вычислительные системы в информатике. вычислительные системы (копия). В россии в xvixvii веках появилось намного более передовое изобретение
 Скачать 0.79 Mb.
|
Коммутация и маршрутизация телекоммуникационных системКоммутация телекоммуникационных системКоммутаторы подобно мостам способны сегментировать сети. Как и многопортовые мосты, коммутаторы передают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного в каждый пакет. Реализация коммутаторов обычно отличается от мостов в части возможности организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. Более того, мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет целиком до того, как он будет передан адресату, а коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью. Виртуальные соединения Коммутатор поддерживает внутреннюю таблицу, связывающую порты с адресами подключенных к ним устройств (таблица 1). Эту таблицу администратор сети может создать самостоятельно или задать ее автоматическое создание средствами коммутатора. Таблица 1
Используя таблицу адресов и содержащийся в пакете адрес получателя, коммутатор организует виртуальное соединение порта отправителя с портом получателя и передает пакет через это соединение. На рисунке 7.3. узел А посылает пакет узлу D. Найдя адрес получателя в своей внутренней таблице, коммутатор передает пакет в порт 4.  Рис. 7.3. Виртуальное соединение коммутатора Виртуальное соединение между портами коммутатора сохраняется в течение передачи одного пакета, т.е. для каждого пакета виртуальное соединение организуется заново на основе содержащегося в этом пакете адреса получателя. Поскольку пакет передается только в тот порт, к которому подключен адресат, остальные пользователи (в нашем примере - B и C) не получат этот пакет. Таким образом, коммутаторы обеспечивают средства безопасности, недоступные для стандартных повторителей. Одновременные соединения В коммутаторах передача данных между любыми парами портов происходит независимо и, следовательно, для каждого виртуального соединения выделяется вся полоса канала. Например, коммутатор 10 Mbps на рисунке 7.4. обеспечивает одновременную передачу пакета из A в D и из порта B в порт C с полосой 10 Mbps для каждого соединения.  Рис.7.4. Одновременное соединение коммутатора Поскольку для каждого соединения предоставляется полоса Mbps, суммарная пропускная способность коммутатора в приведенном примере составляет 20 Mbps. Если данные передаются между большим числом пар портов, интегральная полоса соответственно расширяется. Например, 24 портовый коммутатор может обеспечивать интегральную пропускную способность до 120 Mbps при одновременной организации 12 соединений с полосой 10 Mbps для каждого из них. Теоретически, интегральная полоса коммутатора растет пропорционально числу портов. Однако, в реальности скорость пересылки пакетов, измеренная в Mbps, меньше чем суммарная полоса пар портов за счет так называемой внутренней блокировки. Для коммутаторов высокого класса блокировка весьма незначительно снижает интегральную полосу устройства. Коммутатор 10 Mbps может обеспечить высокую пропускную способность при условии организации одновременных соединений между всеми парами портов. Однако, в реальной жизни трафик обычно представляет собой ситуацию "один ко многим" (например, множество пользователей сети обращается к ресурсам одного сервера). В таких случаях пропускная способность коммутатора в нашем примере не будет превышать 10 Mbps, и коммутатор не обеспечит существенного преимущества по сравнению с обычным концентратором (повторителем).  Рис. 7.5. Соединение коммутатора «один ко многим» На рисунке 7.5. три узла A, B и D передают данные узлу C. Коммутатор сохраняет пакеты от узлов A и B в своей памяти до тех пор, пока не завершится передача пакета из узла D. После завершения передачи пакета коммутатор начинает передавать хранящиеся в памяти пакеты от узлов A и B. В данном случае пропускная способность коммутатора определяется полосой канала C (в данном случае 10 Mbps). Описанная в данном примере ситуация является другой формой блокировки. Производительность коммутатора Другим важным параметром коммутатора является его производительность. Для того, чтобы охарактеризовать ее используются несколько параметров: общая пропускная способность задержка скорость передачи между портами Скорость передачи между портами При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяется свойствами среды. Коммутатор, который способен обеспечить скорость 14880 PPS между портами, полностью использует возможности среды. Полоса пропускания среды является важным параметром, поскольку коммутатор, обеспечивающий передачу пакетов с такой скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляя пользователям максимальную полосу. Общая пропускная способность Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутатор адресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарная пропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальных соединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора, поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скорость передачи не имеет внутренней блокировки. Задержка Задержка - это промежуток времени между получением пакета от отправителя и передачей его получателю. Обычно задержку измеряют относительно первого бита пакета. Коммутаторы могут обеспечивать очень низкую задержку после того, как будет определен адресат. Поскольку адрес получателя размещается в начале пакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят от отправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) и обеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с ней непосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутации на лету не проверяет пакеты на предмет ошибок. При таком способе коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Например, при возникновении коллизии после начала передачи пакета (адрес уже получен) полученный фрагмент все равно будет передан адресату. Передача таких фрагментов занимает часть полосы канала и снижает общую производительность коммутатора. При передаче пакетов из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообще невозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик, при использовании коммутации на лету неизбежно возникнут ошибки. При организации виртуального соединения между портами с разной скоростью требуется буферизация пакетов. Малая задержка повышает производительность сетей, в которых данные передаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых содержит адрес получателя. В сетях, где данные передаются в форме последовательности пакетов с организацией виртуального канала, малая задержка меньше влияет на производительность. Маршрутизация телекоммуникационных систем.По существу маршрутизатор представляет собой компьютер с необходимым программным обеспечением и устройствами ввода/вывода. В простейшем случае маршрутизатор имеет два сетевых интерфейса. Так, например, для организации связи филиала с главным офисом зачастую достаточно маршрутизатора с одним интерфейсом Ethernet и одним интерфейсом глобальной сети. В этом случае все пакеты, адрес получателя которых не принадлежит к данной локальной сети, пересылается с порта Ethernet на порт глобальной сети. Маршрутизатор выполняет три основные функции; точнее, это одна функция - функция маршрутизации, т. е. доставки данных адресату, но ее можно разбить на три составляющие. Во-первых, сбор информации о других маршрутизаторах и хостах в сети. Для этого маршрутизатор в целях определения маршрута использует тот или иной протокол маршрутизации. Во-вторых, маршрутизатор сохраняет полученную информацию о маршрутах в таблицах маршрутизации. В-третьих, маршрутизатор выбирает наилучший маршрут для каждого конкретного пакета, при этом он передает пакет с входного интерфейса на соответствующий выходной интерфейс. Данные функции он выполняет с помощью протоколов маршрутизации, в основе которых лежат алгоритмы маршрутизации. Этим, однако, функции маршрутизаторов не исчерпываются, но о них несколько позже. Алгоритмы маршрутизации Алгоритм маршрутизации - это часть программного обеспечения маршрутизатора, отвечающая за выбор выходной линии, на которую поступивший пакет должен быть передан. Алгоритмы маршрутизации можно разделить на две большие группы: неадаптивные (статические) и адаптивные (динамические). В случае статических алгоритмов выбор маршрутов осуществляется заранее и прописывается вручную в таблицу маршрутизации, где хранится информация о том, на какой интерфейс отправить пакет с соответствующей адресной информацией. В случае динамических алгоритмов таблица маршрутизации меняется автоматически при изменении топологии сети или трафика в ней. Динамические алгоритмы отличаются по способу получения информации (например, от соседних маршрутизаторов, от всех маршрутизаторов в сети и т. д.), моменту изменения маршрутов (через регулярные интервалы, при изменении топологии и т. д.) и используемой метрике (расстояние, число транзитных узлов и т. д.). Двумя наиболее популярными алгоритмами маршрутизации являются алгоритм вектора расстояния и алгоритм состояния канала. При алгоритме вектора расстояния каждый маршрутизатор ведет таблицу, т. е. вектор, с указанием кратчайшего расстояния и выходной линии для каждого адресата. В качестве метрики может использоваться также число транзитных узлов, время задержки, совокупная длина очередей и прочее. Таблица содержит информацию обо всех маршрутизаторах в сети. Периодически каждый маршрутизатор рассылает соседям свою таблицу. Одним из основных недостатков этого алгоритма является медленное распространение информации о недоступности той или иной линии или выходе того или иного маршрутизатора из строя. Данный алгоритм используется в таких протоколах, как RIP, IGRP и др. В случае алгоритма состояния канала маршрутизатор собирает информацию о своих непосредственных соседях, измеряя задержку (пропускную способность). Вместо таблиц маршрутизации он осуществляет широковещательную рассылку информации только о своих непосредственных соседях, причем рассылка инициируется только при изменении информации. При получении изменений маршрутизатор определяет заново кратчайший путь до всех адресатов с помощью алгоритма Э. Дейкстры. Алгоритм состояния канала лежит в основе таких протоколов маршрутизации, как OSPF и IS-IS. ТАБЛИЦА 1 - ПРИМЕР ПРОСТЕЙШЕЙ ТАБЛИЦЫ МАРШРУТИЗАЦИИ
В случае, если маршрутизатор получает пакеты быстрее, чем может отправить их через данный интерфейс (например, когда входной интерфейс быстрее выходного или когда пакеты с разных входных интерфейсов направляются на один и тот же выходной интерфейс), он помещает их в очередь (буфер). Простейший способ организации очереди - пакеты помещаются в очередь и отправляются в порядке их поступления - во многих ситуациях неэффективен. Решение этой проблемы предлагает алгоритм "честной очереди" и его модификация - алгоритм "честной взвешенной очереди" (Weighted Fair Queue). Суть данного алгоритма состоит в том, что маршрутизаторы имеют несколько очередей для каждой выходной линии, по одной для каждого отправителя. Когда линия освобождается, маршрутизатор берет пакет из следующей по кругу очереди. Модифицированный же алгоритм позволяет давать приоритет тем или иным очередям. Однако основным недостатком маршрутизаторов по сравнению с коммутаторами является то, что последние требуют гораздо меньших усилий по администрированию. Сетевым администраторам приходится задавать целое множество конфигурационных параметров для каждого маршрутизатора в сети, таких как адреса и маски подсети, статические маршруты и т. д. Еще хуже то, что параметры каждого маршрутизатора должны быть согласованы с параметрами других маршрутизаторов в сети. С другой стороны, маршрутизаторы выполняют многие функции, с которыми коммутаторы справиться, как правило, не в состоянии, так как они функционируют на другом уровне. Например, маршрутизаторы позволяют решить такую типичную проблему при связи сетей с помощью мостов, как штормы широковещательных пакетов. Кроме того, маршрутизаторы используются зачастую в качестве брандмауэров (защитных экранов) между корпоративной сетью и Internet. При этом они действуют как фильтры пакетов, просматривая адресную информацию заголовка пакета и сопоставляя ее со списком управления доступом. Далее, маршрутизаторы могут применяться для фильтрации трафика по каналам глобальной сети, передавая через нее только избранный трафик, что, в частности, позволяет снизить плату за использование этих каналов. Во многом благодаря перечисленным функциям маршрутизаторам, а не мостам, было в свое время отдано предпочтение. Необдуманное же использование коммутаторов (без маршрутизации) может возродить к жизни старые проблемы. Цифровые сети связиВ последние годы в ТВС все большее распространение получают цифровые сети связи, в которых используется цифровая технология. В цифровых сетях связи (ЦСС) при передаче информации осуществляется преобразование аналогового сигнала в последовательность цифровых значений, а при приеме - обратное преобразование. Аналоговый сигнал проявляется как постоянное изменение амплитуды во времени. Например, при разговоре по телефону, который действует как преобразователь акустических сигналов в электрические, механические колебания воздуха (чередование высокого и низкого давления) преобразуются в электрический сигнал с такой же характеристикой огибающей амплитуды. Однако непосредственная передача аналогового электрического сигнала по телефонной линии связи сопряжена с рядом недостатков: искажением сигнала вследствие его нелинейности, которая увеличивается усилителями, затуханием сигнала при передаче через среду, подверженностью влиянию шумов в канале и др. В ЦСС эти недостатки преодолимы. Здесь форма аналогового сигнала представляется в виде цифровых (двоичных) образов, цифровых значений, представляющих соответствующие значения огибающей амплитуды синусоидальных колебаний в точках на дискретных уровнях. Цифровые сигналы также подвержены ослаблению и шумам при их прохождении через канал, однако на приемном пункте необходимо отмечать лишь наличие или отсутствие двоичного цифрового импульса, а не его абсолютное значение, которое важно в случае аналогового сигнала. Следовательно, цифровые сигналы принимаются надежнее, их можно полностью восстановить, прежде чем они из-за затухания станут ниже порогового значения. Преобразование аналоговых сигналов в цифровые осуществляется различными методами. Один из них - импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), предложенная в 1938 г. А.Х.Ривсом (США). При использовании ИКМ процесс преобразования включает три этапа: отображение, квантование и кодирование (рис. 7.6.).  Рис. 7.6. Преобразование аналогового сигнала в 8-элементный цифровой код. Первый этап (отображение) основан на теории отображения Найквиста. Основное положение этой теории гласит: "Если аналоговый сигнал отображается на регулярном интервале с частотой не менее чем в два раза выше максимальной частоты исходного сигнала в канале, то отображение будет содержать информацию, достаточную для восстановления исходного сигнала". При передаче акустических сигналов (речи) представляющие их электрические сигналы в телефонном канале занимают полосу частот от 300 до 3300 Гц. Поэтому в ЦСС принята частота отображений, равная 8000 раз в секунду. Отображения, каждое из которых называется сигналом импульсно-амплитудной модуляции (ИАМ), запоминаются, а затем трансформируются в двоичные образы. На этапе квантования каждому сигналу ИАМ придается квантованное значение, соответствующее ближайшему уровню квантования. В ЦСС весь диапазон изменения амплитуды сигналов ИАМ разбивается на 128 или 256 уровней квантования. Чем больше уровней квантования, тем точнее амплитуда ИАМ -сигнала представляется квантованным уровнем. На этапе кодирования каждому квантованному отображению ставится в соответствие 7-разрядный (если число уровней квантования равно 128) или 8-разрядный (при 256-шаговом квантовании) двоичный код. При кодировании 7-элементными кодами скорость передачи данных по каналу должна составлять 56 Кбит/с (это произведение частоты отображения на разрядность двоичного кода), а при кодировании 8-элементными кодами - 64 Кбит/с. В современных ЦСС используется и другая концепция преобразования аналоговых сигналов в цифровые, при которой квантуются и затем кодируются не сами сигналы ИАМ, а лишь их изменения. Электронная почтаЭлектронная почта E-mail - это средство для передачи электронных сообщений между пользователями сети; она предоставляет всем абонентам сети возможность использования их компьютеров для ведения деловой и личной переписки. Составленное абонентом-отправителем письмо в виде текстового файла передается (при помощи модема) в телефонную линию для доставки абоненту-получателю. Это письмо поступает на почтовую машину сетевого узла, которая по адресу получателя определяет маршрут пересылки сообщения. Почтовые машины являются посредниками между абонентами, обеспечивающими обмен письмами в системе электронной почты. Абонент-получатель, обратившись (в удобное для него время) к своей почтовой машине, получает в свой почтовый ящик всю корреспонденцию, накопившуюся там для него со времени предыдущего подключения. В простейшем случае передача письма происходит следующим образом: вначале по запущенной отправителем процедуре его модем устанавливает связь (по телефонной линии) с модемом узлового компьютера - почтовой машины (знакомый аналог - почтовое отделение связи). При установлении связи производится идентификация компьютера абонента-отправителя, проверка пароля и прием подготовленного им письма, после чего модем абонента-отправителя "повесит трубку". Затем почтовая машина, проверив правильность указанного адреса, приступит к подготовке и передаче по каналам связи этого сообщения на почтовую машину, к которой подключен абонент-получатель. Для того, чтобы отправленное электронное письмо дошло до своего адресата, необходимо, чтобы оно было оформлено в соответствии с международными стандартами и имело стандартизованный почтовый электронный адрес. Общепринятый формат послания состоит из заголовка и непосредственно самого сообщения (произвольно составленного файла, содержащего какую-либо программу, текстовые пли графические данные). Заголовок выглядит приблизительно следующим образом: From: почтовый электронный адрес отправителя письма То: почтовый электронный адрес получателя Сс: почтовые адреса других абонентов, которым еще направлено письмо Subject: тема сообщения (произвольной формы) Date: дата и время отправки сообщения Строки заголовка From: и Date: формируются, как правило, автоматически программными средствами. Почтовый электронный адрес содержит идентификатор абонента (по аналогии со строкой "КОМУ" на почтовом конверте) и почтовые координаты, определяющие его местонахождение (по аналогии - дом, улица, город, страна на почтовом конверты). Для того, чтобы отделить в почтовом электронном адресе идентификатор абонента от его почтовых координат, используется специальный символ (коммерческое "ЭТ", называемый на компьютерном жаргоне "собакой"). В формате Интернета почтовый электронный адрес может иметь вид: zvs@vsis.miein.mibd.ru В рассматриваемом примере "zvs" - идентификатор абонента (имя пользователя), составляемый, например, из начальных букв его фамилии, имени и отчества (здесь - Zhdanov Vladimir Sergeevitch). Та часть, которая расположена справа от знака @, называется доменом и однозначно описывает местонахождение абонента. Составные части домена разделяются точками. Самая правая часть домена обозначает код страны адресата - это домен верхнего уровня. Эти коды утверждены международным стандартом: код нашей страны - "ru" (Russia - Россия). Следующий поддомен - "msk" (Москва) - обозначает код города. Совокупность составных частей домена "msk.ru" называется доменом второго уровня. Домен третьего уровня - "miem.mibd.ru" - включает в себя, в нашем случае, сокращенную аббревиатуру Московского института банковского дела . Наконец, поддомен "vsis" - зарегистрированное на почтовом узле имя компьютера, на котором упомянутый выше абонент владеет почтовым ящиком (в нашем случае это английская аббревиатура названия кафедры "Вычислительные Системы И Сети). Таким образом, каждый пользователь сети имеет уникальный электронный адрес. В его распоряжение электронная почта предоставляет широкий спектр услуг, таких как: посылка копий писем другим абонентам (одновременно с посылкой письма основному адресату), получение уведомления (подтверждения) о доставке корреспонденции, возможности тематического архивирования писем, удобные средства для их редактирования и многое другое. Обладая преимуществами не только перед обычной почтой, но и перед телефонной и факсимильной связью в отношении скорости доставки сообщений, надежности, себестоимости, а также предоставляя своим абонентам сервис высокого качества при обработке электронной информации, электронная почта становится все более популярным средством общения и взаимодействия, особенно при проведении совместных обсуждений проектов и выполнении исследований с участием специалистов и экспертов из различных регионов мира, открывает уникальную возможность для совместного редактирования документов, обеспечивая сохранение в архивах промежуточных вариантов и т.д. |