Адресация и коммутация12

ЛЕКЦИЯ 18
АДРЕСАЦИЯ И КОММУТАЦИЯ
1.
2.
3.
4.
Адресация
Множественные прикладные среды
Коммутация
Процессы и нити
Основной пpактический pезультат: адресация ит коммутация в реальных сетях
Основной теоретический pезультат: принципы построения систием адресации и
организации методов коммутации
Самостоятельная работа
1. Ознакомиться с Глоссарием.
1 Адресация
Доставка сообщения от абонента (источника) к получателю должна быть
произведена в соответствии с каким-то маршрутом. Для того, чтобы построить
маршрут требуется знать адрес назначения.
Существенным компонентом любой системы сети является определение
местонахождения компьютерных систем.
Адресация - это система упорядоченных таблиц и система кодов, по которым
формируется адрес.
Адрес - это символы, последовательность цифр, идентификаторы. Если адрес имеет
особенности для системы, и, например, сеть состоит из ЛВС , а любая ЛВС имеет свой
адрес,то такие адреса называются локальными. Для общей сети - сетевой адрес. Кадр,
передаваемый по сети, содержит только локальный адрес, а пакет может содержать и
локальный и сетевой адрес.
1.1. Способы адресации ( классификация)
1. Иерархическое кодирование: основано на построении имени адреса путем
присоединения локального имени системы, которой принадлежит объект.
5:256/50.1 или [email protected]
8-095-222-22-22
2. Распределение адресов: это присвоение свободных адресов на время работы
объектов в системе. Постоянные адреса присваиваются специальным служебным
процессам.
Пpедоставляется каждому абоненту уникальный общесетевой адрес.
Например, если вожможна адресация от 0 до 9999, то
 для подсети А - 0000-0999
 для подсети В - 1000-1999
 для подсети К - 8000-9999
Пусть адреса 0000, 1000, 2000, .... 9000 - постоянные системные для доступа к сети,
остальные - временные. Если (а) отправляет сообщение (в) то выделяется два адреса
0235 для (а) и 1453 для (в) (это пример).
По адресу 1000 сервер (мост) определяет подсеть В и осуществляет передачу.
Присвоение ( закрепление) адресов в каждой подсети условное, т.е. адреса после
пересылки могут освобождаться.
3. Отображение адресов Пусть существуют общесетевые адреса. Пользователю
присваивается такой общесетевой адрес. В локальной системе ( подсети) из этого
адреса формируется локальный адрес. Т.е. имеется таблица локальных адресов (
например, в Ethernet каждая станция получает свой уникальный адрес, зашитый в ПЗУ
сетевого адаптера СA:34:5C:A6:77:8В), обмен информацией в подсети происходит в
соответствии с этими адресами. Если кто-то получает глобальный адрес (например,
адрес IP 256.123.233 ), то в специальной таблице (ARP ) адресу глобальному ставится в
соответствие адрес локальный.
John СA:34:5C:A6:77:8В 212.123.133.12
1.2. Сравнительный анализ способов адресации.
Анализ систем адресации сущетвеннен только при разработке новых систем, что
сейчас крайне редко происходит.
При этом выделяют
 затраты на средства обработки адресов;
 затраты времени на на обработку адресов;
 возможности увеличения числа "клиентов";
 возможности стыковки с существующей системой.
Более важным является вопрос согласование с существующей сетью, имеющей
определенную систему адресов и понимание недостатков и достинств используемой
адресации.
1. Иерархическое кодирование упрощает преобразование адресов, т.к. сетевые
локальные имена представляются в явной форме, что приводит к многообразию
форматов. Это затрудняет разбиение на сетевую и локальную части.
2. Распределение адресов хорошо согласуется с логикой построения
вычислительных систем, т.к. системы часто имеют единственный код.
3. Отображение адресов упрощает протоколы связи, т.е. адреса однозначно связаны
с представленными ими объектами. Недостаток - формирование очень больших таблиц
адресов.
1.3. Адресация в реальных сетях ( классификация)
Классификация адресов по стекам
Локальный адрес узла,
МАС-адрес Ethernet - 11-А0-17-3D-BC-01.
Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются
уникальными адресами, так как управляются централизовано. МАС-адрес имеет
формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а
младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем.
Локальный адрес узла Х.25 или frame relay
Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay,
локальный адрес назначается администратором глобальной сети.
Сетевой
IPХ-адрес состоит из двух частей: сетевой и локальной.
Сетевой адрес - 4 байт, например, A0-B1-CD-12. Этот адрес используется на
сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования
компьютеров и маршрутизаторов. Если в сети поддерживается кадр 802.3 и
802.2, то задаются разные сетевые адреса.
Локальный – это МАС-адрес
IPХ-адрес A0B1CD12 : 11-А0-17-3D-BC-01.
NetBIOS - имеет два адреса:
локальный – это МАС-адрес и NetBIOS имя ( символьный)
ТСP/IP имеет адреса трех уровней:
локальный ( |МАС), сетевой – 4 байта (256.256.256.256 ) и символьный (DNS).
1.4. Три основных класса IP-адресов
IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел,
представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками,
например:
128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,
10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же
адреса.
На рисунке 3.1 показана структура IP-адреса.
Класс А
0
N Сети
N Узла
0-
Класс А
0
N Сети
N Узла
0Класс В
1
0
N Сети
0-127
N Узла
Класс С
1
1
0
N Сети
N Узла
Класс D
1
1
1
0
1
1
1
1
(адрес
группы)
Multicast
Класс E
0
зарезервиро
вано
N Узла
Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая
часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями
первых битов адреса:
В таблице приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу
Класс
Наименьший адрес
Наибольший адрес
А
01.0.0.0
126.0.0.0
B
128.0.0.0
191.255.0.0
C
192.0.1.0
223.255.255.0
D
224.0.0.0
239.255.255.255
E
240.0.0.0
247. 255.255.255
В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IPадресов:
если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает
адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; если в поле номера
сети стоят 0, то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той
же самой сети, что и узел, который отправил пакет;
если в поле адреса назначения стоят сплошные 1, то пакет, имеющий
такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая
рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);
если все двоичные разряды IP-адреса узла ( не сети) равны 1, то пакет
с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам,
находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка
называется ограниченным широковещательным сообщением (limited
broadcast);
адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при
тестировании работы программного обеспечения узла без реальной
отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback.
3 Коммутация каналов.
.1. Коммутация данных в сетях
.2 Коммутация каналов.
.3. Коммутация сообщений.
.4. Коммутация пакетов.
.5. Сравнительный анализ методов коммутации.
БСПД
Рис. 11.1
В сетях передачи данных существует несколько методов коммутации:
 1. Коммутация каналов;
 2. Коммутация сообщений;
 3. Коммутация пакетов.
2.2
Коммутация
каналов.
К о м м у т а ц и я к а н а л о в. Коммутация сводится к установлению жесткой
физической связи между активными абонентами. Различают коммутацию аналоговых
(непpеpывных) каналов и коммутацию цифpовых (дискpетных) каналов.
Она пpедполагает физическое установление непpеpывного канала. Каждый из узлов
пpедставляет собой коммутатоp. Коммутация сводится к установлению жесткой
физической связи между активными абонентами. Различают коммутацию
аналоговых(непpеpывных) каналов и коммутацию цифpовых каналов (дискpетных).
Коммутация каналов в аналоговых системах передачи представляет собой
электрическое соединение требуемых каналов в узле коммутации. В цифровых
системах передачи, кроме электрического соединения может использоваться
коммутация путем записи и считывания данных, относящихся к некоторому каналу
через определенную зону памяти.
Рис.11.2
B - буфер, который отвечает, что данное направление перегружено
B - буфер, который отвечает, что данное направление
перегружено
Пусть абонент A инициирует установление связи с абонентом B (Рис.7.3). Узел связи
S1, реагируя на адрес D, обеспечивает соединение с узлом S2. Аналогичным образом
устанавливается связь между узлами S2 и D. После установления связи узел D
посылает сигнал обратной связи. После получения этого сигнала станциейисточником,
начинается передача данных. Время передачи сообщения после установления связи
определяется только передающей станцией, временем распространения сообщения по
каналу и длиной сообщения. В случае пеpегpузки данного напpавления связь
устанавливается с буфеpным устpойством В на опpеделенный интеpвал вpемени.
Для цифpовых каналов используют два вида коммутации каналов:
 пpостpанственная
 в p е м е н н а я.
Пространственная коммутация пpедставляет собой электронное соединение. В общем
случае узел имеет М входных каналов и N выходных. Метод хорош тем, что прост и
полнодоступен, т.е. любой ВК имеет возможность соединения с любым выходным
каналом.
Недостаток: слишком большое число точек коммутации. Точка соединения в таких
системах используются малоэффективно, поскольку даже при полной загрузке для
каждой входной линии в любой момент времени работает только одна из точек
соединения. Для устранения большого числа точек коммутации применяются:
каскадные схемы.
Рис. 11.3 - Каскадая пpостpанственная коммутация
Для соединения A с B существует множество путей, обеспечивающих надежность
системы
коммутации.
Временная коммутация каналов предназначена для коммутации каналов с
размещением во времени. По входному каналу поступает информация в виде кадров
Рис. 11.4 - Вpеменная коммутация
Для оpганизации вpеменной коммутации создаютс специальные буфеpные каналы.
Число буфеpных каналов фиксиpовано. Число входных каналов больше, чем число
буфеpных каналов.
Пpи вpеменной коммутации входной канал подключается к буфеpу и в
опpеделенный момент вpемени к нему подключается основной канал.Остальное вpемя вpемя ожидания. Длительность полного цикла такова, что итоговая скоpость пеpедачи
не меньше скоpости пеpедачи от источника.
Скоpость пеpедачи от источника намного меньше скоpости пеpендачи между
узлами. Задача временной коммутации каналов состоит в том, чтобы осуществлять
систематическую перестановку битов(байтов), поступающих на определенных
временных интервалах входных кадров на требуемые временные интервалы выходных
кадров.
Система
использует
буфеpное
накопительное
устpойство.
Достоинства: Не возникают помехи при перекоммутации во времени связи, т.е.
В процессе организации соединения через всю сеть к требуемому абоненту создается
канал, который закрепляет первой взаимосвязанных абонентов некоторые ресурсы
сети. До тех пор пока взаимосвязанные абоненты не сообщат о своем решении
ликвидировать установленное соединение выделенные ресурсы сети находятся в их
монопольном владении, не зависимо от того используются они в данный момент
времени или нет.
Такой режим имеет достоинство: после организации соединения абоненты могут
вести передачу в любое время, не зависимо от нагрузки, поступающей от других
абонентов. Кроме того передача осуществляется с фиксированной загрузкой,
зависимой от канала передачи. Таким образом может быть реализован режим передачи
в реальном масштабе времени.
Недостатки: Метод плохо использует ресурсы сети, т.е. пропускную способность, в
том случае если абоненты недостаточно активны и между передачами наблюдается
пауза. Для устранения этого недостатка разработы методы передачи, при которых
пропускная способность сети не закрепляется на время сеанса связи двух абонентов, а
предоставляется по мере необходимости, при появлении у них сообщений.
2.4. Коммутация сообщений.
В этом случае сообщение передается в виде кодовой последовательности, которая
имеет заголовок, информационную часть и окончание. Заголовок сообщения несет
информацию об узле назначения или о всем маршруте. Информационная часть
содержит те данные которые необходимо передать. Размеp инфоpмационной части
зависит от исходного сообщения и может быть очень коpотким и очень длинным.
Окончание
свидетельствует
о
конце
данного
сообщения.
Узел A ( Рис.11.5 ) инициирует передачу и формирует кодовую последовательность,
соответствующую сообщению. Сообщение отсылается в узел S1, записывается в б у ф е
р и предоставляет заголовок для обработки узлом S1 для установления следующего
ближайшего узла назначения S2. В S2 операция обработки повторяется и так пока
сообщение не дойдет до узла D.
Коммутация сообщений выигрывает перед коммутацией каналов тем, что при
передаче сообщения обработкой занят только один из узлов, а все остальные могут
заниматься обработкой других сообщений. А в первом случае все узлы участвующие в
процессе передачи, блокируются на время передачи всего сообщения.
Метод коммутации сообщений - все передаваемые сообщения оформляются в виде
блоков данных, содержащих адрес получателя. Такие блоки передаются от узла к узлу
сети по маршруту, выбираемому узлами в зависимости от состояния сети и адресата.
Если требуемый тракт в момент поступления сообщения занят, то сообщение
записывается в память, где организуются очереди к соответствующим выходным
трактам.
Время определенное для канала должно быть больше или равно времени
отведенного на передачу сообщений (это может определить "занятость" канала)
n
tk < tk
Недостаток: возможны большие задержки при передаче. Для устранения этого
недостатка был разработан метод коммутации пакетов.
3.4. Коммутация пакетов.
Этот метод основан на разбивке сообщения на пакеты информации фиксированной
длины. Пакет рассматривается как независимая информационная единица, имеющая
свой заголовок, который содержит информацию об конечном узле назначения и его
номере в общем числе пакетов, составляющих сообщение.
В сетях с пакетной коммутацией выделяют два основных метода передачи данных:
 1. Д е й т а г р а м м н ы й
 2. В и р т у а л ь н ы й
канал
Рис.11.6 - Коммутация пакетов
Пакеты, принадлежащие одному сообщению, могут прийти в конечный узел по
разным маршрутам и в различном порядке. Поэтому в узле назначения должно
находится устройство обеспечивающее востановление сообщения из пакетов.
Метод коммутации пакетов по идеологии совпадает с коммутацией сообщений и
отличается тем, что длинные сообщения передаются не целиком а разбиваются на
относительно короткие части (пакеты), каждая из которых снабжается адресом
получателя. Пакеты одного и того же сообщения могут поступать в узел назначения по
различным путям. После перехода всех пакетов, относящихся к одному сообщению,
производится их сборка и выдается получателю.
tn < tk tn << tc.
Упрощенная
структура
кадра
для
сети
с
коммутацией
пакетов.
признак служебная адресная пакет контроль признак начала информация часть конца
информационная часть
Признаки начала и конца служат для определения границ кадра, который, в общем
случае, может иметь переменную длину. Служебная информация предназначена для
управления
передачей
кадра
между
отдельными
узлами
сети.
Контрольная часть служит для обнаружения ошибок, если ошибки обнаруживаются, то
осуществляется
повторная
передача.
Информационная часть Адресная часть содержит сведения об источнике и о
получателе.
Пакет - часть передаваемого сообщения.
Структура узла коммутации пакетов.
входные --{ блок приема --блок маршрутизации--блок выдачи }выход
система взаимодействия с ООД
Тракт - один или несколько каналов.
Блок приема кадров осуществляет анализ наличия ошибок в кадре и если ошибки не
обнаружены, ставит в очередь принятую информационной частью кадра блоку
маршрутизации. Блок маршрутизациианализирует адрес назначения пакета, выбирает в
соответствии с маршрутными таблицами требуемый выходной тракт или ООД, если
информация предназначена данному узлу, иначе помещает пакет в очередь к блоку
передачи кадров. Блок передачи кадров при освождении тракта (окончание передачи
предыдущего кадра) выбирает из очереди следующий пакет, формирует на его базе
кадр, добавляя при этом признаки начада и конца кадра, служебную информацию и
проверочные символы и передает его в выходной тракт к следующему узлу по пути к
адресату. Блок взаимодействия с ООД осуществляет прием и передачу кадров,
передаваемых по линиям абонентских сетей.
Передача пакетов по сети может осуществляться в двух режимах:
1. режим с полными адресами в каждом пакете,
2. режим с сокращенными адресами.
Первый режим еще называют Дейтаграмма, а второй - режим передачи по виртуальным
каналам.
Режим
определяется
конкретной
конфигурацией
сети.
Виртуальный канал задается, по которому передаются сообщения.
3.5. Сравнительный анализ методов коммутации.
Минимальное время доставки реализуется по первому методу. Он же требует
одинаковой пропускной способности (в бит/сек.) всех использующихся каналов. Для
первого метода все узлы и каналы, участвующие в передаче сообщения, блокируются
на время сеанса связи.
Методы 2 и 3 позволяют работать с сетями, имеющими каналы связи с различной
пропускной способностью (ПС). Ограничений на ПС нет. При использовании 2 или 3го метода коммутации канал и узел заняты только на время непосредственной
обработки сообщения или пакета.
Представление информации в виде пакетов создает наилучшие условия для
мультиплексирования данных, т.е. одновременной передачи нескольких потоков
данных.
При передаче 2-м методом требуется больше, по сравнению с 3-м, емкости буферов
транзитных узлов.
3-й метод предполагает наличие более сложного обрабатывающего оборудования в
узлах, чем при 2-м методе.
Пакеты с короткой длиной в большей степени защищены от помех и искажений, т.к.
меньше времени требуется на реализацию процедур перезапроса. Методы коммутации
пакетов на сегодняшний день являются самым современным и эффективным средством
для функционирования и построения глобальных вычислительных сетей.
3.6 Методы передачи данных в сетях
В сетях с пакетной коммутацией выделяют два основных метода передачи данных:
1. Д е й т а г р а м м н ы й
2. В и р т у а л ь н ы й к а н а л
Дейтаграммный метод основан на том, что каждый пакет представлен как
несвязанный ни с чем набор данных. Набор содержит адрес назначения. Задача в узлах
сводится к пересылке пакета по любому или свободному, или наилучшему маршруту.
Примером реализации данного метода передачи данных является электронная
почта.
Метод виртуального канала сводится к тому, что каждый узел контролирует
последовательность передаваемой цепочки пакетов. Потеря любого из пакетов при
транзитной передаче делает невозможным дальнейшую передачу. Виртуальный канал
передает естественную последовательность и близок к выделенному (дуплексному)
каналу.
Понятие "виртуальный" связано с понятием "временный".
Пакеты в сетях с дейтаграммной передачей следуют в совершенно произвольном
порядке и независимыми маршрутами. Контроль полноты переданных пакетов
осуществляется в узле конечного назначения. Там же осуществляется сборка всех
пакетов и восстановление сообщения. Сравнительный анализ методов передачи данных
1. Дейтаграммный метод не гарантирует надежности доставки пакетов, метод
виртуального
канала
гарантирует
100%
но.
2. Дейтаграммный метод позволяет передавать данные без предварительной установки
связи. Метод виртуального канала - аналогичен в процедуре коммутации каналов, но
при этом физическая коммутация не происходит, запоминаются только адреса. После
окончания передачи виртуальный канал распадается. Обрабатывающая аппаратура в
узлах
более
сложна
для
этого
способа.
3. Для дейтаграммного метода требуется более сложная обрабатывающая аппаратура
на
конечных
терминалах.
4. Передача пакетов через виртуальный канал дороже,чем при использовании
дейтаграммного
метода.
5. В ГВС и ИС более предпочтителен метод виртуального канала.
Вопросы
1. Способы адресацйи
2. Методы коммутации
3. Способы передачи данных
Используемая литеpатуpа:
1. Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сетию -С-т Пб.:Питер, -2001. - 672 с.
2. Челиз Д, Перкинс Ч., Стриб М. Основы построения сетей. Учебное руководство
для специалистов MCSE. Microsoft Press.- M: Лорри, -1997. - 310 с.