Коммуникационные подсети

Коммуникационные подсети

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра вычислительной техники

Расчётно-графическая работа

по дисциплине «Сети и ЭВМ»

на тему

«Коммуникационные подсети »

Группа: АМ-110

Студент: (((((

Преподаватель: Мищенко В.К.

Новосибирск, 2004

Содержание

1. Общие характеристики подсетей 3

1.1 Коммуникационная подсеть 3

2. Одноузловая коммуникационная подсеть 6

3. Многоузловая коммуникационная подсеть 9

3.1. Моноканал 11

3.2 Поликанал 15

4. Циклическое кольцо 19

Литература 22

1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДСЕТЕЙ

Коммуникационная подсеть представляет собой совокупность физической

среды, программных и аппаратных средств, обеспечивающих передачу информации

между группой абонентских систем. Рассматриваемая подсеть является важным

компонентом информационно-вычислительной сети. В соответствии с этим к ней

предъявляются требования, основные из которых сводятся к следующим:

- высокая надежность передачи блоков данных

- небольшая стоимость передачи

- высокая скорость передачи

- износоустойчивость и долговечность оборудования

- малые потери информации

- минимальный штат обслуживания

- передача данных, закодированных любым способом.

До сих пор коммуникационные подсети в основном использовались для передачи

информации между такими абонентами, как ЭВМ и терминалы. Параллельно этому

существуют телевизионная, телефонная, телеграфная и телетайпная сети. И

каждая из них предназначена для определенного вида информации. В последние

годы начался переход на передачу любой информации в дискретной форме. Это

открыло возможность создания интегрированных, коммуникационных подсетей, к

которым подключаются различные типы абонентов.

4 Коммуникационная подсеть

Любая коммуникационная подсеть предназначена для обеспечения различных форм

взаимодействия абонентских систем друг с другом. Точки подключения систем к

рассматриваемой сети определяются интерфейсом коммуникационной подсети. Для

всех абонентских систем этот интерфейс один и тот же. Однако в последнее

время в коммуникационную подсеть стали включать дополнительные функции,

связанные с преобразованием нестандартных интерфейсов в интерфейс

коммуникационной подсети. Такие подсети именуются интеллектуальными.

Первоначально через коммуникационную подсеть передавалась информация,

предоставляемая либо потребляемая ЭВМ и терминалами. Теперь же все чаще

через ту же подсеть направляют звукограммы, речь, графические и даже

телевизионные изображения. Естественно, что любая подсеть должна

обеспечивать различные формы передачи данных, включающие: диалоговые

посылки, файлы, сообщения и большие массивы информации. Коммуникационную

подсеть определяют четыре основные характеристики: трафик, надежность

передачи, время установления сквозного (через подсеть) соединения, скорость

передачи блоков данных.

Абонентская система

В соответствии с определением коммуникационной подсети выделим пять ее

типов: одноузловая, многоузловая, моноканальная, поликанальная, циклическое

кольцо.

[pic]

[pic]

Рис. 1. Главные компоненты ИВС

[pic]

[pic]

Абонентская система

[pic]

Рис. 2. Типы локальных коммуникационных подсетей

. Эта классификация определяется характером доставки блоков данных от

абонентской системы-отправителя к абонентской системе-получателю. Что же

касается топологии, то указанные типы подсетей могут иметь одинаковую

форму. Так, из рис..2 видно, что кольцевую форму могут иметь многоузловая

подсеть, моноканал и циклическое кольцо.

Каждая из пяти типов подсетей (рис.2) имеет свои преимущества и недостатки.

Поэтому среди них нельзя выделить лучшую. Каждая хороша в своей области,

определяемой требованиями, предъявляемыми к подсети.

В коммуникационной подсети следует различать два понятия скорости передачи.

Первое из них физическая скорость передачи данных по каналу. Она

определяется числом бит, передаваемых в секунду по конкретному каналу.

Вторая скорость именуется сквозной. Она характеризуется числом блоков

данных в секунду, передаваемых между рассматриваемой парой точек интерфейса

подсети (например, между точками а, б, рис.1). Эта скорость является

главной, ибо она определяет скорость передачи блоков данных сквозь всю

подсеть. А именно эта скорость в первую очередь определяет быстродействие

коммуникационной подсети. Для удобства сравнения с физической скоростью

сквозная скорость часто пересчитывается в биты в секунду.

Так, в одной из локальных сетей [101] физическая скорость передачи данных

по каналу равна 3 Мбит/с. Однако сквозная скорость (в пересчете на мегабиты

в секунду) составляет лишь 0,6 Мбит/с.

На сквозную скорость влияют многие факторы (табл. 3.1). Анализ их

показывает, как велики возможности повышения сквозной скорости.

Следует отметить, что сквозная скорость определяет второй временной

фактор быстродействия коммуникационной подсети время сквозного прохода

блока данных через (сквозь) эту подсеть. Действительно, легко, себе

представить подсеть, в точках интерфейса которой данные проходят быстро,

например со скоростью 1 Мбит/с. Однако если подсеть создана не оптимально,

то блок данных может проходить сквозь нее в течение недопустимо долгого

времени, например 0,5 с.

Важной характеристикой коммуникационной подсети является используемая в ней

физическая среда:

-эфир,

-световод,

-коаксиальный кабель

-скрученная пара проводов

-плоский кабель и т. д.

На этой основе создается канал совокупность физической среды и

каналообразующих аппаратных средств, соединяющая две системы. Примеры

каналов, используемых в коммуникационных подсетях, рассматриваются ниже.

Инфракрасный канал является в сетях новым типом канала, использующим эфир.

Он удобен для получения высоких скоростей передачи на небольшие расстояния.

Примером такого канала является разработка, выполненная фирмой Datapoint.

Созданный ею для передачи данных аппарат имеет мощность всего 1 мкВт, но

обеспечивает при помощи некогерентного инфракрасного излучения передачу

дискретных данных при прямой видимости на расстояние до 3 км со скоростью

2,5 Мбит/с.

Таблица №1 Факторы влияющие на сквозную скорость.

|Фактор |Его характеристика |

|Количество абонентских систем |Длина канала определяет время |

|Структура станций |распространения по нему сигнала; |

| |повторители, расщепители и другие |

| |компоненты канала вносят |

| |дополнительные задержки |

|Топология |Чем больше систем, тем значительнее |

| |потери времени на согласование их |

| |работы в сети |

| |Эффективность структуры, число и |

| |расположение буферов памяти, степень |

| |аппаратной реализации функций, |

| |быстродействие микропроцессоров влияют|

| |на скорость работы станции |

|Величина трафика |Число и частота передач увеличивают |

| |потери времени на управление передачей|

|Число ошибок передачи |Потери времени на проверку, переспрос |

| |и повторную передачу блоков данных |

|Эффективность заполнения блоков |Чем больше в блоке данных упаковано |

|данных |информационных бит, тем меньше число |

| |необходимых блоков |

|Объем операций управления |Минимизация обработки прерываний, |

| |сообщений о передаче, |

| |упаковки/разупаковки позволяет |

| |уменьшить потери времени |

|Интерфейс абонента |Качество и скорость передачи данных |

| |между станцией и абонентом также |

| |определяют возможные потери скорости |

Микроволновый канал позволяет передавать информацию на расстояния до 15—20

км (при обеспечении прямой видимости). Здесь скорости достигают 20 Гбит/с.

Быстродействующим, надежным и эффективным при больших потоках данных

является световодный канал, в котором в качестве физической среды

используется сверхпрозрачное стекловолокно. Простейший световод состоит из

кварцевой сердцевины диаметром 50—70 мкм, окруженной тонкой пленкой из

стекла со значительно меньшим коэффициентом преломления, чем сердцевина.

Это позволяет отражать световые волны внутрь стеклянного волокна, не

выпуская их наружу. Нередко кварцевая сердцевина световода покрывается

пластмассой. Такие световоды дешевле, на менее надежны в работе. В отличие

от них стеклянные волокна не подвержены влиянию влаги и температуры, не

стареют.

Пропускная способность световодного канала очень высока. Ее теоретический

предел определяется десятками триллионов бит в секунду, а практически

достигнутая скорость уже равна 2,41 Гбит/с [123]. Излучение света в этом

канале осуществляется микролазером либо светоизлучающим диодом. Прием света

обеспечивается полупроводниковым фотодиодом.

Преимуществами световодного канала являются надежность, отсутствие

взаимных помех в пучке световодов, невосприимчивость к помехам мощных

энергетических систем и сетей электросвязи. Световоды имеют малый размер,

небольшую массу и хорошо защищены от несанкционированного доступа. Вместе с

тем внедрение световодных каналов сдерживается серийным производством

сверхпрозрачных стеклянных и кварцевых волокон.

Одноузловая коммуникационная подсеть

[pic]

Рис. 3. Одноузловая коммуникационная подсеть

Одноузловая коммуникационная подсеть состоит (рис.3) из одной

коммуникационной системы (заштрихованный кружок) и группы абонентских

каналов, каждый из которых соединяет абонентскую систему с

коммуникационной. Этим и определяется название подсети. Каждый канал

заканчивается аппаратурой передачи данных, к которой с наружной части

подсети подключаются абонентские системы (пунктирные прямоугольники А—Д).

Точки подключения абонентских систем к аппаратуре передачи данных,

определяют интерфейс коммуникационной подсети. Естественно, что одноузловая

подсеть может иметь только одну форму звездообразную.

Логическая структура одноузловой коммуникационной подсети,

соответствующая схемам, представленным на рис.4.

[pic]

Рис. 4. Логическая структура одноузловой подсети

Она состоит из коммуникационной системы и пяти (А—Д) групп двухточечных

физических соединений. Каждая группа соединений (как и на рис. 3.3)

заканчивается аппаратурой передачи данных, изображенной здесь полукругом.

Группа физических соединений с парой аппаратур передачи данных,

расположенных по концам соединений, представляет канал. В точках интерфейса

подсети к ней могут подключаться абонентские системы(А-Д).

Коммуникационная система выполняет протоколы всех семи уровней области

взаимодействия открытых систем. Однако при основном управлении, связанном с

передачей информации между абонентскими системами, используются протоколы

только трех нижних уровней: сетевого, канального и физического. Что же

касается административного управления подсетью, то здесь используются

протоколы всех семи уровней.

Функции сетевого (3), канального (2) и физического (1) уровней в"

коммуникационной системе непосредственно связаны с каналами. Над тремя

уровнями находится общий для всех них сетевой процесс. Этот процесс

обеспечивает маршрутизацию информации: и выполняет функции соединения

каналов для передачи по ним пакетов.

Современная коммуникационная система, как правило, состоит из группы

практически одинаковых микропроцессорных блоков; (рис.5). Один из них

специализируется на выполнении административных функций (сбор статистики,

диагностика системы, выдача отчетов о работе). Остальные блоки 1—D

выполняют функции, связанные с маршрутизацией и коммутацией информации.

Число коммуникационных блоков зависит от размеров создаваемой

коммуникационной подсети. В случае необходимости, при увеличении размеров

подсети, в коммуникационную систему добавляется необходимое число

коммуникационных блоков.

[pic]

Рис. 5. Структура коммуникационной сиситемы

Блоки коммуникационной системы соединяются одной либо, для надежности,

двумя общими шинами. Интересна идея использования здесь не многопроводной

шины, а одного коаксиального кабеля. Она связана с тем, что шина является

сложным образованием, управляющим обменом информацией между

микропроцессорами. И выход ее из строя приводит к серьезным последствиям.

Что же касается коаксиального кабеля, то он является пассивным

высоконадежным элементом.

Операторское управление (передача команд, загрузка и перегрузка программ,

диагностика и т. д.) коммуникационной системой может осуществляться там же,

где система расположена. Для этого административный блок имеет (рис. 3.5)

дисплей и печатающее устройство. Вместе с тем административное управление

коммуникационной системой может осуществляться и из другого удобного для

этого места. Тогда дисплей и печатающее устройство оказываются ненужными, а

операторское управление системой осуществляется дистанционно.

Пример мультимикропроцессорной коммуникационной системы показан на

рис. 6. Она состоит из одинаковых микропроцессоров, подключенных к двум

кольцевым шинам. Структура такой системы включает до 64 микропроцессоров.

Из них два — административных (типа А) и 62 микропроцессора —

коммуникационных (типа К). Каждый из микропроцессоров работает с

оперативной памятью от 64 до 256 Кбайт и набором контроллеров.

Процессоры типа А имеют контроллеры, обеспечивающие подключение к

каждому из них одного либо двух гибких дисков. В основном управлении диски

не участвуют. С них осуществляется загрузка программ и на них собирается

статистика работы комму-шикационной системы.

[pic]

Рис. 6. Коммуникационная система с кольцевыми шинами.

В отличие от процессоров типа А процессоры типа К подключены к

контроллерам взаимодействия с каналами. Кроме того, процессоры различных

типов имеют, естественно, разное программное обеспечение.

Микропроцессоры типа А (основной и резервный) необходимы для

административного управления коммуникационной системой. При выполнении этих

функций они взаимодействуют с оператором управления коммуникационной

подсетью.

Микропроцессоры типа К управляют каналами и обеспечивают маршрутизацию

пакетов. Каждый процессор в зависимости от скорости передачи данных может

взаимодействовать с числом каналов, достигающим 16. При этом скорость

передачи по двум каналам равна 64000 бит/с, а при передаче по 16 каналам

она уменьшается до 50 бит/с. Микропроцессоры типа К выполняют функции,,

определяемые протоколами трех уровней: сетевого, канального и физического.

Все микропроцессоры взаимодействуют с основной и резервной кольцевыми

шинами. Для небольших коммуникационных систем используются простые, но

относительно медленные шины, каждая из которых передает информацию со

скоростью 100 Кбит/с. В больших коммуникационных системах применяются

высокоскоростные шины, быстродействие которых равно 8 Мбит/с.

Первой звездообразной подсетью, которая стала широко использоваться в

различных организациях, является учрежденческая телефонная сеть. Она

состоит из автоматической телефонной станции (АТС), связанной абонентскими

каналами с телефонными аппаратами.

С точки зрения способа управления коммутацией и формы коммутируемых

сигналов АТС прошла три этапа развития На первом из них в АТС

использовались механические устройства. Но на втором этапе они были

заменены микропроцессорами, Это повысило надежность и быстродействие АТС,

позволило добавить новые виды телефонного сервиса: переадресация телефонных

аппаратов, повторные вызовы, передача сигналов в обусловленное время и т.

д. Однако в основном сеть оставалась прежней и обеспечивала передачу

аналоговой информации.

Недостатки. Достоинства:

Одноузловая коммуникационная подсеть имеет ряд преимуществ, отличающих ее

от других типов подсетей. Главными из них являются:

- низкая стоимость включения абонентских систем в сеть,

- возможность использования имеющихся каналов и каналообразующих

компонентов учрежденческих АТС,

- применение типовых коммуникационных систем,

- возможность одновременной передачи данных и речи,

- использование простой физической среды

- скрученных пар

проводов.

Наряду с этим одноузловая подсеть обладает и определенными недостатками.

Основным из них является наличие уязвимой (в смысле надежности) точки —

узла. Это приводит к тому, что все компоненты узла должны иметь необходимый

резерв, а диагностические программы

- быстро находить неисправности и подключать резервные компоненты. Кроме

того, недостатками одноузловой подсети являются:

- ограниченные скорости передачи данных,

- большая суммарная длина каналов.

3. Многоузловая коммуникационная подсеть

Страницы: 1, 2