Опишите процессы синхронизации в компьютерных сетях
Синхронизация - это процесс установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами. Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизации - это синхронизация переданного и принятого цифровых сигналов данных, при которых устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых единичных элементов сигналов, групп единичных элементов этих сигналов и циклов их временного объединения. Поэлементная синхронизация обеспечивает на приеме разделение одного единичного элемента от другого и тем самым создает наилучшие условия для его регистрации. Групповая синхронизация обеспечивает разделение принятой последовательности на кодовые комбинации, а цикловая синхронизация — разделение циклов временного объединения элементов на приеме.
Процесс синхронизации может обеспечиваться за счет как автономного источника (эталона времени), так и принудительной синхронизации. В качестве автономного источника обычно используют местный (локальный) генератор с высокой стабильностью. Принудительная синхронизация может основываться на использовании отдельного канала, по которому передаются импульсы, необходимые для подстройки местного генератора, или на информационной (рабочей) последовательности передаваемых сигналов.
Для синхронизации в сети необходим наилучший источник синхронизации - тактовый генератор или таймер для всех узлов сети. Нужно иметь не только высокоточный тактовый генератор, но и надежную систему передачи синхронизирующего сигнала на все узлы сети или сеть синхронизации. Система или сеть синхронизации имеет определенную иерархию, В узлах сети размещают первичный эталонный генератор (ПЭГ) тактовых импульсов PRC (Primary Reference Clock), или первичный таймер, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники - вторичный или ведомый эталонный генератор (ВЭГ) тактовых импульсов SRC ( Secondary Reference Clock), или вторичный таймер, реализуемый в виде таймера либо транзитного узла TNC (Transit Node Cloc), либо локального (местного) узла LNC (Local Node Cloc). Первичный таймер обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов (цезиевые или рубидиевые часы) с точностью не ниже 10" . 10" 14 . Его калибруют вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени UTC (Universal Time Coordinated). Эти сигналы затем распространяются по наземным линиям связи для реализации того или иного метода синхронизации.
Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным отметкам, т.е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными.
В тоже время существуют процессы, в которых нет такой привязки и они могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными.
Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени. В системах передачи данных используется два способа передачи данных: синхронный и асинхронный.
При синхронной передачи информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаруживать ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают – ошибок нет. Блок данных принят. Если же последовательность не совпадает – ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии.
При асинхронной передаче данные передаются в канал связи как последовательности битов, из которой при приеме необходимо выделить байты для последующей их обработки. Для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяют произвести выделение их из потока передачи. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используются несколько таких битов. Дополнительные стартовые и стоповые биты несколько снижают эффективную скорость передачи данных и соответственно пропускную способность канала связи. В тоже время асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалогов в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.
3.3 Способы передачи цифровой информации
Цифровые данные по проводнику передаются путем смены текущего напряжения: нет напряжения – «0», есть напряжение – «1». Существуют два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый.
При цифровом или узкополосном способе передачи данные передаются в их сетевом виде на единой частоте. Узкополосный способ позволяет передавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый момент времени возможность использования передающей среды только двумя пользователями и допускает нормальную работу только на ограниченном расстоянии. В то же время узкополосный способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными – до 10 Мбит / с и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. Подавляющее число локальных вычислительных сетей используют узкополосную передачу.
Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот.
При аналоговом способе передачи происходит управление параметрами сигнала несущей частоты для передачи по каналу связи цифровых данных.
В сетях высокого уровня иерархии – глобальных и региональных используется также и широкополосная передача, которая предусматривает работу для каждого абонента на своей частоте в пределах одного канала. Это обеспечивает взаимодействие большого количества абонентов при высокой скорости передачи данных.
Широкополосная передача позволяет совмещать в одном канале передачу цифровых данных, изображение и звука, что является необходимым требованием современных систем мультимедиа.
Типичным аналоговым каналом является телефонный канал. Когда абонент снимает трубку, то слышит равномерный звуковой сигнал – это и есть сигнал несущей частоты.
За последние два десятка лет Ethernet стала доминирующей технологией передачи данных, особенно в телекоммуникационных и беспроводных сетях поставщиков услуг благодаря своей простоте и низкой стоимости. Однако асинхронная природа этой технологии вызывает определенные трудности передачи данных. В статье, являющейся авторизованным переводом [1], рассматриваются основные характеристики сети Synchronous Ethernet, концепции по синхронизации и требования, а также некоторые общие проблемы, с которыми сталкиваются разработчики печатных плат при использовании SyncE.
Такие услуги по мультиплексной передаче с временным разделением каналов (Time Division Multiplexing — TDM) как T1/E1 и SONET/SDH требуют синхронизации между источником и узлом назначения. Аналогично, беспроводные базовые станции требуют синхронизации с основными часами, чтобы обеспечить непрерывную передачу управления между соседними ячейками.
Несмотря на то, что существует несколько способов для установления синхронизации по Ethernet-сети, все они построены на основе стандарта Synchronous Ethernet (SyncE). В SyncE применяется интерфейс физического уровня для межузловой синхронизации, которая осуществляется так же, как в технологиях SONET/SDH или T1/E1. Это обстоятельство вселяет в поставщиков беспроводных услуг уверенность, что сети на базе SyncE не только окажутся экономичными, но и будут обладать высокой надежностью, как сети на базе SONET/SDH или T1/E1.
SyncE представляет собой стандарт распределения частот по каналам Ethernet. Другие стандарты, например IEEE Std. 1588 Precision Time Protocol (PTP), IETF Network Time Protocol (NTP) и т.д. были разработаны и продолжают совершенствоваться с целью обеспечить высокое качество разделения каналов во времени и удовлетворить требованиям ACR (Adaptive Clock Recovery — адаптивное восстановление тактовой синхронизации).
По мере роста интереса со стороны операторов и провайдеров услуг многие поставщики оборудования разрабатывают оборудование с возможностями SyncE для этого нового доходного рынка. Однако разработчикам Ethernet-оборудования часто не хватает глубокого понимания вопросов синхронизации, из-за чего они недооценивают сложность этой задачи. Обычно считается, что синхронизация по Ethernet-сети достигается путем замены несинхронизированного кварцевого генератора, используемого для устройств физического уровня (PHY) Ethernet, устройством общего назначения PLL (Phase Locked Loop — система фазовой автоподстройки частоты, ФАПЧ).
Разумеется, это неверное предположение и основанные на нем проекты обречены на провал.
Синхронизация — определяющее требование для функционирования систем связи. Эти системы базируются на TDM-технологиях (T1/E1 и SONET/SDH), которые наилучшим образом подходят для передачи трафика с постоянной скоростью, например оцифрованных голоса и видео. TDM-технологии позволяют получить небольшую задержку передачи при малых отклонениях от этого значения — два основных параметра, обеспечивающих требуемое качество сигнала.
Малая задержка передачи сигнала достигается только при условии минимальной буферизации данных в каждом узле. Это значит, что все узлы в TDM-сети должны быть жестко синхронизированы с задающим генератором, чтобы предотвратить потерю данных. Если у какого-то узла несколько другая частота даже в течение небольшого времени, его буфер либо переполнится, либо опустошится, и выборки данных потеряются или повторятся для поддержания постоянной скорости передачи. Синхронизация сети в системах связи основана на иерархии, в которой самая верхняя позиция отведена опорному генератору с наивысшей точностью (см. рис. 1).
Иерахическую верхушку занимает первичный опорный генератор PRC/PRS (Primary Reference Clock, или Primary Reference Source) с точностью 10 –11 , означающей, что на каждые 10 11 импульсов синхросигнала приходится на один импульс больше или меньше по сравнению с идеальным синхросигналом. Наручные часы при такой точности ошибались бы на 1 с каждые 10 11 с (3172 года).
Радиосигналы PRC/PRS поступают от цезиевых (атомных) часов систем глобального позиционирования GPS, ГЛОНАСС и LORAN-C.
Следующий уровень иерархии отведен блоку синхронизации SSU (Synchronization Supply Unit, или Building Integrated Timing Supply (BITS)). SSU/BITS имеет функцию переключения генератора в режим удержания, которая позволяет этому блоку генерировать синхросигнал с более высокой точностью, чем его собственная точность в автономном режиме в течение короткого времени после потери синхронизации с генератором PRC/PRS. Блок SSU/BITS обычно реализуется совместно с цифровой системой фазовой автоподстройки частоты (DPLL), управляемой с помощью рубидиевых часов.
Третий уровень иерархии занимает блок внутренних часов SEC (SDH — SDH Equipment Clock), или блок SONET Minimum Clock (SMC). SEC/SMC также снабжен функцией переключения генератора в режим удержания, но ее параметры и характеристики автономного режима хуже требуемых для SSU/BITS. SEC/SMC, как правило, имеет цифровую систему ФАПЧ, которая управляется термостатированным кварцевым генератором (TCXO). Следует заметить, что у всех уровней иерархии начиная со второго и ниже точность синхронизации равна точности блока PRC/PRS, до тех пор пока связь с ним не прервется.
Из соображений надежности едва ли можно ожидать, что глобальные сети связи будут синхронизироваться только с блоком PRC/PRS. На практике они используют структуру разделения каналов по времени наряду с независимо работающими блоками PRC/PRS. У каждого поставщика услуг связи имеется собственный блок
PRC/PRS, и это значит, что глобальная сеть связи состоит из синхронизированных участков, соединенных с помощью плезиохронных (почти синхронных) звеньев.
Если блоки PRC/PRS и SSU/BITS обычно реализуются как автономные элементы, предназначенные только для синхронизации (не для передачи данных), то SEC/SMC являются исключительно частью сети, как например мультиплексор ввода/вывода.
Традиционная Ethernet-сеть изначально предназначалсь для передачи асинхронного трафика данных, т.е. требования к прохождению сигнала синхронизации от источника к приемнику не выдвигались. В действительности, старая 10-Мбит/с (10Base-T) Ethernet-сеть была не в состоянии передавать этот сигнал по интерфейсу физического уровня, т.к. использовавшийся в ней передатчик 10Base-T прекращал передачу сигнала в интервалах незанятости.
Передатчик 10Base-T каждые 16 мс отправлял единичный импульс, уведомлявший приемную сторону о своем присутствии. Разумеется, таких редких импульсов недостаточно для установления синхронизации после сбоя на приемнике. Интервалы незанятости в более быстрых разновидностях Ethernet-сетей (100 Мбит/с, 1 и 10 Гбит/с) постоянно регистрируются при появлении фронта импульса, что позволяет непрерывно и с высоким качеством восстанавливать тактовую синхронизацию на приемнике. Эти разновидности являются хорошими кандидатами для реализации синхронизированной Ethernet-сети.
На рисунке 1 схематически представлена сеть Gigabit Ethernet (1000Base-T) для передачи сигнала по медному проводу.
В Gigabit Ethernet с медным проводом используется линейное кодирование наряду с передачей по всем четырем парам кабеля CAT-5 для компенсации ограниченной ширины полосы витой пары этого кабеля. Передача осуществляется одновременно в оба конца, как это происходит в сетях ISDN и xDSL, где для подавления эха применяются алгоритмы цифровой обработки сигнала.
Подавление эха значительно упрощается в том случае, если частота, с которой передаются данные, одинакова в обоих направлениях. Это достигается в концепции master/slave (ведущий/ведомый) сети Gigabit Ethernet. Ведущий блок отправляет синхросигнал от независимого кварцевого генератора, а ведомый блок восстанавливает опорный тактовый сигнал из полученных данных и использует его для передачи собственных данных. Ведущий и ведомый блоки определяются в автопереговорном процессе. Ведущему блоку, как правило, назначается редко используемое случайное значение, но оно устанавливается и вручную.
Из рисунка 2 видно, что синхронизация действительно осуществляется в Ethernet на каждом сетевом сегменте между двумя соседними узлами, но она не распространяется от сегмента к сегменту. Таким образом, узел принимает тактовый сигнал, восстанавливает его, а затем пересылает всем передающим узлам (см. рис. 3).
Разумеется, восстановленный сигнал нуждается в очистке с помощью ФАПЧ, позволяющей устранить джиттер из цепи восстановления тактового сигнала до того, как он поступит на передающее устройство. Кроме того, необходимо вручную настроить порты в тракте передачи сигнала синхронизации, что делается для чередования функций ведущего и ведомого блоков (только для сети 1000Base-T).
В случае оптоволоконной сети Gigabit Ethernet (1000Base-X) или 10 Gigabit Ethernet (10GBASE) такая необходимость отсутствует, т.к. один волоконный тракт используется для передачи, другой — для приема (по одному оптоволокну сигнал передается только в одном направлении) и, следовательно, функции ведущего и ведомого узлов не требуются.
Любое устройство физического уровня сетей Gigabit Ethernet или 10 Gigabit Ethernet должно поддерживать синхронизированную Ethernet-сеть, обеспечивая восстановленный синхросигнал на одном из своих выходов. Восстановленный синхросигнал очищается с помощью системы ФАПЧ и передается на вход 25-МГц кварцевого генератора физического устройства. Несколько новых физических устройств Ethernet-сети обеспечивают специальный вывод для входного тактового сигнала. Преимуществом этого метода является то, что частота входного сигнала может быть выше 25 МГц — чем выше частота синхронизации, тем, как правило, меньше джиттер. Кроме того, данный метод позволяет избежать каких-либо потенциальных проблем, связанных с циклом синхронизации физического устройства.
Из сказанного можно сделать преждевременный вывод о том, что единственная функция системы ФАПЧ, используемой в технологии SyncE, заключается в очистке восстановленного сигнала от джиттера. Однако в SyncE схема ФАПЧ должна обеспечивать и другие функции.
Например, если приемное устройство физического уровня (см. рис. 3, узел 2, PHY 1) отсоединилось от линии, восстановленная частота синхронизации перестанет или начнет дрейфовать, в зависимости от того, как реализована схема восстановления синхронизации после сбоя. ФАПЧ общего назначения не отследит этого большого изменения в частоте на передающем физическом устройстве (см. рис. 3, узел 2, физ. уровень 2), и в результате не только тактовый сигнал не будет передан, но и, возможно, не произойдет и передача данных.
Схема ФАПЧ в технологии SyncE должна обнаруживать сбой восстановленного сигнала синхронизации и уметь переключаться либо на другой хороший опорный сигнал системы, либо переключать генератор в режим удержания. Требования к SyncE кратко изложены в спецификации внутренних часов синхронной Ethernet-сети (ITU G.8262/Y1362). Эти требования основаны на спецификации ITU-T G.813 для тактовых сигналов стандарта SDH. Ниже перечислены основные требования ITU G.8262/Y1362.
– Точность в автономном режиме: точность выходного сигнала схемы ФАПЧ, когда она не управляется опорным сигналом, должна быть равной или выше чем ±4,6 ppm в течение одного года. Это очень высокая точность относительно точности традиционной Ethernet-сети (±100 ppm).
– Режим удержания: система ФАПЧ постоянно рассчитывает среднее значение частоты синхронизированного опорного сигнала. В случае если опорный сигнал не поступает, а также отсутствуют другие опорные сигналы, ФАПЧ переходит в режим удержания и генерирует выходной синхросигнал на основе расчетного среднего значения. Устойчивость режима зависит от разрешения усредняющего алгоритма и стабильности частоты генератора, используемого в качестве задающего тактового генератора ФАПЧ.
– Контроль за опорным сигналом: система ФАПЧ должна постоянно контролировать качество входных опорных сигналов. Если оно ухудшается (сигнал исчезает, или дрейфует частота), блок ФАПЧ подает сигнал тревоги (прерывания) и переключается на другой действующий опорный сигнал.
– Переключение опорного сигнала без паузы: если ФАПЧ-система не обнаруживает опорного сигнала, она захватывает другой опорный сигнал. При этом фаза сигнала не изменяется.
– Фильтрация джиттера и стабилизация дрейфа: блок ФАПЧ можно рассматривать как фильтр для джиттера и средство стабилизации дрейфа. Чем уже ширина полосы петли, тем меньше джиттер и дрейф.
– Устойчивость к джиттеру и дрейфу: система ФАПЧ должна быть устойчивой к большому джиттеру и дрейфу на входе и поддерживать синхронизацию, не генерируя сигнала тревоги.
Эти жесткие требования можно удовлетворить только с помощью цифровой системы ФАПЧ (DPLL), схожей с той, которая используется для синхронизации сети SONET/SDH. Основное различие заключается в том, что система SyncE DPLL должна захватывать и генерировать тактовые частоты, используемые в Ethernet (25, 125 и 156,25 MГц), тогда как в SONET/SDH задействованы другие значения тактовых частот (19,44 и 155,52 MГц).
SyncE-системы операторского класса должны обеспечивать высоконадежное функционирование при всех условиях. Для этого наиболее важные компоненты системы имеют некоторую избыточность, в т.ч. в отношении синхронизации.
Синхронизация в системе операторского класса реализуется с помощью двух плат, с которых тактовые сигналы поступают на несколько линейных плат через общую плату, как видно из рисунка 4. Все линейные платы синхронизируются с тактовым сигналом, поступающим с активной платы. Если, например, ее не подключили, линейные платы станут синхронизоваться с сигналом, поступающим с резервной платы. Переключение с одной платы синхронизации на другую не должно вызывать прерывания или сбой в системе.
Две платы синхронизации обеспечивают защиту системы на случай отказа одной из них. Из рисунка 4 видно, что платы имеют возможность синхронизоваться от более чем одного опорного сигнала. Плата принимает опорные сигналы из нескольких источников, выбирает один из них, очищает от фазового шума с помощью цифровой ФАПЧ и передает линейным платам через общую панель. Цифровая схема ФАПЧ является наиболее важной составляющей платы синхронизации. Опорные сигналы цифровой ФАПЧ могут поступать извне с блока SSU/BITS, изнутри с линейных плат или от другой платы синхронизации в системе. Цифровая ФАПЧ платы синхронизации должна отвечать всем требованиям рекомендации ITU-T G.8262/Y1362.
Как видно из рисунка 4, каждая линейная плата оснащена схемой цифровой ФАПЧ, которая позволяет уменьшить джиттер и преобразовать частоту, например, 25-МГц тактового сигнала в один или более тактовый сигнал для Ethernet PHY с частотой 125, 156,25, 155,52 МГц и т.д.
Цифровая ФАПЧ линейной платы должна также обеспечить переключение без паузы между активным и резервным тактовым сигналом, например в случае, когда активный синхросигнал неожиданно исчезает, а система еще не обнаружила сбой и не переключила цифровую схему ФАПЧ линейной платы на резервный опорный сигнал. Для цифровой ФАПЧ линейной платы, как и для любой другой сехмы ФАПЧ, требуется кварцевый генератор.
Стоимость этого генератора невысока, т.к. для цифровой ФАПЧ линейной платы не требуется режим удержания (кроме коротких интервалов времени переключения с активного на резервный тактовый сигнал). В случае если этот режим занимает продолжительное время, система использует цифровую ФАПЧ платы синхронизации и потому ей необходимы кварцевые генераторы более высокого качества (TCXO, OCXO).
Малые SyncE-системы, которым не требуется резервная синхронизция, обычно имеют только одну цифровую схему ФАПЧ. Она должна удовлетворять всем требованиям как цифровой системы ФАПЧ платы синхронизации, так и цифровой ФАПЧ линейной платы. У этой ФАПЧ должна быть узкая ширина полосы петли, функция удержания высокого качества (требуется TCXO или OCXO), возможность переключения опорного сигнала без паузы и очень малый собственный джиттер. В зависимости от того или иного приложения, может также потребоваться, чтобы эта цифровая ФАПЧ генерировала такие частоты как 8 кГц; 2,048; 1, 544; 34,368; 44,736 МГц и т.д.
На рисунке 5 показан цифровой канал связи (Digital Loop Carrier, или ЦКС) следующего поколения, работающий на тактовых частотах Ethernet-сети и телекома. Этот канал устанавливается таким образом, чтобы объединить трафик телефонных станций, линий xDSL и сетей T1/E1, свести к минимуму количество линий, идущих в центральный офис (ЦО), и увеличить скорость передачи данных по xDSL за счет укорачивания медных линий.
Совокупный трафик передается в ЦО по оптоволоконному кабелю или нескольким медным линиям. Традиционно, в ЦКС для передачи данных между этим каналом и центральным офисом использовались технологии SONET/SDH или T3/E3. Однако эти каналы заменили Ethernet-сетью благодаря низким капитальным затратам и операционным расходам на ее реализацию.
Системы, реализующие синхронный метод передачи отличаются наличием дополнительной линии связи, т.е. кроме основной линии связи, по которой передаются данные, используется еще одна дополнительная линия, служащая для передачи синхронизирующих импульсов. В этих системах выдача бытовых данных передающей станции в связи и выборки данных, принимающей станции производится в моменты появления синхронизирующих импульсов. При такой организации связи, синхронизация приема передающих устройств осуществляется достаточно надежно, однако, платой за эту надежность служит увеличение стоимости за счет необходимости организации дополнительной связи.
2) Асинхронный тип передачи.
В системах с таким режимом работы не требуется использования дополнительной линии связи. В этом случае передача данных осуществляется необходимыми блоками, фиксированной длиной (байтами). Синхронизация принимающей станции обеспечивается тем, что перед каждым передаваемым байтом посылается дополнительный байт (старт бит). А после каждого переданного байта передается еще один дополнительный бит (стоп бит).
Данный метод синхронизации целесообразен только в системах с низкими ростами передач.
3) СПД с автоподстройкой.
Передача данных в этих системах также не требует дополнительной линии связи, но применяется в современных высокоскоростных СПД.
В этих системах синхронизация достигается за счет использования само синхронизирующих кодов. В этом случае кодирование передаваемых данных заключается в том, чтобы обеспечить регулярные и частные изменения уровней сигналов. Каждый переход уровня сигнала от высокого к низкому или наоборот используется для подстройки приемника. Чем чаще осуществляются переходы с уровня на уровень, тем надежнее происходит синхронизация приемника и более уверенно осуществляется идентификация принимаемых байтов.
Наиболее распределенными в системах СПД с автоподстройкой является следующие само синхронизирующие коды: потенциальный код без возвращения к нулю, потенциальный код с возвращением к нулю, манчестерский код.
Классификация информационных сетей
Для классификации компьютерных сетей могут быть использованы различные характеристические признаки. Однако чаще всего информационные сети классифицируют по территориальному признаку, т.е. по масштабу той территории, которую охватывает данная сеть. Согласно этой классификации сети принято делить на три типа:
1) Локальная сеть. К ней относится система ПД, охватывающая ограниченную территорию (здание, предприятие).
2) Региональная сеть. Это сеть передачи данных охватывающая территорию некоторого ограниченного административно выделенного режима (город, область).
3) Глобальная сеть. То есть сеть пеердачи данных, пределы действия которой могут быть ограничены только размерами Земного шара.
Приведем сравнительный анализ характеристик локальных и глобальных сетей (с учетом, что региональные сети – промежуточное звено, обладающее свойствами как локальных, так и глобальных сетей).
1. Протяженность, качество и способ прокладки каналов связи. Локальные сети отличаются от глобальных сетей малым расстоянием между узлами сети. Под узлом сети понимается точка сопряжения двух или более каналов связи. В узлах сетей ЭВМ обычно располагается аппаратура, выполняющая обработку данных. Небольшое расстояние между узлами в локальных сетях позволяет использовать качественные каналы связи. В отличие от локальных сетей в глобальных сетях, в значительной степени используют уже существующие линии связи, изначально предназначенные для уравнений цепей. В частности многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения, тогда как в локальных сетях они прокладываются заново.
2. Сложность методов передачи и аппаратуры, так как надежность связи глобальных сетей ниже, чем локальных, то для них требуется более сложные методы помехоустойчивого кодирования и т.д. С другой стороны в локальных сетях в силу значительно более высокого качества каналов связи можно применять более простые процедуры пеердачи данных.
3. Скорость обмена данными. Одним из отличий локальных сетей от глобальных явлений является наличие высокоскоростных каналов связи между узлами.
В локальных сетях скорость передачи обычно лежит в диапазоне от 10 до 100 Мега бит в секунду и сравнима со скоростью работы узлов в компьютерных устройствах. Для глобальных сетей характерны довольно низкие скорости передачи данных (на уровне 10 кило бит в секунду) и только магистральных каналах, объединяющих локальные сети в глобальную сеть скорости, могут достигать несколько гигабит в секунду.
5. Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть несколько мини секунд, как в глобальной сети несколько секунд. Поэтому низкая скорость пеердачи данных в глобальных сетях затрудняет работу служб в режиме Online, который является обычным для локальных сетей.
6. Использование метода коммутации пакета. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки (отношение типовой нагрузки и обычной может достигать 100 и более раз). Такой график называют пульсирующим. Из-за этой особенности графико-локальных сетей для связи узлов в них применяются метод коммутации пакетов, который в условиях пульсирующего графика сказывается более эффективным, чем метод коммутации каналов (традиционный для глобальных сетей).
7. Масштабируемость. Под этим термином в сетях понимается возможность наращивать количество узлов и увеличение протяженности линий связи в широких пределах без улучшения производительности сети. Классические варианты локальных сетей обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых технологий (топологий). Что определяет возможности подключения дополнительных станций. К локальным сетям, напротив, присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.
В настоящее время существует тенденция сближения технологий локальных и глобальных сетей. И отличие между ними становится менее заметно.
С развитием вычислительной техники и информационных технологий возникает не - обходимость в более совершенных средствах обработки информации . В эпоху централизо - ванного использования ЭВМ с пакетной обработкой пользователи приобретали компьютеры , на которых можно было решать почти все классы задач . Однако принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надёжности процесса обработки , не обеспечивал временные параметры при диалоговой системе обработки в многопользователь - ском режиме . Выход из строя центральной ЭВМ был роковым для системы в целом .
Поэтому стали появляться системы , представляющие собой большое количество от - дельных , но связанных между собой компьютеров , которые могли обмениваться информаци - ей . Такие системы называются компьютерными сетями .
В процессе эксплуатации и эволюции возникло несколько типов компьютерных сетей . Первый этап перехода от централизованной к распределённой обработке данных – появление многомашинных ассоциаций . Эта система , выполняемая на независимых , но связанных меж - ду собой компьютерах , осуществляющих распределённую обработку данных .
Многомашинный вычислительный комплекс – группа установленных рядом вычисли - тельных машин , объединённых с помощью специальных средств сопряжения и выполняю - щих совместно единый информационно - вычислительный процесс .
Дальнейшее развитие многомашинных вычислительных комплексов привело к созда - нию качественно новой системы – компьютерных сетей . Компьютерная ( вычислительная ) сеть – совокупность компьютеров и терминалов , соединённых с помощью каналов связи в единую систему , удовлетворяющую требованиям распределённой обработки данных .
Основные отличия компьютерных сетей от многомашинных вычислительных ком - плексов следующие :
∙ размерность . Многомашинный вычислительный комплекс состоит обычно из двух - трёх ЭВМ , сеть может содержать десятки и даже сотни ЭВМ ;
∙ распределение функций ЭВМ внутри сети . В многомашинных вычислитель - ных комплексах все ЭВМ вычисляют одно и то же и лишь страхуют друг дру - га , в сети функции обработки данных распределены между различными ЭВМ ;
к другой может быть передано по различным маршрутам .
В компьютерных сетях появляются специальные обозначения и термины . Абоненты сети – это объекты , генерирующие или потребляющие информацию в сети . Станция в се - ти – это аппаратура , выполняющая функции приёма и передачи информации . Физическая передающая среда ( ФПС ) – линии связи или пространство , в котором распространяются электрические сигналы , и находится аппаратура передачи данных . На базе ФПС строится коммуникационная сеть , обеспечивающая передачу информации между абонентскими сис - темами . Эта сеть представляет собой обобщённую структуру компьютерной сети .
Компьютерные сети могут классифицироваться по разным параметрам , например , по технологии передачи информации , по размерам и т . п .
Существуют два типа технологии передачи информации :
∙ сети с передачей от узла к узлу .
Сети с передачей от узла к узлу состоят из большого количества соединённых пар машин . В такой сети пакету необходимо пройти через ряд промежуточных машин , чтобы до -
браться до пункта назначения . Часто при этом существует несколько возможных путей от источника к получателю .
По размерам сети делятся на три класса :
q глобальные сети (WAN – Wide Area Network);
q региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network);
q локальные сети (LAN – Local Area Network).
Глобальные сети объединяют абонентов , расположенных в различных странах и кон - тинентах . Взаимодействие осуществляется на базе телефонной связи , радиосвязи и систем спутниковой связи . Региональная сеть может включать абонентов внутри большого города , отдельной страны . Расстояния между абонентами достаточно велики . Локальная сеть обычно привязана к конкретному месту . Это фирма , предприятие , лаборатория ( см . рис . 5.1).
Читайте также: