Характеристики инфокоммуникационных сетей

По целевому назначению к инфокоммуникационным сетям предъявляют- ся три основных требования к доставке сообщений: по надежности, времени и верности. Надежность в значительной мере определяет основные характери- стики сети. Различают структурную и функциональную надежность. Послед- нюю часто интерпретируют как живучесть сети.

При системном проектировании сети в качестве критериев используются вероятностно-временные характеристики (ВВХ) доставки сообщения, стои- мость сети, структурная надежность либо живучесть сети. Причем стоимость сети выступает часто в виде ограничения.

Структурная надежность оценивается вероятностью безотказной работы сети, чаще ее отдельных узлов, средним временем безотказной работы или бо- лее полной характеристикой – функцией распределения вероятностей значений времени наработки на отказ.

В больших сетях с ячеистой топологией для обеспечения высокой надеж- ности предусматривают k -связность между узлами (не менее 𝑘 ≥ 1 независи- мых связей между любой парой узлов сети). Поэтому при отказе отдельных элементов сеть сохраняет свою функциональность, но снижаются ее временные характеристики. Передача по обходным путям увеличивает время доставки со- общений адресату, причем, как правило, на изменяющуюся случайную величи- ну. Характеристики этой задержки – важные внешние характеристики сети, по которым в основном и судят о качестве предоставляемых услуг.

В качестве основного показателя своевременности широко используют среднее время доставки. Возможные случайные отклонения времени доставки (задержки) от их средних значений обычно оценивают дисперсией или вероят- ностью отклонения, превышающего (или не превышающего) определенную до- пустимую величину отклонений.

Следует различать время доставки сообщения и время задержки достав- ки сообщения, к которым могут предъявляться отдельные требования.

Если сообщение передается одним блоком данных, то эти показатели практически совпадают. Если же оно передается по частям в виде последова- тельности блоков данных, то время доставки сообщения соответствует времени доставки всех блоков, а время задержки – времени доставки одного блока.

Вследствие конвейерной обработки последовательно передаваемых бло- ков данных сразу на всех узлах вдоль маршрута их следования, время доставки всех блоков, как правило, заметно меньше произведения времени доставки од- ного блока на их количество.

Продолжительность обслуживания запросов пользователей характеризу- ют временем реакции на запрос (рис. 1.24). Смысл и значение этого показателя зависят от загруженности сегментов, через которые проходит запрос, загру- женности сервера, коммутатора, моста, маршрутизатора и т.п.

Вариантами критерия могут служить времена реакции, измеренные при различных, но фиксированных состояниях сети (крайние значения): полностью ненагруженная сеть, нагруженная сеть.

 

Рабочая станция

 

 

Сервер

 

t 1 Время реакции t 2

t

t

Обработка

запроса

Рис. 1.24. Время реакции – интервал между запросом и ответом

Важным показателем работоспособности сети, связанным с ее временны- ми характеристиками, является пропускная способность сети.

Пропускная способность характеризует качество выполнения основной функции сети – транспортировки сообщений, и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем время реакции.

Пропускная способность измеряется в пакетах (кадрах) в единицу време- ни (чаще в секунду). Пропускная способность может быть мгновенной, макси- мальной и средней.

При оценке пропускной способности сети в целом и по отношению от- дельным узлам используются критерии двух типов: средневзвешенные и поро- говые.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается доста- точно длительный промежуток времени – час, день или неделя.

Мгновенная пропускная способность – для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени – например, 10 мс или 1 с.

Максимальная пропускная способность – это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Наряду с показателями своевременности в состав показателей качества входят показатели достоверности, характеризующие различные искажения ин- формации при передаче.

В телекоммутационных сетях протоколы нижних уровней контролируют наличие ошибок в принимаемых протокольных блоках данных (ПБД). При этом, если ошибки в принятых ПБД не удается исправить, то они с некоторой вероятностью стираются. При стирании или повторяется передача ПБД, или сигнализируется об этом верхним уровням.

При идеальности подобных процедур обнаружения ошибок итоговое со- общение выдается прикладному процессу или абсолютно без ошибок, или не выдается совсем. Для оценки качества услуг при таком способе передачи дан- ных понятие «достоверности» на верхних уровнях, в принципе, теряет смысл.

 

Неидеальность любых способов обнаружения и исправления ошибок приводит к тому, что существует определенная вероятность приема сообщений с необнаруженными ошибками.

Качество выполнения сетью основной задачи по предоставлению ряда услуг характеризуют совместимостью, управляемостью, защищенностью, рас- ширяемостью, масштабируемостью. Кратко охарактеризуем их.

Сохранность данных (и их зашита от искажений).

Согласованность данных (их непротиворечивость). Это требуется, напри- мер, когда несколько копий данных хранятся на разных файловых серверах.

Безопасность как способность системы защитить данные от несанкцио- нированного доступа. Сюда относятся: защита каналов, защита компьютеров, защита от взлома паролей и т. д.

Специфичными для сетей являются показатели расширяемости и мас- штабируемости.

Расширяемость – это возможность легко добавлять в сеть новые элемен- ты (пользователей, компьютеры, приложения, службы), наращивать длину сег- ментов и заменять аппаратуру более мошной.

Масштабируемость означает, что в сети возможно наращивание количе- ства узлов и протяженности связей в очень широких пределах. При этом про- изводительность сети не ухудшается.

Часто термины «расширяемость» и «масштабируемость» используются как синонимы. Однако если взять, к примеру, сеть Ethernet, то можно говорить о хорошей расширяемости (количество компьютеров на сегменте можно увели- чить до 100), но при этом резко снижается производительность сети, что указы- вает на плохую масштабируемость.

Прозрачность сети достигается в том случае, когда для пользователя сеть представляется не как множество компьютеров, связанных сложной си- стемой каналов, а как единая вычислительная машина с разделением времени.

Символом прозрачности считают лозунг компании Sun Microsystems

«Сеть – это компьютер».

Прозрачность может достигаться на двух уровнях – пользователя и про- граммиста. На уровне пользователя – для работы в сети используются те же команды и привычные процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На уровне программиста – приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для локальных ресурсов.

Сеть должна скрывать различия операционных систем и компьютеров. От пользователя не требуется знание места расположения ресурса. Ресурсы должны свободно перемещаться с одного компьютера на другой без изменения их имен.

Поддержка разных видов трафика. Наряду с традиционным трафиком передачи данных все увеличивается доля мультимедийного трафика – переда- ваемых в цифровой форме речи и изображения.

Особенность мультимедийного трафика – жесткие требования к синхро- низации передаваемых данных. При запаздывании сообщений в передавемой последовательности будут наблюдаться искажения.

 

В сети в общем случае должны сосуществовать два вида трафика: тради- ционный компьютерный (пульсирующий) и мультимедийный (синхронный).

Управляемость – это возможность централизованно контролировать со- стояние основных элементов сети, выявлять и устранять неисправности, вы- полнять анализ производительности и планировать развитие сети. В этой обла- сти еще много нерешенных проблем. В основном существующие системы не управляют сетью, а лишь осуществляют наблюдение за ее работой.

Совместимость или интегрируемость означает, что сеть способна включать в себя разнообразное программное и аппаратное обеспечение. То есть сеть может быть неоднородной или гетерогенной. Основной путь обеспечения совместимости – это использование открытых стандартов и спецификаций.

 

Контрольные вопросы

1. В чем отличие информационных процессов от прикладных?

2. В чем смысл многоуровневой организации эталонной модели ВОС?

3. Чем отличается транспортный уровень от сетевого? Физический от канального?

4. Какие уровни ЭМ ВОС зависят от технической реализации сети, а ка- кие не зависят? И почему?

5. Сетевой протокол и интерфейс. В чем их различие и в чем сходство?

6. На каком уровне OSI работает концентратор? Мост? Коммутатор?

7. Отличается ли таблица коммутации от таблицы маршрутизации?

8. Какие уровни выделяют в функциональной модели маршрутизатора?

9. Когда вместо маршрутизатора применяется шлюз?

10. Какое наиболее значимое отличие локальных сетей от глобальных?

11. В чем смысл технологии клиент-сервер?

12. Перечислите модели клиент-серверного взаимодействия.

13. Виртуальная сеть – понятие физическое или логическое?

14. Как оценивается производительность сети?

15. Чем отличается структурная надежность сети от функциональной?

 

 

 

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В СЕТИ

Передача данных в сети включает логические и физические процессы на физическом и канальном уровнях ЭМ ВОС.

Физический уровень – это первый (нижний) уровень эталонной модели, который отвечает за непосредственную передачу данных и связь между устрой- ствами.

Единицей измерения на физическом уровне является бит. Физический уровень описывает способы передачи битов между устройствами по физиче- ской среде, параметры сигналов, которые передаются в той или иной среде, тип модуляции сигнала и другие параметры, задачи синхронизации и линейного кодирования.

Физический уровень – по сути, фундамент, на котором строится реальное соединение между сетевыми уровнями разных узлов (рис. 2.1, а).

Канальный уровень модели OSI отвечает за локальную связь между устрой- ствами. На втором уровне происходит проверка целостности и правильности пере- дачи данных, поступающих с физического уровня. Единицей измерения на каналь- ном уровне является кадр, который содержит биты полезной информации и биты служебной информации. Кадр имеет свою строго определенную структуру.

Если на физическом уровне в качестве среды передачи выступает реаль- ная физическая среда, которую можно «потрогать», то на втором уровне моде- ли OSI в качестве среды передачи рассматривается виртуальный канал.

Виртуальный канал образует виртуальное соединение, которое не зависит от физической среды и среды распространения сигнала (рис. 2.1, б).

 

Узел 1       Узел 2                  Узел 1      Узел 2

 

 

4		4		4	альны уть	4
3	ий	3		3	ирту п	3
2	ческ уть	2		2	В	2
1	акти п	1		1		1

 

а)                                                                   б)

Рис. 2.1. Соединение узлов: а – реальное соединение;

б – виртуальное соединение

В общем случае система передачи данных – это совокупность средств, служащих для передачи информации. На рис. 2.2 представлена метаструктура системы передачи информации.

 

Рис. 2.2. Метаструктура системы передачи информации

Задача источника информации – преобразовать физическое сообщение в, например, электрический сигнал, который будет передан по каналу передачи получателю информации. Получатель информации выполнит обратное преоб- разование электрического сигнала в требуемый физический носитель информа- ции.

Передача данных может быть связана с разными технологическими явле- ниями. Наиболее широко она сопряжена с индустрией компьютерных комму- никаций. Передача данных в таком аспекте – это обмен файлами (отправка, по- лучение), папками и иными реализациями машинного кода. Источниками ин- формации могут быть и ТВ-камера, телефонный аппарат, автоматический дат- чик. У этих источников первичный информационный сигнал представлен в аналоговой форме.

Однако современный тренд развития коммуникационных технологий та- ков, что каналы передачи данных, какого бы типа информация не передавалась посредством них, активно «оцифровываются». Поэтому одна из первых задач современных технологий передачи данных связана с кодированием источника.