Лекція 8 Ширина каналу та пропускна спроможність. Підрахунок часу передачі даних. Ширина каналу і пропускна спроможність

Ширина каналу – це кількість інформації, яка може протікати через мережу в визначений момент часу. В незалежності від середовища передачі даних, яке використовується для побудови мережі, існують обмеження в можливостях мережі по передачі даних. Ширина каналу обмежується законами фізики і технологіями які використовуються по передачі інформації. Наприклад, ширина каналу звичайного модема обмежена 56 к, з обидвох факторів: фізичними можливостями телефонних ліній і технологією. DSL використовує ті самі телефонні провода, але надає набагато більшу ширину каналу. Оптоволокно має теоретично необмежений фізичний потенціал по ширні каналу, але це неможливо досягнути через недосконалість технологій, які б могли використати весь потенціал даного середовища.

Одинці виміру ширини каналу в цифрових системах є біти за секунду (bps). Ширина каналу вимірюється кількістю біт які розповсюджуються з одного місця в інше за визначений період часу. Через великі об’єми інформації, що передається використовуються інші одиниці виміру: тисячі біт за секунду (kbps), міліони і біліони біт за секунду (Mbps та Gbps). Часто ширину каналу путають з швидкістю передачі даних, але це не є одне і те саме. Коли говорять, що T3 з’єднання з 45 Mbps має більшу швидкість ніж Т1 з’єднання з 1,544 Mbps, то це є помилковим. При невеликих об’ємах передачі даних два канали будуть працювати на приблизно однакових швидкостях. Правильнішим висловом буде те, що Т3 з’єднання має більшу ширину каналу ніж Т1 з’єднання. Це є через те, що Т3 має можливість передавати більшу кількість інформації ніж Т1 в визначений період часу.

М аксимальна ширина каналу і обмеження по довжині сегмента.

Пропускна спроможність це є реально виміряна ширина каналу в специфічний момент дня, використовуючи конкретне обладнання і коли наперед визначений набір даних які передаються. Зазвичай мережа може бути побудована щоб забезпечувати 100 Mbps для кожної робочої станції, але це не означає, що кожен користувач буде мати повних 100 Mbps в кожну секунду часу. Це буде правдою тільки в ідеальних умовах. З багатьох причин пропускна спроможність буде меншої ніж теоретична ширина каналу. Наприклад деякі фактори що визначають це:

1. Міжмережеві пристрої;

2. Тип даних які передаються;

3. Мережева топологія;

4. Кількість користувачів в мережі;

5. Користувацькі комп’ютери;

6. Сервера;

Теоретичне значення ширини каналу є важливим при побудові мережі, оскільки реальна пропускна здатність каналу ніколи не можу бути більшою ніж обмеження середовища передачі даних та технології, яка використовується. Регулярно вимірюючи пропускну здатність каналу мережевий адміністратор може робити висновки про робото здатність мережі, а також відслідковувати зміни в потребах користувачів.

Підрахунок передачі даних.

Використовуючи формулу transfer time = size of file / bandwidth (T=S/BW) , де Т – час передачі файлу в секундах, S – розмір файлу в бітах, BW – максимальна теоретична ширина каналу на найповільнішому каналі між джерелом і отримувачем bps. Використовуючи дану формулу ми отримаємо найкращий час передачі файлу. Замінивши BW на Р – реально виміряну пропускну спроможність в момент передачі, ми отримаємо реальний час передачі.

Лекція 9

Класифікація та характеристики комп’ютерних мереж.

Локальні мережі Local-area networks (LANs), глобальні мережі Wide-area networks (WANs), метрополітен мережі Metropolitan-area networks (MANs), Storage-area networks (SANs), Virtual private network (VPN).

Локальні мережі

Важлива подія, що вплинула на еволюцію комп'ютерних мереж, відбулося на початку 70-х років. У результаті технологічного прориву в області виробництва комп'ютерних компонентів з'явилися великі інтегральні схеми (БІС). Їх порівняно невисока вартість і відмінні функціональні можливості привели до створення міні-комп'ютерів, що стали реальними конкурентами мейнфреймів. Навіть невеликі підрозділи підприємств одержали можливість мати власні комп'ютери. Міні-комп'ютери виконували задачі керування технологічним устаткуванням, складом і інші задачі рівня відділу підприємства. Таким чином, з'явилася концепція розподілу комп'ютерних ресурсів по всьому підприємству.

Потреби користувачів обчислювальної техніки росли. Їх уже не задовольняла ізольована робота на власному комп'ютері, їм хотілося в автоматичному режимі обмінюватися комп'ютерними даними з користувачами інших підрозділів. Відповіддю на цю потребу стала поява перших локальних обчислювальних мереж.

Локальні мережі (Local Area Networks, LAN) — це об'єднання комп'ютерів, зосереджених на невеликій території, зазвичай в радіусі не більш 1-2 км, хоча в окремих випадках локальна мережа може мати і більш протяжні розміри, наприклад у кілька десятків кілометрів. У загальному випадку локальна мережа являє собою комунікаційну систему, що належить одній організації.

Спочатку для з'єднання комп'ютерів один з одним використовувалися нестандартні програмно-апаратні засоби. Різноманітні пристрої сполучення, що використовують свій власний спосіб представлення даних на лініях зв'язку, свої типи кабелів і т.п., могли з'єднувати тільки ті конкретні моделі комп'ютерів, для яких були розроблені.

У середині 80-х років положення справ у локальних мережах стало кардинально мінятися. Затвердилися стандартні технології об'єднання комп'ютерів у мережу -Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, трохи пізніше — FDDI. Потужним стимулом для їхньої появи послужили персональні комп'ютери. Ці масові продукти стали ідеальними елементами для побудови мереж — з одного боку, вони були досить потужними для роботи мережевого програмного забезпечення, а з іншого боку — мали потребу в об'єднанні своєї обчислювальної потужності для вирішення складних задач, а також поділу периферійних пристроїв і дискових масивів.

Усі стандартні технології локальних мереж опиралися на той же принцип комутації, що був з успіхом випробуваний і довів свої переваги при передачі трафіка даних у глобальних комп'ютерних мережах — принцип комутації пакетів.

Кінець 90-х виявив явного лідера серед технологій локальних мереж — сімейство Ethernet, в яке ввійшли класична технологія Ethernet 10 Мбіт/з, а також Fast Ethernet 100 Мбіт/з і Gigabit Ethernet 1000 Мбіт/с. Прості алгоритми роботи визначили низьку вартість устаткування Ethernet. Широкий діапазон ієрархії швидкостей дозволяє раціонально будувати локальну мережу, застосовуючи ту технологію сімейства, що найбільшою мірою відповідає задачам підприємства і потребам користувачів.

Локальні мережі складються з наступних пристроїв:

1. комп’ютери;

2. мережеві картки;

3. периферійні пристрої;

4. мережеве середовище;

5. мережеві пристрої.

Деякі приклади топологій для локальних мереж є:

Ethernet

Token Ring

FDDI

Глобальні мережі

Почалося усе з вирішення простої задачі — доступу до комп'ютера з терміналів, віддалених від нього на багато сотень, а то і тисячі кілометрів. Термінали з'єднувалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли численним користувачам одержувати віддалений доступ до поділюваних ресурсів декількох потужних комп'ютерів класу суперЕОМ. Потім з'явилися системи, у яких поряд з віддаленними з'єднаннями типу термінал-комп'ютер були реалізовані і віддаленні зв'язки типу комп'ютер-комп'ютер. Комп'ютери одержали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що, власне, і є базовим механізмом будь-якої обчислювальної мережі. На основі цього механізму в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти й інші, що стали тепер традиційними мережевими служби.

Таким чином, хронологічно першими з'явилися глобальні мережі (Wide Area Networks, WAN), тобто мережі, що поєднують територіально розосереджені комп'ютери, що можливо знаходяться в різних містах і країнах. Саме при побудові глобальних мереж були вперше запропоновані і відпрацьовані багато основних ідей і концепцій сучасних комп’ютерних мереж. Такі, наприклад, як багаторівнева побудова комунікаційних протоколів, технологія комутації пакетів, маршрутизація пакетів у складених мережах.

Глобальні комп'ютерні мережі дуже багато чого успадкували від інших, набагато більш старих і розповсюджених глобальних мереж — телефонних. Головним результатом створення перших глобальних комп'ютерних мереж було відмова від принципу комутації каналів, який протягом багатьох десятків років успішно використовувався в телефонних мережах.

Так як прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, то в перших глобальних мережах часто використовувалися вже існуючі канали зв'язку, які були призначені зовсім для інших цілей. Наприклад, протягом багатьох років глобальні мережі будувалися на основі телефонних каналів тональної частоти, здатних у кожен момент часу вести передачу тільки однієї розмови в аналоговій формі. Оскільки швидкість передачі дискретних комп'ютерних даних по таких каналах була дуже низькою (десятки кілобит у секунду), набір наданих послуг у глобальних мережах такого типу зазвичай обмежувався передачею файлів, переважно у фоновому режимі, і електронною поштою. Крім низької швидкості такі канали мають і інший недолік — вони вносять значні завади в передані сигнали. Тому протоколи глобальних мереж, що побудовані з використанням каналів зв'язку низької якості, відрізняються складними процедурами контролю і відновлення даних. Типовим прикладом таких мереж є мережі Х.25, розроблені ще на початку 70-х, коли низькошвидкісні аналогові канали, орендовані в телефонних компаній, були переважним типом каналів, що з'єднують комп'ютери і комутатори глобальної обчислювальної мережі.

Прогрес глобальних комп'ютерних мереж багато в чому визначався прогресом телефонних мереж. З кінця 60-х років у телефонних мережах усе частіше стала застосовуватися передача голосу в цифровій формі, що привело до появи високошвидкісних цифрових каналів, що з'єднують АТС і дозволяють одночасно передавати десятки і сотні розмов. Була розроблена спеціальна технологія плезиохронної цифрової ієрархії (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH), призначена для створення так званих первинних, чи опорних, мереж. Такі мережі не надають послуг кінцевим користувачам, вони є фундаментом, на якому будуються швидкісні цифрові канали «точка-точка», що з'єднують устаткування іншої мережі, що вже працює на кінцевого користувача.

Спочатку технологія PDH, що підтримувала швидкості до 140 Мбіт/с, була внутрішньою технологією телефонних компаній. Однак згодом ці компанії стали здавати частину своїх каналів PDH в оренду підприємствам, що використовували їх для створення власних телефонних і глобальних комп'ютерних мереж.

З’явившись в кінці 80-х років технологія синхронної цифрової ієрархії (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) розширила діапазон швидкостей цифрових каналів до 10 Гбіт/с, а технологія спектрального мультиплексування (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM) — до сотень гігабіт і навіть декількох терабіт у секунду.

На даний час глобальні мережі по розмаїтті і якості сервісів наздогнали локальні мережі, що довгий час були лідерами в цьому відношенні, хоча і з'явилися на значно пізніше.

глобальні мережі Wide-area networks (WANs) служать для з’єднання локальних мереж на великих географічних віддалях.

WAN розроблені для наступного:

1. працюють на великих і географічно розділених площах;

2. дозволяють користувачам з’єднання реального часу з іншими користувачами;

3. дозволяють постійний чи частковий доступ до віддалених ресурсів, які є підключені до локальних ресурсів;

4. Надають е-мейл, Інтернет сервіси і сервіси по передачі файлів.

Деякі загальні WAN сервіси є:

• Модеми

• Integrated Services Digital Network (ISDN)

• Digital subscriber line (DSL)

• Frame Relay

• T1, E1, T3, and E3

• Synchronous Optical Network (SONET)

Metropolitan-area networks (MANs)

Без провідні мости можуть бути використані для створення MANs. MANs зазвичай складається з двох чи більше локальних мереж розділених невеликими віддалями. Наприклад банк з багатьма вітками може використовувати MANs.

Storage-area networks (SANs)

SANs - це спеціально призначена, високороботоздатна мережа, яка використовується для передачі даних між серверами і джерелами зберігання інформації. Через те, що вона є відділеної від інших, спеціально розробленою, вона запобігає конфлікту данних між користувачами і серверами.

SANs технології дозволяють наступні особливості:

1. Високу робото здатність - SANs дозволяють конкурентний доступ до дисків та масивів записів для двох чи більше серверів з високою швидкістю. Це забезпечує розширену робото здатність системи.

2. SANs мають вбудовану технологію по роботі з помилками. Дані можуть подвоюватись на відстанях до 10 км.

3. Масштабованість - SANs можуть використовувати різні технології. Це дозволяє легке переміщення бекап даних, переміщення файлів, копіювання даних між системами.

Virtual private network (VPN)

VPN – це приватні мережі побудовані через використання мереж загального користування, наприклад Інтернету. Користувач, використовуючи VPN, може отримувати доступ через захищений канал до локальної мережі своєї компанії.