Сетевые технологии передачи данных. Методы высокоскоростного подключения к всемирной сети
Уделено внимание набирающей все большую популярность технологии программно-конфигурируемых сетей. <...> Разумеется, при этом необходимо обеспечить требования к другим показателям, определяющим понятие QoS (качество услуг). <...> Здесь представлено описание таких технологий как АТМ, SDH , MPLS-TP , PBB-TE. <...> В приложении к пособию дано краткое изложение принципов построения программно-конфигурируемых сетей, которые завоевывают в последнее время все большую и большую популярность. <...> Дано описание технологии виртуализации сетевых функций NFV (Network Function Virtualization), приведено сравнение SDN и NFV . <...> Физическая среда передачи данных Общие характеристики физической среды . <...> Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, земную атмосферу или космическое пространство. <...> Кабели более высокой категории имеют больше витков на единицу длины. <...> Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. <...> Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. <...> Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. <...> Высокоскоростная передача данных на основе беспроводной среды рассматривается в главе 7. <...> Выбор топологии сети является важнейшей задачей, решаемой при ее построении, и определяется требованиями к экономичности и структурной надежности . <...> Работа по стандартизации открытых систем началась в 1977 г. В 1983 г. была предложена эталонная модель ВОС - наиболее общее описание структуры построения стандартов. <...> Модель ВОС , определяющая принципы взаимосвязи между отдельными стандартами, является основой для параллельной разработки множества стандартов и обеспечивает постепенность перехода от существующих реализаций к новым стандартам. <...> Эталонная модель ВОС не определяет протоколы и интерфейсы взаимодействия, структуру и характеристики физических средств соединения. <...> Третий, сетевой уровень , выполняет маршрутизацию <...>
Сетевые_технологии_высокоскоростной_передачи_данных._Учебное_пособие_для_вузов._-_2016_(1).pdf
УДК 621.396.2 ББК 32.884 Б90 Р е ц е н з е н т ы: доктор техн. наук, профессор техн. наук, профессор; доктор Будылдина Н. В., Шувалов В. П. Б90 Сетевые технологии высокоскоростной передачи данных. Учебное пособие для вузов / Под ред. профессора В. П. Шувалова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2016. – 342 с.: ил. ISBN 978-5-9912-0536-8. В компактной форме изложены вопросы построения инфокоммуникационных сетей, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных. Представлены разделы, которые необходимы для понимания того как можно обеспечить передачу не только с высокой скоростью, но и с другими показателями, характеризующими качество предоставляемой услуги. Приведено описание протоколов различных уровней эталонной модели взаимодействия открытых систем, технологий транспортных сетей. Рассмотрены вопросы передачи данных в беспроводных сетях связи и современные подходы, обеспечивающие передачу больших массивов информации за приемлемые отрезки времени. Уделено внимание набирающей все большую популярность технологии программно-конфигурируемых сетей. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр». Книга может быть использована для повышения квалификации работниками электросвязи. ББК 32.884 Будылдина Надежда Вениаминовна, Шувалов Вячеслав Петрович Сетевые технологии высокоскоростной передачи данных Учебное пособие для вузов Все права защищены. Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя © ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» www.techbook.ru © Н.В. Будылдина, В.П. Шувалов Л. Д. Г. Нев о л ин Г. Д о рос и нс ки й Ад р ес и з д а т е л ь ств а в Ин т е р н ет www.tech b o o k .ru
Стр.2
Оглавление Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Список литературы к введению. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Глава 1. Основные понятия и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1. Информация, сообщение, сигнал. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2. Скорость передачи информации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3. Физическая среда передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4. Методы преобразования сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5. Методы множественного доступа к среде. . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.6. Сети электросвязи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.7. Организация работ по стандартизации в области передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.8. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. . . . . . . 47 1.9. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 1.10. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Глава 2. Обеспечение показателей качества обслуживания. . 58 2.1. Качество обслуживания. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . 58 2.2. Обеспечение верности передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.3. Обеспечение показателей структурной надежности. . . . . . . . 78 2.4. QoS маршрутизация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.5. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Глава 3. Локальные сети. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.1. Протоколы LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.1.1. Технология Ethernet (IEEE 802.3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.1.2. Технология Token Ring (IEEE 802.5) . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.1.3. Технология FDDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.1.4. Fast Ethernet (IEEE 802.3u) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.1.5. Технология 100VG-AnyLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.1.6. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet . . . . . 102 3.2. Технические средства, обеспечивающие функционирование высокоскоростных сетей передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.1. Концентраторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.2. Мосты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.2.3. Коммутаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.2.4. Протокол STP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.2.5. Маршрутизаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.2.6. Шлюзы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 3.2.7. Виртуальные локальные сети (Virtual local area Network, VLAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Стр.341
342 Оглавление 3.3. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 3.4. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Глава 4. Протоколы канального уровня. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.1. Основные задачи канального уровня, функции протоколов 138 4.2. Байт-ориентированные протоколы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 4.3. Бит-ориентированные протоколы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.3.1. Протокол канального уровня HDLC (High-Level Data Link Control) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.3.2. Протокол кадра SLIP (Serial Line Internet Protocol) . 152 4.3.3. Протокол PPP (Point-to-Point Protocol - протокол двухточечной связи) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 4.4. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.5. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Глава 5. Протоколы сетевого и транспортного уровня. . . . . . . . 161 5.1. IP-протокол. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.2. Протокол IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 5.3. Протокол маршрутизации RIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 5.4. Внутренний протокол маршрутизации OSPF . . . . . . . . . . . . . . 187 5.5. Протокол BGP-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 5.6. Протокол резервирования ресурсов - RSVP . . . . . . . . . . . . . . 203 5.7. Протокол передачи RTP (Real-Time Transport Protocol). . . . 206 5.8. Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) . . . 211 5.9. Протокол LDAP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 5.10. Протоколы ARP, RARP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 5.11. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) . . . . . . . . . . . . 220 5.12. Протокол UDP (User Datagram Protocol) . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 5.13. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 5.14. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Глава 6. Транспортные IP-сети. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 6.1. Технология ATM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 6.2. Синхронная цифровая иерархия (SDH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 6.3. Многопротокольная коммутация по меткам. . . . . . . . . . . . . . . 245 6.4. Оптическая транспортная иерархия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 6.5. Модель и иерархия Ethernet для транспортных сетей. . . . . . 256 6.6. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 6.7. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Глава 7. Беспроводные технологии высокоскоростной передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 7.1. Технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 7.2. Технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Стр.342
343 7.3. Переход от WiMAX к технологии LTE (LongTermEvolution) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 7.4. Состояние и перспективы высокоскоростных беспроводных сетей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 7.5. Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 7.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Глава 8. Вместо заключения: некоторые соображения на тему «что надо сделать, чтобы обеспечить передачу данных с высокой скоростью в IP-сетях» . 279 8.1. Традиционная передача данных с гарантированной доставкой. Проблемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 8.2. Альтернативные протоколы передачи данных с гарантированной доставкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 8.3. Алгоритм контроля перегрузок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 8.4. Условия обеспечения передачи данных с высокой скоростью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 8.5. Неявные проблемы обеспечения высокоскоростной передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 8.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Приложение 1. Программно-конфигурируемые сети. . . . . . . . . . 302 П.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 П.2. Протокол OpenFlow и OpenFlow-коммутатор. . . . . . . . . . . . . . 306 П.3. Виртуализация сетей NFV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 П.4. Стандартизация ПКС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 П.5. SDN в России. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 П.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 Термины и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
- Предисловие
- Глава 1.
Исторические предпосылки развития высокоскоростных сетей передачи данных - Глава 2.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем ЭМВОС (Open System Interconnection - модель OSI) - Глава 3.
Международные стандартизирующие организации - Глава 4.
Физическое и логическое кодирование данных - Глава 5.
Узкополосные и широкополосные системы. Мультиплексирование данных - Глава 6.
Режимы передачи данных. Среды передачи - Глава 7.
Структурированные кабельные системы - Глава 8.
Топологии систем передачи данных - Глава 9.
Методы доступа в канал - Глава 10.
Технологии коммутации - Глава 11.
Связь сегментов сетей - Литература
Глава 5. Узкополосные и широкополосные системы. Мультиплексирование данных
Узкополосная система (baseband) использует цифровой способ передачи сигнала. Хотя цифровой сигнал имеет широкий спектр и теоретически занимает бесконечную полосу частот, на практике ширина спектра передаваемого сигнала определяется частотами его основных гармоник. Именно они дают основной энергетический вклад в формирование сигнала. В узкополосной системе передача ведется в исходной полосе частот, не происходит переноса спектра сигнала в другие частотные области. Именно в этом смысле система называется узкополосной. Сигнал занимает практически всю полосу пропускания линии. Для регенерации сигнала и его усиления в сетях передачи данных используют специальные устройства – повторители (repeater, репитор).
Примером реализации узкополосной передачи являются локальные сети и соответствующие спецификации IEEE (например, 802.3 или 802.5).
Ранее узкополосная передача из-за затухания сигналов использовалась на расстояниях порядка 1-2 км по коаксиальным кабелям, но в современных системах, благодаря различным видам кодирования и мультиплексирования сигналов и видам кабельных систем, ограничения отодвинуты до 40 и более километров.
Термин широкополосная (broadband) передача изначально использовался в системах телефонной связи, где им обозначался аналоговый канал с диапазоном частот (шириной полосы пропускания) более 4 КГц. С целью экономии ресурсов при передаче большого числа телефонных сигналов с полосой частот 0,3-3,4 КГц были разработаны различные схемы уплотнения (мультиплексирования) этих сигналов, обеспечивающие их передачу по одному кабелю.
В высокоскоростных сетевых приложениях широкополосная передача означает, что для передачи данных используется не импульсная, а аналоговая несущая. По аналогии термин «широкополосный Интернет» означает, что вы используете канал с пропускной способностью более 128 Кбит/c (в Европе) или 200 Кбит/c (в США). Широкополосная система обладает высокой пропускной способностью, обеспечивает высокоскоростную передачу данных и мультимедийной информации (голос, видео, данные). Примером являются сети АТМ, B-ISDN, Frame Relay, сети кабельного вещания CATV.
Термин «мультиплексирование» используется в компьютерной технике во множестве аспектов. Мы под этим будем понимать объединение нескольких коммуникационных каналов в одном канале передачи данных.
Перечислим основные техники мультиплексирования: частотное уплотнение – Frequency Division Multiplexing (FDM), временное уплотнение – Time Division Multiplexing (TDM) и спектральное или уплотнение по длине волны (волновое) – Wavelength Division Multiplexing (WDM).
WDM применяется только в оптоволоконных системах. Кабельное телевидение, например, использует FDM.
FDM
При частотном мультиплексировании каждому каналу выделяется своя аналоговая несущая. При этом в FDM может применяться любой вид модуляции или их комбинация. Например, в кабельном телевидении по коаксиальному кабелю с шириной полосы пропускания 500 МГц обеспечивается передача 80 каналов по 6 МГц каждый. Каждый из таких каналов в свою очередь получен мультиплексированием подканалов для передачи звука и видеоизображения.
TDM
При этом виде мультиплексирования низкоскоростные каналы объединяются (сливаются) в один высокоскоростной, по которому передается смешанный поток данных, образованный в результате агрегирования исходных потоков. Каждому низкоскоростному каналу присваивается свой временной слот (отрезок времени) внутри цикла определенной длительности. Данные представляются, как биты, байты или блоки бит или байт. Например, каналу А отводятся первые 10 бит внутри временного отрезка заданной длительности (фрейм, кадр), каналу B – следующие 10 бит и т.д. Кроме бит данных фрейм включает служебные биты для синхронизации передачи и других целей. Фрейм имеет строго определенную длину, которая обычно выражается в битах (например, 193 бита) и структуру.
Устройства сети, которые выполняют мультиплексирование потоков данных низкоскоростных каналов (tributary, компонентные потоки) в общий агрегированный поток (aggregate) для передачи по одному физическому каналу, называются мультиплексорами (multiplexer, mux, мукс). Устройства, выполняющие разделение агрегированного потока на компонентные потоки, называются демультиплексорами.
Синхронные мультиплексоры используют фиксированное разделение на временные слоты. Данные, принадлежащие определенному компонентному потоку, имеют одну и ту же длину и передаются в одном и том же временном слоте в каждом фрейме мультиплексированного канала. Если от некоторого устройства информация не передается, то его тайм слот остается пустым. Статистические мультиплексоры (stat muxes) решают эту проблему, динамически присваивая свободный временной слот активному устройству.
WDM
WDM использует различные длины волн светового сигнала для организации каждого канала. Фактически это особый вид частотного уплотнения на очень высоких частотах. При этом виде мультиплексирования передающие устройства работают на разных длинах волн (например, 820нм и 1300нм). Затем лучи объединяются и передаются по одному оптоволоконному кабелю. Принимающее устройство разделяет передачу по длинам волн и направляет лучи в разные приемники. Для слияния/разделения каналов по длинам волн используются специальные устройства – каплеры (coupler). Ниже приведен пример такого мультиплексирования.
Рис.5.1. WDM мультиплексирование
Среди основных конструкций каплеров различают отражающие каплеры и центрально-симметричные отражающие каплеры (SCR). Отражающие каплеры представляют собой крошечные “перекрученные” в центре кусочки стекла в виде звезды. Количество выходных лучей соответствует количеству портов каплера. А число портов определяет количество устройств, передающих на разных длинах волн. Далее показаны два вида отражающих каплеров.
Рис.5.2. Передающая звезда
Рис.5.3. Отражающая звезда
Центрально-симметричный отражающий каплер использует отражение света от сферического зеркала. При этом поступающий луч разделяется на два луча симметрично центра изгиба сферы зеркала. При повороте зеркала меняется положение изгиба сферы и соответственно путь отраженного луча. Можно добавить третий оптоволоконный кабель (fiber) и перенаправить отраженный луч еще на один порт. На этой идее основана реализация WDM – мультиплексоров и оптоволоконных коммутаторов.
Рис.5.4. Центрально-симметричный отражающий каплер
Оптические мультиплексоры могут реализовываться не только при помощи CSR-каплеров, но и при помощи отражающих фильтров и дифракционных решеток. В данном учебном пособии они не рассматриваются.
Основными факторами, определяющими возможности различных реализаций, являются мешающие наводки и разделение каналов. Величина наводки определяет, насколько хорошо разделены каналы, и, например, показывает, какая часть мощности 820-нм луча оказалась на 1300-нм порту. Наводка в 20 ДБ означает, что 1% сигнала появился на непредназначенном порту. Чтобы обеспечить надежное разделение сигналов длины волн должны быть разнесены “широко”. Трудно распознать близкие длины волн, например 1290 и 1310 нм. Обычно используют 4 схемы мультиплексирования: 850/1300, 1300/1550, 1480/1550 и 985/1550 нм. Лучшими характеристиками пока обладают CSR-каплеры с системой зеркал, например, двумя (рис.5.5).
Рис.5.5. SCR-каплер с двумя зеркалами
Технология WDM, представляющая собой одну из трех разновидностей спектрального уплотнения, занимает среднее положение в смысле эффективности использования спектра. В системах WDM объединяются спектральные каналы, длины волн которых отличаются одна от другой на 10 нм. Самой производительной является технология DWDM (Dense WDM). Она предусматривает объединение каналов, разнесенных по спектру не более чем на 1 нм, а в некоторых системах даже на 0,1 нм. Вследствие такого плотного размещения сигналов по спектру стоимость оборудования DWDM обычно очень высока. Наименее эффективно спектральные ресурсы используются в новых системах на основе технологии CWDM (Coarse WDM, разреженные системы WDM). Здесь спектральные каналы разнесены не менее чем на 20 нм (в некоторых случаях эта величина достигает 35 нм). Системы CWDM обычно используются в городских сетях и в LAN, где низкая цена оборудования является важным фактором и требуется организация 8-16 каналов WDM. Оборудование CWDM не ограничено одним участком спектра и может работать в диапазоне от 1300 до 1600 нм, в то время как аппаратура DWDM привязана к более узкому диапазону 1530 - 1565нм.
Выводы
Узкополосная система – это система передачи в исходной полосе частот с использованием цифровых сигналов. Для передачи нескольких узкополосных каналов в одном широкополосном в современных системах передачи по медным кабелям используется временное мультиплексирование TDM. В оптоволоконных системах используется волновое мультиплексирование WDM.
Дополнительная информация
Контрольные вопросы
- Устройство, в котором все входящие информационные потоки объединяются в одном выходном интерфейсе, выполняет функции:
- коммутатора
- ретранслятора
- мультиплексора
- демультиплексора
- Десять сигналов, каждому из которых требуется полоса 4000 Гц, мультиплексируются в один канал с использованием FDM. Какова должна быть минимальная полоса уплотненного канала при ширине защитных интервалов 400 Гц?
- 40800 Гц
- 44000 Гц
- 4800 Гц
- 43600 Гц
Эффективное использование ИС невозможно без применения сетевых технологий. Вычислительная сеть - это совокупность рабочих станций (например, на базе персональных ЭВМ), связанных между собой каналами передачи данных, по которым циркулируют сообщения. Сетевые операции регулируются набором правил и соглашений - сетевым протоколом, который определяет требуемые для совместной работы технические параметры аппаратуры, сигналы, форматы сообщений, способы обнаружения и исправления ошибок, алгоритмы работы сетевых интерфейсов и т.д.
Локальные сети позволяют эффективно использовать такие ресурсы системы как базы данных, периферийные устройства типа лазерных принтеров, быстродействующих накопителей на магнитных дисках большого объема и т.п., а также пользоваться электронной почтой.
Глобальные сети появились тогда, когда был создан протокол, позволяющий соединять между собой локальные сети. Обычно это событие связывают с появлением пары взаимосвязанных протоколов - протокола управления передачей / межсетевого протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol ), которые 1 января 1983 года связали в единую систему сеть ARPANET и сеть оборонной информации США. Так была создана «сеть сетей» - Интернет. Другим важным событием в истории Интернета явилось создание распределенной гипертекстовой информационной системы WWW (от англ, World Wide Web - «Всемирная паутина»). Оно стало возможным благодаря разработке набора правил и требований, облегчающих написание программного обеспечения для рабочих станций и серверов. И, наконец, третьим важным событием в истории Интернета была разработка специальных программ, облегчающих поиск информации и обрабатывающих текстовые документы, изображения и звуки.
Сеть Интернет состоит из компьютеров, которые являются ее постоянными узлами (они получили название хост от англ. host - хозяин) и терминалов, которые подключаются к хосту. Хосты соединены между собой по Интернет-протоколу, а в качестве терминала можно использовать любой персональный компьютер, запустив на нем специальную программу-эмулятор. Такая программа позволяет ему «притвориться» терминалом, то есть так же воспринимать команды и посылать такие же ответные сигналы, что и настоящий терминал. Для того, чтобы решить проблему учета миллионов ПЭВМ, соединенных в единую сеть, Интернет использует уникальные коды - число и имя, которые присваиваются каждому компьютеру. В качестве части имени используются названия стран (Россия - RU, Великобритания - UK, Франция - FR), а в США - типы организаций (коммерческая - СОМ, система образования EDU, сетевые службы - NET).
Для того, чтобы подключиться к сети по Интернет-протоколу, необходимо договориться с организацией-провайдером (от англ. provider - поставщик), которая будет перенаправлять информацию с помощью сетевого протокола TCP/IP по телефонным линиям на данный компьютер через специальное устройство - модем. Обычно провайдеры Интернета при регистрации нового абонента выдают ему специально написанный пакет программ, который автоматически устанавливает необходимое сетевое программное обеспечение на ЭВМ абонента.
Интернет предоставляет пользователям множество различных ресурсов. С точки зрения использования Интернет для целей образования наибольший интерес представляют два - система файловых архивов и базы данных World Wide Web (WWW, «Всемирная паутина»),
Система файловых архивов становится доступной с помощью протокола FTP { File Transfer Protocol - протокол передачи файлов); эту систему архивов так и называют: FTP-архивы. FTP-архивы - это распределенный депозитарий разных данных, накопленных за 10-15 лет. Любой пользователь может анонимно обратиться к этому хранилищу и скопировать интересующие его материалы. Команды протокола FTP определяют параметры канала передачи данных и самого процесса передачи, а также характер работы с файловой системой. Протокол FTP позволяет пользователям копировать файлы из одного присоединенного к сети компьютера в другой. Другое средство - протокол доступа к машинам сети Telnet позволяет соединяться с другим терминалом так же, как соединяются по телефону с другим абонентом, и вести с ним совместную работу.
Особенностью распределенной гипертекстовой информационной системы WWW является применение гипертекстовых ссылок, которые дают возможность просматривать материалы в порядке их выбора пользователем.
Фундаментом WWW служат четыре краеугольных камня:
язык гипертекстовой разметки документов HTML;
универсальный способ адресации URL;
протокол доставки гипертекстовых сообщений HTTP;
универсальный межсетевой интерфейс CGI.
Стандартный объект хранения в базе данных - это HTML-документ, которому соответствует обычный текстовый файл. Запросы клиентов обслуживает программа, называемая HTTP -сервер. Она реализует связь по протоколу HTTP { HyperText Transfer Protocol - протокол передачи гипертекстов), который является надстройкой над TCP/IP - стандартным протоколом Интернета. Законченный информационный объект, который отображается программой клиентом пользователя при обращении к информационному ресурсу, это страница базы данных WWW,
Местонахождения каждого ресурса определяется унифициро ванным указателем ресурса URL (от англ. Uniform Resource Locator ). Стандартный URL состоит из четырех частей: формат передачи (тип протокола доступа), имя хоста, на котором находится запрашиваемый ресурс, путь к этому файлу и имя файла. С помощью системы именования URL ссылки в гипертексте описывают местонахождение документа. Связь со всеми ресурсами сети осуществляется через единый пользовательский интерфейс CUI (Common User Interface ). Главное назначение этого средства - обеспечение единообразного потока данных между сервером и прикладной программой, которая запускается под его управлением. Просмотр информационного ресурса выполняется с помощью специальных программ - браузеров (от англ. browse - читать, бегло просматривать).
Термин «браузер» относится не ко всем ресурсам Интернет, а только к той их части, которая носит название «Всемирная паутина». Только здесь используется протокол HTTP, необходимый для передачи документов, написанных с помощью языка HTML, а браузер - это программа, распознающая HTML-коды форматирования переданного документа и отображающая его на экране компьютера в том виде, как его задумал автор, другими словами, программа, осуществляющая просмотр HTML-документа.
К настоящему времени разработано большое количество программ-браузе-ров для Интернета. Среди них Netscape Navigator, MS Internet Explorel, Mosaic, Tango, Ariadna, Cello, Lynx.
Остановимся на том, как работают просмотрщики (браузеры) .
Обработка данных в HTTP состоит из четырех стадий: открытие связи, пересылка сообщения запроса, пересылка данных ответа и закрытие связи.
Чтобы открыть связь, просмотрщик «Всемирной паутины» соединяется с сервером HTTP (Web-сервером), указанным в URL. После установления соединения WWW-просмотрщик посылает сообщение запроса. Оно указывает серверу, какой документ нужен. После обработки запроса сервер HTTP передает WWW-серверу запрошенные данные. Все эти действия видны на экране монитора - все это делает браузер. Пользователю видна только основная функция, которая состоит в индикации, то есть выделении из общего текста гиперссылок. Это достигается изменением рисунка указателя мыши: когда указатель попадает на гиперссылку, он вращается из «стрелки» в «указующий перст» - руку с вытянутым указательным пальцем. Если в этот момент щелкнуть кнопкой мыши, то браузер «уйдет» по адресу, указанному в гиперссылке.
Технология функционирования HTTP-сервера настолько проста и дешева, что нет никаких ограничений для создания WWW-подобной системы внутри отдельной организации. Поскольку необходимо только наличие внутренней локальной сети с ТСР/IР-протоколом, можно создать маленькую (по сравнению с глобальной) гипертекстовую «Паутинку», Такая технология создания Интернет-подобных локальных сетей носит название Интранет.
В настоящее время по сети Интернет перемещается ежемесячно более 30 терабит информации (это примерно 30 млн. книг по 700 страниц каждая), а число пользователей составляет, по разным оценкам, от 30 до 60 млн. человек .
Учебное пособие для вузов / Под ред. профессора В.П. Шувалова
2017 г.
Тираж 500 экз.
Формат 60х90/16 (145x215 мм)
Исполнение: в мягкой обложке
ISBN 978-5-9912-0536-8
ББК 32.884
УДК 621.396.2
Гриф УМО
Рекомендовано УМО по образованию в области Инфокоммуникационных технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 11.03.02 и 11.04.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр»
Аннотация
В компактной форме изложены вопросы построения инфокоммуникационных сетей, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных. Представлены разделы, которые необходимы для понимания того как можно обеспечить передачу не только с высокой скоростью, но и с другими показателями, характеризующими качество предоставляемой услуги. Приведено описание протоколов различных уровней эталонной модели взаимодействия открытых систем, технологий транспортных сетей. Рассмотрены вопросы передачи данных в беспроводных сетях связи и современные подходы, обеспечивающие передачу больших массивов информации за приемлемые отрезки времени. Уделено внимание набирающей все большую популярность технологии программно-конфигурируемых сетей.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Инфокоммуникационные технологии и системы связи (степени) «бакалавр» и «магистр». Книга может быть использована для повышения квалификации работниками электросвязи.
Введение
Список литературы к введению
Глава 1. Основные понятия и определения
1.1. Информация, сообщение, сигнал
1.2. Скорость передачи информации
1.3. Физическая среда передачи данных
1.4. Методы преобразования сигналов
1.5. Методы множественного доступа к среде
1.6. Сети электросвязи
1.7. Организация работ по стандартизации в области передачи данных
1.8. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
1.9. Контрольные вопросы
1.10. Список литературы
Глава 2. Обеспечение показателей качества обслуживания
2.1. Качество обслуживания. Общие положения
2.2. Обеспечение верности передачи данных
2.3. Обеспечение показателей структурной надежности
2.4. QoS маршрутизация
2.5. Контрольные вопросы
2.6. Список литературы
Глава 3. Локальные сети
3.1. Протоколы LAN
3.1.1. Технология Ethernet (IEEE 802.3)
3.1.2. Технология Token Ring (IEEE 802.5)
3.1.3. Технология FDDI
3.1.4. Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
3.1.5. Технология 100VG-AnyLAN
3.1.6. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet
3.2. Технические средства, обеспечивающие функционирование высокоскоростных сетей передачи данных
3.2.1. Концентраторы
3.2.2. Мосты
3.2.3. Коммутаторы
3.2.4. Протокол STP
3.2.5. Маршрутизаторы
3.2.6. Шлюзы
3.2.7. Виртуальные локальные сети (Virtual local area Network, VLAN)
3.3. Контрольные вопросы
3.4. Список литературы
Глава 4. Протоколы канального уровня
4.1. Основные задачи канального уровня, функции протоколов 137
4.2. Байт-ориентированные протоколы
4.3. Бит-ориентированные протоколы
4.3.1. Протокол канального уровня HDLC (High-Level Data Link Control)
4.3.2. Протокол кадра SLIP (Serial Line Internet Protocol). 151
4.3.3. Протокол PPP (Point-to-Point Protocol - протокол двухточечной связи)
4.4. Контрольные вопросы
4.5. Список литературы
Глава 5. Протоколы сетевого и транспортного уровня
5.1. IP-протокол
5.2. Протокол IPv6
5.3. Протокол маршрутизации RIP
5.4. Внутренний протокол маршрутизации OSPF
5.5. Протокол BGP-4
5.6. Протокол резервирования ресурсов - RSVP
5.7. Протокол передачи RTP (Real-Time Transport Protocol)
5.8. Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
5.9. Протокол LDAP
5.10. Протоколы ARP, RARP
5.11. Протокол TCP (Transmission Control Protocol)
5.12. Протокол UDP (User Datagram Protocol)
5.13. Контрольные вопросы
5.14. Список литературы
Глава 6. Транспортные IP-сети
6.1. Технология ATM
6.2. Синхронная цифровая иерархия (SDH)
6.3. Многопротокольная коммутация по меткам
6.4. Оптическая транспортная иерархия
6.5. Модель и иерархия Ethernet для транспортных сетей
6.6. Контрольные вопросы
6.7. Список литературы
Глава 7. Беспроводные технологии высокоскоростной передачи данных
7.1. Технология Wi-Fi (Wireless Fidelity)
7.2. Технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
7.3. Переход от WiMAX к технологии LTE (LongTermEvolution)
7.4. Состояние и перспективы высокоскоростных беспроводных сетей
7.5. Контрольные вопросы
7.6. Список литературы
Глава 8. Вместо заключения: некоторые соображения на тему «что надо сделать, чтобы обеспечить передачу данных с высокой скоростью в IP-сетях»
8.1. Традиционная передача данных с гарантированной доставкой. Проблемы
8.2. Альтернативные протоколы передачи данных с гарантированной доставкой
8.3. Алгоритм контроля перегрузок
8.4. Условия обеспечения передачи данных с высокой скоростью
8.5. Неявные проблемы обеспечения высокоскоростной передачи данных
8.6. Список литературы
Приложение 1. Программно-конфигурируемые сети
П.1. Общие положения.
П.2. Протокол OpenFlow и OpenFlow-коммутатор
П.3. Виртуализация сетей NFV
П.4. Стандартизация ПКС
П.5. SDN в России
П.6. Список литературы
Термины и определения
