Технология ATM - технология передачи ячеек или технология трансляции ячеек

Сетевые технологии

1 Классификация сетей

1. классификация сетей по масштабу:

1. Локальная вычислительная сеть (ЛВС или LAN – Local Area Network) – объединение небольшого числа компьютеров (до 100) в рамках одной организации или предприятия и в ограниченном пространстве (комната, этаж, здание). Такие сети имеют очень широкое распространение благодаря своей мобильности и простоте, служат для автоматизации небольших производственных процессов, взаимодействия отделов и отдельных сотрудников. Компьютеры ЛВС соединяются обычно сравнительно короткими проводами (десятки метров), что даёт высокую скорость передачи информации. Чаще всего топология ЛВС – «звезда», «линия» или «кольцо».

2. Корпоративная или региональная сеть создаётся крупными предприятиями (корпорациями), банками, средствами массовой информации или территориями для обмена информацией между удалёнными абонентами. Эта информация часто специального назначения, поэтому для неё повышены меры защиты и ограничения доступа. Используются как проводные, так и беспроводные средства связи и топология «дерево».

3. Глобальная сеть образуется в результате объединения сетей различного масштаба, использования полного комплекса средств связи и соединений и охватывает информационным полем всю земную поверхность. Сегодня такой сетью является Internet – одно из высших достижений человечества в области информационных технологий.

Классификация сетей по приоритету:

1. Одноранговые сети, в которых все компьютеры и, соответственно, абоненты равноправны по отношению друг к другу. Как правило, это ЛВС для обеспечения совместного использования дисковых ресурсов и периферийного оборудования (принтер, сканер и др.). Это требует высокой степени ответственности абонентов по отношению к защите информации от потерь.

2. Сети «клиент-сервер» имеют более крупный масштаб или это ЛВС, в которой повышены требования к доступу и защите информации. В таких сетях один или несколько компьютеров выделяются для обслуживания потребностей абонентов и называются серверами (от англ. to serve – обслуживать). Они должны обладать высокой производительностью, большими объёмами внутренней и внешней памяти, возможностью постоянной работы, средствами защиты электропитания, часто даже для них не обязательны монитор и клавиатура. Остальные компьютеры сети называются клиентами или рабочими станциями, и им не обязательно иметь жёсткие диски и дисководы. Возможности рабочих станций во многом определяются разрешениями, которые им предоставлены сервером.

Классификация сетей по способу соединения (топологии):

a. линейная сеть, в которой все компьютеры подключены к общему каналу связи (кабелю), содержит только два конечных узла и имеет только один путь между любыми двумя узлами;

b. сеть «кольцо», в которой к каждому узлу подсоединены только две ветви;

c. сеть «звезда», в которой имеется только один промежуточный узел;

d. сеть «дерево», построенная по иерархической модели модели.

2. Концепция архитектуры открытых систем как основа построения цифровых сетей интегрального обслуживания (ISDN)

На этапе 2 развития создается собственно цифровая сеть интегрального обслуживания ISDN (Integrated Services Digital Network), которая объединяет телефонную сеть и СПД с использованием цифровых телефонных каналов. На этом этапе обеспечивается передача речи в цифровой форме по абонентским соединительным линиям.

3 АТМ-технология

Технология ATM - технология передачи ячеек или технология трансляции ячеек

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) - технология передачи данных является одной перспективных технологий построения высокоскоростных сетей (от локальных до глобальных). АТМ - это коммуникационная технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи информации различного типа.

Технология ATM разрабатывалась для передачи всех видов трафика в локальных и глобальных сетях, т.е. передачи разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи. Скорость передачи данных в магистралях ATM составляет 155 Мбит/с - 2200 Мбит/с.

ATM поддерживает физический и канальный уровни OSI. Технология ATM использует для передачи данных технику виртуальных соединений (коммутируемых и постоянных).

В технологии ATM информация передается в ячейках (cell) фиксированного размера в 53 байта, из них 48 байт предназначены для данных, а 5 байт - для служебной информации (для заголовка ячейки ATM). Ячейки не содержат адресной информации и контрольной суммы данных, что ускоряет их обработку и коммутацию.

20-байтовыми адресами приемник и передатчик обмениваются только в момент установления виртуального соединения. Основная функция заголовка сводится к идентификации виртуального соединения. В процессе передачи информации ячейки пересылаются между узлами через сеть коммутаторов, соединенных между собой цифровыми линиями связи. В отличие от маршрутизаторов коммутаторы АТМ выполняют свои функции аппаратно, что ускоряет чтение идентификатора в заголовке ячейки, после чего коммутатор переправляет ее из одного порта в другой.

Малый размер ячеек обеспечивает передачу трафика, чувствительного к задержкам. Фиксированный формат ячейки упрощает ее обработку коммуникационным оборудованием, которое аппаратно реализует функции коммутации ячеек.

Именно, сочетание фиксированного размера ячеек для передачи данных и реализация протоколов ATM в аппаратном обеспечении дает этой технологии возможность передавать все типы трафика по одним и тем же системам и линиям связи.

Телекоммуникационная сеть, использующая технологию АТМ, состоит из набора коммутаторов, связанных между собой. Коммутаторы АТМ поддерживают два вида интерфейсов: UNI (UNI - user-network interface) и NNI (NNI - network-network interface). Пользовательский интерфейс UNI (пользователь - сеть) используется для подключения к коммутатору конечных систем. Межсетевой интерфейс NNI (сеть - сеть) используется для соединений между коммутаторами.

Коммутатор АТМ состоит:

§ из коммутатора виртуальных путей;

§ из коммутатора виртуальных каналов.

Коммутатор АТМ анализирует значения идентификаторов виртуального пути и виртуального канала ячейки, которая поступает на его вход и направляет ячейку на один из его выходных портов. Номер выходного порта определяется динамически создаваемой таблицей коммутации.

Для передачи данных в сети АТМ формируется виртуальное соединение. Виртуальное соединениеопределяется сочетанием идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального канала. Идентификатор позволяет маршрутизировать ячейку для доставки в путь назначения, т.е. коммутация ячеек происходит на основе идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального канала, определяющих виртуальное соединение. Несколько виртуальных путей составляют виртуальный канал.

Виртуальный канал является соединением, установленным между двумя конечными узлами на время их взаимодействия, а виртуальный путь – это путь между двумя коммутаторами.

При создании виртуального канала, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения пункта назначения. По одному и тому же виртуальному пути может передаваться одновременно трафик множества виртуальных каналов.

Физический уровень

Физический уровень аналогично физическому уровню OSI определяет способы передачи в зависимости от среды.

Стандарты ATM для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи, и как биты преобразовывать в ячейки.

На физическом уровне ATM используют цифровые каналы передачи данных, с различными протоколами, а в качестве линий связи используются: кабели "витая пара", экранированная "витая пара", оптоволоконный кабель.

Канальный уровень (уровень ATM + уровень адаптации)

Уровень ATM вместе с уровнем адаптации примерно эквивалентен второму уровню модели OSI. Уровень ATM отвечает за передачу ячеек через сеть ATM, используя информацию их заголовков. Заголовок содержит идентификатор виртуального канала, который назначается соединению при его установлении и удаляется при разрыве соединения.

Преимущества:

§ одно из важнейших достоинств АТМ является обеспечение высокой скорости передачи информации;

§ АТМ устраняет различия между локальными и глобальными сетями, превращая их в единую интегрированную сеть;

§ стандарты АТМ обеспечивают передачу разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи.

Недостатки:

§ высокая стоимость оборудования, поэтому технологии АТМ тормозится наличием более дешевых технологий;

§ высокие требования к качеству линий передачи данных.

4 Топологические структуры сетей

4. ТОПОЛОГИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Существует бесконечное число способов соединения компьютеров. Топология сети – геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению к друг другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Различают три основных вида топологии: 1) Звезда; 2) Кольцо; 3) Шина. ШИННАЯ ТОПОЛОГИЯ При построении сети по шинной схеме каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

Шина проводит сигнал из одного конца сети к другому, при этом каждая рабочая станция проверяет адрес послания, и, если он совпадает с адресом рабочей станции, она его принимает. Если же адрес не совпадает, сигнал уходит по линии дальше. Если одна из подключённых машин не работает, это не сказывается на работе сети в целом, однако если соединения любой из подключенных машин м нарушается из-за повреждения контакта в разъёме или обрыва кабеля, неисправности терминатора, то весь сегмент сети (участок кабеля между двумя терминаторами) теряет целостность, что приводит к нарушению функционирования всей сети.

ТОПОЛОГИЯ «КОЛЬЦО» Эта топология представляет собой последовательное соединение компьютеров, когда последний соединён с первым. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них приводит к нарушению работы всей сети.

ТОПОЛОГИЯ «ЗВЕЗДА» Топология «Звезда» - схема соединения, при которой каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Один конец кабеля соединяется с гнездом сетевого адаптера, другой подсоединяется к центральному устройству, называемому концентратором (hub).

Устанавливать сеть топологии «Звезда» легко и недорого. Число узлов, которые можно подключить к концентратору, определяется возможным количеством портов самого концентратора, однако имеются ограничения по числу узлов (максимум 1024). Рабочая группа, созданная по данной схеме может функционировать независимо или может быть связана с другими рабочими группами.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ТОПОЛОГИИ 1. «Звезда-Шина» - несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины.

2. Древовидная структура.

3. «Каждый с каждым»

4. Пересекающиеся кольца

5. «Снежинка»

Достоинства	Недостатки
1) Отказ любой из рабочих станций не влияет на работу всей сети. 2) Простота и гибкость соединений. 3) Недорогой кабель и разъемы. 4) Необходимо небольшое количество кабеля. 5) Прокладка кабеля не вызывает особых сложностей.	1) Разрыв кабеля, или другие неполадки в соединении может исключить нормальную работу всей сети. 2) Ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций. 3) Трудно обнаружить дефекты соединений. 4) Невысокая производительность. 5) При большом объеме передаваемых данных главный кабель может не справляться с потоком информации, что приводит к задержкам.

Достоинства	Недостатки
1) Подключение новых рабочих станций не вызывает особых затруднений. 2) Возможность мониторинга сети и централизованного управления сетью 3) При использовании централизованного управления сетью локализация дефектов соединений максимально упрощается. 4)Хорошая расширяемость и модернизация.	1) Отказ концентратора приводит к отключению от сети всех рабочих станций, подключенных к ней. 2) Достаточно высокая стоимость реализации, т.к. требуется большое количество кабеля.

1 5 Режимы маршрутизации; адаптивная маршрутизация

Режимы маршрутизации

Маршрутизация (англ. Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Адаптивная маршрутизация учитывает и изменение загрузки, и изменение топологии сети. При выборе маршрута информация из таблицы маршрутов дополняется данными о работоспособности и занятости каналов связи, оперативной информацией о существующей очереди пакетов на каждом канале. В локальном варианте этой маршрутизации учитываются данные только о каналах, исходящих из текуще го узла, а при распределенной адаптивной маршрутизации и данные, получаемые от соседних узлов коммутации

6. Архитектура узлов управления и коммутации ISDN

Интерфейс базового уровня

Интерфейс базового уровня (англ. Basic Rate Interface, BRI) — предоставляет для связи аппаратуры абонента и ISDN-станции два B-канала и один D-канал. Интерфейс базового уровня описывается формулой 2B+D. В стандартном режиме работы BRI могут быть одновременно использованы оба B-канала (например, один для передачи данных, другой для передачи голоса) или один из них. При одновременной работе каналов они могут обеспечивать соединение с разными абонентами. Максимальная скорость передачи данных для BRI интерфейса составляет 128кб/с. D-канал используется только для передачи управляющей информации. В режиме AO/DI (Always On/Dynamic ISDN) полоса 9,6 кбит/c D-канала используется в качестве постоянно включённого выделенного канала X.25, как правило, подключаемого к Интернет. При необходимости используемая для доступа к Интернет полоса расширяется путём включения одного или двух B-каналов. Этот режим, хотя и стандартизирован (под наименованием X.31), не нашёл широкого распространения. Для входящих соединений BRI поддерживается до 7 адресов (номеров), которые могут назначаться различными ISDN-устройствами, разделяющими одну абонентскую линию. Дополнительно обеспечивается режим совместимости с обычными, аналоговыми абонентскими устройствами — абонентское оборудование ISDN, как правило, допускает подключение таких устройств и позволяет им работать прозрачным образом. Интересным побочным эффектом такого «псевдоаналогового» режима работы стала возможность реализации симметричного модемного протокола X2 (англ.) фирмы US Robotics, позволявшего передачу данных поверх линии ISDN в обе стороны на скорости 56 кбит/c.

Наиболее распространённый тип сигнализации — Digital Subscriber System No. 1 (DSS1), также известный как Euro-ISDN. Используется два магистральных режима портов BRI относительно станции или телефонов — S/ТЕ и NT. Режим S/ТЕ — порт эмулирует работу ISDN телефона, режим NT — эмулирует работу станции. Отдельное дополнение — использование ISDN-телефона с дополнительным питанием в этом режиме, так как стандартно не все порты (и карты HFC) дают питание по ISDN-шлейфу (англ. inline power). Каждый из двух режимов может быть «точка-многоточка» (англ. point-to-multi-point, PTMP) он же MSN (англ. Multiple Subscriber Number), или «точка-точка» (англ. point-to-point, PTP).
В первом режиме для поиска адресата назначения на шлейфе используются номера MSN, которые, как правило, совпадают с выделенными провайдером телефонии городскими номерами. Провайдер должен сообщить передаваемые им MSN. Иногда провайдер использует так называемые «технические номера» — промежуточные MSN.
Во втором режиме BRI-порты могут объединяться в транк — условную магистраль, по которой передаваемые номера могут использоваться в многоканальном режиме.