Лекция 10

Информатика. Сети ЭВМ. Часть 2

На этой лекции мы продолжим рассмотрение организации и основных возможностей электронных вычислительных сетей. Лекция является продолжением предыдущей и основные вопросы. Которые мы рассмотрим, будут следующие:

1. Способы коммутации вычислительных сетей.

2. Каналы передачи данных по компьютерным сетям.

3. Разделение каналов по времени и частоте

4. Основные устройства коммутации

5. Коммуникация на базе модема.

Способы коммутации вычислительны сетей.

Коммутация – это метод, определяющий соединение и обработку перемещения данных в сетях передачи данных, а также соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. По способу коммутации сети передачи данных (далее СПД) подразделяются на следующие сети:

-- сети долговременной коммутации;

-- сети оперативной коммутации;

-- сети с коммутаций канала;

-- сети с коммутацией сообщений;

-- сети с коммутацией пакетов;

-- сети гибридной коммутации.

Рассмотрим более подробно каждый из видов таких сетей.

Долговременной или кроссовой коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого может измеряться часами, сутками или большим интервалом времени. Каналы, участвующие в организации таких соединений называются выделенными. Такой способ коммутации сетей является наиболее дорогостоящим, поскольку в любом случае есть соединение междудвумя, как минимум, точками, и за это соединение, несмотря на то, происходит ли обмен информацией или не происходит – в любом случае необходимо платить. Поэтому такая коммутация необходима и выгодна в том случае, если существует постоянный и достаточно большой объем и поток информации между двумя точками.

Оперативной коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между двумя точками сети организуется временное соединение (любой дискретный интервал).

Коммутацией канала называется способ коммутации, при котором обеспечивается временное прямое соединение каналов сети передачи данных между любой парой оконечных пунктов этой сети.

Коммутацией сообщений называется способ коммутации, при котором в каждом узле коммутации производится прием сообщений, его накопление и последующая передача в соответствии с адресом получателя. В отличие от предыдущих способов, коммутация сообщений уже не подразумевает прямого соединения в конкретный момент времени между двумя точками: начальной и конечной. Речь идет о том, что при коммутации сообщений, сообщение может двигаться по любому пути и в конкретный момент времени, может такого свободного пути не существует, но сообщение движется по маршруту и в конечном итоге достигает поставленной задачи, то есть конечной точки. В этом смысле, такой способ коммутации достаточно эффективен при больших и развернутых сетях, когда в таких сетях имеется достаточно большое количество узлов, соответственно достаточно большое количество путей, и нет необходимости напрямую соединять две какие-то точки, а просто выделять каналы по мере их освобождения, по мере их занятости.

Коммутацией пакета называется способ коммутации, при котором сообщение делится на части определенного формата – пакеты, которые принимаются, буферизуются и передаются через сеть. Если все пакеты одного сообщения передаются по фиксированному маршруту, то такой режим коммутации называется виртуальным, если же передача каждого пакета может производиться по самостоятельному маршруту, то такой режим коммутации называется дейтаграммным.

Рассмотрим, чем принципиально коммутация пакетов отличается от коммутации сообщений. Представим такую ситуацию, что сообщение бесконечно велико. В этом случае фактически коммутация сообщений приближается к коммутации каналов. То есть для того, чтобы такое длинное сообщение передать по сети, а для этого понадобится очень большое время, необходимо настроить выделенный канал, поскольку сообщение не поместится в каких-то интервалах времени. Конечно, существует другая возможность: сообщение передается целиком на промежуточный узел, там концентрируется и т. д. Но получается, что непроизводительно тратятся вычислительные мощности, в данном случае каналы связи. Поэтому в таких случаях сообщение удобней разделить на пакеты. В этом случае пакеты могут передвигаться абсолютно любыми маршрутами, в этом случае мы говорим о дейтаграммной коммутации. Если же маршрут фиксирован, мы говорим о виртуальной коммутации сообщений. Сообщения более мелкие по объему и быстрее могут проходить от узла к узлу и не требуют повторной передачи. Представим еще одну проблему, большое сообщение не проходит по причине сбоя в сети, а в большинстве случаев, коррекция ошибки говорит о том, что мы должны повторить передачу этого сообщения целиком, но в этом случае тратится гораздо больше времени, нежели если бы мы передавали сообщение более мелкими частями, так называемыми пакетами. Итак, коммутация пакетов наиболее широко распространена в настоящее время в сетях передачи данных.

Наконец, гибридной коммутацией называется способ, при котором в одном и том же узле коммутации производится коммутация, используя два или более вышеописанных вида коммутации. Если подвести итог, то можно отметить следующие факты: конечно же, используются все способыкоммутации; для больших, серьезных и для тех каналов, которые являются постоянно загруженными, наиболее эффективно можно использовать долговременную коммутацию, то есть выделенные каналы, но в большинстве случаев, настоящие сети используют коммутацию на основе сообщений или в большей степени коммутацию, с использованием технологии коммутации пакетов.

Каналы передачи данных по компьютерным сетям.

Для обеспечения эффективного использования линий связи на них с помощью каналообразующего оборудования организуются каналы связи. В некоторых случаях линия связи и канал связи совпадают, в некоторых канал состоит из нескольких линий/цепей (как последовательных, так и параллельных). Каналы могут вкладываться друг в друга (групповой канал). То есть канал – это некоторая обобщенная структура,и когда говорится что существует канал меду точкой A и точкой B, это говорит лишь о том, что имеется возможность обмениваться информацией между этими двумя точками. На самом деле эта информация может ходить через какие-то другие узлы, то есть могут задействоваться различные линии связи, цепи связи и т. д.

Основными типами передающих сред, используемых в компьютерных сетях, являются:

1. Аналоговые определенные каналы общего пользования.

2. Узкополосные и широкополосные кабельные каналы.

3. Цифровые каналы.

4. Оптоволоконные каналы связи.

5. Радиоканалы и спутниковые каналы связи.

Аналоговые каналы связи первыми начали применяться для передачи данных в компьютерных сетяхв виде аналоговых сигналов, и позволили использовать существовавшие тогда разные сети общего пользования, в частности телефонные сети. Необходимо отметить, что были проекты, когда информация и сети могли объединяться по силовым сетям. Эти проекты рассматривались, но они не получили широкого распространения, хотя сети электроэнергии распределены по всем странам, практически повсеместно, и использование таких каналов казалось достаточно перспективным. Но они не получили такого широкого распространения.

Передача данных по аналоговым каналам может выполняться двумя способами:

1. При первом способе телефонные каналы (одна или две пары проводов) через телефонные станции физически соединяют два устройства, реализующие коммуникационные функции с подключенными к ним компьютерами. Такие соединения называют выделенными линиями или непосредственно соединениями.

2. Установление соединение с помощью набора телефонного номера (с использованием коммутируемых линий).

Узкополосные и широкополосные кабельные каналы или коаксиальные пары – это два цилиндрических проводника на одной оси, разделенные диэлектрическим покрытием. Типы коаксиальных кабелей делятся по внутреннему сопротивлению. Один тип коаксиального кабеля (с сопротивлением 50 Ом) используется главным образом для передачи узкополосных цифровых сигналов, а другой тип кабеля (с сопротивлением 75 Ом) для передачи широкополосных аналоговых и цифровых сигналов.

Параллельно с использованием аналоговых сетей для межкомпьютерного взаимодействия начали развиваться и методы передачи данных в дискретной (цифровой) форме по ненагруженным телефонным каналам (то есть телефонным каналам), к которым не подведено электрическое напряжение, используемое в телефонной сети – цифровым каналам. Цифровые каналы в настоящее время используют практически любую инфраструктуру, начиная с коаксиальных кабелей, витых пар, оптоволокна, радиосвязи и т. д. То есть цифровая связь сейчас повсеместна и практически всюду заменяет аналоговую.

В оптоволоконных каналах связи используется известное из физики явление полного внутреннего отражения света, что позволяет передавать потоки света внутри оптоволоконного кабеля на большие расстояния практически без потерь. В качестве источников света в оптоволоконном кабеле используются светоиспускающие диоды или лазерные диоды, а в качестве приемников – фотоэлементы. Перейдем к кратким характеристикам таких каналов. Частоты, на которых функционируют радиосети за рубежом, обычно используют диапазон 2-40 МГц (в особенности 4-6 МГц). Узлы в радиосети могут быть расположены (в зависимости от используемой аппаратуры) на расстоянии 10 км друг от друга. Спутники обычно содержат несколько усилителей (трансформеров), каждый из которых принимает сигналы в заданном диапазоне частот (обычно 6-14 МГц), или генерируют их в другом частотном диапазоне (4-12 МГц). Для передачи данных обычно используется геостационарные спутники, размещенные на экваториальной орбите, на высоте 36000 км. Такое расстояние дает существенную задержку сигнала (в среднем 270 мс), для компенсации которой используются специальные методы. Напомним, что геостационарная орбита, которая широко используется при спутниковой связи – это такая орбита, когда скорость вращения спутника совпадает со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. В этом случае для наблюдателя с земной поверхности, спутник фактически висит в небе в одном и том же месте. Помимо геостационарных спутников бывают и другие спутники, которые двигаются и охватывают в процессе движения различные территории.

Новым импульсом в развитии радиосетей стало появление сотовой телефонной связи, позволяющей осуществлять голосовую связь и обмен данными с помощью радиотелефона или специальных устройств обмена данными. Сотовая связь стремительно развивается, внедряются сети третьего поколения, так называемые «3G», четвертого поколения «4G» и все идет к тому, что интеграция голосовых, мультимедийных данных будет осуществляться в сетях такого рода.