Основные виды архитектуры и топологии сетей и систем телекоммуникаций

1.Классификация информационно-вычислительных систем и сетей. Основные виды архитектуры и топологии сетей и систем телекоммуникаций.

Распределенная система обработки данных (РСОД) — любая система, по­зволяющая организовать взаимодействие независимых, но связанных между собой ЭВМ. Концептуально распределенная обра­ботка подразумевает тот или иной вид организации сети связи и децентрали­зацию трех категорий ресурсов:

• аппаратных вычислительных средств и собственно вычислительной мощ­ности;
• баз данных;
• управление системой.

Классификация. Системы обработки данных (СОД):

1. ЭВМ
2. ВК
   1. Многомашинные ВК
   2. Многопроцессорные ВК
3. Вычислительные сети
   1. ГВС
   2. ЛВС
4. Системы телеобработки

1 и 2 – параллельный интерфейс, близкое расположение узлов 3 и 4 – последовательные и связные интерфейсы Сетевая архитектураописывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Кроме того, сетевая архитектура определяет методы передачи данных по кабелю. Наиболее распространенные архитектуры:Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с.Аrcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединенных ресурсов) — широковещательная сеть. Топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/с.Тоkеn Ring(эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) -кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с.FDDI(Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи 100 Мбит/с. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети 1000. Очень высокая стоимость оборудования.АТМ(Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока еще очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/с. Линии связи оптические. Топология сети.Полносвязная топология (рис. 1.10, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров. Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обме­на данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети. Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некото­рых возможных связей (рис. 1.10, б). В сети с ячеистой топологией непосредствен­но связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Общая шина (рис. 1.10, в) является очень распространенной топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажно­го ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. При­менение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещатель­ного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимущества­ми такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производитель­ность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способ­ность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети. Топология звезда (рис. 1.10, г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передава­емой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной — существенно боль­шая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора мо­жет вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль ин­теллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость се­тевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются ко­личеством портов концентратора. В настоящее время иерархическая звезда явля­ется самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях. В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 1.10, е) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компь­ютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тести­рования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Рис. 1.10. Типовые топологии сетей В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — звез­да, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произ­вольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис. 1.11). Рис. 1.11. Смешанная топология

Источник

Глава 4. Архитектура телекоммуникационных сетей

С различных позиций и на разных уровнях можно рассматривать построение, управление и функционирование телекоммуникационной сети. Для каждого уровня (пользователь, провайдер, оператор и др.) сеть представляется в аспекте его востребования и взаимодействия с сетью. Чтобы взаимодействовать с сетью на уровне пользователя, достаточно знать состав служб сети, обеспечивающих представление различных коммуникационных услуг. Для того чтобы представить, какие работы можно выполнить в сети и как это сделать, вовсе не требуется знание устройства сети и принципов ее работы, а все необходимые ему ресурсы информационной сети как бы находятся в его терминале (рис. 4.1).

Провайдер, организуя свою деятельность по предоставлению услуг пользователям, должен представлять себе логику работы сети как минимум на уровне ее функциональной структуры и состава ресурсов. Знание правил организации взаимодействия различных элементов сети, образующих платформы предоставления услуг, обеспечивает ему гибкость взаимодействия с сетевыми ресурсами. Организация эксплуатации сети, инсталляция сетевого оборудования входят в функции оператора сети. Для грамотного выполнения своих функций оператору сети необходимо четко представлять себе ее физическую структуру, конкретный состав оборудования, принцип его работы и совместной эксплуатации, характеристики режимов работы сети, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания пользователей. Для того, чтобы управлять хозяйственной деятельностью сети, планировать ее развитие, администрация сети анализирует организационную структуру сети, структуру сетевых служб, управления, обслуживания и ремонта и т.п. Разработчик сети должен представлять сеть во всех вышеперечисленных аспектах. Иными словами, ему необходимо знание архитектуры сети.

Архитектурой называется системное описание сети, отображающее все разнообразие элементов, связей между ними и правил их взаимодействия. Под системным описанием понимают многоуровневое описание объекта в виде моделей, каждая из которых отображает объект в определенном аспекте рассмотрения.

Модель – это отображение объекта, позволяющее исследовать его основные элементы, не отвлекаясь на несущественные детали.

Модельное описание сети как сложной системы (описание архитектуры) можно осуществить с помощью распределения её на множество структур, каждая из которых отображает взаимосвязь определенной группы элементов, выделенных на некотором уровне рассмотрения сети. Таким образом, архитектура является емким понятием и отражает взаимосвязь различных структур сети:

— конфигурации линий, объединяющих ее пункты (топологии);

— организационной структуры, отражающей устройство сети;

— функциональной структуры, поясняющей логику работы сети;

— программной структуры, характеризующей состав чрезвычайно сложного и многоцелевого программного обеспечения сети;

— протокольной модели сети, описывающей правила установления связи и обеспечения информационного обмена;

— физической структуры, позволяющей оценить физические ресурсы сети и типы используемого оборудования.

Рис. 4.1 Взаимодействие пользователя с сетью

Такое всестороннее описание сети следует проводить с позиций системного подхода, основанного на методологических принципах системологии (науки, изучающей большие, сложные системы). Сеть связи наделена всеми признаками сложных систем и подчиняется свойственным им закономерностям. Перечислим некоторые из них.

Иерархичность – расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему. Следуя этой закономерности, можно разделить сеть на отдельные подсети (сегменты) низшего порядка.

Коммуникативность – закономерность, указывающая на множество связей (коммуникаций) системы: внешних – со средой и внутренних – с подсистемами и элементами. Это означает, что любую сеть связи можно рассматривать как подсеть (подсистему) или элемент системы более высокого порядка (например, как элемент глобальной информационной инфраструктуры) и в то же время она может рассматриваться как самостоятельная система, включающая подсистемы (сегменты) более низкого порядка.

Эмержентность – закономерность, заключающаяся в проявлении системой интегрированного качества – целостности, не свойственной отдельным ее элементам. Так, например, в сети связи можно выделить такие функционально важные и относительно независимые подсистемы, как транспортная система, система распределения информации, система управления сетью. Ни одну из перечисленных систем нельзя отождествить с сетью связи в целом, и только их взаимосвязь отражает это понятие. С другой стороны, при рассмотрении и изучении структуры отдельных подсистем углубляется представление о системе в различных аспектах. Понятие архитектуры характеризует целостное представление об устройстве сети и, следовательно, отражает ее эмержентность.

Следуя вышеуказанным закономерностям, любую из подсистем сложной системы можно рассматривать как самостоятельную систему со свойственной ей архитектурой, отражающей ее эмержентное свойство. Так, в зависимости от уровня рассмотрения в иерархическом представлении систем, можно говорить об архитектуре сети в целом, архитектуре терминального комплекса, архитектуре коммутационной системы, вычислительной машины и даже отдельной интегральной схемы.

Видение архитектуры сети во многом определяется профессиональной ориентацией исследователя. Например, оператор сети, приступая к анализу архитектуры сети, прежде всего, видит и понимает ее физическую структуру. Проектировщик, анализируя архитектуру сети, начинает с исследования топологии и функциональной структуры. Поэтому нередко понятие архитектуры употребляют в более узком смысле, имея в виду, например, топологию сети, протокольную модель, программное обеспечение и т.п. Для описания архитектуры сети могут быть использованы различные способы модельного представления. Так, например, для отображения топологии сети, взаимосвязи подсистем и элементов могут использоваться графовые модели. Правила взаимодействия элементов различных уровней представления и детализации обычно представляются так называемыми протокольными моделями многоуровневого описания сети. Ниже рассматриваются некоторые обобщенные типы структур, позволяющие уяснить общие архитектурные принципы построения сетей.

Источник