Общие принципы построения сетей. Физическая передача данных по линиям связи
Кодирование — представление данных в виде оптических или электрических сигналов. В ВТ для представления данных используют двоичный (бинарный) код. Существуют различные способы кодирования двоичных цифр: потенциальный способ, при котором 1 – один уровень напряжения, 0 – др., или импульсный, когда для представления цифр используются импульсы различной полярности. В ВС применяют потенциальное и импульсное кодирование данных (применяется на каналах высокого качества), а также модуляцию, который не используется внутри компьютера. При модуляции инф. представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи (применяется, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы). Для надежной передачи данных между ПК используется подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или блока байтов.
Емкость канала, или пропускная способность представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по каналу.
Физические каналы связи делятся на несколько типов:
— Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях.
— Полудуплексный канал так же обеспечивает передачу инф. в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. Полудуплексная передача — метод двунаправленной передачи данных, при котором в каждый момент вр. инф. может передаваться только в одну сторону
— Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. Используется в телевидении, радиовещании и телеметрии
Общие принципы построения сетей. Топология физических связей
Топологияй сети — конфигурация графа, вершины — конечные узлы сети (компьютеры) и коммуникационное оборудование (маршрутизаторы), а ребра — физические или инф-ые связи между вершинами
Сетевая топология — схема расположения и соединения сетевых устройств. Сетевая топология может быть:
— Полносвязная топология — топология, в которой каждый ПК сети связан со всеми остальными
— Неполносвязная топология, когда для обмена данными между 2 ПК может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети:
- Ячеистая — связываются только те ПК, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между ПК, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы
- Общая шина — в этом случае компьютеры подключаются к одному пассивному кабелю. Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем компьютерам, присоединенным к этому кабелю.
- Звезда — в этом случае каждый ПК подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В ф-ии концентратора входит направление передаваемой ПК инф. одному или всем остальным ПК сети. В качестве концентратора может выступать как универсальный ПК, так и специализированное устр-во
- Кольцо — данные передаются по кольцу от одного ПК к другому, как правило, в одном направлении. Кольцо обеспечивает резервирование связей.
- Дерево — сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда
2. Архитектурные принципы построения сетей
На уровне самого общего представления информационная сеть состоит из совокупности пунктов и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и способность к обеспечению доставки информации в различные пункты.
Структура, отображающая взаимосвязь пунктов (конфигурацию линии), называется топологией.
Различают физическую топологию и логическую. Физическая топология показывает размещение сетевых пунктов и конфигурацию кабельной системы. Логическая топология дает представление о путях, по которым передаются потоки информации между пунктами.
Для исследования топологических особенностей сети ее удобно изобразить в виде точек и соединяющих их дуг. Такая геометрическая фигура носит название граф. Точки в графе именуются вершинами, а дуги, если не учитывается их направленность, – ребрами. Граф является топологической моделью структуры информационной сети.
Выбор топологии сети является наипервейшей задачей, решаемой при ее построении, и определяется такими требованиями, как экономичность и надежность связи.
Задача выбора топологии сети решается сравнительно несложно, если известен набор стандартных топологий, из которых она может быть составлена.
Рассмотрим ряд базовых топологий и их особенности.
Топология «точка – точка» является наиболее простым примером базовой топологии и представляет собой сегмент сети, связывающий физически и логически два пункта (рис. 2.1).
Надежность связи в таком сег-менте может быть повышена за счет введения резервной связи, обеспечивающей стопроцент-ное резервирование, назы-ваемое защитой типа 1 + 1. При выходе из строя основной связи сеть автоматически пере-водится на резервную. Несмотря на всю простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков информации по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (в качестве радиусов). Топология «точка – точка» с резервированием типа 1 + 1 может рассматриваться как вырожденный вариант топологии «кольцо» (см. ниже).
Древовидная топология может иметь различные варианты (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 – Древовидная топология: а – дерево, б – звезда, в – цепь
Особенностью сегмента сети, имеющего древовидную топологию любого из перечисленных вариантов, является то, что связность n пунктов на уровне физической топологии здесь достигается числом ребер R = n –1, что обеспечивает высокую экономичность такой сети. На логическом уровне, количество связывающих путей передачи информации между каждой парой пунктов в таком сегменте всегда равно h = 1. С точки зрения надежности, это достаточно низкий показатель. Повышение надежности в таких сетях достигается введением резервных связей (например, защиты типа 1 + 1).
Древовидная топология находит применение в локальных сетях, сетях абонентского доступа.
Топология «кольцо» (рис. 2.3) характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены две, и только две линии. Кольцевая топология широко используется в локальных сетях, в сегментах межузловых соединений территориальных сетей, а также в сетях абонентского доступа, организуемых на базе оптического кабеля.
Число ребер графа, отображающего физическую топологию, равно числу вершин: R = n и характеризует сравнительно невысокие затраты на сеть.
На логическом уровне между каждой парой пунктов могут быть организованы h = 2 независимых связывающих пути (прямой и альтернативный), что обеспечивает повышение надежности связи в таком сегменте, особенно при использовании резервирования типа 1 + 1, так называемого двойного кольца
Двойное кольцо образуется физическими соединениями между парами пунктов, при которых информационный поток направляется в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используется как основное, второе – как резервное.
Полносвязная топология (рис. 2.5) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым».
Граф, включающий n вершин, содержит R = n (n –1)/2 ребер, что определяет высокую стоимость сети. Количество независимых связывающих путей между каждой парой пунктов в таком сегменте сети равно h = n –1. Полносвязная топология на логическом уровне обладает максимальной надежностью связи, благодаря возможности организации большого числа обходных путей. Такая топология характерна для территориальных сетей при формировании сегментов базовых и опорных (магистральных) сетей. Максимальная надежность связи в сегменте достигается при использовании на обходных направлениях альтернативных сред распространения сигналов (например, волоконно-оптический кабель и радиорелейная линия).
Ячеистая топология (рис. 2.6). Каждый пункт сегмента имеет непосредственную связь с небольшим числом пунктов, ближайших по расстоянию.
Рисунок 2.6 – Ячеистая топология
При большом числе вершин число ребер R » r×n/2, где r – число ребер, инцидентных каждой вершине. Ячеистые сегменты обладают высокой надежностью связи при меньшем числе ребер по сравнению с полносвязным сегментом.
Использование полносвязной и ячеистой топологий целесообразно лишь в сегментах с высокой концентрацией трафика, так как их реализация связана со значительными затратами.