Література
Лекція №11. Узагальнена структура і комунікаційні підсистеми глобальних мереж
Контрольні питання
1. Наведіть переваги та недоліки бездротових мереж.
2. Що таке точка доступу (АР)? Які елементи вона містить?
3. Які стандарти технології Wi-Fi найбільш часто використовуються в практиці.
4. Які принципи побудови мережі Wi-Fi.
5. Що таке “зона обслуговування” в мережі Wi-Fi?
План лекції
1. Узагальнена структура і функції глобальних мереж.
2. Інтерфейси DTE-DCE.
3. Засоби комутації
3.1. Узагальнена структура мережі з комутацією абонентів.
3.2. Комутація каналів.
3.3. Комутація пакетів.
3.4. Віртуальні канали.
3.5. Комутація повідомлень
1. Антонов В. М. Сучасні комп’ютерні мережі / Валерій Миколайович Антонов. – К. : МК-Прес, 2005. – 480 с.
2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика" и "Информационные системы в экономике" / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. – 3-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2008. – 765 с.: ил., табл.; 24 см.
3. Валецька Т. М. Комп'ютерні мережі. Апаратні засоби: навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. / Тетяна Михайлівна Валецька. – К. : Центр навчальної літератури, 2004. – 208 с.
4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия : [Наиболее полн. и подроб. рук.] / Михаил Гук. – СПб. : Питер, 2000.– 572 с.
5. Жуков І. А. Комп’ютерні мережі та технології: навч. посіб. для студ. вищих навч. закл. / Жуков І. А., Гуменюк В. О., Альтман І. Є.. – К. : НАУ, 2004. – 276 с. – (Комп'ютерні технології).
6. Компьютеры, сети, Интернет: Энциклопедия: Наиболее полн. и подроб. рук. / Ю. Новиков, Д. Новиков, А. Черепанов, В. Чуркин; Под общ. ред. Ю. Новикова. – 2. изд. – М. [ и др.]: Питер, 2003 (СПб.: ГПП Печ. Двор им. А.М. Горького). – 831 с.: ил.; 24 см.
7. Новиков Ю. В. Локальные сети: Архитектура, алгоритмы, проектирование / Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. – М.: ЭКОМ, 2002. – 311 с.: ил.; 23 см. – (Современные компьютерные технологии).
8. Оглтри Т. В. Модернизация и ремонт сетей / Терри Оглтри ; [пер. с англ. И. В. Берштейна и др.]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (ГПП Печ. Двор). – 1321 с.: ил.; 24 см. – (Библиотека Скотта Мюллера).
9. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" и по специальностям "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети", "Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети", "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" / В. Олифер, Н. Олифер. – 4-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2010. – 943 с.: ил.; 24 см. – (Учебник для вузов).
10. Олифер В. Г. Новые технологии и оборудование IP-сетей / Виктор Олифер, Наталья Олифер. – СПб. и др.: BHV, 2000. – 512 с.: ил., табл.; 24 см. – (Мастер) (Современные сетевые технологии).
11. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум ; [пер. с англ. В. Шрага]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Питер, 2005. – 991 с.: ил., табл.; 24 см. – (Классика computer science).
12. Ретана А. Принципы проектирования корпоративных IP-сетей: Основополагающие принципы построения масштабируемых IP-сетей: Экзамен на получение квалификации сертифиц. специалиста по межсетевому обмену CISCO / Альваро Ретана, Дон Слайс, Расс Уайт; [Пер. с англ. и ред. А.В. Журавлева]. – М. [и др.]: Вильямс, 2002. – 367 с.: ил.; 24 см. – (Сертифицированный специалист по межсетевому обмену CISCO).
13. Руководство по технологиям объединенных сетей: [настол. справ. специалиста по сетевым технологиям] / Cisco Systems, Inc. ; [пер. с англ. и ред. А.Н. Крикуна]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (СПб.: ГПП Печ. Двор). – 1033 с.: ил., табл.; 24 см.
14. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей / Эд Уилсон; [Пер. с англ.]
Транспортні функції глобальної мережі
В ідеалі глобальна обчислювальна мережа повинна передавати дані абонентів будь-яких типів, які є на підприємстві і мають потребу у віддаленому обміні інформацією. Для цього глобальна мережа повинна надавати комплекс послуг: передачу пакетів локальних мереж, передачу пакетів міні-комп'ютерів і мейнфреймів, обмін факсами, передачу трафіку офісних АТС, вихід на міські, міжміські і міжнародні телефонні мережі, обмін відеозображеннями для організації відеоконференцій, передачу трафіку касових апаратів, банкоматів і т.д. Основні типи потенційних споживачів послуг глобальної комп'ютерної мережі зображені на рис. 11.1.
Рис. 11.1. Абоненти глобальної мережі.
Потрібно підкреслити, що коли мова йде про передачу трафіка офісних АТС, то мається на увазі забезпечення розмов тільки між співробітниками різних філій одного підприємства, а не заміна міської, національної чи міжнародної телефонної мережі. Трафік внутрішніх телефонних розмов має невисоку інтенсивність і невисокі вимоги до якості передачі голосу, тому багато комп'ютерних технологій глобальних мереж, наприклад frame relay, справляються з такою спрощеною задачею.
Більшість територіальних комп'ютерних мереж у даний час забезпечують тільки передачу комп'ютерних даних, але кількість мереж, що можуть передавати інші типи даних, постійно росте.
Високорівневі послуги глобальних мереж
З розглянутого списку послуг, які глобальна мережа надає кінцевим користувачам, видно, що в основному вона використовується як транзитний транспортний механізм, що надає тільки послуги трьох нижніх рівнів моделі OSI. Дійсно, при побудові корпоративної мережі самі дані зберігаються і виробляються в комп'ютерах, що належать локальним мережам цього підприємства, а глобальна мережа їх тільки переносить з однієї локальної мережі в іншу. Тому в локальній мережі реалізуються всі сім рівнів моделі OSI, включаючи прикладний, котрі надають доступ до даних, перетворять їх форму, організують захист інформації від несанкціонованого доступу.
Однак і останнім часом функції глобальної мережі, що відносяться до верхніх рівнів стека протоколів, сталі відігравати помітну роль в обчислювальних мережах. Це зв'язано в першу чергу з популярністю інформації, що надана привселюдно мережею Internet. Список високорівневих послуг, що надає Internet, досить широкий. Крім доступу до гіпертекстової інформації Web-вузлів з великою кількістю перехресних ссилок, котрі роблять джерелом даних не окремі комп'ютери, а дійсно всю глобальну мережу, тут потрібно відмітити і широкомовне поширення звукозаписів, що складає конкуренцію радіомовленню, організацію інтерактивних “бесід” — chat, організацію конференцій по інтересах (служба News), пошук інформації і її доставка по індивідуальних замовленнях багато іншого.
Ці інформаційні (а не транспортні) послуги дуже впливають не тільки на домашніх користувачів, але і на роботу співробітників підприємств, що користуюються професійною інформацією, яка публікується іншими підприємствами в Internet, у своїй повсякденній діяльності, спілкуються з колегами за допомогою конференцій і chat, часто в такий спосіб досить швидко з'ясовують наболілі невирішені питання.
Інформаційні послуги Internet вплинули на традиційні способи доступу до поділюваних ресурсів, які протягом багатьох років застосовувалися в локальних мережах. Усе більше корпоративної інформації “для службового користування” поширюється серед співробітників підприємства за допомогою Web-служби, замінивши численні індивідуальні програмні надбудови над базами даних, які у великих кількостях розроблювалися на підприємствах. З'явився спеціальний термін — intranet, що застосовується в тих випадках, коли технології Internet переносяться в корпоративну мережу. До технологій intranet відносять не тільки службу Web, але і використання Internet як глобальної транспортної мережі, що з'єднує локальні мережі підприємства, а також всі інформаційні технології верхніх рівнів, що з'явилися спочатку в Internet і поставлені на службу корпоративної мережі.
У результаті глобальні і локальні мережі поступово зближаються за рахунок взаємопроникнення технологій різних рівнів — від транспортних до прикладних,
Структура глобальної мережі
Типовий приклад структури глобальної комп'ютерної мережі приведений на рис. 11.2. Тут використовуються наступні позначення: S (switch) — комутатори, К— комп'ютери, R (router) — маршрутизатори, MUX (multiplexor) — мультиплексор, UNI (User-Network Interface) — інтерфейс користувач - мережа і NNI (Network-Network Interface) — інтерфейс мережа - мережа. Крім того, офісна АТС позначена абревіатурою РВХ, а маленькими чорними квадратиками — пристрої DCE, про які буде розказано нижче.
Мережа будується на основі що некомутованих (виділених) каналів зв'язку, які з'єднують комутатори глобальної мережі між собою. Комутатори називають також центрами комутації пакетів (ЦКП), тобто вони є комутаторами пакетів, які у різних технологіях глобальних мереж можуть мати й інші назви — кадри, ячейки (cell). Як і в технологіях локальних мереж принципової різниці між цими одиницями даних нема, однак у деяких технологіях є традиційні назви, які до того ж часто відбивають специфіку обробки пакетів. Наприклад, кадр технології frame relay рідко називають пакетом, оскільки він не інкапсулірується в кадр чи пакет більш низького рівня й обробляється протоколом канального рівня.
Комутатори встановлюються в тих географічних пунктах, у яких потрібно відгалуження чи злиття потоків даних кінцевих абонентів чи магістральних каналів, що переносять дані багатьох абонентів. Природно, вибір місць розташування комутаторів визначається багатьма чинниками, у які включається також можливість обслуговування комутаторів кваліфікованим персоналом, наявність виділених каналів зв'язку в даному пункті, надійність мережі, обумовлена надлишковими зв'язками між комутаторами.
Рис.11.2. Приклад структури глобальної мережі.
Абоненти мережі підключаються до комутаторів у загальному випадку також за допомогою виділених каналів зв'язку. Ці канали зв'язку мають більш низьку пропускну здатність, чим магістральні канали, що поєднують комутатори, інакше мережа б не справилася з потоками даних своїх численних користувачів. Для підключення кінцевих користувачів допускається використання каналів, що комутуються, тобто каналів телефонних мереж, хоча в такому випадку якість транспортних послуг звичайно погіршується. Принципово заміна виділеного каналу на комутований нічого не змінює, але вносяться додаткові затримки, відмови і розриви каналу з вини мережі з комутацією каналів, яка в такому випадку стає проміжною ланкою між користувачем і мережею з комутацією пакетів. Крім того, в аналогових телефонних мережах канал зазвичай має низьку якість через високий рівень шумів. Застосування каналів, що комутуюються, на магістральних зв'язках комутатор-комутатор також можливо, але по тих же причинах небажано.
В глобальній мережі наявність великої кількості абонентів з невисоким середнім рівнем графіка дуже бажано — саме в цьому випадку починають у найбільшій ступені проявлятися переваги методу комутації пакетів. Якщо ж абонентів мало і кожний з них створює трафік великої інтенсивності (у порівнянні з можливостями каналів і комутаторів мережі), то рівномірний розподіл у часі пульсацій трафіка стає малоймовірним і для якісного обслуговування абонентів необхідно використовувати мережу з низьким коефіцієнтів навантаження.
Кінцеві вузли глобальної мережі більш різноманітні, чим кінцеві вузли локальної мережі. На рис.12.2. показано основні типи кінцевих вузлів глобальної мережі: окремі комп'ютери К, локальні мережі, маршрутизатори R і мультиплексори MUX, які використовуються для одночасної передачі по комп'ютерній мережі даних і голосу (чи зображення). Усі ці пристрої виробляють данні для передачі в глобальній мережі, тому є для неї пристроями типу DTE (Data Terminal Equipment). Локальна мережа відділена від глобальної маршрутизатором чи віддаленим мостом (який на рисунку не показаний), тому для глобальної мережі вона представлена єдиним пристроєм DTE — портом маршрутизатора чи моста.
При передачі даних через глобальну мережу мости і маршрутизатори працюють відповідно до тієї ж логіки, що і при з'єднанні локальних мереж. Мости, які у цьому випадку називаються віддаленими мостами (remote bridges), будують таблицю МАС-адресів на підставі проходящого через них трафіка, і за даними цієї таблиці приймають рішення — передавати кадри у віддалену мережу чи ні. На відміну від своїх локальних побратимів, віддалені мости випускаються і сьогодні, залучаючи мережних інтеграторів тим, що їх не потрібно конфигурувати, а в віддалених, офісах, де нема кваліфікованого обслуговуючого персоналу, ця властивість виявляється дуже корисною. Маршрутизатори приймають рішення на підставі номера мережі пакета якого-небудь протоколу мережного рівня (наприклад, IP чи IPX) і, якщо пакет потрібно переправити наступному маршрутизатору по глобальній мережі, наприклад frame relay, упаковують його в кадр цієї мережі, постачають відповідною апаратною адресою наступного маршрутизатора і відправляють у глобальну мережу.
Мультиплексори “голос-дані” призначені для сполучення в рамках однієї територіальної мережі комп'ютерного і голосового графіків. Тому що розглянута глобальна мережа передає дані у вигляді пакетів, те мультиплексори “голос-дані”, що працюють на мережі даного типу, упаковують голосову інформацію в кадри чи пакети територіальної мережі і передають їх найближчому комутатору точно так само, як і будь-який кінцевий вузол глобальної мережі, тобто міст чи маршрутизатор. Якщо глобальна мережа підтримує пріоритезацію трафіка, то кадрам голосового трафіка мультиплексор привласнює найвищий пріоритет, щоб комутатори обробляли і просували їх у першу чергу. Прийомний вузол на іншому кінці глобальної мережі також повинен бути мультиплексором “голос-дані”, який повинен зрозуміти, що за тип даних знаходиться в пакеті — виміри голосу чи пакети комп'ютерних даних, — і відсортувати ці дані по своїх виходах. Голосові дані направляються офісною АТС, а комп'ютерні дані надходять через маршрутизатор у локальну мережу. Часто модуль мультиплексора “голос-дані” вбудовується в маршрутизатор. Для передачі голосу найбільшою мірою підходять технології, що працюють з попереднім резервуванням смуги пропускання для з'єднання абонентів, — frame relay, АТМ.
Так як кінцеві вузли глобальної мережі повинні передавати дані по каналу зв'язку визначеного стандарту, то кожен пристрій типу DTE потрібно оснастити пристроєм типу DCE (Data Circuit terminating Equipment), що забезпечує необхідний протокол фізичного рівня даного каналу. У залежності від типу каналу для зв'язку з каналами глобальних мереж використовуються DCE трьох основних типів: модеми для роботи по виділених і аналогових каналах, що комутуюються, пристрої DSU/CSU для роботи по цифрових виділених каналах мереж технології TDM і термінальні адаптери (ТА) для роботи по цифрових каналах мереж ISDN. Пристрої DTE і DCE узагальнено називають устаткуванням, яке розташовується на території абонента глобальної мережі — Customer Premises Equipment, СРЕ.
Якщо підприємство не будує свою територіальну мережу, а користається послугами суспільної, то внутрішня структура цієї мережі його не цікавить. Для абонента суспільної мережі головне — це наданя мережею послуг і чітке визначення інтерфейсу взаємодії з мережею, щоб його устаткування і програмне забезпечення коректно сполучалися з відповідним устаткуванням і програмним забезпеченням суспільної мережі.
Тому в глобальній мережі зазвичай строго описаний і стандартизований інтерфейс “користувач-мережа” (User-to-Network Interface, UNI). Це необхідно для того, щоб користувачі могли без проблем підключатися до мережі за допомогою комунікаційного устаткування будь-якого виробника, який дотримується стандарту UNI даної технології (наприклад, Х.25).
Протоколи взаємодії комутаторів всередині глобальної мережі, що називаютьсяі інтерфейсом “мережа-мережа” (Network-to-Network Interface, NNI), стандартизуються не завжди. Вважається, що організація, що створює глобальну мережу, повинна мати волю дій, щоб самостійно вирішувати, як повинні взаємодіяти внутрішні вузли мережі між собою. У зв'язку з цим внутрішній інтерфейс, у випадку його стандартизації, називається “мережа-мережа”, а не “комутатор-комутатор”, підкреслюючи той факт, що він повинен використовуватися в основному при взаємодії двотериторіальних мереж різних операторів. Проте якщо стандарт NNI приймається, то відповідно до нього зазвичай організується взаємодія всіх комутаторів мережі, а не тільки прикордонних.
