Принципы построения IP сетей

Описание IP-сетей.

Известно множество вариантов построения сети. Сетевые платформы могут быть реализованы как с помощью беспроводных технологий (Bluetooth, ZigBee, мобильная связь 3G, Wi-Fi и т. д.), так и с помощью проводных технологий (TCP/IP over Ethernet, CAN, Modbus, Profinet и др.). Однако сетевой технологией, которая полностью изменила современные возможности коммуникации, является Internet Protocol (IP).

На рисунке 1 пакеты перемещаются в одном направлении, от рабочей станции на базе ПК к встраиваемой системе. При дуплексном обмене используются два канала (маршрута) и обработка пакетов осуществляется в обоих направлениях. Аналогичная обработка требуется для пакетов, передающихся от встраиваемой системы к ПК. Важным аспектом технологии пакетной коммутации является то, что пакеты могут проходить разными маршрутами от источника к приемнику. В данном примере пакет 2 может появиться раньше пакета 1 во встраиваемой системе.

В сети с пакетной коммутацией узлы весьма загружены, т.к. требуется одинаковая обработка для каждого пакета, передаваемого от источника к приемнику. Однако узлы не осведомлены о соединении, об этом знают только терминальные точки (хосты и устройства). В современных сетях широко используется технология пакетной коммутации. Основные особенности сети с пакетной коммутацией:

• — сетевая передача пакетов с промежуточным хранением;
• — пакеты имеют максимальную длину;
• — длинные сообщения разбиваются на несколько пакетов (процесс фрагментации);
• — в каждом пакете содержатся адреса источника и приемника.

Технология пакетной коммутации использует коммутаторы пакетов (компьютеры) и цифровые линии передачи. В ней не используются соединения по запросу. Сетевые ресурсы используются совместно всей коммуникационной системой. Здесь также применяется механизм передачи с промежуточным хранением, который в IP-технологии называется маршрутизацией.

Передача пакетов с промежуточным хранением означает:

• — хранение каждого поступающего пакета;
• — считывание адреса приемника в пакете;
• — обращение к таблице маршрутизации для определения следующего сетевого сегмента;
• — пересылку пакета.

В конце 1990;х гг. полоса пропускания сервиса передачи данных впервые начала превышать полосу пропускания сервиса услуг в режиме реального времени. Эта тенденция озадачила телекоммуникационных операторов: направлять ли капитальные вложения на замену оборудования PSTN для того, чтобы обеспечить как сервис реального времени, так и сервис передачи данных, когда последний начнет доминировать в трафике? В противном случае, как следует перераспределить свои инвестиции в пользу сервиса передачи данных?

Сегодня большая часть капитальных затрат в сетевой инфраструктуре тратится на оборудование поддержки сервиса передачи данных. Две технологии, которые получили большую часть инвестиций — это Ethernet и Internet Protocol (IP). Эти инвестиции гарантируют, что в ближайшем будущем наши телефонные службы будут работать исключительно с помощью технологии Voice over IP (VoIP), а телевидение — с помощью IP-сетей (IPTV). Звук, видео и все сервисы реального времени, имеющие дело с критичными по срокам данными, будут зависеть от IP-технологии.

Internet Protocol быстро становится распространенной сетевой технологией. Набором протоколов, которые связаны с этой технологией и используются множеством устройств, является стек протоколов TCP/IP.

В современных IP-сетях для корректной и безотказной работы существует огромное множество технологий, а также оборудования.

Для построения простейшей сети необходимо наличие как оконечных устройств, так и сетевых. К оконечным или терминальным устройствам можно отнести:

• · Персональные компьютеры PC;
• · Ip-телефоны (технология VoIp);
• · Телевизионное оборудование (технология IPTV);
• · Смарт девайсы (смартфоны, планшеты)

Но основную работу, по маршрутизации информации на сети, используются сетевые устройства:

• · Маршрутизатор Router;
• · Коммутатор Switch;
• · Концентратор Hub;

Маршрутизатор (Router) специализированный сетевой компьютер, имеющий два или более сетевых интерфейсов и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.

Коммутатор (Switch) устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).

Концентратор (Hub) Концентратор работает на первом (физическом) уровне сетевой модели OSI, ретранслируя входящий сигнал с одного из портов в сигнал на все остальные (подключённые) порты, реализуя, таким образом, свойственную Ethernet топологию общая шина, c разделением пропускной способности сети между всеми устройствами и работой в режиме полудуплекса.

Все эти устройства имеют свой порядок подключения в сети передачи данных. Конкретнее правила подключения представлены на Рис. 2.

Концентраторы и коммутаторы осуществляют функцию объединения абонентов внутри одной сети, Маршрутизаторы же занимаются перенаправлением потоков информации из одних сетей в другие, а также выполнение функций сетевого уровня.