Физические средства соединений

Физические средства соединений - это совокупность физической среды, аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу сигналов между системами. Их основой является используемая физическая среда: витая пара, плоский кабель, коаксиал, оптический кабель, эфир, и т.д.

Различают два вида физических средств соединений:

· пассивные - предназначены только для передачи сигналов;

· активные - не только передают сигналы, но и обеспечивают несложные виды их обработки: модуляцию, демодуляцию, контроль занятости канала, и т.д.

Порт

Порт - точка доступа к устройству, либо программе. Различают физические и логические порты.

Первые из них являются местами подключения физических объектов. Логические порты создаются на границах программных уровней, прикладных процессов, функциональных блоков. В портах начинаются и заканчиваются логические каналы и соединения, проложенные на любом уровне области взаимодействия.

Канал

Канал - средство или путь, по которому передаются сигналы, либо данные.

Современная технология передачи данных, исходя из экономических посылок, обеспечивает по одному физическому каналу одновременные взаимодействия группы пар систем, которые ведут передачу данных независимо друг от друга. Это приводит к необходимости введения понятия логических каналов, которые могут использовать частотную полосу или интервалы времени, выделенные в физическом канале.

Виртуальные каналы являются важным звеном в общей классификации каналов. Они прокладываются через физический уровень, канальный уровень, и в ряде случаев сетевой уровень, а также последовательности физических каналов коммуникационной сети. Каждому из них присваивается номер.

В блоках, отправляемых по виртуальному каналу, может не быть явных адресов отправителя и получателя, они заключены в номерах виртуальных каналов, что позволяет значительно сократить адресный блок.

Различают асинхронный и синхронный каналы. В синхронном канале обеспечивается синхронизация процесса передачи, а в асинхронном она отсутствует. Различают симплексные (сигналы передаются в одном направлении), полудуплексные (сигналы передаются в двух направлениях, но по очереди), дуплексные каналы.

КОМПОНЕНТЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ

Существует три основных компонента информационных сетей:

· абонентская система;

· ретрансляционная система;

· административная.

Абонентская система

Это система, которая является поставщиком или потребителем информации.

Любая абонентская система создаётся для выполнения прикладных процессов. Они для информационной сети являются основными. Все остальные процессы в сети выполняют вспомогательную роль, обеспечивая работу и взаимодействие прикладных процессов.

АС реализуется в виде одного или нескольких устройств:

Рассматриваемые устройства делятся на 2 группы:

· A - выполняют прикладные процессы и часть, либо полностью функции области взаимодействия этих процессов.

· B - предназначены лишь для реализации части функций взаимодействия. Они разгружают устройства A для эффективного выполнения ими прикладных программ.

A и B соединяются друг с другом каналами или шинами.

Устройства B иногда могут находиться в коммуникационной сети, тогда устройства A устанавливаются на рабочих местах пользователей и связываются каналами с коммуникационной сетью, подключаясь к B (например, у пользователей устанавливается лишь терминал).

Абонентские системы могут быть универсальными, но могут также специализироваться на выполнении определенных типов задач (например: банковская система, издательская система, информационно-поисковая, музыкальная, и т.д.).

Ретрансляционная система

Это система, предназначенная для передачи данных или преобразования протоколов. Необходимость объединения нескольких сетей с разными протоколами поставила задачу создания таких ретрансляционных систем, которые:

· объединяют сети с различной архитектурой, каждая из которых имеет полную автономию и свои средства управления.

· имеют базовые функциональные блоки, определяющие штабели протоколов для сетей разного типа;

· предусматривают наличие нескольких входных портов с различными скоростями передачи данных.

Для решения возлагаемых на них задач ретрансляционные системы осуществляют:

· коммутацию и маршрутизацию данных;

· согласование протоколов в соединяемых коммуникационных сетях либо частях сетей;

· передачу блоков данных между сетями либо их частями;

· укрупнение либо разукрупнение блоков данных, если в сетях (их частях) они имеют различные размеры;

· управление потоками данных;

· оповещение о переполнениях буферов систем и происходящих неисправностях;

· восстановление работы после отказов и неисправностей;

· определение состояний соединяемых сетей либо их частей;

· учет своей работы и подготовку отчетов об этом.

В соответствии с выполняемыми функциями, логическая структура·каждой из ретрансляционных систем состоит из d+1 частей.

Любая из d частей определяется штабелем протоколов соединяемых сетей либо их частей. Кроме этого, система содержит общую часть, выполняющую Х-процессы объединения остальных d частей. Ретрансляционная система опирается на физические средства соединения (A,B,C...,M) в сетях, представленные физическими каналами. Последние соединяются через штабели протоколов и Х-процессы (например, a-b).

В зависимости от числа обрабатываемых уровней выделяется четыре типа систем (см. рис.).

Рис. Типы ретрансляционных систем

Одноуровневые системы включают только физический уровень. Двухуровневые системы к физическому добавляют канальный уровень, а трехуровневые также и сетевой уровень. Семиуровневые системы обрабатывают все уровни области взаимодействия. Кроме этого, ретрансляционные системы подразделяются на две группы, определяемые выполняемыми функциями:

· коммутация и маршрутизация,

· преобразование штабелей протоколов.

К ретрансляционным системам, осуществляющим коммутацию и маршрутизацию относятся:

· узел коммутации каналов - ретрансляционная система, устанавливающая по вызову соединение последовательностей каналов между партнерами в течение сеанса. В зависимости от типов физических средств соединения в каналах, подходящих к узлу, протоколы физического уровня могут быть как различными, так и одинаковыми. Все логические каналы, подходящие к узлу, используются при передаче данных монопольно;

· узел интегральной коммутации - ретрансляционная система, осуществляющая быструю передачу пакетов. В отличие от узла коммутации пакетов он передает по нужному маршруту кадры либо ячейки без просмотра их содержимого. Осуществляется сквозная коммутация. Операция ретрансляции выполняется только при помощи аппаратуры без использования программного обеспечения. Благодаря этому узел интегральной коммутации обеспечивает скоростную коммутацию данных. Узлы строятся на основе баньяновых сетей либо матричных коммутаторов;

· узел коммутации пакетов - ретрансляционная система, распределяющая блоки данных в соответствии с их адресацией. Он имеет достаточно сложную структуру, протоколы на физическом уровне, канальном уровне и сетевом уровне могут быть как одинаковыми, так и различными. Сетевые процессы обеспечивают коммутацию и маршрутизацию пакетов по адресам их назначения. Все каналы, подходящие к узлу, используются коллективным образом;

· узел смешанной коммутации - ретрансляционная система, обеспечивающая как коммутацию каналов, так и коммутацию пакетов. Поэтому узел смешанной коммутации имеет комплексную структуру:

Сетевые процессы осуществляют коммутацию пакетов. Коммутация каналов осуществляется физическими процессами.

Вместе с основной частью, перечисленные узлы включают в себя и управляющую часть, которая содержит все семь уровней и прикладные процессы, обеспечивающие управление узлом и взаимодействие с административной системой.

К ретрансляционным системам, преобразующим протоколы, относятся:

· коммутатор. Имеет наиболее простую структуру. Он соединяет друг с другом только каналы передачи данных, образуя необходимую физическую базу тракта передачи информации между абонентскими системами. В том случае, когда к коммутатору подходит более двух каналов, он выполняет функции, связанные с коммутацией информации. Коммутация осуществляется прозрачным образом, т.е. без какой-либо обработки этой информации. Во всех случаях (при любом числе соединяемых каналов) коммутатор обеспечивает усиление передаваемых сигналов и корректирует крутизну их фронтов. Коммутатор не имеет буферов. Более того, он требует, чтобы скорости передачи данных по соединяемым каналам были одинаковы. Физические процессы, выполняемые коммутатором, реализуются аппаратно.

· мост. Предназначен для соединения частей сетей с различными типами каналов передачи данных, например циклического кольца с моноканалом. Канальные процессы здесь преобразуют протоколы обоих уровней. При использовании мостов в соединяемых подсетях должны быть согласованы структура адресов и размер кадров. Более сложные интеллектуальные мосты наряду с указанными задачами выполняют также роль фильтров, не пропускающих сквозь себя пакеты, не адресованные другой части сети. Благодаря простоте выполняемых функций мосты имеют относительно несложную структуру и работают с высокой скоростью. Форматы данных и размеры этих блоков мост не изменяет. Мосты не имеют механизмов управления потоками. Поэтому, если входной поток кадров больше выходного, то буферы переполняются и кадры выбрасываются.

· маршрутизатор, задачей которого является обеспечение взаимодействия коммуникационных подсетей посредством преобразования протоколов трех нижних уровней.

· шлюз. Является наиболее сложной из систем, преобразующих протоколы. Он обеспечивает взаимодействие двух или более информационных сетей с различными «штабелями» протоколов семи уровней. Шлюзы чаще всего используются в тех случаях, когда нужно объединить информационные сети, созданные по различным фирменным стандартам. Когда же проектируется группа сетей в соответствии со стандартами БЭМВОС, целесообразно в соединяемых сетях протоколы уровней 4-7 делать одинаковыми. Это позволяет для соединения сетей использовать не шлюзы, а более простые ретрансляционные системы - маршрутизаторы, мосты.

Объединение сетей

Объединение сетей осуществляется на базе одного из двух принципов: с установлением соединения или без установления соединения. Каждое из них имеет определенные преимущества и недостатки. Так, объединение с установлением соединения позволяет заранее распределять буферы и другие ресурсы системы. В этом случае обеспечивается простое и надежное управление потоком информации, проходящими из одной сети в другую. При этом обеспечиваются уведомление о потере блоков данных и упорядочивание этих блоков. Однако организация и поддержание межсетевых соединений требует выполнения сложных протоколов.

Объединение сетей без установления между ними соединения характеризуется простотой протоколов и высокой скоростью работы ретрансляционной системы. Однако при использовании этого способа все преимущества объединения с установлением соединения становятся здесь недостатками. Для их компенсации абонентские системы обеих сетей должны имеет мощные версии транспортных протоколов.

Административные системы

Административные системы - это системы, обеспечивающие управление сетью либо её частью. На них возлагаются следующие функции:

· сбор информации и учёт работы компонентов сети (времени работы соединений, сведений о загрузке каналов и ресурсов сети, регистрации ошибок или отказов);

· подготовка отчётов о работе сети;

· осуществление диагностики;

· контроль передачи блоков данных;

· восстановление работы после отказов и неисправностей;

· управление конфигурацией (включение и выключение абонентских систем, ведение справочника сети; создание резервных каналов, изоляция неисправных компонентов);

· осуществление сервиса для пользователей, связанного с показом динамического состояния сети.

Административная система может совмещаться с узлом коммутации либо абонентской системой. Если в сети функционирует несколько абонентских систем, то одна из них назначается главной.

Управление сетью обеспечивает выполнение функций администрирования, из которых в первую очередь выделяется:

· управление конфигурацией сети и именованием заключаются в конфигурировании параметров как элементов сети, так и сети в целом. Для элементов сети, таких как маршрутизаторы, мультиплексоры и т. п., с помощью этой группы задач определяются сетевые адреса, идентификаторы (имена), географическое положение и пр. Для сети в целом управление конфигурацией обычно предполагает построение карты сети, то есть отображении реальных связей между элементами сети и изменение связей между элементами сети - образование новых физических или логических каналов, изменение таблиц коммутации и маршрутизации. Управление конфигурацией (как и другие задачи системы управления) могут выполняться в автоматическом, ручном или полуавтоматическом режимах. Более сложной задачей является настройка коммутаторов и маршрутизаторов на поддержку маршрутов и виртуальных путей между пользователями сети.

· обработка ошибок - совокупность средств, инициируемых при нарушении нормальной работы сети. Средства анализируют сведения об обнаружении отказов, осуществляют необходимое тестирование, диагностику и действия, обеспечивающие восстановление нормального функционирования. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация (выделение из всего потока сообщений об ошибках только важных сообщений), маршрутизация (обеспечивает их доставку нужному элементу системы управления) и анализ на основе некоторой корреляционной модели (позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений). Устранение ошибок может быть как автоматиче­ским, так и полуавтоматическим.

· анализ производительности и надежности связан с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как времени реакции системы, пропускной способности реального или виртуального канала связи между абонентами сети, интенсивности трафика в отдельных сегментах и каналах сети, вероятности искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициента готовности сети или ее определенной транспортной службы. Функции анализа производительности и надежности сети нужны как для оперативного управления сетью, так и для планирования развития сети.

· управление безопасностью - это средства, обеспечивающие безопасность данных и защищающие ресурсы сети. С этой целью осуществляется шифрование и управление ключами расшифровки, регистрация паролей, идентификация пользователей, защита от компьютерных вирусов и т.д. Часто функции этой группы не включаются в системы управления сетями, а реализуются либо в виде специальных продуктов (например, систем аутентификации и авторизации, различных защитных экранов, систем шифрования данных), либо входят в состав операционных систем и системных приложений.

· управление трафиком - совокупность средств, необходимых для эффективной и экономичной передачи блоков данных в сети. Осуществляют проверку фактической загрузки каналов и производительности сети и в соответствии с этим управление очередями, которое позволяет сократить время ожидания ресурсов и избежать тупиковых ситуаций.

Учет работы сети предполагает регистрацию времени использования различных ресурсов сети - устройств, каналов и транспортных служб. Подобные задачи имеют дело с такими понятиями, как время использования службы и плата за ресурсы. Ввиду специфического характера оплаты услуг у различных поставщиков и различными формами соглашения об уровне услуг эта группа функций обычно реализуется в заказных системах, разрабатываемых для конкретного заказчика.