Sieci komputerowe Wykład 2: Elementy transmisji danych

Transkrypt

1 Sieci komputerowe Wykład 2: Elementy transmisji danych Wykład prowadzony przez dr inż. irosława Hajdera dla studentów 3 roku informatyki, opracowany przez Joannę Pliś i Piotra Lasotę, 3 FD.

2 1 1. TERYTORIALNA KLASYFIKACJA SIECI KOPUTEROWYCH Z terytorialnego punktu widzenia sieci można sklasyfikować na: a) segmentowe b) lokalne LAN c) kampusowe d) miejskie AN e) rozległe WAN f) korporacyjne Często błędnie uważa się, że to baza elementów dzieli komputery na generacje. Jednakże zmiana technologii wykonania elementów nie zmienia sposobu działania komputera. Dlatego kryterium, które w istocie dzieli na pokolenia to algorytm sterowania komputerem. Tak samo błędnie można potraktować terytorialne kryterium klasyfikacji sieci. Wydawałoby się, że jest to podział, który bierze pod uwagę tylko rozmiar sieci. Jednak głównym kryterium podziału (oczywiście oprócz rozmiaru sieci) jest to, kto jest właścicielem sieci. Właściciel, czyli osoba, lub osoby które będą z niej korzystać. Sieci lokalne, kampusowe, segmentowe należy traktować inaczej od AN, WAN czy korporacyjnych. Buduje się je zazwyczaj na własny użytek. Właścicielem sieci jest bardzo często firma, która ją zakładała. Koszty eksploatacji nie są rozbijane na poszczególne komputery (biling), ale finansowane centralnie(np. komputery w firmach finansowane są z ogólnego budżetu). Sprawa bilingu więc, który może w innych przypadkach jest bardzo ważny, jest tutaj sprawą drugoplanową. a) sieć segmentowa Sieć segmentowa obejmuje swym zasięgiem obszar nie większy niż kondygnacja budynku i charakteryzuje ją spójna adresacja jednostek. Struktura sieci segmentowej jest częściej pozioma niż pionowa, czyli zazwyczaj obejmuje jedno piętro budynku. Niekiedy zdarza się, że sieci takie obejmują trochę większe obszary, np. budynek. Jest to spowodowane głównie potrzebami i ilością użytkowników takiej struktury. Sieci segmentowe realizowane są najczęściej o jedno urządzenie (np. jeden koncentrator lub przełącznik). Prawa przyznawane zaś każdej z jednostek są bardzo zbliżone. Segmentowość sieci jest dosyć trudna do realizacji. b) sieć lokalna LAN Siecią lanowską jest sieć obejmująca swym zasięgiem obszar nie większy niż budynek. W rzadkich przypadkach kilka sąsiednich budynków. W sieciach lanowskich wykorzystuje się jeden rodzaj mediów transmisyjnych. W odróżnieniu od sieci segmentowych, sieć lanowska wykorzystuje rdzeń bądź jest strukturą hierarchiczną.

3 2 a) b) III II I 0 Rys 2.1 a) sieć wykorzystująca rdzeń b) sieć o strukturze hierarchicznej Rdzeń jest rozwiązaniem starszym, gdzie oprócz okablowania poziomego jest również okablowanie pionowe realizowane za pomocą kabla ekranowanego. W sieci hierarchicznej zamiast rdzenia fizycznego stosuje się tzw. zapadnięty rdzeń, czyli urządzenie elektroniczne, które łączy poszczególne jednostki. Bardzo często na kondygnacjach budynku realizowane są segmenty sieci, i połączone są one przez rdzeń w sieć LAN. ożna przyjąć, że LAN jest konkatenacją (połączeniem) sieci segmentowych. Są budowane zazwyczaj o media elektryczne. c) sieć kampusowa Sieci kampusowe są rozwinięciem sieci lokalnych, są one tworzone przez sieci LAN kilku lub kilkunastu sąsiednich obiektów. O ile sieci segmentowe i LAN tworzone są w oparciu o jedną klasę mediów (elektryczne), to sieci kampusowe do celu połączenia wykorzystują media optyczne (często bezprzewodowe). d) sieć miejska Sieci metropolitalne (miejskie, AN) łączą w jedną spójną całość sieci kampusowe bądź lokalne. Są pierwszym typem sieci o charakterze komercyjnym. W literaturze pojawia się rozróżnienie sieci kampusowych, lokalnych, miejskich według rozmiaru sieci. I tak lanowskie miałyby być do 2 km, kampusowe do 4, zaś metropolitalne 20,40 km. Trudno jednak to kryterium rozmiaru traktować jako sztywny podział sieci. Porównajmy na przykład rozmiary sieci metropolitalnych w USA (Nowy Jork średnica sieci 240km), a takich sieci w Polsce (Rzeszów średnica 6 km). Z reguły do sieci AN nie dołączamy pojedynczych jednostek. Zazwyczaj podłączamy całe podsieci LAN i kampusowe. Wyjątek stanowią komputery świadczące usługi dla całej struktury serwery dołączane są one do rdzenia. Ponieważ współczesne sieci komputerowe powinny mieć charakter multimedialny wykorzystanie do realizacji ich rdzenia tych technologii, których używa się do realizacji sieci LAN jest

4 nieefektywne. Dlatego w tym celu wskazane jest zastosowanie technologii gwarantujących realizację usług izochronicznych (np. AT). Stosowanie zaś technologii wykorzystywanych przy większych sieciach do tworzenia struktur sieci kampusowych, LAN i segmentowych też nie wpływa korzystnie na ich parametry. Przy realizacji sieci AN musimy wziąć pod uwagę to, że jednym z jej stanów funkcjonowania jest stan przeciążenia. Sieci z dostępem probabilistycznym nie są najlepszym rozwiązaniem, gdyż rozkład przepływów w czasie w sieci nie jest rozkładem równomiernym (tzn. w niektórych godzinach ruch w sieci jest znacznie większy niż w innych). Powoduje to większą podatność na przeciążenia. Struktury deterministyczne też mają swoje wady, ale są mniej wrażliwe na nadmierność przesyłanych danych, co czyni je bardziej użytecznymi przy realizacji większych sieci. 3 e) sieć rozległa Sieci WAN (rozległe) łączą za pomocą kanałów, będących własnością operatora telekomunikacyjnego sieci lokalne i kampusowe. W wielu przypadkach mają one zasięg ogólnoświatowy. W większości budowanych sieci przepustowość w ramach LAN jest o wiele większa niż w WAN. Powodowane jest to kosztami dużoprzepustowych urządzeń. W celu poprawienia charakterystyk stosuje się środki takie jak cache owanie lub buforowanie. Zależność ta jednak powoli odwraca się. Nowe tendencje w realizacji sieci (obecnie USA) prowadzą do wyrównania przepływu LAN i WAN, w ten sposób, że przepustowość łącza zewnętrznego jest nie mniejsza od sumy przepływności kanałów wewnętrznych. Ponieważ sieci WAN mają charakter komercyjny, konieczne jest prowadzenie szczegółowego bilingu usług. Do realizacji rdzenia prawie wyłącznie wykorzystuje się technologie telekomunikacyjne. f) sieć korporacyjna Sieci korporacyjne to sieci łączące z wykorzystaniem prywatnych kanałów transmisyjnych fragmenty systemu informatycznego. Ze względu na bardzo wysoką przepustowość kanału, sieci te przypominają swym funkcjonowaniem sieci kampusowe.

5 4 2. LINIE TRANSISYJNE WYKORZYSTYWANE W SIECIACH KOPUTEROWYCH Wyróżniamy: a) dedykowane b) komutowane c) dzierżawione a) linie dedykowane Linia dedykowana realizowana jest za pomocą specjalnie do tego celu zaprojektowanego kabla. Przeznaczona jest do realizacji długich lub częstych połączeń w sieci. Ten typ linii wykorzystywany jest głównie w sieciach LAN, kampusowych i segmentowych. Połączenie dużych odległości linią dedykowaną jest bardzo kosztowne. Bardzo istotne jest tutaj tzw. prawo drogi, tzn. konieczność uzyskania pozwolenia na poprowadzenie kabla przez czyjąś posesję. Z tego powodu zastosowanie okablowania dedykowanego ogranicza się prawie wyłącznie do niewielkich odległości, najczęściej na własnym terenie. Przepustowość, jaką daje linia dedykowana często przekracza wymaganą, i nie jest w pełni wykorzystywana. b) linie komutowane W odróżnieniu od linii dedykowanych, linia komutowana charakteryzuje się prawie nieograniczoną dostępnością. Jest ona realizowana w oparciu o łącza telefoniczne. Ze względu na wysokie koszty, może być ona wykorzystywana do realizacji krótkich i rzadkich połączeń. Linie komutowane nie są efektywne. Wykorzystywanie tego typu okablowania zajmuje kanał telefoniczny, poza tym ceny tego typu usług są stosunkowo wysokie. Parametry połączenia zaś zależne nie tylko od opracowanych standardów, ale też od stanu technicznego linii telefonicznej. Linie komutowane traktowane są raczej jako konieczność. c) linie dzierżawione Linie dzierżawione to najczęściej wirtualne kanały teleinformacyjne wydzielone w ramach linii dedykowanych realizowanych przez operatorów telekomunikacyjnych pomiędzy różnymi ośrodkami. Kanały te powinny być wykorzystywane do realizacji długich lub częstych połączeń. Bardzo duże transfery (VB 190 THz, czyli 190 TB/s)

6 5 3. LINIE DWUPUNKTOWE I LINIE WIELOPUNKTOWE Linia dwupunktowa (nadawca, odbiorca) pozwala na dołączenie użytkowników wyłącznie na swoim początku i końcu. W przypadku sieci wielopunktowej ilość dołączeń limitowana jest wyłącznie charakterystykami transmisji. Linia dwupunktowa gwarantuje efektywne charakterystyki transmisyjne (i szybko i daleko), natomiast wielopunktowa poprawia charakterystyki kosztowe. N 0,1 0,1 O Rys 2.2 Linia dwupunktowa N nadawca; O odbiorca; modem, czyli urządzenie do konwersji sygnału, dostosowania charakterystyk modelu do akceptowanych przez medium transmisyjne. 0,1 0,1 Rys 2.3 Linia wielopunktowa Przy połączeniu dwupunktowym odległości pomiędzy poszczególnymi jednostkami mogą być znacznie większe niż przy połączeniu wielopunktowym. Dwa sposoby dołączana jednostek do linii wielopunktowej: - przez rozcinanie kabla (przyłączanie niszczące) - przez wbicie i pobranie (przyłączenie nieniszczące tzw. wampirowe) Przyłącza znacznie pogarszają charakterystyki sieci, między innymi wielokrotnie spada maksymalna szybkość. Poza tym nie każdy rodzaj medium może być stosowany do linii wielopunktowej. Zazwyczaj głównym kryterium doboru linii transmisyjnej jest koszt realizacji.

7 6 4. TRANSISJA ANALOGOWA, TRANSISJA CYFROWA Transmisja analogowa realizowana jest w tym przypadku kiedy medium transmisyjne ma charakter kabla akustycznego. Transmisja cyfrowa realizowana jest po łączach dedykowanych. Przesyłane są sygnały cyfrowe prostokątne. W przypadku takiej transmisji udaje się osiągnąć bardzo wysoką przepływność łącza przy minimalnej stopie błędu. Pasmo częstotliwości nowoczesnych kabli telefonicznych to zakres od 1 do 12 khz, w starszych było to 300 Hz do 3,3 khz. W kablach akustycznych dodatkowo pojawia się problem konwersji sygnału prostokątnego na analogowy. W przypadku wysłania sygnału prostokątnego przez kabel akustyczny, sygnał zostanie po jakimś czasie scałkowany. Po zmodulowaniu uzyskujemy maksymalny przepływ informacji około 8-10 bitów/sec. Konwersją sygnału cyfrowego na analogowy zajmuje się modem. Transmisja cyfrowa osiąga znacznie większe przepustowości, do 400 Gbitów/sec w jednym kanale przez kable dedykowane. W tym przypadku nie potrzeba konwersji, bo wysyłany jest sygnał prostokątny. Generalnie w sieciach komputerowych stosuje się transmisję cyfrową, choć istnieją jeszcze inne sposoby transmisji. Co ciekawe, w najnowszych technologiach, na przykład w światłowodzie wraca się do transmisji cyfrowej, gdyż w ten sposób osiąga lepsze parametry transferu danych. 5. JEDNOCZESNOŚĆ TRANSISJI Z punktu widzenia jednoczesności linie (kanały transmisyjne) możemy podzielić na: - simpleksowe - półdupleksowe - dupleksowe W transmisji simpleksowej przesyłanie jest jednokierunkowe, w półdupleksowej naprzemiennie dwukierunkowe, a w dupleksowej dwukierunkowe. SIPLEX HALF DUPLEX FULL DUPLEX Rys 2.4 Jednoczesność transmisji

8 7 Transmisja dupleksowa może być realizowana poprzez zastosowanie oddzielnej pary przewodów dla każdego z kierunków bądź poprzez wydzielenie niezależnych kanałów transmisyjnych w ramach tego samego medium. 6. ZWIELOKRATNIANIE KANAŁÓW TRANSISYJNYCH Ponieważ przepływność kanału transmisyjnego jest zgodnie z prawem Shannona proporcjonalna do pasma tegoż kanału, współczesne media transmisyjne (w szczególności optyczne) zapewniają możliwość realizacji transmisji znacznie większej, szybszej niż wynika to z potrzeb łączonych w ten sposób sieci. Z tego powodu w kanałach transmisyjnych realizuje się zwielakratnianie przesyłania poprzez wydzielenie niezależnych kanałów transmisyjnych. Jeżeli w układzie transmisyjnym istnieje jeden, jedyny kanał transmisyjny, transmisja taka nosi nazwę wąskopasmowej. Jeżeli w kanale wydziela się wiele podkanałów mówimy o transmisji szerokopasmowej. Zazwyczaj wydzielanie kanałów dokonuje się wydzielaniem pasm częstotliwości i dlatego, gdy mowa o transmisji średniopasmowej oznacza to zakres częstotliwości, a nie ilość kanałów transmisyjnych. f kanał podkanały Rys 2.5 Wydzielanie czestotliwościowe podkanałów Oprócz zwielokratniania częstotliwościowego w telekomunikacji i sieciach komputerowych wykorzystywane są następujące typy zwielokratniania: - czasowe TD - kodowe RD - falowe WD - kierunkowe DD - przestrzenne DD Każda z powyższych metod gwarantuje poprawę efektywności wykorzystania kanału transmisyjnego.

9 Literatura [1] Vademecum teleinformatyka IDG Poland S.A r. [2] L. Petersen, B. Davie Sieci komputerowe podejście systemowe Nakom 2000 r. [3] Tom Sheldon, Wielka encyklopedia sieci komputerowych Robomatic 1999 r. 8