Статья: Коммуникационные подсети
--PAGE_BREAK--2. Одноузловая коммуникационная подсеть<img width=«341» height=«370» src=«ref-1_379488579-18454.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">
Рис. 3. Одноузловая коммуникационная подсеть
Одноузловая коммуникационная подсеть состоит (рис.3) из одной коммуникационной системы (заштрихованный кружок) и группы абонентских каналов, каждый из которых соединяет абонентскую систему с коммуникационной. Этим и определяется название подсети. Каждый канал заканчивается аппаратурой передачи данных, к которой с наружной части подсети подключаются абонентские системы (пунктирные прямоугольники А—Д). Точки подключения абонентских систем к аппаратуре передачи данных, определяют интерфейс коммуникационной подсети. Естественно, что одноузловая подсеть может иметь только одну форму звездообразную.
Логическая структура одноузловой коммуникационной подсети, соответствующая схемам, представленным на рис.4.
<img width=«654» height=«266» src=«ref-1_379507033-5424.coolpic» v:shapes="_x0000_s1076 _x0000_s1075 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079 _x0000_s1080 _x0000_s1081 _x0000_s1082 _x0000_s1083 _x0000_s1084 _x0000_s1085 _x0000_s1086 _x0000_s1089 _x0000_s1090 _x0000_s1091 _x0000_s1092">
Рис. 4. Логическая структура одноузловой подсети
Она состоит из коммуникационной системы и пяти (А—Д) групп двухточечных физических соединений. Каждая группа соединений (как и на рис. 3.3) заканчивается аппаратурой передачи данных, изображенной здесь полукругом. Группа физических соединений с парой аппаратур передачи данных, расположенных по концам соединений, представляет канал. В точках интерфейса подсети к ней могут подключаться абонентские системы(А-Д).
Коммуникационная система выполняет протоколы всех семи уровней области взаимодействия открытых систем. Однако при основном управлении, связанном с передачей информации между абонентскими системами, используются протоколы только трех нижних уровней: сетевого, канального и физического. Что же касается административного управления подсетью, то здесь используются протоколы всех семи уровней.
Функции сетевого (3), канального (2) и физического (1) уровней в" коммуникационной системе непосредственно связаны с каналами. Над тремя уровнями находится общий для всех них сетевой процесс. Этот процесс обеспечивает маршрутизацию информации: и выполняет функции соединения каналов для передачи по ним пакетов.
Современная коммуникационная система, как правило, состоит из группы практически одинаковых микропроцессорных блоков; (рис.5). Один из них специализируется на выполнении административных функций (сбор статистики, диагностика системы, выдача отчетов о работе). Остальные блоки 1—D выполняют функции, связанные с маршрутизацией и коммутацией информации. Число коммуникационных блоков зависит от размеров создаваемой коммуникационной подсети. В случае необходимости, при увеличении размеров подсети, в коммуникационную систему добавляется необходимое число коммуникационных блоков.
<img width=«471» height=«303» src=«ref-1_379512457-4942.coolpic» v:shapes="_x0000_s1094 _x0000_s1093 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1103 _x0000_s1104 _x0000_s1105 _x0000_s1106 _x0000_s1107 _x0000_s1108 _x0000_s1109 _x0000_s1110 _x0000_s1111 _x0000_s1112 _x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116 _x0000_s1117 _x0000_s1118 _x0000_s1119 _x0000_s1120">
Рис. 5. Структура коммуникационной сиситемы
Блоки коммуникационной системы соединяются одной либо, для надежности, двумя общими шинами. Интересна идея использования здесь не многопроводной шины, а одного коаксиального кабеля. Она связана с тем, что шина является сложным образованием, управляющим обменом информацией между микропроцессорами. И выход ее из строя приводит к серьезным последствиям. Что же касается коаксиального кабеля, то он является пассивным высоконадежным элементом.
Операторское управление (передача команд, загрузка и перегрузка программ, диагностика и т. д.) коммуникационной системой может осуществляться там же, где система расположена. Для этого административный блок имеет (рис. 3.5) дисплей и печатающее устройство. Вместе с тем административное управление коммуникационной системой может осуществляться и из другого удобного для этого места. Тогда дисплей и печатающее устройство оказываются ненужными, а операторское управление системой осуществляется дистанционно.
Пример мультимикропроцессорной коммуникационной системы показан на рис. 6. Она состоит из одинаковых микропроцессоров, подключенных к двум кольцевым шинам. Структура такой системы включает до 64 микропроцессоров. Из них два — административных (типа А) и 62 микропроцессора — коммуникационных (типа К). Каждый из микропроцессоров работает с оперативной памятью от 64 до 256 Кбайт и набором контроллеров.
Процессоры типа А имеют контроллеры, обеспечивающие подключение к каждому из них одного либо двух гибких дисков. В основном управлении диски не участвуют. С них осуществляется загрузка программ и на них собирается статистика работы комму-шикационной системы.
<img width=«264» height=«304» src=«ref-1_379517399-18147.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">
Рис. 6. Коммуникационная система с кольцевыми шинами.
В отличие от процессоров типа А процессоры типа К подключены к контроллерам взаимодействия с каналами. Кроме того, процессоры различных типов имеют, естественно, разное программное обеспечение.
Микропроцессоры типа А (основной и резервный) необходимы для административного управления коммуникационной системой. При выполнении этих функций они взаимодействуют с оператором управления коммуникационной подсетью.
Микропроцессоры типа К управляют каналами и обеспечивают маршрутизацию пакетов. Каждый процессор в зависимости от скорости передачи данных может взаимодействовать с числом каналов, достигающим 16. При этом скорость передачи по двум каналам равна 64000 бит/с, а при передаче по 16 каналам она уменьшается до 50 бит/с. Микропроцессоры типа К выполняют функции,, определяемые протоколами трех уровней: сетевого, канального и физического.
Все микропроцессоры взаимодействуют с основной и резервной кольцевыми шинами. Для небольших коммуникационных систем используются простые, но относительно медленные шины, каждая из которых передает информацию со скоростью 100 Кбит/с. В больших коммуникационных системах применяются высокоскоростные шины, быстродействие которых равно 8 Мбит/с.
Первой звездообразной подсетью, которая стала широко использоваться в различных организациях, является учрежденческая телефонная сеть. Она состоит из автоматической телефонной станции (АТС), связанной абонентскими каналами с телефонными аппаратами.
С точки зрения способа управления коммутацией и формы коммутируемых сигналов АТС прошла три этапа развития На первом из них в АТС использовались механические устройства. Но на втором этапе они были заменены микропроцессорами, Это повысило надежность и быстродействие АТС, позволило добавить новые виды телефонного сервиса: переадресация телефонных аппаратов, повторные вызовы, передача сигналов в обусловленное время и т. д. Однако в основном сеть оставалась прежней и обеспечивала передачу аналоговой информации.
Недостатки. Достоинства:
Одноузловая коммуникационная подсеть имеет ряд преимуществ, отличающих ее от других типов подсетей. Главными из них являются:
— низкая стоимость включения абонентских систем в сеть,
— возможность использования имеющихся каналов и каналообразующих компонентов учрежденческих АТС,
— применение типовых коммуникационных систем,
— возможность одновременной передачи данных и речи,
— использование простой физической среды
— скрученных пар
проводов.
Наряду с этим одноузловая подсеть обладает и определенными недостатками. Основным из них является наличие уязвимой (в смысле надежности) точки — узла. Это приводит к тому, что все компоненты узла должны иметь необходимый резерв, а диагностические программы
— быстро находить неисправности и подключать резервные компоненты. Кроме того, недостатками одноузловой подсети являются:
— ограниченные скорости передачи данных,
— большая суммарная длина каналов.
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Многоузловая коммуникационная подсеть
Многоузловая коммуникационная подсеть (рис. 7) в отличие от одноузловой (рис. 3) имеет несколько коммуникационных систем. Поэтому кроме абонентских каналов здесь необходимы магистральные каналы, связывающие между собой коммуникационные системы. Характер взаимодействия этих систем по магистральным каналам определяется внутренним интерфейсом коммуникационной подсети. Многоузловая подсеть может (рис.2) иметь различную топологию. Так, на рис.7. показана кольцевая форма многоузловой подсети. Кроме того, многоузловая подсеть может (рис. 8) быть ячеистой. Эта форма чаще всего применяется в тех случаях, когда удобно или выгодно использовать простые необслуживаемые типы коммуникационных систем, каждая из которых коммутирует небольшое число каналов.
<img width=«324» height=«329» src=«ref-1_379535546-9404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">
Рис. 7. Кольцевая многоузловая коммуникационная подсеть. Рис.8. Ячеистая топология
Пример логической структуры многоузловой коммуникационной подсети, соответствующей схеме на рис. 7, показан на рис. 9. Каждая из коммуникационных систем при основном управлении организует три уровня протоколов: сетевой, канальный и физический.
В отличие от одноузловой подсети здесь (рис 1) используется два вида каналов: магистральные (8—10) и абонентские (1—7). Поэтому стандарты на сопряжение с каналом
(1, 1') управление каналами (2, 2') и передачу блоков данных могут быть различными. Для унификации оборудования программного обеспечения желательно, чтобы стандарты в многоузловой подсети были теми же, что и в одноузловой. Это позволяет при необходимости
в одноузловую подсеть добавлять вторую и последующие коммуникационные системы, превращая подсеть многоузловую.
<img width=«654» height=«330» src=«ref-1_379544950-10392.coolpic» v:shapes="_x0000_s1126 _x0000_s1125 _x0000_s1127 _x0000_s1128 _x0000_s1129 _x0000_s1130 _x0000_s1131 _x0000_s1132 _x0000_s1133 _x0000_s1134 _x0000_s1136 _x0000_s1137 _x0000_s1138 _x0000_s1143 _x0000_s1144 _x0000_s1145 _x0000_s1147 _x0000_s1148 _x0000_s1149 _x0000_s1150 _x0000_s1151 _x0000_s1152 _x0000_s1153 _x0000_s1154 _x0000_s1155 _x0000_s1156 _x0000_s1157 _x0000_s1158 _x0000_s1159 _x0000_s1160 _x0000_s1161 _x0000_s1162 _x0000_s1163 _x0000_s1164 _x0000_s1165 _x0000_s1166 _x0000_s1167 _x0000_s1168 _x0000_s1169 _x0000_s1170 _x0000_s1171 _x0000_s1172 _x0000_s1173 _x0000_s1174">
Рис. 9. Логическая структура многоузловой подсети.
В одноузловой коммуникационной подсети коммуникационная система может иметь операторское обслуживание, и тогда здесь располагается административное управление подсетью. В многоузловой подсети операторское обслуживание каждой из коммуникационных систем является непозволительной роскошью. Поэтому в подсети должен быть единый центр, из которого обеспечивается дистанционное операторское обслуживание коммуникационных систем. Центр создается на базе коммуникационной либо абонентской системы.
Недостатки. Достоинства:
Административная система обеспечивает выполнение функции управления многоузловой подсетью. Система выполнена в виде настольного блока, в который встроен дисплей. Она выполняет значительное число функций, в перечень которых входят:
— автоматическое управление подсетью и контроль ее работы»
— удаленная поддержка функционирования коммуникационных, систем, в том числе удаленная загрузка их программного обеспечения,
— теледиагностика и измерение,
— сбор статистики и подготовка отчетов о работе подсети,
— восстановление работы после сбоев и поломок,
— удаленная реконфигурация подсети.
К положительным особенностям многоузловой коммуникационной подсети в первую очередь относятся:
— распределенная структура подсети, хорошо вписывающаяся в
топологию размещения абонентских систем,
— возможность использования простых необслуживаемых коммуникационных систем,
— способность одновременной передачи данных и речи, — использование простых скрученных пар проводов.
Вместе с тем многоузловая подсеть имеет и ряд недостатков,, например:
— значительное число коммуникационных систем и каналов,
— ограниченные скорости передачи информации,
— относительная сложность маршрутизации и управления передачей данных.
3.1. Моноканал
Моноканалом является коммуникационная подсеть, в которой •физическая среда обеспечивает одновременную (с точностью до распространения сигнала по физической среде) передачу блоков данных всем сразу подключенным к ней абонентским системам. В физической среде моноканала для осуществления передачи не происходит выделение каких-либо частотных полос, т. е. она используется полностью (монопольно). Поэтому моноканал часто называют каналом с передачей данных в основной частоте. Передача осуществляется в дискретной форме. Моноканал (рис.2) может иметь четыре формы: звездообразную, древовидную, магистральную и кольцевую.
Ядром звездообразного моноканала является (рис. 10) общее звено, которое состоит из ветвей, исходящих из одной точки и.заканчивающихся аппаратурой передачи данных. Последняя именуется блоками доступа (БД) к физической среде. Каждый блок доступа соединяется с абонентской системой каналом, называемым абонентским звеном.
<img width=«252» height=«221» src=«ref-1_379555342-11581.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1176"><img width=«192» height=«192» src=«ref-1_379566923-7932.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1175">
Рис. 10. Звезообразный моноканал Рис. 11. Древовидный моноканал
<img width=«291» height=«239» src=«ref-1_379574855-10700.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">
Рис. 12. Магистральный моноканал Рис. 13. Кольцевой моноканал
Границы моноканала определяются точками интерфейса моноканала.
Древовидным моноканалом является, как это следует из названия, моноканал, общее звено которого образует (рис. 11) форму дерева. Такой моноканал используется в тех случаях, когда к нему необходимо подключить значительное число абонентских систем, находящихся на относительно большом расстоянии друг от друга.
В магистральном моноканале общее звено имеет форму магистрали. Его структура показана на рис.12. Она проста, удобна и поэтому приемлема для большинства сетей. Однако магистральный моноканал уступает древовидному в тех случаях, когда необходимо создать большую локальную сеть, например информационно-вычислительную сеть города.
Кольцевой моноканал (рис. 13) имеет форму кольца, к которому подключаются все абонентские системы сети. Этот моноканал имеет особенность, заключающуюся в том, что при передаче блоков данных системой В кольцо в точке в должно быть логически разорвано и превращено в магистраль.
Принцип передачи информации во всех моноканалах одинаков. Он заключается в том, что любой передаваемый блок данных почти одновременно (с точностью до запаздывания распространения сигналов) принимается всеми абонентскими системами. После этого каждая абонентская система просматривает полученные блоки данных, отбирает адресованные ей блоки и уничтожает остальные.
Логическая структура физических средств соединения, образующих моноканал, структура которого соответствует схемам, приведенным на рис. 10—13, показана на рис.14. Она содержит группу многоточечных соединений, на границах которых расположена аппаратура передачи данных, именуемая блоками доступа. Рассматривая структуру моноканала, следует отметить, что много-и одноузловые коммуникационные подсети содержат одну либо несколько коммуникационных систем, связанных группами физических соединений. Коммуникационные системы выполняют при основном управлении функции сетевого, канального и физического уровней. Каждый моноканал, хотя он не выполняет функций области взаимодействия открытых систем и образуется только группами физических соединений, также обеспечивает необходимый обмен информацией между абонентскими системами. Однако моноканал доставляет посланные блоки данных не одной, адресуемой, системе (как в узловых коммуникационных сетях), а всем подключенным к нему абонентским системам.
В информационно-вычислительной сети для передачи информации может использоваться не только один, но и несколько одинаковых либо различных моноканалов. Это происходит тогда, когда необходимо:
— увеличение производительности и надежности передачи данных,
— обеспечение передачи различных видов информации.
Например, в сети может быть несколько моноканалов, по одному из которых передаются кадры телевидения, по другому ведутся телефонные переговоры, а по остальным моноканалам взаимодействуют ЭВМ и терминалы.
<img width=«556» height=«243» src=«ref-1_379585555-5880.coolpic» v:shapes="_x0000_s1180 _x0000_s1179 _x0000_s1181 _x0000_s1182 _x0000_s1183 _x0000_s1184 _x0000_s1185 _x0000_s1186 _x0000_s1188 _x0000_s1189 _x0000_s1190 _x0000_s1191 _x0000_s1192 _x0000_s1194 _x0000_s1195 _x0000_s1198">
Рис. 14. Логическая структура моноканала
Физическое подключение блока доступа к общему звену моноканала, построенному на плоском кабеле либо витой паре проводов, осуществляется достаточно просто. В тех же случаях, когда в качестве физической среды моноканала используется коаксиальный кабель, возникают некоторые трудности. В этом случае на практике используются два способа подключения блока доступа к общему звену.
Первый из них, именуемый разрушающим, заключается в том, что в точке подключения блока доступа коаксиальный кабель общего звена разрезается. В точку разреза вставляется тройник, дающий необходимое ответвление от общего звена.
Второй способ, называемый неразрушающим, состоит в том„ что в нужном месте коаксиальный кабель для получения необходимого ответвления прокалывается специальной тупой иглой. Игла, достигая центрального проводника кабеля, обеспечивает необходимый контакт. Для того, чтобы не произошло замыкания: на оплетку кабеля, игла у основания изолируется.
Сравнивая оба способа подключения, необходимо отметить, что разрушающий способ дает более надежный контакт блока доступа с коаксиальным кабелем общего звена моноканала. Однако разрезание коаксиального кабеля во многих точках приводит к снижению надежности моноканала, ибо обрыв общего звена даже в одной точке в этом случае ведет к остановке работы коммуникационной подсети. Кроме того, многократное разрушение коаксиального кабеля привносит помехи в его работу за счет появления всевозможных отражений в точках разреза. Поэтому все большее число производителей отказываются от разрушающего способа, широко использовавшегося ранее, когда необходимо было делать немного ответвлений.
Неразрушающий способ обеспечивает целостность общего звена. повышая надежность и качество работы моноканала. Использование данного способа обеспечивает также подключение новых блоков доступа и отключение ненужных блоков доступа во время работы сети, без прерывания ее нормального функционирования. Моноканал (рис. 3.17) состоит из блоков доступа и физической среды. Задачей блока доступа является обеспечение взаимодействия абонентских звеньев с физической средой моноканала и выполнение ряда функций, связанных с передачей информации через эту среду. Поэтому блок доступа имеет три модуля. Два из них обеспечивают сопряжение с абонентским звеном и моноканалом… Их структура определяется типом используемых абонентских каналов и физической среды. Третий модуль блока доступа его логическая часть выполняет функции:
— самодиагностики неисправностей и передачи абонентской системе сигнала неисправности,
— отключения блока доступа (в случае его неисправности) от
физической среды и подключения его к физической среде,
— приема сигнала из физической среды и предварительной его обработки,
— передачи сигнала в физическую среду,
— прослушивания физической среды с целью определения ее занятости.
Блок доступа обычно располагается в труднодоступном месте рядом с физической средой, например коаксиальным кабелем. Поэтому он выполняется в виде закрытой коробки, располагаемой под полом либо в стене. Такое размещение требует, чтобы блок.доступа был достаточно надежным и получал необходимое ему питание от абонентской системы. Общее звено моноканала может •стать антенной, вносящей помехи в работу блока доступа и абонентской системы. Чтобы этого не произошло, осуществляется гальваническая развязка цепей блока доступа и общего звена моноканала. Развязка осуществляется при помощи импульсных трансформаторов.
Общее звено моноканала (рис10—13) состоит из одного либо нескольких сегментов — частей, каждая из которых не имеет ни одного повторителя (усилителя). Соединяются сегменты при помощи повторителей, восстанавливающих форму сигнала, которая искажается по мере прохождения сигнала через общее звено. В качестве общего звена моноканала чаще всего используют коаксиальный кабель. Однако при низких скоростях, не превышающих нескольких сотен бит в секунду, его заменяет витая пара проводов либо плоский кабель.
Особое внимание исследователей в последние годы привлекает использование в моноканалах волоконной оптики. Наиболее подходящими для использования световодов являются звездообразные моноканалы. Структура такого канала показана на рис. 15. Здесь, в отличие от рис. 10, общее звено представлено парами световодов, а в центре звезды установлен световой распределительный блок.
<img width=«406» height=«268» src=«ref-1_379591435-15975.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1199">
Общее
звено
Рис.15. Звездообразный моноканал выполненный на световодах
Абоненты моноканала оперируют только электрическими сигналами, а по световодам передаются лучи света. Поэтому блоки доступа в схеме, приведенной на рис. 15, кроме своих обычных функций выполняют операции, связанные с преобразованиями электрических сигналов в световые и обратно.
Технологически источник и преобразователь света должны быть точно подключены к торцу световода. Поэтому сейчас каждый световод передает информацию только в одном направлении. Вследствие этого каждый луч звездообразного общего звена схемы, изображенной на рис. 10, представляется на рис. 15 двумя световодами.
Распределительный блок благодаря осуществляемому в нем смешению световых сигналов обеспечивает передачу света, полученного по одному из лучей, всем исходящим из него лучам общего звена. Число лучей, а следовательно, и количество подключаемых к моноканалу абонентских систем могут достигать сотен. Естественно, что при наличии в моноканале абонентов источник света должен иметь мощность, достаточную для восприятия, приемниками света после деления света в распределительном блоке на N частей. Световоды используются и в магистральных моноканалах. Однако из-за технических трудностей, связанных с созданием ответвлений к блокам доступа, число последних не превышает пока десяти.
Моноканал является эффективным средством соединения значительного числа абонентских систем, имеющим серьезные преимущества:
Недостатки. Достоинства:
— возможность одновременной передачи данных и речи,
— высокие скорости передачи информации,
— простота прокладки моноканала,
— большая надежность работы,
— возможность подключения новых систем без остановки информационно-вычислительной сети,
— малая общая длина всех звеньев моноканала.
Вместе с тем моноканал обладает и рядом недостатков:
— высокая стоимость физической среды,
— сильные шумы, появляющиеся в моноканале при большом числе блоков доступа,
— относительно сложные формы управления передачей.
продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по информатике