В настоящее время число объединенных в локальные вычислительные сети (LAN — Local Area Network) компьютеров неуклонно растет[39,42]. Для многих фирм становится характерным наличие нескольких LAN. Все более насущной задачей становится объединение отдельных LAN в одну систему обмена информацией[39,42].
Традиционные сетевые адаптеры позволяют объединять в сеть компьютеры, удаленные максимум на несколько километров (1−2 км) [4,29,34,39] Для объединения LAN, отстоящих друг от друга на большем расстоянии применяют различные глобальные сети (WANWide Area Network)[39].
Одной из важных проблем в объединении LAN является разница между скоростями LAN и WAN сред[39,42,43]. В $ подавляющем большинстве скорости LAN на 1−3 порядка больше скоростей WAN[42]. Большие задержки в WAN не позволяют эффективно использовать многие сетевые приложения[39,43,45]. Постоянное увеличение мощности компьютерных систем, появление новых клиент-серверных и мультимедийных приложений, работающих в сети, все больше повышают актуальность проблемы увеличения пропускной способности WAN[42].
Технические предпосылки решения этой проблемы существуют[ 10,17,22,24,28,42]. В настоящее время существует много различных технологий WAN скорости сред передачи которых превосходят даже скорости LAN сред[39]. Однако стоимость этих технологий WAN очень велика, что обусловлено как стоимостью самого оборудования так и стоимостью каналов[ 17,39,42]. Кроме того существуют старые оборудование и каналы данных, которые до сих пор используются[17,39].
При таких условиях важной задачей является повышение скоростей передачи WAN при стоимостных ограничениях и использования существующего оборудования и каналов данных.
В настоящее время в связи с большой распостраненностью телефонных каналов, отсутствием других каналов, либо их высокой стоимости, телефонная сеть является одной из самых используемых сред применяемых для объединения LAN[ 17,43].
Целью диссертационной работы является повышение эффективности объединения LAN посредством выделенных каналов телефонной сети.
Для этого в работе предлагается создать и исследовать новый метод построения объединительной сети, основанный на идее быстрой коммутации каналов.
Суть метода состоит в быстрой коммутации каналов устройств асинхронной передачи данных на короткое время, необходимое для передачи одного пакета LAN.
Предлагаемый метод позволяет увеличить скорость передачи пакетов за счет сокращения общего количества переходов, которые проходит пакет от одной LAN до другой.
В качестве устройств асинхронной передачи данных, выполняющих роль оконечного оборудования данных, в методе используются стандартные асинхронные порты. В качестве аппаратуры передачи данных применяются асинхронные физические модемы. Широкое распостранение и низкая стоимость этих устройств[17] вместе с минимально требуемым количеством выделенных телефонных линий, необходимых для построения объединительной сети, повышают актуальность и эффективность этого метода.
Эффективность метода в общем случае определяется показателями времени коммутации и стоимостью коммутатора.
Телефонные коммутаторы образуют большие задержки соединения и поэтому не подходят для быстрой коммутации каналов[4,5,26]. Для реализации метода необходимо построить другой, быстрый коммутатор каналов.
Большое количество соединений в сети, образуемых в единицу времени, случайное время их удержания, множество схем взаимодействий станций, конкуренция, параллельность образования соединений характеризуют сеть, построенную на основе быстрой коммутации каналов как сложную систему реального времени и предъявляют высокие требования к надежности и времени работы алгоритмов коммутации.
Большое количество неопределенностей, высокая размерность, сложность взаимосвязей, многовариантность решений сделали необходимым проведение научных исследований при построении метода.
Построение метода осуществляется натурно-имитационным методом, т. е. с применением натурного и имитационного моделирования.
В качестве натурной модели в данной работе были реализованы физическая среда — коммутатор и алгоритм коммутации. Натурная модель позволила:
• определить физические компоненты и принципы построения коммутатора;
• построить алгоритм коммутации;
• получить грубую оценку показателя эффективности коммутации.
Для анализа работы коммутационной сети в полномасштабной конфигурации и последующей оптимизации алгоритмов коммутации использовалось имитационное моделирование. Построение имитационной модели сети осуществлялось на основе концепции параллельно исполняющихся и взаимодействующих между собой объектов. Эта концепция позволила наиболее адекватно отразить процессы коммутационной сети. Для повышения точности в имитационную модель были введены временные задержки, полученные с натурной модели. Имитационная модель позволила:
• исследовать работу сети в полномасштабной конфигурации при различных схемах взаимодействия;
• наблюдать и анализировать внутреннюю работу коммутатора;
• определить и оптимизировать факторы, влияющие на показатель времени коммутации;
• выявить необходимость алгоритма совместного использования среды;
• построить алгоритм совместного использования среды.
Новыми научными результатами диссертационной работы являются:
1. Обоснование нового способа повышения эффективности сетей передачи данных.
2. Создание метода быстрой коммутации каналов устройств асинхронной передачи данных.
3. Выявление эффекта блокирования в сетях быстрой коммутации каналов, а также разработка алгоритма, исключающего эффект блокирования.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке методического аппарата проектирования сети быстрой коммутации каналов устройств асинхронной передачи данных.
Практическая значимость работы заключается в том, что созданный метод позволяет повысить эффективность объединения.
LAN на основе телефонной сети в области действия асинхронных физических модемов.
Достоверность результатов диссертационной работы обосновывается:
• полнотой анализа существующей технологии объединения LAN;
• принципиальной работоспособностью натурного макета;
• полнотой и корректностью исходных данных для имитационного моделирования, полученных с помощью натурного макета;
• полнотой учета основных факторов и объектов коммутационной сети в имитационной модели;
• согласованностью результатов моделирования с результатами экспериментов, полученных на натурном макете.
С помощью разработанного метода быстрой коммутации устройств асинхронной передачи данных было произведено проектирование одноранговой коммутационной сети на основе операционной системы MS-DOS.
По материалам диссертации опубликованы три печатные работы[12,13,14].
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.
В первой главе вводятся основные понятия и определения сетевых технологий. Приводятся основные методы объединения LAN. Определяется проблема повышения эффективности объединения LAN. Предлагается способ повышения эффективности объединения LAN за счет применения метода быстрой коммутации каналов. Объясняется суть метода, показываются его преимущества, определяется критерий эффективности метода и задачи, которые необходимо решить для построения метода. Предлагается натурно-математический подход к решению этих задач.
Во второй главе определяются принципы и структура коммутационной сети, осуществляются выбор компонентов и построение алгоритма коммутации. Проводятся эксперименты для получения приближенных оценок работоспособности и эффективности метода с целью определения возможности дальнейшего построения метода с выбранными решениями. Обосновывается необходимость применения имитационного моделирования для дальнейшего построения метода.
В третьей главе определяется язык моделирования, осуществляется построение имитационной модели, проверяется адекватность модели и проводятся эксперименты на этой модели. На основе анализа результатов экспериментов определяются оптимальные параметры алгоритмов коммутации и осуществляется построение алгоритма совместного использования среды. Полученные в результате натурно-имитационного моделирования решения по принципам коммутации, принципам построения коммутатора, алгоритму коммутации и совместного использования среды составляют основу метода быстрой коммутации.
В четвертой главе описывается применение метода при проектирование одноранговой коммутационной сети в операционной системе MS-DOS. Полученные в этой сети оценки показателя эффективности коммутации подтверждают состоятельность метода.
В заключении изложены достигнутые результаты и описаны общие варианты применения метода.
4.5 Выводы.
1. Низкая стоимость сети, более широкий охват по сравнению с LAN, развитый сетевой сервис, более высокая скорость передачи по сравнению с маршрутизируемыми сетями, построенными на телефонных модемах, позволили получить эффективную сеть масштаба предприятия.
2. Приведенный пример показывает, что метод быстрой коммутации может применяться не только для построения межсетевого взаимодействия, но для построения конечных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Метод быстрой коммутации каналов устройств асинхронной передачи данных, полученный в результате проведенных исследований, позволяет эффективно решить задачу объединения LAN в области действия асинхронных физических модемов (до 40км). Это решение основано на построении некоторой коммутационной сети, которая является объединяющей средой LAN.
Метод определяет полностью физический уровень и подуровень доступа к среде канального уровня.
Эффективность метода обосновывается показателями эффективности коммутации и стоимости. С одной стороны низкие временные затраты на коммутацию приближают показатель скорости передачи коммутационной сети к сети с коммутации каналов, т. е. к сети с максимальным количеством каналов. С другой стороны низкая стоимость коммутатора и применение только минимального количества каналов для построения коммутационной сети, приближают коммутационную сеть к стоимости сети с коммутацией пакетов с минимальным количеством каналов, т. е к наименьшей с точки зрения стоимости сети с коммутацией пакетов.
Коммутационная сеть, построенная на основе полученного метода, предоставляет услуги второго уровня модели OSI. Низкий уровень стека сетевых протоколов обеспечивает самый минимальный объем служебной информации в пакетах, переносимых LAN трафик вдоль коммутационной сети. Коммутационная сеть не налагает ограничений на уровень к которому относится переносимый пакет и его размер. В сети могут туннелироваться как пакеты канального уровня, так и сообщения прикладного уровня. Для сокращения времени реакции в интерактивных приложениях и снижения задержек.
135 в мультимедийных, пакеты большой длины могут разбиваться на более мелкие части для передачи по коммутационной сети.
Метод может быть реализован в составе моста, маршрутизатора или межсетевого интерфейса.
