Глобальні та метропольні мережі

Глобальна мережа (Wide Area Network ~ WAN):

q Фізична або логічна мережа, яка забезпечує комунікацію для даних для великої кількості незалежних користувачів, які звичайно обслуговуються локальними мережами, і охоплює більший географічний простір від метропольної мережі.

Примітка 1. Глобальні мережі можуть включати фізичні мережі, такі як ISDN, мережі X.25 і мережі Е1. Примітка 3. Глобальні мережі можуть мати загальнодержавний або всесвітній засяг.

Метропольна мережа (Metropolitan Area Network ~ MAN):

q Комунікаційна мережа даних, яка
(а) охоплює область, більшу від локальної мережі кампусу, але меншу від глобальної мережі,
(б) взаємосполучує дві або більше локальних мереж і
(в) звичайно охоплює цілий простір міста включно з передмістями.

Глобальна мережа утворена шляхом сполучення багатьох локальних мереж, які територіально розміщені у різних місцях, і охоплює велику географічну площу. WAN не накладає обмежень на відстань між кінцевими користувачами мережі. Мережеві технології WAN забезпечують менші швидкості, ніж технології LAN і мають значно більші часові затримки від мереж, які оперують на коротших відстанях. На даний час типові швидкості WAN знаходяться в межах від 64 кбіт/с до 9.953 Гбіт/с, а час затримки - у межах від декількох мілісекунд до декількох десятків секунд. WAN використовує загальнодоступні лінії та мережі зв’язку, зокрема, послуговується публічною комунікаційною мережею як магістраллю для взаємоз’єднання всіх локальних мереж організацій включно із супутниковими системами зв’язку. WAN дозволяє спільне використання файлів та інших інформаційних ресурсів географічно роззосередженим робочим групам (однак за вищий кошт і з меншою швидкістю, ніж в LAN або в MAN).

Найбільша всесвітня система взаємосполучених комп’ютерних мережвідома під назвою Інтернет (Internet - з великої літери!). Сьогодні Інтернет є інформаційною супермагістраллю, утвореною багатьма тисячами локальних, міжрегіональних та глобальних мереж, які використовують набір протоколів ТСР/IP для сполучень між десятками мільйонів комп’ютерів у всьому світі. Інтернет - це приватна корпоративна мережа, в якій використовуються Інтернет-продукти і технології. Технічні стандарти Internet визначає міжнародний комітет, відомий як Група архітектури Інтернет (Internet Architecture Board - IAB), та Група техніки Інтернет (Internet Engineering Task Force - IETF). Основними інформаційними технологіями, доступними в Інтернет, є електронна пошта (Email), передавання файлів (File Transfer) між віддаленими комп’ютерами, дистанційний доступ (Remote Access) до обчислювальних та інформаційних ресурсів (наприклад, до баз даних) і Всесвітня Павутина (Wordl Wide Web - WWW). Технологія WWW, яка з’явилася наприкінці 80-х років, дозволяє поєднувати в одному документі гіпертекст, графіку, звук і відео.

Існують також інші корпоративні комп’ютерні мережі, переважно в сфері бізнесу, які використовують технології Інтернет, можуть обмінюватися повідомленнями з комп’ютерами в Internet, але не можуть без обмежень з’єднуватися для надавання та отримання таких послуг, як, наприклад, передавання файлів та дистанційне входження в систему. Такі мережі, відомі під назвою Інтранет (Intranet), разом з Інтернет можна вважати частинами ще більшої мережі, яку часом називають Матрицею (Matrix).

Муніципальна мережа охоплює територію міста і працює з швидкісними мережевими технологіями (звичайно це сотні Мбіт/с). MAN загалом більша від LAN, але менша від WAN.

Спільні характеристики глобальних мереж:

· охоплюють великий географічний регіон;

· швидкість пересилання та якість нижчі від локальних мереж;

· мережа може бути побудована з використанням публічних комутованих телефонних мереж (Public Switched Telephone Network – PSTN) або виділених каналів у вигляді публічної мережі даних (Public Data Network – PDN);

· для досягнення вузла призначення дані можуть використовувати окремі безпосередні канали або проходити через проміжні вузли;

· користувачі WAN оплачують послуги глобальних сполучень, оскільки комунікаційні канали належать телефонним компаніям або комерційним мережам зв’язку.

· Приклади поширених WAN:

· SNA, DNA;

· X.25;

· Frame Relay;

· ATM.

2.1.4. Мережі типу "пункт-пункт" і широкомовні мережі.

У більшості мереж підмережа складається з двох компонентів: передавальних ліній та комутаційних елементів. Передавальні лінії (вживаються також терміни: кола ~ circuits або канали ~ channels) призначені для транспортування бітів між комп’ютерами. Комутаційні елементи вживаються для сполучення двох або більше передавальних ліній і звичайно є спеціалізованими комп’ютерами. Замість терміну комутаційний елемент вживають також терміни вузол комутації пакетів (packet switch node) або комутаційний вузол.

Комунікаційна підмережа може бути віднесена до одного з двох типів:

q з каналами типу пункт-пункт (point-to-point);

q з широкомовними каналами (broadcast).

В підмережах типу " пункт-пункт "кожна передавальна лінія увімкнена між двома комутаційними елементами. Коли повідомлення або пакет висилається від одного комутаційного елемента до іншого через один або більше проміжних комутаційних вузлів, то цей пакет запам’ятовується після приймання на час, доки звільниться потрібна вихідна лінія, і тоді висилається далі. Тому такі підмережі називають також підмережами з буферизацією (store-and-forward) або підмережами з комутацією пакетів. Більшість підмереж WAN відноситься до цього типу.

У підмережах типу “пукт-пункт”, крім комутації пакетів, може використовуватися комутація кіл (каналів). Це типове для підмереж WAN, які використовують традиційну телефонну мережу. Коли ініціюється сесія з даною швидкістю передавання, то створюється фізичне з’єднання між джерелом повідомлення і його призначенням. Швидкість передавання даних не може перевищувати повної інформаційної ємності утвореного каналу зв’язку. Протиріччя між вимогами передавання даних і передавання голосу через телефонну мережу полягає в тому, що сесія в телефонній мережі створюється завжди для однакової швидкості передавання даних, обумовленої шириною спектру голосу, прийнятою в телефонії, тоді як для передавання даних потрібні швидкості можуть змінюватися в дуже широких межах. Наслідком цього є факт, що інформаційна ємність каналу при використанні технології комутації кіл використовується дуже неефективно.

Важливим поняттям для мереж “пункт-пункт” є топологія мережі.

Топологія мережі - це особливе фізичне, тобто реальне, або логічне, тобто віртуальне, розташування елементів мережі - вузлів та зв'язків між ними. Дві мережі мають однакову топологію, якщо конфігурація зв'язків однакова, тобто ці мережі мають однакову кількість вузлів та ідентичні зв'язкиміж вузлами. Мережі з ідентичною топологією можуть мати відмінності у фізичних з'єднаннях, відстанях між вузлами, швидкостями передавання, типами сигналів.

Топологія мережі описується неорієнтованим графом, вершини якого відповідають вузлам мережі, а ребра – лініям (каналам) зв’язку. Означення для окремих видів топологій наведені нижче і проілюстровані на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Найпоширеніші топології мереж типу “пункт-пункт”.

 

q Топологія повного з'єднання (рис.2.1.а). Це мережева топологія, в якій існує прямий шлях (гілка) між будь-якими двома вузлами, тобто граф мережі є повним. У такому графі з n вузлами існує n(n-1)/2 гілок. Повне з'єднання можна розглядати як частковий випадок сіткової топології.

q Топологія сітки (рис.2.1.б). Це мережева топологія, в якій існують щонайменше два вузли з двома або більше шляхами між ними.

q Кільцева топологія (рис.2.1.в). Це мережева топологія, в якій кожен вузол має точно два зв'язки з іншими вузлами.

q Топологія дерева (рис.2.1.г). Ця мережева топологія, яка описується графом без контурів (петель). У мережі з топологією дерева існує один виділений вузол, який є коренем дерева.

q Зіркова топологія (рис.2.1.д). Мережева топологія, яка є частковим випадком топології дерева, а саме – дворівневим деревом. Центральний вузол відповідає кореню дерева.

q Лінійна (ланцюгова) топологія (рис.2.1.е). Це топологія, у якій кожен вузол з'єднаний з попереднім та наступним відносно себе. Частковий випадок дерева. Виникає з кільцевої топології при видаленні однієї гілки.

q Змішана (гібридна) топологія. Це поєднання двох або більшої кількості мережевих топологій. Можна навести приклади, коли дві об'єднані основні мережеві топології не змінюють характеру топології мережі і тому створюють гібридної мережі. Наприклад, сполучення мереж з топологією дерева дає мережу з такою ж топологією. Тому гібридна топологія мережі виникає тільки тоді, коли сполучені дві мережі з основними топологіями дають у результаті мережу, топологія якої не відповідає жодному з означень основних топологій. Наприклад, дві мережі із зірковою топологією при об'єднанні утворюють мережу з гібридною топологією. Гібридна топологія мережі виникає також при сполученні мереж із різними видами топологій.

В мережах з широкомовними каналами застосовують принцип розсіювання повідомлень. Тут існує тільки один комунікаційний канал, який спільно використовується всіма вузлами (рис. 2.2). Широкомовні мережі, строго кажучи, не можна охарактеризувати з топологічної точки зору, бо вони не описуються графами. Однак фаховий літературний жаргон широко вживає поняття “топологія шини” чи “топологія кільця” до мереж, спосіб сполучення вуздів між собою зображений на рис. 2.2.а та рис.2.2.б відповідно. Широкомовна мережа, яка використовує радіоканали, в загальному випадку не має адекватного графічного зображення.

Неодмінною рисою широкомовних систем є те, що повідомлення, вислане будь-яким вузлом, досягає всіх інших вузлів. Тому повідомлення обов'язково мусить містити інформацію про те, кому воно адресоване. Пакети, вислані одним комп’ютером, приймаються усіма іншими, однак перед його опрацюванням кожен комп’ютер перевіряє адресне поле пакету. Якщо пакет не призначений даному комп’ютеру, він ігнорується. Широкомовні системи мають можливість адресування пакетів до багатьох або всіх можливих призначень шляхом використання спеціального коду в адресному полі пакету. Повідомлення, отримане станцією, для якої воно не призначене, ігнорується цією станцією.

Рис. 2.2. Широкомовні мережі з топологією шини (а), кільця (б); сателітарна або радіомережа (в).

В підмережах з широкомовними каналами обов'язково існує механізм надання станції доступу до каналу. Це означає, що в даний інтервал часу тільки одна станція може передавати повідомлення, а всі інші станції повинні очікувати. Такі підмережі також мусять мати механізм розв'язування конфліктів, які виникають при спробі одночасного передавання повідомлень двома або більшою кількістю станцій. Широкомовні підмережі характерні переважно для LAN.

В залежності від способу надання доступу до спільного каналу підмережі із широкомовними каналами можна поділити на статичні та динамічні.

Типовим методом статичного механізму доступу є використання принципу циклічного обслуговування (round - robin), коли в черзі постійної довжини першим обслуговується перший в черзі, а після обслуговування поміщається у кінець черги, і т. д. Найчастіше при цьому застосовують часове мультиплексування, при якому кожен вузол може передавати тільки у виділений для нього інтервал часу. При статичному доступі існує проблема невикористання пропускної здатності каналу, коли вузол не має нічого для передавання у виділений час, тоді як інший вузол або вузли не встигають передати свій обсяг інформації.

Методи динамічного управління доступом можуть бути централізовані або децентралізовані. При централізовавному методі доступу існує виділений вузол, який надає дозвіл на передавання іншим станціям. Децентралізований метод не передбачає існування виділеного центрального вузла, а кожен вузол (станція) самостійно вирішує, чи передавати. Існують спеціальні алгоритми, які запобігають виникненню хаосу в децентралізованих системах.

2.3. Мультиплексування в мережах “пункт-пункт”

Оскільки кошти інсталяції комунікаційного каналу, такого як мікрохвильова лінія зв’язку або коаксіальна лінія, є високими, то розглядають можливості спільного використання каналу багатьма користувачами. За умови, що ємність каналу перевищує потреби окремого користувача, канал можна використовувати спільно з допомогою методів мультиплексування (ущільнення).

Мультиплексування (multiplexing - MUXing):

· Поєднання двох або більше інформаційних каналів у спільному передавальному середовищі. Примітка. В електричній комунікації двома основними формами мультиплексування є мультиплексування з поділом частот або частотне мультиплексування (frequency-division multiplexing - FDM) і мультиплексування з поділом часу або часове мультиплексування (time-division multiplexing - TDM) і

Демультиплексування (demultiplexing):

· Розділення двох або більше попередньо мультиплексованих каналів, тобто операція, обернена до мультиплексування.

Мультиплексування полягає в спільному використанні комунікаційних каналів через локальне поєднання сигналів у спільному пункті.

Частотне мультиплексування

Частотне мультиплексування (frequency-division multiplexing - FDM):

· Виділення двох або більшесуцільних каналів у передавальному середавищі шляхом призначення окремої частини наявного частотного спектру кожному окремому каналу.

При мультиплексуванні з поділом частот (frequency-divided multiplexing – FDM) або, коротше, частотному мультиплексуванні наявна ширина смуги комунікаційного каналу спільно використовується багатьма користувачами за допомогою переносу частот або модуляції носіїв з різними частотами, виділеними індивідуально для кожного користувача. Приймаючи, що здійснено ефективне розділення частот носіїв, так що діапазони частот модульованих сигналів не перекриваються, на приймальному кінці можливе відновлення кожного інформаційного сигналу. Для запобігання перекриттю частот і для спрощення фільтрації кожен із модульованих сигналів відділений захисною смугою, яка займає невикористану частину наявного частотного спектру. Кожному користувачу на постійно призначений певний діапазон частот.

Хоч кожен інформаційний сигнал користувача може бути аналоговим або цифровим, об’єднаний FDM-сигнал є аналоговим і тому повинен пересилатися через аналоговий канал. Приклади використання FDM можна знайти в старих передавальних телефонних системах для великих відстаней та в аналокових мікрохвильових системах пункт-пункт.