3. Технологии передачи данных. Ethernet, Token Ring, ISDN, X.25, Frame Relay. 

Самая распространенная в настоящее время технология (количество сетей, исполь­зующих эту технологию, превысило 5 млн. с числом компьютеров в этих сетях бо­лее 50 млн.) создана в конце 70-х годов и в первоначальном варианте использовала в качестве линии связи коаксиальный кабель. Но позже было разработано много модификаций этой технологии, рассчитанных и на другие коммуникации.
Ethernet на коаксиальном кабеле

Использование “тонкого” (thin) коаксиального кабеля регламентируется стандартом 10Base2 (10 означает скорость передачи 10Мбит/c, Base - узкополосная передача, 2 - передача на расстояние, примерно в 2 раза превышающее 100м, фактически 185м). Диаметр центрального медного провода 0,89мм. На конце кабеля с обеих сторон устанавливаются терминаторы для поглощения переданных блоков данных. Считается простым и дешевым вариантом построения сети. Для увеличения длины сети используются репитеры (повторители). При этом должно выполняться правило 5-4-3, означающее, что в сети может быть максимум 5 сегментов, 4 репитера и рабочие станции могут быть подключены максимум к трем сегментам. Под сегментами в данном случае понимаются участки сети, разделенные репитерами.
 Использование “толстого” (thick) коаксиального кабеля регламентируется стандартом 10Base5. Утолщение кабеля приводит к меньшим искажениям передаваемого сигнала. В результате появляется возможность увеличения расстояний в сети, увеличения числа подключаемых компьютеров. Стоимость кабеля, его прокладки, подключения компьютеров (требуется внешний трансивер) увеличивается.

Ethernet на витой паре

Использование витой пары (tvisted pair) в сети Ethernet на скорости 10Мбит/c регламентируется стандартом 10BaseT.

Сеть, построенная на витой паре, внешне похожа на звезду. Каждая рабочая станция индивидуальным кабелем подключается к центру звезды, хабу, в качестве которого может выступать концентратор, коммутатор, маршрутизатор. Витая пара представляет собой пару скрученных проводников. Скручивание проводников уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю. Витые пары бывают экранированные (STP-Shielded Twisted Pair) и неэкранированные (UTP- Unshielded Twisted Pair). Кроме того, витые пары различают по категориям. Для локальных сетей используют UTP 3, 4, 5 категорий и STP. Кабель может содержать различное количество витых пар. Сетевое оборудование (сетевая плата, концентратор) соединяется с витой парой с помощью разъема RJ-45, внешне похожего на телефонный разъем RJ-11, но имеющего 8 контактов.

Основные недостатки 10BaseT по срамнению с 10Base2:

  необходимость установки дополнительного сетевого оборудования (хаб);

  уменьшение расстояний.

Достоинства:

  увеличение надежности;

  универсальная структурированная кабельная система, позволяющая использовать разные технологии (Ethernet, Token Ring, обычная телефония);

  удобство эксплуатации, администрирования.

   
Стандарт 100BaseTX (Fast Ethernet) также использует витую пару, рассчитан на передачу данных со скоростью 100Мбит/c. Передача происходит по 2 парам UTP категории 5 или STP категории 1 IBM. Одна пара для передачи, другая для приема, поддерживается полнодуплексный режим передачи. Увеличение скорости передачи предъявляет повышенные требования к расстояниям между оборудованием.
Стандарт 1000BASE-T, IEEE 802.3ab использует кабель UTP Cat 5 и выше для передачи данных на скорости до 1Гбит/с в режиме Full Duplex. Чем больше скорость передачи данных, тем больше чувствительность к электрическим помехам, поэтому в технологии Gigabit Ethernet особое внимание уделяется проблемам электромагнитного шума и методам борьбы с ним.

Оптоволоконный кабель

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.
Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами.

Одно из них служит для передачи, а другое - для приема.

Скорость передачи 100Мбит/с, 1 Гбит/с, 10 Гбит/с.

10Гбит/с в режиме Full Duplex – стандарт 802.3ae. Он является революционным не только в области ЛВС, но и в области РВС и ГВС. Технология Ethernet традиционно считалась технологией построения ЛВС, но с появлением стандарта 802.3ae (10GbE), позволяющего расширять сеть до 40 км без применения повторителей, и являющегося совместимым с сетями SONET и SDH сетями, Ethernet приобрёл статус РВС – технологии. Совместимость с SONET/SDH сетями, работающими на скоростях до OC-192 speeds (9.584640 Gbps) делает 10GbE технологией ГВС.

Ethernet поддерживает случайный метод доступа (метод состязаний) и ее попу­лярность объясняется надежными, простыми и недорогими технологиями.

IEEE 802.5/Token Ring

Технология IEEE 802.5/Token Ring поддерживает кольцевую (основная) и ради­альную (дополнительная) топологии сетей, для доступа к моноканалу использую­щих метод передачи маркера (его называют также детерминированным маркер­ным методом). Маркеры по сети продвигаются по кольцу в одном направлении (симплексный режим), и им может присваиваться до 8 уровней приоритета. По умолчанию время удержания маркера каждой станцией 10 мс. Скорость передачи данных по сети не более 155 Мбит/с; поддерживает экра­нированную и неэкранированную витую пару и волоконно-оптический кабель. Мак­симальная длина кольца — 4000 м, а максимальное число узлов на кольце — 260.
Реализация этой технологии существенно более дорога и сложна, нежели техно­логии Ethernet, но она тоже достаточно распространена.

ISDN

Самая популярная и распространенная цифровая сеть с коммутацией каналов как в Европе, так и на других континентах (по распространенности она уступает лишь аналоговой телефонной сети). Первоначально ISDN задумывалась как сеть, способная объединить существующие телефонные сети с зарождающимися тогда сетями передачи данных.

Адресация в сети строится по телефонному принципу. Номер ISDN состоит из 15 десятичных цифр и включает в себя код страны, код сети и код местной подсети. Код страны такой же, как в обычной телефонной сети. По коду сети выполняется переход в заданную сеть ISDN. Внутри подсети для адресации используется 35 десятичных цифр.

Основным достоинством сетей ISDN является то, что они позволяют объединить в единое целое различные виды связи (видео-, аудиопередачу данных). Можно, одновременно осуществлять связь нескольких видов: беседовать по видеотелефону и по ходу разговора выводить на экран компьютеров схемы, графики, тексты и т. д.

Скорости передачи данных, реализуемые сетью: 64 кбит/с, 128 кбит/с, в более дорогих системах и до 2 Мбит/с, а в мощных сетях на широкополосных каналах связи до 155 Мбит/с.

Пользовательские интерфейсы сетей ISDN

Пользователь может соединяться с сетью как по цифровым, так и по аналоговым каналам. Внутрисетевой интерфейс базируется на цифровых каналах трех типов:

• В — основной канал передачи пользовательских данных со скоростью передачи данных 64 кбит/с;
• D — канал передачи управляющей (адресной) информации, на основании которой выполняется коммутация каналов (может передавать и пользовательские данные с низкой скоростью) со скоростью передачи 16 или 64 кбит/с;
• Н — канал высокоскоростной передачи пользовательских данных со скоростями передачи 384 (канал Н0), 1536 (канал Н11), 1920 (канал Н12) кбит/с.

На основании этих каналов сеть ISDN поддерживает два типа пользовательских интерфейсов.

1. Начальный пользовательский интерфейс BRI выделяет пользователю два канала В для передачи данных и один канал D (16 кбит/с)для передачи управляющей информации (формат 2B+D) и обеспечивает общую пропускную способность 192 кбит/с. Возможно использование не только формата 2 B+D, но и B+D, и просто D.
2. Основной пользовательский интерфейс — интерфейс первичной скорости PRI, обеспечивает пользователей более скоростной передачей данных, выделяя ему ресурсы по форматам 30B+D (в Европе) или23B+D (на других континентах). Суммарная пропускная способность составляет 2048 кбит/с в Европе и 1544 кбит/с на других континентах. Основной пользовательский интерфейс используют сети N-ISDN(narrowband). При использовании широкополосных каналов связи могут быть организованы более мощные сети D-ISDN (broadband), способные передавать данные со скоростью 155 000 кбит/с.

Интеграция разнородных трафиков в сети ISDN выполняется по принципу временного разделения (time division multiplexing — TDM).
На сетевом уровне используется либо протокол Х.25, либо протокол Q.931, выполняющий маршрутизацию с коммутацией каналов.
Сети ISDN можно использовать при передаче данных, для объединения удаленных локальных сетей, для доступа к сети Интернет, для интеграции передачи разного вида трафика. Терминальными устройствами сети могут быть цифровые телефонные аппараты, компьютеры с ISDN-адаптером, видео- и аудиооборудование.

Основные достоинства сетей ISDN:

-предоставление пользователю широкого круга качественных услуг: передача данных, телефония, объединение ЛВС, доступ к Интернету, передача видео- и аудиотрафика;

-использование обычных двухпроводных линий связи с мультиплексированием одного канала между несколькими абонентами;

-более высокая, нежели при работе с традиционными модемами, скорость передачи информации по телефонным каналам связи — до 128 кбит/с на один канал;

-эффективность использования в корпоративных сетях.

Недостатки сетей ISDN:

• большие единовременные затраты при создании и модернизации сети;
• скоростной предел передачи данных — 2048 кбит/с (в сети D-ISDN до 155 Мбит/с).

Следует сказать, что для работы по цифровым каналам связи существуют технологии, позволяющие передавать информацию с гораздо большими скоростями. Например, технологии SDH (Synchronous Digital Hierarchy) и SONET (Synchronous Optical NET) обеспечивают скорости передачи до 10Гбит/c.

Х.25 

Сеть Х.25 явилась базой информационного обмена многих региональных и общероссийских органов управления. Сети Х.25 базируются на инфраструктуре Ростелекома.

Главной особенностью сети Х.25 является использование виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. Информационный обмен в сети Х.25 во многом похож на аналогичный процесс в сетях ISDN. Компонентами сети являются устройства трех основных категорий:

  терминальные устройства DTE (Data Terminal Equipment);

  сетевые терминалы DCE (Data Circuit-Terminating Equipment);

  магистральные коммутаторы PSE (Packet Switching Exchange).

Базовая технология Х.25 не имеет развитых протоколов прикладного уровня и предоставляет пользователям в основном транспортные услуги передачи данных. Стек протоколов стандарта Х.25 включает в себя обязательные только протоколы трех нижних уровней.

На физическом уровне используется протокол Х.21. На канальном уровне используется LAP-B (Link Access Procedure Balanced — один из протоколов множества HDLC).

Сеть Х.25 хорошо работает на ненадежных линиях связи благодаря использованию протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на двух уровнях: канальном и сетевом. В сетях Х.25 наиболее развиты протоколы канального и сетевого уровней.

Достоинства сети Х.25:

• в сети обеспечивается гарантированная доставка пакетов; высокая надежность сети ввиду постоянного эффективного контроля за появлением ошибок и наличия механизма альтернативной маршрутизации;
• возможность работы как по аналоговым, так и цифровым каналам, как по выделенным, так и коммутируемым каналам;
• возможность в режиме реального времени разделения одного физического канала доступа между несколькими абонентами.

Недостатки сети Х.25:
- невысокая скорость передачи данных — обычно в пределах от 56 до 64 кбит/с (из-за развитых механизмов контроля достоверности информации);
- невозможность передавать чувствительный к временным задержкам трафик (оцифрованный голос, видеоинформацию).

Frame Relay
Технология Frame Relay (FR, ретрансляция кадров) охватывает только физический и канальный уровни OSI. Основное отличие Frame Relay от Х.25 — в механизме обеспечения достоверности информации. Сеть Х.25 разрабатывалась с учетом плохих аналоговых каналов связи, в ней приняты весьма трудоемкие меры по обеспечению достоверности. Технология FR разрабатывалась с учетом уже достигнутых в телекоммуникациях высоких скоростей передачи данных и низкого уровня ошибок в современных сетях. Таким образом, сеть Frame Relay ориентирована на хорошие цифровые каналы передачи информации и в ней отсутствует проверка выполнения соединения между узлами и контроль достоверности информации на канальном уровне.

Таким образом, в сети Frame Relay обеспечивается гарантированная согласованная скорость передачи информации. Скорость передачи может быть весьма большой: в диапазоне от 56 кбит/с до 44 Мбит/с, но без гарантии достоверности доставки. Компонентами сети Frame Relay являются устройства трех основных категорий:

  устройства DTE (Data Terminal Equipment);

  устройства DCE (Data Circuit-Terminating Equipment);

  устройства FRAD (Frame Relay Access Device).

Технология Frame Relay имеет в корпоративных и территориальных сетях очень широкое применение, примерно такое же, какое в локальных сетях имеет технология Ethernet. У них много общего: и та и другая технология предоставляет сети только быстрые базовые транспортные услуги без гарантии достоверности доставки. Заметим, что надежность работы всех компонентов сети очень высока: имеются средства внутренней эффективной диагностики состояния компонентов, неработоспособные компоненты сразу блокируются, и поток кадров идет в обход их. На магистральных каналах сети обычно используются волоконно-оптические кабели, а на каналах доступа  может использоваться витая пара. По сетям Frame Relay возможна передача видео- и голосовой информации, так как при использовании хороших каналов связи задержки передачи возникают крайне редко, и они минимальны. Для передачи речи используются специальные голосовые маршрутизаторы, которые голосовому трафику обеспечивают наивысший приоритет, а сам трафик разбивается на короткие кадры со временем передачи каждого кадра примерно 5-10мс.

Основные способы доступа к сетям:

• выделенные каналы связи;
• каналы ISDN для передачи голосового трафика;
• коммутируемые телефонные линии, но через сети Х.25.

         Достоинства технологии Frame Relay:

  гарантированная согласованная скорость передачи данных;

  высокая надежность функционирования сети;

  возможность передавать оцифрованный голос, видеоинформацию;

  простые и достаточно дешевые средства управления.

         Недостатки технологии:

  использует дорогостоящие качественные каналы связи;

  не обеспечивается достоверность доставки кадров;

  возможна перегрузка отдельных узлов сети ввиду отсутствия контроля за трафиком.