Який спосіб комутації забезпечує високу пропускну здатність мережі під час передачі пульсуючого трафіку?

9. МЕТОДИ КОМУТАЦІЇ

9.1.

Комутація каналів передбачає утворення безперервного складового фізичного каналу з послідовно з'єднаних окремих канальних ділянок для прямої передачі даних між вузлами. процедуру встановлення з'єднання, у процесі якої створюється складовий канал.

Комутатори, а також канали, що з'єднують їх, повинні забезпечувати одночасну передачу даних декількох абонентських каналів.

В даний час для мультиплексування абонентських каналів використовуються дві техніки:

• частотного мультиплексування (Frequency Division Multiplexing, FDM);
• мультиплексування з поділом часу (Time Division Multiplexing, Т D М).

Техніка частотного мультиплексування каналів ( FDM) була розроблена для телефонних мереж, але застосовується вона й інших видів мереж, наприклад мереж кабельного телебачення.

Розглянемо особливості цього виду мультиплексування з прикладу телефонної мережі.

Мовні сигнали мають спектр шириною приблизно 10 000 Гц, проте основні гармоніки укладаються в діапазон від 300 до 3400 Гц.Тому для якісної передачі мови достатньо утворити між двома співрозмовниками канал зі смугою пропускання 3100 Гц, який і використовується в телефонних мережах для з'єднання двох абонентів. У той же час смуга пропускання кабельних систем з проміжними підсилювачами, що з'єднують телефонні комутатори між собою, зазвичай складає сотні кілогерців, а іноді й сотні мегагерців. Однак безпосередньо передавати сигнали кількох абонентських каналів по широкосмуговому каналу неможливо, тому що всі вони працюють в тому самому діапазоні частот і сигнали різних абонентів змішаються між собою так, що розділити їх буде неможливо.

Для поділу абонентських каналів характерна техніка модуляції високочастотного несучого синусоїдального сигналу низькочастотним мовним сигналом (рис. 37). Ця техніка подібна до техніки аналогової модуляції при передачі дискретних сигналів модемами, тільки замість дискретного вихідного сигналу використовуються безперервні сигнали, що породжуються звуковими коливаннями. В результаті спектр модульованого сигналу переноситься в інший діапазон, який симетрично розташовується відносно несучої частоти і має ширину, що приблизно збігається з шириною сигналу, що модулює.

Якщо сигнали кожного абонентського каналу перенести у свій діапазон частот, то одному широкосмуговому каналі можна одночасно передавати сигнали кількох абонентських каналів.

На входи FDM комутатора надходять вихідні сигнали від абонентів телефонної мережі. Комутатор виконує перенесення частоти кожного каналу у діапазон частот. Зазвичай високочастотний діапазон ділиться смуги, які відводяться передачі даних абонентських каналів (рис. 38).Щоб низькочастотні складові сигналів різних каналів не змішувалися між собою, смуги роблять шириною 4 кГц, а не 3,1 кГц, залишаючи між ними страховий проміжок 900 Гц. У каналі між двома FDM-комутаторами одночасно передаються сигнали всіх абонентських каналів, але кожен із них займає свою смугу частот. Такий канал називають ущільненим.

Рис.37. Модуляція мовним сигналом

Мал. 38. Комутація на основі частотного ущільнення

Вихідний FDM-комутатор виділяє модульовані сигнали кожної несучої частоти і передає їх на відповідний вихідний канал, якого безпосередньо підключений абонентський телефон.

У мережах з урахуванням FDM-коммутации прийнято кілька рівнів ієрархії ущільнених каналів. Перший рівень ущільнення утворюють 12 абонентських каналів, які становлять базову групу каналів, що займає смугу частот шириною 48 к Гц з кордонами від 60 до 108 кГц. Другий рівень ущільнення утворюють 5 базових груп, які складають супергрупу , зі смугою частот шириною 240 кГц і межами від 312 до 552 кГц. Супергрупа передає дані 60 абонентських каналів тональної частоти. Десять супергруп утворюють головну групу, яка використовується для зв'язку між комутаторами великих відстанях. Головна група передає дані 600 абонентів одночасно і вимагає від каналу зв'язку смугу пропускання шириною не менше 2520 Гц з кордонами від 564 до 3084 кГц.

Комутатори FDM можуть виконувати динамічну, так і постійну комутацію. При динамічній комутації один абонент ініціює з'єднання з іншим абонентом, посилаючи в мережу номер абонента, що викликається. Комутатор динамічно виділяє цьому абоненту одну з вільних смуг свого ущільненого каналу.При постійній комутації за абонентом смуга 4 кГц закріплюється на тривалий термін шляхом налаштування комутатора по окремому входу, недоступному користувачам.

Принцип комутації на основі поділу частот залишається незмінним і в мережах іншого виду, змінюються лише межі смуг, що виділяються окремому абонентському каналу, а також кількість низькошвидкісних каналів у високошвидкісному ущільненому.

Комутація з урахуванням техніки поділу частот розроблялася для передачу безперервних сигналів. При переході до цифрової форми подання голосу була розроблена нова техніка мультиплексування, що орієнтується на дискретний характер даних, що передаються.

Ця техніка зветься мультиплексування з поділом часу (Time Division Multiplexing, TDM). Рідше використовується й інша назва. синхронний режим передачі ( Synchronous Transfer Mode, STM) (Рис. 39).

Апаратура TDM-мереж – мультиплексори, комутатори, демультиплексори – працює в режимі поділу часу, по черзі обслуговуючи протягом циклу своєї роботи всі абонентські канали. Цикл роботи обладнання TDM дорівнює 125 мкс, що відповідає періоду виміру голосу в цифровому абонентському каналі. Це означає, що мультиплексор чи комутатор встигає вчасно обслужити будь-який абонентський канал і передати його черговий замір далі по мережі. Кожному з'єднанню виділяється один квант часу циклу роботи апаратури, званий також тайм-слотом . Тривалість тайм-слоту залежить від кількості абонентських каналів, які обслуговує мультиплексор TDM або комутатор.

Мультиплексор приймає інформацію N вхідним каналам від кінцевих абонентів, кожен із яких передає дані абонентським каналом зі швидкістю 64 Кбіт/с - 1 байт кожні 125 мкс. У кожному циклі мультиплексор виконує такі дії:

• прийом кожного каналу чергового байта даних;
• складання з прийнятих байтів кадру, званого також обоймою;
• передача ущільненого кадру на вихідний канал з бітовою швидкістю, що дорівнює N×64 Кбіт/с.

Мал. 39. Комутація на основі поділу каналу у часі

Порядок байт в обоймі відповідає номеру вхідного каналу, від якого отримано цей байт. Кількість абонентських каналів, що обслуговуються мультиплексором, залежить від його швидкодії. Наприклад, мультиплексор Т 1 являє собою перший промисловий мультиплексор, що працював за технологією TDM, підтримує 24 вхідних абонентських каналу, створюючи на виході обойми стандарту Т1, що передаються з бітовою швидкістю 1,544 Мбіт/с.

Демультиплексор виконує зворотне завдання - він розбирає байти ущільненого кадру і розподіляє їх своїми кількома вихідними каналами, у своїй вважає, що порядковий номер байта в обоймі відповідає номеру вихідного каналу.

Комутатор приймає ущільнений кадр швидкісним каналом від мультиплексора і записує кожен байт з нього в окрему комірку своєї буферної пам'яті, причому в тому порядку, в якому ці байти були упаковані в ущільнений кадр. Для виконання операції комутації байти виймаються з буферної пам'яті над порядку надходження, а такому порядку, що відповідає підтримуваним у мережі з'єднанням абонентів. Так, наприклад, якщо перший абонент лівої частини мережі мал.39 повинен з'єднатися з другим абонентом у правій частині мережі, то байт, записаний в першу комірку буферної пам'яті, витягуватиметься з неї другим. Перемішуючи потрібним чином байти в обоймі, комутатор забезпечує з'єднання кінцевих абонентів в мережі.

Одного разу виділений номер тайм-слоту залишається в розпорядженні з'єднання «вхідний канал — вихідний слот» протягом усього часу існування цього з'єднання, навіть якщо трафік, що передається, є пульсуючим і не завжди вимагає захопленої кількості тайм-слотів . Це означає, що з'єднання в мережі TDM завжди має відому і фіксовану пропускну здатність, кратну 64 Кбіт/ с .

Мережі TDM можуть підтримувати або режим динамічної комутації, або режим постійної комутації, а іноді обидва ці режими. Так, наприклад, основним режимом цифрових телефонних мереж, що працюють на основі технології TDM, є динамічна комутація, але вони підтримують також постійну комутацію, надаючи своїм абонентам службу виділених каналів.

Сьогодні практично всі дані – голос, зображення, комп'ютерні дані – передаються у цифровій формі. Тому виділені канали TDM-технології, які забезпечують нижній рівень передачі цифрових даних, є універсальними каналами для побудови мереж будь-якого типу: телефонних, телевізійних і комп'ютерних.

Мережі з комутацією каналів мають кілька важливих загальних властивостей незалежно від цього, який тип мультиплексування у яких використовується.

Мережі з динамічною комутацією потребують попередньої процедури встановлення з'єднання між абонентами. Для цього в мережу передається адреса абонента, який проходить через комутатори і налаштовує їх на подальшу передачу даних.Запит на встановлення з'єднання маршрутизується від одного комутатора до іншого і врешті-решт досягає абонента, що викликається. Мережа може відмовити у з'єднанні, якщо ємність необхідного вихідного каналу вже вичерпана. Для FDM-коммутатора ємність вихідного каналу дорівнює кількості частотних смуг цього каналу, а TDM-коммутатора — кількості тайм-слотов , куди ділиться цикл роботи каналу. Мережа відмовляє у з'єднанні також у тому випадку, якщо запитуваний абонент вже встановив з'єднання з кимось іншим. У першому випадку кажуть, що зайнятий комутатор, а в другому абонент. Можливість відмови у з'єднанні є недоліком методу комутації каналів.

Якщо з'єднання може бути встановлено, то йому виділяється фіксована смуга частот у FDM-мережах або фіксована пропускна здатність в TDM-мережах. Ці величини залишаються незмінними протягом усього періоду з'єднання. Гарантована пропускна спроможність мережі є важливою властивістю, необхідною для таких програм, як передача голосу, зображення або керування об'єктами у реальному масштабі часу. Однак динамічно змінювати пропускну здатність каналу на вимогу абонента мережі з комутацією каналів не можуть, що робить їх неефективними в умовах трафіку.

Іншим недоліком мереж з комутацією каналів є неможливість застосування апаратури користувача, що працює з різною швидкістю. Окремі частини складового каналу працюють з однаковою швидкістю, оскільки мережі з комутацією каналів буферизують дані користувачів.Мережі з комутацією каналів добре пристосовані для комутації потоків даних постійної швидкості, коли одиницею комутації є окремий байт чи пакет даних, а довгостроковий синхронний потік даних між двома абонентами. Для таких потоків мережі додають мінімум службової інформації для маршрутизації даних через мережу, використовуючи тимчасову позицію кожного біта потоку як адресу призначення в комутаторах мережі.

Залежно від напрямку можливої ​​передачі даних, способи передачі даних по лінії зв'язку діляться на такі типи:

• симплексний - передача здійснюється по лінії зв'язку лише в одному напрямку;
• напівдуплексний передача ведеться в обох напрямках, але поперемінно в часі. Прикладом такої передачі є технологія Ethernet;
• дуплексний - передача ведеться одночасно у двох напрямках.

Дуплексний режим - найбільш універсальний та продуктивний спосіб роботи каналу. Найпростішим варіантом організації дуплексного режиму є використання двох незалежних фізичних каналів у кабелі, кожен з яких працює у симплексному режимі. Саме така ідея є основою реалізації дуплексного режиму роботи у багатьох мережевих технологіях, наприклад, Fast Ethernet чи ATM.

Іноді таке просте рішення виявляється недоступним чи неефективним. Найчастіше це відбувається у тих випадках, коли для дуплексного обміну даними є лише один фізичний канал, а організація другого пов'язана з великими витратами. У таких випадках дуплексний режим роботи організується на основі поділу каналу на два логічні підканали за допомогою техніки FDM або TDM.

Модеми для організації дуплексного режиму роботи на двопровідній лінії використовують техніку FDM.Модеми, що використовують частотну модуляцію, працюють на чотирьох частотах: дві частоти - для кодування одиниць і нулів в одному напрямку, а решта двох частот - для передачі даних у зворотному напрямку.

При цифровому кодуванні дуплексний режим двопровідної лінії організується за допомогою техніки TDM. Частина тайм-слотів використовується передачі даних у одному напрямі, а частина — передачі у іншому напрямі. Зазвичай тайм-слоти протилежних напрямків чергуються, через що такий спосіб іноді називають «пінг-понговою» передачею.

У волоконно-оптичних кабелях під час використання одного оптичного волокна в організацію дуплексного режиму роботи застосовується передача даних щодо одного напрямі з допомогою світлового пучка однієї довжини хвилі, а зворотному — інший довжини хвилі. Така техніка відноситься до методу FDM, проте для оптичних кабелів вона отримала назву поділу по довжині хвилі ( Wave Division Multiplexing, WDM). WDM застосовується і підвищення швидкості передачі в одному напрямку, зазвичай використовуючи від 2 до 16 каналів.

Комутація каналів та пакетів

У загальному випадку вирішення кожної з приватних задач комутації - визначення потоків і відповідних маршрутів, фіксація маршрутів у конфігураційних параметрах і таблицях мережевих пристроїв, розпізнавання потоків і передачі даних між інтерфейсами одного пристрою, мультиплексування/демультиплексування потоків і поділ середовища передачі - тісно пов'язане з рішенням всіх решти. Від того, який механізм прокладання маршрутів, просування даних та спільного використання каналів зв'язку закладений у тій чи іншій мережній технології, залежать її фундаментальні властивості.

Виділяють два основні:

• комутація каналів (circuit switching);
• комутація пакетів (packet switching).

Зовні обидві ці схеми відповідають наведеній на рис. 1 структурі мережі, проте можливості та властивості їх різні.

Комутація каналів
При комутації каналів комутаційна мережа утворює між кінцевими вузлами безперервний складовий фізичний канал із послідовно з'єднаних комутаторами проміжних канальних ділянок. Умовою те, що кілька фізичних каналів при послідовному з'єднанні утворюють єдиний фізичний канал, є рівність швидкостей передачі у кожному зі складових фізичних каналів. Рівність швидкостей означає, що комутатори такої мережі не повинні буферизувати дані, що передаються.

У мережі з комутацією каналів перед передачею даних завжди необхідно виконати процедуру встановлення з'єднання, у процесі якої створюється складовий канал. І лише після цього можна починати передавати дані.

Наприклад, якщо мережа зображена на рис. 1, працює за технологією комутації каналів, то вузол 1, щоб передати дані вузлу 7, спочатку повинен передати спеціальний запит на встановлення з'єднання комутатору A, вказавши адресу призначення 7. Комутатор А повинен вибрати маршрут утворення складового каналу, а потім передати запит наступному комутатору в даному випадку E. Потім комутатор E передає запит комутатор F, а той, у свою чергу, передає запит вузлу 7. Якщо вузол 7 приймає запит на встановлення з'єднання, він направляє вже встановленому каналу відповідь вихідному вузлу, після чого складовий канал вважається скомутованим, і вузли 1 і 7 можуть обмінюватися по ньому даними.

Техніка комутації каналів має свої переваги та недоліки.

Переваги комутації каналів

1. Постійна та відома швидкість передачі даних по встановленому між кінцевими вузлами каналу.
2. Низький та постійний рівень затримки передачі даних через мережу. Це дозволяє якісно передавати дані, чутливі до затримок – голос, відео тощо.

Недоліки комутації каналів

1. Відмова мережі в обслуговуванні запиту встановлення з'єднання. Така ситуація може скластися через те, що на деякій ділянці мережі з'єднання потрібно встановити вздовж каналу, через який проходить максимально можлива кількість інформаційних потоків. Відмова може статися і на кінцевій ділянці складового каналу, наприклад, якщо абонент здатний підтримувати лише одне з'єднання, що характерно для багатьох телефонних мереж.

1. Нераціональне використання пропускної спроможності фізичних каналів. Та частина пропускної спроможності, яка відводиться складовому каналу після встановлення з'єднання, надається йому весь час, тобто. доки з'єднання не буде розірвано. Однак абонентам не завжди потрібна пропускна здатність каналу під час з'єднання, наприклад, у телефонній розмові можуть бути паузи, ще більш нерівномірною в часі є взаємодія комп'ютерів.
2. Обов'язкова затримка перед передачею даних через фазу з'єднання.

Комутація пакетів
При комутації пакетів всі повідомлення, що передаються користувачем, розбиваються у вихідному вузлі на порівняно невеликі частини, звані пакетами. Кожен пакет забезпечується заголовком, в якому вказується адресна інформація, необхідна для доставки пакета на вузол призначення, а також номер пакета, який використовуватиметься вузлом призначення для складання повідомлення (рис. 3). Пакети транспортуються мережею як незалежні інформаційні блоки.Комутатори мережі приймають пакети від кінцевих вузлів і на підставі адресної інформації передають їх один одному, а зрештою вузлу призначення.

Комутатори пакетної мережі відрізняються від комутаторів каналів тим, що вони мають внутрішню буферну пам'ять для тимчасового зберігання пакетів, якщо вихідний порт комутатора в момент прийняття пакета зайнятий передачею іншого пакета (рис. 3). У цьому випадку пакет знаходиться деякий час у черзі пакетів у буферній пам'яті вихідного порту, а коли до нього дійде черга, він передається наступному комутатору. Така схема передачі дозволяє згладжувати пульсацію трафіку на магістральних зв'язках між комутаторами і цим найбільш ефективно використовувати їх підвищення пропускну здатність мережі загалом.

Більш висока ефективність мереж з комутацією пакетів проти мережами з комутацією каналів (при рівній пропускної спроможності каналів зв'язку) було доведено у роки як експериментально, і з допомогою імітаційного моделювання. Тут доречна аналогія з мультипрограмними операційними системами. Мережа з комутацією пакетів уповільнює процес взаємодії конкретної пари абонентів, але підвищує пропускну спроможність мережі загалом.

Переваги комутації пакетів

1. Висока загальна пропускна здатність мережі під час передачі пульсуючого трафіку.
2. Можливість динамічно перерозподіляти пропускну спроможність фізичних каналів зв'язку між абонентами відповідно до реальних потреб їх трафіку.

Недоліки комутації пакетів

1. Невизначеність швидкості передачі між абонентами мережі, зумовлена ​​тим, що затримки у чергах буферів комутаторів мережі залежить від загального завантаження мережі.
2. Змінна величина затримки пакетів даних, яка може бути досить тривалою в момент миттєвих навантажень мережі.
3. Можливі втрати даних через переповнення буферів.
   В даний час активно розробляються та впроваджуються методи, що дозволяють подолати зазначені недоліки, які особливо гостро проявляються для чутливого до затримок трафіку, що вимагає при цьому постійної швидкості передачі. Такі методи називаються методами забезпечення якості обслуговування (Quality of Service, QoS).

Мережі з комутацією пакетів, у яких реалізовані методи забезпечення якості обслуговування, дозволяють одночасно передавати різні види трафіку, зокрема такі важливі як телефонний та комп'ютерний. Тому методи комутації пакетів сьогодні вважають найбільш перспективними для побудови конвергентної мережі, яка забезпечить комплексні якісні послуги для абонентів будь-якого типу. Проте не можна скидати з рахунків і методи комутації каналів. Сьогодні вони не тільки успішно працюють у традиційних телефонних мережах, але й широко застосовуються для утворення високошвидкісних постійних з'єднань у так званих первинних (опорних) мережах технологій SDH і DWDM, які використовуються для створення магістральних фізичних каналів між комутаторами телефонних або комп'ютерних мереж. У майбутньому цілком можливо поява нових технологій комутації, у тому чи іншому вигляді комбінуючих принципи комутації пакетів та каналів.

Друзі! Запрошуємо вас до обговорення. Якщо ви маєте свою думку, напишіть нам у коментарі.

Основи мереж передачі. Комутація каналів та пакетів

Комутація каналів та
пакетів
Основні підходи до вирішення задачі
комутації:
• комутація каналів (circuit switching)
• комутація пакетів (packet switching)
Загальна структура мережі з комутацією абонентів

3.

Комутація каналів
Комутаційна мережа у разі комутації каналів
утворює між кінцевими вузлами безперервний
складовий фізичний канал із послідовно
з'єднаних комутаторами проміжних
канальних ділянок.
Умовою того, що кілька фізичних каналів при
послідовному з'єднанні утворюють єдиний
фізичний канал, є рівність швидкостей
передачі даних у кожному із складових
фізичні канали.
Рівність швидкостей означає, що комутатори такі
мережі не повинні буферизувати дані, що передаються.

4.

Комутація каналів
Переваги:
• Постійна і відома швидкість передачі даних
встановленому між кінцевими вузлами каналу.
• Низький та постійний рівень затримки передачі даних
через мережу. Це дозволяє якісно передавати дані,
чутливі до затримок (називаються також трафіком
реального часу) - голос, відео, різну
технологічну інформацію.
Недоліки:
• Відмова мережі в обслуговуванні запиту на встановлення
з'єднання
• Нераціональне використання пропускної спроможності
фізичних каналів
• Обов'язкова затримка перед передачею даних через фазу
встановлення з'єднання.

5.

Елементарний канал
Елементарний канал – це базова
технічна характеристика мережі з
комутацією каналів,
являє собою деяке
фіксоване в межах даного типу
мереж значення
пропускну здатність. Будь-яка лінія
зв'язку в мережі з комутацією каналів
має пропускну
здатність, кратну елементарному
каналу, прийнятому для даного типу
мережі.
Особливістю мереж з
комутацією каналів є те,
що пропускна спроможність
кожною
лінії зв'язку має дорівнювати
цілої кількості елементарних
каналів.

6.

Оцифрування
голоси
Завдання оцифровування голосу
є окремим випадком більше
загальної проблеми - передачі
аналогової інформації в
дискретної форми. Вона була
вирішена у 60-ті роки, коли голос
почав передаватися
по телефонних мереж у вигляді
послідовності одиниць та нулів.
Таке перетворення ґрунтується на
дискретизації безперервних
процесів як з амплітуди, так і
за часом
Дискретна модуляція безперервного процесу

7.

Складовий канал
Канал, побудований шляхом
комутації (з'єднання)
виділених для
інформаційного потоку
елементарних каналів,
називають складовим
каналом.
Властивості
складового
каналу:
складовий канал на всьому своєму протязі складається з однакового
кількості елементарних каналів;
складовий канал має постійну та фіксовану пропускну
здатність на всьому своєму протязі;
складовий канал створюється тимчасово на період сеансу зв'язку двох
абонентів або, іншими словами, лише на час існування потоку;
на час сеансу зв'язку всі елементарні канали, що входять до складової
канал, надходять у виняткове користування абонентів, для яких
було створено цей складовий канал;
протягом всього сеансу зв'язку абоненти можуть надсилати в мережу дані з
швидкістю, що не перевищує пропускну здатність складового каналу;
дані, що надійшли до складового каналу, гарантовано доставляються
абоненту, який викликається, без затримок, втрат і з тією ж швидкістю
(швидкістю джерела) незалежно від того, чи існують у цьому
час у мережі інші з'єднання чи ні;
після закінчення сеансу зв'язку елементарні канали, що входили до
відповідний складовий канал, оголошуються вільними та
повертаються в пул ресурсів, що розподіляються для використання
іншими абонентами.

8.

Комутація
пакетів
При комутації пакетів всі мережі, що передаються користувачем мережі
повідомлення розбиваються у вихідному вузлі на порівняно невеликі
частини, які називають пакетами
Розбиття повідомлення на пакети

9.

Комутатори пакетної мережі відрізняються від комутаторів каналів тим,
що мають внутрішню буферну пам'ять для тимчасового зберігання
пакетів, коли вихідний порт комутатора в момент прийняття пакета
зайнятий передачею іншого пакета
Згладжування пульсацій трафіку в мережі з комутацією пакетів

10.

Комутація пакетів
Переваги:
• Висока загальна пропускна здатність мережі при
передачі пульсуючого трафіку
• Можливість динамічно перерозподіляти пропускну здатність
здатність фізичних каналів зв'язку між абонентами
відповідно до реальних потреб їх трафіку
Недоліки:
• Невизначеність швидкості передачі між
абонентами мережі, обумовлена ​​залежністю затримок у
чергах буферів комутаторів мережі від загального завантаження
мережі
• Змінна величина затримки пакетів даних, які
можуть досягати значних величин у моменти
миттєвих навантажень мережі
• Можливі втрати даних через переповнення буферів

11.

Комутація пакетів
Найважливішим принципом
функціонування мереж з
комутацією пакетів
є уявлення
інформації, що передається
по мережі, у вигляді структурно
відокремлених один від одного
порцій даних,
званих пакетами.
Розбиття даних на пакети

12.

13.

Буферизація пакетів
Невизначеність та
асинхронність переміщення
даних у мережах з комутацією
пакетів
пред'являє особливі
вимоги до роботи
комутаторів у таких мережах.
Головна відмінність пакетних
комутаторів від
комутаторів у мережах з
комутацією каналів складається
у тому, що вони мають
внутрішню буферну пам'ять
для тимчасового зберігання
пакетів.
Буфери та черги пакетів у комутаторі

14.

Дейтаграмна передача
Дейтаграмний спосіб передачі даних
заснований на тому, що всі пакети, що передаються
просуваються (передаються від одного вузла мережі
іншому) незалежно один від одного на
підставі тих самих правил. Жодна
інформація про вже передані пакети мережею
не зберігається
і в ході обробки чергового пакету
увага не береться. Тобто кожен
окремий
пакет розглядається мережею як абсолютно
незалежна одиниця передачі - дейтаграма
У дейтаграмному методі доставка пакета не
гарантується, а виконується в міру
можливості - для опису такої властивості
використовується термін доставка по можливості
(Best
effort)
ілюстрація дейтаграмного принципу передачі
пакетів

15.

Передача із встановленням логічного
з'єднання
Процедура узгодження двома кінцевими
вузлами мережі деяких параметрів процесу
обміну
пакетами називається встановленням
логічного з'єднання. Параметри, про які
домовляються два взаємодіючі вузли,
називаються параметрами логічного
з'єднання.
Коли відправник та одержувач
фіксують початок нового з'єднання,
вони перш за все
«домовляються» про початкові
значення параметрів процедури
обміну і лише після
цього починають передачу власне
даних.

16.

Передача із встановленням логічного з'єднання
включає три фази:
1)Встановлення логічного з'єднання,
яке починається з того, що вузол
ініціатор з'єднання відправляє вузлуодержувачу службовий пакет з
пропозицією встановити з'єднання.
Якщо вузол-одержувач згоден із цим, то він
посилає у відповідь інший службовий пакет,
що підтверджує встановлення
з'єднання та пропонує деякі
параметри, які мають
використовуватися в рамках даного
логічного з'єднання.
Це може бути, наприклад,
ідентифікатор
з'єднання, кількість
пакетів, які можна надіслати без
отримання підтвердження, тощо. п. Вузол
ініціатор з'єднання, який може
закінчити процес встановлення
з'єднання відправкою третього службового
2) Передача даних. Після
того як з'єднання
встановлено і все
параметри узгоджено,
кінцеві вузли починають
передачу власне
даних. Логічне
з'єднання
може бути розраховано на
передачу даних як у
одному напрямку (від
ініціатора
з'єднання), так і в обох
напрямках.
3) Розрив логічного
з'єднання. Після
передачі деякого
закінченого набору
даних, наприклад
певного файлу,
вузол-відправник
ініціює процедуру
розриву
логічного з'єднання,
аналогічну процедуру
встановлення
з'єднання.

17.

Передача із встановленням віртуального каналу
Єдиний заздалегідь
прокладений
фіксований маршрут,
що з'єднує кінцеві
вузли
у мережі з комутацією
пакетів, називають
віртуальним каналом
(virtual circuit, або virtual
channel).
Віртуальні канали прокладаються для
стійких інформаційних потоків З метою
виділення потоку даних із загального трафіку
кожен пакет цього потоку позначається
ознакою особливого виду - міткою

18.

Передача із встановленням віртуального каналу
Ілюстрація
принципу роботи
віртуального
каналу
Ілюстрація принципу роботи віртуального каналу

19.

20.

Структура затримок у мережах з комутацією каналів та
пакетів
Тимчасова діаграма передачі повідомлення в мережі з комутацією каналів

21.

22.

Порівнюючи часове діаграми передачі
даних у мережах з комутацією каналів та
пакетів, відзначимо два факти:
• значення часу розповсюдження сигналу
(£prg) в однаковому фізичному середовищі на
одна й та сама відстань однакові;
96 Частина I. Основи мереж передачі
• враховуючи, що значення пропускної
здібності каналів в обох мережах
однакові,
значення часу передачі повідомлення до каналу
(£trns) будуть також рівними.
Однак розбиття передається
повідомлення на пакети з подальшою їх
передачею по
мережі з комутацією пакетів призводить до
додатковим затримкам. Простежимо шлях
першого пакета та зазначимо, з яких
складових складається час його
передачі у вузол
призначення та які з них специфічні для
мережі з комутацією пакетів

23.

Ethernet – приклад стандартної технології
з комутацією пакетів
• Топологія. Існує два варіанти технології Ethernet: Ethernet на середовищі, що розділяється
та комутований варіант Ethernet. У першому випадку всі вузли мережі поділяють загальну
середовище передачі, тобто мережа будується з топології загальної шини. На рис. 3.15
показаний найпростіший варіант топології - всі комп'ютери мережі підключені до загальної
середовищі, що розділяється, складається з одного сегмента коаксіального кабелю, який
у разі є полудуплексным каналом зв'язку.
Мережа Ethernet на середовищі, що розділяється

24.

У тому випадку, коли мережа Ethernet не
використовує середовище, що розділяється, а
будується на комутаторах,
об'єднаних дуплексними каналами
зв'язку, говорять про комутований
варіанті Ethernet. Топологія у цьому
якщо є топологією дерева, то
є такий,
при якій між двома будь-якими
вузлами мережі існує рівно один
шлях. приклад
топології комутованої мережі
Ethernet показано на рис
Топологічні обмеження
(тільки деревоподібна структура
зв'язків комутаторів)
пов'язані зі способом побудови
таблиць просування Ethernetкоммутаторами.
Деревоподібна топологія мережі, що комутується, Ethernet

25.

Спосіб
комутації.
У технології Ethernet використовується дейтаграмна комутація.
пакетів. Одиниці даних, якими обмінюються комп'ютери в мережі Ethernet,
називаються кадрами. Кадр має фіксований формат і поряд із полем даних
містить різноманітну службову інформацію. У тому випадку, коли мережа Ethernet
побудована на комутаторах, кожен комутатор просуває кадри відповідно
з тими принципами комутації пакетів, описаних раніше. А ось у випадку
односегментної мережі Ethernet на середовищі, що розділяється, виникає законне питання: де
ж виконується комутація? Де хоч би один комутатор, який, як ми сказали,
Чи є головним елементом будь-якої мережі з комутацією пакетів? Або ж Ethernet
чи підтримує особливий вид комутації? Виявляється, «комутатор» в односегментній
мережі Ethernet існує, але його не так просто розглянути, тому що його функції
розподілені по всій мережі між мережевими адаптерами комп'ютерів та власне
середовищем передачі сигналів. Інтерфейсами цього віртуального комутатора
є мережні адаптери, а функцію комутаційного блоку – передачу
кадрів між інтерфейсами — виконує середовище, що розділяється. Адаптери беруть на себе
і частина функцій комутаційного блоку: саме вони вирішують, який кадр адресовано
їхньому комп'ютеру, а який — ні.

26.

Адресація
Кожен комп'ютер, чи, точніше, кожен
мережевий адаптер, має унікальний апаратний
адреса (так звана МАС-адреса, ви вже
зустрічали цей акронім
у розділі 2).
цифровою адресою.
для індивідуальної, широкомовної та
групового розсилання.
Поділ середовища та
мультиплексування
У мережі Ethernet на комутаторах кожен
канал є дуплексним каналом зв'язку,
внаслідок чого проблеми його поділу
між інтерфейсами вузлів немає.
Передавачі Ethernet-комутаторів
використовують дуплексні канали зв'язку для
мультиплексування потоків кадрів від
різних кінцевих вузлів.

27.

Кодування
Адаптери в Ethernet працюють з тактовою частотою 20 МГц,
передаючи
у середу прямокутні імпульси, що відповідають одиницям та
нулям даних комп'ютера. Коли починається передача кадру, все
його біти передаються в мережу з постійною
швидкістю 10 Мбіт/с (кожен біт передається за два такти).
швидкість визначає
пропускну здатність лінії зв'язку у мережі Ethernet.
Черги
У періоди часу, коли середа зайнята передачею
кадрів інших мережевих
адаптерів, дані додатків (запропоноване навантаження)
як і раніше надходять
в мережевий адаптер. Так як вони не можуть бути передані в
цей час у мережу, то починають
накопичуватися у внутрішньому буфері Ethernet-адаптера,
утворюючи чергу.
у мережі Ethernet, як і у всіх мережах з комутацією пакетів,
існують змінні
затримки доставки кадрів.
Надійність
Для підвищення надійності передачі даних
в Ethernet використовується
стандартний прийом - підрахунок контрольної
суми та передача її в кінцевик кадру.
Якщо приймаючий адаптер шляхом
повторного підрахунку контрольної суми
виявляє помилку в даних кадру, то
такий кадр відкидається.
передача кадру
протоколом Ethernet не виконується - ця
завдання має вирішуватися засобами більше
високого рівня, наприклад протоколом TCP
у мережах TCP/IP.

28.

Стандартизація
та класифікація мереж
Декомпозиція задачі мережевої взаємодії та
багаторівневий підхід
Мережева архітектура – ​​це концептуальна схема функціонування комп'ютерної.
мережі, що визначає принципи роботи апаратних та програмних мережевих компонентів,
організацію їх зв'язків, протоколи взаємодії та способи фізичної передачі
даних. Архітектура мережі відображає декомпозицію спільної задачі взаємодії.
комп'ютерів на окремі завдання, які повинні вирішуватися окремими
компонентами
мережі — кінцевими вузлами (комп'ютерами) та проміжними вузлами (коммутаторами та
маршрутизаторами).

29.

Багаторівневий підхід
Для вирішення складних завдань, до яких належить і
завдання мережевої взаємодії,
використовується відомий універсальний прийом
декомпозиція, тобто розбиття однієї
складної задачі на кілька більш простих задач модулів.
функцій кожного модуля, а також порядку їх
взаємодії (тобто
міжмодульних інтерфейсів).
Ще більш ефективною концепцією,
розвиває ідею декомпозиції,
є багаторівневий підхід.
подання вихідного завдання у вигляді
безлічі модулів ці
модулі групують і впорядковують по
рівням, що утворює ієрархію.
відповідно
з принципом ієрархії для кожного
проміжного рівня можна вказати
безпосередньо прилеглі до нього
сусідні вищележачий та нижчележачий
рівні
приклад
декомпозиції
завдання
Багаторівневий
підхід -
створення
ієрархії завдань

30.

Межурівневий інтерфейс, що називається також інтерфейсом послуг, визначає набір
функцій, що нижчий рівень надає вищележачому
Концепція
багаторівневого
взаємодії
Такий підхід дає можливість проводити розробку, тестування та модифікацію
окремого рівня незалежно від інших рівнів.
дозволяє,
рухаючись від нижчого рівня до вищого, переходити до дедалі більше
абстрактному, отже простішому уявленню вихідної завдання.

31.

Протокол та стек протоколів
Багаторівневе подання коштів
Ієрархічно організований набір протоколів, достатній для
мережевої взаємодії має свою
Організація взаємодії вузлів у мережі називається стеком протоколів.
специфіку,
пов'язану з тим, що в процесі обміну
повідомленнями беруть участь щонайменше
дві
сторони, тобто в даному випадку необхідно
організувати узгоджену роботу двох
ієрархій апаратних та програмних засобів
на різних комп'ютерах.
мережного обміну повинні прийняти безліч
угод. Наприклад, вони мають.
узгодити параметри електричних
сигналів, довжину повідомлень, домовитися про
методи контролю достовірності тощо.
Іншими словами, угоди мають бути
прийняті на всіх рівнях, починаючи від самого
низького - рівня передачі бітів - і
закінчуючи найвищим, реалізуючим
обслуговування користувачів мережі.
Взаємодія двох вузлів

32.

Модель OSI
На початку 80-х років ряд
Призначення моделі OSI
Модель OSI має справу зі стеком
міжнародних організацій з
полягає в узагальненому
протоколів для мереж з
стандартизації, зокрема
поданні
комутацією пакетів.
International Organization for
функцій коштів
не містить описів реалізацій
Standartization, часто звана
мережевого
конкретного набору протоколів.
International Standards
взаємодії,
Вона лише визначає, по-перше,
Organization (ISO), а також International
здатного служити
рівні взаємодії, по-друге,
Telecommunications Union (ITU) та
свого роду
стандартні назви рівнів, деякі
універсальною мовою
третіх, функції,
інші розробили стандартну
мережевих спеціалістів.
які має виконувати кожен
модель взаємодії відкритих
рівень.
систем (Open System
Interconnection, OSI). Ця модель У моделі OSI засоби взаємодії поділяються на сім
рівнів:
відіграла значну роль у
• прикладний (application layer);
розвитку комп'ютерних
• уявлення (presentation layer);
мереж.
• сеансовий (session layer);
• транспортний (transport layer);
• мережевий (network layer);
• канальний (data link layer);
• фізичний (physical layer).

33.

Фізичний рівень
Фізичний рівень моделі OSI має справу з передачею потоку бітів за фізичними
каналів зв'язку, таким як коаксіальний кабель, кручена пара, оптоволоконний кабель або
бездротової лінії зв'язку.
Функції фізичного рівня реалізуються усім пристроях, підключених до мережі.
З боку комп'ютера ці функції виконуються мережним адаптером, з боку
проміжних мережних пристроїв - комутаторів, маршрутизаторів, мультиплексорів
та ін. - Вхідними та вихідними інтерфейсами (портами). Фізичний рівень не
вникає
зміст інформації, яку він передає. Для нього інформація, що надходить від
вищележачого канального рівня, являє собою однорідний потік бітів,
які
потрібно доставити без спотворень, відповідно до заданої тактової частоти
(інтервалом
між сусідніми бітами) та обраним способом кодування.

34.

Канальний рівень
Канальний рівень, використовуючи можливості, що надаються йому
нижчим, фізичним, рівнем, пропонує вищележачому,
мережному, рівнем такі послуги:
• встановлення логічного з'єднання між взаємодіючими
вузлами;
• узгодження в рамках з'єднання швидкостей передавача та приймача
інформації;
• забезпечення надійної передачі, виявлення та корекцію помилок.
У мережах, побудованих на основі середовища, що розділяється, фізичний рівень
виконує ще
одну функцію — перевіряє доступність розділеного середовища.
іноді виділяють в окремий рівень управління доступом до середовища
(Medium Access Control, MAC).

35.

Мережевий рівень
Мережевий рівень служить для освіти
єдиної транспортної системи,
об'єднуючої
кілька мереж та званої складової
мережею, чи інтернетом.
Технологія, що дозволяє з'єднувати в
єдину мережу безліч мереж, загалом
випадку побудованих на основі різних
технологій, називається технологією
міжмережевої взаємодії
(Internetworking).
Функції мережного рівня реалізуються:
• групою протоколів;
• спеціальними пристроями – маршрутизаторами.

36.

Транспортний рівень
Транспортний рівень забезпечує додаткам та верхнім рівням стека
— прикладному, подання та сеансовому — передачу даних з тієї
ступенем надійності, яка
їм потрібно. Модель OSI визначає п'ять класів транспортного сервісу від
нижчого
класу 0 до вищого класу 4. Ці види сервісу відрізняються якістю
наданих
послуг: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку,
наявністю коштів
мультиплексування кількох з'єднань між різними
прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне -
здатністю до виявлення
та виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата та дублювання
пакетів.

37.

Сеансовий рівень
Сеансовий рівень управляє взаємодією сторін: фіксує, яка зі сторін є
активної зараз і надає засоби синхронізації сеансу.
Ці засоби дозволяють під час довгих передач зберігати інформацію про стан
цих передач у вигляді контрольних точок, щоб у разі відмови можна було повернутися
назад до останньої контрольної точки, а не починати все спочатку. На практиці мало хто
програми використовують сеансовий рівень, який рідко реалізується у вигляді окремих
протоколів. Функції цього рівня часто поєднують із функціями прикладного рівня
та реалізують в одному протоколі.

38.

Рівень вистави
Рівень уявлення, як випливає з його назви, забезпечує уявлення
інформації, що передається по мережі, не змінюючи при цьому її змісту. За рахунок рівня
подання інформація, що передається прикладним рівнем однієї системи, завжди
зрозуміла прикладного рівня іншої системи. За допомогою засобів даного рівня
протоколи
прикладних рівнів можуть подолати синтаксичні відмінності у поданні даних
або відмінності в кодах символів, наприклад кодів ASCII та EBCDIC. На цьому рівні
можуть виконуватися шифрування та дешифрування даних, завдяки яким секретність
обміну даними забезпечується одночасно всім прикладних служб. Прикладом такого
протоколом є протокол SSL (Secure Socket Layer), який забезпечує секретний
обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP.
Для підвищення ефективності обміну текстами та графічними зображеннями
рівень
подання може надавати послуги зі стиснення/розпакування інформації.
До функцій рівня подання відноситься також кодування графічних
зображень,
аудіо та відео відповідно до різних стандартів, наприклад JPEG, MPEG, TIFF.

39.

Прикладний рівень
Як функції прикладного рівня модель OSI визначає надання
різноманітних послуг користувачам додатків — таких, як доступ до загальних
мережевим
ресурсів (файлів, принтерів або веб-сторінок) або розподілених мережних
сервісам
(електронною поштою, службам передачі повідомлень, баз даних). Як правило, послуги
прикладного рівня включають ідентифікацію та аутентифікацію учасників мережного
взаємодії, перевірку їх доступності та повноважень, визначення вимог до
захищеності сеансу обміну тощо. буд.
Для запитів до прикладного рівня використовуються системні виклики операційної
системи, що утворюють прикладний програмний інтерфейс. Операційна система
виконує процедури доступу до послуг прикладного рівня прозорим для
додатків
Таким чином, екрануючи їх від усіх деталей пристрою транспортної підсистеми мережі,
також
роботи сеансового та представницького рівнів.

40.

Стандартизація мереж
Універсальна теза про користь стандартизації, справедлива для всіх
галузей, в комп'ютерних мережах набуває особливого значення. Суть мережі
це з'єднання різного обладнання, а значить проблема сумісності
є тут однією з найгостріших.
Без узгодження всіма виробниками загальноприйнятих стандартів для
обладнання
і протоколів прогрес у справі «будівництва» мереж було б неможливим.
Тому все
розвиток комп'ютерної галузі, зрештою, відображено у стандартах.
будь-яка нова
технологія тільки тоді набуває «законного» статусу, коли її зміст
закріплюється
у відповідному стандарті.
У комп'ютерних мережах ідеологічною основою стандартизації є
розглянута
вище модель взаємодії відкритих систем (OSI).

41.

Поняття відкритої системи
Що ж таке
відкрита система?
Відкритою може
бути названа
будь-яка система
(комп'ютер,
обчислювальна
мережа, ОС,
програмний
пакет, інші
апаратні та
програмні
продукти), яка
побудована в
відповідно до
відкритими
специфікаціями
Під відкритими
специфікаціями
розуміються
опубліковані,
загальнодоступні
специфікації,
відповідні
стандартам та прийняті в
результаті досягнення
згоди після
всебічного
обговорення всіма
зацікавленими
сторонами.
Модель OSI стосується лише одного аспекту
відкритості, а саме відкритості коштів
взаємодії пристроїв, пов'язаних у
комп'ютерну мережу. Якщо дві мережі
побудовані з дотриманням принципів
відкритості, це дає наступні
переваги:
• можливість побудови мережі з
апаратних та програмних засобів
різних виробників,
що дотримуються одного і того ж
стандарту;
• безболісна заміна окремих
компонентів мережі іншими, більше
досконалими, що дозволяє мережі
розвиватися із мінімальними витратами;
• легкість сполучення однієї мережі з іншою.

42.

Стандартизація Інтернету
Яскравим прикладом відкритої
Система є Інтернет. Ця
міжнародна мережа
розвивалася у повному
відповідно до вимог,
що пред'являються до відкритих
системам.
У розробці її стандартів
брали участь тисячі
фахівців - користувачів
цієї мережі з різних
університетів, наукових
організацій та фірм -
виробників
обчислювальної апаратури та
програмного забезпечення,
працюючих у різних країнах.
Існує декілька
організаційних
підрозділів, які відповідають за
розвиток і, зокрема, за
стандартизацію архітектури та
протоколів Інтернету.
Основним із них
є науково-адміністративне співтовариство
Інтернету (Internet Society,
ISOC),
що об'єднує близько 100 000
людина, яка займається
соціальними, політичними
та технічними проблемами
еволюції Інтернету
Під управлінням ISOC працює рада з
архітектурі Інтернету (Internet
Архітектура
Board, IAB). У IAB входять дві основні
групи: Internet Research Task Force
(IRTF)
та Internet Engineering Task Force (IETF).
IRTF координує довгострокові
дослідні проекти з
протоколів TCP/IP. IETF - це
інженерна група, яка займається
вирішенням поточних технічних проблем
Інтернет.

43.

Стандартні стеки комунікаційних
протоколів. Стек OSI
Найважливішим напрямом стандартизації у сфері обчислювальних мереж є
стандартизація комунікаційних протоколів Найбільш відомими стеками протоколів
є: OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA (зазначимо, не всі
їх застосовуються сьогодні практично).
Важливо розрізняти модель OSI та стек протоколів
OSI. У той час як модель OSI є
абстрактної концепції, стек OSI, побудований на
основі моделі OSI, представляє со122 Частина I. Основи мереж передачі даних
бій набір специфікацій конкретних протоколів, а
також численні програмні
реалізації цих протоколів.
На відміну від інших стеків протоколів, стек OSI
повністю відповідає моделі OSI,
включаючи специфікації протоколів для всіх семи
рівнів взаємодії, визначених
у цій моделі
Стек протоколів OSI

44.

Стек NetBIOS/SMB
Стек NetBIOS/SMB
Протокол NetBIOS з'явився 1984 року як
є спільною мережевою
розробкою компаній розширення стандартних функцій базової
IBM та Microsoft. на
системи вводу-виводу (BIOS) IBM PC для
фізичному та
мережевої програми PC Network фірми IBM. У
канальному рівнях
надалі цей протокол було замінено так
цього стеку також
званим протоколом розширеного
задіяні вже
інтерфейсу користувача NetBEUI.
отримали
NetBEUI розроблявся як ефективний
поширення
протокол, що споживає небагато ресурсів та
протоколи, такі як призначений для мереж, що налічують
Ethernet, Token Ring,
трохи більше 200 робочих станцій. Цей протокол
FDDI, а на верхніх
підтримує багато корисних мережевих
рівнях -
функцій, які можна віднести до
специфічні
транспортному та сеансовому рівням моделі
протоколи NetBEUI та OSI, проте з його допомогою неможлива
SMB.
маршрутизація пакетів. Це обмежує
застосування протоколу NetBEUI локальними
мережами, не розділеними на підмережі, та
унеможливлює його використання в
складових мереж.
Стек NetBIOS/SMB
Протокол Server Message Block (SMB)
підтримує функції сеансового
рівня, рівня подання та
прикладного рівня. На основі SMB
реалізується файлова служба,
а також служби друку та передачі
повідомлень між програмами.

45.

Стек TCP/IP
Стек TCP/IP був розроблений з ініціативи Міністерства оборони США.
20 років
назад для зв'язку експериментальної мережі ARPAnet з іншими мережами як набір
загальних протоколів для різнорідного обчислювального середовища. Великий внесок у
розвиток стека TCP/IP,
який отримав свою назву за популярними протоколами IP та TCP, вніс
Університет
Берклі, реалізувавши протоколи стека у своїй версії ОС UNIX. Популярність
цієї операційної системи призвела до поширення протоколів
TCP, IP та інших
протоколів стека. Сьогодні цей стек використовується для зв'язку комп'ютерів у
Інтернет,
а також у величезній кількості корпоративних мереж. Ми докладно розглянемо стек
протоколів
TCP/IP у частині IV цієї книги, присвяченої однойменним мережам.

46.

47.

Інформаційні та транспортні
послуги
Послуги комп'ютерної мережі можна розділити на дві категорії:
• транспортні послуги;
• інформаційні послуги.
Транспортні послуги полягають у передачі інформації між користувачами мережі
незмінному вигляді. При цьому мережа приймає інформацію від користувача на одному з
своїх інтерфейсів, передає її через проміжні комутатори та видає іншому
користувачеві через інший інтерфейс. При наданні транспортних послуг мережа не вносить
жодних змін у передану інформацію, передаючи її одержувачу в тому вигляді,
якому вона надійшла до мережі від відправника. Прикладом транспортної послуги глобальних
мереж є об'єднання локальних мереж клієнтів.
Інформаційні послуги полягають у наданні користувачеві деякої нової
інформації. Інформаційна послуга завжди пов'язана з операціями з обробки
інформації: зберігання її в деякому упорядкованому вигляді (файлова система,

48.

Розподіл протоколів за елементами
мережі
Відповідність функцій різних пристроїв мережі рівням моделі OSI

49.

Допоміжні протоколи
транспортної системи
Більшість допоміжних протоколів формально
відносяться до прикладного рівня
моделі OSI, оскільки у своїй роботі вони звертаються до
протоколів нижніх рівнів, таких як TCP, UDP чи SSL.
При цьому допоміжні протоколи не переносять
дані користувача, тобто вони не виконують
безпосередньо функцій протоколу прикладного рівня,
описаного в моделі OSL
При горизонтальному поділі всі протоколи (як
основні, так і допоміжні) поділяють на
три шари (planes) :
• шар користувача (user plane) включає
групу основних протоколів, тобто
протоколів, які переносять користувальницький
трафік;
• шар керування (control plane) складають
допоміжні протоколи, необхідні
для роботи основних протоколів мережі, наприклад,
протоколи маршрутизації, протоколи
відображення імен на IP-адреси;
• шар менеджменту (management plane)
поєднує допоміжні протоколи,
підтримуючі операції менеджменту
(управління мережею адміністратором), такі як
протокол SNMP для збору інформації про
помилки, протоколи віддаленого
конфігурування пристроїв

50.

Класифікація комп'ютерних мереж
Класифікація - це процес групування, тобто віднесення до того чи іншого типу об'єктів вивчення відповідно до їх
загальними ознаками.
Комп'ютерні мережі — складова класифікації телекомунікаційних мереж, які за видом контенту, що передається
діляться на:
• радіомережі;
• телефонні мережі;
• телевізійні мережі;
• комп'ютерні мережі.
Залежно від території покриття комп'ютерні мережі можна поділити на три
групи:
• локальні мережі (Local Area Network, LAN);
• глобальні мережі (Wide Area Network, WAN);
• міські мережі або мережі мегаполісу (Metropolitan Area Network, MAN).
Ми вже окреслили особливості цих груп мереж, коли розглядали у розділі 1 еволюцію комп'ютерних мереж. Зокрема,
у локальних мережах якість ліній зв'язку між вузлами зазвичай вища, ніж у глобальних мережах. Це обумовлено різними
причинами:
• суттєво меншою довжиною ліній зв'язку (метри замість сотень кілометрів), а отже,
і меншими спотвореннями сигналів, що вносяться неідеальним середовищем, що передає;
• меншим рівнем зовнішніх перешкод, оскільки у локальній мережі обладнання та кабелі
зазвичай розміщуються у спеціальних захищених екранованих приміщеннях, а лінії зв'язку глобальної мережі
проходити в електромагнітно «зашумленою»
середовищі, наприклад, у тунелях підземних комунікацій, поряд із силовими кабелями,
вздовж ліній електропередач тощо. п.;
• економічними міркуваннями

51.

Відповідно до технологічних
Залежно від способу комутації мережі поділяються на два
ознаками, зумовленими середовищем
фундаментально різних класу:
передачі, комп'ютерні мережі
• мережі із комутацією пакетів;
поділяють на два класи:
• мережі з комутацією каналів.
• дротові мережі — мережі, канали зв'язку Зараз у комп'ютерних мережах використовується переважно техніка
яких побудовані з використанням комутації пакетів, хоча принципово допустиме та застосування в них
мідних
техніки комутації каналів
або оптичних кабелів;
У свою чергу, техніка комутації пакетів припускає кілька
• бездротові мережі — мережі, у яких варіацій, що відрізняються способом просування пакетів, відповідно
для зв'язку використовуються бездротові мережі, з чим мережі діляться на:
канали
• дейтаграмні мережі, наприклад Ethernet;
зв'язку, наприклад, радіо, НВЧ,
• мережі, засновані на логічних з'єднаннях, наприклад, IP-мережі,
інфрачервоні чи лазерні канали.
використовують на
транспортному рівні протокол TCP;
• мережі, що базуються на віртуальних каналах, наприклад MPLS-мережі.
Мережі можна класифікувати з урахуванням топології. Топологічний тип
мережі дуже
чітко характеризує мережу, він зрозумілий як професіоналам, і
користувачам. Ми
докладно розглядали базові топології мереж, тому тут лише
перерахуємо їх:
Повнозв'язкова топологія, дерево, зірка, кільце, змішана топологія.

52.

Залежно від того, якому типу користувачів призначаються послуги мережі, вони поділяються на мережі
операторів зв'язку, корпоративні та персональні мережі.
Мережі операторів зв'язку надають публічні послуги, тобто клієнтом мережі
може стати будь-який індивідуальний користувач або організація, яка уклала відповідний
комерційний договір про надання тієї чи іншої телекомунікаційної послуги. Традиційними
послугами операторів зв'язку є послуги телефонії, а також надання каналів зв'язку в оренду тем.
організаціям,
які збираються будувати з їхньої власні мережі. З поширенням комп'ютерних мереж оператори
зв'язки суттєво розширили спектр своїх послуг, додавши до них послуги Інтернету, послуги віртуальних приватних
мереж, веб-хостинг, електронну пошту та IP-телефонію, а також широкомовне розсилання аудіо- та
відеосигналів.
Сьогодні Інтернет також є одним з різновидів мережі операторів зв'язку. Інтернет швидко
перетворився з мережі, що обслуговує порівняно нечисленне академічне суспільство,
всесвітню публічну мережу, що надає набір найбільш популярних послуг для всіх.
Корпоративні мережі надають послуги лише працівникам підприємства, яке
володіє цією мережею. Хоча формально корпоративна мережа може мати будь-який розмір,
зазвичай під корпоративною розуміють мережу великого підприємства, що складається як
з локальних мереж, так і з глобальної мережі, що їх об'єднує.
Персональні мережі перебувають у особистому використанні.
кількість вузлів, проста структура, а також невеликий радіус дії.
Настільними комп'ютерами можуть бути телефони, смартфони, планшети, ноутбуки.
мережі будуються з урахуванням бездротових технологій.

53.

Залежно від
функціональної ролі,
яку грають деякі
частини мережі, її відносять
до мережі доступу,
магістральної мережі чи мережі
агрегування трафік
Інтернет є унікальною мережею, що об'єднує практично всі комп'ютерні мережі (за винятком,
можливо, мереж, що залишаються ізольованими через
підвищеної секретності) у всесвітньому масштабі.
описані в класифікації, можна сказати, що це:
• мережа операторів зв'язку, що надає публічні послуги, — як інформаційні,
і транспортні;
• мережу з комутацією пакетів;
• мережа, що складається з магістральних мереж, мереж агрегування трафіку та мереж доступу.

54.

Мережеві характеристики
та якість обслуговування
Комп'ютерна мережа є складною і дорогою системою, що вирішує відповідальні завдання і
обслуговуючу велику кількість користувачів.
важливо, щоб мережа не просто працювала, а працювала якісно.
Поняття якості обслуговування можна трактувати дуже широко, включаючи до нього все
можливі та бажані для користувача властивості мережі та постачальника послуг, що підтримує
роботу цієї мережі. Щоб користувач і постачальник послуг могли більш конкретно
обговорювати проблеми обслуговування та будувати свої відносини на формальній основі, існує ряд
загальноприйнятих характеристик якості послуг, що надаються мережею. У цій
На чолі ми розглянемо тільки характеристики якості транспортних послуг мережі, які
набагато простіше піддаються формалізації, ніж характеристики якості інформаційних
послуг. Характеристики якості транспортних послуг відображають такі найважливіші властивості
мережі, як продуктивність, надійність та безпека.
Частина цих характеристик може бути оцінена кількісно та виміряна при обслуговуванні
користувача. Користувач та постачальник послуг можуть укласти угоду про
рівні обслуговування, що визначає вимоги до кількісних значень деяких
характеристик, наприклад, до доступності послуг.

55.

Типи характеристик
Суб'єктивні оцінки якості
Якщо опитати користувачів про те, що вони вкладають у поняття якісних мережевих
послуг, можна отримати дуже широкий спектр відповідей. Серед них, швидше за все, зустрінуться такі думки:
• мережа працює швидко, без затримок;
• трафік передається надійно, дані не втрачаються;
• послуги надаються безперебійно за схемою 24 х 7 (тобто 24 години на добу сім
днів на тиждень);
• служба підтримки працює добре, даючи корисні поради та допомагаючи вирішити проблеми;
• послуги надаються за гнучкою схемою, мені подобається, що можна будь-якої миті
і в широких межах підвищити швидкість доступу до мережі та збільшити кількість точок доступу;
• постачальник не лише передає мій трафік, але й захищає мою мережу від вірусів та атак
зловмисників;
• я завжди можу проконтролювати, наскільки швидко та без втрат мережа передає мій
трафік;
• постачальник надає широкий спектр послуг, зокрема, крім стандартного
доступу до Інтернету він пропонує хостинг для мого персонального веб-сайту та послуги
1Р-телефонія.
Ці суб'єктивні оцінки відбивають побажання користувачів до якості мережевих сервісів.

56.

Довготривалі, середньострокові
та короткострокові характеристики
Довготривалі характеристики (або
характеристики проектних рішень) визначаються
на проміжках часу від кількох місяців до
кілька років. прикладами
таких характеристик є кількість та схема
з'єднання комутаторів у мережі, пропускна
здатність ліній зв'язку, конкретні моделі та
характеристики використовуваного
обладнання.
Середньострокові характеристики визначаються
на інтервалах часу від кількох секунд до
кількох днів. Як правило, за цей час
відбувається обслуговування великого
кількості пакетів. Наприклад, до середньострокових
характеристикам може бути віднесено
усереднене значення затримки пакетів по
вибірці, взятій протягом доби
Короткострокові характеристики належать до темпу обробки
окремих пакетів і вимірюються в мікросекундному та
мілісекундному діапазонах. Наприклад, час буферизації
або час перебування пакета в черзі комутатора або
маршрутизатор є характеристикою цієї групи. Для аналізу
та забезпечення необхідного рівня короткострокових
характеристик розроблено велику кількість методів,
одержали назву методів контролю та запобігання
перевантажень.

57.

Угода про рівень
обслуговування
Основою нормальної співпраці постачальника послуг та користувачів
є договір.
Такий договір укладається завжди, проте далеко не завжди у ньому
вказуються кількісні вимоги до ефективності
послуг, що надаються. Дуже часто у договорі
послуга визначається, наприклад, як «надання доступу до
Інтернет» тощо.
Однак існує й інший тип договору, який називається угодою про
рівні обслуговування (Service Level Agreement, SLA). У такій угоді
постачальник послуг та клієнт
описують якість послуги в кількісних термінах,
користуючись
характеристиками ефективності мережі

58.

Продуктивність та надійність
мережі.
Ідеальна та реальна мережі
Ідеальна мережа доставляє всі пакети вузлу призначення:
• не втративши жодного з них (і не спотворивши інформацію ні в
одному з них);
• у порядку, в якому вони були відправлені;
• з тією самою мінімально можливою затримкою (d\ = і
т. д.).
Важливо, що всі інтервали між сусідніми пакетами мережі
зберігає у незмінному вигляді.
Передача пакетів ідеальною мережею
Наприклад, якщо інтервал між першим та другим пакетами становить під час відправлення
Т1 секунд, а між другим і третім - Т2, то такими ж інтервали залишаться і у вузлі
призначення.
Надійна доставка всіх пакетів з мінімально можливою затримкою та збереженням
тимчасових інтервалів між ними задовольнить будь-якого користувача мережі незалежно
від того, трафік якої програми він передає по мережі - веб-сервісу або 1Р-телефонії

59.

Пакети доставляються мережею вузлу призначення з
різними затримками. Це невід'ємне
властивість мереж із комутацією пакетів.
Випадковий характер процесу освіти
черг призводить до випадкових затримок, при
цьому затримки окремих пакетів можуть бути
значними, в десятки разів перевищуючи
середню величину затримок (d ± d2 ± d m. д.).
Нерівномірність затримок змінює
відносне становище пакетів у вихідному
потоці, що може катастрофічно позначитися на
якість деяких додатків.
Наприклад, при цифровій передачі мови вихідний потік є рівномірно віддаленими.
один від одного пакети, що несуть виміри голосу. Нерівномірність інтервалів між пакетами
вихідного потоку наводить
до суттєвих спотворень мови.
Пакети можуть доставлятися вузлу призначення не в тому порядку, в якому вони були надіслані.
наприклад, на малюнку пакет 4 надійшов у вузол призначення раніше, ніж пакет 3. Такі ситуації
зустрічаються в дейтаграмних мережах, коли різні пакети одного потоку передаються через мережу
різними маршрутами і, отже, очікують обслуговування у різних чергах з різним
рівнем затримок.

60.

Статистичні оцінки
характеристик мережі
Для оцінки характеристик випадкових процесів є статистичні методи, а саме
такий характер мають процеси передачі пакетів мережею. Самі характеристики продуктивності мережі
як, наприклад, затримка пакета є випадковими величинами
Основним інструментом статистики є так
звана гістограма розподілу
оцінюваної випадкової величини. Розглянемо, наприклад,
гістограма затримки пакета.
Вважатимемо, що нам вдалося виміряти затримку
доставки кожного із 2600 пакетів,
переданих між двома вузлами мережі, та зберегти
одержані результати. Кожен результат виміру
є одиничним значенням випадкової величини, а в
сукупності
вони утворюють вибірку значень випадкової величини.
Гістограма розподілу затримок

61.

Активні та пасивні
вимірювання у мережі
Активні вимірювання засновані на генерації у вузлі-джерелі спеціальних "вимірювальних" пакетів. Ці
пакети повинні пройти через мережу тим самим шляхом, що й пакети, характеристики яких ми збираємося
оцінювати. Вимірювання у вузлі призначення проводяться на послідовності "вимірювальних" пакетів.
Схема активних вимірів
Схема пасивних вимірів

62.

Характеристики затримок
пакетів
Для оцінки продуктивності мережі використовуються різні характеристики затримок,
у тому числі:
• одностороння затримка пакетів;
• варіація затримки пакета;
• час реакції мережі;
• час обігу пакета.
Одиничне значення односторонньої затримки пакета (One-Way Delay Metric, OWD) певного типу - це
інтервал часу між моментом приміщення у вихідну лінію зв'язку
першого біта пакета вузлом-відправником та моментом прийому останнього біта пакета з вхідною
лінії зв'язку вузла-одержувача.
Для деяких додатків дуже важливою є варіація затримки пакета, яку також називають джиттером.
Одиничне значення варіації затримки визначається стандартом як різниця односторонніх
затримок для кількох пакетів певного типу, отриманих на інтервалі вимірювань 7*.

63.

Час реакції мережі
визначається як інтервал
часу між відправкою запиту
користувача до будь-якої мережної
службі та отриманням відповіді на цей
запит.
Час реакції мережі є інтегральною
характеристику продуктивності мережі з погляду
користувача. Саме цю характеристику має на увазі
користувач, коли каже: «Сьогодні мережа працює
повільно». Час реакції можна уявити
у вигляді кількох доданків, наприклад (рис. 5.6):
• часу підготовки запитів на клієнтській
комп'ютері
• часу передачі запитів між клієнтом та
сервер через мережу (tcemh);
• часу обробки запитів на сервері (tcepeep)',
• часу передачі відповідей від сервера клієнту через мережу
(Знову Гсеть);
• часу обробки одержуваних від сервера відповідей на
клієнтському комп'ютері (Г^мент?)-
Час реакції мережі характеризує мережу в
цілому, у тому числі якість роботи
апаратного
та програмного забезпечення серверів. Щоб
окремо оцінити транспортні можливості
мережі, використовується інша характеристика
час обороту даних через мережу.
Час обороту пакета (Round Trip Time, RTT)
визначається як інтервал часу між
відправкою першого біта пакета певного
типу вузлом-відправником вузлу-отримувачу та
отриманням останнього біта цього пакета
вузлом-відправником після того, як пакет був
отримано
вузлом-одержувачем та відправлений назад.

64.

Характеристики швидкості
передачі
Швидкість передачі
(information rate) вимірюється
на якомусь проміжку
часу та обчислюється як
приватне від розподілу обсягу
переданих за цей період
даних на
тривалість періоду.
Вона вимірюється у кадрах,
пакетах, бітах або байтах у
секунду.
Середня швидкість передачі
даних (Sustained Information
Rate, SIR) - це середньострокова
характеристика. Вона
визначається на відносно
великому періоді часу,
достатньому, щоб можна
було говорити про стійке
поведінці такої випадкової
величини,
якою є швидкість
Миттєва швидкість передачі
даних (Instantaneous
Information Rate, HR) - це
короткострокова характеристика,
рівна середньої швидкості на
дуже короткому інтервалі
часу.Варіація миттєвої
швидкості, тобто ступінь
відхилення миттєвих
значень від
середньої швидкості, характеризує
нерівномірність трафіку.

65.

Пікова швидкість передачі даних (Peak Information Rate, PIR) – це середня швидкість
на період пульсації. Пікова швидкість є короткостроковою характеристикою,
вона відображає здатність мережі справлятися з піковими навантаженнями, характерними
для пульсуючого трафіку і призводять до перевантаження. Якщо період усереднення
у визначенні пікової швидкості обрано досить невеликим, то можна говорити,
що пікова швидкість є заданою верхньою межею для миттєвої швидкості
користувальницького потоку.
Швидкість передачі трафіку. Пульсації
Величина пульсації (зазвичай позначається від
англ. Burst) служить для оцінки ємності
буфера комутатора, необхідного для зберігання
даних під час навантаження. Величина
пульсації дорівнює загальному обсягу даних,
вступників на комутатор протягом періоду
пульсації Т передачі даних з піковою швидкістю
(PIR): В = PIR х Т.
Коефіцієнт пульсації трафіку – це відношення максимальної пікової швидкості до середньої швидкості
трафіку, виміряної за тривалий період часу

66.

Ступінь рівномірності
трафіку, що породжується
Щодо рівномірності породжуваного
трафіку програми поділяються на два класи:
програми з потоковим трафіком та програми
з пульсуючим трафіком.
Програми з потоковим трафіком (stream)
породжують рівномірний потік даних,
який надходить у мережу з постійною бітовою
швидкістю (Constant Bit Rate, CBR).
У разі комутації пакетів трафік таких
додатків є
послідовність пакетів однакового розміру
(рівного В біт), що йдуть один за одним через
той самий інтервал часу Т
Потоковий (а) та пульсуючий (6) трафіки
CBR потокового трафіку може бути обчислена шляхом усереднення
інтервалі:
CBR = В/Тбіт/с.

67.

Чутливість додатків
до затримок пакетів
Ще один критерій класифікації додатків - їх чутливість до затримок пакетів та їх
варіаціям. Далі перераховані основні типи додатків у порядку підвищення
чутливість до затримок пакетів:
• асинхронні програми практично не мають обмежень на час затримки
• інтерактивні програми. Затримки можуть бути помічені користувачами, але вони
не впливають негативно на функціональність додатків. Приклад - текстовий
редактор з віддаленим файлом;
• ізохронні програми мають поріг чутливості до варіацій затримок;
перевищення якого різко знижується функціональність додатків. Приклад -
передача голосу, коли при перевищенні порога варіації затримок 100-150 мс спотворення голосу
стає неприйнятним;
• надчутливі до затримок програми, для яких затримка доставки
даних зводить їх функціональність нанівець. Приклад - програми, що керують
технічним об'єктом у часі. При запізнюванні сигналу керування
на об'єкті може статися аварія.

68.

Чутливість додатків
до втрат
та спотворень пакетів
Програми, чутливі до втрати даних. Практично всі програми,
передавальні алфавітно-цифрові дані (до яких належать текстові документи,
коди програм, числові масиви тощо.п.), мають високу чутливість до
втрати окремих, навіть невеликих фрагментів даних.
Програми, стійкі до втрати даних. До цього типу відносяться багато
програми, що передають трафік з інформацією про інерційні фізичні
процесах.
Стійкість до втрат пояснюється тим, що невелика кількість
відсутні дані можна визначити на основі прийнятих.

69.

Методи забезпечення якості
обслуговування
У методах забезпечення якості обслуговування використовуються різні механізми,
що дозволяють знизити негативні наслідки тимчасових навантажень, що виникають у мережах
із комутацією пакетів. Ці механізми поділяються на:
• засоби управління перевантаженням (congestion management), які починають працювати,
коли мережу вже перевантажено; до них належить керування чергами;
• засоби запобігання перевантаженням (congestion avoidance), які, як слід
з назви, вживають превентивних заходів для запобігання перевантаженням;
до такого роду засобів відноситься кондиціювання трафіку, зворотний зв'язок,
резервування ресурсів та трафік-інжиніринг.
Черги є невід'ємним атрибутом мереж із комутацією пакетів. Сам принцип
роботи таких мереж має на увазі наявність буфера у вхідних та вихідних інтерфейсах
комутуючих пристроїв. Саме буферизація пакетів під час перевантажень є
основним механізмом, який забезпечує високу продуктивність мереж цього типу.
Водночас черги означають зниження якості обслуговування через невизначеність
затримок і втрат пакетів під час передачі даних через мережу через переповнення відведеного
під чергу буфера комутатора чи маршрутизатора

70.

Аналіз черг
Існує гілка прикладної математики, предметом якої є процеси освіти
черг. Ця дисципліна так і називається – теорія черг.
Теорія черг розглядає тимчасові процеси утворення черг у буфері
абстрактного пристрою, який надходить випадковий потік абстрактних заявок на
обслуговування. Моделі теорії черг дозволяють оцінити середню довжину черги в буфері та середнє
час очікування заявок на обслуговування
При застосуванні теорії черг до аналізу
процесів, що відбуваються в комп'ютерних
мережах, заявками на обслуговування є
пакети даних, а поділюваними
обслуговуючими пристроями — різні
програми, мережні пристрої, їх вихідні
інтерфейси

71.

Черга FIFO
У черзі FIFO (First In - First Out) у разі перевантаження всі пакети поміщаються в одну
загальну чергу і вибираються з неї в тому порядку, в якому надійшли, тобто в
відповідно до принципу «перший прийшов – перший пішов». У всіх пристроях з
Комутація пакетів алгоритм FIFO використовується за замовчуванням. Перевагами цього
підходу
є простота реалізації та відсутність потреби у конфігуруванні. Однак
йому
властивий і корінний недолік - неможливість диференційованої обробки
пакетів
різних потоків. Усі пакети стоять у загальній черзі на рівних підставах.
Так само однаково
обслуговуються як пакети чутливого до затримок голосового трафіку, і
нечутливого до затримок, але дуже інтенсивного резервного трафіку
копіювання,
тривалі пульсації якого можуть затримати голосовий пакет.

72.

Пріоритетне обслуговування
Черги з пріоритетним
обслуговуванням дуже популярні
у багатьох областях
обчислювальної техніки,
зокрема, в операційних
системах, коли одним
додатків
потрібно віддати перевагу перед
іншими при обробці їх у
мультипрограмної суміші.
Застосовуються ці черги і для
переважної обробки
деякого класу трафіку.
Механізм пріоритетного
обслуговування заснований на
розділення всього мережевого трафіку
на
невелика кількість класів та
наступного призначення
кожному класу деякого
числової ознаки - пріоритету
Пріоритет - це число,
характеризує ступінь
привілейованості того чи іншого
класу трафіку при використанні того
чи іншого мережного ресурсу. Чим вище
пріоритет,
тим менше часу будуть проводити
пакети даного класу в чергах до
даного ресурсу.
Класифікація трафіку
є окремою
завдання. Пакети можуть
розбиватися
на пріоритетні класи на
підставі різних
ознак: адреса призначення,
адреса джерела,
ідентифікатор програми,
що генерує цей трафік, а
так само і будь-які інші
комбінації ознак,
які містяться в
заголовки пакетів. Правила
класифікації
пакетів відображають політику
адміністрування мережі.
Кошти, що виконують
класифікацію, -
класифікатори - можуть бути
частиною мережевих пристроїв.

73.

Виважені черги
Механізм зважених черг розроблений для того, щоб
можна було надати
всім класам трафіку певний мінімум пропускної
Можливості. Під вагою даного класу розуміється частка
що надається класу трафік
У результаті кожному класу
трафіку дістається
гарантований мінімум
пропускну здатність, яка в
багатьох випадках є більш
бажаним результатом, ніж
придушення
низькопріоритетних класів
високопріоритетними.
Виважені черги

74.

Механізми кондиціювання трафіку
Черги з різними алгоритмами обслуговування
дозволяють
реалізувати лише одну частину цієї ідеї - вони
виділяють певну частку пропускної
можливості деякому потоку пакетів. Однак
якщо інтенсивність вхідного потоку
з якоїсь причини у деякі періоди часу
перевищуватиме виділену йому
пропускну здатність, наприклад, у вигляді
пульсацій, то необхідні параметри якості
обслуговування цього потоку (рівні затримки, частка
втрачених пакетів та ін.) не будуть
забезпечені.
Щоб уникнути цього, рекомендується застосовувати
механізми кондиціювання трафіку,
що включають:
• класифікацію;
• профільування;
• згладжування трафіку.
Профілювання (policing) є мірою
примусового впливу на трафік,
спрямованого обмеження швидкості потоку
пакетів. Мета профілювання - досягти
відповідності потоку пакетів заданому швидкісному
профілю - набору заданих
параметрів потоку
Ефект профілювання - відкидання надлишкового трафіку

75.

Згладжування трафіку (shaping) у якомусь
сенсі подібно до профілювання, так як
воно
має схожу мету - приведення параметрів
потоку до заданого швидкісного профілю.
Однак досягається ця мета іншим способом.
Замість того, щоб відкидати надлишкові
пакети, тобто ті, передача яких могла б
призвести до перевищення ліміту швидкості,
механізм згладжування трафіку затримує
пакети-порушники у спеціальному буфері
так, що результуюча швидкість потоку
виявляється у заданих межах. Пакети
можуть
також декваліфікуватися, тобто
переміщатися в клас обслуговування з більш
низькими привілеями, наприклад,
переводяться з пріоритетного класу до
стандартний клас,
обслуговується «по можливості».

76.

Зворотній зв'язок для запобігання
перевантажень
Механізми запобігання перевантаженням
засновані на використанні зворотної
зв'язку, за допомогою якого
перевантажений вузол мережі, реагуючи на
перевантаження, просить попередні
вузли, розташовані вздовж маршруту
прямування потоку (або потоків,
належать
до одного класу), тимчасово знизити
швидкість трафіку. Після того як
навантаження у цьому
вузлі зникне, він посилає повідомлення,
що дозволяє підвищити швидкість
передачі даних.
Учасники зворотного зв'язку

77.

У застосовуваних сьогодні методах зворотного зв'язку використовуються наступні
основні типи
повідомлень про перевантаження:
• ознака навантаження;
• максимальна дозволена швидкість передачі;
• максимальний дозволений обсяг даних;
• непрямі ознаки навантаження
• Ознака перевантаження не говорить про рівень
перевантаженості мережі або вузла, він тільки
фіксує наявність перевантаження.
• У другому типі повідомлень вказується
максимальна швидкість передачі, тобто
поріг
швидкості, якої має дотримуватися джерело або
проміжний вузол, розташований
вище за течією потоку.
• Повідомлення про максимальний обсяг
даних використовується в широко
алгоритм, що застосовується в пакетних мережах
ковзного вікна
• У деяких випадках передавальний вузол
визначає, що приймаючий вузол (або вузли)
зазнає перевантаження, за деякими непрямими
ознаками, без отримання повідомлення
зворотний зв'язок.

78.

Резервування ресурсів та Процедура резервування
пропускну здатність
Резервування ресурсів - це координуюча процедура, яка налаштовує механізми
підтримки якості обслуговування вздовж прямування потоку таким чином, щоб потік з
деякими заданими характеристиками швидкості був обслужений із заданими
характеристиками QoS - затримками, втратами пакетів та ін.
Контроль допуску до мережі (admission control) полягає у перевірці наявності доступної, тобто
незарезервованої для інших потоків пропускної спроможності на кожному з вузлів мережі
протягом усього маршруту прямування потоку.
Виділення зарезервованої пропускної спроможності
Контроль допуску потоку

79.

Інжиніринг трафіку
Завдання вибору маршрутів для потоків (або класів трафіку) з
враховуючи вимоги QoS вирішують
методи інжинірингу трафіку (Traffic Engineering). За допомогою цих
методів прагнуть по
можливості збалансовано завантажити всі ресурси мережі, щоб
мережа при заданому рівні
якості обслуговування мала якнайвищу
сумарною продуктивністю.
Методи інжинірингу трафіку не лише дозволяють знайти
раціональний маршрут для
потоку, а й резервують йому ресурси, переважно
пропускну спроможність
пристроїв мережі вздовж цього маршруту.

80.

Недоліки традиційних методів
маршрутизації
У мережах із комутацією пакетів традиційні протоколи маршрутизації здійснюють
вибір маршруту на основі топології мережі без урахування її поточного завантаження.
Для кожної пари "адреса джерела - адреса призначення" такі протоколи вибирають
єдиний маршрут, не зважаючи на інформаційні потоки, що протікають
через мережу. В результаті всі потоки між парами кінцевих вузлів мережі йдуть по найкоротшому (відповідно
з деякою метрикою) маршруту. Вибраний маршрут може бути
більш раціональним, наприклад, якщо до уваги приймається номінальна пропускна
здатність каналів зв'язку або затримки, що вносяться ними, або менш раціональним, якщо
враховується лише кількість проміжних маршрутизаторів між вихідним та кінцевим вузлами.
Класичним прикладом неефективності такого підходу є так звана
"Риба" - мережа з топологією.

81.

Методи інжинірингу трафіку
Вихідними даними для методів інжинірингу трафіку
є:
• характеристики передавальної мережі;
• відомості про запропоноване навантаження мережі.
До характеристик передавальної мережі належить її топологія, а також продуктивність
складових її комутаторів та ліній зв'язку. Передбачається, що продуктивність
процесора кожного комутатора достатня обслуговування трафіку всіх його вхідних інтерфейсів,
навіть якщо трафік надходить на інтерфейс з максимально можливою
швидкістю, що дорівнює пропускній здатності інтерфейсу. За таких умов як
резервованих ресурсів виступає пропускна спроможність ліній зв'язку між комутаторами
Топологія мережі та продуктивність її ресурсів
Запропоноване навантаження

82.

Робота в недовантаженому
режимі
Простота забезпечення вимог QoS за рахунок роботи мережі у недовантаженому режимі є головним
гідністю цього підходу — він вимагає збільшення пропускної
здібності ліній зв'язку та, відповідно, продуктивності комунікаційних
пристроїв мережі. Жодних додаткових зусиль щодо дослідження характеристик потоків
Глава 5. Мережеві характеристики та якість обслуговування 179
мережі та конфігурування додаткових черг та механізмів кондиціювання
трафіку тут не потрібно.
Щоб бути впевненими, що мережа має достатню пропускну здатність для
якісної передачі трафіку, необхідний постійний моніторинг тимчасових характеристик (затримок та
їх варіацій) процесів передачі пакетів мережею. А в тому випадку, коли
результати моніторингу починають стабільно показувати погіршення характеристик якості обслуговування,
необхідно проводити чергову модернізацію мережі та збільшувати
пропускну спроможність ліній зв'язку та комунікаційних пристроїв.
Для автоматичного резервування ресурсів маршрутизаторів (таких як пропускна
здатність інтерфейсів, розміри буферів) у межах, дозволених політикою QoS
для цієї мережі, на початку 90-х років було розроблено протокол резервування ресурсів
(Resource reSerVation Protocol, RSVP). Цей протокол приймає запит на резервування ресурсів від
програми, що працює на вузлі мережі, що генерує деякий потік
пакетів