Синхронная цифровая иерархия

Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) первоначально появилась в США под названием SONET – Synchronous Optical NETs (стандарт принят в 1984 году). Европейский стандарт SDH описан в спецификациях G.707 - G.709. SDH и SONET полностью совместимы.

Цель разработки SDH – создание универсальной технологии для передачи трафика цифровых каналов Т1/Е1 и Т3/Е3 и обеспечение иерархии скоростей до нескольких Гбит/с на основе ВОК.

Стек протоколов SDH содержит 4 уровня.

1. Физический уровень (Photonic). Кодирование методом NRZ (модуляция света).

2. Уровень секции (Section). Секция – непрерывный отрезок ВОК между двумя устройствами. Проводит тестирование секции и поддерживает операции административного контроля.

3. Уровень линии (Line). Отвечает за передачу данных между МП.

Протокол этого уровня выполняет операции мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных.

4. Уровень тракта (Path). Отвечает за доставку данных между конечными пользователями. Тракт – составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол принимает и преобразовывает данные из Тi/Ei в STS-n.

Формат кадра STS-1 в виде матрицы размером 9 на 90 байт, содержащей:

• заголовок секции – для контроля и реконфигурации секции;

• заголовок линии – для реконфигурации, контроля и управления линией;

• заголовок пути – указывает местоположение виртуальных контейнеров в кадре.

виртуальный контейнер (ВК) – это подкадры, которые переносят потоки данных с более низкими скоростями.

Таким образом, SDH – это основанная на волоконно-оптических каналах интегрированная сеть связи, позволяющая передавать все виды трафика и обеспечивающая:

• использование синхронной передачи с побайтовым чередовании при мультиплексировании;

• использование стандартного периода повторения кадров в 125 мкс;

• включение в иерархию большого числа уровней;

• использование технологии компоновки (инкапсуляции) протоколов в виде виртуальных контейнеров, их упаковки и транспортировки, позволяющие загружать и переносить в них кадры PDH.

Принципы организации ЛВС. Характерные особенности ЛВС. Состав ЛВС. Топологии ЛВС. Архитектуры ЛВС.

Характерные особенности ЛВС

1. Территориальный охват – от нескольких десятков метров до нескольких километров.

2. Соединяет обычно персональные компьютеры и другое электронное офисное оборудование, позволяя пользователям обмениваться информацией и совместно эффективно использовать общие ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства для хранения данных.

3. Интерфейс – последовательный.

4. Отсутствует АПД, так как сигналы передаются в "естественной" цифровой форме.

5. В качестве устройства сопряжения ЭВМ со средой передачи используется достаточно простое устройство – сетевой адаптер.

6. Простые типовые топологии: "общая шина", "кольцо", "звезда".

7. Отсутствует маршрутизация (3-й уровень модели OSI).

8. Высокая скорость передачи данных, как правило, более 1 Мбит/с.

9. Сравнительно небольшие затраты на построение сети.

Перечисленные особенности обусловливают основные достоинства ЛВС, заключающиеся в простоте сетевого оборудования и организации кабельной системы и, как следствие, в простоте эксплуатации сети.

Состав ЛВС

В общем случае ЛВС включает в себя:

· множество ЭВМ, обычно персональных компьютеров (ПК), называемых рабочими станциями;

· сетевые адаптеры, представляющие собой электронную плату для сопряжения ПК со средствами коммуникации;

· среду передачи (магистраль), представляющую собой совокупность средств коммуникаций (коммуникационная сеть, сеть связи), объединяющая все ПК в единую вычислительную сеть кабельной системой или радиосвязью.

Сетевые адаптеры (СА) (платы, карты) предназначены для сопряжения ПК со средствами коммуникации с учетом принятых в данной сети правилами обмена информацией.

Перечень функций, возлагаемых на СА, зависит от конкретной сети и, в общем случае, может быть разбит на две группы:

1) магистральные (канальные) функции, обеспечивающие сопряжение адаптера с ПК и сетевой магистралью;

2) сетевые функции, обеспечивающие передачу данных в сети и реализующие принятый в сети протокол обмена.

К магистральным функциям СА относятся:

1) электрическое буферирование сигналов магистрали;

2) распознавание (дешифрация) собственного адреса на магистрали;

3) обработка стробов обмена на магистрали и выработка внутренних управляющих сигналов.

К сетевым функциям СА относятся:

1) гальваническая развязка ПК и средств коммуникации (отсутствует в случае оптоволоконной и беспроводной связи);

2) преобразование уровней сигналов при передаче и приёме данных;

3) кодирование сигналов при передаче и декодирование при приёме (отсутствует при использовании кода NRZ);

4) распознавание своего кадра при приёме;

5) преобразование кода: параллельного в последовательный при передаче и последовательного в параллельный при приёме;

6) буферирование передаваемых и принимаемых данных в буферной памяти СА;

7) проведение арбитража обмена по сети (контроль состояния сети, разрешение конфликтов и т.д.);

8) подсчет контрольной суммы кадра при передаче и приёме.

Первые четыре функции всегда реализуются аппаратно, остальные могут быть реализованы программно, что естественно снижает скорость обмена.

Алгоритм функционирования СА при передаче кадров содержит следующих этапы (при приёме – обратная последовательность).

1. Передача данных. Данные передаются из ОЗУ ПК в буферную память СА (из буферной памяти СА в ОЗУ ПК при приёме) через программируемый канал ввода/вывода, канал прямого доступа к памяти или разделяемую память.

2. Буферизация. Необходима для хранения данных во время обработки в СА и обеспечения согласования между собой скоростей передачи и обработки информации различными компонентами ЛВС.

3. Формирование кадра (сообщения):

· сообщение разделяется на кадры при передаче (кадры объединяются в сообщение при приёме);

· к кадру добавляются (удаляются при приёме) заголовок и концевик.

4. Доступ к кабелю. Проверяется возможность передачи кадра в линию связи: для Ethernet проверяется незанятость линии связи, для Token Ring – наличие маркера. При приёме кадра этот этап отсутствует.

5. Преобразование данных из параллельной формы в последовательную при передаче и из последовательной формы в параллельную при приёме.

6. Кодирование/декодирование данных. Формируются электрические сигналы, используемые для представления данных.

7. Передача/прием импульсов. Закодированные электрические импульсы передаются в линию связи (при приеме принимаются из линии связи и направляются на декодирование).

Кроме этих этапов при приеме СА вместе с программным обеспечением ПК распознают и обрабатывают ошибки, возникающие из-за электрических помех, конфликтов в сетях со случайным доступом или из-за плохой работы оборудования.

Топологии ЛВС

В ЛВС наиболее широкое распространение получили следующие топологии.

1. "Шина" (bus) – представляет собой кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети.

Кадр, передаваемый от любого компьютера, распространяется по шине в обе стороны и поступает в буферы сетевых адаптеров всех компьютеров сети. Но только тот компьютер, которому адресуется данный кадр, сохраняет его в буфере для дальнейшей обработки. Следует иметь в виду, что в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер.

На производительность сети (скорость передачи данных) влияют следующие факторы:

· количество компьютеров в сети и их технические параметры;

· интенсивность (частота) передачи данных;

· типы работающих сетевых приложений;

· тип сетевого кабеля;

· расстояние между компьютерами в сети.

Для предотвращения отражения электрических сигналов на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы, поглощающие отраженные сигналы.

При нарушении целостности сети (обрыв или отсоединение кабеля), а также при отсутствии терминаторов, сеть "падает" и прекращает функционировать.

2. "Звезда" (star), в которой все компьютеры подключаются к центральному компоненту – концентратору.

Передаваемый кадр может быть доступен всем компьютерам сети, как в топологии «шина», или же, в случае интеллектуального концентратора, работающего на 2-м уровне OSI-модели, направляться конкретному компьютеру в соответствии с адресом назначения.

Основными недостатками такой топологии являются:

· значительный расход кабеля для территориально больших сетей;

· низкая надежность (узкое место – концентратор).

3. "Кольцо" (ring). Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии "шина", каждый компьютер выступает в роли повторителя, записывая кадр в буфер сетевого адаптера и затем передавая их следующему компьютеру.

В зависимости от способа передачи сигналов различают:

1) пассивные топологии, в которых компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю, поэтому выход из строя одного из компьютеров не сказывается на работе остальных;

2) активные топологии, в которых компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Архитектуры ЛВС

Типы архитектур ЛВС:

· одноранговые сети;

· сети типа "клиент-сервер";

· комбинированные сети, в которых могут функционировать оба типа операционных систем (одноранговая и серверная).

29. Одноранговые (равноранговые) сети. Сети типа "клиент-сервер". Серверы ЛВС.