Вычислительные сети с коммутацией пакетов. Принципы функционирования, области применения.

Прикладной, представительный и сеансовый уровни модели МОС. Их функции и назначение.

1. Прикладной уровень – работает с приложениями, которые не входят в эту систему, они считаются на ней. Они не сетезависимые. На этом уровне помещаются задачи пользователей. ОН самый главный.

2. Представительский уровень – он предназначен:

- для устранения синтактических разногласий между процессами;

- если требуется секретность, то этот уровень также её обеспечивает в случае необходимости(пример: перевод денег).

3. Сеансовый уровень – обеспечивает проведение сеансов связи. Вставляет контрольные точки, чтобы в случае сбоя можно было вернуться к последней точке контрольной. Сеансвоый уровень поддерживает диалог между пользователями (процессами).

Транспортный уровень модели МОС.

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов. Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется с одной стороны тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с другой стороны, этот выбор зависит от того, насколько надежной является вся система транспортировки данных в сети. Начиная с транспортного уровня, все вышележащие протоколы реализуются программными средствами, обычно включаемыми в состав сетевой операционной системы. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Точка объединения

путей — выбор

Одного из двух сигналов

Точка

Точка

Разветвления путей

VC-4

Рис. 6.12. Защита SNC-P

Защита SNC-P работает в любых топологиях сетей SDH, в которых имеются альтернативные пути следования трафика, то есть кольцевых и ячеистых^

Защита с разделением кольца (MS-SPRing) обеспечивает в некоторых случаях бо­лее экономичную защиту трафика в кольце. Хотя защита SNC-P вполне подхо­дит для кольцевой топологии сети SDH, в некоторых случаях ее применение уменьшает полезную пропускную способность кольца, так как каждое соедине­ние потребляет удвоенную полосу пропускания вдоль всего кольца. Так, в кольце STM-16 можно установить только 16 защищенных по SNC-P соединений VC-4.

Защита MS-SPRing позволяет использовать пропускную способность кольца бо­лее эффективно, так как полоса пропускания не резервируется заранее для каж­дого соединения. Вместо этого резервируется половина пропускной способности кольца, но эта резервная полоса выделяется для соединения динамически, по мере необходимости,то есть после обнаружения факта отказа линии или мультиплексора.

При больших нагрузках время ожидания доступа к шине становится большим и меняется не предсказуемо; 2. Все абоненты имеют равные права, нет приоритетности кадров и станций.

После исчезновения несущей источник выдерживает время 9,6 мк сек, чтобы обеспечить межкадровый интервал. Межкадровый интервал вводится для восстановления состояния всей аппаратуры. Наличие наложения обнаруживается по искажению передаваемой информации. Станция проверяет наложения в «окне наложения», если наложений нет, то источник сможет передать кадр. Если наложение обнаружено, то источник подкрепляет наложение помехой и прекращает передачу. Длительность помехи – 32–48 бит. Задержка в большинстве случаев – случайное количество окон от 1 до 1024. при наличии наложений допускается 15 передач. Задержка до попытки передачи измеряется целым числом окон наложения.

4) начало передачи.

Аппаратное обеспечение сетей.

Сетевые адаптеры, разъемы, кабель.

Сетевой адаптер вставляются в основную плату компьютера (для IВM) и имеет 1 или 2 разъема для подключения кабелей. При использовании последовательного порта RS-232С можно обойтись без адаптера, но эти сети одноразовые.

Кабели – коаксиальный, витая пара, оптоволоконный, радио ehzernet (до 70 км).

Аппаратура: кабель для передачи данных, разъёмы для подключения кабеля, а кабель через Т – коллекторы подключается к сетевым адаптерам. Терминаторы подключаются к открытым концам сети.

Сетевые адаптеры – это специальная плата, вставляемая в спот расширения (в материнской плате).

Используются разные типы кабелей:

- толстый коаксиальный кабель

- тонкий коаксиальный кабель

- не экранированная пара проводов.

Для каждого кабеля используются свои разъёмы и свои способы подключения к сетевому адаптеру. Вид кабеля определяет максимальную длину и максимальное число рабочих станций.

Толстый коаксиальный кабель 10base5.

Диаметр 0,4 дюйма (0,5 дюйма). Волновое сопротивление–50 Ом.

Репитер – повтортель. Два сегмента разделены репитером, в каждом сегменте три рабочие станции, сетевой адаптер не показан, он установлен в материнской плате компьютера. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому кабелю, имеет 3 разъёма, 2 для подключения к толстому коаксиальному кабелю и 1 для подключения трансиверного кабеля.

Ограничение Ethernet на толстом кабеле. Таблица №1.

Параметры.	Значения.
Максимальная длинна сегмента.	500 м.
Максимальное количество сегментов.
Максимальная длинна сети.	2,5 км.
Максимальное количество станций подключаемое к одному сегменту (репитер также считается станцией)
Минимальное расстояние между точками подключения.	2,5 м.
Максимальная длинна трансиверного кабеля.	50 м.

Рис. Логическое кольцо на основе физической шины.

Для обеспечения станциями доступа к физической среде, по шине непрерывно пере­даётся кадр маркера заданного формата. Передача кадра маркера происходит от одной станции к другой. (по последовательности убывания их адресов по стандарту 802.3)

Такая циркуляция кадра маркера формирует логическое кольцо (- - -) физической шины. Последовательность расположения станций в логическом кольце не обязательно должна соответствовать их физическому расположению на шине. Станции не входящие в состав логического кольца (H и F)не могут передавать кадр маркера. Но могут:

1. Принимать кадры данных от других станций

2. Могут отвечать на управляющие кадры

3. Могут включать в логическое кольцо при получении разрешения.

В ЛВС ШМД не предусмотрена станция-монитор, управляющая работой логического кольца. Её функции выполняет в каждый момент времени станция владеющая маркером - называется «станция-держатель маркера». Модель МОС.

Рис. Архитектура ЛВС ШМД

LLC – Управление логическим звеном.

ИМС – интерфейс с модулем сопряжения

ИСС – интерфейсный соединитель

МДС – модуль доступа к среде

ПФС – передача физических сигналов

Вся информация на подуровни МДС должна передаваться в виде кадров и заполнителей (здесь – последовательность 0 и 1) различают кадры трех типов:

1. КД – кадр данных, 2. КМ – кадр маркера, 3. КП - кадр прерывания.

преамбула

НО

УК

АП

АО

Инф.

КПК

КО

- кадр данных

преамбула

НО

0000 1000

АП

АО

Инф.

КПК

КО

Кадр маркера

НО

КО

- кадр прерывания.

КПК – контрольная последовательность кадров.

НО – Начальный ограничитель

УК – указатель кадра.

АП, АО – адрес получателя и адрес отправителя.

Преамбула – предшествует каждому предыдущему кадру данных. Содержит от одного до нескольких байтов символов заполнителей, в зависимости от скорости передачи данных и применяемого метода модуляции сигналов. Обеспечить синхронизацию приёмника. Длительность преамбулы не менее 2 мк/сек.

L	H	H	L	L	H	H	L

Преамбула состоит из символов заполнителей при фазо-непрерывной модуляции сдвига частоты.

НО – начальный ограничитель – его задача открыть вход станции на прием

NN0NN000; N – символ «не данные»

Кодирование символов УДС.

Характеры.	Модуляция
Фазонепрерывная со сдвигом частоты.
Ноль, 0000	HL HL HL HL
Единица 1111	LH LH LH LH
Не данные.	LL HH LL HH
Заполнитель.	LH HL LH HL

N

N

N

N

Рис. Фазонепрерывная модуляция НО со сдвигом частоты Имеются символы,которые не явл-ся ни 0 ни 1.

Поле УК кодируется в зависимости от передаваемого кадра данных.

1. Управление УДС (FF=00)
2. данных (FF=01,10) 01 – УЛЗ; 10 – данные
3. специальные назначения (FF=11) – резерв

В кадре управления УДС в зависимости от вида управления поле УК кодируется следующим образом.

Название кадра	Код	Режим работы сети
Заявка маркера	0000 0000	Инициализация логического конца
Запрос приемника 1 Запрос приемника 2	0000 0001 0000 0010	Логическая и подключении станции
Кто следующий	0000 0011	Восстановление после ошибок
Обозначение соперничества	0000 0100	Логическое подключение станций
Код маркера	0000 1000	Нормальное функционирование
Установить приемника	0001 1000	Логическое подключение станций и восстановление после ошибок

Кадр заявка маркера:

1) Посылается станцией, заменяя отсутствие маркера

Станция отдает маркер и включает таймаут.

Используется при инициализации сети поле данных равно: 02, или 6 интервалов ответа.

Кадр запрос приемника 1

1) Формируются станции держателя маркера.

2) Используются для подключения кольца новых станций.

Поле АП содержит адрес следующей станции (адрес получателя)

Отсутствует поле данных. Одно окно ответа.

Кадр запрос приемника 2.

1) Формируется станцией держателя маркера. Используется для подключения новых станций.

2) Поле АП содержит адрес следующей станции.

3) Отсутствует поле данных.

4) За одним кадром должно следовать два окна ответа, а второе окно для ответа станций с большим номером, чем у держателя маркера.

Станция – держатель маркера с наименьшим номером всегда выдает этот кадр, т.к. нет, и не может быть ответа на запрос приемника 1.

Кто следующий.

1) Формируются станции держателя маркера.

2) Используются в режиме после восстановления ошибок, если в двух маркерах нет активности приемника (предполагается отказ).

3) Адрес АП равен адресу отправителя.

4) Поле данных содержит адрес следующей станции (адрес приемника). Станции должны анализировать и указывать свой адрес.

Обозначение соперничества.

1) Формируется станции держателя станции.

2) Запускается при наличии нескольких ответов на запрос при подключении новых станций.

3) Не содержит поле данных. За ним должно следовать четыре окна ответов:

00 – первое окно;

01 – второе окно;

10 – третье окно;

11 – четвертое окно.

Установитель приемника.

1) Формируется станцией или держателем.

А поле данных содержит адрес следующей или собственной станции.

В кадре данных или поле УК кодируются следующим типом:

00 – Управление ЭДС

FF = 10 – Кадр диспетчера

01 – Кадр УЛЗ

11 – специальное назначение

МММ 000 – запрос, не требующий ответа;

МММ 001 – запрос, требующий ответа;

МММ 010 – ответ.

где МММ – внутри бита.

РРР – бит приоритетности: 000 – низшее, 001 – наивысшее.

Поле АО содержит индивидуальный адрес станции отправителя кадра.

Поле АП индивидуальный адрес получателя кадров или групповой адрес нескольких станций сети, которые предполагают данный кадр.

Длина полей АП и АО – соответствуют 48 бит.

Форматы адресов.

1 7 8

Двух октетный адрес.

И/Г – индивидуальный групповой.

0 – индивидуальный; 1 – групповой.

И/Г

Г/Л

48 бит

Шести октетный адрес.

0 – глобально администрированный

1 – локально администрированный

Формат адресов.

Поле данных в зависимости от кода поля УК содержит следующую информацию.

Поле кодируется NNI NNIIE

NN – поле данных

I 11 – продолжение

Е = 0 – нет ошибок

1 – ошибки

Кадр считывается из условий при выполнении условий.

1) Он не определен физическим уровнем.

Начальный кадр ограничен записью на физическом уровне.

2) Его длина не кратна октету.

Не содержит всех необходимых полей или его полярность заложена в неправильной последовательности.

Отсутствие не требуемой последовательности.

3) Поле УК содержит

4) Поле Е указывает наличие ошибок в кадре.

Кадр прерывания выдается станции, которые говорят передавать.

Выдается тема ретранслятора, при обнаружении неисправности последовательности.

Протокольные операции.

1) Логическое подключение новой станции.

2) Логическое отключение станции.

3) Восстановление ошибок и инициализация кольца, в процессе реализации.

a. Наличие нескольких маркеров,

b. Выход из строя датчиков, и её причина

Если собственный маркер обнаружит кадр указывающий, что в сети есть еще одна станция, владеющая маркером, то держатель маркера уничтожит свой и перейдет в режим прослушивания.

Станция, получившая маркер должна начать передачу данных или передать маркер своему приемнику. Передав, маркер станция прослушивает среду, чтобы убедится в активности своего приемника. При этом могут возникать ситуации.

1) Если приемник активен, то предшественник переходит в режим прослушивания.

2) Если не обнаруживается активность, то он повторяет выдачу маркера.

3) Если в течение 3-х попыток не обнаружена активность приемника, то предполагается его отказ и предшественник выдает кадр, кто следующий с адресом своего приемника поле данных с тремя окнами.

Все станции просматривают поле данных кадра на предмет обнаружения своего предшественника.

Станция, обнаруживая это, выдает установить приемника в адрес отправителя кадра.

Если кадр не обнаружен, то данная станция сама себе выдает кадр, устанавливающий с двумя окнами ответа для определения в сети активных станций. Ответ даст любая активная станция.

Если процесс завершился неудачно, то станция предполагает обрыв кабеля и переходит в режим прослушивания.

Логическое отключение станции. Станция, прежде чем отключится от сети, дожидается прихода маркера, после этого она должна установить приемника, в поле которого находится адрес его приемника.

Вычислительные сети с коммутацией пакетов. Принципы функционирования, области применения.

Техника коммутации пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Эксперименты по созданию первых компью­терных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высо­ким уровнем пульсации скорости передачи данных.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения раз­
биваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые па­
кетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция
данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл
и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до мно­
гих мегабайт. Пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких
пределах, например от 46 до 1500 байт, Каждый пакет снабжается заголовком,
в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета
узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом на­
значения для сборки сообщения (рис. 2.16). Пакеты транспортируются в сети
как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают паке­
ты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг
другу, а в конечном итоге — узлу назначения.

	Источник			Сеть передачи данных			Узел назначения
	Заголовок пакета
	Заголовок сообщения		Заголовок сообщения		Заголовок сообщения
Пакет 1
Заголовок пакета
	Пакет 2
	Заголовок пакета
			Пакет 3

Рис.2.16. Разбиение сообщения на пакеты

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что име­ют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, когда вы­ходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого па­кета.

Ниже перечислены достоинства сетей с коммутацией пакетов:

- высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;

- возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика;

К недостаткам сетей с коммутацией пакетов относится следующие:

- неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная зависимостью задержек в очередях буферов коммутаторов сети от общей загрузки сети;

- переменная величина задержки пакетов данных, которые могут достигать значительных величин в моменты мгновенных перегрузок сети;

- возможные потери данных из-за переполнения буферов.

3. 7-уровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем. Назначение уровней.

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней или слоев. Количество уровней, их названия и содержание зависят от конкретной сети. Цель каждого уровня – предоставление некоторых служб для более высоких уровней, скрывая от них детали реализации предоставляемого сервиса. Ниже первого уровня находиться только физическая среда. Одинаковые уровни на разных машинах в своем взаимодействии используют соглашения, называемые протоколами. Между парой соседних уровней находиться интерфейс, определяющий набор примитивных операция, предоставляемых нижним уровнем верхнему. Набор уровней и протоколов называется архитектурой сети. Детали реализации уровней и спецификации интерфейсов не являются частями архитектуры. Список протоколов, используемых системой по одному протоколу на уровень, называется стеком протоколов.

Программное обеспечение вычислительных сетей – это представление вычислительной сети в виде взаимосвязанных уровней программ. Может быть, от 4 до 7 уровней.

Три основных элемента: 1) Программа пользователей.

2) Программа управления представлениями.

3) Программа управления сеансом.

Совокупность этих тёх программ называется процессом. Задача сети осуществлять взаимодействие процессов реализуемых отдельными абонентскими машинами. Взаимодействие этих процессов производится за счёт массивов информации, существуют эталонные модели: МОС (ISO). МОС – предложила 7 уровневую, иерархическую систему.

Эта модель имеет определённый вид:

Область действия ОС 7. Прикладной уровень.

6. Представительский уровень.

Порт 5. Сеансовый уровень.

4. Транспортный уровень.

Транспортная сеть. 3. Сетевой уровень.

2. Канальный уровень.

1. Физический уровень.

Физический канал.

Информационный канал.

Транспортный канал.

физический канал Информационный канал.

физический канал Транспортный канал.

Информационный канал – это логическая система, состоящая из двух модулей, которые связаны физическим каналом.

Транспортная сеть обеспечивает передачу информации от одной ЭВМ к другой ЭВМ.

Совокупность программной структуры обеспечивает относительную независимость программ друг от друга. Можно совершенствовать один уровень не затрагивая другие. В разных сетях разное количество уровней, от 4 до 7.