14
передача данных производится только после освобождения одного из каналов.
В этом случае сообщение передается через так называемые транзитные
компьютеры, где оно буферизуется в памяти, а затем передается. При этом
транзитный узел не может передавать часть сообщения, если оно не принято.
Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину. В качестве
примера можно привести сети для организации телеконференций или работы с
электронной почтой. В этом случае сервером производятся операции по приему
информации, ее сборке, проверке, маршрутизации и передаче.
Телекоммуникационные сети с коммутацией информационных пакетов
предусматривают передачу данных короткими пакетами фиксированной длины.
Перед началом передачи производится разбивка сообщения на пакеты. При
этом каждый пакет включает в свой состав протокольную информацию,
включающую код начала и окончания пакета, адреса отправителей и
получателей, номер пакета в сообщении, информацию для контроля
достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах и в пункте
назначения [10, c. 27].
Среди достоинств телекоммуникационных сетей с коммутацией пакетов
следует отметить малую длину пакета, которая позволяет предотвратить
блокировку линии и не создавать очереди в коммутационных узлах. Такая
организация позволяет установить быстрое соединение, снизить количество
ошибок, повысить надежность и эффективность работы сети.
Среди недостатков такого вида сети следует отметить проблемы
маршрутизации, которые сложно решить не только программным, но и
аппаратным путем [29, c. 40].
Фиксированная маршрутизация предусматривает наличие таблиц
маршрута, в которых закреплены адреса одной рабочей станции и другой, что
позволяет упростить реализацию и снизить нагрузку в сети.
15
1.2. Основные принципы построения телекоммуникационных систем и
сетей
Принципы построения телекоммуникационных систем в наибольшей
степени отражает сетевая модель OSI, которая раскрывает правила передачи
данных с применением применения набора протоколов, процедур обработки
данных на каждом уровне. Эта модель отражает принципы и процессы,
протекающие в телекоммуникационных сетях.
Основные уровни модели OSI приведены на рисунке 3 [1, c. 16]:
Рисунок 3 – Основные уровни модели OSI
Как видно из рисунка 3, в состав модели OSI входят:
- прикладной уровень, выполняющий функции передачи данных и
раскрывающий способы их преобразования;
- представительский уровень, описывающий принципы формирования
пакетов, а также выполнение с ними операций шифрования, сжатия,
кодирования и преобразования;
16
- сеансовый уровень, описывающий принципы установления соединения
между двумя точками связи, а также настройку параметров установления
двусторонней связи между отправителем и получателем;
- транспортный уровень, описывающий принципы взаимодействия двух
прикладных программных продуктов. При этом в зависимости от
используемого протокола на транспортном уровне они могут выполнять
процедуры устранения ошибок, мультиплексирования, управления потоком,
фрагментации;
- сетевой уровень, где раскрываются принципы логической адресации и
определения маршрута для обмена данными между двумя логическими
адресами;
- канальный уровень, отображающий принципы физической адресации и
управления сетевой интерфейсной платой или сетевой платой. В зависимости
от протокола на этом уровне также осуществляется управление потоком
данных;
- физический уровень, описывающий принципы установки сетевых
соединений по каналам передачи данных. На нем производится преобразование
битов и байтов в физическую форму или электрические импульсы со стороны
отправителя и обратное преобразование в биты на стороне получателя.
На прикладном уровне создается первоначальный пакет, который затем
передается на остальные уровни модели. На прикладном уровне наиболее часто
применяют такие протоколы, как HTTP, FTP, SMTP, POP3, iMap.
Основным назначением представительского уровня модели OSI является
получение представления о том, как происходит модификация одного формата
данных в другой. Например, к сообщению с электронной почты прикрепляется
изображение. Простой протокол электронной почты SMTP обеспечивает
передачу только простого текста, включающего семибитовые символы в коде
ASCII [12, c. 23].
Для обеспечения передачи изображения применяются протоколы
представительского уровня, позволяющее его преобразовать в обычный текст.
17
В этом случае используется протокол многоцелевых почтовых расширений
MIME, отвечающий за обратное преобразование текста в изображение после
его прибытия к адресату.
Сеансовый уровень, в отличие от предыдущих уровней отвечает за
установление, поддержку и завершение сеансов. Поскольку при установлении и
завершении сеанса используются протоколы других уровней, то к задачам
сеансового уровня относится выполнение функций посредника между двумя
приложениями. На сеансовом уровне применяются протоколы RPC, LDAP и
служба сеансов NetBIOS.
На транспортном уровне производятся такие операции, как контроль
ошибок, их исправление и управление потоком. Транспортный уровень
отвечает за работу служб межсетевой передачи и контроля исправления ошибок
на транспортном уровне. На транспортном уровне применяются такие понятия,
как [2, c. 40]:
- установление логического соединения;
- организация связи без логического соединения.
Установление связи с логическим соединением предусматривает
установку соединения между двумя рабочими станциями, подключенными к
сети еще до начала передачи данных. Это позволяет организовать
двухстороннюю связь с пользователем.
Таким образом, в начале протокол транспортного уровня организует
передачу получателю специальных пакетов. При этом другой участник может
определить, какие данные к нему поступят. После этого получатель передает
специальные пакеты отправителю и убеждается в том, что связь между ними
возможна.
Во многих случаях передача пакетов по логическим соединениям
предусматривает получение гарантии доставки. Если при передаче пакета
происходит ошибка, то на транспортном уровне производится повторная
передача пакета до тех пор, пока получатель не получит сообщение. Связь без
установления логического соединения не предусматривает соединения до
18
отправки пакетов. В этом случае производится исправление ошибок при
передаче данных [9, c. 15].
Во многих случаях связь с логическим соединением и без него отличается
способами отправки и проверки логических соединений. Функция управления
потоком данных представлена в виде метода обработки данных со скоростью
передачи данных, зависящей от выбранного канала передачи.
Наиболее простым методом управления потоком данных является
буферизация, которая используется вместе с другими методами управления. В
этом случае буфер выступает в виде резервуара, в котором хранятся пакеты до
момента их отправки. Создание буфера позволяет справиться с увеличением
объемов трафика [6, c. 52].
Однако, если поток данных превышает возможности приемного
устройства, то буфер может заполниться и это приведет к потере битов данных.
Для исключения этого недостатка применяется метод уведомлений. При
использовании метода уведомлений, в случае заполнения буфера, приемная
станция отправляет сообщение о необходимости замедления передачи данных.
После того, как буфер освобождается, у приемной станции существует
возможность отправки сообщения о том, что передача может быть
восстановлена.
Недостатком этого метода является необходимость создания
промежуточных устройств, позволяющих формировать уведомления, что
негативно отражается на производительности сети.
Вторым методом выступает метод окон. В этом случае разрешается
передавать одновременно заранее согласованное количество пакетов до
получения подтверждения от приемной станции. Это указывает на возможность
передачи одной рабочей станцией такого объема, который не может быть
принят другой станцией до тех пор, пока не будет создано окно.
На транспортном уровне применяются такие протоколы передачи
данных, как TCP, UDP и SPX [20, c. 53].
19
Проблемы, связанные с буферизацией и отправкой уведомлений и их
решения приведены на рисунке 4.
Рисунок 4 – Проблемы, связанные с буферизацией и отправкой
уведомлений и их решения
Протоколы сетевого уровня выполняют функции логической адресации и
определения маршрутов. Методы логической адресации определяются
выбранным набором протоколов, однако основные принципы передачи не
изменяются. В этом случае адрес сетевого уровня применяется для определения
местонахождения хоста.
Для этого маршрут разделяется на две части с выделением полей групп и
хоста. Вместе эти поля позволяют описать хост. Такое разделение адреса
позволяет хосту учитывать не только другие хосты, находящиеся в группе, но и
передавать данные на специальные устройства или маршрутизаторы. На
сетевом уровне применяются такие протоколы, как IP и IPX [3, c. 28].
Канальный уровень выполняет функции, связанные с устранением
коллизий, распознанием ошибок, фреймированием и физической адресацией.
20
Для устранения коллизий организовывается доступ к одному из каналов
передачи данных. Схема коллизии и появления ошибочного пакета приведена
на рисунке 5.
Рисунок 5 – Схема коллизии и появления ошибочного пакета
Еще одной функцией канального уровня является обнаружение ошибок,
проверка на не искаженность пакета во время его передачи. Для этого перед
отправкой пакета к нему добавляется поле с контрольной суммой, включающей
последовательность FCS.
Метод контроля по последовательности FCS предусматривает
применение циклического избыточного кода CRC для выборки цифрового кода
и размещения в нем поля с контрольной суммой. После поступления пакета к
получателю производится извлечение последовательности FCS и ее
расшифровка [14, c. 27].
Для описания элементов в пакете применяется метод фреймирования.
В этом случае производится передача данных физическим устройствам с
учетом типа кабеля. При получении устройством цепочки битов определяется,
какая часть этой цепочки соответствует MAC-адресу или последовательности
FCS.
На канальном уровне применяются фреймы одинаковых типов для того
чтобы получатель мог определить фактическое содержимое полученного им
пакета.
21
В случае организации одноранговой связи процесс взаимодействия
протоколов каждого уровня от отправителя до получателя одинаковый. В этом
случае не производится взаимодействие отправителя и получателя между
собой, но обмен данными по сети организован так, как бы они действительно
были связаны друг с другом напрямую.
На сеансовом уровне полученный формат данных передается по
протоколу TCP/IP через DNS-сервер. Далее, на транспортном уровне
определяется скорость передачи данных, количество передаваемых пакетов и
объем содержащихся в них битов.
На сетевом уровне к пакетам добавляется MAC-адрес и определяется
промежуточный адрес получателя. На основании этой информации на
канальном уровне производится проверка порядковых номеров и
осуществляется сборка фреймов [17, c. 68].
На физическом уровне производятся функции выбора канала передачи
данных, формирования требований к расстоянию и задержкам времени.
Наиболее распространенными протоколами физического уровня выступают
протоколы RS 232, USB, 1000BASE-T и другие.
Компания Cisco рекомендует для организации телекоммуникационной
сети применять межсетевую модель. Такая модель позволяет максимально
повысить производительность сети и обеспечить ее отказоустойчивость.
Применение модели Cisco также способствует упрощению конструкции сети и
распределению функций на уровнях сетевого проекта.
Пример организации межсетевой модели Cisco приведен на рисунке 6
[37].
22
Рисунок 6 – Пример организации межсетевой модели Cisco
Как видно из рисунка 6, в состав иерархической межсетевой модели Cisco
входят уровень ядра, распределительный уровень и уровень доступа.
На уровне ядра телекоммуникационной сети формируется опорная сеть,
которая достаточно важна при передаче большого объема трафика. В этом
случае производятся операции по маршрутизации и обработке списков доступа,
шифрование и сжатие данных.
На распределительном уровне клиенты не взаимодействуют
непосредственно с уровнем. В этом случае производятся операции по
обработке передаваемых им пакетов. В частности, распределительный уровень
применяется для маршрутизации и обеспечения качества обслуживания Quality
of Service (QOS), шифрования, проверки списков доступа и трансляции сетевых
адресов [23, c. 79].
На уровне доступа у пользователей создан доступ к локальным
сегментам. Характерной особенностью этого уровня является применение
соединений по локальной сети.
23
1.3. Аппаратно-программные средства организации работы
телекоммуникационных сетей
Компьютерная сеть выступает сложным комплексом взаимосвязанных
аппаратных и программных компонентов. Исследование
телекоммуникационной сети предусматривает учет принципов работы ее
составных элементов, представленных коммуникационным сетевым
оборудованием, персональными компьютерами, операционными системами и
сетевыми приложениями. Весь комплекс программно-аппаратных средств
телекоммуникационной сети можно представить в виде многослойной модели.
В основе любой телекоммуникационной сети находится аппаратный слой,
представленный компьютерными платформами. Серверы и персональные
компьютеры должны иметь производительность в соответствии с решаемыми
задачами и используемого программного обеспечения [31, c. 47].
Второй слой телекоммуникационной сети представлен
коммуникационным оборудованием, которое позволяет организовать обмен
данными между персональными компьютерами. В состав коммуникационного
оборудования входят коммутаторы, повторители, мосты, маршрутизаторы,
концентраторы, которые наряду с персональными компьютерами используются
для организации обмена и влияют на технические параметры
телекоммуникационной сети.
Третьим слоем телекоммуникационной сети является программная
платформа, основой которой выступает операционная система. От технических
характеристик сетевой операционной системы зависит эффективность
управления распределенными и локальными ресурсами, а также
производительность работы всей телекоммуникационной сети.
При выборе операционной системы необходимо учитывать возможность
ее взаимодействия с другими операционными системами, обеспечения
высокого уровня защиты данных.
На самом верхнем слое телекоммуникационной сети находятся
различные сетевые приложения, представленные почтовыми серверами,