2. Техническое обеспечение сапр

Маршрутизатор (router) — блок взаимодействия, служащий для выбора

маршрута передачи данных в корпоративных и территориальных сетях. С по-

мощью маршрутизаторов могут согласовываться не только канальные прото-

колы, как это имеет место при применении мостов, но и сетевые протоколы.

Маршрутизаторы содержат таблицы и протоколы маршрутизации в отличие от

других узлов, которые могут содержать лишь локальные таблицы соответствия

IP-адресов физическим адресам сетевых контроллеров в локальной сети. Мар-

шрутизаторы могут фильтровать пакеты в соответствии с признаками, отра-

женными в заголовке пакета, т. е. выполнять роль брандмауэра — устройства,

защищающего сеть от нежелательных вторжений извне.

Использование коммутаторов вместо маршрутизаторов (там, где это воз-

можно) позволяет существенно повысить пропускную способность сети. Ком-

мутатор работает с локальными МАС-адресами, в нем имеется таблица соот-

ветствия МАС-адресов и портов. Кроме того, между разными портами

коммутатора образуется несколько соединений, по которым пакеты могут пе-

редаваться одновременно. В то же время маршрутизатор оперирует IP-адре-

сами и таблицами маршрутизации и выполняет сложные алгоритмы маршру-

тизации.

Возможны коммутация «на лету» (сквозная коммутация — out-through), ког-

да передача пакета начинается сразу после расшифровки заголовка, и после

полного получения пакета (промежуточная буферизация — store-and-forward).

Первый способ чаще применяют в небольших сетях, второй — в магистраль-

ных коммутаторах. Сквозная коммутация позволяет уменьшать задержки в

передаче пакетов и использовать малый объем буфера, но не дает возможнос-

ти контролировать безошибочность передачи данных.

Обычно коммутатор имеет системную плату, ряд портов, группируемых в

сегменты, систему коммутации портов и функциональные модули. Каждый

сегмент ориентирован на ЛВС одного типа. Так, коммутатор ODS Infinity фир-

мы Optical Data Systems имеет в своем составе сегменты для сетей типов Ethernet,

Token Ring, FDDI, Local Talk, причем в этих сегментах имеются гнезда для

подключения 48, 48, 2 и 6 сетей соответственно. Порты соединяются по-

средством высокоскоростной общей шины (что более характерно для

многопортовых мостов), но чаще через коммутирующую матрицу. Функциональ-

ные модули предназначены для связи сегментов и выхода в территориальную

сеть.

Различают коммутаторы второго и третьего уровней. Сети с коммутаторами

второго уровня подвержены так называемому широковещательному шторму,

поскольку при широковещательной передаче пакеты направляются во все

подсети, соединенные через коммутаторы, и сеть будет «забита» пакетами.

Чтобы уменьшить отрицательное влияние такого шторма, сеть разбивают на

подсети, в пределах которых и осуществляется широковещательность.

Коммутатор третьего уровня разделяет подсети, направляя через себя пакет,

только если МАС-адрес получателя относится к другой подсети.

82

Упражнения и вопросы для самоконтроля

Обычно распределение узлов по подсетям выполняют по территориальному

признаку. Однако при этом возможно объединение в одной подсети узлов, слабо

связанных между собой в функциональном отношении. Возникают проблемы с

защитой информации и управлением трафиком. Поэтому предпочтительнее

распределять узлы по функциональному признаку, причем администратор сети

должен иметь возможность перекоммутации узлов при изменениях в их

функциях или расположении. Такие возможности имеются в виртуальных ЛВС.

Виртуальная ЛВС (ВЛВС) — это локальная сеть, в которой узлы сгруппи-

рованы не по территориальному, а по функциональному признаку. Для этого

каждая подсеть в ВЛВС получает свой идентификатор, каждому идентифи-

катору соответствуют определенные порты коммутаторов сети. Идентифика-

тор указывается в заголовке кадра (структура кадра в ВЛВС задается стан-

дартом IEEE 802/10), и поэтому коммутатор направляет кадр в нужную подсеть.

Администратор сети может управлять структурой сети (перекоммутацией

портов) с помощью специального ПО.

Лидером в производстве коммутаторов для ВЛВС является фирма Cisco. Ее коммута-

торы семейства Catalyst допускают объединение в ВЛВС до 1024 подсетей FDDI, E, TR,

ATM. Встроенные программы управления позволяют закреплять любой порт за любой

подсетью.

Шлюз (gateway — межсетевой преобразователь) — блок взаимодействия,

служащий для соединения информационных сетей различной архитектуры и с

неодинаковыми протоколами. В шлюзах предусмотрено согласование протоко-

лов всех семи уровней ЭМВОС. Примерами шлюзов могут быть устройства,

соединяющие ЛВС типа Ethernet с сетью SNA, используемой для связи боль-

ших машин фирмы ШМ. Часто под шлюзом понимают сервер, имеющий един-

ственный внешний канал передачи данных.

Упражнения и вопросы для самоконтроля

1. Поясните состав и назначение устройств графической рабочей станции.

2. Что такое «растеризация» и «векторизация»?

3. Что такое «промышленный компьютер»? Каковы его особенности?

4. Дайте сравнительную характеристику методов коммутации каналов и коммута-

ции пакетов.

5. В чем заключается сущность методов временного (TDM) и частотного (FDM)

разделения каналов?

6. Почему в МДКН/ОК повторные попытки захвата линии разрешаются через слу-

чайные интервалы времени?

7. Рассчитайте размер окна столкновений в сети 10Base-5, если линия передачи

данных представлена одним сегментом кабеля длиной 500 м.

8. Что такое «стаффинг»?

9. В чем сущность метода предотвращения конфликтов в RadioEthernet?

10. Почему способ кодирования 4b/5b или 8b/10b позволяет увеличить информаци-

онную скорость передачи данных?

11. Каким образом реализуется приоритетная передача данных в сети Token Ring?

12. Почему в сетях Ethernet введено ограничение на размер кадра снизу? Рассчитайте

нижнюю границу длины кадра для Gigabit Ethernet.

83

2 Техническое обеспечение САПР

13. Какой может быть максимальная информационная скорость в канале передачи

данных с полосой пропускания 4 кГц и отношением сигнал —помеха 130?

14. В чем заключаются преимущества перевода системы сотовой связи в более высо-

кочастотный диапазон?

15. Рассчитайте задержку при передаче сигнала в спутниковых системах с использо-

ванием геостационарных орбит (высота спутника 36 тыс. км).

16. Сколько телефонных разговоров одновременно можно передавать по каналу Т1 ?

17. Поясните, как действует схема эхо-компенсации.

18. Каким образом выполняется контроль правильности передачи данных по прото-

колу TCP?

19. Почему в IP-пакете имеется контрольный код заголовка, а не всего пакета?

20. Что такое «менеджеры» и «агенты» в сетевом программном обеспечении?

21. Назовите факторы, обусловливающие высокие скорости передачи данных в сетях

ATM.

22. Что такое «маршрутизация от источника»?

23. Что понимают под виртуальной ЛВС?

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

АНАЛИЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

3.1. Компоненты математического обеспечения

Математический аппарат в моделях разных

иерархических уровней

К МО анализа относятся математические модели, численные методы, ал-

горитмы выполнения проектных процедур.

Компоненты МО определяются базовым математическим аппаратом,

специфичным для каждого из иерархических уровней проектирования.

На микроуровне типичные математические модели представлены диффе-

ренциальными уравнениями в частных производных вместе с краевыми усло-

виями. К этим моделям, называемым распределенными, относятся многие

уравнения математической физики. Объектами исследования здесь являются

поля физических величин, что требуется при анализе прочности строительных

сооружений или машиностроительных деталей, исследовании процессов в жид-

ких средах, моделировании концентраций и потоков частиц в электронных при-

борах и т. п.

Число совместно исследуемых различных сред (число деталей, слоев мате-

риала, фаз агрегатного состояния) в практически используемых моделях микро-

уровня не может быть большим ввиду сложностей вычислительного характе-

ра. Резко снизить вычислительные затраты в многокомпонентных средах можно,

только применив иной подход к моделированию, основанный на принятии

определенных допущений.

Допущение, выражаемое дискретизацией пространства, позволяет перейти

к моделям макроуровня. Моделями макроуровня, называемыми также

сосредоточенными, являются системы алгебраических и обыкновенных

дифференциальных уравнений, поскольку независимой переменной здесь

85