Общие сведения.
В больших сетях невозможно предоставить каждой паре абонентов свой собственный канал связи для постоянного монопольного владения, поэтому при организации канала всегда применяют какой-либо способ временного соединения линий связи между отдельными узлами сети, реализуемого с помощью коммутаторов. Абоненты соединяются с коммутаторами индивидуальными линиями связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закреплённым за этой линией абонентом. Между коммутаторами (узлами сети) линии связи разделяются несколькими абонентами, т.е. используются совместно.
Существует 2 метода коммутации: коммутация каналов, при которой канал создаётся на время одного сеанса между двумя абонентами, и коммутация пакетов, когда канал формируется для передачи одного или нескольких пакетов данных.
Коммутация пакетов.
Технология коммутации каналов не обеспечивает эффективного использования среды передачи данных из-за пульсирующего характера трафика.
Например, передача ключевых сообщений по предоставленному двум абонентам цифровому каналу ведётся с постоянной скоростью 64 кб/с независимо от того, говорят они или молчат, хотя во время каждой паузы можно было бы не передавать дополнительную информацию. Работа пользователей компьютеров в Ethernet так же чередуется периодами интенсивного (при загрузке web-страницы) и ослабленного трафика. Количественно неравномерность трафика оценивается коэффициентом пульсации трафика отдельного пользователя сети, который принимается равным отношению максимально возможной скорости обмена данными к среднему значению и может достигать до 100:1. Для повышения эффективности передачи компьютерного трафика используется технология передачи данных с коммутацией пакетов, суть которой состоит в следующем:
- передаваемое сообщение разбивается на небольшие пакеты (от 46 до 1500 байт).
- каждый пакет снабжается заголовком с адресной информацией, необходимой для доставки узлу назначения; номером пакета, который будет использоваться для сборки сообщения; концевиком, содержащим контрольный код CRC для обнаружения ошибок.
- пакеты передаются по сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в итоге – узлу назначения.
Пакетные коммутаторы содержат буферную память для временного хранения пакетов, а так же коммутирующий блок, в состав которого входят интерфейсные процессоры и центральный процессор, координирующий их работу. Пакетному коммутатору буферизация необходима в целях:
· принятия решения о продвижении пакета. Принимаемый пакет последовательно бит за битом заносится в буфер входного порта для проверки контрольной суммы в целях выявления ошибок. Если проверка фиксирует отсутствие искажений, то коммутатор начинает обрабатывать пакет. По адресу назначения он определяет следующий коммутатор;
· согласование скоростей поступления пакетов и их коммутации. Если коммутирующий блок не успевает обрабатывать пакеты, то организуется входные очереди;
· согласование скоростей передачи данных внешних каналов подключённых к портам пакетного коммутатора. В том случае, когда скорость поступления пакетов канала, подключённого к входному порту, необходимо организовать выходную очередь, иначе пакеты будут потеряны.
Организацию обмена в сети с коммутацией пакетов, содержащей пакетов, содержащей четыре портовых коммутатора, иллюстрирует схема на рис.4.4, б. поток данных, поступающий от каждого из конечных узлов сети (компьютеров К) на коммутаторы, распределен во времени неравномерно. Однако коммутаторы 2,4 благодаря наличию в них буферной памяти позволяют более равномерно загрузить магистральный канал, соединяющий коммутаторы 1 и 3 верхнего уровня, т.е. получить более низкий коэффициент пульсации трафика на магистральном канале, чем на каналах абонентского доступа.
Дейтаграммная передача. Этот способ передачи данных не требует предварительного создания канала между двумя абонентами и ускоряет доставку данных.Он основан на независимой передачи отдельных пакетов между узлами сети, т.е. каждый пакет является независимой единицей передачи, называемой дейтаграммой. Процедура обработки пакета определяется только значениями его параметров. Никакая информация об уже переданных пакетах сетью не хранится. И в ходе обработки очередного пакета не учитывается. Решения пакетов
Постоянный канал прокладывается администратором сети путем ручной настройки коммутаторов. Для прокладки динамического канала узел источник посылает запрос на восстановление соединения с указанием адреса назначения и метки идентификации потока данных. На пути следования отправителя до получателя запрос в каждом коммутаторе оставляет запись с пояснениями, каким образом коммутатор должен обслуживать пакет с известной меткой. Создан виртуальный канал идентифицирует такой же меткой. Метки потока данных и виртуального канала должны совпадать.
При последующей передачи пакетов они всегда направляются по проложенному маршруту. В случае отказа действующего соединения виртуальный канал прокладывается по новому маршруту который обойдет отказавшие участки сети. Время, затраченное на установление виртуального канала, компинсируется быстрой передачей всего потока пакетов, поскольку коммутаторы не анализируют адреса о конечных узлов. А пометки распознают принадлежность пакетов данных к виртуальному каналу.
При передачи данных по виртуальному каналу адрес узла назначения не указывается так как его функция выполняет метка. Каждый коммутатор считывает значение метки из заголовка поступившего пакета и, просмотрев свою таблицу коммутации определяет, на какой выходной порт передать этот пакет. Таблица коммутации в сетях виртуальными каналами содержат записи только о проходящих через коммутатор виртуальных каналов. Кроме того, заголовок пакета вместо длинного адреса имеет компактный идентификатор потока, поэтому на обработку пакетов коммутатор затрачивает немного времени.
Имеет длину 32 бита разделенные на префикс(старшие биты) и хост – часть(младшие биты) префикс определяет номер сети, хост часть номер узла.
Максимальное число айпи адресов или ровно 232 или 4 294 967 296. Одна из основных задач при построении системы … состоит в том, что бы разделить адресное пространство между сетями и узлами. Рассмотрим некоторые способы её решения
Классовая IP адресация: для разделения составной сети на сети и узлы введены классы A B C и D с фиксированным числом номеров сетей. Классы отличаются числом разрядов выделенных для идентификации сетей. Например: для класса А выделено 7 разрядов, поэтому количество сетей не должно превышать 27=128, а число узлов сети 224~ 64 000 000
Поскольку адреса не могут состоят из 0 или 1 и кроме того некоторые разряды отводятся для служебных целей в реальных условиях максимальное количество сетей и узлов имеет меньшее значение. Адрес может быть представлен в двоичной или шеснадцатиричной форме. Однако наиболее распространенной… в виде 4 десятичных чисел разделенных точками. Каждое десятичное число отражает байт и соответствует его значению.
Для идентификации класса используются старшие биты адреса, а для идентификации сети старшие байты. Для каждого класса по мимо идентификаторов приведены диапазон номеров сети и максимальное число сетей и узлов эти данные свидетельствуют о том что сети класса А относятся к большим сетям класса С к малым, а сети класса B занимают среднее положение.
Адреса классов А В и С являются индивидуальными адресами и используются для идентификации отдельных узлов. Адреса класса D относятся к адресам многоабонеской доставки сообщений в которой идентифицируют группу узлов принадлежащих в общих случаях разных сетях. Входящий в группу адрес наряду с большим индивидуальным IP адресом дополнительно получают групповой адрес, которые помещаются в поле адреса назначение IP пакета. Если при отправке пакета в этом поле указан адрес класса D, то такой пакет должен быть доставлен всем узлам которые входят в группу. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Достоинство классовой адресации состоит в том что кроме IP адреса узла не требуется никакой информации, однако этот способ может обеспечить только указанное число сетей и узлов. Т.е. он не позволяет эффективно использовать небольшое по современным меркам 32-разрядное пространство и зафиксированного его разделения на адреса сетей и узлов. Бесполезное потеря адресов потребовала разработки способов без классовой адресации.