3.5. Протокол типа разрешить/запретить передачу Протокол типа разрешить/запретить передачу часто используется периферийными устройствами (печатающими устройствами, графопостроителями) для управления входящим в них трафиком. Главный орган (обычно ЭВМ) посылает данные в удаленный периферийный узел, скорость работы которого существенно меньше скорости работы ЭВМ и скорости передачи данных каналом. В связи с этим возможно переполнение буферного ЗУ периферийного узла. Для предотвращения переполнения периферийный узел посылает к ЭВМ сигнал "передача выключена". Получив такой сигнал, ЭВМ прекращает передачу и сохраняет данные до тех пор, пока не получит сигнал " разрешить передачу", означающий, что периферийный узел готов принять новые данные, так как буферное ЗУ освободилось.

17.3.6. Множественный доступ с временным разделением Множественный доступ с временным разделением широко используется в спутниковых сетях связи. Главная (эталонная) станция, принимает запросы от вторичных (подчиненных) станций на предоставление канала связи и, реализуя ту или иную дисциплину обслуживания запросов, определяет, какие именно станции и когда могут использовать канал в течение заданного промежутка времени, т.е.

предоставляет каждой станции слот. Получив слот, вторичная станция осуществляет временную подстройку, чтобы произвести передачу данных за заданный слот.

17.3.7. Одноранговые ППД Одноранговые ППД разделяются на две группы: без приоритетов (в неприоритетных системах) и с учетом приоритетов (в приоритетных системах).

Мультиплексная передача с временным разделением - наиболее простая равноранговая неприоритетная система, где реализуются методы доступа к передающей среде, основанные на резервировании времени. Здесь используется жесткое расписание работы абонентов: каждой станции выделяется интервал времени (слот) использования канала связи, и все интервалы распределяются поровну между станциями. Во время слота станция получает канал в свое полное распоряжение. Такой протокол отличается простотой в реализации и широко применяется в глобальных и локальных сетях.

Недостатки протокола:

- возможность неполного использования канала, когда станция, получив слот, не может загрузить канал полностью из-за отсутствия необходимого объема данных для передачи;

- нежелательные задержки в передаче данных, когда станция, имеющая важную и срочную информацию, вынуждена ждать своего слота или когда выделенного слота недостаточно для передачи подготовленных данных и необходимо ждать следующего слота.

17.3.8. Система с контролем несущей (с коллизиями) Система с контролем несущей (с коллизиями) реализует метод случайного доступа к передающей среде (точнее: метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий, английская аббревиатура которого CSMA/CD – Caner Sense Maltiple Access with Collision Detection) и применяется в основном в локальных сетях. Все станции сети, будучи равноправными, перед началом передачи работают в режиме прослушивания канала. Если канал свободен, станция начинает передачу;

если занят, станция ожидает завершения передачи. Через некоторое случайное время она снова обращается к каналу.

Так как сеть CSMA/CD является равноранговой, в результате соперничества за канал могут возникнуть коллизии: станция В может передать свой кадр, не зная, что станция А уже захватила канал, поскольку от станции А к станции В сигнал распространяется за конечное время. В результате станция В, начав передачу, вошла в конфликт со станцией А (коллизия со станцией А).

Каждая станция способна одновременно и передавать данные, и “слушать” канал. При наложении двух сигналов в канале начинаются аномалии (в виде аномального изменения напряжения), которые обнаруживаются станциями, участвующими в коллизии.

Важным аспектом коллизии является окно коллизий, представляющее собой интервал времени, необходимый для распространения сигнала по каналу и обнаружения его любой станцией сети. В наихудших для одноканальной сети условиях время, необходимое для обнаружения столкновения сигналов (коллизии), в два раза больше задержки распространения, так как сигнал, образовавшийся в результате коллизии, должен распространяться обратно к передающим станциям. Чтобы окно коллизии было меньше, такой способ доступа целесообразно применять в сетях с небольшими расстояниями между станциями, т.е. в локальных сетях. Кроме того, вероятность появления коллизий возрастает с увеличением расстояния между станциями сети.

Коллизия является нежелательным явлением, так как приводит к ошибкам в работе сети и поглощает много канального времени для ее обнаружения и ликвидации последствий. Поэтому желательно реализовать некоторый алгоритм, позволяющий либо избежать коллизий, либо минимизировать их последствия.

В сети CSMA/CD эта проблема решается на уровне управления доступом к среде путем прекращения передачи кадра сразу же после обнаружения коллизии.

При обработке коллизии компонент управления доступом к среде передающей станции выполняет две функции:

- усиливает эффект коллизии путем передачи специальной последовательности битов, называемой затором. Цель затора - сделать коллизию настолько продолжительной, чтобы ее смогли заметить все другие передающие станции, которые вовлечены в коллизию. В ЛКС CSMA/CD затор состоит по меньшей мере из 32 бит, но не более 48 бит.

Ограничение длины затора сверху необходимо для того, чтобы станции ошибочно не приняли его за действительный кадр. Любой кадр длиной менее 64 байт считается фрагментом испорченного сообщения и игнорируется принимающими станциями сети;

-после посылки затора прекращает передачу и планирует ее на более позднее время, определяемое на основе случайного выбора интервала ожидания.

Системы с доступом в режиме соперничества реализуются достаточно просто и при малой загрузке обеспечивают быстрый доступ к передающей среде, а также позволяют легко подключать и отключать станции. Они обладают высокой живучестью, поскольку большинство ошибочных и неблагоприятных условий приводит либо к молчанию, либо к конфликту (а обе эти ситуации поддаются обработке) и, кроме того, нет необходимости в центральном управляющем органе сети. Их основной недостаток: при больших нагрузках время ожидания доступа к передающей среде становится большим и меняется непредсказуемо, следовательно не гарантируется обеспечение предельно допустимого времени доставки кадров. Такие системы применяются в незагруженных локальных сетях с небольшим числом абонентских станций ( с увеличением числа станций увеличивается вероятность возникновения конфликтных ситуаций).

17.3.9. Метод передачи маркера Метод передачи маркера широко используется в неприоритетных и приоритетных сетях с магистральной (шинной), звездообразной и кольцевой топологией. Он относится к классу селективных методов: право на передачу данных станции получают в определенном порядке, задаваемом с помощью маркера, который представляет собой уникальную последовательность бит информации (уникальный кадр). Магистральные сети, использующие этот метод, называются сетями типа "маркерная шина", а кольцевые сети- сетями типа "маркерное кольцо".

В сетях типа "маркерные шина" доступ к каналу обеспечивается таким образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается использование канала некольцевого типа (шинного, звездообразного).

Право пользования каналом передается организованным путем.

Маркер (управляющий кадр) содержит адресное поле, где записывается адрес станции, которой предоставляется право доступа в канал. Станция, получив маркер со своим адресом, имеет исключительное право на передачу данных (кадра) по физическому каналу. После передачи кадра станция отправляет маркер другой станции, которая является очередной по установленному порядку владения правом на передачу. Каждой станции известен идентификатор следующей станции. Станции получают маркер в циклической последовательности, при этом в физической шине формируется так называемое логическое кольцо. Все станции “слушают” канал, но захватить канал для передачи данных может только та станция, которая указана в адресном поле маркера.

Работая в режиме прослушивания канала, принять переданный кадр может только та станция, адрес которой указан в поле адреса получателя этого кадра.

Рис. 9.3.1. Протокол типа "маркерная шина".

В сетях типа “маркерная шина”, помимо передачи маркера, решается проблема потери маркера из-за повреждения одного из узлов сети и реконфигурации логического кольца, когда в кольцо добавляется или из него удаляется один из узлов.

Преимущество такого метода доступа очевидны:

-не требуется физического упорядочения подключенных к шине станций, так как с помощью механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок передачи маркера станции, т. е. с помощью этого механизма осуществляется упорядочение использования канала станциями;

-имеется возможность использования в загруженных сетях;

-возможна передача кадров произвольной длины.

17.3.10. Протокол типа “маркерное кольцо” Протокол типа “маркерное кольцо” применяется в сетях с кольцевой топологией, которые относятся к типу сетей с последовательной конфигурацией, где широковещательный режим работы невозможен. В таких сетях сигналы распространяются через однонаправленные двухточечные пути между узлами. Узлы и однонаправленные звенья соединяются последовательно, образуя физическое кольцо. В отличие от сетей с шинной структурой, где узлы действуют только как передатчики или приемники и отказ узла или удаление его из сети не влияет на передачу сигнала к другим узлам, здесь при распространении сигнала все узлы играют активную роль, участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации приходящих сигналов.

а) б) Рис. 9.3.2. Протокол типа "маркерное кольцо":

а — маркер свободен;

б — маркер занят.

Как и в случае маркерной шины, в протоколе типа “маркерное кольцо” в качестве маркера используется уникальная последовательность битов. Однако маркер не имеет адреса. Он снабжается полем занятости, в котором записывается один из кодов, обозначающих состояние маркера - свободное или занятое. Если ни один из узлов сети не имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу, совершая однонаправленное (обычно против часовой стрелки) перемещение. В каждом узле маркер задерживается на время, необходимое для его приема, анализа (с целью установления занятости) и ретрансляции. В выполнении этих функций задействованы кольцевые интерфейсные устройства (КИУ).

Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен, и любая станция, имеющая данные для передачи, может его использовать.

Получив свободный маркер, станция, готовая к передаче кадра с данными, меняет состояние маркера на “занятый”, передает его дальше по кольцу и добавляет к нему кадр. Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и возвращается к станции отправителю. По пути станция-получатель, удостоверившись по адресной части кадра, что именно ей он адресован, снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободное может тот узел, который изменил его на занятое. По возвращении занятого маркера с кадром данных к станции-отправителю кадр удаляется из кольца, а состояние маркера меняется на свободное, после чего любой узел может захватить маркер и начать передачу данных. С целью предотвращения монополизации канала станция-отправитель не может повторно использовать возвращенный к ней маркер для передачи другого кадра данных. Если после передачи свободного маркера в кольцо он, совершив полный оборот, возвращается к станции-отправителю в таком же состоянии (это означает, что все другие станции сети не нуждаются в передаче данных), станция может совершить передачу другого кадра.

В кольцевой сети с передачей маркера также решается проблема потери маркера в результате ошибок при передаче или при сбоях в узле.

Отсутствие передач в сети означает потерю маркера. Функции восстановления кольца в таких случаях выполняет сетевой мониторный узел.

Основные преимущества протокола типа “маркерное кольцо”:

- имеется возможность проверки ошибок при передаче данных:

станция-отправитель, получив свой кадр от станции-получателя, сверяет его с исходным вариантом кадра. В случае наличия ошибки кадр передается повторно;

- канал используется полностью, его простои отсутствуют;

- протокол может быть реализован в загруженных сетях;

- имеется принципиальная возможность (и в некоторых сетях она реализована) осуществлять одновременную передачу несколькими станциями сети.

Недостатки такого протокола:

- невозможность передачи кадров произвольной длины;

- в простейшем (описанном выше) исполнении не предусматривается использование приоритетов, вследствие чего станция, имеющая для передачи важную информацию, вынуждена ждать освобождения маркера, что сопряжено с опасностью несвоевременной доставки данных адресату;

- протокол целесообразно использовать только в локальных сетях с относительно небольшим количеством узлов, так как в противном случае время на передачу данных может оказаться неприемлемо большим.

Равноранговые приоритетные системы представлены тремя подходами, реализованными в приоритетных слотовых системах (в системах с приоритетами и временным квантованием), в системах с контролем несущей без коллизий и в системах с передачей маркера с приоритетами.

17.3.11. Приоритетные слотовые системы Приоритетные слотовые системы подобны бесприоритетным системам, в которых осуществляется мультиплексная передача с временным разделением. Однако использование канала производится здесь на приоритетной основе. В качестве критериев для установления приоритетов применяются следующие: предшествующее владение слотом;

время ответа, которое удовлетворяет станцию-отправителя;

объем передаваемых данных (чем меньше объем, тем выше приоритет) и др.

Приоритетные слотовые системы могут быть реализованы без главной станции, управляющей использованием слотов. Управление обеспечивается путем загрузки параметров приоритетов в каждой станции. Кроме возможности децентрализованного обслуживания, такие системы могут применяться в загруженных сетях. Недостатки протокола: данные должны передаваться строго определенной длины (в течение заданного слота они должны быть переданы);

существует возможность простоя канала, присущая всем протоколам, которые реализуют методы доступа, основанные на резервировании времени.

17.3.12. Системы с контролем несущей без коллизий В системах с контролем несущей без коллизий, в отличие от аналогичных систем с коллизиями, используется специальная логика для предотвращения коллизий. Каждая станция сети, в которой реализуется такая система обслуживания запросов, имеет дополнительное устройство - таймер или арбитр. Это устройство определяет, когда станция может вести передачу без опасности коллизий. Главная станция для управления использованием канала не предусматривается.

Установка времени на таймере, по истечении которого станция может вести передачу данных, осуществляется на приоритетной основе.

Для станции с наивысшим приоритетом переполнение таймера наступает раньше. Если станция с высоким приоритетом не намерена вести передачу, канал будет находиться в состоянии покоя, т.е.

свободен, и тогда следующая по приоритету станция может захватить канал.

Системы с контролем несущей без коллизий могут использоваться в более загруженных и протяженных сетях. Уменьшается также время простоя канала. Все это достигается за счет усложнения оборудования системы.

17.3.13. Приоритетные системы с передачей маркера Приоритетные системы с передачей маркера применяются обычно в кольцевых локальных сетях. Здесь преодолен недостаток, характерный для неприоритетных систем с передачей маркера.

Каждой станции сети определен свой уровень приоритета, причем чем выше уровень приоритета, тем меньше его номер.

Назначение приоритетной схемы состоит в том, чтобы дать возможность каждой станции зарезервировать использование канала для следующей передачи по кольцу. Каждый узел анализирует перемещающийся по кольцу маркер, который содержит поле резервирования (ПР). Если собственный приоритет выше, чем значение приоритета в ПР маркера, станция увеличивает значение приоритета в ПР до своего уровня, резервируя тем самым маркер на следующий цикл. Если в данном цикле какой-то другой узел не увеличит еще больше значение уровня приоритета в ПР, этой станции разрешается использовать маркер и канал во время следующего цикла передачи по кольцу (за время цикла маркер совершает полный оборот по кольцу).

Чтобы запросы на обслуживание со стороны станций с низким приоритетом не были потеряны, станция, захватившая маркер, должна запомнить предыдущее значение ПР в своем ЗУ. После “высвобождения” маркера, когда он завершит полный оборот по кольцу, станция восстанавливает предыдущий запрос к сети, имеющий более низкий приоритет.

17.4. Телекоммуникационные системы: основные понятия и определения Основная функция телекоммуникационных систем (ТКС), или территориальных сетей связи (ТСС) в условиях функционирования компьютерных сетей заключается в организации оперативного и надежного обмена информацией между абонентами, а также сокращении затрат на передачу данных. Главный показатель эффективности функционирования ТКС - время доставки информации.

Он зависит от ряда факторов:

• структуры сети связи, • пропускной способности линий связи, • способов соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами, • протоколов информационного обмена, • методов доступа абонентов к передающей среде, • методов маршрутизации пакетов и др.

Понятие «территориальная» означает, что сеть связи распределена на значительной территории. Она создается в интересах всего государства, учреждения, предприятия, фирмы, имеющей отделения по району, области или по всей стране.

Характерные особенности ТСС:

• разнотипность каналов связи – от проводных каналов тональной частоты до оптоволоконных и спутниковых;

• ограниченность числа каналов связи между удаленными абонентами, по которым необходимо обеспечить обмен данными, телефонную связь, видеосвязь, обмен факсимильными сообщениями;

• наличие такого критически важного ресурса как пропускная способность каналов связи.

Следовательно, ТСС – это географически распределенная сеть, объединяющая в себе функции традиционных сетей передачи данных (СПД) и телефонных сетей и предназначенная для передачи трафика различной природы, с различными вероятностно-временными характеристиками.

17.5. Типы линий и каналов связи В КС используются сети связи - телефонные, телеграфные, телевизионные, спутниковые. В качестве линий связи применяются:

кабельные (обычные телефонные линии связи, витая пара, коаксиальный кабель, волоконнооптические линии связи (ВОЛС), или световоды), радиорелейные, радиолинии.

Среди кабельных линий связи наилучшие показатели имеют световоды. Основные их преимущества: высокая пропускная способность (сотни мегабит в секунду), обусловленная использованием электромагнитных волн оптического диапазона;

нечувствительность к внешним электромагнитным полям и отсутствие собственных электромагнитных излучений, низкая трудоемкость прокладки оптического кабеля;

искро-, взрыво- и пожаробезопасность;

повышенная устойчивость к агрессивным средам;

небольшая удельная масса (отношение погонной массы к полосе пропускания);

широкие области применения (создание магистралей коллективного доступа, систем связи ЭВМ с периферийными устройствами локальных сетей, в микропроцессорной технике и т.д.).

Недостатки ВОЛС: передача сигналов осуществляется только в одном направлении, подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал, необходимые для световодов высокоскоростные модемы пока еще дороги, световоды, соединяющие ЭВМ, должны снабжаться преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.

В КС нашли применение следующие типы каналов связи (или режимов передачи):

• симплексные, когда передатчик и приемник связываются одним каналом связи, по которому информация передается только в одном направлении (это характерно для телевизионных сетей связи);

• полудуплексные, когда два узла связи соединены также одним каналом, по которому информация передается попеременно то в одном направлении, то в противоположном (это характерно для информационно-справочных, запрос-ответных систем);

• дуплексные, когда два узла связи соединены двумя каналами (прямым каналом связи и обратным), по которым информация одновременно передается в противоположных направлениях.

Дуплексные каналы применяются в системах с решающей и информационной обратной связью.

Коммутируемые и выделенные каналы связи. В ТКС (ТСС) различают выделенные (некоммутируемые) каналы связи и с коммутацией на время передачи информации по этим каналам.

При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передаче информации, более высокое качество связи, поддержка большого объема трафика. Из-за сравнительно больших расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается только при условии достаточно полной загрузки каналов.

Для коммутируемых каналов связи, создаваемых только на время передачи фиксированного объема информации, характерны высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость (при малом объеме трафика). Недостатки таких каналов: потери времени на коммутацию (на установление связи между абонентами), возможность блокировки из-за занятости отдельных участков линии связи, более низкое качество связи, большая стоимость при значительном объеме трафика.

17.6. Аналоговое и цифровое кодирование цифровых данных Пересылка данных от одного узла ТКС к другому осуществляется последовательной передачей всех битов сообщения от источника к пункту назначения. Физически информационные биты передаются в виде аналоговых или цифровых электрических сигналов. Аналоговыми называются сигналы, которые могут представлять бесчисленное количество значений некоторой величины в пределах ограниченного диапазона. Цифровые (дискретные) сигналы могут иметь одно или конечный набор значений. При работе с аналоговыми сигналами для передачи закодированных данных используется аналоговый несущий сигнал синусоидальной формы, а при работе с цифровыми сигналами - двухуровневый дискретный сигнал. Аналоговые сигналы менее чувствительны к искажению, обусловленному затуханием в передающей среде, зато кодирование и декодирование данных проще осуществляется для цифровых сигналов.

Аналоговое кодирование применяется при передаче цифровых данных по телефонным (аналоговым) линиям связи, доминирующим в региональных и глобальных КС и изначально ориентированным на передачу акустических сигналов (речи). Перед передачей цифровые данные, поступающие обычно из ЭВМ, преобразуются в аналоговую форму с помощью модулятора-демодулятора (модема), обеспечивающего цифро-аналоговый интерфейс.

Возможны три способа преобразования цифровых данных в аналоговую форму, или три метода модуляции:

• амплитудная модуляция, когда меняется только амплитуда несущей синусоидальных колебаний в соответствии с последовательностью передаваемых информационных битов: например, при передаче единицы амплитуда колебаний устанавливается большой, а при передаче нуля - малой или сигнал несущей вообще отсутствует;

• частотная модуляция, когда под действием модулирующих сигналов (передаваемых информационных битов) меняется только частота несущей синусоидальных колебаний: например, при передаче нуля – низкая, а при передаче единицы – высокая;

• фазовая модуляция, когда в соответствии с последовательностью передаваемых информационных битов изменяется только фаза несущей синусоидальных колебаний: при переходе от сигнала 1 к сигналу 0 или наоборот фаза меняется на 180о.

Передающий модем преобразует (модулирует) сигнал несущей синусоидальных колебаний (амплитуду, частоту или фазу) таким образом, чтобы он мог нести модулирующий сигнал, т.е. цифровые данные от ЭВМ или терминала. Обратное преобразование (демодуляция) осуществляется принимающим модемом. В соответствии с реализуемым методом модуляции различают модемы с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Наибольшее распространение получили частотная и амплитудная модуляции.

Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу путем использования в одном канале сигналов различных несущих частот. Это обеспечивает взаимодействие большого количества абонентов (каждая пара абонентов работает на своей частоте).

Цифровое кодирование цифровых данных выполняется напрямую, путем изменения уровней сигналов, несущих информацию.

Например, если в ЭВМ цифровые данные представляются сигналами уровней 5В для кода 1 и 0,2В для кода 0, то при передаче этих данных в линию связи уровни сигналов преобразуются соответственно в +12В и -12В. Такое кодирование осуществляется, в частности, с помощью асинхронных последовательных адаптеров RS 232-C при передаче цифровых данных от одного компьютера к другому на небольшие (десятки и сотни метров) расстояния.

Цифровой способ передачи является узкополосным, цифровые данные передаются в их естественном виде на единой частоте.

17.7. Синхронизация элементов ТКС Синхронизация - это часть протокола связи. В процессе синхронизации связи обеспечивается синхронная работа аппаратуры приемника и передатчика, при которой приемник осуществляет выборку поступающих информационных битов (т.е. замер уровня сигнала в линии связи) строго в моменты их прихода. Синхросигналы настраивают приемник на передаваемое сообщение еще до его прихода и поддерживают синхронизацию приемника с приходящими битами данных.

В зависимости от способов решения проблемы синхронизации различают синхронную передачу, асинхронную передачу и передачу с автоподстройкой.

Синхронная передача отличается наличием дополнительной линии связи (кроме основной, по которой передаются данные) для передачи синхронизирующих импульсов (СИ) стабильной частоты.

Каждый СИ подстраивает приемник. Выдача битов данных в линию связи передатчиком и выборка информационных сигналов приемником производятся в моменты появления СИ. В синхронной передаче синхронизация осуществляется весьма надежно, однако это достигается дорогой ценой - необходимостью дополнительной линии связи.

Асинхронная передача не требует дополнительной линии связи.

Передача данных осуществляется небольшими блоками фиксированной длины (обычно байтами). Синхронизация приемника достигается тем, что перед каждым передаваемым байтом посылается дополнительный бит - стартбит, а после переданного байта - еще один дополнительный бит - стопбит. Для синхронизации используется стартбит. Такой способ синхронизации может использоваться только в системах с низкими скоростями передачи данных.

Передача с автоподстройкой, также не требующая дополнительной линии связи, применяется в современных высокоскоростных системах передачи данных. Синхронизация достигается за счет использования самосинхронизирующих кодов (СК).

Кодирование передаваемых данных с помощью СК заключается в том, чтобы обеспечить регулярные и частые изменения (переходы) уровней сигнала в канале. Каждый переход уровня сигнала от высокого к низкому или наоборот используется для подстройки приемника.

Лучшими считаются такие СК, которые обеспечивают переход уровня сигнала не менее одного раза в течение интервала времени, необходимого на прием одного информационного бита. Чем чаще переходы уровня сигнала, тем надежнее осуществляется синхронизация приемника и увереннее производится идентификация принимаемых битов данных.

Наиболее распространенными являются следующие самосинхронизирующие коды: NRZ - код (код без возвращения к нулю), RZ - код (код с возвращением к нулю), Манчестерский код, биполярный код с поочередной инверсией уровня (например, код AMI).

На рисунке ниже представлены схемы кодирования сообщения с помощью этих СК.

0 1 0 1 1 0 NRZ - код RZ - код Манчестер ский код Биполярный код с пооче редной инвер сией уровня Рис. 9.7.1. Схема кодирования сообщения с помощью самосинхранизирующих кодов Для характеристики и сравнительной оценки СК используются следующие показатели:

• уровень (качество) синхронизации;

•надежность (уверенность) распознавания и выделения принимаемых информационных битов;

•требуемая скорость изменения уровня сигнала в линии связи при использовании СК, если пропускная способность линии задана;

•сложность (и, следовательно, стоимость) оборудования, реализующего СК.

NRZ - код - отличается простотой кодирования и низкой стоимостью при его реализации. Однако при передаче серий одноименных битов (единиц или нулей) уровень сигнала остается неизменным для каждой серии, что существенно снижает качество синхронизации и надежность распознавания принимаемых битов (может произойти рассогласование таймера приемника по отношению к поступающему сигналу и несвоевременный опрос линии). Для этого кода имеют место соотношения:

V1 V2 ;

V1,max = V2, где V1 - скорость изменения уровня сигналов в линии;

V2 - пропускная способность линии связи [бит /c ].

RZ - код отличается тем, что за время передачи одного информационного бита уровень сигнала меняется дважды независимо от того, передаются ли серии одноименных битов или поочередно изменяющихся битов. Этот код обладает хорошими свойствами синхронизации, но стоимость его реализации довольно высокая, так как необходимо обеспечить соотношение V1 = 2V2.

Манчестерский код - обеспечивает изменение уровня сигнала при представлении каждого бита, а при передаче серий одноименных битов - двойное изменение. Обладает хорошими синхронизирующими свойствами. Применяется в технике записи информации на магнитных лентах, при передаче информации по коаксиальным и оптоволоконным линиям. Соотношение скоростей для этого кода такое:

V1 < 2V2 ;

V1,max = 2V2.

Биполярный код - обладает хорошими синхронизирующими свойствами при передаче серий единиц. При передаче нулей синхронизация отсутствует. Сравнительно прост в реализации. Для этого кода V1 < V2 ;

V1,max = V2.

17.8. Спутниковые сети связи Появление спутниковых сетей связи вызвало такую же революцию в передаче информации, как революция, вызванная изобретением телефона.

Первый спутник связи был запущен в 1958 г., а в 1965 г. запущен первый коммерческий спутник связи (оба - в США). Эти спутники были пассивными, позже на спутниках стали устанавливать усилители и приемопередающую аппаратуру.

В настоящее время спутники связи запускаются на высоту миль и находятся на геосинхронной (геостационарной) орбите, плоскость которой параллельна плоскости экватора. Линейная скорость вращения спутника вокруг Земли равна 6879 миль/час, что обеспечивает уравновешивание гравитационного притяжения Земли и стационарность вращения спутника по отношению к вращению Земли. Спутник как бы "зависает" над неподвижной точкой поверхности Земли. При таком положении спутника антенна наземной станции слежения может находиться в относительно неподвижном состоянии. Геосинхронные спутники часто запускаются группами по три спутника. Разнесенные друг от друга на 120°, они обеспечивают охват почти всей поверхности Земли. Темпы распространения спутниковой связи очень высокие. К 2001 году планируется создать общемировую интерактивную сеть передачи мультимедиа-информации.

В спутниковых системах связи используются антенны СВЧ - диапазона частот для приема радиосигналов от передающих наземных станций и для ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. Большинство спутников используют гигагерцовый диапазон 6/4 ГГц, некоторые работают в диапазоне 14/12 ГГц (первая цифра - частота работы по звену Земля - спутник, а вторая - частота работы по звену спутник - Земля). Способность спутника принимать и передавать сигналы обеспечивается специальным устройством - транспондером.

Взаимодействие между абонентами осуществляется по цепи:

абонентская станция (отправитель информации) - передающая наземная радиотелеметрическая станция (РТС) - спутник - приемная наземная радиотелеметрическая станция - абонентская станция (получатель информации). Одна наземная РТС обслуживает группу близлежащих АС.

Для управления передачей данных между спутником и наземными РТС используются следующие способы.

1. Обычное мультиплексирование - с частотным разделением и временным разделением. В первом случае весь частотный спектр радиоканала разделяется на подканалы, которые распределяются между пользователями для передачи любого трафика. Издержки такого способа: при нерегулярном ведении передач подканалы используются нерационально;

значительная часть исходной полосы пропускания канала используется в качестве разделительной полосы для предотвращения нежелательного влияния подканалов друг на друга. Во втором случае весь временной спектр делится между пользователями, которые по своему усмотрению распоряжаются предоставленными временными квантами (слотами). Здесь также возможно простаивание канала из-за нерегулярного его использования.

2. Обычная дисциплина "первичный/вторичный" с использованием методов и средств опроса/выбора. В качестве первичного органа, реализующего такую дисциплину управления спутниковой связью, чаще выступает одна из наземных РТС, а реже - спутник. Цикл опроса и выбора занимает значительное время, особенно при наличии в сети большого количества АС. Поэтому время реакции на запрос пользователя может оказаться для него неприемлемым.

3. Дисциплина управления типа "первичный/вторичный" без опроса с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени (ТДМА). Здесь слоты назначаются первичной РТС, называемой эталонной. Принимая запросы от других РТС, эталонная станция в зависимости от характера трафика и занятости канала удовлетворяет эти запросы путем назначения станциям конкретных слотов для передачи кадров. Такой метод широко используется в коммерческих спутниковых сетях.

4. Равноранговые дисциплины управления. Для них характерным является то, что все пользователи имеют равное право доступа к каналу и между ними происходит соперничество за канал. В начале 1970-х годов Н.Абрамсон из Гавайского университета предложил метод эффективного соперничества за канал между некоординируемыми пользователями, названный системой ALOHA. Существует несколько вариантов этой системы: система, реализующая метод случайного доступа (случайная ALOHA);

равноранговая приоритетная слотовая система (слотовая ALOHA ) и др.

К основным преимуществам спутниковых сетей связи относятся следующие:

•большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи. Например, один из используемых в настоящее время коммерческих спутников имеет транспондеров, каждый из которых может передавать 48 Мбит/с;

•обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;

•независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика);

•возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.

Недостатки спутниковых сетей связи:

•необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных "чужими" станциями;

•наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;

•возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;

•подверженность сигналов на участках Земля-спутник и спутник Земля влиянию различных атмосферных явлений.

Для разрешения проблем с распределением частот в диапазонах 6/4 и 14/12 ГГц и размещением спутников на орбите необходимо активное сотрудничество многих стран, использующих технику спутниковой связи.

17.9. Коммутация в сетях Телефонная коммутация является жизненно важным элементом связи абонентских систем между собой и с центрами управления, обработки и хранения информации в сетях. Узлы сети подключаются к некоторому коммутирующему оборудованию, избегая, таким образом, необходимости создания специальных линий связи.

Далее рассматриваются различные методы коммутации, когда используются коммутируемые телефонные линии связи. Однако два и более конечных пункта сети могут соединяться выделенной линией, если между ними все время осуществляется связь с постоянной скоростью передачи. Выделенная линия соединяет два конечных пункта по двухточечной схеме. В случае же многоточечного подключения абонентов к выделенной линии ее ресурсы используются в режиме разделения. Организация связи в многоточечном режиме, обеспечивающем экономию на транспортных расходах, популярна в компьютерных сетях (особенно в ЛВС) из-за снижения затрат по сравнению с затратами при большом количестве монопольно используемых связных ресурсов в двухточечном режиме.

Коммутируемой транспортной сетью называется сеть, в которой между двумя (или более) конечными пунктами устанавливается связь по запросу. Примером такой сети является коммутируемая телефонная сеть.

Существуют следующие методы коммутации:

•коммутация цепей (каналов);

•коммутация с промежуточным хранением, в свою очередь разделяемая на коммутацию сообщений и коммутацию пакетов.

17.9.1. Коммутация цепей При коммутации цепей (каналов) между связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой пропускания. Между абонентами устанавливается сквозной канал связи до начала передачи информации. Этот канал формируется из отдельных участков с одинаковой пропускной способностью. Прохождение отдельного сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких коммутационных устройств, размещаемых в центрах коммутации каналов (ЦКК). Каждое устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним исходящим каналами. Если при установлении сквозного канала связи занята вызываемая сторона или хотя бы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова, последний будет блокироваться, и абонент, инициировавший вызов, должен спустя некоторое время его повторить.

Время установления сквозного канала связи обычно бывает большим из-за необходимости организации взаимодействия значительного числа устройств коммутации. После установления такого канала ЦКК выполняют минимальное число функций, хотя при этом может передаваться большой объем информации. Следовательно, при использовании метода коммутации цепей передача информации обеспечивается двумя основными составляющими в расходной части ресурсов: ресурсами для организации вызова и ресурсами для поддержания в ЦКК коммутационных устройств или для организации распределения временных каналов. Первая составляющая не зависит от объема передаваемой информации, а вторая - прямо пропорциональна интервалу времени, в течение которого происходит соединение.

В качестве недостатков метода коммутации цепей можно указать следующие:

- большое время установления сквозного канала связи из-за возможного ожидания освобождения отдельных его участков;

- необходимость повторной передачи сигнала вызова из-за занятости вызываемой стороны или какого-либо коммутационного устройства в цепочке прохождения этого сигнала (в связи с этим система, в которой реализуется метод коммутации цепей, относится к классу систем с потерей запросов на обслуживание);

- отсутствие возможности выбора скоростей передачи информации;

- возможность монополизации канала одним источником информации;

- наращивание функций и возможностей сети ограничено;

- не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи (возможности по сглаживанию загрузки весьма ограничены).

Преимущества метода коммутации цепей:

- отработанность технологии коммутации цепей (первое коммутационное устройство появилось еще в конце 19-го века);

- возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени;

- обеспечение как битовой прозрачности, так и прозрачности по времени независимо от числа ЦКК между абонентами;

- довольно широкая область применения (главным образом передача акустических сигналов).

17.9.2. Коммутация с промежуточным хранением Отметим особенности всех методов коммутации с промежуточным хранением. Для них характерно, что заранее, до начала передачи информации, сквозной канал между отправителем и получателем не устанавливается. Вызывающий объект посредством набора номера или через выделенную линию связывается только с ближайшим узлом сети и передает ему информационные биты. В каждом узле имеется коммутатор, построенный на базе коммуникационной ЭВМ с запоминающим устройством (ЗУ).

Передаваемая информация должна храниться в каждом узле по пути к пункту назначения, причем задержка в хранении, как правило, будет различной для узлов. Наличие ЗУ в промежуточных узлах связи предотвращает потерю передаваемой информации, вследствие чего системы, реализующие рассматриваемые методы коммутации, относятся к классу систем без потерь запросов на обслуживание. Одним из показателей этих методов является возможность согласования скоростей передачи данных между пунктами отправления и назначения, которое обеспечивается наличием в сети эффективных развязок, реализуемых созданием буферных ЗУ в узлах связи. Наконец, для сетей с промежуточным хранением обязательным требованием является битовая прозрачность. Требование же временной прозрачности, как правило, ими не гарантируется.

17.9.3. Коммутация сообщений Коммутация сообщений была преобладающим методом передачи данных в 60-70 годах и до сих пор широко используется в некоторых областях (в электронной почте, электронных новостях, телеконференциях, телесеминарах). Как и все методы коммутации с промежуточным хранением, технология коммутации сообщений относится к технологии типа "запомнить и послать". Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает отношение "главный - подчиненный". Коммутатор (коммуникационная ЭВМ) в центре коммутации сообщений (ЦКС) выполняет регистрацию и выбор при управлении входящими и выходящими потоками. Здесь не рассматриваются интерактивный режим и работа в реальном масштабе времени, однако данные через коммутатор могут передаваться на очень высокой скорости с соответствующим определением уровней приоритетов для различных типов потоков данных.

Высокоприоритетные потоки задерживаются в очереди на обслуживание на более короткое время по сравнению с низкоприоритетными потоками, что позволяет обеспечить интерактивные прикладные задачи.

Важно отметить, что при коммутации сообщений сообщение, независимо от его длины (разброс в длине сообщений может быть достаточно велик), целиком сохраняет свою целостность как единичный объект в процессе его прохождения от одного узла к другому вплоть до пункта назначения. Более того, транзитный узел не может начинать дальнейшую передачу части сообщения, если оно еще принимается. По своему влиянию на задержки это равноценно низкому уровню использования ресурсов сети.

Недостатки метода коммутации сообщений:

- необходимость реализации достаточно серьезных требований к емкости буферных ЗУ в узлах связи для приема больших сообщений, что обусловливается сохранением их целостности;

- недостаточные возможности по реализации диалогового режима и работы в реальном масштабе времени при передаче данных;

- выход из строя всей сети при отказе коммутатора, так как через него проходят все потоки данных (это характерно для структуры "главный - подчиненный");

- коммутатор сообщений является потенциально узким местом по пропускной способности;

- каналы передачи данных используются менее эффективно по сравнению с другими методами коммутации с промежуточным хранением.

Преимущества метода:

- отсутствие необходимости в заблаговременном (до начала передачи данных) установлении сквозного канала связи между абонентами;

- возможность формирования маршрута из отдельных участков с различной пропускной способностью;

- реализация различных систем обслуживания запросов с учетом их приоритетов;

- возможность сглаживания пиковых нагрузок путем запоминания низкоприоритетных потоков в периоды этих нагрузок;

- отсутствие потерь запросов на обслуживание.

17.9.4. Коммутация пакетов Коммутация пакетов появившаяся в 70-х годах, сочетает в себе преимущества коммутации каналов и коммутации сообщений. Ее основные цели: обеспечение полной доступности сети и приемлемого времени реакции на запрос для всех пользователей, сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями, обеспечение мультиплексирования возможностей каналов связи и портов компьютеров сети, рассредоточение критических компонентов (коммутаторов) сети.

При коммутации пакетов пользовательские данные (сообщения) перед началом передачи разбиваются на короткие пакеты фиксированной длины. Каждый пакет снабжается протокольной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении, информация для контроля достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пункте назначения. Будучи независимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие одному и тому же сообщению, могут передаваться одновременно по различным маршрутам в составе дейтаграмм. Управление передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью компьютеров. Длительное хранение пакетов в ЦКП не предполагается, поэтому пакеты доставляются в пункт назначения с минимальной задержкой, где из них формируется первоначальное сообщение.

В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет:

•увеличить количество подключаемых станций (терминалов), так как здесь больше коммутаторов;

•легче преодолеть трудности, связанные с подключением к коммутаторам дополнительных линий связи;

•осуществлять альтернативную маршрутизацию (в обход поврежденных или занятых узлов связи и каналов), что создает повышенные удобства для пользователей;

•существенно сократить время на передачу пользовательских данных, повысить пропускную способность сети и повысить эффективность использования сетевых ресурсов.

Одной из концепций коммутации пакетов является мультиплексирование с помощью разделения времени использования одного и того же канала многими пользователями, что повышает эффективность функционирования ТКС. Логика коммутации пакетов позволяет мультиплексировать многие пользовательские сеансы на один порт компьютера. Пользователь воспринимает порт как выделенный, в то время как он используется как разделенный ресурс. Мультиплексирование порта и канала называют виртуальным каналом. Коммутация пакетов и мультиплексирование обеспечивают сглаживание асимметричных потоков в каналах связи.

Стоимость организации вызова для пакетной коммутации ниже по сравнению с соответствующей характеристикой метода коммутации цепей. Но с увеличением объема передаваемой информации стоимостная характеристика для пакетной коммутации возрастает быстрее, чем для коммутации цепей, что объясняется необходимостью больших ресурсов для обработки пересылаемой информации.

В настоящее время пакетная коммутация является основной для передачи данных.

17.9.5. Символьная коммутация Символьная коммутация (иначе: субпакетная коммутация, или метод общего пакета) представляет собой разновидность пакетной коммутации. Она применяется в случае, когда пакет содержит информационные биты, принадлежащие различным пользователям.

При пакетной коммутации приходится находить компромиссное решение, удовлетворяющее двум противоречивым требованиям. Первое из них - уменьшение задержки пакета в сети, обеспечиваемое уменьшением его длины, и второе - обеспечение повышения эффективности передачи информации, достигаемое, наоборот, увеличением длины пакета (при малой длине пакета длина его заголовка становится неприемлемо большой, что снижает экономическую эффективность передачи). В сети с пакетной коммутацией максимально разрешенный размер пакета устанавливается на основе трех факторов:

распределения длин пакетов, характеристики среды передачи (главным образом скорости передачи) и стоимости. Для каждой передающей среды выбирается свой оптимальный размер пакета.

При использовании символьной коммутации оптимальный размер пакета для конкретной передающей среды сохраняется с одновременным уменьшением времени задержки пакета в сети. Это достигается за счет приема от нескольких пользователей по небольшому количеству символов (информационных бит) и загрузки их в один пакет общего доступа.

Анализ рассмотренных коммутационных технологий позволяет сделать вывод о возможности разработки комбинированного метода коммутации, основанного на использовании в определенном сочетании принципов коммутации сообщений, пакетов и символьной коммутации и обеспечивающего более эффективное управление разнородным трафиком.

17.10. Маршрутизация пакетов в сетях 17.10.1. Сущность, цели и способы маршрутизации Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи от отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим, но и возможен выбор оптимального или приемлемого маршрута. Речь идет, прежде всего, о сетях с произвольной (ячеистой) топологией, в которых реализуется коммутация пакетов. Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной, многосегментной) реально стоит и решается задача выбора маршрута для передачи кадров, для чего используются соответствующие средства, например, маршрутизаторы.

В виртуальных сетях задача маршрутизации при передаче сообщения, расчленяемого на пакеты, решается единственный раз, когда устанавливается виртуальное соединение между отправителем и получателем. В дейтаграммных сетях, где данные передаются в форме дейтаграмм, маршрутизация выполняется для каждого отдельного пакета в каждом промежуточном узле связи.

Выбор маршрутов в узлах связи ТКС производится в соответствии с реализуемым алгоритмом (методом) маршрутизации.

Алгоритм маршрутизации - это правило назначения выходной линии связи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующееся на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса отправителя и получателя), и информации о загрузке этого узла (длина очередей пакетов) и, возможно, ТКС в целом.

Основные цели маршрутизации заключаются в обеспечении:

•минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю;

•максимальной пропускной способности сети, что достигается в частности нивелировкой загрузки линий связи ТКС;

•максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащейся в нем информации;

•надежности доставки пакета адресату;

•минимальной стоимости передачи пакета адресату.

17.10.2. Способы маршрутизации Различают следующие способы маршрутизации.

1. Централизованная маршрутизация - реализуется обычно в сетях с централизованным управлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации. Такое управление маршрутизацией уязвимо к отказам центрального узла и не отличается высокой гибкостью.

2. Распределенная (децентрализованная) маршрутизация выполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.

3. Смешанная маршрутизация - характеризуется тем, что в ней в определенном соотношении реализованы принципы централизованной и распределенной маршрутизации. К ней относится, например, гибридная адаптивная маршрутизация (см. ниже).

Задача маршрутизации в сетях решается при условии, что кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за минимальное время, зависит от топологии сети, пропускной способности линий связи, нагрузки на линии связи. Топология сети изменяется в результате отказов узлов и линий связи и отчасти при развитии ТКС (подключении новых узлов и линий связи). Пропускная способность линий связи определяется типом передающей среды и зависит от уровня шумов и параметров аппаратуры, обслуживающей линии. Наиболее динамичным фактором является нагрузка на линии связи, изменяющаяся довольно быстро и в трудно прогнозируемом направлении.

Для выбора оптимального маршрута каждый узел связи должен располагать информацией о состоянии ТКС в целом - всех остальных узлов и линий связи. Данные о текущей топологии сети и пропускной способности линий связи предоставляются узлам без затруднений.

Однако нет способа для точного предсказания состояния нагрузки в сети. Поэтому при решении задачи маршрутизации могут использоваться данные о состоянии нагрузки, запаздывающие (из-за конечной скорости передачи информации) по отношению к моменту принятия решения о направлении передачи пакетов. Следовательно, во всех случаях алгоритмы маршрутизации выполняются в условиях неопределенности текущего и будущего состояний ТКС.

17.10.3. Эффективность алгоритмов маршрутизации Эффективность алгоритмов маршрутизации оценивается следующими показателями:

•временем доставки пакетов адресату;

•нагрузкой на сеть, которая при реализации данного алгоритма создается потоками пакетов, распределяемыми по линиям и узлам сети.

Количественная оценка нагрузки осуществляется длиной очередей пакетов в узлах;

•затратами ресурсов в узлах связи (временем работы коммуникационной ЭВМ, емкостью памяти).

Факторы, снижающие эффективность алгоритмов маршрутизации:

•передача пакета в узел связи, находящийся под высокой нагрузкой;

•передача пакета в направлении, не приводящем к минимальному времени его доставки;

•создание на сеть дополнительной нагрузки за счет передачи служебной информации, необходимой для реализации алгоритма.

17.10.4. Методы маршрутизации Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между ними - в степени учета изменения топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.

Простая маршрутизация - отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния (нагрузки). Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества - простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида некоторое практическое применение получили случайная и лавинная маршрутизации.

Случайная маршрутизация - характеризуется тем, что для передачи пакета из узла связи выбирается одно, случайно выбранное свободное направление. Пакет “блуждает” по сети и с конечной вероятностью когда-либо достигает адресата. Естественно, что при этом не обеспечивается ни оптимальное время доставки пакета, ни эффективное использование пропускной способности сети.

Лавинная маршрутизация (или: заполнение пакетами всех свободных выходных направлений) - предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле, имеет место явление “размножения” пакета, что резко ухудшает использование пропускной способности сети.

Значительное ослабление этого недостатка достигается путем уничтожения в каждом узле дубликатов (копий) пакета и продвижения по маршруту только одного пакета. Основное преимущество такого метода - гарантированное обеспечение оптимального времени доставки пакета адресату, так как из всех направлений, по которым передается пакет, хотя бы одно обеспечивает такое время. Метод может использоваться в незагруженных сетях, когда требования по минимизации времени и надежности доставки пакетов достаточно высоки.

Фиксированная маршрутизация - характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптации к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают однопутевую и многопутевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачи пакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузкам, а вторая - на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с мало изменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.

Адаптивная маршрутизация - отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения как топологии, так и нагрузки сети. Существует несколько модификаций адаптивной маршрутизации, различающихся тем, какая именно информация используется при выборе маршрута. Получили распространение такие модификации - локальная, распределенная, централизованная и гибридная адаптивные маршрутизации.

Локальная адаптивная маршрутизация - основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей:

таблицу маршрутов, которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла;

данные о состоянии выходных линий связи (работают или не работают);

длину очереди пакетов, ожидающих передачи. Информация о состоянии других узлов связи не используется.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.