Сетевые технологии в телекоммуникации

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ  И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ»

ФАКУЛЬТЕТ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

 

Контрольная работа № ________ _______       вариант № _________ _______

 

Сетевые технологии в  телекоммуникации

        НАИМЕНОВАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Студент         _______________________________________________________

ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО

 

 

Номер студенческого  билета ___________   Группа   ________   Курс   ____

        ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО РЕЦЕНЗЕТА

 

______________                       _______________                          _____________

         Оценка                                                           Дата                                               Подпись рецензента

 

Контрольная работа предъявляется экзаменатору при сдаче экзамена

 

Задание 1

Приведите структурную  схему сети с коммутацией сообщений  абонента, на которой стрелками будут  указаны направления и пути передачи информации (рис.1).

 

Любые сети связи  поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефонных аппаратов. Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную некоммутируемую физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. Поэтому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает доступность имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети. На рис. 1 показана типичная структура сети с коммутацией абонентов.

Абоненты соединяются  с коммутаторами индивидуальными  линиями связи, каждая из которых  используется в любой момент времени  только одним, закрепленным за этой линией абонентом. Между коммутаторами линии связи разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно.

Существуют  три принципиально различные  схемы коммутации абонентов в  сетях: коммутация каналов (circuit switching), коммутация пакетов (packet switching) и коммутация сообщений (message switching). Внешне все эти схемы соответствуют приведенной на рис. 1 структуре сети, однако возможности и свойства их различны. Сети с коммутацией каналов имеют более богатую историю, они ведут свое происхождение от первых телефонных сетей. Сети с коммутацией пакетов сравнительно молоды, они появились в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями. Сети с коммутацией сообщений послужили прототипом современных сетей с коммутацией пакетов и сегодня они в чистом виде практически не существуют.

Рис. 1. Общая структура сети с коммутацией абонентов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем (опять же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается. В общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым другим пользователем сети. Обычно период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы - передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т. п.

Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, измеряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated) или арендуемых (leased) каналов.

Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP.

Наиболее популярными  сетями, работающими в режиме постоянной коммутации, сегодня являются сети технологии SDH, на основе которых строятся выделенные каналы связи с пропускной способностью в несколько гигабит в секунду.

Некоторые типы сетей поддерживают оба режима работы. Например, сети Х.25 и АТМ могут  предоставлять пользователю возможность  динамически связаться с любым другим пользователем сети и в то же время отправлять данные по постоянному соединению одному вполне определенному абоненту.

 

Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера (рис. 2). Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение. Например, сообщением может быть текстовый документ, файл с кодом программы, электронное письмо.

Рис. 2. Коммутация сообщений

 

 

 

 

 

 

Транзитные  компьютеры могут соединяться между  собой как сетью с коммутацией  пакетов, так и сетью с коммутацией  каналов. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения может быть достаточно большим, если компьютер загружен другими работами или сеть временно перегружена.

По такой  схеме обычно передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной  почты. Режим передачи с промежуточным хранением на диске называется режимом «хранение-и-передача» (store-and-forward).

Режим коммутации сообщений разгружает сеть для передачи трафика, требующего быстрого ответа, например трафика службы WWW или файловой службы.

Количество транзитных компьютеров стараются по возможности уменьшить. Если компьютеры подключены к сети с коммутацией пакетов, то число промежуточных компьютеров обычно уменьшается до двух. Например, пользователь передает почтовое сообщение своему серверу исходящей почты, а тот сразу старается передать сообщение серверу входящей почты адресата. Но если компьютеры связаны между собой телефонной сетью, то часто используется несколько промежуточных серверов, так как прямой доступ к конечному серверу может быть невозможен в данный момент из-за перегрузки телефонной сети (абонент занят) или экономически невыгоден из-за высоких тарифов на дальнюю телефонную связь.

Техника коммутации сообщений  появилась в компьютерных сетях  раньше техники коммутации пакетов, но потом была вытеснена последней, как более эффективной по критерию пропускной способности сети. Запись сообщения на диск занимает достаточно много времени, кроме того, наличие дисков предполагает специализированные компьютеры в качестве коммутаторов, что удорожает сеть.

Сегодня коммутация сообщений  работает только для некоторых не оперативных служб, причем чаще всего  поверх сети с коммутацией пакетов, как служба прикладного уровня.

 

Задание 2.

Приведите определение  «полносвязной » и «неполносвязной  » топологий. Привести схематическое изображение неполносвязной топологии локальных сетей. Описать достоинства и недостатки. Области применения.

 

 

Объединяя в сеть несколько (больше двух) компьютеров, необходимо решить, каким образом  соединить их друг с другом, другими словами, выбрать конфигурацию физических связей, или топологию. 
  Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – физические или информационные связи между вершинами. 
Число возможных вариантов конфигураций резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера мы можем связать двумя способами, то для четырех можно предложить уже шесть топологически разных конфигураций (при условии неразличимости компьютеров). 
  Мы можем соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут общаться, передавая сообщения друг другу «транзитом». Транзитные узлы должны быть оснащены специальными средствами, позволяющими им выполнять эту специфическую посредническую операцию. В качестве транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство. 
  От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможным балансировку загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные. 
   Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, в таком случае каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи. (В некоторых случаях даже две, если невозможно использование этой линии для двусторонней передачи). Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко, так как для связи N узлов требуется N(N-1)/2 физических дуплексных линий связей, то есть имеет место квадратичная зависимость от числа узлов. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров. 
  Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети. 
  

Неполносвязная:

1. Ячеестая топология – образуется путем устранения нескольких связей в  полносвязной топологии (рис.3), причем постоянные связи организуются между теми узлами сети, которые устанавливают сеансы связи регулярно, в противном случае они пользуются промежуточными узлами

Рисунок 3 – Ячеистая топология

Ячеистая  топология допускает соединение большого количества компьютеров и  характерна, как правило, для крупных  сетей.   

 

2) Шинная топология  характеризуется наличием одного общего канала (общей шины), к которому подключаются пользователи и др. устройства сети. Канал является равнодоступным для всех устройств, но в один момент времени его могут занимать только два устройства (рис.4).

 

 

Рисунок 4 – Шинная топология

 

Ее достоинствами  и недостатками являются:

+ простота настройки,

+ дешевизна,

+ небольшое  время установки,

+ выход из  строя рабочей станции не отражается  на работе сети.

– обрыв кабеля или выход из строя терминатора  выводит из строя всю сеть,

– сложная локализация  неисправностей,

– с добавлением  новых рабочих станций падает производительность сети.

 

3. Кольцевая топология характеризуется включением сетевых устройств в замкнутое кольцо, по которому данные передаются в одном направлении (рис.5).

Рисунок 5 – Кольцевая топология

 

Достоинства и  недостатки:

+ простота,

+ дешевизна,

+ возможность  проверки данных,

– однонаправленность,

– надежность. 

Действительно, любая пара узлов соединена здесь  двумя путями – по часовой стрелке и против нее. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию и для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому источник может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. В то же время в сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какого-либо компьютера не прерывался канал связи между остальными узлами кольца. 

4. Топология «звезда» – все рабочие станции присоединены к центральному узлу (коммутатору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями (наиболее распространена) (рис. 6).

 

Рисунок 6 – Звездообразная топология

 

Достоинства и  недостатки:

+ легкий поиск  неисправностей и обрывов сети,

+ высокая производительность  сети,

+ выход из  строя одного компьютера не  отражается на работе сети.

– выход из строя коммутатора приведет к неработоспособности всей сети,

– конечное число  рабочих станций в сети ограничено количеством портов коммутатора.

Кроме того, возможности по наращиванию  количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. Получаемую в результате структуру называют иерархической звездой, а также деревом. В настоящее время дерево является самой распространенной топологией связей как в локальных, так и в глобальных сетях.

 

Задание 3.

 

Построить локальную  сеть, используя предложенные данные в табл. 1.

 

Таблица 1

 

№ варианта	Кол-во отделов  организации	Кол-во пользовательских терминалов в одном отделе	Предлагаемая  топология сети	Дополнительные  возможности сети
9	4	3	Иерархическая звезда	Возможность управления различными устройствами внутри сети