Новосибирский государственный технический университет

Кафедра вычислительной техники

Расчётно-графическая работа

по дисциплине «Сети и ЭВМ»

на тему

«Коммуникационные подсети »

Группа: АМ-110

Студент: -

Преподаватель: Мищенко В.К.

Новосибирск, 2004

Содержание

1. Общие характеристики подсетей. 3

1.1 Коммуникационная подсеть. 3

2. Одноузловая коммуникационная подсеть. 6

3. Многоузловая коммуникационная подсеть. 9

3.1. Моноканал. 11

3.2 Поликанал. 15

4. Циклическое кольцо. 19

Литература. 22

1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДСЕТЕЙ

Коммуникационная подсеть представляет собой совокупность физической среды, программных и аппаратных средств, обеспечи­вающих передачу информации между группой абонентских систем. Рассматриваемая подсеть является важным компонентом инфор­мационно-вычислительной сети. В соответствии с этим к ней предъ­являются требования, основные из которых сводятся к следующим:

- высокая надежность передачи блоков данных

- небольшая стоимость передачи

- высокая скорость передачи

- износоустойчивость и долговечность оборудования

- малые потери информации

- минимальный штат обслуживания

- передача данных, закодированных любым способом.

До сих пор коммуникационные подсети в основном использо­вались для передачи информации между такими абонентами, как ЭВМ и терминалы. Параллельно этому существуют телевизионная, телефонная, телеграфная и телетайпная сети. И каждая из них предназначена для определенного вида информации. В последние годы начался переход на передачу любой информации в дискрет­ной форме. Это открыло возможность создания интегрированных, коммуникационных подсетей, к которым подключаются различные типы абонентов.

1.1 Коммуникационная подсеть

Любая коммуникационная подсеть предназначена для обеспечения различных форм взаимодействия абонентских си­стем друг с другом. Точки подключения систем к рассматриваемой сети определяются интерфейсом коммуникационной подсети. Для всех абонентских систем этот интерфейс один и тот же. Однако в последнее время в коммуникационную подсеть стали включать дополнительные функции, связанные с преобразованием нестан­дартных интерфейсов в интерфейс коммуникационной подсети. Такие подсети именуются интеллектуальными.

Первоначально через коммуникационную подсеть передавалась информация, предоставляемая либо потребляемая ЭВМ и терми­налами. Теперь же все чаще через ту же подсеть направляют звукограммы, речь, графические и даже телевизионные изображе­ния. Естественно, что любая подсеть должна обеспечивать раз­личные формы передачи данных, включающие: диалоговые по­сылки, файлы, сообщения и большие массивы информации. Ком­муникационную подсеть определяют четыре основные характерис­тики: трафик, надежность передачи, время установления сквозного (через подсеть) соединения, скорость передачи блоков данных.

В соответствии с определением коммуникационной подсети выделим пять ее типов: одноузловая, многоузловая, моноканальная, поликанальная, циклическое кольцо.

Рис. 1. Главные компоненты ИВС

Рис. 2. Типы локальных коммуникационных подсетей

. Эта классификация определяется характером доставки блоков данных от абонентской системы-отправителя к абонентской системе-получателю. Что же касается топологии, то указанные типы подсетей могут иметь одинаковую форму. Так, из рис..2 видно, что кольцевую форму могут иметь многоузловая подсеть, моноканал и циклическое кольцо.

Каждая из пяти типов подсетей (рис.2) имеет свои преиму­щества и недостатки. Поэтому среди них нельзя выделить лучшую. Каждая хороша в своей области, определяемой требованиями, предъявляемыми к подсети.

В коммуникационной подсети следует различать два понятия скорости передачи. Первое из них физическая скорость пере­дачи данных по каналу. Она определяется числом бит, передаваемых в секунду по конкретному каналу. Вторая скорость именуется сквозной. Она характеризуется числом блоков данных в секунду, передаваемых между рассматриваемой парой точек интерфейса подсети (например, между точками а, б, рис.1). Эта скорость является главной, ибо она определяет скорость передачи блоков данных сквозь всю подсеть. А именно эта скорость в первую оче­редь определяет быстродействие коммуникационной подсети. Для удобства сравнения с физической скоростью сквозная скорость ча­сто пересчитывается в биты в секунду.

Так, в одной из локальных сетей [101] физическая скорость передачи данных по каналу равна 3 Мбит/с. Однако сквозная скорость (в пересчете на мегабиты в секунду) составляет лишь 0,6 Мбит/с.

На сквозную скорость влияют многие факторы (табл. 3.1). Анализ их показывает, как велики возможности повышения сквоз­ной скорости.

Следует отметить, что сквозная скорость определяет второй временной фактор быстродействия коммуникационной подсети время сквозного прохода блока данных через (сквозь) эту подсеть. Действительно, легко, себе представить подсеть, в точках интерфейса которой данные проходят быстро, например со скоро­стью 1 Мбит/с. Однако если подсеть создана не оптимально, то блок данных может проходить сквозь нее в течение недопустимо долгого времени, например 0,5 с.

Важной характеристикой коммуникационной подсети является используемая в ней физическая среда:

-эфир,

-световод,

-коаксиальный кабель

-скрученная пара проводов

-плоский кабель и т. д.

На этой основе создается канал совокупность физической среды и каналообразующих аппаратных средств, соединяющая две системы. Примеры каналов, используемых в коммуникационных подсетях, рассматриваются ниже.

Инфракрасный канал является в сетях новым типом канала, использующим эфир. Он удобен для получения высоких скоростей передачи на небольшие расстояния. Примером такого канала яв­ляется разработка, выполненная фирмой Datapoint. Созданный ею для передачи данных аппарат имеет мощность всего 1 мкВт, но обеспечивает при помощи некогерентного инфракрасного излуче­ния передачу дискретных данных при прямой видимости на рас­стояние до 3 км со скоростью 2,5 Мбит/с.

Таблица №1 Факторы влияющие на сквозную скорость.

Микроволновый канал позволяет передавать информацию на расстояния до 15—20 км (при обеспечении прямой видимости). Здесь скорости достигают 20 Гбит/с.

Быстродействующим, надежным и эффективным при больших потоках данных является световодный канал, в котором в каче­стве физической среды используется сверхпрозрачное стеклово­локно. Простейший световод состоит из кварцевой сердцевины диа­метром 50—70 мкм, окруженной тонкой пленкой из стекла со зна­чительно меньшим коэффициентом преломления, чем сердцевина. Это позволяет отражать световые волны внутрь стеклянного во­локна, не выпуская их наружу. Нередко кварцевая сердцевина световода покрывается пластмассой. Такие световоды дешевле, на менее надежны в работе. В отличие от них стеклянные волокна не подвержены влиянию влаги и температуры, не стареют.

Пропускная способность световодного канала очень высока. Ее теоретический предел определяется десятками триллионов бит в секунду, а практически достигнутая скорость уже равна 2,41 Гбит/с [123]. Излучение света в этом канале осуществляется микролазером либо светоизлучающим диодом. Прием света обес­печивается полупроводниковым фотодиодом.

Преимуществами световодного канала являются надежность, отсутствие взаимных помех в пучке световодов, невосприимчивость к помехам мощных энергетических систем и сетей электросвязи. Световоды имеют малый размер, небольшую массу и хорошо за­щищены от несанкционированного доступа. Вместе с тем внедре­ние световодных каналов сдерживается серийным производством сверхпрозрачных стеклянных и кварцевых волокон.

2. Одноузловая коммуникационная подсеть

Рис. 3. Одноузловая коммуникационная подсеть

Одноузловая коммуникационная подсеть состоит (рис.3) из одной коммуникационной системы (заштрихованный кружок) и группы абонентских каналов, каждый из которых соединяет або­нентскую систему с коммуникационной. Этим и определяется на­звание подсети. Каждый канал заканчивается аппаратурой пере­дачи данных, к которой с наружной части подсети подключаются абонентские системы (пунктирные прямоугольники А—Д). Точки подключения абонентских систем к аппаратуре передачи данных, определяют интерфейс коммуникационной подсети. Естественно, что одноузловая подсеть может иметь только одну форму звездообразную.

Логическая структура одноузловой коммуникационной подсети, соответствующая схемам, представленным на рис.4.

Рис. 4. Логическая структура одноузловой подсети

Она состоит из коммуникационной системы и пяти (А—Д) групп двухточечных физических соединений. Каждая группа соединений (как и на рис. 3.3) заканчивается аппаратурой передачи данных, изображенной здесь полукругом. Группа физи­ческих соединений с парой аппаратур передачи данных, расположенных по концам соединений, представляет канал. В точках ин­терфейса подсети к ней могут подключаться абонентские системы(А-Д).

Коммуникационная система выполняет протоколы всех семи уровней области взаимодействия открытых систем. Однако при основном управлении, связанном с передачей информации между абонентскими системами, используются протоколы только трех нижних уровней: сетевого, канального и физического. Что же ка­сается административного управления подсетью, то здесь исполь­зуются протоколы всех семи уровней.

Функции сетевого (3), канального (2) и физического (1) уров­ней в" коммуникационной системе непосредственно связаны с кана­лами. Над тремя уровнями находится общий для всех них сетевой процесс. Этот процесс обеспечивает маршрутизацию информации: и выполняет функции соединения каналов для передачи по ним пакетов.

Современная коммуникационная система, как правило, состоит из группы практически одинаковых микропроцессорных блоков; (рис.5). Один из них специализируется на выполнении админи­стративных функций (сбор статистики, диагностика системы, вы­дача отчетов о работе). Остальные блоки 1—D выполняют функции, связанные с маршрутизацией и коммутацией информации. Число коммуникационных блоков зависит от размеров создаваемой коммуникационной подсети. В случае необходимости, при увели­чении размеров подсети, в коммуникационную систему добавля­ется необходимое число коммуникационных блоков.

Рис. 5. Структура коммуникационной сиситемы

Блоки коммуникационной системы соединяются одной либо, для надежности, двумя общими шинами. Интересна идея использования здесь не многопроводной шины, а одного коаксиального кабеля. Она связана с тем, что шина является сложным образо­ванием, управляющим обменом информацией между микропроцес­сорами. И выход ее из строя приводит к серьезным последствиям. Что же касается коаксиального кабеля, то он является пассивным высоконадежным элементом.

Операторское управление (передача команд, загрузка и перегрузка программ, диагностика и т. д.) коммуникационной систе­мой может осуществляться там же, где система расположена. Для этого административный блок имеет (рис. 3.5) дисплей и печа­тающее устройство. Вместе с тем административное управление коммуникационной системой может осуществляться и из другого удобного для этого места. Тогда дисплей и печатающее устройство оказываются ненужными, а операторское управление системой осу­ществляется дистанционно.

Пример мультимикропроцессорной коммуникационной системы показан на рис. 6. Она состоит из одинаковых микро­процессоров, подключенных к двум кольцевым шинам. Структура такой системы включает до 64 микропроцессоров. Из них два — административных (типа А) и 62 микропроцессора — коммуника­ционных (типа К). Каждый из микропроцессоров работает с опе­ративной памятью от 64 до 256 Кбайт и набором контроллеров.

Процессоры типа А имеют контроллеры, обеспечивающие подклю­чение к каждому из них одного либо двух гибких дисков. В основ­ном управлении диски не участвуют. С них осуществляется за­грузка программ и на них собирается статистика работы комму-шикационной системы.

Рис. 6. Коммуникационная система с кольцевыми шинами.

В отличие от процессоров типа А процессоры типа К подключены к контроллерам взаимодействия с ка­налами. Кроме того, процессоры различных типов имеют, естест­венно, разное программное обеспечение.

Микропроцессоры типа А (основной и резервный) необходимы для административного управления коммуникационной системой. При выполнении этих функций они взаимодействуют с оператором управления коммуникационной подсетью.

Микропроцессоры типа К управляют каналами и обеспечивают маршрутизацию пакетов. Каждый процессор в зависимости от ско­рости передачи данных может взаимодействовать с числом кана­лов, достигающим 16. При этом скорость передачи по двум кана­лам равна 64000 бит/с, а при передаче по 16 каналам она умень­шается до 50 бит/с. Микропроцессоры типа К выполняют функции,, определяемые протоколами трех уровней: сетевого, канального и физического.

Все микропроцессоры взаимодействуют с основной и резерв­ной кольцевыми шинами. Для небольших коммуникационных си­стем используются простые, но относительно медленные шины, каждая из которых передает информацию со скоростью 100 Кбит/с. В больших коммуникационных системах применяются высокоско­ростные шины, быстродействие которых равно 8 Мбит/с.

Первой звездообразной подсетью, которая стала широко ис­пользоваться в различных организациях, является учрежденческая телефонная сеть. Она состоит из автоматической телефонной стан­ции (АТС), связанной абонентскими каналами с телефонными ап­паратами.

С точки зрения способа управления коммутацией и формы ком­мутируемых сигналов АТС прошла три этапа развития На первом из них в АТС использовались механические устрой­ства. Но на втором этапе они были заменены микропроцессорами, Это повысило надежность и быстродействие АТС, позволило доба­вить новые виды телефонного сервиса: переадресация телефонных аппаратов, повторные вызовы, передача сигналов в обусловленное время и т. д. Однако в основном сеть оставалась прежней и обес­печивала передачу аналоговой информации.

Недостатки. Достоинства:

Одноузловая коммуникационная подсеть имеет ряд преиму­ществ, отличающих ее от других типов подсетей. Главными из них являются:

- низкая стоимость включения абонентских систем в сеть,

- возможность использования имеющихся каналов и каналообразующих компонентов учрежденческих АТС,

- применение типовых коммуникационных систем,

- возможность одновременной передачи данных и речи,

- использование простой физической среды

- скрученных пар

проводов.

Наряду с этим одноузловая подсеть обладает и определенными недостатками. Основным из них является наличие уязвимой (в смысле надежности) точки — узла. Это приводит к тому, что все компоненты узла должны иметь необходимый резерв, а диагности­ческие программы

- быстро находить неисправности и подклю­чать резервные компоненты. Кроме того, недостатками одноузловой подсети являются:

- ограниченные скорости передачи данных,

- большая суммарная длина каналов.

3. Многоузловая коммуникационная подсеть

Многоузловая коммуникационная подсеть (рис. 7) в отличие от одноузловой (рис. 3) имеет несколько коммуникационных си­стем. Поэтому кроме абонентских каналов здесь необходимы маги­стральные каналы, связывающие между собой коммуникационные системы. Характер взаимодействия этих систем по магистральным каналам определяется внутренним интерфейсом коммуникационной подсети. Многоузловая подсеть может (рис.2) иметь различную топологию. Так, на рис.7. показана кольцевая форма многоузло­вой подсети. Кроме того, многоузловая подсеть может (рис. 8) быть ячеистой. Эта форма чаще всего применяется в тех случаях, когда удобно или выгодно использовать простые необслуживаемые типы коммуникационных систем, каждая из которых коммутирует небольшое число каналов.

Рис. 7. Кольцевая многоузловая коммуникационная подсеть. Рис. 8. Ячеистая топология

Пример логической структуры многоузловой коммуникационной подсети, соответствующей схеме на рис. 7, показан на рис. 9. Каждая из коммуникационных систем при основном управлении организует три уровня протоколов: сетевой, канальный и физический.

В отличие от одноузловой подсети здесь (рис 1) используется два вида каналов: магистральные (8—10) и абонентские (1—7). Поэтому стандарты на сопряжение с каналом

(1, 1') управление каналами (2, 2') и передачу блоков данных могут быть различными. Для унификации оборудования программного обеспечения желательно, чтобы стандарты в многоузловой подсети были теми же, что и в одноузловой. Это позволяет при необходимости

в одноузловую подсеть добавлять вторую и последующие коммуникационные системы, превращая подсеть многоузловую.

Рис. 9. Логическая структура многоузловой подсети.

В одноузловой коммуникационной подсети коммуникационная система может иметь операторское обслуживание, и тогда здесь располагается административное управление подсе­тью. В многоузловой подсети операторское обслуживание каждой из коммуникационных систем является непозволительной роско­шью. Поэтому в подсети должен быть единый центр, из которого обеспечивается дистанционное операторское обслуживание комму­никационных систем. Центр создается на базе коммуникационной либо абонентской системы.

Недостатки. Достоинства:

Административная система обеспечивает выполнение функции управления многоузловой подсетью. Система выполнена в виде настольного блока, в который встроен дисплей. Она выполняет значительное число функций, в перечень которых входят:

- автоматическое управление подсетью и контроль ее работы»

- удаленная поддержка функционирования коммуникационных, систем, в том числе удаленная загрузка их программного обес­печения,

- теледиагностика и измерение,

- сбор статистики и подготовка отчетов о работе подсети,

- восстановление работы после сбоев и поломок,

- удаленная реконфигурация подсети.

К положительным особенностям многоузловой коммуникацион­ной подсети в первую очередь относятся:

- распределенная структура подсети, хорошо вписывающаяся в

топологию размещения абонентских систем,

- возможность использования простых необслуживаемых комму­никационных систем,

- способность одновременной передачи данных и речи, - использование простых скрученных пар проводов.

Вместе с тем многоузловая подсеть имеет и ряд недостатков,, например:

- значительное число коммуникационных систем и каналов,

- ограниченные скорости передачи информации,

- относительная сложность маршрутизации и управления переда­чей данных.

3.1. Моноканал

Моноканалом является коммуникационная подсеть, в которой •физическая среда обеспечивает одновременную (с точностью до распространения сигнала по физической среде) передачу блоков данных всем сразу подключенным к ней абонентским системам. В физической среде моноканала для осуществления передачи не происходит выделение каких-либо частотных полос, т. е. она используется полностью (монопольно). Поэтому моноканал часто называют каналом с передачей данных в основной частоте. Передача осуществляется в дискретной форме. Моноканал (рис.2) может иметь четыре формы: звездообразную, древовидную, маги­стральную и кольцевую.

Ядром звездообразного моноканала является (рис. 10) общее звено, которое состоит из ветвей, исходящих из одной точки и .заканчивающихся аппаратурой передачи данных. Последняя именуется блоками доступа (БД) к физической среде. Каждый блок доступа соединяется с абонентской системой каналом, называемым абонентским звеном.

Рис. 10. Звезообразный моноканал Рис. 11. Древовидный моноканал

Рис. 12. Магистральный моноканал Рис. 13. Кольцевой моноканал

Границы моноканала определяются точками интерфейса моноканала.

Древовидным моноканалом является, как это следует из назва­ния, моноканал, общее звено которого образует (рис. 11) форму дерева. Такой моноканал используется в тех случаях, когда к нему необходимо подключить значительное число абонентских систем, находящихся на относительно большом расстоянии друг от друга.

В магистральном моноканале общее звено имеет форму маги­страли. Его структура показана на рис.12. Она проста, удобна и поэтому приемлема для большинства сетей. Однако магистраль­ный моноканал уступает древовидному в тех случаях, когда необ­ходимо создать большую локальную сеть, например информацион­но-вычислительную сеть города.

Кольцевой моноканал (рис. 13) имеет форму кольца, к кото­рому подключаются все абонентские системы сети. Этот монока­нал имеет особенность, заключающуюся в том, что при передаче блоков данных системой В кольцо в точке в должно быть логи­чески разорвано и превращено в магистраль.

Принцип передачи информации во всех моноканалах одинаков. Он заключается в том, что любой передаваемый блок данных почти одновременно (с точностью до запаздывания распростране­ния сигналов) принимается всеми абонентскими системами. После этого каждая абонентская система просматривает полученные блоки данных, отбирает адресованные ей блоки и уничтожает остальные.

Логическая структура физических средств соединения, образу­ющих моноканал, структура которого соответствует схемам, приведенным на рис. 10—13, показана на рис.14. Она содержит группу многоточечных соединений, на границах которых располо­жена аппаратура передачи данных, именуемая блоками доступа. Рассматривая структуру моноканала, следует отметить, что много-и одноузловые коммуникационные подсети содержат одну либо не­сколько коммуникационных систем, связанных группами физиче­ских соединений. Коммуникационные системы выполняют при ос­новном управлении функции сетевого, канального и физического уровней. Каждый моноканал, хотя он не выполняет функций об­ласти взаимодействия открытых систем и образуется только груп­пами физических соединений, также обеспечивает необходимый обмен информацией между абонентскими системами. Однако мо­ноканал доставляет посланные блоки данных не одной, адресуе­мой, системе (как в узловых коммуникационных сетях), а всем подключенным к нему абонентским системам.

В информационно-вычислительной сети для передачи информации может использоваться не только один, но и несколько одинаковых либо различных моноканалов. Это происходит тогда, когда необходимо:

- увеличение производительности и надежности передачи данных,

- обеспечение передачи различных видов информации.

Например, в сети может быть несколько моноканалов, по од­ному из которых передаются кадры телевидения, по другому ведутся телефонные переговоры, а по остальным моноканалам взаимодействуют ЭВМ и терминалы.

Рис. 14. Логическая структура моноканала

Физическое подключение блока доступа к общему звену моно­канала, построенному на плоском кабеле либо витой паре прово­дов, осуществляется достаточно просто. В тех же случаях, когда в качестве физической среды моноканала используется коаксиаль­ный кабель, возникают некоторые трудности. В этом случае на практике используются два способа подключения блока доступа к общему звену.

Первый из них, именуемый разрушающим, заключается в том, что в точке подключения блока доступа коаксиальный кабель общего звена разрезается . В точку разреза вставляется трой­ник, дающий необходимое ответвление от общего звена.

Второй способ, называемый неразрушающим, состоит в том„ что в нужном месте коаксиальный кабель для получения необхо­димого ответвления прокалывается специальной тупой иглой. Игла, достигая центрального проводника кабеля, обеспечивает не­обходимый контакт. Для того, чтобы не произошло замыкания: на оплетку кабеля, игла у основания изолируется.

Сравнивая оба способа подключения, необходимо отметить, что разрушающий способ дает более надежный контакт блока доступа с коаксиальным кабелем общего звена моноканала. Однако разре­зание коаксиального кабеля во многих точках приводит к сниже­нию надежности моноканала, ибо обрыв общего звена даже в одной точке в этом случае ведет к остановке работы коммуника­ционной подсети. Кроме того, многократное разрушение коакси­ального кабеля привносит помехи в его работу за счет появления всевозможных отражений в точках разреза. Поэтому все большее число производителей отказываются от разрушающего способа, широко использовавшегося ранее, когда необходимо было делать немного ответвлений.

Неразрушающий способ обеспечивает целостность общего звена. повышая надежность и качество работы моноканала. Использо­вание данного способа обеспечивает также подключение новых блоков доступа и отключение ненужных блоков доступа во время работы сети, без прерывания ее нормального функционирования. Моноканал (рис. 3.17) состоит из блоков доступа и физической среды. Задачей блока доступа является обеспечение взаимодейст­вия абонентских звеньев с физической средой моноканала и вы­полнение ряда функций, связанных с передачей информации через эту среду. Поэтому блок доступа имеет три модуля. Два из них обеспечивают сопряжение с абонентским звеном и моноканалом.. Их структура определяется типом используемых абонентских ка­налов и физической среды. Третий модуль блока доступа его логическая часть выполняет функции:

- самодиагностики неисправностей и передачи абонентской си­стеме сигнала неисправности,

- отключения блока доступа (в случае его неисправности) от

физической среды и подключения его к физической среде,

- приема сигнала из физической среды и предварительной его обработки,

- передачи сигнала в физическую среду,

- прослушивания физической среды с целью определения ее занятости.

Блок доступа обычно располагается в труднодоступном месте рядом с физической средой, например коаксиальным кабелем. Поэтому он выполняется в виде закрытой коробки, располагаемой под полом либо в стене. Такое размещение требует, чтобы блок .доступа был достаточно надежным и получал необходимое ему питание от абонентской системы. Общее звено моноканала может •стать антенной, вносящей помехи в работу блока доступа и або­нентской системы. Чтобы этого не произошло, осуществляется гальваническая развязка цепей блока доступа и общего звена мо­ноканала. Развязка осуществляется при помощи импульсных трансформаторов.

Общее звено моноканала (рис10—13) состоит из одного либо нескольких сегментов — частей, каждая из которых не имеет ни одного повторителя (усилителя). Соединяются сегменты при помощи повторителей, восстанавливающих форму сигнала, кото­рая искажается по мере прохождения сигнала через общее звено. В качестве общего звена моноканала чаще всего используют ко­аксиальный кабель. Однако при низких скоростях, не превышающих нескольких сотен бит в секунду, его заменяет витая пара проводов либо плоский кабель.

Особое внимание исследователей в последние годы привлекает использование в моноканалах волоконной оптики. Наиболее подхо­дящими для использования световодов являются звездообразные моноканалы. Структура такого канала показана на рис. 15. Здесь, в отличие от рис. 10, общее звено представлено парами световодов, а в центре звезды установлен световой распредели­тельный блок.

Общее

звено

Рис.15. Звездообразный моноканал выполненный на световодах

Абоненты моноканала оперируют только электрическими сигна­лами, а по световодам передаются лучи света. Поэтому блоки доступа в схеме, приведенной на рис. 15, кроме своих обычных функций выполняют операции, связанные с преобразованиями электрических сигналов в световые и обратно.

Технологически источник и преобразователь света должны быть точно подключены к торцу световода. Поэтому сейчас каждый световод передает информацию только в одном направлении. Вслед­ствие этого каждый луч звездообразного общего звена схемы, изо­браженной на рис. 10, представляется на рис. 15 двумя свето­водами.

Распределительный блок благодаря осуществляемому в нем смешению световых сигналов обеспечивает передачу света, полученного по одному из лучей, всем исходящим из него лучам об­щего звена. Число лучей, а следовательно, и количество подключаемых к моноканалу абонентских систем могут достигать сотен. Естественно, что при наличии в моноканале абонентов источник света должен иметь мощность, достаточную для восприятия, приемниками света после деления света в распределительном блоке на N частей. Световоды используются и в магистральных моноканалах. Однако из-за технических трудностей, связанных с созданием ответвлений к блокам доступа, число последних не превышает пока десяти.

Моноканал является эффективным средством соединения значительного числа абонентских систем, имеющим серьезные преимущества:

Недостатки. Достоинства:

- возможность одновременной передачи данных и речи,

- высокие скорости передачи информации,

- простота прокладки моноканала,

- большая надежность работы,

- возможность подключения новых систем без остановки инфор­мационно-вычислительной сети,

- малая общая длина всех звеньев моноканала.

Вместе с тем моноканал обладает и рядом недостатков:

- высокая стоимость физической среды,

- сильные шумы, появляющиеся в моноканале при большом числе блоков доступа,

- относительно сложные формы управления передачей.

3.2 Поликанал

Нередко в информационно-вычислительных сетях для передачи7 данных используются методология и техника стандартного кабель­ного телевидения, обеспечивающие особенно высокую пропускную-способность. Так как производительность и скорость передачи данных здесь велики, то в физической среде выделяются частот­ные полосы. Поэтому через физическую среду, которой, как правило, является широкополосный коаксиальный кабель, передаются аналоговые (а не дискретные) сигналы.

Частотная полоса может выполнять те же функции, что и физи­ческая среда рассмотренного в предыдущем параграфе монока­нала, — передавать информацию от абонентской системы-отпра­вителя ко всем абонентским системам информационно-вычисли­тельной сети. Если обеспечить взаимодействие такой частотной полосы с необходимым числом блоков доступа, то получим ком­муникационную подсеть, именуемую частотным многоточечным .каналом.

В случаях, когда это необходимо, в частотной полосе выделя­ется нужное число частотных, субполос, каждая из которых имеет небольшую пропускную способность и обеспечивает соединение .двух абонентских систем. Связав субполосу с блоками доступа, .можно создать частотный двухточечный канал.

Назовем поликаналом группу коммуникационных подсетей, •созданных на базе единой физической среды, в которой за счет частотного уплотнения выделяется множество логических частот­ных двух- и многоточечных каналов. По каждому частотному каналу, выделяемому в поликанале, информация передается нало­жением сигналов на несущую частоту. Так как поликанал харак­теризуется широким диапазоном передаваемых частот, то его нередко называют широкополосным каналом.

В схемном отношении поликанал выглядит так же, как и моноканал (рис. 3.10—3.12). Он состоит из физической среды и блоков доступа. Вместе с тем логическая структура поликанала существенно отличается от структуры моноканала. Главное отличие состоит в том, что моноканал образует одну, а поликанал — группу коммуникационных подсетей. Поэтому на базе моноканала стро­ится одна, а на основе поликанала — множество коммуникацион­ных подсетей.

Таким образом, через поликанал по К частотным каналам одновременно передается К сигналов. Число частотных каналов может достигать сотен. Так как поликанал образует множество частотных двухточечных каналов, он, как правило, имеет комму­татор каналов. Задачей последнего является подключение свобод­ных двухточечных каналов к абонентским системам, которым необходимо провести сеанс передачи данных.

Как было показано (рис. 2), моноканал может иметь четыре 'формы: звездообразную, древовидную, магистральную либо коль­цевую. Что же касается поликанала, то из-за наличия в нем значительного числа параллельно функционирующих частотных каналов кольцевая форма здесь не используется.

Каждый поликанал содержит большое число однонаправленных аппаратов (усилителей, расщепителей, повторителей и т. д.), поэтому частотные каналы, выделяемые в поликанале, передают информацию только в одну сторону.

Существует (рис. 3.19) два метода передачи информации в поликанале.

Первый из них заключается в том, что в поликанале выделя­ются пары частотных каналов, передача информации по которым осуществляется на различных частотах (на рис. 3.19,а показана только одна пара каналов). Канал 1 здесь собирает блоки данных, передаваемые абонентскими системами. Что же касается канала 2, то он, наоборот, раздает этим системам полученные им блоки данных. А так как каналы работают на разных частотах, то поли­канал имеет головной преобразователь частоты. Его задачей является передача блоков, полученных из канала 1, в канал 2.

Существует (рис. 16) два метода передачи информации в поликанале.

Первый из них заключается в том, что в поликанале выделя­ются пары частотных каналов, передача информации по которым осуществляется на различных частотах (на рис. 3.19,а показана только одна пара каналов). Канал 1 здесь собирает блоки данных, передаваемые абонентскими системами. Что же касается канала 2, то он, наоборот, раздает этим системам полученные им блоки данных. А так как каналы работают на разных частотах, то поликанал имеет головной преобразователь частоты. Его задачей является передача блоков, полученных из канала 1, в канал 2.

Второй метод передачи информации заключается в том, что кабель делает (рис. 16,6) петлю в головной части поликанала и благодаря этому дважды проходит мимо всех блоков доступа. Одна его часть (подканал 1а) собирает блоки данных, а вторая (подканал 16) — раздает эти блоки. Такой поликанал назовем петлеобразным.

Сравнивая оба метода, следует отметить, что при использова­нии первого из них длина дорогостоящего поликанала (вместе с каналообразующими элементами: повторителями, расщепителями и т. д.) сокращается вдвое. Однако при этом вдвое уменьшается и пропускная способность поликанала, ибо одна его половина собирает, а вторая — раздает те же блоки данных. Поэтому выбор метода зависит от экономических факторов и необходимой пропускной способности поликанала.

Таким образом, в поликанале вся информация передается через: головной преобразователь частоты либо в головную часть поликанала. Вследствие этого в поликанале пути, по которым передаются блоки данных, оказываются в среднем вдвое длиннее, чем в моноканале. Так, на рис. 17 показаны пути передачи информации из абонентской системы В абонентскую систему как в моноканале (а), так и в частотном многоточечном канале поликанала (б).Во втором случае блоки проходят через головную часть поликанала. Поэтому их путь значительно длиннее.

Логическая структура поликанала достаточно сложна. Это свя­зано с тем, что поликанал предоставляет значительное число параллельно идущих групп физических соединений. Структура зависит (рис. 3.19) от метода передачи информации в поликанале. Так, для способа, показанного на рис. 3.19,6, логическая структура поликанала имеет вид, изображенный на рис. 3.21. В представлен­ном здесь петлеобразном поликанале за счет частотного уплот­нения созданы три группы соединений. Любая группа состоит из двух (а, б) частей, соединяемых петлей.

Каждая группа соединений поликанала используется двояким образом. Так, если подключить к точкам 1...1 более двух або­нентских систем, то группа соединений будет определять много­точечный канал. Если же к точкам 2... 2 подключить две абонент­ские системы, то группа соединений образует двухточечный канал.

Если для создания поликанала используется метод, изображен­ный на рис. 3.19,а, то логическая структура поликанала несколько видоизменяется. В этом случае (рис. 3.22) части а, б групп со­единений не связываются петлей, а подключаются к головному преобразователю частоты. В остальном логическая структура оста­ется такой же, как и в случае использования метода передачи информации с образованием петли в головной части поликанала.

Блок доступа в поликанале имеет, в общем, ту же структуру (рис. 3.17), что и в моноканале, но в нем выявляется и ряд новых функций. Так, в поликанале блок доступа должен передавать в физическую среду аналоговые сигналы. Взаимодействие же блока с абонентом происходит на дискретной основе. Следовательно, блок доступа должен осуществлять необходимые преобразования дискретных сигналов в аналоговые и наоборот. Кроме того, в поли­канале часто блок доступа должен работать попеременно (не сразу) с различными частотными двухточечными каналами. По­этому в кем должна быть предусмотрена возможность изменения; частот передаваемых и принимаемых аналоговых сигналов.

Чаще всего физической средой поликанала является широко-полосный коаксиальный кабель. Световоды в поликаналах пока не используются, ибо волоконная оптика еще не обеспечивает выпол­нения нужных для этого требований.

Достоинствами поликанала являются его универсальность и высокая пропускная способность. Выделяя различные полосы и субполосы, здесь можно обеспечить передачу информации для широкого круга абонентов от терминалов ЭВМ до аппаратуры стандартного телевидения. Единые физические средства, исполь­зуемые для передачи, также относятся к положительным качест­вам поликанала. Однако поликанал очень дорог, громоздок и сло­жен в эксплуатации. Поэтому поликаналы применяются только в больших локальных информационно-вычислительных сетях с широким спектром типов абонентов.

Рис. 18. Логическая структура петлиобразного канала

Рис. 20. Логическая структура поликанала с головным преобразоывателем частоты

4. Циклическое кольцо

Циклическим кольцом является (рис22) коммуникационная подсеть, выполненная в виде кольца, содержащего повторители в тех точках, в которых необходимо подключение абонентских систем. Каждый повторитель обладает небольшой задержкой, не­обходимой абонентской системе для записи данных и чтения-информации, проходящей мимо нее по кольцевому каналу. К по­вторителю подключается блок доступа, соединяемый абонентским звеном с абонентской системой. Так как каждый повторитель имеет задержку, время передачи блока данных по кольцу оказыва­ется зависимым от числа подключаемых абонентских систем.

Логическая структура циклического кольца, соответствующая' схеме, представленной на рис. Рис.22, показана на рис. 23. Характерной ее особенностью является наличие кольца, проходящего* через блоки специальной аппаратуры передачи данных. Каждый из этих блоков содержит блок доступа и повторитель. Последний должен иметь задержку на время, необходимое абонентской си­стеме для определения адреса кадра, приема либо передачи пакета.

Рис. 22. Циклическое кольцо.

Рис. 23. Логическая структура циклического кольца

На рис. 22 показано циклическое кольцо с распределенным управлением. Примером такого кольца является сеть Ringnet, созданная фирмой Prime Computer. Однако сложности, которые вносит распределенное управление в подсеть, привели к выпуску также циклических колец, в которых используется централизован­ное управление. Для этой цели добавляется устройство, именуемое монитором циклического кольца. Примером такого кольца явля­ется подсеть Cambridge Ring.

В большинстве случаев циклические кольца строятся на базе скрученных пар проводов, плоских либо коаксиальных кабелей. Однако все шире в циклических кольцах используется волоконная оптика. Это связано с тем, что здесь нет надобности в осветителях света.

Пример циклического кольца, построенного на световодах, показан на рис. 24. В отличие от схемы, представленной на рис. 22, здесь появились два новых типа компонентов: оптиче­ский передатчик и приемник. Оптический передатчик преобразует электрический сигнал в световой и направляет последний в свето­вод. Оптический приемник, наоборот, получает из световода световой сигнал и преобразует его в электрический. Ненадежность кольца приводит при выходе из строя одного из компонентов к остановке работы всей сети. Поэтому ведутся работы по созданию. оптических переключателей, отключающих от кольца неисправные его части. Для повышения надежности функционирования, а иногда и увеличения пропускной способности в информационно-вычислительной сети нередко устанавливается несколько циклических колец. Чаще всего используют две коммуникационные подсети, информация в которых по циклическим кольцам передается в раз­ных направлениях. Пример такой сети показан на рис. 25. Сеть содержит два циклических кольца (1, 2), к которым подключаются абонентские системы А—Г.

Рис. 24. Циклическое кольцо выполненное на световодах Рис. 25. Группа циклических колец

Главным слабым местом циклического кольца является нена­дежность кольцевой цепочки повторителей. Для устранения этого недостатка разработчики коммуникационных подсетей предлагают два пути.

Первый из них заключается в том, что параллельно с каждым повторителем устанавливают (рис 26) электронный переключатель. В случае неисправности переключатель замыкает цепь, соз­давая обходный путь вокруг повторителя.

Второй путь заключается в том, что в геометрическом центре коммуникационной подсети создается канальный центр (рис. 27). К нему стягиваются все звенья циклическго кольца, образуя исходящие из центра петли. На прежнем месте остаются лишь повторители и точки подключения абонентских систем. В ка­нальном центре устанавливают электронные переключатели, от­ключающие петли без разрыва кольца, выводя из работы необхо­димый повторитель и связанную с ним абонентскую систему.

Сравнивая схемы, представленные на рис. 26 и 27, следует отметить, что во второй из них значительно удлиняются звенья кольцевого канала. Однако в схеме, приведенной на рис. 27, значительно упрощается задача перекоммутации этих звеньев.

В циклическом кольце должна быть обеспечена синхронизация работы всех повторителей. Для этого осуществляется тактирование движения кадров по кольцу. Оно выполняется следующим образом:

- в начале работы кольца выделяется главный повторитель, под такты работы которого подстраиваются все остальные повторители.

- осуществляется подтягивание (во времени) отстающих повто­рителей,

- во время работы кольца выполняется фазовая автоподстройка повторителей.

Циклическое кольцо является простым типом коммуникацион­ной подсети. Оно обеспечивает:

- легкость подключения абонентских систем,

- несложное управление передачей данных,

- низкую стоимость сети.

Однако циклическое кольцо обладает и рядом значительных

недостатков. К ним в первую очередь относятся:

- ненадежность, связанная с тем, что выход из строя одного эле­мента кольца приводит к прекращению работы всей сети,

- возрастание времени передачи данных по кольцу при увеличе­нии числа абонентских систем, подключенных к сети,

- трудности, связанные с передачей речи,

- необходимость синхронизации работы всех повторителей, уста­новленных в кольце.

Рис. 26. Повторитель с шунтирующем переключателем Рис.27. Цикл. кольцо с канальным центром

Литература

1. M59 Компьютерные сети+. Учебный курс: официальное пособие Microsoft для самостоятельной подготовки/Пер. с англ. — М.: Издательско-торговый дом «Рус­ская Редакция», 2000. — 552 стр.: ил.

2. Якубайтис Э.А. Локальные информационно-вычислительные сети. – Рига: Зинатне, 1985г. 284с