Технология пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей

Сети и системы передачи информации

• Коммутация пакетов ( англ. packet switching ) — принцип коммутации , при котором информация разделяется на отдельные пакеты , которые передаются в сети независимо друг от друга. • В таких сетях по одной физической линии связи могут обмениваться данными много узлов. • Основные принципы • При коммутации пакетов все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие (до нескольких килобайт) части — пакеты (packet). • Каждый пакет оснащается заголовком, в котором указывается, как минимум, адрес узла-получателя и номер пакета. • Передача пакетов по сети происходит независимо друг от друга. Коммутаторы такой сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, что позволяет сглаживать пульсации трафика на линиях связи между коммутаторами. • Пакеты иногда называют дейтаграммами (datagram), а режим индивидуальной коммутации пакетов — дейтаграммным режимом.

Задержка распространения пакетов

• Задержка на прием или передачу пакета: ∆t=L/v, L – длина пакета, бит, v- скорость передачи информации, бит/с • Пример: длина пакета 1 кбайт=10000 бит, скорость передачи 500 кбит/с. Задержка ∆t=10/500=0,02c. • Каждый промежуточный узел вносит свои дополнительные задержки • Задержка распространения сигналов: ∆t=R/V, R – расстояние между источником и приемником пакета в км, V – скорость распространения сигнала, обычно – скорость света в той или иной среде передачи. • Пример: расстояние Москва-Владивосток около 10 тыс.км, скорость распространения сигнала в оптоволоконном кабеле – 0.6*300000 км/с, задержка ∆t=10/300=0,03c

Основные технологии пакетной передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

• X.25 — семейство протоколов канального уровня сетевой модели OSI . Предназначалось для организации WAN на основе телефонных сетей с линиями с достаточно высокой частотой ошибок, поэтому содержит развитые механизмы коррекции ошибок. • Разработан Study Group VII Международного союза электросвязи (ITU) в качестве пакетного протокола передачи данных в телефонных сетях принят в 1976 г. и стал основой всемирной системы PSPDN ( англ. Packet- Switched Public Data Networks ), то есть WAN. Существенные дополнения к протоколу были приняты в 1984 г., в настоящее время действует стандарт ISO 8208 протокола X.25, стандартизовано также и применение X.25 в локальных сетях (стандарт ISO 8881). • Пакет данных состоит обычно из 128 байтов, которые передаются по адресу, содержащемуся в пакете. Но длина пакета может лежать в пределах 64-4096 байтов. Размер пакета также как и величина окна (число пакетов, принимаемых без подтверждения) определяются на фазе установления канала. Прежде чем пакет будет передан, необходимо установить связь между исходными ЭВМ/ПАД и адресуемыми ЭВМ/ПАД. Существуют два вида соединений: коммутируемый виртуальный канал (SVC) и постоянный виртуальный канал (PVC).

Основные технологии пакетной передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

• Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC . Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года , когда Роберт Меткалф ( Robert Metcalfe ) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks» [1] . • Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС) . Ему удалось убедить DEC , Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года .

Основные технологии пакетной передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet.

• Формат кадра — Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. MAC-адреса • При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер ( MAC — адрес ), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Основные технологии пакетной

передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet. • ATM ( англ. Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта [1] ), из которых 5 байтов используется под заголовок. • Основы технологии ATM были разработаны независимо во Франции и США в 1970-х двумя учеными: Jean-Pierre Coudreuse [2] , который работал в исследовательской лаборатории France Telecom , и Sandy Fraser , инженер Bell Labs [3] . Они оба хотели создать такую архитектуру, которая бы осуществляла транспортировку как данных, так и голоса на высоких скоростях, и использовала сетевые ресурсы наиболее эффективно. • В 1988 г. на собрании ITU в Женеве была выбрана длина ячейки ATM — 53 байт [5] . Это был компромисс между специалистами США, которые предлагали длину ячейки 64 байта и специалистами Европы, предлагавшими длину ячейки 32 байта . Ни одна сторона не смогла убедительно доказать преимущество своего варианта, поэтому в итоге объём «полезной» нагрузки составил 48 байт , а для поля заголовка (служебных данных) был выбран размер 5 байт

Основные технологии пакетной

передачи данных: X.25, Ethernet, ATM, Internet. • Базовые принципы • Сеть ATM строится на основе соединенных друг с другом АТМ-коммутаторов. Технология реализуется как в локальных , так и в глобальных сетях . Допускается совместная передача различных видов информации, включая видео, голос. • Ячейки данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет: • Совместно передавать данные с различными классами требований к задержкам в сети, причем по каналам как с высокой, так и с низкой пропускной способностью; • Работать с постоянными и переменными потоками данных; • Интегрировать на одном канале любые виды информации: данные, голос, потоковое аудио- и видеовещание, телеметрия и т.п.; • Поддерживать соединения типа точка–точка, точка–многоточка и многоточка– многоточка. • Для маршрутизации в пакетах используют так называемые идентификаторы пакета. Они бывают двух видов: • VPI ( англ. virtual path identifier ) — идентификатор виртуального пути (номер канала) • VCI ( англ. virtual circuit identifier ) — идентификатор виртуального канала (номер соединения)

Инкапсуляция сетевых протоколов

• Инкапсуляция в компьютерных сетях — это метод построения модульных сетевых протоколов , при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты. • Туннелирование (от англ. tunnelling — «проложение туннеля») в компьютерных сетях — процесс, в ходе которого создается защищенное логическое соединение между двумя конечными точками посредством инкапсуляции различных протоколов. Туннелирование представляет собой метод построения сетей, при котором один сетевой протокол инкапсулируется в другой. От обычных многоуровневых сетевых моделей (таких как OSI или TCP/IP ) туннелирование отличается тем, что инкапсулируемый протокол относится к тому же или более низкому уровню, чем используемый в качестве тоннеля.

Источник