Tag Archives: сети

Немного из телекоммуникаций, часть 2

Это статья является своего рода продолжением предыдущей, в смысле приверженности к одной теме, а также использованию Википедии для составления.

Существуют несколько способов категоризации типов сетей. Один из них по способу установления соединения.

Сеть с коммутацией пакетов (Packet switching network)

Коммутация пакетов это метод, при котором происходит разбитие передаваемых данных на фрагменты, названные пакетами (packets). Проходя узлы сети пакеты накапливаются и выстраиваются в очередь, что приводит к различным задержкам в зависимости от загруженности сети.

Пакетную коммутацию противопоставляют другой сетевой парадигме – коммутации каналов. Эта технология при которой устанавливается ограниченное количество выделенных соединений с постоянным битрейтом и константными задержками между узлами сети. В вопросе стоимости трафика, например в мобильных сетях, канальная коммутация характеризуется платой за промежуток времени соединения, даже если данные не передаются, в то время как в пакетной коммутации определяется платой за единицу переданной информации.

Два основных режима пакетной коммутации: пакетная коммутация без установки соединения (connectionless), известная также как коммутация дейтаграмм (datagram switching), и пакетная коммутация с установлением соединения (connection-oriented), также известная как коммутация виртуальных каналов (virtual circuit switching).

Коммутация дейтаграмм

Каждый пакет включает в себя адрес назначения, а также последовательный номер (sequence number). Пакеты маршрутизируются отдельно, что исключает необходимость в выделенном пути, но приводит к доставке с нарушением порядка. На месте назначения пакеты заново пересобираются в данные, на основе их порядкового номера.
Достоинство режима без установки соединения является меньшее размер служебных данных. Коммутация дейтаграмм также делает возможными такие режимы передачи данных как мультикаст (multicast) и широковещательный (broadcast).
Недостатками является невозможность гарантии доставки каждого пакета, а также доставки в произвольном порядке.
Некоторые из протоколов без установки соединения: Ethernet, IP и UDP.

Коммутация виртуальных каналов

Перед там как начать передачу данных устанавливается соединение. Пакеты включают лишь идентификатор соединения (connection identifier) вместо адреса и доставляются в том порядке, в котором были отправлены. Протоколы с ориентацией на соединение часто, но не всегда, надежные, т.е. подтверждают прием в случае удачной передачи, а также автоматический запрос на повторение (automatic repeat request(ARQ)) в случае отсутствия данных или ошибки передачи. Ориентированный на установку соединения протокол транспортного уровня, такой как TCP, может базироваться на сетевом протоколе без ориентации на установления соединения, таком как IP. В протоколах канального и сетевого уровня, ориентированных на установление соединения, все данные передаются по одному пути во время сессии. Протоколу нет необходимости внедрять в каждый пакет информацию об адресе назначения и адресе отправки, но только лишь идентификатор соединения, также известный как идентификатор виртуального канала (virtual circuit identifier (VCI)).
Некоторые из протоколов с установлением соединения: X.25, Frame relay, Asynchronous Transfer Mode (ATM), Multiprotocol Label Switching (MPLS) и TCP, GPRS.

Различия между передачей с установкой соединения и без оной могут быть найдены на разных уровнях модели OSI:

  • Транспортный уровень: TCP – ориентированный на соединение транспортерный протокол, базирующийся на дейтаграммном протоколе (IP), в то время как UDP не ориентированный.
  • Сетевом уровне.
  • Канальном уровне: стандарт IEEE 802.2, определяющий Logical Link Control (LLC) — подуровневый протокол канального уровня, который предоставляет оба режима.

Во всех режимах пакетной коммуникации ресурсы сети распределяются благодаря статистическому мультиплексированию (statistical multiplexing) или динамичному распределению пропускной способности (dynamic bandwidth allocation) при которых канал связи эффективно разделяется на произвольное количество логических каналов с переменной скоростью передачи данных (variable-bit-rate channels).

Сеть с коммутацией каналов (Circuit switching network)

Коммутация каналов это метод, при котором происходит установка канала между узлами сети, перед тем как начинается передача информации. Задержка в этом случае носит константный характер в отличие от сети с коммутацией пакетов. Каждый из каналов не может быть использован другими участниками до тех пор, пока соединение не разрывается.
В сети с коммутацией пакетов существует технология, названная коммутацией виртуальных каналов (virtual circuit switching), которая имитирует коммутацию каналов, в том смысле, что перед началом передачи информации устанавливается соединение, а пакеты доставляются в последовательном порядке.

Немного из телекоммуникаций

Заметка, составленная помощью Википедии в качестве памятки.

Duplex

Дуплексная система коммуникации (duplex communication system) состоит из двух соединенных устройств, которые обмениваются информацией в обоих направлениях. (Если устройств больше чем два, такая система называется мультиплексированием (multiplexing, muxing)).

Дуплексные системы бывают двух видов:

  • Полудуплексная система (half-duplex) – предоставляет обмен информацией в обоих направлениях, но только в одном в данный момент времени (не одновременно). Таким образом, когда устройство начинает принимать сигнал, оно не сможет ответить до того пока, передатчик прекратит передачу. Это происходит из-за использования одной частоты. Типичным примером является рация.
  • Полнодуплексная система (full-duplex, double-duplex) — предоставляет обмен информацией в обоих направлениях одновременно. Пример, телефон и полнодуплексный Ethenet. Это возможно из-за использования разных частот для принятия и передачи. Достоинства полнодуплексного режима перед полудуплексным заключаются в отсутствии коллизий (collisions) и возможности использования полной пропускной способности в любое время.

Multiplexing

Мультиплексирование (multiplexing, muxing) – процесс в котором несколько аналоговых сигналов или цифровых потоков объединяются в один сигнал, транслирующийся по единой среде передачи (физическому каналу связи). Мультиплексирование разделяет низкоуровневый канал связи (low-level communication channel) на несколько высокоуровневых логических каналов (higher-level logical channels), по одному на каждый сигнал или поток. Обратный процесс называется демультиплексированием (demultiplexing).

Некоторые типы мультиплексирования:

  • Мультиплексирование с пространственным разделением сигналов

Для проводных коммуникаций SDM мультиплексирование подразумевает использование различных проводов для разных каналов. Пример, аналоговые аудио кабели, отдельно для каждого канала. В беспроводных сетях SDM мультиплексирование достигается за счет использования фазированной антенной решетки.

  • Мультиплексирование с частотным разделением сигналов

Аналоговая технология. Включение нескольких цифровых сигналов в один достигается путем использования различных частот для каждого из сигналов. Пример, кабельное телевидение, где по одной среде передачи данных (кабель) транслируются несколько каналов, а оборудование на стороне пользователя уже настраивается на конкретную частоту. Надо заметить, что в сфере оптических коммуникаций похожий способ называется мультиплексирование с разделением по длине волны (wavelength-division multiplexing,WDM).

  • Мультиплексирование с временным разделением сигналов

Цифровая технология. Передача нескольких потоков осуществляется за счет последовательной передачи группы битов или байтов из каждого потока. При правильной реализации принимающее устройство не заметит, что часть времени было отведено под другой логический путь.

На временной разделение сигналов похож другой способ мультиплексирования названный статистическим мультиплексированием (с разделением времени) (statistical multiplexing). Его используют для эффективной передачи переменного цифрового потока через среду с ограниченной пропускной способностью (fixed bandwidth). При статическом мультиплексировании физический канал передачи данных разделяется на произвольное количество логических каналов с динамичным битрейтом, адаптируемым к потоку данных в каждом из каналов.

Базовое о сетях

Основные типы кабелей:
Неэкранированная витая пара, экранированная витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно.

Наиболее часто используются витые пары, при этом экранированного отличается от неэкранированным, как можно догадаться, экраном. В них два или более изолированных проводника заплетены в косичку и упрятаны в кожухе.

В коаксиальном кабеле центральный медный проводник окружен пластиковым изолятором, сеточным экраном, и пластиковым кожухом.

Оптоволокно высокоскоростно и дорого. Используется в основном для покрытия больших расстояний до 3 км и более.

Категории и уровни кабелей типа витая пара отражают их возможность переносить трафик, т.е. скорость. Для примера, Category 5 может переносить данные со скорость от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с, Category 6 — свыше 1 Гбит/с.

100 Мбит Ethernet использует 4 провода в кабеле Cat-5 (в котором 8 проводов) поэтому по нему можно пустить 2 соединения. Для 1000 Мбит можно также использовать кабель Cat-5, но данные будут передаваться уже по всем 8 проводам. Поскольку Cat-5 это около 75% существующих кабелей, переход на 1000 Мбит возможно осуществить без замены.

Основные сетевые девайсы:

  • Repeaters. Увеличивают протяженность сети.
    Репитеры работают на первом, физическом, уровне OSI. Они соединяют два участка строго одного типа, например, 10Base-2 Thin Ethernet.
  • Bridges. Проапгрейженные repeaters.
    Мосты соединяют два сегмента сети вместе, но пропускают трафик из одного в другой, только если он туда предназначается. Используют для разделения сети на несколько частей. Находятся выше репитеров по пищевой цепочке, на 2 канальном уровне. Исследуют MAC адрес каждого пакета и определяют по нему, куда пакет направляется.
  • Hubs (concentrators). Используются для соединения точек друг с другом в топологии типа звезда.
    Хабы (от the Hub амер. Бостон) используются для соединения точек с основной магистралью. Точки соединяются с хабом стилем звезды. Количество точек может быть от 2 до 100 и более, хотя обычно 24. Хабы транслируют данные от одного порта всем другим, поэтому ничто не защищает от collisions между пакетами от разных точек. Хабы работают на физическом уровне (уровень 1) модели OSI. Поэтому девайс можно рассматривать как форму мультипортового репитера.
  • Routers. Направляют трафик в различных важных случаях.
    Роутеры (от англ. ручной строгально-шлифовальный станок) более умная версия мостов. Находятся на третьем, сетевом, уровне модели OSI. Поэтому они позволяют соединять сети уровни OSI 1-3 которых отличаются. К примеру, с одной стороны 100Base-T, а с другой ISDN. Так же на роутерах присутствует дополнительное соединение до терминала, с которого можно управлять самим роутером. Часто используются для организации WAN (соединенные между собой LAN).
  • Switches. Образуют быстрое соединения между девайсами подключенными к ним.
    Свитч можно представить как мост с несколькими портами. Соединения формируются между определенными портами поэтому, что позволяет исключать collisions.
    Свитчи часто используют для присоединения нескольких хабов к магистрали. В настоящее время почти полностью заметили хабы. Находятся на втором, data link layer канальном, уровне.
  • Gateways. Контроллируют все 7 уровней OSI. Основная задача соединять разные на одном и более уровнях OSI сети путем конвертации протоколов. Как правило, выполняются в виде software в составе роутеров.

TCP/IP

При использовании TCP/IP существуют несколько вариантов адресов:
Unicast – from one to one (т.е. непосредственное соединение между двумя компьютерами), multicast – from one to many (т.е. один компьютер подключается к нескольким, но не всем, компьютерам в сети) и broadcast – from one to any (т.е. один компьютер транслирует сообщение на все компьютеры в сети). С IPv6 добавили еще один вариант anycast – from one to one of many (т.е. сообщение транслируется на один, как правило, ближайший, компьютер, выбранный из пула компьютеров, симбиоз unicast и multicast).

IP–адрес состоит из двух частей – network ID и host ID, NID – определяет к какой сети принадлежит компьютер, а HID – определяет сам компьютер в этой сети. Для четкого разделения какая часть IP определяет сеть, а какая – компьютер в этой сети, создана Subnet mask по виду похожая на IP. В ней цифры указываются таким образом, что места с 255 – определяют сеть, т.е. Network ID, а «0» — Host ID. На самом деле число между точками называется октетом, потому что в бинарном виде оно представляет собой 8-битное число, отсюда и ограничение в октете с 0 = 0000 0000 до 255 = 1111 1111, а для того чтобы уменьшить кол-во возможных внутренних адресов в бинарном виде оставляют нужное количество нулей в Host ID.

Host ID в свою очередь не может состоять только из всех 0 – в этом случае он ссылается на саму сеть или всех 255 – это адрес зарезервирован для broadcast.

Компьютеры могут соединяться непосредственно только с компьютерами, принадлежащими к той же сети. Не только физически, но и логически. Т.е. иметь одинаковый Network ID. Для установления соединения между двумя хостами, принадлежащими разным сетям необходимо использовать роутер. Осуществляется это через т.н. Default Gateway – IP-адрес роутера, через который осуществляется соединение с внешними хостами, не принадлежащими данной сети.

Как уже отмечалось WAN это несколько соединенных вместе LAN. Для мелких сетей разумнее создавать VPN — virtual private networks.

VPN — это частная сеть созданная через публичную сеть (Интернет). Данные пересылаются через т.н. туннели в зашифрованном виде. Наиболее популярные туннельные протоколы: Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP), Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) и Internet Protocol Security (IPSec). Существуют несколько способов организации VPN: с использованием роутера, firewall и SSL VPN (доступ к которому клиент получает через обычный браузер с поддержкой SSL).

P.S. Если у вас есть желание что-то дополнить или вы нашли ошибку просьба написать об этом в комментарии к этому сообщению.