Средства коммутации в компьютерных сетях

Средства коммутации в компьютерных сетях

Коаксиальный кабель. Этот кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Он имеет один канал передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия 4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом (модулятор/демодулятор); каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель).Таким способом можно передавать звуки, видео сигналы, данные. Длина кабеля может достигать до 50 км.

Передача сигнала с модуляцией более дорогостоящая, чем без модуляции. Поэтому, наиболее эффективное его использование при передаче данных между крупными предприятиями.

Оптоволоконный кабель является новейшей технологией, используемой в ЛВС. Носителем информации является световой луч, который моделируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая и безошибочная передача данных (до 2 Гбит/с), и обеспечивает секретность передаваемой информации. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное кол-во волокон). К недостаткам можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве передающей среды в Беспроводных Локальных Сетях, либо между мостами или шлюзами для связи между ЛВС. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200−300 м, во втором — это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных — до 2 Мбит/с.

Беспроводные ЛС считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество — простота и мобильность. Исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений. Достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе. Сдерживающим фактором широкого развития БЛС является отсутствие стандарта для таких сетей. Существующие БЛС, выполненные различными фирмами, как правило, полностью несовместимы между собой.

Поэтому необходимо дождаться принятия и опубликования стандарта IEEE 802.11 (Разработка стандартов в области локальных и региональных сетей).

Коммутационная сеть включает в себя множество серверов и ЭВМ, соединенных физическими (магистральными) каналами связи, использующие телефонные, коаксиальные кабели, спутниковые каналы связи. Вычислительные сети по способу передачи информации подразделяются на сети коммутации каналов, сети коммутации сообщений, сети коммутации пакетов и интегральные сети. Каждый из этих методов имеет свои плюсы и минусы. Достоинством сетей коммутации каналов является простота реализации (прямое соединение), а недостатком — низкий коэффициент использования каналов, высокая стоимость передачи данных, повышенное время ожидания других пользователей. При коммутации сообщений передача данных (сообщения) осуществляется после освобождения канала, пока оно не дойдет до адресата. Каждый сервер производит прием, проверку, сборку, маршрутизацию и передачу сообщения. Недостатком данного способа является низкая скорость передачи информации, невозможность ведения диалога между пользователями. К достоинствам можно отнести — уменьшение стоимости передачи, ускорение передачи. Пакетная коммутация подразумевает обмен небольшими пакетами (часть сообщения) фиксированной структуры, которые не дают возможности образования очередей в узлах коммутации. Достоинства: быстрое соединение, надежность, эффективность использования сети. При данном методе проблема передачи пакета решается способом фиксированной маршрутизации. Она предполагает наличие таблицы маршрутов, где закреплен маршрут от одного пользователя к другому. Сети, осуществляющие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегрированными. К таким сетям относится разработанная в настоящее время новая сетевая технология АТМ.

АТМ — это коммуникационная технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи информации различного типа. АТМ — (ассинхронный режим передачи), данная технология предусматривает интегрированную передачу речи, данных и видеоинформации в едином цифровом виде по одному и тому же каналу связи. Это позволяет отказаться от жестких ограничений по предоставляемой пользователю полосе пропускания канала связи, отказаться от разделения каналов по типам передаваемой информации и значительно расширить круг предоставляемых услуг. Основными достоинствами новой технологии является отсутствие ориентации на какой-либо тип передаваемой информации. Объединяемые в рамках АТМ информационные потоки от источников информации различной природы резко отличаются друг от друга требованиями к полосе пропускания. Если данные ЛВС в большинстве случаев не требуют гарантированного времени доставки пакетов и, соответственно, постоянства полосы пропускания канала связи, то системы кабельного телевидения и передача речи в интерактивном режиме без выполнения этого условия немыслимы. Поэтому процедура установления соединения в АТМ-сети предусматривает предварительное определение типа передаваемой информации, требуемой полосы пропускания и приоритет на занятие канала связи, что минимизирует загрузку межузловых каналов связи и обеспечивает предоставление услуг с заданным качеством.

Главным отличием АТМ от существующих технологий передачи информации является высокая скорость передачи — до 10 Гбит/ на канал связи. (На сегодняшний день — 2,5 Гбит/с). АТМ объективно совмещает функции, выполняемые локальными и глобальными сетями. Удаленным пользователям предоставляется «прозрачный «доступ к любым общим информационным ресурсам, а также обеспечивается всё многообразие услуг глобальных телекоммуникаций. Данная особенность технологии АТМ делает ее незаменимой при создании интегрированных распределенных корпоративных информационных сетей на базе волоконно-оптических каналов связи. Кроме того, эффективными уровнями применения АТМ являются высокоскоростные ЛВС со специфическими требованиями к трафику (содержащему видеои CAD/CAM-файлы), а также магистральные и абонентские каналы передачи в региональных и внутригородских широкополосных сетях с интеграцией обслуживания.

Основным отличием АТМ от традиционных ЛВС-технологий является то, что АТМ по своей природе ориентирована на установление виртуальных соединений. Виртуальное соединение — это сконфигурированная определенным образом среда между двумя или более конечными устройствами для передачи информации. Виртуальный канал — фиксированный маршрут, состоящий из последовательности номеров портов коммутаторов, через которые проходят все ячейки при данном сеансе связи от одного пользователя к другому. Виртуальные каналы всегда однонаправленны, т. е. для передачи в обратном направлении между теми же пользователями используются уже другие номера идентификаторов. Понятие виртуального пути используется на каком-либо участке сети: несколько виртуальных каналов проходят по одному и тому же направлению, что дает возможность коммутатору переключать целые группы виртуальных каналов. Каждый физический канал может содержать несколько виртуальных путей и каналов. Так как конфигурация виртуальных соединений не связана с физическими каналами, то топология АТМ сети может быть любой. Коммутаторы при этом могут быть соединены в шину, кольцо или звезду, но чаще — это смесь всех возможных соединений. Это дает возможность реализовывать резервирование связей, что повышает надежность сети.

Обычные локальные сети (Ethernet, Token Ring) не проверяют доступность устройства назначения, а просто посылают туда пакет с информацией. Пакет должен иметь адрес назначения, который проверяется сетевыми устройствами на соответствие со своим собственным адресом. Перед передачей каких-либо сообщений в АТМ станция-источник проверяет доступность станции назначения и, только после этого устанавливается соединение. Только этим двум станциям виден поток информации.

АТМ реализует коммутацию коротких пакетов (ячеек), наложенную на коммутацию виртуальных каналов. В отличие от обычных информационных пакетов ячейки не содержат адресной информации и контрольной суммы. Коммутация происходит на основе идентификатора виртуального канала, определяющего одно из организованных соединений. Контрольная сумма считается ненужной из-за использования высококачественной кабельной системы с малой вероятностью ошибки. АТМ ориентировано на соединение протоколом. Перед передачей информации между пользователями организуется виртуальный или логический канал связи, остающийся в их распоряжении до окончания взаимодействия. Параметры этого этого канала могут быть различными, в зависимости от вида трафика и его интенсивности.

Для передачи звука определяется только потребная фиксированная полоса пропускания, а для файлового обмена между компьютерами даются параметры средней и максимальной интенсивности трафика. Так как ячейки имеют постоянную длину (53 байта), задержки прихода новой информации к потребителю всегда одинаковы. АТМ ячейки легко обрабатываемы при прохождении через коммутатор. При обработке пакета маршрутизатор вначале полностью его принимает в буфер, проверяет контрольную сумму, анализирует адресную информацию, содержание поля данных, и только после этого отправляет данный пакет. Программы современных маршрутизаторов содержат до нескольких миллионов строк кода, отсюда дороговизна таких устройств. В отличие от них коммутатор АТМ решает свои задачи аппаратным путем. Коммутатор, прочитав идентификатор в заголовке ячейки, переправляет ее из одного порта в другой, не задумываясь о ее содержании.

Исходя из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

— сеть АТМ имеет всегда большую пропускную способность, чем сумма всех реализованных виртуальных каналов. При этом контроль осуществляется за счет ограничения подключения к сети новых пользователей логическими средствами самой сети;

— управление потоком данных осуществляет оконечное оборудование; сама АТМ сеть не имеет собственных средств для этого;

— на физическом уровне ошибки практически отсутствуют. АТМ сеть не имеет механизма проверки ошибок и их исправлений;

— процент потерянных ячеек очень невелик и предсказуем. АТМ не может функционировать на ненадежных каналах.

Существующие в настоящее время телекоммуникационные системы страдают рядом недостатков:

— зависимость от вида информации, которую они транспортируют;

— отсутствие гибкости, так как современные телекоммуникационные системы практически не обеспечивают адаптацию к изменениям требований со стороны систем управления к объемам передаваемой информации, к скорости передачи, времени доставки и достоверности;

— низкая эффективность использования ресурсов.

В настоящее время появилась возможность создания на базе технологии АТМ единой телекоммуникационной системы — широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания (ШЦСИО), которая обеспечит выполнение следующих функций:

— транспортирование всех видов информации с помощью единого ассинхронного метода переноса (АТМ), при котором каждый пользователь получает от сети только тот ресурс, который ему необходим;

— поддержку интерактивных служб и служб распределения информации с выполнением требований как к вероятности блокировки, так и ко времени доставки информации;

— поддержку режимов с установлением и без установления соединения между абонентами;

— передачу как непрерывного, так и поблочного трафика, что за счет мультиплексирования позволяет более эффективно использовать единые сетевые ресурсы;

— преобразование сигналов и сообщений внутри сети на базе цифровой обработки сигналов;

— обеспечение пользователей такими услугами, как телеуправление и телеконтроль, видеотелефон, высокоскоростная передача данных, выдача данных и видеоинформации по требованию.

С каждым днем растет интерес к внедрению в телекоммуникационные сети технологии АТМ, что объясняется такими факторами, как:

— развитие систем удаленной обработки данных, требующих передачи достаточно больших объемов информации практически в реальном масштабе времени;

— непрерывный рост требований к высокоскоростным трактам, объединяющим ЛВС;

— рост потребности пользователей в предоставлении услуг по обмену подвижными и неподвижными изображениями.

В развитии вычислительных сетей наблюдается две тенденции:

— с одной стороны, существует тенденция объединения локальных сетей (LAN) в городские (MAN) и глобальные (WAN) сети с возможностью обеспечения высокоскоростного обмена;

с другой стороны, в связи с быстрым ростом производительности рабочих станций и ПЭВМ, а также в связи с тем, что станции становятся мультимедиа-терминалами, существует тенденция резкого повышения скорости работы в самих локальных сетях.