Операции мультиплексирования-демультиплексирования при коммутации

Демультиплексирование — разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков.

Мультиплексирование — образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который передается по одному физическому каналу связи.

2. Сетевые технологии.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Token-Ring, ArcNet, AppleTalk, 100VG-AnyLAN, FDDI, Ethernet, ATM, X.25, Frame relay.

.

· Token-Ring - технология, разработанная компанией IBM. Имеет следующие характеристики:

o физическая топология - звезда;

o логическая топология - кольцо;

o метод доступа - передача маркера;

o скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с;

o максимальный размер кадра - до 16 Кбайт;

o среда передачи данных - витая пара (используется 2 пары);

o максимальная длина сегмента 150м (для 4 Мбит/с) или 60м (для 16 Мбит/с);

o STP - 300м (для 4 Мбит/с) или 100 м (для 16 Мбит/с);

o максимальная длина сегмента с репитерами - UTP 365м, STP 730м;

o максимальное количество компьютеров на сегменте - 72 или 260 (в зависимости от типа кабеля).

Для объединения компьютеров используются концентраторы, неэкранированная или экранированная витая пара (возможно применение оптоволокна), в качестве разъемов используются соединители фирмы IBM либо коннекторы RJ-45.

К преимуществам можно отнести высокую дальность передачи (при использовании повторителей), возможность рассчитать максимальную задержку при передаче информации между любыми двумя устройствами.

Недостатки - достаточно высокая стоимость, низкая совместимость оборудования, маленькая скорость передачи данных.

· ArcNet - простая гибкая и недорогая архитектура для небольших сетей (до 256 компьютеров). Характеристики архитектуры:

o физическая топология - шина или звезда;

o логическая топология - шина;

o метод доступа - передача маркера;

o скорость передачи данных - 2,5 или 20 Мбит/с;

o максимальный размер кадра - 256 байт (в ArcNet Plus - около 4 Кбайт);

o среда передачи - витая пара или коаксиальный кабель;

o максимальная длина сегмента: для витой пары 244м (для любой топологии), для коаксиального кабеля - 305 или 610м (для топологии шина или звезда, соответственно).

Для соединения так же используются концентраторы, основной тип кабеля - коаксиальный типа RG-62, поддерживается также витая пара и оптоволокно. Для коаксиального кабеля используются BNC-коннекторы, для витой пары - коннекторы RJ-45.

Преимущество - большая дальность передачи при невысокой стоимости оборудования.

Недостатки - отсутствие сетевых адаптеров и драйверов на данный момент времени.

· AppleTalk - “фирменная” сетевая среда, предложенная компанией Apple и встроенная в компьютеры “Макинтош”. включает в себя напор протоколов соответствующий модели OSI. Характеристики:

o топология - шина или дерево;

o метод доступа - CSMA/CA;

o скорость передачи данных - 230,4 Кбит/с;

o среда передачи - экранированная витая пара;

o максимальная длина сети - 300м;

o максимальное число компьютеров - 32.

Недостатки - низкая пропускная способность.

· 100VG-AnyLAN - создана для объединения сетей Ethernet и TokenRing. Данная архитектура получила статус стандарта IEEE 802.12. Характеристики:

o топология - звезда;

o метод доступа - по приоритету запроса;

o скорость передачи данных - 100 Мбит/с;

o среда передачи - витая пара категории 3, 4 или 5 (используются все 4 пары);

o максимальная длина сегмента - 225м.

Достоинства: концентратор можно настроить на поддержку кадров как одной архитектуры так и другой, метод доступа по приоритету запроса - концентраторы управляют доступом к кабелю, опрашивая каждый узел в сети и вызывая запросы на передачу. При одновременных запросах, предпочтение отдается узлу, имеющему больший приоритет.

Недостатки: сложность реализации, высокая стоимость оборудования.

· FDDI– стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов сети – 500. Сеть FDDI - это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами.

· Ethernet - технология, объединяющая набор стандартов, и ставшая в последствии стандартом IEEE 802.3. Характеристики:

o топология - шина;

o метод доступа - CSMA/CD;

o скорость передачи - 10 Мбит/с;

o среда передачи - коаксиальный кабель;

o применение терминаторов - обязательно;

o максимальная длина сегментов сети - до 500м;

o максимальная длина сети - до 2,5 км;

o максимальное количество компьютеров в сегменте - 100;

o максимальное количество компьютеров в сети 1024.

Первоначально предусматривалось применение коаксиального кабеля “толстого” и “тонкого” (10Base-5 и 10Base-2), затем появились спецификации с использованием витой пары (10Base-T) и оптоволокна (10Base-FL). Позже был опубликован стандарт архитектуры Fast Ethernet (IEEE 802.3u), обеспечивающий передачу на скоростях 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z IEEE 802.3ab), 10Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae).

Недостаток: использование методов доступа CSMA/CD(множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений), при увеличении числа компьюткеров пропускная способность падает и увеличивается время обработки кадров. Данный недостаток устраняется путем замены концентраторов на мосты и коммутаторы.

достоинства: простая реализация; Ethernet-устройства значительно дешевле аналогичных устройств других сетевых архитектур; использование практически любых видов кабеля; высокая совместимость различных вариантов изернет, легкая масштабируемость.

· ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байтов используется под заголовок. В отличие от синхронного способа передачи данных (STM — Synchronous Transfer Mode), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом (количество бит, используемых для хранения одной секунды мультимедийного контента). Используется в телефонных сетях.

· X.25 — семейство протоколов канального уровня сетевой модели OSI. Предназначалось для организации WAN на основе телефонных сетей с линиями с достаточно высокой частотой ошибок, поэтому содержит развитые механизмы коррекции ошибок. Ориентирован на работу с установлением соединений. Исторически является предшественником протокола Frame Relay.

· Frame relay («ретрансляция кадров», FR) — протокол канального уровня сетевой модели OSI. Служба коммутации пакетов Frame Relay в настоящее время широко распространена во всём мире. Максимальная скорость, допускаемая протоколом FR — 34,368 мегабит/сек (каналы E3). Коммутация: точка-точка. В основном применяется при построении территориально распределённых корпоративных сетей, а также в составе решений, связанных с обеспечением гарантированной пропускной способности канала передачи данных (VoIP, видеоконференции и т. п.).

3. Топологии.

Существует 3 базовые топологии на основании которых строится большинство сетей:

· Шина - в этой топологии все компьютеры соединяются друг с сдругом одним кабелем. Посланные в такую сеть данные передаются всем компьютерам, но обрабатывает их только тот компьютер, аппаратный MAC-адрес сетевого адаптера которого записан в кадре как адрес получателя. Эта топология достаточно проста в реализации и дешева, но имеет ряд существенных недостатков: 1. затрудненная масштабируемость, 2. передачу может вести только один компьютер, если передачу ведут несколько компьютеров, то происходит искажение сигнала, 3. для увеличения сети необходима установка повторителей, т.к. в некоторых случаях длинны сигнала недостаточно, 4. не высока надежность.

· Кольцо - в данной топологии каждый компьютер соединяется с двумя другими так, чтобы от одного он получал информацию, а второму передавал ее. Последний компьютер подключается к первому, и кольцо замыкается.Достоинства: 1. не происходит отражения сигнала, 2. каждый компьютер выступает в роли повторителя, 3. топология обладает высокой устойчивостью к перегрузкам. Недостатки: сигнал проходит последовательно и только в одном направлении через все компьютеры, следовательно увеличивается время передачи данных, 2. подключение к сети нового компьютера требует ее полной остановки, 3. выход из строя хотя бы одного устройства нарушает работу всей сети, 4. обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца останавливает работу всей сети, 5. во избежание обрывов сети прокладывают 2 кольца, что значительно удорожает сеть.

· Активная топология “звезда ” - при этой топологии к мощному центральному компьютеру подключаются все остальные компьютеры сети. При такой конфигурации все потоки данных проходят исключительно через один компьютер, он же полностью отвечал за управление информационным обменом между всеми участниками сети. Достоинства: 1. конфликты невозможны. Недостатки: выход из строя главного компьютера приводит к остановке всей сети.

· Пассивная звезда или звезда-шина. При данной топологии компьютеры подключаются не к центральному компьютеру, а к пассивному концентратору или хабу, который в отличие от центрального компьютера никак не отвечает за управление обменом данными, а выполняет те же функции, что и повторитель. Именно поэтому данная топология получила такое название, физически выглядит она как звезда, а логически является топологией “шина”.

Другие возможные сетевые топологии:

· Дерево (или иерархическая звезда). Данную топологию можно рассматривать, как объединение нескольких “звезд”.

· Полносвязная - топология, в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным. Этот вариант является грамоздким и не эффективным. Для каждой пары должна быть выделена независимая линия, каждый компьютер должен иметь столько коммуникационных портов, сколько компьютеров в сети. Поэтому сеть может иметь только конечные размеры и сравнительно небольшие. Недостатки: 1. сложная масштабируемость, 2. огромное количество соединений при большом количестве узлов.

· Смешанная - сетевая топология, в которой используется или одна топология, но два и более раз, либо используются разные топологии