 |
Комп’ютерні мережі й телекомунікації
|
|
|
|
ТЕМА 4
КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ Й ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЇ
4. 1. Класифікація мереж. Топологія мереж
Відкрита обчислювальна мережа (ОМ) чи мережа ЕОМ складається з кінцевих (абонентських) систем, що генерують і (чи) споживають інформацію та мережі передачі даних (мережі зв’язку), нарощування яких щодо числа користувачів та обсягів інформації у ній не підлягає ніяким обмеженням.
У якості кінцевих систем можуть виступати обчислювальні машини, де виконуються програми й обробляються дані, системи збереження даних на магнітних, оптичних і інших носіях (файлові служби, бази даних тощо), інтелектуальні пристрої введення і (чи) відображення даних (служби високоякісного друку, графічні станції, відеотермінали, телекамери, телемонітори тощо), програмувальні пристрої керування (пристрої числового програмного керування верстатами, регуляторами, сенсорами тощо).
Абонентами мережі називаються користувачі чи обчислювальні процеси, що вимагають мережного обслуговування (передачі інформації). Мережа зв’язку складається з фізичних засобів передачі інформації й апаратно-програмних засобів сполучення кінцевих систем. Склад цих засобів залежить від конкретної реалізації мережі. Наприклад, як засоби сполучення можуть виступати контролери мережі і модеми, вмонтовані в кінцеві системи чи виконані у вигляді окремих пристроїв, а як фізичні засоби передачі - блоки доступу (наприклад, прийомопередавачі, повторювачі) і середовище передачі сигналів (наприклад, кабелі). Блоки доступу, модеми, контролери, а також комутаційні пристрої, ретранслятори є зв’язковими пристроями. Сукупність зв’язкових пристроїв і кінцевого устаткування, підключених до середовища передачі в деякій точці, називаються вузлом мережі.
|
|
|
Прикладна галузь визначає географічні масштаби ОМ. Під локальними обчислювальними мережами (ЛОМ) звичайно розуміють ОМ, що з’єднують кінцеві системи в одній кімнаті, будинку чи декількох близько розташованих будинках. ЛОМ належить, як правило, одній організації чи підприємству (міністерству, заводу, інституту, порту, АЕС тощо. ). Мережі зв’язку ЛОМ (тобто локальні мережі зв’язку - ЛМЗ) мають у даний час наступні типові характеристики:
- високу швидкість передачі даних (0, 1- 100 Мбіт/с),
- невелику довжину (0, 1-50 км),
- малу ймовірність помилки передачі даних (10-8 - 10-11).
Слід зазначити, що уже в даний час характеристики ЛМЗ частково перекривають характеристики глобальних мереж зв’язку. Можна припустити, що застосування волокнянооптичних кабелів згодом зітре границі між різними типами мереж зв’язку в нашому сьогоднішньому розумінні і локальність мережі зв’язку буде визначатися лише її юридичною приналежністю підприємству чи організації, що не спеціалізуються на комерційному наданні послуг щодо передачі інформації. Далі для стислості відкриті інформаційні мережі зв’язку будемо називати просто мережами.
Під архітектурою ОМ будемо розуміти набір компонентів ОМ і правила їхнього з’єднання.
Топологія мережі визначається способом з’єднання її вузлів із каналами (кабелями) зв’язку. На практиці використовуються п’ять базових топологій: зіркоподібна, кільцева, шинна, змішана чи багатозв’язна та деревоподібна. Топологія мережі впливає на такі її показники, як надійність, розширюваність (нарощуваність), вартість, затримка і перепускна здатність.
Затримка мережі - це час передачі інформаційних повідомлень між абонентами, тобто час між видачею повідомлення з абонента-джерела і його прийомом абонентом-одержувачем (адресатом). Перепускна здатність - це максимальне число бітів абонентських повідомлень, що можуть передаватися через мережу в одиницю часу.
|
|
|
Зіркоподібна топологія. У мережі зі зіркоподібною топологією (рис. 4. 1) кожен абонент, що посилає і (чи) приймає інформацію, приєднаний одним чи двома виділеними каналами зв’язку до єдиного центрального вузла, через який проходить весь мережевий трафік. Мережі з такою топологією будуються, як правило, на базі методу комутації каналів. У цьому випадку перед початком передачі інформації абонент-ініціатор передачі (викликаючий вузол) запитує в центрального вузла права встановлення фізичного чи логічного з’єднання з абонентом-партнером (викликуваним вузлом). Після встановлення з’єднання відповідний фізичний чи логічний шлях монопольно використовується абонентами-партнерами для обміну інформацією. Після закінчення обміну один із абонентів вимагає від центрального вузла роз’єднання.
Рис. 4. 1. Мережа типу “Зірка”
Сучасні аналогові і цифрові установські автоматизовані телефонні станції (УАТС) використовують метод комутації каналів - у першому випадку фізичних, а в іншому - логічних. При комутації логічних каналів на одному фізичному каналі зв’язку абонента з центральним комутуючим вузлом мультиплексуються в часі кілька логічних каналів.
Із погляду надійності роботи відмова центрального вузла викликає відмову всієї мережі, тому часто потрібне резервування найбільш важливих пристроїв. Проте, якщо з ладу виходить який-небудь канал чи кінцевий вузол, то легко визначити, який радіальний зв’язок містить дефект, і при необхідності від’єднати його, не порушуючи працездатності іншої частини мережі.
Розширюваність мережі обмежується можливостями центрального вузла щодо підключення каналів зв’язку з кінцевими системами.
Центральний вузол є досить дорогим пристроєм, оскільки виконує всі основні функції щодо керування мережею. Вартість кабелів і вартість їхнього прокладання вища, ніж при інших топологіях із таким же числом вузлів.
Перепускна здатність мережі визначається продуктивністю центрального вузла і навантаженням, що створюють абоненти. Для аналогових УАТС продуктивність центрального вузла виміряється числом фізичних з’єднань, що комутуються, між абонентами в секунду і перепускною здатністю абонентських каналів зв’язку, а для цифрових УАТС - числом логічних з’єднань, що комутуються, між абонентами в секунду і перепускною здатністю абонентських каналів. Значення цих параметрів для сучасних цифрових УАТС (установчих автоматичних телефонних станцій) перебувають у діапазоні відповідно 2000-4000 з’єднань/с (56-64 кбіт/с).
|
|
|
Одним із варіантів зіркоподібної топології ЛОМ може служити розподілена зіркоподібна топологія, відповідно до якої кінцеві системи з’єднуються кабелями з центральною " точкою", де розміщена сполучна коробка, яку називають концентратором кабелів. Останній може приєднати до мережі не більше чотирьох-восьми кінцевих систем. Концентратори кабелів з’єднуються між собою спільним розподільчим кабелем. Така топологія широко застосовується в ЛОМ персональних ЕОМ, коли кінцеві системи широко розкидані по будинку установи.
Кільцева топологія. У мережі з кільцевою топологією (рис. 4. 2)вузли підключаються до повторювачів сигналів, зв’язаних у односпрямоване кільце, чи до двох повторювачів, зв’язаних у два різноспрямованих кільця. Через простоту реалізації найбільше поширення одержали мережі з одним кільцем. В односпрямованому кільці пари суміжних повторювачів зв’язані секцією кабеля - виділеним каналом зв’язку.
Кожне повідомлення має ідентифікатор (адресу) вузла-одержувача.
Передане з вузла-джерела повідомлення проходить по кільцю до вузла-споживача, що розпізнає свою адресу в повідомленні й або приймає і поглинає повідомлення, або приймає і ретранслює повідомлення, що переміщається по кільцю до вузла-джерела, де поглинається. Кожному з цих двох способів поглинання повідомлення відповідає реалізація у вузлах і повторювачах визначеного протоколу. Найбільше поширення знайшло поглинання повідомлення вузлом-джерелом, оскільки це дозволяє проконтролювати правильність передачі повідомлення.
|
|
|
