Конфигурации локальных сетей и способы коммутации между ними
Сети
ЭВМ и телекоммуникации
Курсовая
работа на тему:
«КОНФИГУРАЦИИ
ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ И СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ МЕЖДУ НИМИ»
Содержание
Введение
. Определение локальных сетей и их
топология
.1 Место и роль локальных сетей
. Топология локальных сетей
.1 «Общая шина»
.2 «Дерево»
.3 «Звезда»
.4 «Кольцо»
.5 «Полносвязная»
.6 «Многосвязная»
.7 «Смешанная»
. Методы коммутации в локальных
сетях
.1 Коммутация каналов
.2 Коммутация сообщений
.3 Коммутация пакетов
.4 Коммутация ячеек
Заключение
Список литературы
Введение
Локальные сети в настоящее время являются
обязательной принадлежностью любой компании, имеющей больше одного компьютера.
В связи с этим, технологии локальных сетей, аппаратного их обеспечения
развиваются очень быстрыми темпами. Усложняется организация локальных сетей,
появляются новые методы, технологии и механизмы передачи данных.
В данной работе рассматриваются вопросы
локальных сетей, их конфигураций, вопросы взаимодействия сетевых средств между
собой, какие алгоритмы они используют, чем отличаются друг от друга.
В первой главе рассматриваются общие принципы,
лежащие в основе всех локальных сетей, разъясняются основные понятия и правила
обмена.
Вторая глава посвящена особенностям наиболее
распространенных топологий локальных сетей, рассматриваются их особенности,
различия и достоинства.
Принципам коммутации в локальных сетях отведена
глава 3. Здесь рассматриваются различные способы передачи данных - виды
коммутации. Дается краткая характеристика данного принципа, перечисляются
основные достоинства, недостатки и различия или совпадения между собой методов
коммутации.
1. Определение локальных сетей и их
топология
.1 Место и роль локальных сетей
Передача информации между компьютерами
существует, возможно, с самого момента возникновения вычислительной техники.
Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, решать одну
задачу с помощью распределения вычислительных процессов между несколькими
компьютерами, специализировать каждый компьютер на выполнении какой-то одной
функции, решать проблему совместного использования ресурсов и множество других.
Средств и способов обмена информацией в настоящее время предложено множество:
от простейшего переноса файлов с помощью оптических дисков до всемирной
компьютерной сети Internet.
Что же можно сказать про локальные сети? Какое место в этой иерархии занимают
они?
Чаще всего под определением «локальные сети» (Local
Area Network,
LAN) понимаются такие
сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко
расположенные компьютеры. Но такое определение не слишком точно. Некоторые
локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких километров или
даже их десятков. Отсюда противоречие с первоначальным определением термина
«локальные сети». Но, с другой стороны, по глобальной сети (Wide
Area Network,
WAN или Global
Area Network,
GAN) вполне могут
связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее
не называют локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также
связываться с помощью кабеля, или без кабеля: по инфракрасному каналу, порту Wi-Fi,
Bluetooth, GPRS.
Но такая связь также не называется локальной сетью.
Также не совсем корректно определение локальной
сети как малой сети, которая связывает небольшое количество компьютеров. В
реальности наиболее часто локальная сеть (ЛС) связывает от двух до нескольких
десятков компьютеров. Но предельные возможности нескольких локальных сетей
гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи.
В некоторой литературе локальная сеть определяется
как «система для непосредственного соединения многих компьютеров». Это
определение предполагает, что информация передается от компьютера к компьютеру
по единой среде передачи без посредников. Но в пределах единой локальной сети
может использоваться различные среды передачи. Например, как электрические
кабели различных типов, так и оптоволоконные кабели. «Без посредников» в
современных локальных сетях тоже не обойтись: необходимо использовать различные
мосты, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы. Все эти устройства
производят сложную обработку передаваемой информации, управляют потоками
данных, а также выполняют другие различные функции, без которых невозможно
представить полноценное функционирование локальной сети. Но не совсем понятно,
можно считать их посредниками или нет.
Наиболее точно было бы определить локальную сеть
как такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры,
связанные локальной сетью, объединяются, по сути, в один виртуальный компьютер,
ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям. Причем, этот доступ не
менее удобен, чем к ресурсам каждого персонального компьютера (ПК). Удобство в
данном случае определяется высокой скоростью доступа к ресурсам «виртуального
компьютера»: обмен информацией между приложениями осуществляется незаметно для
пользователя. При таком подходе ни глобальные сети, ни медленная связь через
последовательные или параллельные порты не попадают под определение локальной
сети.
Отсюда следует, что скорость передачи по
локальной сети должна расти по мере усовершенствования оборудования, роста
быстродействия компьютеров. Именно это и можно наблюдать: если ещё сравнительно
недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1-10 Мбит/с, то сейчас
среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно
разрабатываются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше.
Таким образом, можно сделать вывод, что главное
отличие локальной сети от любой другой - высокая скорость обмена. Но также
важны и другие факторы.
Например, такой фактор, как защита информации от
ошибок передачи. При передаче данных в локальной сети необходимо обеспечить
низкий уровень ошибок передачи. Для этого используется комплекс аппаратных и
программных средств, прокладываемые линии связи высокого качества.
Также принципиальной характеристикой сети
является такая характеристика, как возможность работать с большими нагрузками,
то есть с большой интенсивностью обмена (трафиком). Эта характеристика
определяет время «простоя» компьютера - насколько долго ПК будет ждать своей
очереди на передачу. Это может происходить в случаях, когда ЛС имеет не слишком
эффективный механизм обмена. И даже если скорость в сети будет высока и ошибки
передачи будут сведены к минимуму, проблема задержки доступа к сетевым ресурсам
и информации будет осложнять работу в ЛС.
Следует также обратить внимание на тот факт, что
локальной сетью можно назвать такую систему передачи данных, которая позволяет
объединить несколько (более 2х) компьютеров, но никак не два, как в ситуации
коммутации через стандартные порты. Ведь локальная сеть должна быть легко
масштабируема - при увеличении числа подключаемых компьютеров механизм обмена
должен подстраиваться под это изменение и не давать сбой. Это также важная
характеристика ЛС.
Подводя некий итог, сформулируем отличительные
признаки локальной сети
высокая скорость передачи данных;
большая пропускная способность;
низкий уровень ошибок передачи данных (в норме
вероятность передачи - порядка 10-7 - 10-8 степени);
качественный и быстродействующий механизм
управления обменом данных;
точно определенное, ограниченное число
компьютеров, подключаемых к локальной сети;
Такой подход позволяет заметить явные различия
между глобальной и локальной сетью: глобальные сети рассчитаны на
неограниченное число абонентов и используют, по сравнению с ЛС, не такие
надежные каналы связи, а механизм управления обменом данных по определению в
них не может быть гарантированно быстрым.
Классификация сетей по территориальному охвату
выделяет не только локальные и глобальные сети, но также другие виды сетей.
Персональная сеть (Personal
Area
Network,
PAN)
- это
сеть, объединяющая персональные электронные устройства пользователя (телефоны,
карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки и т.д.). Она имеет
следующие характеристики:
- небольшое число абонентов;
- малый радиус действия (до нескольких
десятков метров);
- некритичностью к отказам.
Городская сеть
(Metropolitan
Area Network,
MAN) - нередко
выделяемый класс компьютерых сетей. Довольно трудно однозначно классифицировать
этот тип сетей, ведь он сочетает в себе как признаки локальной сети - например,
высококачественные каналы связи и высокие скорости передачи, но все-таки больше
приближается к глобальной сети - по территориальной охваченности и по
количеству компьютеров, соединенных в эту сеть.
Однако, на настоящем этапе развития технологий
компьютерных сетей (КС) и используемого в них оборудования бывает достаточно
затруднительно провести четкую границу между локальной и глобальной сетью. Это
объясняется тем, что практически все локальные сети имеют выход в глобальную
сеть, но характер передаваемой информации и технологии, по которым
осуществляется этот обмен довольно различаются с теми, что приняты в глобальной
сети. И даже, несмотря на то, что все ПК в данном случае оказываются
включенными в глобальную сеть, специфика локальной сети остается неизменной. А
возможность доступа к глобальной сети является лишь одним из разделяемых
пользователями данной ЛС ресурсом.
Цифровая информация, передаваемая по локальной
сети, разнообразна: данные, изображения, видеофайлы, телефонная речь,
документы, электронные письма и т.д. Следовательно, одним из наиважнейших
требований к ЛС, выдвигаемых пользователями, является быстродействие сети. Для
этого используются различные механизмы увеличения быстродействия сети.
Например, разделение ресурсов, таких как память, различное оборудование:
принтеры, сканеры. Локальные сети также позволяют осуществлять обмен данными
между вычислительными устройствами разных типов. Узлами сети могут быть не
только компьютеры, но и другие устройства, например плоттеры, принтеры,
сканеры: управляющие сигналы или некие данные поступают с компьютера
непосредственно на эти устройства. Решение сложных математических задач
ускоряется за счет параллельных вычислений отдельных микрозадач на разных
компьютерах.
Тем не менее, локальные сети имеют свои
недостатки, о которых не следует забывать. Необходимо, помимо значительных
материальных затрат на покупку оборудования, сетевого программного обеспечения
и прокладку соединительных кабелей, также обучить персонал и иметь
высококвалифицированного специалиста - администратора сети, который будет
управлять работой сети, поддерживать все ее параметры на необходимом уровне,
модернизировать ее, управлять доступом к ресурсам, также устранять возможные
неисправности сети. Соединение компьютеров в локальную сеть ограничивает
возможность их перемещения - может потребоваться изменение или дополнительная
прокладка соединительных кабелей. Одним из важнейших пунктов работы ЛС является
также защита информации - сети представляют собой прекрасную среду для
распространения компьютерных вирусов и вопросам защиты необходимо уделять
намного больше внимания, чем в случае с персональным независимым использованием
компьютеров.
2. Топология локальных сетей
Топология локальной сети
(конфигурация, структура) - это физическое расположение компьютеров сети
друг относительно друга и способ соединения их линиями связи.
Этот термин используется преимущественно в
контексте локальных сетей, где можно четко проследить структуру связей между
ПК. В глобальной сети структура связей, как правило, скрыта от пользователей и
ей не придается такое важное значение. Это объясняется тем, что в глобальной
сети каждый сеанс связи может быть произведен по своему собственному пути. В
локальной же сети маршрут передачи данных определяется существующей топологией.
Конфигурация сети оказывает существенное влияние, как на качество передачи, так
и на эффективность обработки данных.
Топология определяет следующие характеристики
сети:
оборудование;
тип используемого кабеля;
соответствующие методы управления обменом
данных;
надежность работы ЛС;
масштабируемость.
Многообразие типов компьютерных сетей
обуславливает многообразие топологий, обеспечивающих выполнение заданных
требований к качеству их функционирования. В настоящее время наибольшее
распространение получили следующие топологии:
· «Общая шина»;
· «Дерево»;
· «Звезда (узловая)»;
· «Полносвязная»;
· «Многосвязная (ячеистая)»;
· «Смешанная».
Также следует различать физическую и логическую
топологию сети.
Физическая (структурная)
топология отображает структурную взаимосвязь узлов сети.
Логическая (функциональная)
топология определяется функциональной взаимосвязью узлов
сети - отображает последовательность передачи данных между узлами сети.
Рассмотрим более подробно виды топологий.
.1 «Общая шина»
Топология «общая шина», отображенная на
рисунке 2.1.1, представляет собой кабель, называемый шиной или магистралью, к
которому присоединены компьютеры или компьютерные сети. Этот тип КС своей
структурой предполагает идентичность сетевого оборудования всех подключенных
компьютеров, а также «равноправие» всех абонентов. Данные, передаваемые любым
компьютером, занимают шину - единственную линию связи - на все время их передачи,
при этом остальные компьютеры сети должны ждать освобождения общей шины для
передачи своих имеющихся данных. В противном случае передаваемая информация
будет искажаться в результате наложения (коллизии, конфликта). Следовательно,
пропускная способность общей шины некоторым образом распределяется между всеми
компьютерами. При данной конфигурации КС реализуется режим полудуплексного (half
duplex) обмена - данные
передаются в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно.
Рисунок 2.1.1 - Сетевая топология «общая шина».
В компьютерной сети, организованной способом
«общая шина», отсутствует сервер - центральный абонент, который управлял бы
распределением информации между остальными компьютерами сети. Это увеличивает
надежность КС, т. к. при отказе одного компьютера вся система не выйдет из
строя и остальные компьютеры сети смогут нормально продолжать обмен. Добавление
новых абонентов в шину довольно просто, даже во время работы сети. Затраты на
использование кабеля невелики - его количество при данной топологии минимально,
по сравнению с другими топологиями. Стоимость сетевого оборудования также не
слишком высока, несмотря на то, что аппаратура сетевого адаптера сложнее, чем
при других топологиях.
Все это можно отнести к достоинствам данной
конфигурации сети. Но существуют также значимые недостатки.
Из-за особенностей распространения электрических
сигналов по длинными линиям при построения сети структуры «общая шина» следует
особое внимание уделять защите кабеля от внешних воздействий - повреждений и
физических помех, ведь при обрыве кабеля сеть выйдет из строя. Также необходимо
включать на концы шин специальные согласующие устройства - терминаторы,
показанные на рисунке 2.1.1 в виде прямоугольников. Без этих устройств сигнал
отражается от конца линии и сильно искажается - связь по сети становится
невозможной. Короткое замыкание в любой точке кабеля линии выводит из строя всю
сеть. Одним из существенных недостатков данной конфигурации является также то,
что любой отказ сетевого оборудования в шине трудно локализовать (особенно,
если число абонентов сети велико), так как все адаптеры включены параллельно, и
понять, какой из них вышел из строя, бывает достаточно проблематично.
На суммарную длину линий связи накладываются жесткие
ограничения из-за того, что информационный сигнал при прохождении по шине
ослабляется, и не восстанавливаются, кроме того, каждый абонент может получать
из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего
объекта. Для увеличения протяженности сети используют специальное устройство - репитер
(повторитель), с помощью которого соединяются несколько сегментов, каждый
из которых является шиной. Но такое увеличение размеров линий связи не может
продолжаться сколь угодно из-за существующих ограничений. Например, ограничений
на конечную скорость распространения сигналов.
.2 «Дерево»
Топология «дерево», формируется по принципу
«минимума суммарной длины связей между узлами сети» и является основой для
построения иерархических сетей. «Дерево» может быть активным (рисунок
2.2.1), или истинным, и пассивным (рисунок 2.2.2). При топологии
«активное дерево» в центрах объединения нескольких линий связи находятся
центральные компьютеры или серверы, а при пассивном - концентраторы (хабы).
Рисунок 2.2.1 - Топология «активное дерево».
Рисунок 2.2.2 - Топология «пассивное дерево»; К
- концентраторы.
.3 «Звезда»
Топология «активная звезда» (рисунок 2.3.1)
содержит один центральный узел (более мощный компьютер, сервер), к которому
присоединяются все остальные узлы сети (менее мощные периферийные компьютеры).
При такой конфигурации сервер может представлять свои ресурсы периферийным
компьютерам, либо управлять распределением ресурсов при обмене данными между
компьютерами сети - выполнять роль маршрутизатора.
Рисунок 2.3.1 - Топология «активная звезда»
(центральный узел - сервер).
Рисунок 2.3.2 - Топология «пассивная звезда»
(центральный узел - сетевое устройство).
коммутация локальный сеть топология
Существует и другая конфигурация данного типа -
«пассивная звезда», рисунок 2.3.2, когда в качестве центрального узла
используется сетевое устройство - например, концентратор или коммутатор, с
помощью которого все абоненты сети связаны в единую сеть и которое обеспечивает
только обмен данными между компьютерами. Недостатками данной топологии являются:
- обязательное наличие нескольких
сетевых плат;
- большой расход кабеля, все это
сказывается на стоимости сети;
- возможные коллизии - столкновения
пакетов данных при их передаче.
Однако существуют и достоинства. Самое главное
из них - КС не выйдет из строя при выходе из строя любого из периферийных
компьютеров.
2.4 «Кольцо»
В топологии «кольцо» каждый узел связан с
соседним узлом (рисунок 2.4.1). Данные, передаваемые каким-либо узлом, пройдя
через все другие узлы сети, могут вернуться в исходный узел.
Рисунок 2.4.1 - Топология «кольцо».
Достоинство этой конфигурации - возможность
передачи данных по двум направлениям. Таким образом, данные могут быть переданы
по альтернативному пути, в случае отказа основного. При небольшом количестве
абонентов стоимость данной сети соизмерима со стоимостью сетей топологии
«звезда» и «дерево». Но с увеличением числа узлов затраты на покупку и
прокладку кабеля могут оказаться значительными и, кроме того, надежность сети
уменьшается.
.5 «Полносвязная»
Данная конфигурация формируется по принципу
«каждый с каждым» - каждый узел сети имеет связь со всеми другими узлами
(рисунок 2.5.1). Топология «полносвязная» является наиболее эффективной по всем
основным показателям качества функционирования: быстроте, надежности,
производительности. Но сети практически не строятся по этой топологии из-за ее
большой стоимости - расходы на кабель оказываются очень велики.
Рисунок 2.5.1 - Топология «полносвязная».
2.6 «Многосвязная»
Топология «многосвязная» или «ячеистая» (рисунок
2.6.1) - это КС, построенная по принципу «каждый узел сети связан с не менее
чем с двумя другими узлами», то есть для каждого узла сети должен существовать,
по крайней мере, один альтернативный путь.
Рисунок 2.6.1 - Топология «многосвязная».
Такая конфигурация может быть получена путем
удаления, например, из полносвязной сети некоторых соединений, по которым
наименее интенсивно передаются данные. Это позволит сократить затраты на
формирование многосвязной сети.
.7 «Смешанная»
Эта топология представляет собой любую
комбинацию рассмотренных выше топологий. Она формируется, как правило, при
объединении нескольких локальных сетей. Например, на рисунке 2.7.1 используется
комбинация общей шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору
подключаются как отдельные компьютеры, так и целые сегменты шин.
Рисунок 2.7.1 - Пример «звездно-шинной»
топологии.
Следует заметить, что основными топологиями
локальных сетей являются топологии «общая шина», «звезда» и «кольцо». Все
остальные сетевые топологии строятся на их основе.
3. Методы коммутации в локальных
сетях
Передача данных в КС предполагает организацию
физического или логического соединения между взаимодействующими абонентами сети
(их также называют конечными узлами). Этими абонентами могут быть удаленные
компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с
помощью телефонных аппаратов. Организация взаимодействия между абонентами
компьютерной сети называется коммутацией.
Известны два основных принципа коммутации:
· непосредственное соединение (без
промежуточного хранения данных);
· соединение с накоплением информации
(хранение данных в промежуточных узлах).
При непосредственном соединении
осуществляется физическое соединение входящих в узел коммутации (коммутационную
станцию) каналов с соответствующими адресу исходящими каналами. В качестве
такого способа коммутации в компьютерных сетях применяется коммутация каналов,
используемая в традиционных телефонных сетях связи
Для передачи данных в компьютерных сетях
разработан способ коммутации сообщений, предполагающий использование в качестве
узлов связи специализированных средств вычислительной техники, что позволило
реализовать в промежуточных узлах хранение передаваемой информации и данных,
обеспечивающее множество преимуществ по сравнению с коммутацией каналов.
Схематично виды способов коммутации можно
изобразить так, как это показано на рисунке 3.1:
Рисунок 3.1 - Способы коммутации.
Существую три схемы коммутации абонентов в
сетях: коммутация каналов, коммутация пакетов и коммутация сообщений.
Их возможности и свойства принципиально различны. Сети c
коммутацией каналов имеют более богатую историю, они ведут свое происхождение
от первых телефонных сетей. Способ коммутации пакетов довольно молод, он
появился в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми компьютерными
сетями. Сети с коммутацией сообщений являются прототипом современных сетей с
коммутацией пакетов и в чистом виде на сегодняшний день практически не
существуют.
По прогнозам специалистов, принципу коммутации
пакетов принадлежит будущее - как более гибкому и универсальному.
Сети с коммутацией пакетов и каналов можно
разделить на два класса - на сети с динамической коммутацией и сети с
постоянной коммутацией.
В сетях с динамической коммутацией сеть
разрешает устанавливать соединение по инициативе своего пользователя.
Организация взаимодействия выполняется на время сеанса связи, а затем связь
разрывается так же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей. В
общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым другим
пользователем сети. Период соединения между парой пользователей составляет от
нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной
работы - например, передачи файла, просмотра страницы текста или изображения.
Примерами таких сетей являются:
- телефонные сети общего пользования;
- локальные сети;
- сети TCP/IP.
В сетях с постоянной коммутацией сеть
разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени -
то есть пользователю не предоставляется возможность выполнить динамическую
коммутацию с другим любым пользователем сети. Время, на которое устанавливается
постоянная коммутация, измеряется, как правило, несколькими месяцами. Режим
постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом
выделенных (арендуемых) каналов. Примерами таких сетей на сегодняшний
момент являются сети технологии SDH,
на основе которых строятся выделенные каналы связи с пропускной способностью в
несколько Гбит/с.
.1 Коммутация каналов
Основана на формировании единого физического
соединения (канала) между взаимодействующими абонентами для непосредственной
передачи данных из конца в конец. Этот принцип, отображенный на рисунке 3.1.1,
реализуется в телефонных сетях.
Рисунок 3.1.1 - Метод коммутации каналов (пример
- телефонная сеть).
Абонент А1 перед началом сеанса передачи данных
с абонентом А2 должен предварительно установить соединение с абонентом А2 путем
посылки специального служебного сообщения «УС - установить соединение». Это
сообщение «прокладывает путь», формируя в каждом из промежуточных узлов
непосредственное физическое соединение между входным и выходным портами узла.
После получения абонентом А2 служебного сообщения «УС», А2 формирует и посылает
по созданному маршруту (пути) абоненту А1 новое служебное сообщение «ПС -
подтвердить соединение». Это сообщение подтверждает установление соединения
между абонентами сети. Только после получения данного сообщения абонент А1
может начать передачу сообщения «С» абоненту А2 по установленному маршруту.
Созданное физическое соединение, как правило, существует в течение времени
передачи данных, которое называется сеансом или сессией. По
завершении сессии это соединение может быть разрушено. Это вид временного
(коммутируемого) канала.
Достоинства метода коммутации каналов:
· возможность использования
существующих и хорошо развитых телефонных сетей связи;
· отсутствие необходимости хранения
передаваемых данных в промежуточных узлах сети;
· высокая эффективность при передаче
больших объемов данных.
Недостатки данного метода:
· пропускная способность каналов связи
на всем пути передачи данных должна быть одинакова; невыполнение этого условия
может привести к потере передаваемых данных из-за невозможности временного
хранения данных;
· большие накладные расходы на
установление соединения на начальном этапе; так как в этом случае передача
небольших объемов данных станет невыгодной из-за неполного использования
пропускной способности канала;
· невозможность использования
телефонных линий связи в высокоскоростных магистральных сетях ввиду невысокого
качества этих линий.
.2 Коммутация сообщений
Коммутация сообщений (рисунок 3.2.1)
предполагает хранение передаваемой информации в буферной памяти промежуточных
узлов, которые находятся на пути передачи, который прокладывается в каждом узле
в соответствии с заданным алгоритмом маршрутизации (маршрутизация определяет
эффективность передачи данных и состоит в выборе в каждом узле сети направления
передачи данных из множества возможных направлений в соответствии с адресом
назначения и с учетом требований, предъявляемых к качеству передачи).
Предварительное установление соединения между абонентами не требуется.
Рисунок 3.2.1 - Принцип коммутации сообщений в компьютерных
сетях.
Когда абонент А1 собирается передавать сообщение
«С» абоненту А2, ему следует, без предварительного установления соединения,
послать сообщение у узлу связи, к которому он подключен. Там сообщение хранится
в буфере узла в течение времени, необходимого для анализа заголовка,
определения в соответствии с заданным алгоритмом маршрутизации следующего узла
и, возможно, ожидания высвобождения канала связи с этим узлом, в случае, если
канал занят передачей ранее обработанного сообщения. В итоге, по прохождении
всех узлов, сообщение достигнет конечного абонента А2. Отличие данного метода
от метода коммутации каналов в том, что направление передачи сообщении (его
маршрут в сети) при коммутации сообщений определяется только после поступления
сообщения в тот или иной узел сети, а не устанавливается заранее. Также к
отличиям следует отнести то, что коммутация сообщений предполагает хранение
передаваемых данных в буферной памяти узлов.
Достоинства коммутации сообщений:
· предварительное установление соединения
не требуется, следовательно, не требуется затрат на эту операцию;
· каналы по всему маршруту передачи
могут иметь разную пропускную способность, сгладить это различие позволяет
буферирование сообщений в узлах сети;
Недостатки:
· требуется значительная емкость
буферной памяти из-за необходимости хранения передаваемых сообщений в
промежуточных узлах; при этом коэффициент использования (загрузки) буферной
памяти может оказаться незначительным из-за малого размера отдельных хранимых
сообщений;
· вероятность значительной задержки
сообщений в промежуточных узлах - это может привести к увеличению времени
доставки сообщений;
· вероятность больших задержек
коротких сообщений в связи с монополизацией среды передачи (канала связи)
длинными сообщениями на длительный промежуток времени.
.3 Коммутация пакетов
Данный способ передачи данных отличается от
коммутации сообщений тем, что каждое сообщение в сети разбивается на блоки
фиксированной длины (кроме последнего блока), называемые пакетами (рисунок
3.3.1). Каждый из этих пакетов имеет структуру, аналогичную структуре
сообщений, - заголовок, текст и, возможно, концевик.
Рисунок 3.3.1 - Структура пакета.
На рисунке 3.3.1 изображен пакет с данными,
имеющий заголовок, текст и концевик. Этот пакет, в свою очередь, разбивается
еще на 3 подпакета для более быстрой его передачи (т.к. эти пакеты могут быть
посланы разными маршрутами с их последующей сборкой в конечном узле, что
увеличивает скорость передачи). Структура подпакетов аналогична структуре
самого пакета данных - заголовок, текст, концевик. Длина первого и второго
подпакетов имеет фиксированную длину, длина же последнего подпакета равна
оставшейся длине сообщения.
Достоинства метода коммутации пакетов:
· малое время доставки сообщения в
сети - за счет параллельной передачи пакетов по каналам связи;
· эффективное использование буферной
памяти в узлах, т.к. загрузка буфера более высока за счет того, что размер
буфера строго фиксирован и определяется максимально допустимой длиной
передаваемых пакетов (от нескольких десятков байт до нескольких килобайт);
· отсутствие монополизации канала
связи одним сообщением на длительное время за счет того, что большие пакеты
данных разбиваются на пакеты меньшего размера, что позволяет передавать их
быстрее и не загружать среду передачи на долгое время;
· эффективная организация надежной
передачи данных - обусловлена тем, что при передаче контролируется каждый
передаваемый пакет и, в случае сбоя при его передаче, он, а не все сообщение,
предается заново;
· задержка пакетов в узлах минимальна,
т.к. задержка в общем случае пропорциональна длине блока данных, который имеет,
в отличие от коммутации сообщений, фиксированный небольшой размер.
Недостатки коммутации пакетов:
· снижение эффективной (реальной)
пропускной способности канала связи из-за больших накладных расходов на
передачу и анализ заголовков всех пакетов, на которые разбивается сообщение,
вследствие чего увеличивается время доставки сообщения в сети;
· необходимость сборки сообщения из
пакетов в конечном узле увеличивает время доставки сообщения конечному абоненту
за счет ожидания прихода всех пакетов сообщения, т.к. для сборки сообщения
необходимо наличие всех составляющих пакетов; здесь же возникает проблема
определения предельно допустимого времени ожидания пакетов для сборки сообщения
в конечном узле - это время должно соответствовать многим требованиям и
параметрам передачи, чем и обуславливается трудность при его определении;
3.4 Коммутация ячеек
Коммутацию ячеек можно рассматривать как частный
случай коммутации пакетов со строго заданной длиной передаваемых блоков данных
в 53 байта, называемых ячейками (рисунок 3.4.1).
Рисунок 3.4.1 - Структура ячейки данных.
Достоинства коммутации ячеек:
· отсутствие монополизации канала
связи за счет небольших задержек ячеек в узлах;
· быстрая обработка заголовка ячейки,
поскольку местоположение заголовка строго фиксировано;
· организация буферной памяти более
эффективна, по сравнению с коммутацией пакетов;
· надежная передача данных.
Основной недостаток коммутации ячеек: наличие
сравнительно больших накладных расходов на передачу заголовка и, как следствие,
потеря пропускной способности, особенно в случае высокоскоростных каналов
связи.
Подводя итог вышесказанному, отметим, что
коммутация пакетов и коммутация каналов - основные способы передачи данных в
КС, т.к. коммутация пакетов обеспечивает более эффективную передачу данных
через среду передачи данных по сравнению с коммутацией сообщений, а коммутация
каналов может быть достаточно легко реализована на основе существующей
телефонной сети.
Заключение
Подводя итог, выделим основные идеи данной
работы.
Передача информации между компьютерами позволяет
организовать множество функций: совместная работа отдельных компьютеров,
решение одной задачи с помощью распределения вычислительных процессов между
несколькими компьютерами, специализация компьютера на выполнении какой-то одной
функции и множество других. Средств и способов обмена информацией в настоящее
время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью оптических
дисков до всемирной компьютерной сети Internet.
Существующая классификация компьютерных сетей по
территориальному охвату выделяет следующие их виды:
- персональная сеть (PAN);
- локальная сеть (LAN);
- городская сеть (MAN);
- глобальная сеть, Internet
(WAN).
Локальная сеть - компьютерная сеть, охватывающая
территорию от нескольких десятков метров до нескольких километров или небольшую
группу зданий; она характеризуется высокой, по сравнению с другими видами
компьютерных сетей, скоростью передачи данных.
Локальная сеть дает возможность получать
совместный доступ к различным ресурсам: общим папкам, файлам, программам,
оборудованию.
Использование ресурсов локальной сети
позволяет существенно снизить финансовые затраты предприятия, повысить уровень
безопасности хранения важных данных, сократить временные затраты сотрудников
компании на решение различного вида задач, а так же повысить общую
эффективность работы.
Существует несколько основных топологий сети -
физического расположения компьютеров, кабелей и других компонентов:
- «общая шина»;
- «дерево»;
- «звезда»;
- «кольцо»;
- «полносвязная»;
- «многосвязная»;
- «смешанная».
Каждая конфигурация сети имеет особые
характеристики, положительные и отрицательные качества. Выбирать топологию сети
следует, учитывая многие факторы организации деятельности отдельно взятой
компании и имеющиеся материальные и денежные ресурсы.
Коммутация - это организация взаимодействия
между компьютерами в сети. На данный момент используются четыре метода
коммутации: коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов и
коммутация ячеек. Коммутация каналов - так называемая коммутация без
промежуточного хранения данных. Все остальные виды хранят промежуточную
информацию в узлах маршрута передачи данных. Коммутация ячеек - это частный
случай коммутации пакетов. Наибольшей популярностью на данный момент пользуется
метод коммутации пакетов, в связи с тем, что он имеет более гибкую и
универсальную структуру.
Для эффективного функционирования компьютерной
сети необходимо, чтобы она была управляема. Для этого необходимо наблюдение и
контроль основных элементов в сети. Это довольно непростая задача, которая
требует высокого профессионализма администратора сети. Ему приходится решать
множество проблем: выявлять и устранять проблемы передачи данных, такие как
отказ и перегрузка; производить сбор и анализ данных для оценки производительности
сети, защищать сеть от внешнего деструктивного воздействия.
Отсюда следует вывод, что организация и
администрирование компьютерных сетей - очень непростая работа, требующая
высокой квалификации и профессионализма системного администратора. Эта профессия
требует особого таланта и упорного труда!
Список литературы
1. Алиев Т.И. Сети ЭВМ и
телекоммуникации. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. - с.400;
. Новиков Ю.В., Кондратенко
С.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. М.: Издательство
ЭКОМ, 2000. - 312 с.: илл.
. Олифер В.Г. Олифер В.А.
Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Санкт-Петербург, 2001г. -
668 с.
. Абилов А.В. Сети связи и
системы коммутации: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2004. - 288
с.:ил.
. ГОСТ 29099-91. Сети
вычислительные локальные. Термины и определения - Введ. 01.01.1993 - М: Изд-во
стандартов, 1995 - III,
8с - (Государственный стандарт Российской Федерации).