Методы коммутации

Методы коммутации
Существуют
три
принципиально
различные
схемы
коммутации абонентов в сетях: коммутация каналов (circuit
switching), коммутация пакетов (packet switching) и
коммутация сообщений (message switching).
Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией
каналов можно разделить на два класса:
•сети с динамической коммутацией
•сети с постоянной коммутацией.
Примеры динамической и постоянной
коммутации
Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией
каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated)
или арендуемых (leased) каналов.
Примерами сетей, поддерживающих режим динамической
коммутации,
являются
телефонные
сети
общего
пользования, локальные сети, сети TCP/IP.
Наиболее популярными сетями, работающими в режиме
постоянной коммутации, сегодня являются сети технологии
SDH, на основе которых строятся выделенные каналы связи в
первичных сетях с пропускной способностью в несколько
гигабит в секунду.
Коммутация каналов
Коммутация
каналов
подразумевает
образование
непрерывного составного физического канала из
последовательно соединенных отдельных канальных
участков для прямой передачи данных между узлами
В сети с коммутацией каналов перед передачей данных
всегда необходимо выполнить процедуру установления
соединения, в процессе которой и создается составной
канал.
Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны
обеспечивать одновременную передачу данных
нескольких абонентских каналов. Для этого они должны
быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо
технику мультиплексирования абонентских каналов
Коммутация пакетов
Коммутация пакетов — это техника коммутации абонентов, которая
была
специально
разработана
для
эффективной
передачи
компьютерного графика.
Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе
техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не
позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети.
Суть проблемы заключается в пульсирующем характере трафика,
который генерируют типичные сетевые приложения
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем
сети
сообщения
разбиваются
в
исходном
узле
сравнительно небольшие части, называемые пакетами
на
Коммутация пакетов
Основной особенностью коммутации каналов является то, что канал точка-точка
создается до того как данные начнут передаваться
Коммутация пакетов
Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается
адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу
назначения, а также номер пакета, который будет использоваться
узлом назначения для сборки сообщения.
Пакеты
транспортируются
информационные блоки
в
сети
как
независимые
Коммутация пакетов
Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов
тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного
хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент
принятия пакета занят передачей другого пакета
Два режима работы сети с коммутацией
пакетов
Дейтаграммный режим - при его использовании коммутатор может
изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния
сети
Режим передачи пакетов по виртуальному каналу - перед тем, как
начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен
быть установлен виртуальный канал, который представляет
собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы.
Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным
Коммутаторы распознают принадлежность пакета к виртуальному
каналу по специальной метке — номеру виртуального канала, а не
анализируют адреса конечных узлов, как это делается при
дейтаграммном методе.
Основные отличия методов коммутации

При коммутации каналов создается линия, пропускная
способность которой полностью резервируется за двумя абонентами;
при коммутации пакетов физическая линия может быть
использована разными пакетами;
 При коммутации каналов гарантировано что все данные поступят
абоненту и в том порядке, в каком их послали; при коммутации
пакетов пакеты могут быть направлены не по назначению, порядок
их поступления абоненту не гарантируется (если при этом не
создаются виртуальные каналы);
 Коммутация каналов абсолютно прозрачна для абонентов; при
коммутации пакетов формат и способ кодировки пакетов задан
заранее.
 При коммутации пакетов плата взимается за время соединения и
число переданных пакетов; при коммутации каналов плата берется
исключительно за время и протяженность соединения.
Коммутация сообщений
Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока
данных между транзитными компьютерами сетями с временной
буферизацией этого блока на диске каждого компьютера
По такой схеме обычно передаются сообщения, не требующие
немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты
Функциональные устройства сети
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное
устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со
средой передачи данных, которая прямо или через другое
коммуникационное оборудование связывает его с другими
компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена
двоичными
данными,
представленными
соответствующими
электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи.
Функции сетевого адаптера
 Преобразование информации из параллельной формы
в последовательную и обратно
 Оформление передаваемой информации в виде кадра
определенного формата.
 Получение доступа к среде передачи данных. При
использовании индивидуальных линий связи в функции
сетевого адаптера часто входит установление соединения
с коммутатором сети.
 Синхронизация битов, байтов и кадров.
• Кодирование последовательности бит кадра
последовательностью электрических сигналов при
передаче данных и декодирование при их приеме
Типы сетевых адаптеров
Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности
используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA,
PCI, MCA.
Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети
сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п.
Сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно
несколько сред.
Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это оконечное
устройство сетевого адаптера, выходящее на кабель.
В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале,
трансивер располагался непосредственно на кабеле
Конвертор - согласовывает выход приемопередатчика,
предназначенного для одной среды, с другой средой передачи
данных
Функциональные устройства сети
Узел (Node) - любое устройство, подключенное к сети (рабочая
станция, сервер, повторитель и т.д.)
Рабочая станция (Workstation) - это персональный компьютер,
подключенный к сети, на котором пользователь сети выполняет
свою работу. Пользователю рабочей станции доступны ресурсы сети.
Удаленная Рабочая Станция (Remote Workstation) - рабочая
станция, подключенная к локальной сети через медленную линию
связи, отличную от используемой в локальной сети (например,
телефонную линию).
Сервер Сети (Server) - компьютер, подключенный к сети и
выполняющий для пользователей сети определенные услуги.
Например, хранение данных общего пользования, печать,
удаленную обработку заданий.
Типы серверов
Файловый Сервер (File Server) - компьютер, хранящий данные
пользователей сети и обеспечивающий доступ пользователей к этим
данным. Файловый сервер выполняет следующие функции:
хранение данных; архивирование данных; согласование изменений
данных, выполняемых разными пользователями; передача данных.
Сервер Баз Данных (чаще всего SQL-Server) - компьютер,
выполняющий функции хранения, обработки и управления
файлами баз данных. Сервер баз данных выполняет следующие
функции: хранение, поиск и обновление записей баз данных;
обеспечение защиты данных; согласование изменений данных,
выполняемых разными пользователями; обработка транзакций от
клиентских приложений; взаимодействие с другими серверами баз
данных.
Сервер Прикладных Программ (App1ication Server) - компьютер,
который используется для выполнения прикладных программ
пользователей. Типичный пример - web-сервер.
Типы серверов
Коммуникационный Сервер (Communications Server) - устройство
или компьютер, который предоставляет пользователям локальной
сети прозрачный доступ к последовательным портам ввода-вывода
коммуникационного сервера. С помощью коммуникационного
сервера можно создать разделяемый модем
Сервер Удаленного Доступа (Remote Access Server) - устройство или
компьютер, позволяющий выполнять удаленную обработку заданий.
Это может быть компьютер, к которому подключены модемы для
связи с удаленными рабочими станциями.
Сервер Печати (Print Server) - устройство или компьютер, к
которому подключены устройства печати, доступные пользователям
сети
Сервер Резервного Копирования Данных (BackUp Server) устройств или компьютер, который решает задачи создания,
хранения, восстановления копий данных, расположенных на
файловых серверах и рабочих станциях
Коммуникационные элементы сети
Повторитель (Repeater) - устройство, позволяющее расширить сеть
подключением дополнительных сегментов кабеля. Повторитель
выполняет свои функции на физическом уровне, поэтому он зависит
от типа локальной сети (ARCNET, Ethernet) и полностью прозрачен
для протоколов, использующихся в соединяемых сегментах
Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и
их
синхронность,
и
за
счет этого
появляется
возможность
увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в
сети станциями
Концентратор (HUB)
Многопортовый повторитель называют концентратором (hub,
concentrator), что отражает тот факт, что данное устройство
реализует не только функцию повторения сигналов, но и
концентрирует в одном центральном устройстве функции
объединения компьютеров в сеть.
Концентратор (HUB)
Концентраторы и повторители, которые используются для
добавления новых физических сегментов, являются средством
физической структуризации сети.
Какую бы сложную структуру
не образовывали
концентраторы, например,
путем иерархического
соединения, все компьютеры,
подключенные к ним,
образуют единый логический
сегмент
Свойства и функции концентраторов
Концентраторы, централизующих соединения между отдельными
сетевыми
устройствами,
потенциально
позволяют
улучшить
управляемость сети и ее эксплуатационные характеристики
(модифицируемость, ремонтопригодность и т.п.).
Дополнительные функции:
• объединение сегментов с различными физическими средами (например,
коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.
• автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его
некорректном поведении (повреждение кабеля)
• поддержка между концентраторами резервных связей
• защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа
(например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах,
не содержащих компьютера с адресом назначения).
• поддержка средств управления сетями - протокола SNMP, баз
управляющей информации MIB.
Мультиплексор
Принцип действия мультиплексора прост: поступающие
по нескольким входящим низкоскоростным линиям
сигналы передаются в отведенном для каждого из них
частотном диапазоне или интервале времени по
высокоскоростной исходящей линии
Временное мультиплексирование
При мультиплексировании с разделением по времени
каждое устройство или входящий канал получают в свое
распоряжение всю пропускную способность линии, но
только на строго определенный промежуток времени
каждые 125 мкс
Инверсное мультиплексирование
В случае, когда организации необходимо иметь линию определенной
пропускной способности, а предлагаемые емкости слишком малы
(например, Е-1), тогда пригодится устройство под названием
инверсный мультиплексор.
Данное устройство позволяет распределять входящий поток данных
между несколькими исходящими линиями с меньшей емкостью, чем
совокупный объем получаемых данных в единицу времени