Реферат: Технологии создания сетей

принимаемые сообщения, которые могут быть довольно длинными. Для данного

метода коммутации характерны дополнительные задержки из-за накладных расходов

на поиск следующего узла для передачи, на организацию очередности передачи

сообщений, а также собственно на передачу сообщения.

[КС 11-4]

[5]Преимущества:

[5] - эффективность использования линий сети выше, чем в методе коммутации

цепей, поскольку полоса пропускания сети "одновременно" используется большим

количеством устройств;

- перегруженный сетевой трафик данных может быть снижен, поскольку сообщения

могут временно сохраняться в промежуточных узлах;

- сообщениям могут устанавливаться приоритеты. При этом низко приоритетные

сообщения задерживаются в узлах, "уступая дорогу" сообщениям с более высокими

приоритетами (в этом положительный эффект промежуточного хранения сообщений);

- одно сообщение может быть разослано многим получателям. Сообщение может

сопровождаться широковещательным адресом назначения, указывающим некоторую

область сети, узлам которой необходимо переслать сообщение.

[5]Недостатки:

[5]- метод коммутации сообщений не пригоден для большинства приложений

реального времени. Приложения с высокой степенью интерактивности могут

только пострадать из-за задержек, присущих схеме с промежуточным хранением.

Например, коммутация сообщений не может быть использована для передачи

речевой информации;

- устройства, реализующие схему с промежуточным хранением, довольно дорогие,

поскольку они обязательно должны иметь большие магнитные диски для хранения

потенциально длинных сообщений.

[КС 11-5]

        [ Коммутация пакетов  ]

        [ к рис. на стр. 11-6 (в поле рисунка)]

[1]Коммутация пакетов

[5]Метод коммутации пакетов может рассматриваться, как средство, которое

объединяет в себе достоинства коммутации цепей и коммутации сообщений, и

при этом компенсирует недостатки и того, и другого подхода. Существует

два способа коммутации пакетов: дейтаграммный и виртуальных цепей. В данном

разделе кратко обсуждаются оба способа коммутации пакетов. Более подробная

информация о протоколах, обеспечивающих такого рода услуги, содержится в

последующих разделах.

Оба способа коммутации пакетов предполагают разбиение сообщений на

маленькие части, которые называются пакетами. Каждый пакет отмечается

адресом источника данных и адресом получателя (назначения). Поскольку

пакеты имеют четко определенный максимальный размер, они могут сохраняться

в оперативной памяти ЭВМ в отличие от метода коммутации сообщений, в котором

сообщения хранятся на магнитном диске. Это может привести к экономии средств.

Кроме этого при таком подходе естественно сокращаются задержки доступа к

данным, так как обращение к ОЗУ ЭВМ выполняется значительно быстрее, чем к

магнитному диску.

[1]Дейтаграммы

[5]Дейтаграммная коммутация пакетов подобна коммутации сообщений в том, что

каждое сообщение (пакет) содержит исчерпывающую адресную информацию. Это

позволяет осуществлять передачу дейтаграммы по всевозможным путям, имеющимся

в сети. Однако при этом возникает проблема возможного перемешивания пакетов

в ходе их передачи по сети, проявляющаяся в том, что на приемный конец пакеты

могут поступать не в том порядке, в котором они передавались источником

сообщения. Поэтому наряду с адресами пакеты содержат последовательные номера.

Процедура пакетирования (фрагментации) сообщений и нумерации дейтаграмм

выполняется специальными устройствами PAD (Packet Assembly and Disassembly).

[КС 11-6]

[5]Дейтаграммы передаются по наиболее подходящим маршрутам. Рассмотрим

рисунок. Предположим, что в узле В звено, ведущее к узлу D, занято. Тогда

узел В для передачи первой дейтаграммы будет использовать звено, ведущее к

узлу С. Таким образом, каждое устройство, передавая очередной пакет, может

выбрать лучший маршрут, исходя из сложившейся обстановки. Поскольку отдельные

пакеты в процессе их передачи по сети могут отстать друг от друга, то

целевое устройство PAD должно иметь возможность принимать пакеты в

произвольном порядке, выполняя их реорганизацию в соответствии с

последовательными номерами, восстанавливая таким образом исходное сообщение.

[1]Виртуальные цепи

[5]Метод виртуальных цепей предполагает установление, так называемого,

логического соединения между передатчиком и приемником. Логическое

соединение считается установленным после того, как передатчик и приемник

обменяются специальными сообщениями (осуществят переговоры). Обмен

специальными сообщениями позволяет передатчику и приемнику согласовать такие

параметры передачи, как максимальный размер сообщения, маршрут передачи, и

ряд других параметров, необходимых для установления и поддержания связи. Метод

виртуальных цепей обычно обеспечивает механизмы подтверждения, управления

потоком данных, контроля ошибок, то есть обеспечивает определенный уровень

надежности передачи данных. Кроме этого, предполагается наличие механизмов

оповещения высокоуровневых протокольных объектов о возникающих проблемах

поддержания логического соединения. Логические соединения, устанавливаемые в

соответствии с методом виртуальных цепей могут быть временными или

постоянными.

Основное различие между дейтаграммной коммутацией пакетов и коммутацией

пакетов на основе виртуальных цепей заключается в том, что в последнем случае

требуется предварительное установление логического соединения. Дейтаграммные

услуги передачи данных более гибкие, но менее надежные. Дейтаграммная

коммутация пакетов, кроме этого, является более быстрой, поскольку низки

накладные расходы на обеспечение административной поддержки передачи

данных.

[1]Преимущества и недостатки пакетной коммутации

[5]Преимущества:

[5]- пакетная коммутация наиболее эффективна, поскольку в коммутирующих

устройствах нет необходимости использовать большое количество вторичной памяти;

- пакетная коммутация обеспечивает улучшенные характеристики задержки

передачи данных, поскольку отсутствуют очереди длинных сообщений и при этом

алгоритм коммутации может быть настроен на обеспечение оптимальности доставки

пакетов максимального размера;

- адаптивная маршрутизация пакетов решает такие проблемы, как занятость или

неготовность каналов;

- пакетная коммутация максимизирует использование полосы пропускания каналов.

[КС 11-7]

[5]Недостатки:

- протоколы пакетной коммутации являются более сложными, и их реализация может

повлечь некоторый рост стоимости проекта;

- пакеты данных легко теряются (по причинам, указанным в последующих разделах)

при передаче по невыделенным путям, что вызывает необходимость

повторной передачи некоторых данных.

[1]Итоги

[5]В данном разделе исследованы три наиболее важных метода коммутации данных.

Каждый метод был разработан для соответствующего операционного окружения.

Коммутация цепей предполагает предварительное физическое установление

выделенного соединения между передающим и принимающим оборудованием.

Задержки передачи минимальны из-за выделенности физического соединения,

однако канал используется неэффективно. Коммутация сообщений не требует

установления выделенного физического соединения, а единицами передачи

являются целые сообщения. Сообщения сохраняются и затем передаются

коммутирующими системами. Канал используется более эффективно, однако этому

методу присущи большие задержки доставки сообщений. Метод коммутации пакетов

предполагает разбиение сообщений на более мелкие пакеты. Метод коммутации

пакетов устанавливает баланс между приемлемыми задержками передачи данных и

эффективностью использования канала. Коммутация пакетов наиболее широко

применяется в современных сетях ЭВМ.

[КС 11-8]

[1]Упражнение 11

[5]1. Дайте  сравнительный  анализ  трех  методов  коммутации,

описанных в данном

разделе.

Коммутация цепей

Коммутация сообщений

Коммутация пакетов

[КС 11-9]

[КС 11-10]

                        [Коммутируемые телефонные сети]

[0]Раздел 13.    [2]Коммутируемые телефонные сети

[1]Цели

[5]В результате изучения этого раздела вы сможете:

1. Определять компоненты коммутируемой телефонной сети и их роль в

процессе передачи данных;

2. Определять стандартные сетевые услуги, обеспечиваемые ISDN.

[1]Введение

[5]Коммутируемая телефонная сеть США (PSTN - Public Switched Telephone

Network) является, по-видимому, одной из крупнейших сетей коммутации

цепей на всем земном шаре, позволяя осуществить подключение более трех сотен

миллионов телефонных аппаратов. Начало PSTN было скромным. Первоначально

существующие небольшие коммутируемые сети обьединялись, обеспечивая

исключительно аналоговую телефонную связь. В состав PSTN по мере роста

добавлялись как развитые аналоговые, так и цифровые средства, позволяющие

обрабатывать более мощный трафик данных. Наращивание возможностей

продолжается и в настоящее время, причем характеристики современной сети

значительно превосходят характеристики первоначальных аналоговых каналов

передачи данных.

Данный раздел посвящен рассмотрению основ коммуникации с помощью PSTN.

Обсуждаются возможности и организация PSTN, свойства речевых телефонных

систем и проблемы передачи данных по аналоговым линиям.

В этом разделе также рассматривается применение PSTN для реализации

интегрального сервиса цифровых сетей ISDN (Integrated Services Digital

Network). ISDN - это множество стандартов, разработанных в рамках МККТТ

(ССITT), для преобразования PSTN в общемировую цифровую сеть коммутации цепей,

обеспечивающую цифровую передачу речевой информации и данных.

[КС 13-1]

              [  Локальная цепь                 ]

              [  Ввод  ]   [ Центральная станция (СО)]

              [ Абонент ]  [ Локальная цепь ]  [ тракты  ]

              [ к рис. на стр. 13-2 (в поле рисунка) ]

[1]Структура PSTN

[5]PSTN состоит из следующих компонентов, каждый из которых характеризуется

правом собственности, степенью ответственности и выполняемыми функциями:

- проводки и телефонного оборудования абонента;

- локальных цепей местной телефонной компании и ее центральной станции (central

office - CO);

- трактов передачи и других коммутирующих центров;

- средств дальней телефонной связи.

Ниже рассматриваются перечисленные компоненты структуры PSTN.

[5]Оборудование абонента

[5]Абоненты несут ответственность за телефонное оборудование и внутреннюю

проводку. Внутренняя разводка телефонного провода обычно

заканчивается розетками для разьемов типа RJ11, RJ14 (три витые пары) или

RJ45, к которым могут быть подключены телефонные аппараты или модемы.

Проводная коммутационная система абонента разводится по зданию от одной

защищенной, заземленной точки физического подключения абонента (точки

"ввода"). Эта точка еще называется "демаркационной" точкой, т.е. точкой, в

которой проводка абонента подключается к так называемой локальной цепи -

проводке местной телефонной компании.

[КС 13-2]

[5]Локальные цепи

[5]В радиусе нескольких миль вокруг центральной станции (СО) располагается

большая часть абонентов. СО обладает специальным оборудованием (сигнальным,

коммутирующим, фильтрующим, а также системой энергообеспечения), которое

подсоединяется с помощью ТР-кабелей к месту расположения абонентов, входящих

в область обслуживания СО. Каждый телефонный

аппарат подсоединяется к СО парой проводов, образующих электрическую цепь

(токовую петлю). Локальная петля требует только двух проводов. Обычно для

этих целей используются центральные пары в разъемах типа RJ11 и RJ14. Провода,

образующие пару, имеют красный и зеленый цвет, и называются ring (вход) и

tip (выход) соответственно.

Обычный медный кабель для организации токовых петель марки 22 или 24 имеет

сопротивление 1000 Ом. Кабель либо подвешивается на несущих конструкциях,

либо закапывается в неглубокие траншеи, образуя таким образом самую

незащищенную часть телефонной системы. Телефонные компании несут

ответственность за кабельное хозяйство, соединяющее центральные

станции (CO) и точки ввода абонентов.

[5]Центральные станции, тракты и другие коммутирующие центры

[5]В США насчитывается около 20000 центральных станций. Каждая СО управляется

местной телефонной компанией и уникально идентифицируется кодом области и

первыми тремя цифрами телефонных номеров, которыми СО управляет. Взаимосвязь

между центральными станциями осуществляется с помощью многоканальной

широкополосной среды и промежуточных коммутирующих центров.

Телефонные вызовы, сделанные в области действия СО, реализуются

полнодуплексными связными каналами. Вызовы, выходящие за

пределы зоны действия СО, обслуживаются с помощью мультиплексоров,

реализующих частотное уплотнение. Для ограничения полосы пропускания речевого

канала до 3000 Гц используются фильтры. Фильтрация наряду с другими

свойствами речевых трактов (затухание, искажение) ограничивает практическую

скорость передачи данных до 9600 бит/сек. При этом наиболее широкое

применение находят модемы со скоростями 4800 или 2400 бит/сек.

Ограничения, вносимые фильтрами, могут быть устранены в результате

приобретения всего цифрового тракта исключительно для цифровой передачи.

Цифровые тракты используют ту же проводную систему, но предоставляются по

другой тарифной схеме. При этом имеется возможность организовать несколько

каналов с более широкой полосой пропускания, обеспечивающей возможности

скоростной передачи данных. Тракт Т-1 является примером цифровой линии и более

подробно рассматривается в следующем разделе.

[КС 13-3]

[5]Обработка телефонного вызова

[5]Центральной станцией предоставляется набор услуг, например, тоновый набор

номера, сигнализация занятости, которые делают систему более дружественной

при взаимодействии с пользователями. Процесс телефонного вызова выполняется

следующим образом:

1. На вызывающем телефонном аппарате "поднимается" трубка, замыкая контакты

переключателя;

2. По локальной петле начинает протекать ток, индицируя готовность вызывающего

телефонного аппарата к работе;

3. Центральная станция СО начинает передавать по токовой петле тональный

сигнал, указывающий на готовность станции принимать сигналы вызова;

4. Телефонный номер в виде импульсов или тональных сигналов передается на

центральную станцию (СО);

5. СО принимает цифровой набор номера, устанавливая связь с той станцией СО,

которая продолжает обработку номера;

6. Вызываемая СО проверяет состояние вызываемой линии. Если токовая петля

данной линии замкнута (off the hook), то в исходную СО передается сигнал

занятости (busy). Если же токовая петля разомкнута (on the hook), то

целевая СО передает два сигнала: 90-вольтовые импульсы на звонок целевого

телефонного аппарата; звуковые тональные импульсы для вызывающего телефонного

аппарата;

7. Когда на целевом телефонном аппарате "снимается трубка", целевая СО

прекращает выдачу сигналов и завершает работу по коммутации цепей между

телефонными аппаратами. Передача речи осуществляется через механически

скоммутированные цепи. В течение всего вызова пара проводов связывает

аппараты А и В.

[КС 13-4]

           [ RSTN: Распределение ответственности  ]

           [        и юрисдикция                  ]

           [ Ответственность    RBHC         Ответственность ]

           [ абонента        ответственность  корпорации      ]

                                           [ дальней связи   ]

           [ к рис. на стр. 13-5 (в поле рисунка) ]

[1]Упорядочение сфер влияния

[5]Большинство используемых телефонных сетей PSTN в США принадлежало компании

АТ&Т. В 1984 году правительство сформировало на базе компании АТ&T корпорацию

AT&T Communication.Inc (Корпорация дальней связи) и семь региональных Bell

Компаний (RBHC - Regional Bell Holding Company), в подчинении которых

находятся более двадцати производственных Bell компаний (ВОС - Bell Operating

Company).

           [ рис. 13-1. Территориальное RBHC и ВОС разделение.]

[КС 13-5]

В соответствии с постановлением правительства все производственные компании

(ВОС) обеспечивают равный доступ корпорации дальней связи ко всем своим

центральным станциям (СО). В рамках территориального деления для каждой

компании ВОС обеспечиваются представительства Корпорации дальней связи во

всех частотных диапазонах, которые и предоставляют свои услуги центральным

станциям. Таким образом абоненты имеют возможность выбирать поставщика

дальней связи.

Правительство также разделило территорию США на локально-транспортные области

(LATA - Local Access and Transport Areas), получившие название областей

обслуживания. Некоторые области LATA охватывают территории, превосходящие по

размеру области отдельных ВОС или независимых телефонных компаний.

Вызов, который не выходит за пределы LATA-области, называется внутренним

(intra LATA). Классификация вызовов на локальные, ближние и дальние

выполняется в соответствии с ценовой политикой компаний ВОС, контролирующих и

обеспечивающих соединение между центральными станциями (СО-to-CO connection).

Вызов, выходящий за пределы LATA-области, считается дальним (inter LATA long

distance). В этом случае "CO-to-СO"-соединение обеспечивается корпорацией AT&T

или другими компаниями дальней связи: MCI, US Sprint и т.д.

В каждом штате существует комиссия (PUC- Public Utilities Commission),

регулирующая операции, проводимые телефонными компаниями, по обеспечению

соединений в рамках штата. Федеральная Комиссия по Связи (FCC - Federal

Communication Commission) выполняет аналогичные функции, но в отношении

соединений между штатами.

[КС 13-6]

           [    ISDN         ]

           [ к рис. на стр. 13-7 (в поле рисунка)]

[1]ISDN: Интегральный сервис цифровых сетей

[5]Интегральный сервис цифровых сетей (ISDN) представляет собой набор

международных стандартов, разработка которых инициирована МККТТ (CCITT).

ISDN представляет собой долгосрочную программу, завершение которой ожидается

в двадцать первом веке. Эти планы включают разработку стандартов телефонной

связи, связи терминалов, ЭВМ, стандартов видео- и аудио почты и множества

других стандартов цифровых услуг. Перечисленные услуги будут предоставляться

деловым и индустриальным кругам с помощью усовершенствованной PSTN, а также

новых национальных и международных сетей.

             [   канал А    ]

             [   канал В    ]

             [   канал С    ]

             [   канал D    ]

             [   канал E    ]

             [   канал F    ]

             Рис. 13-2. Каналы ISDN.

[КС 13-7]

[5]Реализации ISDN в настоящее время включают ISDN-телефоны и терминалы. Эти

стандарты обеспечивают пользователям доступ к цифровым каналам передачи

данных, называемым иногда битовыми трактами (bit pipes). Для обеспечения

битовых трактов могут быть использоаны сети с коммутацией цепей или с

коммутацией пакетов. Битовые тракты ISDN соответствуют стандартному ряду

мультиплексированных  каналов, имеющих следующую идентификацию и

характеристики:

- канал А - 4 кГц аналоговый, телефонный;

- канал В - 64 Кбит/сек, цифровые данные (телефон или терминал);

- канал С - 8 или 16 Кбит/сек, цифровой канал для внеполосной сигнализации;

- канал D - 16 или 64 Кбит/сек, цифровой канал для внеполосной сигнализации,

            который включает:

            - s - сигнальный подканал;

            - t - телеметрический подканал;

            - р - подканал для узкополосной передачи пакетов данных;

- канал Е - 64 Кбит/сек, цифровой канал для ISDN сигнализации;

- канал Н - 384, 1536 или 1920 Кбит/сек, цифровой канал.

МККТТ определила три комбинации каналов в качестве международного стандарта

услуг, предоставляемых абонентам:

-- базовый тариф: 2В канала+ 1D канал (16 кбит/сек):

   представляется в виде усовершенствованного набора простых телефонных

   услуг POTS (Plain Old Telefone Service). Каждый из В каналов обеспечивает

   передачу либо голосовых телефонных данных, либо данных терминала.

   Поддержка процедуры вызова и другие услуги реализуются с помощью канала D;

 - основной тариф: 1D канал (64 кбит/сек)+ 23В каналов (США и Япония) или

   30В каналов (Европа):

   В США и Японии основной тариф соответствует обеспечиваемой корпорацией

   AT&T системе Т-1 со скоростью 1. 544 Мбит/сек; В Европе основной тариф

   соответствует системе МККТТ со скоростью 2.048 Мбит/сек;

 - смешанный тариф: 1А канал+ 1С канал:

   может применяться для поддержки аналоговых телефонов.

[5]Коммутация цепей ISDN используется аналогично модемной телефонии для

переговоров, для факсимильной передачи и передачи данных терминала, а также

для локального подключения к узлу глобальной сети ЭВМ. Плата за установление

соединения зависит от расстояния до требуемого абонента и требуемой срочности.

В случае передачи данных на дальние расстояния ISDN-пользователи могут

непосредственно обмениваться пакетами данных после установления соединения с

одним из узлов локальной сети. Размер платы за передачу данных зависит от

числа переданных пакетов.

[КС 13-8]

[1]Итоги

[5]Телефонная сеть PSTN является крупнейшей сетью в мире. Она обеспечивает

физические соединения между большинством абонентов США. Сеть PSTN имеет

иерархическую звездообразную топологию (до 5 уровней иерархии). Вызовы,

исходящие от локальных абонентов, маршрутизируют через центральные станции

и станции дальней связи, достигают целевых СО, которые, в свою очередь,

направляют их целевым абонентам.

Хотя в сети PSTN всегда использовался аналоговый метод передачи данных,

несомненно будущее PSTN в цифровой передаче. Движение в направлении цифровой

телефонии основывается на все более широком использовании стандартов ISDN,

которые не только решают проблемы цифровых операций, но также специфицируют

ряд дополнительных услуг.

[КС 13-9]

[1]Упражнение 13

[5]1. Перечислите причины, по которым реализация ISDN займет длительный

период времени.

2. Почему иногда, когда Вы звоните по телефону, абонент снимает трубку раньше,

чем Вы слышите обратный сигнал вызова?

3. Вы получили записку из финансового отдела с просьбой изучить и дать свои

предложения по следующему вопросу: как повысить скорость и при этом

уменьшить стоимость передачи ежедневных отчетов, включающих графическую

информацию, из четырех филиалов, расположенных в Сан Франциско, Денвере,

Хьюстоне и Бостоне, в центральный офис в Hью Йорке. Существующее положение

таково. С помощью POTS линий и модемов персональных ЭВМ (модем - скорость

2400 бит/сек, с автодозвоном и автоответом) каждый филиал передает информацию

на выделенные для этой цели персональные машины центрального офиса.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29