Пакетная коммутация и современные технологии доступа в Интернет

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

на тему: Пакетная коммутация и современные технологии доступа в интернет

1. Общие понятия коммутации

Коммутация -- процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы.

Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ (электронно-вычислительная машина), сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники. Как правило, в сетях общего доступа невозможно предоставить каждой паре абонентов собственную физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» и использовать в любое время. Поэтому в сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает разделение имеющихся физических каналов между несколькими сеансами связи и между абонентами сети.

Коммутаторы делятся на четыре категории:

1. Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы.

2. Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией.

3. Коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих групп. Они представляют более широкие возможности администрирования и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять модули.

4. Коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули АТМ (англ. Asynchronous Transfer Mode -- асинхронный способ передачи данны). Эти коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet* в протоколы АТМ.

Существует четыре принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:

· Коммутация каналов (КК, circuit switching) -- организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно «соединённых» каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок (постоянная/долговременная коммутация -- время коммутации определяется административно).

· Коммутация сообщений (КС, message switching) -- разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который, приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. Получается нечто вроде конвейера.

· Коммутация пакетов (КП, packet switching) -- разбиение сообщения на «пакеты», которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения -- логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале (с установлением соединения). Пример: коммутация IP-пакетов. Если же для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о датаграммном(без установления соединения) способе пакетной коммутации.

· Коммутация ячеек (КЯ, cell switching) -- совмещает в себе свойства сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией пакетов, при коммутации ячеек пакеты всегда имеют фиксированный и относительно небольшой размер.

2. Пакетная коммутацию как способ доступа нескольких абонентов к общей сети

Под пакетом понимается часть передаваемого сообщения, если передача происходит разрывно в сети передачи данных. Каждый пакет имеет заголовок и собственно содержание - часть сообщения.

Техника коммутации пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика.

Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети.

Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости передачи данных.

*Ethernet - это [?i?и?r?n?t] от англ. ether [?i?и?r] «эфир») -- семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем пользователь открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети. Затем пользователь возвращает модифицированные копии страниц на сервер - и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 или даже 1:100. Если для описанного сеанса организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Определим, что сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. пакетный коммутатор сетевой оптический

Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, когда выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

Конечно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это делается в сетях с коммутацией каналов. При этом способе время взаимодействия этой пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому. Простои канала во время пауз передачи абонентов не интересуют, для них важно быстрее решить свою собственную задачу. Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее.

Тем не менее общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при коммутации пакетов выше, чем при коммутации каналов. Это происходит потому, что пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики не совпадают. Поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико. Трафик, поступающий от конечных узлов на коммутаторы, очень неравномерно распределен во времени. Однако коммутаторы более высокого уровня иерархии, которые обслуживают соединения между коммутаторами нижнего уровня, загружены более равномерно, и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования. Буферизация сглаживает пульсации, поэтому коэффициент пульсации на магистральных каналах гораздо ниже, чем на каналах абонентского доступа - он может быть равным 1:10 или даже 1:2.

Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов связи) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и путем имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока она не завершит свое выполнение. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной.

Достоинства сетей с коммутацией пакетов:

Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.

Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.

К недостаткам сетей с коммутацией пакетов относятся следующие.

Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная зависимостью задержек в очередях буферов коммутаторов сети от общей загрузки сети.

Переменная величина задержки пакетов данных, которые могут достигать значительных величин в моменты мгновенных перегрузок сети.

Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

В настоящее время активно разрабатываются и внедряются методы, позволяющие преодолеть указанные недостатки, которые особенно остро проявляются для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи.

Сети с коммутацией пакетов, в которых реализованы методы обеспечения качества обслуживания, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные, как телефонный и компьютерный.

Поэтому методы коммутации пакетов сегодня считаются наиболее перспективными для построения конвергентной сети, которая обеспечит комплексные качественные услуги для абонентов любого типа.

Сегодня они с успехом работают не только в традиционных телефонных сетях, но и широко применяются для образования высокоскоростных постоянных соединений в так называемых первичных (опорных) сетях технологий SDH и DWDM, которые активно используются для создания магистральных физических каналов между коммутаторами телефонных или компьютерных сетей.

В будущем вполне возможно появление новых технологий коммутации, в том или ином виде комбинирующих принципы коммутации пакетов и каналов.

Исходя из вышеизложенного, следаем выводы.

Технология взаимодействия в сети сводится к передаче информации - коммутации.

В общем случае решение каждой из задач коммутации - определение потоков и соответствующих маршрутов, фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств, распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства, мультиплексирование и демультиплексирование потоков и разделение среды передачи - зависит от решения остальных.

Комплекс технических решений обобщенной задачи коммутации в своей совокупности составляет базис любой сетевой технологии.

От того, какой механизм прокладки маршрутов, продвижения данных и совместного использования каналов связи заложен в той или иной сетевой технологии, зависят ее фундаментальные свойства.

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих:

1. коммутация каналов (circuit switching);

2. коммутация пакетов (packet switching).

Сети с коммутацией каналов имеют более богатую историю, они ведут свое происхождение от первых телефонных сетей.

Сети с коммутацией пакетов сравнительно молоды, они появились в конце 60-х годов как результат экспериментов с первыми глобальными компьютерными сетями.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, но по долгосрочным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии коммутации пакетов, как более гибкой и универсальной.

3. Современные технологии доступа. Технология ETTx (Ethernet to the x - Home, Building, etc.)

Для большинства домашних пользователей и сегодня единственным доступным способом подключения к Интернету остается модемное соединение. И это несмотря на то, что аналоговые модемы в наш XXI век кажутся пережитком ушедшего века.

Крупные производители, заранее осознав всю бесперспективность производства новых моделей модемов, ушли с этого рынка, отдав производство модемов на откуп более мелким компаниям. Понятно, что модемы, в силу их востребованности со стороны домашних пользователей, еще долго не покинут витрин компьютерных салонов, однако ожидать появления их новых моделей не приходится. Собственно, новые чипы для них уже не разрабатываются, поэтому «новый» модем -- это в лучшем случае старая начинка в новом корпусе.

Итак, модем как средство доступа в Интернет постепенно исчезает.Это связано с ограниченными возможностями телефонных линий связи и с изменением самого контента. На этом фоне востребованными со стороны конечных пользователей становятся различные варианты широкополосного доступа.

4. Технологии доступа

Сети кабельного телевидения (СКТ)

Основным преимуществом получения доступа в Интернет через сети кабельного телевидения является сравнительно невысокая абонентская плата, составляющая несколько десятков долларов в месяц, в зависимости от тарифного плана. Подключение к этой сети также стоит относительно недорого. Кабельный модем, конечно, несколько дороже обычного, но его можно взять в аренду с правом выкупа.

К сожалению, несмотря на все свои преимущества, кабельное телевидение все еще не получило достаточно широкого распространения, чтобы можно было считать эту технологию массовой. Этот сервис по-прежнему представляется весьма многообещающим в силу довольно удачного соотношения «цена/качество», и, по всей видимости, со временем подобные услуги станут более доступными, чем сегодня.

DSL-соединение

Широкое распространение DSL (Digital Subscriber Line), что в буквальном переводе означает «цифровая абонентская линия», обусловлено тем обстоятельством, что в данном случае, так же как и в случае традиционных пользовательских модемов, используется обычная телефонная линия. То есть инфраструктура для создания DSL-соединений уже существует. Однако, в отличие от традиционных коммутируемых соединений, DSL-соединение является широкополосным и не упирается в ограничение по ширине спектра сигнала в 3100 Гц, характерное для коммутируемых линий связи. Кроме того, DSL-модемы передают данные в цифровой форме, а не используют цифроаналоговое преобразование при передаче и аналого-цифровое преобразование при приеме данных, что характерно для традиционных аналоговых модемов.

Технология DSL позволяет значительно расширить полосу пропускания старых медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с индивидуальными абонентами. Любой абонент имеет возможность значительно увеличить с помощью технологии DSL скорость своего соединения. Помимо того, что использование DSL-соединения обеспечивает вам круглосуточный доступ в Интернет, сохраняется также возможность нормальной работы обычной телефонной связи.

Весь скоростной поток разбивается на большое число более мелких потоков, которые на концах линии вновь собираются в единое целое. Система управления построена таким образом, что непрерывно производится мониторинг состояния каждого канала и информация направляется в те из них, которые обладают наилучшими характеристиками.

- FTTB (Fiber to the Building) - технология доступа при помощи оптики, подведенной к зданию. Под такой технологией понимают работу оптического узла (ОУ) в среднем на 100-250 абонентов. Это прогрессивная технология, позволяющая подавать клиенту широкополосный доступ в Интернет на скорости до 10 Гбит/c, услуги IP- телефонии и телевидения по одному кабелю.

Основные преимущества технологии FTTB:

· доступ к сети со скоростью до 100 Мбит/с;

· не требуется дополнительное оборудование (модем);

· высокое качество передачи данных;

· гарантированная надежность сети за счет применения технологии кольцевого резервирования и использования магистральных линий связи в подземных коммуникациях;

· широкие возможности для получения новых услуг таких, как цифровое интерактивное телевидение;

· симметричная полоса пропускания (прием и передача данных с одинаковой скоростью), что удобно при работе с файлообменными сетями;

· срок эксплуатации оптико-волоконного кабеля - не менее 25 лет.

- ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line -- Асимметричная цифровая абонентская линия) входит в число технологий высокоскоростной передачи данных. ADSL является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных. Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Поскольку ADSL использует гораздо более высокие частоты, чем при голосовой связи, по одной и той же телефонной линии могут пересылаться как речь, так и данные. Таким образом, клиенты могут говорить по телефону, находясь при этом в Интернете.

- Беспроводной широкополосный доступ (БШД) - это доступ в Интернет, организованный по беспроводной технологии. Широкополосные беспроводные сети обеспечивают обмен данными с высокой пропускной способностью и по скорости работы уступают лишь оптоволокну. Главными достоинствами технологии БШД являются легкое развертывание системы, быстрая окупаемость, подключение даже в тех местах, где нет условий для присоединения к традиционным (проводным) сетям связи, возможность предоставления всех известных сервисов: видео, голос, данные, ТВ, видеоконференции и пр.

Рассмотрим «Ethernet to the home» как современую технологию построения сетей доступа.

Решение ETTH -- это технология построения сетей доступа. Цель решения ETTH заключается в передаче данных, речи и видео по простой и недорогой сети Ethernet.

Использование Ethernet с оптоволокном в качестве среды передачи позволяет обеспечить гигабитный доступ к сети непосредственно из помещений клиентов. Таким образом, возможно, осуществить подключение узла сервис-провайдера. Для непосредственного подключения домашних пользователей, как правило, используются медные линии связи (витая пара 5 категории).

Объектами подключений являются не только многоквартирные жилые дома, но также офисные комплексы, коммерческие бизнес-парки, отели, учебные заведения, коттеджные поселки.

Для обеспечения Ethernet-подключения новых зданий к городским сетям (MAN) обычно используют «темное» оптоволокно. Основным преимуществом такого доступа являются скорость и расстояния -- до 90 км без промежуточного усиления и регенерации при высокой пропускной способности.

Для максимально эффективного использования сети ETTH провайдер услуг должен добиваться того, чтобы абоненты тратили больше времени и потребляли локальные сервисы во внутренней сети вместо потребления ресурсов доступа к глобальным сетям. Примерами таких услуг является распространение потокового видео, видеофильмов в режиме по требованию, популярного web-содержания, а также специализированные услуги хостинга в пределах города. Для повышения прибыльности провайдер сетевых услуг должен иметь в качестве партнеров провайдеров информационного содержания или самостоятельно предоставлять большой его объем.

Использование Ethernet для доступа в Интернет -- это относительно новая технология, которая еще не получила широкого распространения на российских просторах.

Цель решения Ethernet To The Home (дословно -- Ethernet в дом) заключается в передаче данных, речи и видео по простой и недорогой сети Ethernet. Уникальность данного решения заключается в том, что использование Ethernet с оптоволокном в качестве среды передачи позволяет обеспечить гигабитный доступ по сети непосредственно из помещений клиентов. На рынке имеется большое количество зданий, привлекательных для провайдеров сетевых услуг: офисные комплексы, коммерческие бизнес-парки, отели, университеты, многоквартирные жилые дома, коттеджные поселки.

Для обеспечения Ethernet-подключения новых зданий к городским сетям провайдеры сетевых услуг обычно используют оптоволокно. Основными преимуществами такого доступа являются скорость и расстояния -- до 100 км без промежуточного усиления и регенерации при потенциально неограниченной пропускной способности. Гигабитный Ethernet (1 Гбит/с и 10 Гбит/с) стал привлекательным в плане соотношения «цена/производительность», сделавшись удачным выбором для магистральных приложений при построении не только выделенных корпоративных сетей, но и операторских сетей Metro Ethernet.

Оптимальным вариантом проводки внутри здания является одномодовое и многомодовое оптоволокно, а также витая пара. Разработанная в качестве технологии локальных сетей технология Ethernet обеспечивает огромную и дешевую пропускную способность по сравнению с DSL, кабельными модемами и беспроводными решениями.

Типичной архитектурой является реализация на первом этапе в каждой квартире в любом помещении здания 10- или 100-мегабитных Ethernet-каналов, соединенных с обслуживающим это здание коммутатором. Для подключения зданий к оптоволоконной городской сети MAN организуется гигабитное или мультигигабитное Ethernet-соединение. Агрегация трафика кольцевых городских сетей осуществляется посредством коммутатора 3-го уровня. По оценкам различных аналитиков, именно технология ETTH, а не DSL является лучшим широкополосным решением для абонентского доступа. ETTH лишена всех ограничений по скорости и расстоянию, свойственных DSL и не позволяющих ей считаться долгосрочным вариантом широкополосного доступа.

ETTH же признана в качестве долгосрочного решения даже несмотря на то, что ей требуются значительные начальные инвестиции. Эта технология имеет больший срок службы и не имеет каких-либо существенных ограничений. И хотя сегодня существует несколько технологий доступа для обеспечения широкополосных мультимедийных подключений, ETTH гарантирует провайдеру услуг весомые преимущества относительно конкурентов.

С точки зрения провайдера услуг, эта технология позволяет ему успешно конкурировать с более экономичными решениями, с такими, например, как DSL. VDSL, одна из разновидностей DSL, может даже служить временным решением последней мили внутри здания. Другой, менее скоростной временной альтернативой, может быть радио Ethernet.

Заключение

Все больше растет интерес к развертыванию сетей доступа с возможностью предоставлением абоненту широкополосного канала связи. Причиной данного интереса служит быстрый рост требований к полосе пропускания сетей связи, обусловленный появлением новых широкополосных услуг. К таким услугам можно отнести услуги для бизнеса (видеоконференц-связь, удаленное обучение, телемедицина) и развлекательные услуги (видео по запросу, цифровое вещание, HDTV, on-line игры и т.д.). Используемые в настоящее время технологии не могут предоставить экономически выгодного решения для удовлетворения растущих потребностей, поэтому в ход идут не совсем привычные технологии.

Одна из них - FTTx (Fiber To The ... -- «волокно до …») - технология организации сетей доступа с доведением оптического волокна до определенной точки. Несмотря на то, что FTTx - технология не новая, однако широкое распространение она получает именно сейчас.

Нарастающая конкуренция на рынке местных линий связи между операторами заставляет их оптимизировать свои сети в целях предоставления наиболее выгодных, с точки зрения стоимости, услуг.

Проведение оптоволоконного кабеля в жилые дома, многоквартирные здания (MDU, Multiple Dwelling Units) и помещения с организациями типа малого офиса / домашнего офиса (SOHO, Small Office / Home Office) становится жизнеспособной деловой возможностью в плотно заселенных городских районах.

Потенциальный спрос на услуги высокоскоростного доступа в Интернет очень большой и продолжает расти. Это нужно и интересно всем категориям пользователей от частных домохозяйств до предприятий с распределенной инфраструктурой и малого бизнеса. Используя инфраструктуру «широкополосного доступа» предприятия решают наиболее важные задачи отношений с клиентами и управления, а частные пользователи получают удовольствие и делают свою жизнь удобней.

Скорость, экономичность и выгодность с точки зрения затрат, а также простота, легкость использования и известность Ethernet являются большим плюсом в новом подходе к построению городских сетей. Городские сети (Metropolitan Area Networks) Ethernet-доступа, обеспечивающие настоящий широкополосный доступ, становятся все более жизнеспособным решением, обеспечивающим большую пропускную способность по конкурентным ценам. Но, что наиболее важно, это открывает возможность для предоставления прибыльных дополнительных услуг.

Размещено на Allbest.ru