Глава 1. Основы передачи данных

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

А. С. Бождай, А. Г. финогеев

 

сетевые технологии И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

Учебное пособие

Пенза 2009

УДК 681.3 Г48

 

Рецензент:

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» Пензенского технологического института

Е.Г.Бершадская

 

Бождай А.С., Финогеев А.Г.

Сетевые технологии и телекоммуникации. Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009 – 200 с.; 13 ил., 4 табл., библиогр. 16 назв.

Пособие рассчитано на читателей, начинающих изучать основные сведения, связанные с технической базой современных телекоммуникационных систем и сетей. Подробно рассматриваются вопросы построения вычислительных сетей. Приводится краткий обзор принципов передачи данных. Дается понятие о различных проводных и беспроводных телекоммуникационных средах, описываются способы коммутации и методы доступа к каналам передачи данных. Особое внимание уделено современным беспроводным технологиям и сетям.

Учебное пособие разработано на кафедре "Системы автоматизированного проектирования" и предназначены для студентов специальностей 22.03.00 (Системы автоматизированного проектирования), 35.15.00 (Математическое обеспечение и администрирование информационных систем), 23.02.03 (Информационные системы и технологии), 08.08.01 (Прикладная информатика в экономике, в сфере сервиса), 10.01.01 (Сервис), 22.06.01 (Управление инновациями).

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………………. 5

1. Основы передачи данных……………………………………………………. 8

1.1 Основные типы модуляции…………………………………………. 10

1.2 Методы передачи данных…………………………………………… 12

1.3 Режимы и качество передачи данных……………………………… 14

Вопросы для самоконтроля по главе 1……………………………………….. 15

2. Базовые термины и определения компьютерных сетей…………………... 16

Вопросы для самоконтроля по главе 2………………………………………... 21

3. Модели открытых информационных систем ISO/OSI……………………. 22

3.1 Прикладной уровень………………………………………………… 27

3.2 Уровень представления данных……………………………………. 29

3.3 Сеансовый уровень взаимодействия…………………………….…. 29

3.4 Транспортный уровень взаимодействия…………………………… 30

3.5 Сетевой уровень взаимодействия……………………………….….. 32

3.6 Канальный уровень взаимодействия…………………………….…. 33

3.7 Физический уровень взаимодействия……………………………… 34

3.8 Адресация в сетях………………………………………………….… 36

Вопросы для самоконтроля по главе 3………………………………………... 37

4. Каналы и линии связи……………………………………………………….. 38

4.1 Характеристики сетей……………………………………………….. 40

4.2 Первичные и вторичные сети……………………………………….. 42

4.3 Способы коммутации в сетях……………………………………….. 42

4.4 Методы доступа к среде передачи данных…………………………. 45

4.5 Мультиплексирование……………………………………………… 49

4.6 Физическая среда передачи информации…………………………. 52

4.7 Проводные физические среды……………………………………... 55

4.8 Беспроводные физические среды………………………………….. 64

Вопросы для самоконтроля по главе 4……………………………………….. 67

5. Локальные вычислительные сети………………………………………….. 70

5.1 Классификация локальных сетей………………………………….. 71

5.2 Протоколы локальных сетей……………………………………….. 76

5.3 Определения канального уровня в стандартах IEEE-802………… 78

5.4 Стандарты технологии Ethernet…………………………………….. 81

5.5 Стандарт сетей с маркерной шиной………………………………... 91

5.6 Стандарт сетей с маркерным кольцом……………………………... 93

5.7 Стандарт технологии 100 VG-AnyLAN……………………………. 95

5.8 Стандарт FDDI………………………………………………………. 97

5.9 Стандарт Fibre Channel……………………………………………... 101

Вопросы для самоконтроля по главе 5……………………………………….. 104

Список литературы……………………………………………………………. 106

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Современные сети являются результатом длительного развития ряда информационных, компьютерных и те­лекоммуникационных технологий. Целью развития является информатизация общества, т.е. формирование единой информационной среды, охватывающей все сферы деятельности человека. Достижение данной цели подразумевает развитие целой индустрии по производству, хранению, передаче и обработке информации. Развитие сетевых технологий тесно связано с решением задач по информатизации общества. Изучение материалов, посвященного информационным сетям и технологиям передачи данных должно опираться на знание основ информатики и компьютерной техники.

С одной стороны, сети является особым видом распределенных информационных систем, в которых совокупность сетевых узлов согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, сети являются средством передачи информации, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования дан­ных. На физическом уровне, для передачи данных между узлами сети используются проводные и/или беспроводные среды. Правильный выбор среды передачи данных во многом определяет эффективность, качество и надежность работы всей телекоммуникационной системы в целом.

К настоящему моменту, сетевые технологии проникли во все сферы жизнедеятельности человека. Следует отметить, что существует большое разнообразие стандартов и спецификаций, архитектурных решений и сетевых протоколов. При этом наблюдаются тенденции к интеграции разнообразных телекоммуникационных технологий и сетевых систем в рамках единой информационной инфраструктуры человеческого сообщества. Ярким примером такой интеграции служит глобальное информационное пространство сети Интернет и ее громадное множество информационных ресурсов и сервисов.

Настоящее учебное пособие рассчитано на читателей, начинающих изучать основные знания и сведения, связанные с технической базой современных телекоммуникационных систем. Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассматриваются общетеоретические вопросы построения локальных вычислительных сетей.

Первая глава данной части посвящена краткому обзору методов и режимов передачи данных. Здесь описываются основы и типология модуляции. Рассматриваются факторы, влияющие на качество передачи данных. Вторая глава носит терминологический характер и раскрывает базовые термины и определения компьютерных сетей. Третья глава охватывает круг вопросов, связанных с особенностями модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), которая определяет правила и уровни взаимодействия в сетевых системах. Кроме того, рассматриваются способы адресации в информационных сетях.

Четвертая глава дает понятие о различных кабельных системах телекоммуникаций, описывает способы коммутации в сетях и методы доступа к средам передачи данных. Особое внимание уделено беспроводным средам передачи в связи с тем, что это один наиболее динамично развивающихся секторов телекоммуникационного рынка услуг.

Пятая глава сосредотачивает внимание читателя на проблемах локальных вычислительных сетей (ЛВС). Детально рассматриваются классификация, протоколы и топологии ЛВС. Наряду с классическими подходами к организации ЛВС, описываются и современные передовые стандарты 100VG-AnyLAN, FDDI, Fibre Channel.

В целях лучшего усвоения материала, каждую главу завершает список вопросов для самоконтроля.

 

Основные типы модуляции.

 

Модуляция - это процесс, при котором высокочастотная волна используется для переноса низкочастотной волны. Существует три параметра несущей волны, которые можно изменять: амплитуда, частота и фаза.

В системах с амплитудной модуляцией низкочастотная модулирующая волна изменяет амплитуду высокочастотной несущей волны. Если модулирующий сигнал является цифровым, то такая модуляция является импульсной амплитудной модуляцией. Она позволяет закодировать более одного бита на бод, путем преобразования битовой комбинации в сигнал с числом уровней более двух.

В системах с частотной модуляцией низкочастотная модулирующая волна изменяет частоту высокочастотной несущей волны. Если модулирующим является бинарный сигнал, т.е. несущая волна переключается двоичным сигналом с одной частоты на другую, то данный вид модуляции называется модуляцией с переключением частот. Основным недостатком систем передачи данных с амплитудной или частотной модуляцией является чувствительность к шумам на входе приемника.

В системах с фазовой модуляцией модулирующая волна изменяет фазу высокочастотной несущей волны. Комбинация фазовой и амплитудной модуляции носит название квадратурной модуляции. Если для низкоскоростной передачи данных применяется частотная модуляция, то при высокоскоростной передаче часто используются технологии на базе квадратурной модуляции.

В широкополосных каналах передачи данных применяются потенциальные и импульсные методы кодирования информации, в которых двоичные данные представлены уровнями постоянного потенциала сигнала или полярностями импульса или его фронта. Второй способ определяет технологию импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), которая рассматривается, как система передачи аналоговых сигналов в цифровом виде. В частности, такой вид модуляции используется в системах оптической передачи информации. Здесь модуляция представляет изменение параметров светового луча в зависимости от модулирующего информационного сигнала. Существует два типа ИКМ для оптических систем: внешняя ИКМ и прямая ИКМ. При внешней модуляции световой луч проходит из источника света в устройство-модулятор, в котором в такте передаваемого сигнала изменяется амплитуда или фаза светового излучения. При прямой модуляции излучение модулируется непосредственно в источнике света за счет его возбуждения, т.е. источник света сам излучает модулированный свет.

Методы передачи данных

 

Рассмотрим два основных метода передачи данных: асинхронный и синхронный. Асинхронным (старт-стопным) методом называется такая технология передачи, при которой информация передается и принимается через нерегулярные интервалы времени по одному символу в единицу времени, с передачей специальных знаков начала и конца кадров данных.

Синхронным (изохронным)методом называется технология передачи, при которой знаки генерируются в определенные моменты времени, с пересылкой синхронизующего тактового сигнала по отдельному каналу или путем совмещения его с передаваемыми данными. Под синхронизацией понимается механизм распознавания начала блока данных и его конца, а также передачу последовательности сигналов подтверждения связи (синхроимпульсов) между приемными и передающими системами.

Асинхронный метод используется в основном для низкоскоростных каналов передачи и автономного оборудования. Синхронный метод применяется в высокоскоростных каналах.

Рассмотрим оба метода подробнее.

В асинхронном методе (Рис. 1.1) при отсутствии передачи информации на линии связи удерживается состояние «1». Перед началом передачи идет низкоуровневый сигнал, соответствующий состоянию «0» (стартовый бит). После получения стартового бита на приемнике запускается механизм временного отсчета(тайминга) сигналов, приходящих с линии связи.

Рис. 1.1. Асинхронная передача данных.

Данная техника называется стробированием. Стробирование заканчивается при получении приемником стопового бита. При этом тайминг приемника должен быть синхронизирован со скоростью выдачи сигналов в линию со стороны передатчика. Если тайминг приемника установлен на большую скорость стробирования, то он будет считывать каждый бит более одного раза, а если на меньшую скорость, то будет пропускать биты информации. Как правило, кадр данных в асинхронном канале начинается со стартового бита, за которым следует 8 бит данных. Завершается кадр одним или двумя стоповыми битами. Недостатком метода является то, что для высокоскоростных линий связи наличие стартовых и стоповых бит вносит избыточность и снижает производительность канала.

При синхронном методе передаче биты данных передаются один за другим постоянным потоком без стартовых и стоповых бит. Однако здесь необходимо применять меры выделения кадров в потоке данных. Для решения этой задачи используется специальная технология. При отсутствии данных на передачу в канал передаются специальные знаки заполнения. Перед началом блока данных передается группа высокостабильных синхроимпульсов, которые синхронизируют скорости передатчика и приемника на весь информационный блок данных. Таким образом, для коррекции скорости приемника в поток бит включаются знаки синхронизации через регулярные периоды времени.

Определение последовательностей синхронизации, размера блоков данных, служебных знаков и тому подобное составляет понятие протокола синхронной передачи. Фактически протокол является процедурой, обеспечивающей нормальное прохождение данных по каналу связи и служащей для управления обменом данными. В зависимости от способа выделения начала и конца блока данных, синхронные протоколы делятся на символьно-ориентированные и бит-ориентированные. В первом случае группа синхроимпульсов посылается в начале каждого блока данных. Во втором случае приемник должен знать, где в потоке битов начинается каждый символ. Символьно-ориентированные протоколы добавляют символы кодов ASCII между блоками данных, а бит-ориентированные протоколы добавляют один бит, называемый флагом, таким образом, более рационально расходуют поле данных кадра.

 

Вопросы для самоконтроля по главе 1

1. Как называется характеристика канала, определяющая спектр частот, которые канал пропускает без существенных искажений?

2. От чего зависит скорость передачи данных?

3. Что определяет пропускная способность канала?

4. Назовите основные преимущества цифровой передачи данных перед аналоговой.

5. В чем суть процесса модуляции?

6. В чем разница между амплитудным, фазовым и частотным способами модуляции?

7. Определите сущность, назначение и виды импульсно-кодовой модуляции.

8. Дайте краткую характеристику асинхронного и синхронного способов передачи данных. Определите области их применения.

9. На чем основывается техника стробирования при асинхронной передаче данных.

10. Что входит в понятие протокола синхронной передачи данных?

11. Приведите классификацию синхронных протоколов передачи данных.

12. Назовите основные режимы передачи данных и дайте их краткие характеристики.

15. Какими параметрами определяется качество передачи данных.

ГЛАВА 2. БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ.

Сетевая система представляет собой совокупность электронных устройств, програм­много обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, физических процессов и средств передачи информации. Она осуществляет обработку и передачу информации в информационных сетях. Сетевая система предназначена для выполнения прикладных сетевых про­цессов. Последние подразделяются на прикладные процессы поль­зователей и специальные прикладные процессы. Сетевыми поль­зователямисчитаются клиенты, для которых сетевые системы выполняют передачу и обработку информации. Прикладные процессы пользователей можно разделить на две большие группы:

1. Программные прикладные процессы.Каждый такой процесс определяется одной прикладной програм­мой либо группой взаимосвязанных прикладных программ.

2. Чело­веко-машинные прикладные процессы. Здесь обработка информации ведется не программой, а человеком. Для взаимо­действия с сетевой системой человек использует тер­миналы.

Специальные прикладные процессы являются вспомогатель­ными и необходимы для оказания помощи в выполне­нии прикладных процессов пользователей. Например, специальными явля­ются процессы управления сетевой системой, процессы диагностики работы сети, процессы обеспечения безопасности в сетях и т. д.

Информационную сеть можно определить как совокупность або­нентских сетевых систем, взаимодействующих друг с другом через ком­муникационную сеть. Ком­муникационная сеть представляет собой совокупность физической среды, в которой передаются электромагнитные сигналы, программных и технических средств, обеспечивающих передачу информационных блоков по адресам назначения.

Существует множество определений компьютерной сети. Приведем некоторые их них. Компьютерная сеть - группа компьютеров, периферийных устройств и средств передачи информации, соединенных линиями связи, которые позволяют всем устройствам взаимодействовать друг с другом. Компьютерная сеть - совокупность компьютеров и каналов связи для объединения вычислительных ресурсов и обмена информацией. Компьютерная сеть - группа компьютеров, между которыми может быть установлено соединение посредством физических линий передачи данных. Компьютерная сеть - это система, включающая компьютеры, системное и прикладное программное обеспечение, сетевое и каналообразующее оборудование, кабельную и/или беспроводную среду передачи информации. Компьютеры в сети выполняют функции: организации доступа к среде передачи информации, управления передачей информации, предоставления вычислительных ресурсов пользователям, организации сетевых сервисов.

Компьютерная сеть характеризуется:

· Сетевой топологией (физической связностью и логической структурой);

· Сетевыми протоколами;

· Сетевыми интерфейсами;

· Сетевыми техническими средствами;

· Сетевыми программными средствами.

Сетевая топология - это взаимное пространственное расположение сетевых узлов (компьютеров, сетевого и периферийного оборудования), а также каналов и средств передачи данных, определяющих физическую связность между узлами. Под физической связностью узлов сети будем понимать способность сетевых компонент принимать и передавать информацию друг друга с требуемой вероятностью надежной передачи за заданное время.

В сетевую логическую структуру принято включать следующие типовые модули или сетевые узлы:

1. Хост – модуль, выполняющий информационно-вычислительные функции;

2. Терминал – модуль, выполняющий взаимодействие удаленных терминальных узлов с вычислительной сетью;

3. Коммуникационный модуль – модуль, выполняющий функции маршрутизации, управления потоками данных, передачи блоков данных в коммуникационной сети;

4. Интерфейс – модуль, обеспечивающий сопряжение разнородных (гетерогенных) сетей, хостов или терминалов;

5. Модуль управления сетью – модуль, организующий сбор статистики о работе сети, изменение технологии и характера передачи информационных потоков.

Сетевой протокол - это формальное описание формата сообщений и правил, которым должны следовать сетевые системы для обмена информацией. В настоящее время существует большое количество сете­вых протоколов, причем в рамках одной и той же сети определяется сра­зу несколько из них. В общем случае любой протокол передачи данных регламентирует следующие типичные функции:

1. Синхронизация - механизм распознавания начала и конца блока данных;

2. Инициализация - установление соединения между абонентами;

3. Блокирование - разбиение потока информации на блоки данных;

4. Адресация - идентификация сетевого оборудо­вания;

5. Обнаружение ошибок - установка битов четности и вы­числение контрольной суммы;

6. Нумерация блоков – механизм определения ошибочно переда­нной или поте­рянной информации;

7. Управление потоком данных – механизм распределения и синхрони­зации ин­формаци­онных потоков;

8. Методы восстановления – механизм возврата к определенному положению для повтор­ной передачи инфор­мации;

9. Разрешение доступа -контроль и управление ограничениями доступа к данным.

Сетевой интерфейс – это программные или аппаратные технические средства сопряжения функциональных сетевых узлов.

Сетевые технические средства – это устройства, обеспечивающие объединение сетевых узлов в единую информационную сеть.

Сетевые программные средства – этопрограммное обеспечение, предназначенное для управления работой информационной сети и обеспечения пользовательского интерфейса.

Сетевые программные средства работают по технологии «клиент-сервер». Технология клиент-сервер — это способ взаимодействия узлов сети, при котором один из узлов, называемый аппаратным сервером,предоставляет свои ресурсы другим узлам, называемым клиентами. Серверы, как правило, управляют общими разделяемыми ресурсами сети. Программы, запрашивающие сетевые услуги называются программами-клиентами, а программы, обрабатывающие запросы называются программными серверами. Приведем примеры аппаратных серверов:

1. Файл-сервер - служит для хранения и управления передачей файлов в сети;

2. Сетевой сервер - компьютер, предоставляющий свои вычислительные ресурсы другим узлам сети и выполняющий функции управления сетью;

3. Сервер печати – разделяемоепечатающее устрой­ство, которое предоставляет свои ресурсыдругим узлам сети;

4. Коммуникационный сервер – устройство, предназначенные для установления связи между узлами и управления потоком данных в сети.

Вопросы для самоконтроля по главе 2

1. Как в общем случае можно определить сетевую систему?

2. Приведите классификацию прикладных сетевых процессов.

3. Какие основные отличия существуют между понятиями информационная сеть, коммуникационная сеть, компьютерная сеть?

4. Какими основными понятиями может быть охарактеризована любая компьютерная сеть?

5. Приведите определения сетевого протокола, интерфейса, топологии, физической связности и логической структуры сети.

6. Опишите логическую структуру вычислительной сети.

7. Какие основные функции регламентирует типовой сетевой протокол?

8. Опишите основную технологию взаимодействия сетевых технических и программных средств.

9. Приведите примеры аппаратных серверов.

Прикладной уровень

 

Прикладной уровень определяет прикладные программы, которые обслуживают файлы, а также обеспечивает доступ в среду модели OSI для прикладных процессов. Прикладной процесс - это элемент реальной открытой системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Прикладные процессы обмениваются информацией посредством прикладных объектов, прикладных протоколов и прикладных служб. Многие сетевые программы-утилиты являются частью прикладного уровня.

Прикладной объект - это активный элемент открытой системы, представляющий те компоненты прикладного процесса, которые участвуют в обмене информацией между открытыми системами. Каждый прикладной объект относится только к одному прикладному процессу. Прикладной объект состоит из элемента пользователя и элемента прикладной службы.

Прикладной протокол определяет правила информационного обмена между равноправными элементами прикладной службы.

Прикладная служба – это службы, которая предоставляет следующие услуги:

- идентификация партнеров для взаимодействия;

- определение готовности партнеров;

- установление полномочий для передачи информации;

- согласование механизма секретности;

- аутентификация партнеров, предполагающих взаимодействовать;

- синхронизация взаимодействующих приложений и т.д.

Вопросы для самоконтроля по главе 3

1. Какой организацией и в каком году была разработана модель, определяющая уровни взаимодействия открытых систем OSI?
2. Кратко охарактеризуйте уровни взаимодействия модели OSI.
3. Почему в модели OSI семь уровней?
4. Объясните, как происходит обмен информацией в сетевых системах, согласно модели OSI.
5. Определите основные понятия модели OSI, такие как протокол, стек протоколов, интерфейс, протокольный блок данных?
6. Охарактеризуйте основные типы протоколов информацонного взаимодействия.
7. Определите основные протокольные блоки данных на разных уровнях модели OSI.
8. Как происходит идентификация блоков данных в сети?
9. Объясните основные функции прикладного уровня модели OSI?
10. Что определяет уровень представления данных? Какие функции выполняются на этом уровне?
11. Охарактеризуйте сеансовый уровень взаимодействия модели OSI?
12. Что определяет транспортный уровень взаимодействия модели OSI?
13. Перечислите функции транспортного уровня в различных фазах.
14. Опишите сетевой уровень взаимодействия модели OSI?
15. Что определяет канальный уровень взаимодействия модели OSI?
16. Что определяет физический уровень взаимодействия модели OSI?
17. Какие типы адресов используются для идентификации сетевых узлов?

Характеристики сетей

 

К основным характеристикам сети относятся:

1. Время реакции ­- определяется как время между возникновением запроса к сетевому сервису и получением ответа на него;

2. Пропускная способность - отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени;

3. Задержка передачи - равна интервалу между моментом поступления пакета на вход сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства;

4. Расширяемость - возможность добавления элементов сети, наращивания длины сегментов сети и замены аппаратуры связи;

5. Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность линий связи без ухудшения производительности сети и качества передачи информации;

6. Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали внутреннего устройства;

7. Управляемость - возможность контролировать состояние элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети;

8. Совместимость означает, что сеть способна включать в себя разнообразное программное и аппаратное обеспечение;

9. Надежность – определяется по следующим коэффициентам:

- коэффициенту готовности, который означает долю времени, в течение которого система может быть готова к использованию;

- коэффициенту безопасности -способности системы к защите данных от несанкционированного доступа;

- коэффициенту отказоустойчивости - способности системы работать в условиях отказа части ее элементов.

Еще одной характеристикой сети является ее топология, которая может быть представлена в виде графа, вершинам которого соответствуют узлы сети, а ребрам - связи между ними.

Первичные и вторичные сети

 

Каналы связи образуют местные, региональные и магистральные первичные сети каналов. Первичная сеть представляет совокупность сетевых узлов и каналов связи, включающих каналообразующую аппаратуру и линии связи разной физической природы, и образует сеть каналов передачи информации и групповых трактов.

Сетевые узлы организуются на пересечении нескольких линий связи, где устанавливается каналообразующая, уплотняющая и коммутирующая аппаратура систем передачи и осуществляется переключение каналов, принадлежащих разным системам передачи информации. Доступ пользователей осуществляется на оконечных сетевых узлах первичной сети. Каналы первичной сети служат базой для построения вторичных сетей, которые подразделяются по виду передаваемой информации на: телефонные сети общего пользования, телеграфные сети, сети передачи данных и т.д. Назначением вторичных сетей является доставка информации определенного вида. Для построения вторичных сетей используются коммутируемые и выделенные каналы связи.

Способы коммутации в сетях

По способу коммутации вторичные сети делятся на сети с долговременной (кроссовой) коммутацией и сети с оперативной коммутацией. В сетях с оперативной коммутацией в узлах коммутации реализуется возможность определения назначения сообщения и пути дальнейшей его передачи. Эту функцию выполняет оборудование оперативной коммутации. Вторичные сети с оперативной коммутацией делятся по способу коммутации на:

- сети с коммутацией каналов;

- сети с коммутацией сообщений;

- сети с коммутацией пакетов.

В сетях первого типа на узел коммутации сначала посылается требование или запрос на передачу сообщения. На основе его анализа определяется путь передачи сообщения и с помощью коммутационного оборудования узла кроссируется канал вызывающего абонента с вызываемым. Типичным примером является телефонная сеть общего пользования.

В сетях с коммутацией сообщений сначала готовится сообщение для передачи в формализованном виде. В сообщение добавляется служебная часть, включающая сведения, необходимые для передачи сообщения по назначению (адрес назначения, адрес отправителя, категория сообщения и т.д.). Затем оно передается на ближайший узел коммутации. Далее сообщение передается от узла коммутации до следующего до тех пор, пока оно не достигнет адресата. Заранее создавать соединение не требуется. Примером данной технологии является передача телеграмм. Способ имеет три недостатка. Во-первых, передача сообщения прекращается при поломке узла коммутации, так как все потоки информации проходят через него. Второй недостаток состоит в том, что коммутатор сообщений является «узким» местом с ограниченной пропускной способностью и временем обслуживания. В-третьих, коммутация сообщений не использует каналы передачи данных эффективностью первого и третьего способов.

В сетях с коммутацией пакетовсообщение вместе со служебной и адресной информацией передается на ближайший узел коммутации пакетов. Далее схема передачи аналогична предыдущему. Однако, сообщение разделяется на блоки определенной длины - пакеты, каждый из которых снабжается служебной информацией, необходимой для доставки его по назначению. Особенностью технологии является поэтапная передача не всего сообщения целиком, а отдельных пакетов. Это приводит к сокращению времени доставки сообщения адресату и повышению надежности. Пакетная коммутация хорошо работает с потоками данных, поскольку многие устройства передают потоки данных порциями. Данные передаются в канал, который далее свободен, пока пользователь терминала вводит данные или пока продолжается пауза в работе пользователя. Одной из концепций коммутации пакетов является одновременное существование многих передач от нескольких терминалов в канале. В современных сетях передачи данных в основном применяются первый и третий способы. Приведен их сравнительный анализ.

1. При коммутации каналов создается линия, пропускная способность которой полностью резервируется за двумя абонентами, вне зависимости от того, какая пропускная способность реально требуется. При коммутации пакетов физическая линия может быть использована пакетами от множества абонентов.

2. При коммутации каналов гарантировано, что все данные поступят абоненту в том порядке, в каком их послали. При коммутации пакетов из-за ошибок маршрутизации пакеты могут быть направлены не по назначению, причем порядок их поступления абоненту не гарантируется.

3. Коммутация каналов абсолютно прозрачна для абонентов. Они могут пересылать данные в любой кодировке и формате. При коммутации пакетов формат и способ кодировки пакетов задается заранее.

4. При коммутации пакетов плата берется за время соединения и число переданных пакетов. При коммутации каналов плата берется исключительно за время и длину соединения.

Мультиплексирование

 

В глобальных сетях используются следующие методы доступа с общей разделяемой среде:

- мультиплексирование с временным разделением(Time Division Multiplexing - TDM);

- мультиплексирование с частотным разделением (Frequency Division Multiplexing - FDM).

1. В первом случае каждому узлу для передачи данных выделяется определенный временной интервал. Когда наступает его временной интервал и узел имеет кадр для передачи, он его отправляет. Мультиплексирование с разделением времени подходит только для работы с данными в цифровой форме. Примером TDM является стандарт Т1мультиплексирования по времени, распространенный в США и Японии (рис. 4.1.).

Рис. 4.1. Стандарт мультиплексирования по времени Т1

В канале Т1 мультиплексируется 24 голосовых канала в течение каждых 125 миллисекунд. При этом каждый канал оцифровывается последовательно один за другим и передает 8 бит информации: 7 бит - данные, 1 бит - сигнальный. Весь 24-канальный кадр Т1 начинается со специального сигнального бита и передает всего 24*8+1=193 бита. Тогда каждые 125 миллисекунд передается по 193 бита, что дает общую скорость передачи – 1 544 Мb/s. В Европе и Великобритании используется стандарт Е1, по которому мультиплексируется 32 восьмиразрядных канала каждые 125 миллисекунд, что дает скорость 2 048 Мb/s. Кроме того, для передачи данных используется все 8 бит информации

Технология TDM позволяет мультиплексировать каналы по принципу вложенности. Например, в стандарте Т1 - 4 первичных канала могут быть объединены в один, затем 6 объединенных вторичных каналов в один и т.д. (Рис. 4.2.).

Рис. 4.2. Множественное мультиплексирование

2. В технологии с частотным мультиплексированием каждому узлу для передачи пакетов данных выделяется свой частотный диапазон, в котором пе­ресылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Частотное разделение хорошо работает в условиях, когда число пользователей постоянно, и каждый максимально полно загружает выделенный канал. Однако, если число пользователей велико, или трафик нерегулярный, то метод FDM имеет свои недостатки. Например, если диапазон разделен на N частотных диапазонов, но не всем из N узлов требуется передача, то часть пропускной способности будет потеряна. С другой стороны, если число пользователей больше числа допустимых диапазонов N, то часть из них получит отказ из-за недостатка пропускной способности. Чисто частотное мультиплексирование в основном применяется для передачи данных в аналоговой форме.

Общим недостатком двух методов является то, что в обоих случаях, временные интервалы/частотные диапазоны используются узлами по мере необходимости и могут определенное время простаивать.

3. Модификацией частотного мультиплексирования для работы с цифровыми данными в оптических каналах передачи информации является мультиплексирование с разделением длины волны. Здесь свет, проходя через призму, смешивается в единый пучок, который на другом конце канала передачи данных разделяется с помощью другой приз