NETSGUIDES

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Поиск:

 

Технология глобальных сетей

Статьи / Локальные сети / Глава 6. Общие сведения о глобальных сетях / Технология глобальных сетей

Для описания локальных и глобальных сетей применяется схожая терминология, но для глобальных используют дополнительные, отчасти жаргонные, выражения, которые следует знать. Кроме того, отдельные понятия, применяемые при описании сети, охватывающей определенную область (штат, район, область и т.п.), имеют несколько иной смысл, чем понятия, применяемые к сетям, расположенным в пределах комнаты.

Представление данных

В большинстве современных сетевых технологий при описании передачи данных используют такое понятие, как пакеты (packets), в которых содержатся данные, и адресная информация. Пакеты удобно представлять в виде обычного письма.

● Конверт идентифицирует пакет как некую автономную структурную единицу в общем потоке корреспонденции и отмечает его как часть, отдельную от прочих сетевых данных.
● Адресная информация идентифицирует получателя и (обычно) отправителя пакета.
● В начале пакета содержится адресная информация, а собственно данные находятся в середине пакета.

Конверт - это структура пакета; он содержит данные записанные в формате, "понятном" линии связи. Точно так же, как почтовая система, использующая пакеты FedEx, не сможет обработать письма UPS Ground, в большинстве линий связи использует некоторый стандартный формат данных. Размер пакета определяется его типом. Так, в сетях с ретрансляцией кадров (Frame Relay) передаются пакеты, называемые кадрами (frames), имеющими разные размеры, а в сетях с ретрансляцией ячеек (Cell Relay), таких, как служба коммутируемой мультимегабитной передачи данных (SMDS), передают ячейки размером 53 байта.

Примечание:
Пакеты разных типов отнюдь не идентичны. Как вы увидите далее, в сетях с коммутацией пакетов (packet-switched network) различного типа, пакеты могут включать дополнительную информацию. Так, в пакеты стандарта X.25 вводится информация по контролю ошибок, а в Frame Relay - нет.

Так же, как и в локальных сетях, пакеты, передаваемые ,по глобальной сети, для достижения места назначения необходимо снабдить некоторой адресной информацией.
Даже если выполнить широковещательную передачу пакета во все каналы глобальной сети, но в нем не указать адреса назначения, предполагаемый получатель не распознает, что пакет предназначен ему. Если требуется какое-либо подтверждение приема, то в пакет следует включить адрес отправителя. В противном случае получатель просто получит пакет, и на этом все закончится. Пакеты, не требующие подтверждения приема, называют дейтаграммами.

Примечание:
В большинстве современных линий связи глобальных сетей используют дейтаграммы, поскольку скорость их передачи выше, а для глобальных сетей это чрезвычайно важно. При работе по устаревшим, ненадежным линиям связи все еще используют связь с логическим соединением.

Чтобы по сети можно было передавать данные, необходим конверт и адресная информация. А вот формат передаваемых данных важен только для узла, который принимает пакет, "вскрывает конверт" и читает адресованную ему информацию.

Сравнение методов коммутации пакетов и коммутации каналов

Пакеты очень важны, поскольку глобальные сети, называемые сетями с Коммутацией пакетов (packed-switched network), построены именно по принципу использования пакетов. При таком методе коммутации нужны указания о том, каким образом данным следует искать путь от источника к месту назначения, подобно методам .маршрутизации (см. гл. 5).
В сетях с коммутацией каналов (circuit-switched networks) задается статический путь от одного пункта к другому. В начале каждого сеанса передачи данных между отправителем и получателем устанавливается соединение. Этот виртуальный путь используется в течение всего сеанса. По нему следуют все данные, передаваемые отправителем. Поскольку доступен единственный путь, нет необходимости вводить в данные обширную адресную информацию — пакеты не могут затеряться. Таким образом, можно использовать пакеты меньшего размера, так как в них содержится меньший объем данных. Досадным последствием этого метода является то, что установленный виртуальный канал должен использоваться в течение всего сеанса, даже если станет доступным другой, более эффективный путь.
Напротив, пакетная коммутация весьма напоминает маршрутизацию (см. гл. 5) тем, что между отправителем и получателем в этом случае не устанавливается виртуальный канал связи. Здесь не организуется единственный путь для данных. Сеть в этом случае можно представить себе как набор коммутируемых узлов (switching points), которые направляют данные по собственному пути. Это же предполагает и некоторую их задержку в коммутируемых узлах, поскольку в каждом таком узле должен быть определен наиболее эффективный его дальнейший путь. Конечно, по человеческим меркам задержка невелика. Однако сети с коммутацией пакетов не обеспечивают столь же высокого качества передачи в режиме реального времени, как сети с коммутацией каналов. Если вы устанавливаете голосовую связь, используя технологию IP, то учтите, что звук будет передаваться хуже, чем по линиям с коммутацией каналов. Оба метода маршрутизации сравниваются в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Сравнение коммутации пакетов с коммутацией каналов

Быстродействие и надежность сети

Нигде не сказано, что глобальная сеть должна работать медленнее локальной, однако это почти всегда так. Главным образом это обусловлено высокой стоимостью скоростных линий связи. На практике хорошее соединение глобальной сети работает на скорости около 2 Мбит/с, весьма далекой от 100 Мбит/с, доступной в современных локальных сетях Ethernet. До тех пор пока вы не потребуете от глобальной сети сделать больше, чем она может, это нельзя отнести к ее недостаткам, однако об этом следует помнить.
Быстродействие линии связи — не совсем корректная мера эффективности соединения. Реальная мера скорости сети — пропускная способность — рассчитывается с учетом двух факторов: доступной для использования полосой пропускания и сетевой скорости.
Полоса пропускания описывает ширину полосы частот или количество каналов, а также объем данных, которые можно пропустить по каналу за единицу" времени. Усиление "конкуренции" за полосу пропускания замедляет работу соединения, поскольку пакеты должны ожидать своей очереди. Это несколько напоминает движение по дороге, забитой транспортом: в зависимости от плотности движения путешествие займет у вас разное время.
Сетевая скорость (network speed) является функцией, зависящей от скорости перемещения данных по каналу. Как указано в гл. 1, скорость передачи данных зависит от среды связи. Чем лучше канал защищен от помех, тем быстрее перемещаются данные. Сочетание полосы пропускания с сетевой скоростью и определяет реальную пропускную способность сети.

Примечание:
Пропускную способность не всегда можно определить однозначно. В глобальных сетях используют как полудуплексную, так и дуплексную технологии - способы передачи пакетов, проходящих по каналу связи. При полудуплексной связи пер<> даются данные в единственном направлении, в то время как при дуплексной - в обоих. Для полудуплексной связи требуется большая полоса пропускания (поскольку каналы можно объединить), однако дуплексная связь более гибкая.

Другая, не менее важная, характеристика сети — надежность. Если каналы передачи данных подвержены помехам, то либо канал окажется не в состоянии управлять слишком "плотным" потоком данных, либо некоторые пакеты будут потеряны.
Кроме того, помехи могут исказить данные. Чтобы гарантировать идентичность переданных и принятых данных, необходим метод контроля ошибок. Напомним: в большинстве современных глобальных сетей передаются дейтаграммы и, следовательно, отправитель не получает подтверждения приема. Как же узнать о необходимости повторной отсылки пакета? И как исправлять ошибки? Отнюдь не во всех глобальных сетях предусмотрен контроль ошибок, однако в сетях спроектированных для передачи данных по ненадежным каналам, он используется обязательно.
Для контроля ошибок обычно используют методы, известные под общим названием контроль с использованием циклического избыточного кода (CRC - Cyclic Redundancy Checking). Прежде чем передать пакет, отправитель выполняет вычисления, основывающиеся на данных, содержащихся в пакете с помощью особого алгоритма, использующего данные и адресную информацию пакета в качестве переменных некоторого уравнения.
Алгоритм и ожидаемый результат добавляются к содержимому пакета. Когда конечный узел получает пакет, он также выполняет вычисления по этому же. алгоритму. Если полученный ответ не совпадает с помещенным в пакет, получатель отсылает сообщение об ошибке отправителю. Затем он просит повторно прислать исходный пакет. Обратите внимание: получатель не исправляет ошибки в пакете — технология CRC такого не предусматривает. Она просто позволяет получателю определить, не искажены ли поступившие данные и при необходимости запросить их повторно.

Примечание:
Методы CRC обеспечивают высокую надежность связи, однако, поскольку они увеличивают объем пакетов, уменьшается пропускная способность сети. Поэтому их применяют для передачи данных по сетям, надежность которых невысока, скажем, Internet и Х.25.

Сравнение методов передачи кадров и передачи ячеек

В разделе "Представление данных" было упомянуто, что пакет, т.е. "конверт", используемый в глобальных сетях, может иметь формат ячейки или кадра. Как известно, в сетях разного типа используются и пакеты разных типов. Вспомните: сети Ethernet и Token Ring взаимно несовместимы, поскольку их пакеты содержат не совсем одинаковую информацию, по даже одинаковая информация организована в них по-разному. В глобальных сетях различия более глубокие. Отличия сетей Ethernet и Token Ring, в основном, относятся к способам управления трафиком (главным образом, к исключению возможности одновременной передачи двумя узлами). В глобальных сетях основное внимание уделяют проблеме наилучшего использования ограниченного объема трафика (traffic space).
Выбор определённого метода влияет на выбор типов данных для использования в конкретной среде.

Технологии формирования кадров. Основная задача технологий формирования кадров заключается в достижении максимальной пропуск поп способности в пределах доступной полосы пропускания. Идея состоит в том, что чаще всего передача данных по сети происходит не непрерывно, а "скачками", если использовать соответствующий жаргон. Это справедливо для передачи как по глобальным, так и локальным сетям. Работая за компьютером, вы не используете сеть постоянно. Большую часть сетевых данных можно сохранять или кэшировать локально — сеть используется только короткое время, причем совсем необязательно занимать всю доступную полосу пропускания.
Высокие сетевые скорости в локальных сетях делают возможным "захват"
всей сети единственным пользователем на весь сеанс. Это приемлемо из-за небольшой продолжительности сеанса. Если же возникают проблемы с трафиком, есть можно сегментировать. Однако в глобальных сетях все обстоит несколько иначе. Вообще говоря, эти сети работают медленнее и по ним передается большее количество данных, чем по локальным сетям. Более того, захват всех ресурсов глобальной сети каким-либо узлом локальной, скажем, для передачи письма, совершенно неприемлем. Поэтому при формировании кадров смешивают данные, передаваемые всеми пользователями сети, в одну "кучу" и отсылают их все сразу. Когда данные поступают на другой конец сети, они сортируются и маршрутизируются по месту (местам) конечного назначения. При этом используется весь канал целиком, причем одновременно несколькими устройствами. Таким образом, эффективная полоса пропускания сети, где используется технология сборки кадров, заметно превосходит фактический размер полосы канала (т.е. полосы, которую имел бы этот канал в локальной сети).
При данном методе передачи возникает несколько, проблем. Первая: если в какой-то момент времени понадобится полоса пропускания шириной, больше доступной для использования, некоторые пакеты будут пропущены. С помощью механизма, подробнее рассмотренного далее в разделе о ретрансляции кадров, пропущенные пакеты отыскиваются и посылаются повторно. Вторая проблема: не все пакеты прибывают по месту назначения в том же порядке, что отсылались. Из этих проблем вырастает третья: данные поступают по месту назначения не в виде хорошо сглаженного потока, а в том виде, в котором они были подготовлены и отсортированы в конце путешествия по сети с формированием кадров.
В большинстве случаев это не имеет значения: сервер интерпретирует запрос на открытие файла с перепутанной последовательностью данных (scrambled order) столь же легко, как и файла в исходном формате. Однако это имеет решающее значение при работе в режиме реального времени и здесь предпочтительно использовать технологию ретрансляции ячеек.

Технология ретрансляции ячеек. Технология ретрансляции ячеек была разработана главным образом для возможно более "гладкой" передачи данных различных типов. В этом случае максимальное использование полосы пропускания отходит на второй план.
Все данные (текстовая, видео и звуковая информация и т.д.), передаваемые с ретрансляцией ячеек, разделяются на ячейки размером 53 байта и передаются по сети непрерывным потоком, причем данные, требующие передачи в режиме реального времени, являются первоочередными. Когда данные поступают в место назначения, они принимаются в том же порядке, в котором передавались.