Многоузловая коммуникационная подсеть

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Многоузловая коммуникационная подсеть (рис. 7) в отличие от одноузловой (рис. 3) имеет несколько коммуникационных систем. Поэтому кроме абонентских каналов здесь необходимы магистральные каналы, связывающие между собой коммуникационные системы. Характер взаимодействия этих систем по магистральным каналам определяется внутренним интерфейсом коммуникационной подсети. Многоузловая подсеть может (рис.2) иметь различную топологию. Так, на рис.7. показана кольцевая форма многоузловой подсети. Кроме того, многоузловая подсеть может (рис. 8) быть ячеистой. Эта форма чаще всего применяется в тех случаях, когда удобно или выгодно использовать простые необслуживаемые типы коммуникационных систем, каждая из которых коммутирует небольшое число каналов.

Рис. 7. Кольцевая многоузловая коммуникационная подсеть. Рис. 8. Ячеистая топология

Пример логической структуры многоузловой коммуникационной подсети, соответствующей схеме на рис. 7, показан на рис. 9. Каждая из коммуникационных систем при основном управлении организует три уровня протоколов: сетевой, канальный и физический.

В отличие от одноузловой подсети здесь (рис 1) используется два вида каналов: магистральные (8—10) и абонентские (1—7). Поэтому стандарты на сопряжение с каналом

(1, 1') управление каналами (2, 2') и передачу блоков данных могут быть различными. Для унификации оборудования программного обеспечения желательно, чтобы стандарты в многоузловой подсети были теми же, что и в одноузловой. Это позволяет при необходимости

в одноузловую подсеть добавлять вторую и последующие коммуникационные системы, превращая подсеть многоузловую.

Рис. 9. Логическая структура многоузловой подсети.

В одноузловой коммуникационной подсети коммуникационная система может иметь операторское обслуживание, и тогда здесь располагается административное управление подсетью. В многоузловой подсети операторское обслуживание каждой из коммуникационных систем является непозволительной роскошью. Поэтому в подсети должен быть единый центр, из которого обеспечивается дистанционное операторское обслуживание коммуникационных систем. Центр создается на базе коммуникационной либо абонентской системы.

Недостатки. Достоинства:

Административная система обеспечивает выполнение функции управления многоузловой подсетью. Система выполнена в виде настольного блока, в который встроен дисплей. Она выполняет значительное число функций, в перечень которых входят:

- автоматическое управление подсетью и контроль ее работы»

- удаленная поддержка функционирования коммуникационных, систем, в том числе удаленная загрузка их программного обеспечения,

- теледиагностика и измерение,

- сбор статистики и подготовка отчетов о работе подсети,

- восстановление работы после сбоев и поломок,

- удаленная реконфигурация подсети.

К положительным особенностям многоузловой коммуникационной подсети в первую очередь относятся:

- распределенная структура подсети, хорошо вписывающаяся в

топологию размещения абонентских систем,

- возможность использования простых необслуживаемых коммуникационных систем,

- способность одновременной передачи данных и речи, - использование простых скрученных пар проводов.

Вместе с тем многоузловая подсеть имеет и ряд недостатков,, например:

- значительное число коммуникационных систем и каналов,

- ограниченные скорости передачи информации,

- относительная сложность маршрутизации и управления передачей данных.

Моноканал

Моноканалом является коммуникационная подсеть, в которой •физическая среда обеспечивает одновременную (с точностью до распространения сигнала по физической среде) передачу блоков данных всем сразу подключенным к ней абонентским системам. В физической среде моноканала для осуществления передачи не происходит выделение каких-либо частотных полос, т. е. она используется полностью (монопольно). Поэтому моноканал часто называют каналом с передачей данных в основной частоте. Передача осуществляется в дискретной форме. Моноканал (рис.2) может иметь четыре формы: звездообразную, древовидную, магистральную и кольцевую.

Ядром звездообразного моноканала является (рис. 10) общее звено, которое состоит из ветвей, исходящих из одной точки и .заканчивающихся аппаратурой передачи данных. Последняя именуется блоками доступа (БД) к физической среде. Каждый блок доступа соединяется с абонентской системой каналом, называемым абонентским звеном.

Рис. 10. Звезообразный моноканал Рис. 11. Древовидный моноканал

Рис. 12. Магистральный моноканал Рис. 13. Кольцевой моноканал

Границы моноканала определяются точками интерфейса моноканала.

Древовидным моноканалом является, как это следует из названия, моноканал, общее звено которого образует (рис. 11) форму дерева. Такой моноканал используется в тех случаях, когда к нему необходимо подключить значительное число абонентских систем, находящихся на относительно большом расстоянии друг от друга.

В магистральном моноканале общее звено имеет форму магистрали. Его структура показана на рис.12. Она проста, удобна и поэтому приемлема для большинства сетей. Однако магистральный моноканал уступает древовидному в тех случаях, когда необходимо создать большую локальную сеть, например информационно-вычислительную сеть города.

Кольцевой моноканал (рис. 13) имеет форму кольца, к которому подключаются все абонентские системы сети. Этот моноканал имеет особенность, заключающуюся в том, что при передаче блоков данных системой В кольцо в точке в должно быть логически разорвано и превращено в магистраль.

Принцип передачи информации во всех моноканалах одинаков. Он заключается в том, что любой передаваемый блок данных почти одновременно (с точностью до запаздывания распространения сигналов) принимается всеми абонентскими системами. После этого каждая абонентская система просматривает полученные блоки данных, отбирает адресованные ей блоки и уничтожает остальные.

Логическая структура физических средств соединения, образующих моноканал, структура которого соответствует схемам, приведенным на рис. 10—13, показана на рис.14. Она содержит группу многоточечных соединений, на границах которых расположена аппаратура передачи данных, именуемая блоками доступа. Рассматривая структуру моноканала, следует отметить, что много-и одноузловые коммуникационные подсети содержат одну либо несколько коммуникационных систем, связанных группами физических соединений. Коммуникационные системы выполняют при основном управлении функции сетевого, канального и физического уровней. Каждый моноканал, хотя он не выполняет функций области взаимодействия открытых систем и образуется только группами физических соединений, также обеспечивает необходимый обмен информацией между абонентскими системами. Однако моноканал доставляет посланные блоки данных не одной, адресуемой, системе (как в узловых коммуникационных сетях), а всем подключенным к нему абонентским системам.

В информационно-вычислительной сети для передачи информации может использоваться не только один, но и несколько одинаковых либо различных моноканалов. Это происходит тогда, когда необходимо:

- увеличение производительности и надежности передачи данных,

- обеспечение передачи различных видов информации.

Например, в сети может быть несколько моноканалов, по одному из которых передаются кадры телевидения, по другому ведутся телефонные переговоры, а по остальным моноканалам взаимодействуют ЭВМ и терминалы.

Рис. 14. Логическая структура моноканала

Физическое подключение блока доступа к общему звену моноканала, построенному на плоском кабеле либо витой паре проводов, осуществляется достаточно просто. В тех же случаях, когда в качестве физической среды моноканала используется коаксиальный кабель, возникают некоторые трудности. В этом случае на практике используются два способа подключения блока доступа к общему звену.

Первый из них, именуемый разрушающим, заключается в том, что в точке подключения блока доступа коаксиальный кабель общего звена разрезается . В точку разреза вставляется тройник, дающий необходимое ответвление от общего звена.

Второй способ, называемый неразрушающим, состоит в том„ что в нужном месте коаксиальный кабель для получения необходимого ответвления прокалывается специальной тупой иглой. Игла, достигая центрального проводника кабеля, обеспечивает необходимый контакт. Для того, чтобы не произошло замыкания: на оплетку кабеля, игла у основания изолируется.

Сравнивая оба способа подключения, необходимо отметить, что разрушающий способ дает более надежный контакт блока доступа с коаксиальным кабелем общего звена моноканала. Однако разрезание коаксиального кабеля во многих точках приводит к снижению надежности моноканала, ибо обрыв общего звена даже в одной точке в этом случае ведет к остановке работы коммуникационной подсети. Кроме того, многократное разрушение коаксиального кабеля привносит помехи в его работу за счет появления всевозможных отражений в точках разреза. Поэтому все большее число производителей отказываются от разрушающего способа, широко использовавшегося ранее, когда необходимо было делать немного ответвлений.

Неразрушающий способ обеспечивает целостность общего звена. повышая надежность и качество работы моноканала. Использование данного способа обеспечивает также подключение новых блоков доступа и отключение ненужных блоков доступа во время работы сети, без прерывания ее нормального функционирования. Моноканал (рис. 3.17) состоит из блоков доступа и физической среды. Задачей блока доступа является обеспечение взаимодействия абонентских звеньев с физической средой моноканала и выполнение ряда функций, связанных с передачей информации через эту среду. Поэтому блок доступа имеет три модуля. Два из них обеспечивают сопряжение с абонентским звеном и моноканалом.. Их структура определяется типом используемых абонентских каналов и физической среды. Третий модуль блока доступа его логическая часть выполняет функции:

- самодиагностики неисправностей и передачи абонентской системе сигнала неисправности,

- отключения блока доступа (в случае его неисправности) от

физической среды и подключения его к физической среде,

- приема сигнала из физической среды и предварительной его обработки,

- передачи сигнала в физическую среду,

- прослушивания физической среды с целью определения ее занятости.

Блок доступа обычно располагается в труднодоступном месте рядом с физической средой, например коаксиальным кабелем. Поэтому он выполняется в виде закрытой коробки, располагаемой под полом либо в стене. Такое размещение требует, чтобы блок .доступа был достаточно надежным и получал необходимое ему питание от абонентской системы. Общее звено моноканала может •стать антенной, вносящей помехи в работу блока доступа и абонентской системы. Чтобы этого не произошло, осуществляется гальваническая развязка цепей блока доступа и общего звена моноканала. Развязка осуществляется при помощи импульсных трансформаторов.

Общее звено моноканала (рис10—13) состоит из одного либо нескольких сегментов — частей, каждая из которых не имеет ни одного повторителя (усилителя). Соединяются сегменты при помощи повторителей, восстанавливающих форму сигнала, которая искажается по мере прохождения сигнала через общее звено. В качестве общего звена моноканала чаще всего используют коаксиальный кабель. Однако при низких скоростях, не превышающих нескольких сотен бит в секунду, его заменяет витая пара проводов либо плоский кабель.

Особое внимание исследователей в последние годы привлекает использование в моноканалах волоконной оптики. Наиболее подходящими для использования световодов являются звездообразные моноканалы. Структура такого канала показана на рис. 15. Здесь, в отличие от рис. 10, общее звено представлено парами световодов, а в центре звезды установлен световой распределительный блок.

Общее

звено

Рис.15. Звездообразный моноканал выполненный на световодах

Абоненты моноканала оперируют только электрическими сигналами, а по световодам передаются лучи света. Поэтому блоки доступа в схеме, приведенной на рис. 15, кроме своих обычных функций выполняют операции, связанные с преобразованиями электрических сигналов в световые и обратно.

Технологически источник и преобразователь света должны быть точно подключены к торцу световода. Поэтому сейчас каждый световод передает информацию только в одном направлении. Вследствие этого каждый луч звездообразного общего звена схемы, изображенной на рис. 10, представляется на рис. 15 двумя световодами.

Распределительный блок благодаря осуществляемому в нем смешению световых сигналов обеспечивает передачу света, полученного по одному из лучей, всем исходящим из него лучам общего звена. Число лучей, а следовательно, и количество подключаемых к моноканалу абонентских систем могут достигать сотен. Естественно, что при наличии в моноканале абонентов источник света должен иметь мощность, достаточную для восприятия, приемниками света после деления света в распределительном блоке на N частей. Световоды используются и в магистральных моноканалах. Однако из-за технических трудностей, связанных с созданием ответвлений к блокам доступа, число последних не превышает пока десяти.

Моноканал является эффективным средством соединения значительного числа абонентских систем, имеющим серьезные преимущества:

Недостатки. Достоинства:

- возможность одновременной передачи данных и речи,

- высокие скорости передачи информации,

- простота прокладки моноканала,

- большая надежность работы,

- возможность подключения новых систем без остановки информационно-вычислительной сети,

- малая общая длина всех звеньев моноканала.

Вместе с тем моноканал обладает и рядом недостатков:

- высокая стоимость физической среды,

- сильные шумы, появляющиеся в моноканале при большом числе блоков доступа,

- относительно сложные формы управления передачей.

Поликанал

Нередко в информационно-вычислительных сетях для передачи7 данных используются методология и техника стандартного кабельного телевидения, обеспечивающие особенно высокую пропускную-способность. Так как производительность и скорость передачи данных здесь велики, то в физической среде выделяются частотные полосы. Поэтому через физическую среду, которой, как правило, является широкополосный коаксиальный кабель, передаются аналоговые (а не дискретные) сигналы.

Частотная полоса может выполнять те же функции, что и физическая среда рассмотренного в предыдущем параграфе моноканала, — передавать информацию от абонентской системы-отправителя ко всем абонентским системам информационно-вычислительной сети. Если обеспечить взаимодействие такой частотной полосы с необходимым числом блоков доступа, то получим коммуникационную подсеть, именуемую частотным многоточечным .каналом.

В случаях, когда это необходимо, в частотной полосе выделяется нужное число частотных, субполос, каждая из которых имеет небольшую пропускную способность и обеспечивает соединение .двух абонентских систем. Связав субполосу с блоками доступа, .можно создать частотный двухточечный канал.

Назовем поликаналом группу коммуникационных подсетей, •созданных на базе единой физической среды, в которой за счет частотного уплотнения выделяется множество логических частотных двух- и многоточечных каналов. По каждому частотному каналу, выделяемому в поликанале, информация передается наложением сигналов на несущую частоту. Так как поликанал характеризуется широким диапазоном передаваемых частот, то его нередко называют широкополосным каналом.

В схемном отношении поликанал выглядит так же, как и моноканал (рис. 3.10—3.12). Он состоит из физической среды и блоков доступа. Вместе с тем логическая структура поликанала существенно отличается от структуры моноканала. Главное отличие состоит в том, что моноканал образует одну, а поликанал — группу коммуникационных подсетей. Поэтому на базе моноканала строится одна, а на основе поликанала — множество коммуникационных подсетей.

Таким образом, через поликанал по К частотным каналам одновременно передается К сигналов. Число частотных каналов может достигать сотен. Так как поликанал образует множество частотных двухточечных каналов, он, как правило, имеет коммутатор каналов. Задачей последнего является подключение свободных двухточечных каналов к абонентским системам, которым необходимо провести сеанс передачи данных.

Как было показано (рис. 2), моноканал может иметь четыре 'формы: звездообразную, древовидную, магистральную либо кольцевую. Что же касается поликанала, то из-за наличия в нем значительного числа параллельно функционирующих частотных каналов кольцевая форма здесь не используется.

Каждый поликанал содержит большое число однонаправленных аппаратов (усилителей, расщепителей, повторителей и т. д.), поэтому частотные каналы, выделяемые в поликанале, передают информацию только в одну сторону.

Существует (рис. 3.19) два метода передачи информации в поликанале.

Первый из них заключается в том, что в поликанале выделяются пары частотных каналов, передача информации по которым осуществляется на различных частотах (на рис. 3.19,а показана только одна пара каналов). Канал 1 здесь собирает блоки данных, передаваемые абонентскими системами. Что же касается канала 2, то он, наоборот, раздает этим системам полученные им блоки данных. А так как каналы работают на разных частотах, то поликанал имеет головной преобразователь частоты. Его задачей является передача блоков, полученных из канала 1, в канал 2.

Существует (рис. 16) два метода передачи информации в поликанале.

Второй метод передачи информации заключается в том, что кабель делает (рис. 16,6) петлю в головной части поликанала и благодаря этому дважды проходит мимо всех блоков доступа. Одна его часть (подканал 1а) собирает блоки данных, а вторая (подканал 16) — раздает эти блоки. Такой поликанал назовем петлеобразным.

Сравнивая оба метода, следует отметить, что при использовании первого из них длина дорогостоящего поликанала (вместе с каналообразующими элементами: повторителями, расщепителями и т. д.) сокращается вдвое. Однако при этом вдвое уменьшается и пропускная способность поликанала, ибо одна его половина собирает, а вторая — раздает те же блоки данных. Поэтому выбор метода зависит от экономических факторов и необходимой пропускной способности поликанала.

Таким образом, в поликанале вся информация передается через: головной преобразователь частоты либо в головную часть поликанала. Вследствие этого в поликанале пути, по которым передаются блоки данных, оказываются в среднем вдвое длиннее, чем в моноканале. Так, на рис. 17 показаны пути передачи информации из абонентской системы В абонентскую систему как в моноканале (а), так и в частотном многоточечном канале поликанала (б).Во втором случае блоки проходят через головную часть поликанала. Поэтому их путь значительно длиннее.

Логическая структура поликанала достаточно сложна. Это связано с тем, что поликанал предоставляет значительное число параллельно идущих групп физических соединений. Структура зависит (рис. 3.19) от метода передачи информации в поликанале. Так, для способа, показанного на рис. 3.19,6, логическая структура поликанала имеет вид, изображенный на рис. 3.21. В представленном здесь петлеобразном поликанале за счет частотного уплотнения созданы три группы соединений. Любая группа состоит из двух (а, б) частей, соединяемых петлей.

Каждая группа соединений поликанала используется двояким образом. Так, если подключить к точкам 1...1 более двух абонентских систем, то группа соединений будет определять многоточечный канал. Если же к точкам 2... 2 подключить две абонентские системы, то группа соединений образует двухточечный канал.

Если для создания поликанала используется метод, изображенный на рис. 3.19,а, то логическая структура поликанала несколько видоизменяется. В этом случае (рис. 3.22) части а, б групп соединений не связываются петлей, а подключаются к головному преобразователю частоты. В остальном логическая структура остается такой же, как и в случае использования метода передачи информации с образованием петли в головной части поликанала.

Блок доступа в поликанале имеет, в общем, ту же структуру (рис. 3.17), что и в моноканале, но в нем выявляется и ряд новых функций. Так, в поликанале блок доступа должен передавать в физическую среду аналоговые сигналы. Взаимодействие же блока с абонентом происходит на дискретной основе. Следовательно, блок доступа должен осуществлять необходимые преобразования дискретных сигналов в аналоговые и наоборот. Кроме того, в поликанале часто блок доступа должен работать попеременно (не сразу) с различными частотными двухточечными каналами. Поэтому в кем должна быть предусмотрена возможность изменения; частот передаваемых и принимаемых аналоговых сигналов.

Чаще всего физической средой поликанала является широко-полосный коаксиальный кабель. Световоды в поликаналах пока не используются, ибо волоконная оптика еще не обеспечивает выполнения нужных для этого требований.

Достоинствами поликанала являются его универсальность и высокая пропускная способность. Выделяя различные полосы и субполосы, здесь можно обеспечить передачу информации для широкого круга абонентов от терминалов ЭВМ до аппаратуры стандартного телевидения. Единые физические средства, используемые для передачи, также относятся к положительным качествам поликанала. Однако поликанал очень дорог, громоздок и сложен в эксплуатации. Поэтому поликаналы применяются только в больших локальных информационно-вычислительных сетях с широким спектром типов абонентов.

Рис. 18. Логическая структура петлиобразного канала

Рис. 20. Логическая структура поликанала с головным преобразоывателем частоты

Циклическое кольцо

Циклическим кольцом является (рис22) коммуникационная подсеть, выполненная в виде кольца, содержащего повторители в тех точках, в которых необходимо подключение абонентских систем. Каждый повторитель обладает небольшой задержкой, необходимой абонентской системе для записи данных и чтения-информации, проходящей мимо нее по кольцевому каналу. К повторителю подключается блок доступа, соединяемый абонентским звеном с абонентской системой. Так как каждый повторитель имеет задержку, время передачи блока данных по кольцу оказывается зависимым от числа подключаемых абонентских систем.

Логическая структура циклического кольца, соответствующая' схеме, представленной на рис. Рис.22, показана на рис. 23. Характерной ее особенностью является наличие кольца, проходящего* через блоки специальной аппаратуры передачи данных. Каждый из этих блоков содержит блок доступа и повторитель. Последний должен иметь задержку на время, необходимое абонентской системе для определения адреса кадра, приема либо передачи пакета.

Рис. 22. Циклическое кольцо.

Рис. 23. Логическая структура циклического кольца

На рис. 22 показано циклическое кольцо с распределенным управлением. Примером такого кольца является сеть Ringnet, созданная фирмой Prime Computer. Однако сложности, которые вносит распределенное управление в подсеть, привели к выпуску также циклических колец, в которых используется централизованное управление. Для этой цели добавляется устройство, именуемое монитором циклического кольца. Примером такого кольца является подсеть Cambridge Ring.

В большинстве случаев циклические кольца строятся на базе скрученных пар проводов, плоских либо коаксиальных кабелей. Однако все шире в циклических кольцах используется волоконная оптика. Это связано с тем, что здесь нет надобности в осветителях света.

Пример циклического кольца, построенного на световодах, показан на рис. 24. В отличие от схемы, представленной на рис. 22, здесь появились два новых типа компонентов: оптический передатчик и приемник. Оптический передатчик преобразует электрический сигнал в световой и направляет последний в световод. Оптический приемник, наоборот, получает из световода световой сигнал и преобразует его в электрический. Ненадежность кольца приводит при выходе из строя одного из компонентов к остановке работы всей сети. Поэтому ведутся работы по созданию. оптических переключателей, отключающих от кольца неисправные его части. Для повышения надежности функционирования, а иногда и увеличения пропускной способности в информационно-вычислительной сети нередко устанавливается несколько циклических колец. Чаще всего используют две коммуникационные подсети, информация в которых по циклическим кольцам передается в разных направлениях. Пример такой сети показан на рис. 25. Сеть содержит два циклических кольца (1, 2), к которым подключаются абонентские системы А—Г.

Рис. 24. Циклическое кольцо выполненное на световодах Рис. 25. Группа циклических колец

Главным слабым местом циклического кольца является ненадежность кольцевой цепочки повторителей. Для устранения этого недостатка разработчики коммуникационных подсетей предлагают два пути.

Первый из них заключается в том, что параллельно с каждым повторителем устанавливают (рис 26) электронный переключатель. В случае неисправности переключатель замыкает цепь, создавая обходный путь вокруг повторителя.

Второй путь заключается в том, что в геометрическом центре коммуникационной подсети создается канальный центр (рис. 27). К нему стягиваются все звенья циклическго кольца, образуя исходящие из центра петли. На прежнем месте остаются лишь повторители и точки подключения абонентских систем. В канальном центре устанавливают электронные переключатели, отключающие петли без разрыва кольца, выводя из работы необходимый повторитель и связанную с ним абонентскую систему.

Сравнивая схемы, представленные на рис. 26 и 27, следует отметить, что во второй из них значительно удлиняются звенья кольцевого канала. Однако в схеме, приведенной на рис. 27, значительно упрощается задача перекоммутации этих звеньев.

В циклическом кольце должна быть обеспечена синхронизация работы всех повторителей. Для этого осуществляется тактирование движения кадров по кольцу. Оно выполняется следующим образом:

- в начале работы кольца выделяется главный повторитель, под такты работы которого подстраиваются все остальные повторители.

- осуществляется подтягивание (во времени) отстающих повторителей,

- во время работы кольца выполняется фазовая автоподстройка повторителей.

Циклическое кольцо является простым типом коммуникационной подсети. Оно обеспечивает:

- легкость подключения абонентских систем,

- несложное управление передачей данных,

- низкую стоимость сети.

Однако циклическое кольцо обладает и рядом значительных

недостатков. К ним в первую очередь относятся:

- ненадежность, связанная с тем, что выход из строя одного элемента кольца приводит к прекращению работы всей сети,

- возрастание времени передачи данных по кольцу при увеличении числа абонентских систем, подключенных к сети,

- трудности, связанные с передачей речи,

- необходимость синхронизации работы всех повторителей, установленных в кольце.

Рис. 26. Повторитель с шунтирующем переключателем Рис.27. Цикл. кольцо с канальным центром

Литература

1. M59 Компьютерные сети+. Учебный курс: официальное пособие Microsoft для самостоятельной подготовки/Пер. с англ. — М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2000. — 552 стр.: ил.

2. Якубайтис Э.А. Локальные информационно-вычислительные сети. – Рига: Зинатне, 1985г. 284с

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!