Сети и системы передачи информации

Агапов Михаил Николаевич

•

Тема 4. Передача информации с помощью пакетов

Особенности пакетной передачи информации

•Коммутация пакетов (англ. packet switching) — принцип коммутации, при котором информация разделяется на отдельные пакеты, которые передаются в сети независимо друг от друга.

•В таких сетях по одной физической линии связи могут обмениваться данными много узлов.

•Основные принципы

•При коммутации пакетов все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие (до нескольких килобайт) части — пакеты (packet).

•Каждый пакет оснащается заголовком, в котором указывается, как минимум, адрес узла-получателя и номер пакета.

•Передача пакетов по сети происходит независимо друг от друга. Коммутаторы такой сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, что позволяет сглаживать пульсации трафика на линиях связи между коммутаторами.

•Пакеты иногда называют дейтаграммами (datagram), а режим индивидуальной коммутации пакетов — дейтаграммным режимом.

Задержка распространения пакетов

•Задержка на прием или передачу пакета: ∆t=L/v, L – длина пакета, бит, v- скорость передачи информации, бит/с

•Пример: длина пакета 1 кбайт=10000 бит, скорость передачи 500 кбит/с. Задержка ∆t=10/500=0,02c.

•Каждый промежуточный узел вносит свои дополнительные задержки

•Задержка распространения сигналов: ∆t=R/V, R – расстояние между источником и приемником пакета в км, V – скорость распространения сигнала, обычно – скорость света в той или иной среде передачи.

•Пример: расстояние Москва-Владивосток около 10 тыс.км, скорость распространения сигнала в оптоволоконном кабеле – 0.6*300000 км/с, задержка ∆t=10/300=0,03c

Основные технологии пакетной передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

•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.

•Разработан Study Group VII Международного союза электросвязи (ITU) в качестве пакетного протокола передачи данных в телефонных сетях принят в 1976 г. и стал основой всемирной системы PSPDN (англ. Packet- Switched Public Data Networks), то есть WAN. Существенные дополнения к протоколу были приняты в 1984 г., в настоящее время действует стандарт ISO 8208 протокола X.25, стандартизовано также и применение X.25 в локальных сетях (стандарт ISO 8881).

•Пакет данных состоит обычно из 128 байтов, которые передаются по адресу, содержащемуся в пакете. Но длина пакета может лежать в пределах 64-4096 байтов. Размер пакета также как и величина окна (число пакетов, принимаемых без подтверждения) определяются на фазе установления канала. Прежде чем пакет будет передан, необходимо установить связь между исходными ЭВМ/ПАД и адресуемыми ЭВМ/ПАД. Существуют два вида соединений: коммутируемый виртуальный канал (SVC) и постоянный виртуальный канал (PVC).

Основные технологии пакетной передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

•Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks»[1].

•Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и

локальных вычислительных сетей (ЛВС). Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года.

Основные технологии пакетной передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

•Формат кадра - Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день.

MAC-адреса

•При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Основные технологии пакетной

передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

•ATM (англ. 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[1]), из которых 5 байтов используется под заголовок.

•Основы технологии ATM были разработаны независимо во Франции и США в 1970-х двумя учеными: Jean-Pierre Coudreuse[2], который

работал в исследовательской лаборатории France Telecom, и Sandy Fraser, инженер Bell Labs[3]. Они оба хотели создать такую архитектуру, которая бы осуществляла транспортировку как данных, так и голоса на высоких скоростях, и использовала сетевые ресурсы наиболее эффективно.

•В 1988 г. на собрании ITU в Женеве была выбрана длина ячейки ATM — 53 байт[5]. Это был компромисс между специалистами США, которые предлагали длину ячейки 64 байта и специалистами Европы, предлагавшими длину ячейки 32 байта. Ни одна сторона не смогла убедительно доказать преимущество своего варианта, поэтому в итоге объём «полезной» нагрузки составил 48 байт, а для поля заголовка (служебных данных) был выбран размер 5 байт

Основные технологии пакетной

передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

•Базовые принципы

•Сеть ATM строится на основе соединенных друг с другом АТМ-коммутаторов. Технология реализуется как в локальных, так и в глобальных сетях. Допускается совместная передача различных видов информации, включая видео, голос.

•Ячейки данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

•Совместно передавать данные с различными классами требований к задержкам в сети, причем по каналам как с высокой, так и с низкой пропускной

способностью;

•Работать с постоянными и переменными потоками данных;

•Интегрировать на одном канале любые виды информации: данные, голос, потоковое аудио- и видеовещание, телеметрия и т.п.;

•Поддерживать соединения типа точка–точка, точка–многоточка и многоточка– многоточка.

•Для маршрутизации в пакетах используют так называемые идентификаторы пакета. Они бывают двух видов:

•VPI (англ. virtual path identifier) — идентификатор виртуального пути (номер канала)

•VCI (англ. virtual circuit identifier) — идентификатор виртуального канала (номер соединения)

Инкапсуляция сетевых протоколов

•Инкапсуляция в компьютерных сетях — это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты.

•Туннелирование (от англ. tunnelling - "проложение туннеля") в компьютерных сетях — процесс, в ходе которого создается защищенное логическое соединение между двумя конечными точками посредством инкапсуляции различных протоколов. Туннелирование представляет собой метод построения сетей,

при котором один сетевой протокол инкапсулируется в другой. От обычных многоуровневых сетевых моделей (таких как OSI или TCP/IP) туннелирование отличается тем, что инкапсулируемый протокол относится к тому же или более низкому уровню, чем используемый в качестве тоннеля.