Сетевые технологии в телекоммуникациях

Сетевые технологии в телекоммуникациях

6. Режимы работы двухмашинного управляющего комплекса (ДУК)

ДУК состоит из 2х идентичных ЭУМ (ЭУМ1 и ЭУМ2),каждая из которых через УС ИС связана со своим периферийным интерфейсом, к которому подключены все периферийные устройства ИС (в централизованной ЭУМ), или через СА – со своим системным интерфейсом, к которому подключены все ПУУ (В иерархической ЭУМ).

Применяются следующие работы ДУК: автономный, синхронный и разделения нагрузки.

При работе ДУК в автономном режиме одна из исправных ЭУМ (основная) выполняет возложенные на ЦУУ функции, связанные с обслуживанием всех поступающих вызовов, а другая ЭУМ (резервная) находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить основную ЭУМ. При этом резервная ЭУМ либо не решает никаких задач, либо решает контрольные задачи, а основная ЭУМ периодически переписывает из своего ОЗУ информацию о всех соединениях, установленных для обслуживаемых вызовов, в общее с резервной ЭУМ внешнее ЗУ. При выходе из строя основной ЭУМ обслуживание вызовов, о которых имеется информация в ВЗУ, продолжается резервной ЭУМ. Остальные вызовы, находившиеся на обслуживании основной ЭУМ в момент ее отказа, теряются.

Применение синхронного режима работы ДУК связанно с высокими требованиями к достоверности обработки вызовов. При синхронном режиме обе ЭУМ параллельно обрабатывают один и тот же вызов и на определенных этапах обработки сравнивают полученные результаты. Сравниваемые в некоторый момент результаты, полученные обеими ЭУМ, должны относиться к одному и тому же моменту процесса обработки вызова. Однако параллельная работа обеих ЭУМ сама по себе еще не обеспечивает требуемой синхронности, так как вследствие разброса временных параметров элементов обеих ЭУМ одна из них всегда будет работать несколько быстрее чем другая. В результате обе ЭУМ с течением времени «разойдутся» и будут в один и тот же момент выполнять разные команды и даже разные программы. Для этого необходимо принять специальные меры по синхронизации работы ДУК. Основной проблемой при работе ДУК в синронном режиме является организация связи ЭУМ с ПУ и ВУ. Эта проблема возникает в связи с невозможностью одновременного приема одним ПУ сообщений от двух ЭУМ и асинхронным характером работы ВУ. Обычно эта проблема решается путем разделения ДУК на активную и пассивную ЭУМ. Активная ЭУМ имеет доступ к ПУ как для приема, так и для передачи информации. Пассивная ЭУМ может только получать информацию от ПУ одновременно с активной ЭУМ.

В режиме разделения нагрузки обе ЭУМ управляющего комплекса осуществляют обработку различных вызовов параллельно. При этом они полностью равноправны как по выполняемым функциям, так и по отношению к ПУУ и ВУ, т. Е. они могут независимо друг от друга обращаться к ПУУ и ВУ с целью приема и передачи информации. Независимая работа обеих ЭУМ в режиме разделения нагрузки создает конфликтные ситуации при одновременном обращении двух ЭУМ к одним и тем же ПУ, ЗУ и к информации в основной памяти каждой ЭУМ о состоянии общедоступных ресурсов ИС. Для исключения подобного рода конфликтов обе ЭУМ работают во времени со сдвигом по фазе. Сдвиг фаз работы ЭУМ выбирается так, что когда одна ЭУМ производит обмен информацией с ПУ, другая ЭУМ обрабатывает ранее принятую от ПУ информацию. Фазы обмена информацией и ее обработки в каждой ЭУМ могут начинаться только по окончании соответствующих фаз во второй ЭУМ. В связи с этим в каждой ЭУМ возникают периоды ожидания, в течение которых она не выполняет полезной работы.

7. Концентраторы и сетевые адаптеры

Концентратор.

Является центром сети, либо точкой соприкосновения сетей, использующих звездаобразную топологию. Могут выполнять широкий спектр функций и иметь различные корнструктивные решения в зависимости от области применения. Концентраторы позволяют соединять различные типы кабелей и распределять данные по различным сегментам сети. Принимают сигналы с одного порта и распространяют его по назначению. Все концентраторы обладают стандартным набором функциональных возможностей, которые частично определяются типом используемого кабеля. Большинство концентраторов оборудованы светодиодами с помощью которых можно отслеживать состояние устройства.

Типы концентраторов:

1)Пассивные (повторители). Они безучастны к данным передаваемым устройствами, не значительно повышают производительность локальной сети и не обеспечивает поиск вышедшего из строя оборудования.

2)Активные. Помимо обычной ретрансляции данных выполняют: 1)проверку доставки данных по назначению

2)анализируют данные перед их ретрансляцией и в случае необходимости восстанавливают поврежденные пакеты, изменяют время доставки других пакетов. Эта технология называется передачей с промежуточным накоплением. 3)усиливает ослабленный сигнал до требуемого уровня. 4)изменяется порядок доставки пакетов

3)интеллектуальный. Выполняет тоже что и активные, а также: 1)позволяет управлять сетью из центральной точки. 2)позволяет работать с устройствами, которые поддерживают различные скорости передачи данных. Т 3)имеют дополнительные порты для подключения к высокоскоростной магистрали. 4)поддерживает работу всех остальных сетевых устройств.

Сетевые адаптеры.

Являются устройствами канального уровня. Совместно со своим драйвером реализуют 2ой уровень модели OSI в оконечном узле сети.

Канальный уровень делится в локальных сетях на 2 подуровня:

1)подуровень логической передачи данных LLC

2)подуровень управления доступом к среде MAC

LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем.

MAC подуровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжении той или иной станции сети.

Сетевые адаптеры совместно с драйвером выполняют 2 операции: передача и прием кадров данных.

Передача кадра с компьютера в кабель состоит из: 1)прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией MAC уровня.

2)оформление кадра данных MAC уровня в которой инкапсулирует кадр LLC, а также заполняются адреса назначения и источника и вычисляет контрольные суммы.

3)формирование символов кадров – этот этап поддерживает не всеми протоколами.

4)выдача сигнала в кабель в соответствии с принятым линейным кодом.

Прием кадра из кабеля в компьютер:

1)прием сигнала из кабеля

2)выделение сигналов на фоне шума.

3)если протоколам сети поддерживается кодирование, то на этом этапе осуществляется декодирование.

4)проверка контрольной суммы кадра. Если она не верна, то из MAC кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх протоколу LLC после чего кадр LLC помещается в буфер ОП.

8. Мосты и коммутаторы.

Мосты.

Работают на канальном уровне, объединяют 2 локальные сети и передают кадры в соответствии с присвоенными MAC адресами.

Различают удаленные и локальные мосты

Удаленный мост по медленному каналу устанавливает соединение между двумя локальными сетями.

Локальный мост устанавливает соединение между двумя смежными локальными сетями.

При выборе локального моста основное внимание уделяется производительности, а для удаленного – его возможность передачи данных по линии большой длины.

В связи с тем что мосты работают только с MAC адресами и физической топологией сети они сложнее поддаются управлению, поэтому они используются в небольших простейших сетях.

Также различают прозрачные мосты и мосты с маршрутизацией.

Прозрачные используются для установления соединения между сегментами Ethernet. В данном случае мост ретранслирует трафик между различными сегментами получателя, благодаря этому снижается интенсивность трафика сети. Для каждого моста создается список MAC адресов устройств, подключенных к определенному фонду. Если устройство изменяет свое расположение в сети, то каждая запись списка обновится через определенное время. При этом каждый раз после получения кадра с известного MAC адреса соответствует счетчик моста запуск заново, т. е. обновляется.

Основной отличительной особенностью прозрачных мостов является их попытки подключиться к одному сетевому сегменту различных компьютеров.

Мосты с маршрутизацией не принимают никаких решений относительно способа трансляции пакетов и не ведут списки MAC адресов. В данном случае каждому мосту присваивается уникальное число – идентификатор моста, а каждой локальной сети уникальный идентификатор этой сети.

Коммутаторы.

Основная функция заключается в разбиении больших перегруженных сетей на более управляемые подсети меньших масштабов. Благодаря их использования не возникает очереди на право передачи данных по перегруженному сегменту сети.

Достоинства коммутаторов: 1)высокое общее быстродействие.2)электронная логика (интеллектуально подходит к выбору способа передачи данных).3)обеспечивает подключение большого количества устройств.

Различают коммутаторы: 1)на коммутационной матрице – обеспечивает основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов. Недостатки: сложная реализация, отсутствует буферизация данных внутри матрицы. Достоинства: высокая скорость коммутации и регулирующая структура.

2)с общей шиной

Процессоры портов связаны высокоскоростной шиной в режиме разделения времени. Нет промежуточной буферизации данных но, так как данные кадра разбиты на небольшие ячейки, то задержки с ожиданием доступности выходного порта в такой ситуации нет.

3)с разделяемой памятью. Входные блоки процессоров портов соединяются с переключаемым входом разделяемой памяти, а выходные блоки этих же процессоров портов соединяются с переключаемым выходом этой памяти. Переключением входов и выходов разделяемой памяти управляет менеджер очередей выходных портов, который организует несколько очередей данных по одной для каждого выходного порта. Входные блоки процессоров передают менеджеру запросы на запись данных в очередь в очередь того порта, который соответствует адресу назначения пакета. Менеджер по очереди подключает входы памяти к одному из входов блоков процессоров откуда переписывается часть данных кадра в очередь определяющую выход порта. По мере запоминания очередей менеджер производит поочередное подключение выходов разделяемой памяти к выходным блокам процессоров портов и данные из очереди переписывются в выходной буфер процессоров.

4)комбинированные

Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов выполненных на основе микросхем, которая реализует структуру коммутационной матрицы. Если кадр данных передается между портами принадлежащими одному модулю, то его передача осуществляется на основе коммутационной матрицы этого модуля. Если порты принадлежат разным модулям, то процессоры общаются по общей шине.

9. Маршрутизаторы.

Различают задачи сетевого уровня. Основной из которых является маршрутизация – передача пакетов между двумя конечными узлами составной сети. Например: 20 20 маршрутизаторов объединяют 18 стей в общую сеть. Маршрутизаторы имеют минимум по 2 порта, которые присоединяют сети. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети. При этом он имеет свой собственный сетевой адрес и локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена, но как единое целое устройство маршрутизатор не имеет ни сетевого ни локального адреса.

Маршрут – последовательный маршрут который должен пройти пакет от отправителя к получателю.

Чтобы по адресу сети назначения можно было бы выбрать рациональный маршрут дальнейшего следования пакета, каждый конечный узел и маршрутизатор анализируют специальную информацию информационную структуру которая называется таблицей маршрутизации. Для автоматического построения таблиц маршрутизации, маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом, который называется протоколом маршрутизации.

Различные алгоритмы построения таблиц маршрутизации:

1)алгоритм фиксированной или статической маршрутизации. Все записи в таблице являются постоянными. Таблица создается в процессе загрузки и используется без изменений, причем все записи вносятся вручную администратором. Все изменения вносятся администратором вручную.

2)алгоритм простой маршрутизации. Таблицы маршрутизации либо вообще не используются либо строятся без участия протоколов маршрутизации. 3 этапа: 1)случайная маршрутизация, когда прибывший пакет посылается в первом попавшем случайном направлении, кроме исходного. 2)лавинная маршрутизация, когда широковещательно пакет посылается по всем возможным направлениям кроме исходного. 3)маршрутизация по предыдущему опыту, в данном случае осуществляется с использованием таблицы, а таблицы заполняются по предыдущему опыту.

3)адаптивной или динамической маршрутизации. Используется таблица маршрутизации и обеспечивается автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети. При этом главным принципом остается рациональность и простота реализации маршрута.

Функции маршрутизации могут быть разбиты на 3 группы в соответствии с уровнями модели OSI: 1)уровень интерфейсов. На нижнем уровне, маршрутизатор, как и другое устройство подключенное к сети, обеспечивает физический интерфейс со средой передачи. Согласование уровня электрического сигнала, кодирование и т. д., т. е. все функции физического и канального уровней по передаче кадра.2)уровень сетевого протокола. Сетевой протокол извлекает из пакета заголовок сетевого уровня и анализирует содержимое его полей.

2 основные функции маршрутизатора: 1)фильтрация трафика – разбор и анализ отдельных частей пакетов. 2)определяет маршрут пакетов. 3)уровень протоколов маршрутизации – создание и ведение таблиц маршрутизации.

10. Технология Ethernet

Ethernet является наиболее популярной базовой технологией на основе которой можно построить любую сеть. При этом не потребуется дополнительных усилий по организации взаимодействия с другими сетями. Для организации такой сети требуется приобрести программы и аппаратные средства относящиеся к технологии Ethernet и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию. Стандарт Ethernet был принят в 1980т году. Количество сетей построенных на основе этой технологии более 5 млн., а количество пользователей более 50 млн.

Основной принцип положенный в основу Ehternet это случайный метод доступа к разделяемой среде передачи. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий каоксиальный кабель, витая пара, оптоволокно и радиоволны. В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей(физическая топология). Компьютер подключается к разделяемой среде с типовой структурой общая шина. С помощью разделяемой во времени шиной любые 2 компьютера могут обмениваться данными, а управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами, которые называются сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер имеет уникальный адрес. Передача данных со скоростью 10 Мбит/с.

Случайный метод доступа: т. к. компьютер в сети Ethernet может передовать данные по сети только если сеть свободна, поэтому обязательно выполняется процедура определения доступности среды. После того как компьютер убедился что сеть свободна он начинает передачу и при этом захватывает среду на время которые ограничиваются временем передачи одного кадра. При попадании кадра в разделяемую среду передачу данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, если он совпадает со своим собственным, кадр помещается в буфер сетевого адаптера. При этом иногда возникает ситуациа, когда одновременно 2 и более компьютера решают, что сеть свободна и начинается передача данных. Это называется коллизией, которая припятствует правильной передаче данных по сети, поэтому в сети Ethernet предусматривается алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизии. Наибольшая вероятность возникновения коллизии при наиболее интенсивном трафике сети. После обнаружения коллизии сетевые адаптеры. которые пытаютс передать свои кадры прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются сново передать тот же кадр.