Сучасні системи передачі - це обчислювальні сети. Сукупність всіх абонентів обчислювальної мережі називають абонентською мережею. Засоби зв'язку та передачі утворюють мережу передачі (рис. 2.1).

Рис. 2.1 – Структурна схема мережі ЕОМ.

Мережа передачі складається з безлічі територіально розосереджених вузлів комутації, з'єднаних друг з одним і з абонентами мережі з допомогою різних каналів зв'язку.

Вузол комутації є комплексом технічних і програмних засобів, що забезпечують комутацію каналів, повідомлень або пакетів. При цьому термін комутація означає процедуру розподілу інформації, при якій потік даних, що надходять у вузол одним каналам зв'язку, передається з вузла іншим каналам зв'язку з урахуванням необхідного маршруту передачі.

Концентратор мережі передачі даних являє собою пристрій, що об'єднує навантаження декількох каналів передачі даних для подальшої передачі по меншому числу каналів. Використання концентраторів дозволяє зменшити витрати на організацію каналів зв'язку, що забезпечують підключення абонентів до мережі передачі даних.

Канал зв'язку є сукупністю технічних засобів та середовища поширення, що забезпечує передачу повідомлення будь-якого виду від джерела до отримувача за допомогою сигналів електрозв'язку.

Структура мережі ЕОМ, побудована за принципом організації обміну інформацією через вузли комутації мережі передачі даних, передбачає, що абоненти мережі не мають між собою прямих (виділених) каналів зв'язку, а з'єднується з найближчим вузлом комутації і через нього (та інші проміжні вузли) з будь-яким іншим абонентом цієї або навіть іншої мережі ЕОМ.

Перевагами побудови мереж ЕОМ з використанням вузлів комутації мережі передачі даних є: значне скорочення загальної кількості каналів зв'язку та їх протяжності через відсутність вкрай важливості організації прямих каналів між різними абонентами мережі; високий рівень використання пропускної спроможності каналів зв'язку рахунок використання тих самих каналів передачі різних видів інформації між абонентами мережі; можливість уніфікації технічних рішень щодо програмно-технічних засобів обміну для різних абонентів мережі, включаючи створення вузлів інтегрального обслуговування, здатних здійснювати комутацію інформаційних потоків, що містять сигнали даних, голоси, телефаксу та відео.

Сьогодні в мережах передачі даних застосовуються три методи комутації: комутація каналів, комутація повідомлень та комутація пакетів.

При комутації каналів мережі створюється безпосереднє з'єднання шляхом створення наскрізного каналу передачі даних (без проміжного накопичення інформації при передачі). Фізичний сенс комутації каналів полягає по суті в тому, що до початку передачі інформації в мережі через вузли комутації встановлюється безпосереднє електричне з'єднання між абонентом-відправником і одержувачем повідомлення. Таке з'єднання встановлюється шляхом надсилання відправником спеціального повідомлення-виклику, що містить номер (адреса) викликаного абонента, і при проходженні по мережі займає канали зв'язку на всьому шляху подальшої передачі повідомлення. Очевидно, що при комутації каналів всі складові частини наскрізного каналу зв'язку, що формується, повинні бути вільними. Якщо на якійсь ділянці мережі не буде забезпечено проходження виклику (наприклад, немає вільних каналів між вузлами комутації, що становлять шлях передачі повідомлення), то абонент, що викликає, отримує відмову у встановленні з'єднання і для мережі його виклик вважається втраченим. передачі повідомлення абонент-відправник має виклик повторити

Після встановлення з'єднання абонент-відправник отримує повідомлення про те, що він може розпочинати передачу даних. Принциповою особливістю комутації каналів є те, що всі канали, зайняті при встановленні з'єднання, використовуються в передачі даних одночасно і звільняються тільки після завершення передачі даних між абонентами. Типовим прикладом мережі з комутацією каналів є мережа телефонного зв'язку.

При комутації повідомлень проводиться прийом і накопичення повідомлення у вузлі комутації, та був здійснюється його наступна передача. З цього визначення випливає основна відмінність комутації повідомлень від комутації каналів, що полягає по суті в тому, що при комутації повідомлень відбувається проміжне зберігання повідомлень у вузлах комутації і проводиться їх обробка (визначення пріоритету повідомлення, та архів тощо). Для обробки повідомлень вони повинні мати прийнятий мережі формат, тобто однотипне розташування окремих елементів повідомлення. Повідомлення від абонента спочатку надходить у вузол комутації мережі, якого підключений даний абонент. Далі у вузлі проводиться обробка повідомлення визначається напрям його подальшої передачі з урахуванням адреси. Якщо всі канали у вибраному напрямку передачі зайняті, то повідомлення очікує в черзі моменту звільнення потрібного каналу. Після досягнення повідомленням вузла мережі, якого підключений абонент-одержувач, повідомлення видається у повному обсязі каналом зв'язку між цим вузлом і абонентом. Відповідь при проходженні по мережі в будь-який момент часу займає лише один канал зв'язку.

Комутація пакет визначається як різновид комутації повідомлень, при якій повідомлення розбиваються на частини, звані пакетами, і передаються, приймаються і накопичуються у вигляді таких пакетів даних.

Ці пакети нумеруються та забезпечуються адресами, що дозволяємо передавати їх по мережі одночасно і незалежно один від одного.

Локальні та глобальні комп'ютерні мережі та технології їх використання у навчанні школярів

Сучасна система загальної середньої освіти, всі навчальні напрями, що входять до неї, так чи інакше, націлені на формування у школярів умінь працювати з інформацією. Невипадково у більшості державних програм, що визначають пріоритетні напрями розвитку освіти в Російській Федерації, особлива увага приділяється формуванню загальнонавчальних та загальнокультурних навичок роботи учнів з інформацією та засобами її опрацювання, що стає основним стрижнем професійної діяльності випускників навчальних закладів в умовах інформаційного суспільства, необхідним компонентом інформаційної культури . У свою чергу, прагнення формування інформаційної культури у майбутніх випускників призводить до орієнтації загальної освіти на придбання учнями знань про телекомунікації та засоби масової інформації, використання засобів телекомунікацій для набуття різних знань та творчого самовираження, оцінку достовірності інформації, розвиток критичного мислення, співвідношення інформації та знання, уміння правильно організувати інформаційний процес, оцінити та забезпечити інформаційну безпеку.
Телекомунікаційні системи мають першорядне значення у системі загальної середньої освіти, а грають основну роль майже переважають у всіх сферах життя суспільства. На рівні розвитку телекомунікаційного інформаційного простору найбільш суттєвий відбиток накладають рівень розвитку первинних мереж зв'язку та рівень розвитку мережевих інформаційних технологій, які по праву можна розглядати як технології передачі інформації.
Під мережею зв'язкурозуміють сукупність провідних, радіо-, оптичних та інших каналів зв'язку, спеціалізованої каналоутворюючої апаратури, і навіть центрів і вузлів зв'язку, які забезпечують функціонування цієї мережі. Практично у всіх сучасних мережах зв'язку, що використовуються при створенні інформаційних телекомунікаційних систем, одночасно присутні та працюють разом кілька різних за своїми характеристиками ділянок мережі. Ці обставини значною мірою визначають стратегію та тактику створення та використання мережевих інформаційних технологій.
Мережеві інформаційні технології розвивалися одночасно з розвитком каналів зв'язку. На початку минулого століття основу телеграфних і телефонних мереж зв'язку становили аналогові провідні та радіоканали електрозв'язку, які потім з розвитком мікроелектроніки стали все більше замінюватися цифровими волоконно-оптичними лініями зв'язку, що мають істотно більш високі характеристики по якості та швидкості передачі інформації. Виникло поняття телекомунікаційні технології, що поєднує способи раціональної організації роботи телекомунікаційних систем.
Телекомунікаційні системи, що використовуються сьогодні в системі загальної середньої освіти, зазвичай засновані на різних з'єднаннях комп'ютерів між собою. Пов'язані між собою комп'ютери можна розглядати з різних точок зору. З одного боку, об'єднання комп'ютерів – це комп'ютерна мережа. З іншого боку, - це засіб передачі у просторі, засіб організації спілкування людей. Саме завдяки цій властивості комп'ютерні мережі все частіше називають телекомунікаційними мережами, підкреслюючи тим самим їх призначення, а не особливості їх пристрою.
Розрізняють

· локальні та глобальні телекомунікаційні мережі. Як правило, локальною називають мережу, що зв'язує комп'ютери, що знаходяться в одному будинку, однієї організації, у межах району, міста, країни. Іншими словами найчастіше локальною є мережа, обмежена у просторі. Локальні мережі поширені у сфері освіти. Більшість шкіл та інших навчальних закладів мають комп'ютери, пов'язані у локальну мережу. У той же час, сучасні технології дозволяють зв'язувати окремі комп'ютери, що знаходяться не тільки в різних приміщеннях або будівлях, але і на різних континентах. Невипадково можна зустріти навчальні заклади, які мають філії у різних країнах, комп'ютери яких об'єднані у локальні мережі. Понад те, локальні мережі можуть об'єднувати і комп'ютери різних навчальних закладів, що дозволяє говорити існування локальних мереж сфери освіти.
На відміну від локальних, глобальні мережі не мають просторових обмежень. До глобальної мережі може бути підключено будь-який комп'ютер. Будь-яка людина може отримати доступ до інформації, розміщеної у цій мережі. Найбільш відомим прикладом глобальної телекомунікаційної мережі є мережа Інтернет (INTERNET), доступ до якої з'являється у дедалі більшій кількості середніх шкіл. Інтернет не є єдиною глобальною телекомунікаційною мережею. Існують інші, такі як мережа FIDO або мережа SPRINT.
Таким чином, більшість шкіл та інших навчальних закладів системи загальної середньої освіти мають як локальні мережі, так і можливість використання глобальних мереж.
При всьому різноманітті інформаційних та телекомунікаційних технологій, а також способів організації даних при їх пересиланні каналами зв'язку всесвітня інформаційна комп'ютерна мережа Інтернет займає центральне місце. Більше того, на сьогоднішній день це практично єдина глобальна телекомунікаційна мережа, яка повсюдно використовується в системі загальної середньої освіти. Цьому багато в чому сприяють висока швидкість і надійність передачі через Інтернет даних різних форматів (текст, графічні зображення, звук, відео та ін.). Інтернет надає можливість колективного доступу до навчальних матеріалів, які можуть бути представлені як у вигляді найпростіших підручників (електронних текстів), так і у вигляді складних інтерактивних систем, комп'ютерних моделей, віртуальних навчальних середовищ тощо.
Кількість користувачів та джерел інформації мережі Інтернет постійно збільшується. Крім того, відбувається постійне поліпшення якості телекомунікаційних послуг. Завдяки цьому високоякісний доступ до Інтернету отримують не тільки підприємства та організації, що працюють в економічній та інших сферах, а й установи загальної середньої освіти.
Сучасний Інтернет характеризується наявністю серйозної проблеми організації глобального пошуку інформації. Розроблені так звані пошукові системи, які за потрібним словом або поєднанням слів знаходять посилання на ті сторінки в мережі, в яких представлене це слово або поєднання. Разом з тим, незважаючи на наявність існуючих пошукових систем, користувачеві доводиться витрачати багато часу як на процес пошуку інформації, так і на обробку та систематизацію отриманих даних.
В освіті дана проблема відчувається особливо гостро: освітні інформаційні ресурси якщо представлені в мережі, то, як правило, представлені несистемно. Відсутність системного підходу до розміщення подібних ресурсів, а також відсутність одноманітності у вирішенні психолого-педагогічних, технологічних, естетичних, ергономічних та інших проблем при розробці та експлуатації освітніх ресурсів мережі Інтернет призводить до практичного невикористання переваг телекомунікаційних засобів з метою підвищення якості освітнього процесу.
Найбільш поширеною комунікаційною технологією та відповідним сервісом у комп'ютерних мережах стала технологія комп'ютерного способу пересилання та обробки інформаційних повідомлень, що забезпечує оперативний зв'язок між людьми. Електронна пошта (E-mail) - система зберігання та пересилання повідомлень між людьми, які мають доступ до комп'ютерної мережі. За допомогою електронної пошти можна передавати по комп'ютерних мереж будь-яку інформацію (текстові документи, зображення, цифрові дані, звукозаписи тощо). Така сервісна служба реалізує:

• редагування документів перед передачею,
• зберігання документів та повідомлень,
• пересилання кореспонденції,
• перевірку та виправлення помилок, що виникають під час передачі,
• видачу підтвердження про отримання кореспонденції адресатом,
• отримання та зберігання інформації,
• перегляд отриманої кореспонденції.

Електронна пошта може бути використана для спілкування учасників навчального процесу та пересилання навчально-методичних матеріалів. Важливою властивістю електронної пошти, привабливою загальної середньої освіти, є можливість реалізації асинхронного обміну інформацією. Щоб використати електронну пошту, достатньо засвоїти кілька команд поштового клієнта для надсилання, прийому та обробки інформації. Зауважимо, що з комунікації у вигляді електронної пошти виникає більше психолого-педагогічних проблем, ніж технічних. Річ у тім, що з безпосередньому людському спілкуванні інформація передається як з допомогою промови, тут включаються інші форми комунікації: міміка, жести тощо. Звичайно, для передачі емоцій під час листування можна використовувати "смайлики", але це не вирішує проблему знеособлення спілкування. Тим не менш, перехід до писемного мовлення виховує такі позитивні риси, як точність, стислість вираження думки і акуратність.

Електронна пошта може використовуватися педагогами для консультації, надсилання контрольних робіт та професійного спілкування з колегами. Доцільно також її використання для проведення електронного заняття в асинхронному режимі, коли учням попередньо надсилається текст заняття в електронному вигляді, витримки з рекомендованої літератури та інші навчальні матеріали, а потім проводяться консультації електронною поштою.
Відмінною особливістю та зручністю електронної пошти є можливість розсилати те саме повідомлення відразу великому числу адресатів.
Подібний принцип розсилки використовується іншою службою Інтернету під назвою списки розсилки . Цей сервіс працює в режимі передплати. Підписавшись на список розсилки, абонент з певною періодичністю отримує на свою поштову скриньку добірку електронних повідомлень на обрану тему. Списки розсилки виконують у мережі Інтернет функції періодичних видань.
У системі загальної освіти за допомогою списків розсилки можна організувати так звані "віртуальні навчальні класи" . У створеній навчальній групі школярів пояснюються правила та засоби підписки, і вона приступає до роботи. Кожне повідомлення, адресоване групі будь-яким її учасником, автоматично надсилається всім членом групи. Одним із учасників такої групи може бути вчитель.
Основними дидактичними можливостями використання списків розсилки є автоматичне розсилання навчально-методичних матеріалів та організація віртуальних навчальних класів.
Іншим популярним сервісом, що надається сучасними телекомунікаційними мережами та реалізує обмін інформацією між людьми, об'єднаними спільними інтересами, є телеконференції.
Телеконференціяє мережевим форумом, організованим для ведення дискусії та обміну новинами з певної тематики.
Телеконференція дозволяють публікувати повідомлення за інтересами на спеціальних комп'ютерах у мережі. Повідомлення можна читати, підключившись до комп'ютера та вибравши тему дискусії. Далі, за бажанням, можлива відповідь автору статті або надсилання власного повідомлення. Таким чином, організовується мережева дискусія, що носить новинний характер, оскільки повідомлення зберігаються невеликий період часу.
Наявність аудіо- та відеообладнання (мікрофон, цифрова відеокамера та ін.), підключеного до комп'ютера, дозволяє організувати комп'ютерні аудіо та відеоконференції, які все більш широко розповсюджуються в системі загальної середньої освіти.
На відміну від списків розсилки, що базуються на застосуванні електронної пошти, деякі телеконференції та групи новин працюють у режимі реального часу. Різниця полягає в тому, що у випадку зі списком розсилки обмін інформацією здійснюється в режимі offline шляхом автоматичного розсилання електронних листів. Сервер новин публікує всі повідомлення на спільній дошці негайно і зберігає їх протягом деякого часу. Таким чином, телеконференції дозволяють організувати дискусію як у режимі on-line, так і відстроченому режимі. При організації навчальних занять доцільно використання груп новин, модерованих учителем.
З розвитком технічних засобів комп'ютерних мереж збільшується швидкість передачі. Це дозволяє користувачам, підключеним до мережі, не лише обмінюватися текстовими повідомленнями, а й передавати на значну відстань звук та відео. Одним із представників програм, що реалізують спілкування через мережу, є програма NetMeeting, що входить до складу комплекту Internet Explorer. MS NetMeeting є засобом інформатизації, що реалізує можливості прямого зв'язку через Інтернет.
Слід зазначити, що для реалізації звукового зв'язку потрібне відповідне технічне обладнання: звукова карта, мікрофон та акустичні системи. Щоб надіслати відео, потрібна відеоплата та камера, або тільки камера, яка підтримує стандарт Video for Windows.
Основними напрямками використання MS NetMeeting у навчальному процесі є:

• організація віртуальних навчальних занять та консультацій у реальному режимі часу, включаючи голосове спілкування та передачу відеозображень учасників;
• обмін інформацією в текстовому та графічному режимі;
• організація спільної роботи з навчальною інформацією у режимі on-line;
• пересилання навчально-методичної інформації як файлів у реальному режимі часу.

Однією з найважливіших телекомунікаційних технологій є розподілене оброблення даних. У цьому випадку персональні комп'ютери використовуються на місцях виникнення та застосування інформації. Якщо вони з'єднані каналами зв'язку, це дає можливість розподілити їх ресурси по окремих функціональних сфер діяльності і змінити технологію обробки даних у напрямку децентралізації.
У найскладніших системах розподіленої обробки даних здійснюється підключення до різних інформаційних служб та систем загального призначення (службам новин, національним та глобальним інформаційно-пошуковим системам, баз даних та банкам знань тощо).
Надзвичайно важливим для загальної середньої освіти сервісом, реалізованим у комп'ютерних мережах, є автоматизований пошук інформації. Використовуючи спеціалізовані засоби - інформаційно-пошукові системи, можна в найкоротші терміни знайти відомості, що цікавлять, у світових інформаційних джерелах.
Основними дидактичними цілями використання подібних ресурсів, одержуваних по телекомунікаційним каналам, у навчанні школярів є повідомлення відомостей, формування та закріплення знань, формування та вдосконалення умінь та навичок, контроль засвоєння та узагальнення.
Використання освітніх інформаційних ресурсів, що є на сьогоднішній день, більшість з яких опубліковано в мережі Інтернет, дозволяє:

• організувати різноманітні форми діяльності школярів з самостійного вилучення та представлення знань;
• застосовувати весь спектр можливостей сучасних інформаційних та телекомунікаційних технологій у процесі виконання різноманітних видів навчальної діяльності, в тому числі, таких як реєстрація, збирання, зберігання, обробка інформації, інтерактивний діалог, моделювання об'єктів, явищ, процесів, функціонування лабораторій (віртуальних, з віддаленим доступом до реального обладнання) та ін;
• використовувати у навчальному процесі можливості технологій мультимедіа, гіпертекстових та гіпермедіа систем;
• діагностувати інтелектуальні можливості школярів, а також рівень знань, умінь, навичок, рівень підготовки до конкретного заняття;
• керувати навчанням, автоматизувати процеси контролю результатів навчальної діяльності, тренування, тестування, генерувати завдання залежно від інтелектуального рівня конкретного учня, рівня його знань, умінь, навичок, особливостей його мотивації;
• створювати умови для здійснення самостійної навчальної діяльності школярів, для самонавчання, саморозвитку, самовдосконалення, самоосвіти, самореалізації;
• працювати у сучасних телекомунікаційних середовищах, забезпечити управління інформаційними потоками.

Таким чином, комп'ютерні телекомунікації - це не тільки потужний засіб навчання, що дозволяє навчати роботі з інформацією, але, з іншого боку, комп'ютерні телекомунікації - це особливе середовище спілкування людей, середовище інтерактивної взаємодії представників різних національних, вікових, професійних та інших груп. користувачів незалежно від місця розташування.
На жаль, багато існуючих методик ефективного використання телекомунікаційних технологій у процесі навчання школярів досі не повною мірою використовуються вчителями. Сучасний вчитель повинен окрім уміння працювати з новітніми комп'ютерними технологіями мати уявлення про можливі способи їх використання у навчальному процесі. Досвід теоретичного та практичного освоєння вчителями різних методик використання телекомунікаційних технологій у процесі навчання міг би стати основою для підвищення ефективності та якості навчання, формування та подальшого вдосконалення своєї професійної майстерності.

Практично у будь-якої сучасної компанії існує потреба у покращенні ефективності мереж та технологій комп'ютерних систем. Однією з необхідних умов для цього є безперешкодна передача інформації між серверами, сховищами даних, додатками та користувачами. Саме спосіб передачі даних в інформаційних системах часто стає "пляшковим шийком" за продуктивністю, зводячи нанівець усі переваги сучасних серверів та систем зберігання. Розробники та системні адміністратори намагаються усунути найбільш очевидні вузькі місця, хоч і знають, що після усунення вузького місця в одній частині системи воно виникає в іншій.

Протягом багатьох років вузькі місця виникали переважно на серверах, але в міру функціонального та технологічного розвитку серверів вони стали переміщатися у мережі та системи мережного зберігання даних. Останнім часом створені дуже великі масиви зберігання, що переносить вузькі місця у мережу. Зростання обсягів даних та його централізація, і навіть вимоги додатків нового покоління до пропускної спроможності часто поглинають всю смугу пропускання.

Коли перед менеджером інформаційної служби постає завдання створення нової чи розширення наявної системи обробки інформації, одним із найважливіших питань для нього буде вибір технології передачі даних. Ця проблема включає вибір не тільки мережевої технології, але і протоколу з'єднання різних периферійних пристроїв. Найбільш популярні рішення, що широко застосовуються для побудови мереж зберігання SAN (Storage Area Network), - це Fibre Channel, Ethernet та InfiniBand.

Технологія Ethernet

Сьогодні технологія Ethernet займає лідируючу позицію в секторі високопродуктивних локальних мереж. У всьому світі підприємства вкладають кошти в кабельні системи та обладнання для Ethernet, навчання персоналу. Широке поширення цієї технології дає змогу утримувати низькі ціни на ринку, а вартість впровадження кожного нового покоління мереж має тенденцію до зниження. Постійне зростання обсягу трафіку в сучасних мережах змушує операторів, адміністраторів та архітекторів корпоративних мереж придивлятися до швидших мережевих технологій, щоб вирішити проблему дефіциту пропускної спроможності. Додавання до сімейства Ethernet стандарту 10-Gigabit Ethernet дозволяє підтримувати в локальних мережах нові ресурсоємні програми.

З'явившись понад чверть століття тому, технологія Ethernet незабаром стала домінуючою у побудові локальних мереж. Завдяки простоті інсталяції та супроводу, надійності та низькій вартості реалізації її популярність зросла настільки, що сьогодні можна сміливо стверджувати – майже весь трафік в Інтернеті починається та закінчується в Ethernet-мережах. Стандарт IEEE 802.3ae 10-Gigabit Ethernet, схвалений у червні 2002 р., став поворотним пунктом у розвитку цієї технології. З його появою сфера використання Ethernet розширюється до масштабів міських (MAN) та глобальних (WAN) мереж.

Існує ціла низка ринкових факторів, які, за твердженням галузевих аналітиків, сприяють виходу технології 10-Gigabit Ethernet на перший план. У розвитку мережевих технологій вже стала традиційною поява альянсу компаній-розробників, основне завдання якого полягає у просуванні нових мереж. Не стала винятком і 10-Gigabit Ethernet. У витоків цієї технології стояла організація 10-Gigabit Ethernet Alliance (10 GEA), в яку входили такі гіганти промисловості, як 3Com, Cisco, Nortel, Intel, Sun і багато інших (всього більше ста) компаній. Якщо попередніх версіях Fast Ethernet чи Gigabit Ethernet розробники запозичили окремі елементи інших технологій, то специфікації нового стандарту створювалися практично з нуля. Крім того, проект 10-Gigabit Ethernet був орієнтований на великі транспортні та магістральні мережі, наприклад, масштабу міста, тоді як навіть Gigabit Ethernet розроблявся виключно для застосування у локальних мережах.

Стандарт 10-Gigabit Ethernet передбачає передачу інформаційного потоку на швидкості до 10 Гбіт/с по одно- та багатомодовому оптичному кабелю. Залежно від середовища передачі відстань може становити від 65 м до 40 км. Новий стандарт мав забезпечити виконання таких основних технічних вимог:

• двонаправлений обмін даними у дуплексному режимі у мережах топології точка-точка;
• підтримка швидкості передачі даних 10 Гбіт/с на МАС-рівні;
• специфікація фізичного рівня LAN PHY для з'єднання з локальними мережами, що оперує на МАС-рівні зі швидкістю передачі 10 Гбіт/с;
• специфікація фізичного рівня WAN PHY для з'єднання з мережами SONET/SDH, що оперує на МАС-рівні зі швидкістю передачі даних, сумісною зі стандартом OC-192;
• визначення механізму пристрою швидкості передачі даних рівня МАС до швидкості передачі даних WAN PHY;
• підтримка двох типів оптоволоконного кабелю - одномодового (SMF) та багатомодового (MMF);
• специфікація незалежного середовища передачі інтерфейсу XGMII*;
• зворотна сумісність із попередніми версіями Ethernet (збереження формату пакета, розміру тощо).

* XG тут означає 10 Gigabit, а MII – Media Independent Interface.

Нагадаємо, що стандарт 10/100 Ethernet визначає два режими: напівдуплексний та дуплексний. Напівдуплексний у класичній версії передбачає використання розділюваного середовища передачі та протоколу CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detection). Основні недоліки цього режиму - втрата ефективності при зростанні числа станцій, що одночасно працюють, і дистанційні обмеження, пов'язані з мінімальною довжиною пакета (що становить 64 байти). У технології Gigabit Ethernet для збереження мінімальної довжини пакета застосовується техніка розширення несучої, яка доповнює його до 512 байт. Оскільки стандарт 10-Gigabit Ethernet орієнтований на магістральні з'єднання типу точка-точка, напівдуплексний режим не входить до його специфікації. Отже, у разі довжина каналу обмежується лише характеристиками фізичного середовища, використовуваними пристроями прийому/передачі, потужністю сигналу і методами модуляції. Необхідну топологію можна забезпечити, наприклад, за допомогою комутаторів. Дуплексний режим передачі дає можливість зберегти мінімальний розмір пакета 64 байта без застосування техніки розширення несучої.

Відповідно до еталонної моделі взаємодії відкритих систем (OSI) мережева технологія визначається двома нижніми рівнями: фізичним (Layer 1, Physical) і канальним (Layer 2, Data Link). У цій схемі рівень фізичних пристроїв Ethernet (PHY) відповідає Layer 1, а рівень управління доступом до середовища (МАС) - Layer 2. У свою чергу, кожен із цих рівнів залежно від технології, що реалізується, може містити кілька підрівнів.

Рівень МАС (Media Access Control – рівень управління доступом до середовища) забезпечує логічне з'єднання між МАС-клієнтами однорангових (рівноправних) робочих станцій. Його основні функції - ініціалізація, керування та підтримка з'єднання з одноранговим вузлом мережі. Очевидно, що нормальна швидкість передачі даних від МАС-рівня до фізичного рівня PHY стандарту 10 Gigabit Ethernet становить 10 Гбіт/с. Однак рівень WAN PHY для узгодження з мережами SONET OC-192 має передавати дані з дещо меншою швидкістю. Це досягається за допомогою механізму динамічної адаптації міжкадрового інтервалу, що передбачає його збільшення на певний час.

Підрівень узгодження Reconciliation Sublayer (рис. 1) є інтерфейсом між послідовним потоком даних МАС-рівня і паралельним потоком підрівня XGMII. Він відображає октети даних рівня МАС на паралельні тракти XGMII. XGMII – це незалежний від середовища інтерфейс 10 Gigabit. Основна його функція полягає в тому, щоб забезпечити простий і легко реалізований інтерфейс між канальним та фізичним рівнями. Він ізолює канальний рівень від специфіки фізичного і цим дозволяє першому працювати на єдиному логічному рівні з різними реалізаціями другого. XGMII складається з двох незалежних каналів прийому та передачі, по кожному з яких передаються 32 біти даних з чотирьох 8-розрядних трактів.

Рис. 1. Рівні 10-Gigabit Ethernet.

Наступна частина стеку протоколів відноситься до фізичного рівня 10 Gigabit Ethernet. Архітектура Ethernet розбиває фізичний рівень на три рівні. Підрівень фізичного кодування PCS (Physical Coding Sublayer) виконує кодування/декодування потоку даних, що надходять від канального рівня та до нього. Підрівень підключення до фізичного середовища PMA (Physical Media Attachment) – це паралельно-послідовний (прямий та зворотний) перетворювач. Він виконує перетворення групи кодів у потік бітів для послідовної біт-орієнтованої передачі та зворотне перетворення. Цей же рівень забезпечує синхронізацію прийому/передачі. Залежний від середовища передачі даних під рівень PMD (Physical Media Dependent) відповідає за передачу сигналів у даному фізичному середовищі. Типові функції цього підрівня - формування та посилення сигналу, модуляція. Різні PMD-пристрої підтримують різноманітні фізичні середовища передачі. У свою чергу, залежний від середовища інтерфейс MDI (Media Dependent Interface) визначає типи конекторів для різних фізичних середовищ і PMD-пристроїв.

Технологія 10-Gigabit Ethernet забезпечує низьку в порівнянні з альтернативними вартість володіння, включаючи як вартість придбання, так і підтримки, оскільки інфраструктура мереж Ethernet, що є у замовників, легко взаємодіє з нею. Крім того, 10 Gigabit Ethernet приваблює адміністраторів вже знайомою організацією управління та можливістю застосувати накопичений досвід, оскільки вона використовує процеси, протоколи та засоби управління, які вже розгорнуті в існуючій інфраструктурі. Цей стандарт надає гнучкість при проектуванні з'єднань між серверами, комутаторами та маршрутизаторами. Таким чином, технологія Ethernet пропонує три основні переваги:

• простоту експлуатації,
• високу пропускну здатність,
• низьку вартість.

Крім того, вона простіша за деякі інші технології, тому що дозволяє пов'язувати мережі, розташовані в різних місцях, як частини єдиної мережі. Пропускна здатність Ethernet нарощується кроками від 1 до 10 Гбіт/с, що дозволяє ефективніше використовувати ємність мережі. Нарешті, обладнання Ethernet, зазвичай, більш економічно ефективно проти традиційним телекомунікаційним устаткуванням.

Для ілюстрації можливостей технології наведемо приклад. За допомогою мережі 10-Gigabit Ethernet група вчених, що працюють над проектом Japanese Data Reservoir (http://data-reservoir.adm.su-tokyo.ac.jp), передавала дані з Токіо до розташованого в Женеві науково-дослідного центру фізики елементарних. частинок CERN. Лінія передачі даних перетнула 17 часових поясів, а її протяжність склала 11495 миль (18495 км). Лінія 10-Gigabit Ethernet з'єднала комп'ютери в Токіо та Женеві як частину однієї і тієї ж локальної мережі. У мережі застосовувалося оптичне обладнання та комутатори Ethernet від Cisco Systems, Foundry Networks та Nortel Networks.

В останні роки Ethernet стали широко застосовувати і оператори зв'язку – для з'єднання об'єктів у межах міста. Але мережа Ethernet може протягнутися ще далі, охопивши цілі континенти.

Fibre Channel

Технологія Fibre Channel дає можливість змінити архітектуру комп'ютерної мережі будь-якої великої організації. Справа в тому, що вона добре підходить для реалізації централізованої системи зберігання даних SAN, де дискові та стрічкові накопичувачі знаходяться у своїй окремій мережі, у тому числі територіально досить віддаленої від основних корпоративних серверів. Fibre Channel – це стандарт послідовних з'єднань, призначених для високошвидкісних комунікацій між серверами, накопичувачами, робочими станціями та концентраторами та комутаторами. Зазначимо, що цей інтерфейс практично універсальний, він використовується не тільки для підключення окремих накопичувачів та сховищ даних.

Коли з'явилися перші мережі, покликані об'єднати комп'ютери для спільної роботи, зручним та ефективним виявилося наблизити ресурси до робочих груп. Таким чином, у спробі мінімізувати мережне навантаження накопичувачі інформації були рівномірно розділені між безліччю серверів та настільних комп'ютерів. У мережі одночасно існують два канали передачі даних: власне мережа, якою йде обмін між клієнтами і серверами, і канал, яким відбувається обмін даними між системною шиною комп'ютера і пристроєм зберігання. Це може бути канал між контролером та жорстким диском або між RAID-контролером та зовнішнім дисковим масивом.

Такий розділ каналів багато в чому пояснюється різними вимогами до пересилання даних. У мережі першому місці стоїть доставка потрібної інформації одному клієнту з безлічі можливих, навіщо необхідно створити певні і дуже складні механізми адресації. Крім того, мережевий канал передбачає значні відстані, тому для передачі даних переважно послідовне з'єднання. А ось канал зберігання виконує вкрай просте завдання, надаючи можливість обміну із заздалегідь відомим накопичувачем даних. Єдине, що від нього вимагається, – робити це максимально швидко. Відстань тут зазвичай невеликі.

Однак сучасні мережі стикаються із завданнями обробки все більших та більших обсягів даних. Високошвидкісні мультимедіа-програми, обробка зображень вимагають набагато більшої швидкості введення-виводу, ніж будь-коли раніше. Організації змушені зберігати все більші обсяги даних у режимі online, що потребує збільшення ємності зовнішньої пам'яті. Необхідність страхового копіювання великих обсягів даних вимагає рознесення пристроїв вторинної пам'яті все більші відстані від серверів обробки. У ряді випадків виявляється, що об'єднати ресурси серверів та накопичувачів у єдиний пул для центру обробки інформації за допомогою Fibre Channel набагато ефективніше, ніж при використанні стандартного набору мережі Ethernet плюс інтерфейс SCSI.

Інститут ANSI зареєстрував робочу групу з розробки методу для високошвидкісного обміну даними між суперкомп'ютерами, робочими станціями, ПК, накопичувачами та пристроями відображення ще в 1988 р. А в 1992 р. три найбільші комп'ютерні компанії - IBM (http://www.ibm.com ), Sun Microsystems (http://www.sun.com) та HP (http://www.hp.com) створили ініціативну групу FSCI (Fiber Channel Systems Initiative), перед якою було поставлено завдання розробити метод швидкої передачі цифрових даних . Група виробила ряд попередніх специфікацій – профілів. Оскільки фізичним середовищем обмінюватись інформацією мали стати волоконно-оптичні кабелі, то й у назві технології фігурувало слово fiber. Проте через кілька років у відповідні рекомендації було додано можливість використовувати і мідні дроти. Тоді комітет ISO (International Standard Organization) запропонував замінити англійське написання fiber французьким fibre, щоб зменшити асоціації з волоконно-оптичним середовищем, зберігши при цьому практично початкове написання. Коли попередню роботу з профілями було завершено, подальшу роботу з підтримки та розвитку нової технології взяла на себе Асоціація розробників волоконно-оптичного каналу FCA (Fibre Channel Association), яка організаційно увійшла до комітету ANSI. Крім FCA була створена також незалежна робоча група FCLC (Fibre Channel Loop Community), яка почала займатися просуванням одного з варіантів технології Fibre Channel - FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop). В даний час всю координаційну роботу з просування технології Fibre Channel взяла на себе асоціація FCIA (Fibre Channel Industry Association, http://www.fibrechannel.org). У 1994 р. стандарт FC-PH (фізичне з'єднання та протокол передачі даних) був схвалений комітетом Т11 ANSI та отримав позначення X3.203-1994.

Технологія Fibre Channel має ряд переваг, які роблять цей стандарт зручним при організації обміну даними в групах комп'ютерів, а також при використанні як інтерфейс пристроїв масової пам'яті, в локальних мережах і при виборі засобів доступу до глобальних мереж. Одна з основних переваг цієї технології – висока швидкість передачі даних.

FC-AL – лише одна із трьох можливих топологій Fibre Channel, яка, зокрема, використовується для систем зберігання даних. Крім неї, можливі топологія точка-точка та зіркоподібна топологія, побудована на основі комутаторів та концентраторів. Мережа, яка побудована на основі комутаторів, що з'єднують безліч вузлів (рис. 2), у термінології Fibre Channel називається фабрикою (fabric).

Рис. 2. Фабрика з урахуванням Fibre Channel.

До "петлі" FC-AL можна включити до 126 пристроїв з можливістю гарячої заміни. При використанні коаксіального кабелю відстань між ними може досягати 30 м, у разі волоконно-оптичного кабелю воно збільшується до 10 км. В основу технології покладено методику простого переміщення даних з буфера передавача в буфер приймача з повним контролем цієї операції. Для FC-AL зовсім неважливо, як обробляються дані індивідуальними протоколами до і після приміщення в буфер, внаслідок чого тип даних (команди, пакети або кадри), що передаються, не відіграє ніякої ролі.

Архітектурна модель Fibre Channel у деталях описує параметри з'єднань та протоколи обміну між окремими вузлами. Ця модель може бути представлена ​​у вигляді п'яти функціональних рівнів, що визначають фізичний інтерфейс, протокол передачі, сигнальний протокол, загальні процедури та протокол відображення. Нумерація йде від найнижчого апаратного рівня FC-0, що відповідає за параметри фізичного з'єднання, до верхнього програмного FC-4, що взаємодіє з програмами вищого рівня. Протокол відображення забезпечує зв'язок з інтерфейсами вводу-виводу (SCSI, IPI, HIPPI, ESCON) та мережевими протоколами (802.2, IP). В даному випадку всі протоколи, що підтримуються, можуть використовуватися одночасно. Наприклад, інтерфейс FC-AL, що працює з IP- та SCSI-протоколами, придатний як для обміну система-система, так і система-периферія. Це виключає потребу в додаткових контролерах вводу-виводу, суттєво зменшує складність кабельної системи та, зрозуміло, загальну вартість.

Оскільки Fibre Channel - це низькорівневий протокол, що не містить команд вводу-виводу, то зв'язок із зовнішніми пристроями та комп'ютерами забезпечується протоколами вищого рівня, такими як SCSI і IP, для яких FC-PH служить транспортом. Мережеві протоколи та протоколи введення-виводу (наприклад, команди SCSI) перетворюються на кадри протоколу FC-PH і доставляються до адресата. Будь-який пристрій (комп'ютер, сервер, принтер, накопичувач), що має можливість обмінюватися даними з використанням технології Fibre Channel, називається N_порт (Node port) або просто вузол. Таким чином, основне призначення Fibre Channel – можливість маніпулювати протоколами високого рівня, використовуючи різне середовище передачі та вже існуючі кабельні системи.

Висока надійність обміну при використанні Fibre Channel обумовлена ​​двопортовою архітектурою дискових пристроїв, циклічним контролем інформації, що передається, і заміною пристроїв у гарячому режимі. Протокол підтримує практично будь-які кабельні системи, що застосовуються сьогодні. Однак найбільшого поширення набули два носії - оптика і кручена пара. Оптичні канали використовуються для з'єднання між пристроями мережі Fibre Channel, а кручена пара – для з'єднання окремих компонентів у пристрої (наприклад, дисків у дисковій підсистемі).

Стандарт передбачає кілька смуг пропускання та забезпечує швидкість обміну 1, 2 або 4 Гбіт/с. З урахуванням того, що для з'єднання пристроїв застосовуються два оптичні кабелі, кожен з яких працює в одному напрямку, при збалансованому наборі операцій "запис-читання" швидкість обміну даними подвоюється. Іншими словами, Fibre Channel працює у повнодуплексному режимі. У перерахунку на мегабайти паспортна швидкість Fibre Channel становить відповідно 100, 200 та 400 Мбайт/с. Реально при 50%-ном співвідношенні операцій "запис-читання" швидкість інтерфейсу досягає 200, 400 та 800 Мбайт/с. В даний час найбільш популярні рішення Fibre Channel 2 Гбіт/с, оскільки вони мають найкраще співвідношення ціна/якість.

Зазначимо, що обладнання для Fibre Channel можна умовно розбити на чотири основні категорії: адаптери, концентратори, комутатори та маршрутизатори, причому останніх широкого поширення поки що не отримали.

Рішення на базі Fibre Channel зазвичай призначені для організацій, яким необхідно підтримувати великі обсяги інформації в режимі online, прискорити операції обміну з первинною та вторинною зовнішньою пам'яттю для мереж із інтенсивним обміном даних, а також при видаленні зовнішньої пам'яті від серверів на більші відстані, ніж це допускається у стандарті SCSI. Типові області застосування рішень Fibre Channel - бази та банки даних, системи аналізу та підтримки прийняття рішень, що базуються на великих обсягах даних, системи зберігання та обробки мультимедійної інформації для телебачення, кіностудій, а також системи, де диски мають бути видалені на значні відстані від серверів з міркувань безпеки.

Fibre Channel дає можливість відокремити всі потоки даних між серверами підприємства, архівування даних тощо від локальної мережі користувачів. У цьому варіанті можливості конфігурування величезні - будь-який сервер може звертатися до будь-якого дозволеного адміністратором системи дискового ресурсу, можливий доступ до одного і того ж диску декількох пристроїв одночасно, причому з дуже високою швидкістю. У цьому варіанті архівування даних теж стає легким та прозорим завданням. Будь-якої миті можна створити кластер, вивільнивши під нього ресурси на будь-якій із систем зберігання Fibre Channel. Масштабування також досить наочно і зрозуміло - залежно від того, яких можливостей не вистачає, можна додати або сервер (який буде куплений виходячи з його обчислювальних можливостей), або нову систему зберігання.

Одна з дуже важливих і потрібних особливостей Fibre Channel – можливість сегментування або, як ще кажуть, зонування системи. Поділ на зони подібно до поділу на віртуальні мережі (Virtual LAN) у локальній мережі - пристрої, що знаходяться в різних зонах, не можуть "бачити" один одного. Поділ на зони можливий або за допомогою комутованої матриці (Switched Fabric) або на основі вказівки адреси WWN (World Wide Name). Адреса WWN подібна до MAC-адреси в мережах Ethernet, кожен FC-контролер має свою унікальну WWN-адресу, яку надає їй виробник, а будь-яка правильна система зберігання даних дозволяє ввести адреси тих контролерів або портів матриць, з якими цього пристрою дозволено працювати. Поділ на зони призначений насамперед підвищення безпеки і продуктивності мереж зберігання даних. На відміну від звичайної мережі, із зовнішнього світу не можна отримати доступ до закритого для даної зони пристрою.

Технологія FICON Технологія FICON (FIber CONnection) забезпечує підвищену продуктивність, розширені функціональні можливості та зв'язок на великих відстанях. Як протокол передачі вона базується на стандарті ANSI для систем Fibre Channel (FC-SB-2). Перший розроблений IBM стандарт загального призначення для зв'язку між мейнфреймами та зовнішніми пристроями (такими, як диски, принтери та стрічкові накопичувачі) базувався на паралельних підключеннях, не надто відрізняючись від багатожильних кабелів та багатоштиркових роз'ємів, які застосовувалися в ті роки для підключення настільних принтерів до ПК . Багато паралельних проводів служило для перенесення більшого обсягу даних "за раз" (паралельно); у мейнфреймах це називалося bus and tag. Величезні за фізичними розмірами з'єднувачі та кабельне розведення були єдиним способом зв'язку до появи на ринку в 1990-х роках. технології ESCON. Це була інша технологія: в ній вперше замість міді використовувалося оптоволокно і дані передавалися не паралельно, а послідовно. Всі чудово розуміли, що ESCON набагато краще і значно швидше, принаймні на папері, але до загального прийняття технології знадобилося безліч випробувань та зусиль з переконання покупців. Вважають, що технологія ESCON з'явилася під час застою на ринку; до того ж пристрої, що підтримують цей стандарт, були представлені з помітним запізненням, тому технологія і зустріла прохолодний прийом, а для широкого її поширення знадобилося майже чотири роки. З FICON історія багато в чому повторилася. Вперше цю технологію IBM представила на серверах S/390 ще 1997 р. Багатьом аналітикам було відразу зрозуміло, що це технічно більш просунуте рішення. Однак протягом декількох років FICON застосовували практично виключно для приєднання стрічкових накопичувачів (істотно покращене рішення для створення резервних копій і відновлення) і принтерів. І лише 2001 р. IBM нарешті обладнала FICON свою систему зберігання Enterprise Storage Server під кодовою назвою Shark ("акула"). Ця подія знову збіглася із серйозним економічним спадом, коли впровадження нових технологій на підприємствах сповільнилося. Буквально через рік виникла низка обставин, які сприяли прискореному прийняттю FICON. Цього разу концепція оптоволокна була вже не нова, а технології мереж зберігання даних (SAN) набули широкого поширення як у світі мейнфреймів, так і за його межами. Наразі триває стійке зростання ринку пристроїв зберігання даних. Сьогоднішні пристрої, звані директорами (director), від самого початку розроблені для підтримки ESCON, тепер підтримують стандарт Fibre Channel, на основі цих пристроїв розгортають FICON-рішення. Як вважають розробники, FICON забезпечує значно більшу функціональність у порівнянні з Fibre Channel.

InfiniBand

Архітектура InfiniBand визначає загальний стандарт для обробки операцій введення-виведення комунікаційних, мережевих підсистем та систем зберігання даних. Цей новий стандарт спричинив формування торгової асоціації InfiniBand Trade Association (IBTA, http://www.infinibandta.org). Простіше кажучи, InfiniBand - це стандарт архітектури введення-виведення нового покоління, який використовує мережевий підхід до з'єднання серверів, систем зберігання та мережевих пристроїв інформаційного центру.

Технологія InfiniBand розроблялася як відкрите рішення, яке могло б замінити всі інші мережеві технології в різних областях. Це стосувалося і загальновживаних технологій локальних мереж (усі види Ethernet та мереж зберігання, зокрема, Fibre Channel), і спеціалізованих кластерних мереж (Myrinet, SCI тощо), і навіть приєднання пристроїв введення-виводу в ПК як можливу заміну шин PCI і каналів введення-виводу, таких як SCSI. Крім того, інфраструктура InfiniBand могла б служити для об'єднання у єдину систему фрагментів, що використовують різні технології. Перевага InfiniBand перед спеціалізованими, орієнтованими на високопродуктивні кластери мережевими технологіями полягає у її універсальності. Корпорація Oracle, наприклад, підтримує InfiniBand у кластерних рішеннях. Рік тому HP та Oracle встановили рекорд продуктивності в тестах TPC-H (для баз даних ємністю 1 Тбайт) у InfiniBand-кластері на базі ProLiant DL585 з використанням СУБД Oracle 10g у середовищі Linux. Влітку 2005 р. IBM досягла рекордних показників для TPC-H (для баз даних ємністю 3 Тбайт) у середовищі DB2 і SuSE Linux Enterprise Server 9 у InfiniBand-кластері на базі xSeries 346. При цьому досягнута вартість однієї транзакції виявилася майже вдвічі нижчою, ніж у найближчих конкурентів.

Використовуючи техніку, яка називається комутованою мережевою структурою, або комутуючими гратами, InfiniBand переносить трафік операцій введення-виводу з процесорів сервера на периферійні пристрої та інші процесори або сервери по всьому підприємству. Як фізичний канал використовується спеціальний кабель (лінк), що забезпечує швидкість передачі даних 2,5 Гбіт/с в обох напрямках (InfiniBand 1х). Архітектура організована як багаторівнева, вона включає чотири апаратні рівні та верхні рівні, що реалізуються програмно. У кожному фізичному каналі можна організувати безліч віртуальних каналів, надавши їм різні пріоритети. Для підвищення швидкості існують 4-кратні та 12-кратні версії InfiniBand, у яких використовується відповідно 16 та 48 проводів, а швидкості передачі даних за ними дорівнюють 10 Гбіт/с (InfiniBand 4х) та 30 Гбіт/с (InfiniBand 12х).

Рішення на основі архітектури InfiniBand потрібні на чотирьох основних ринках: корпоративні центри даних (включаючи сховища даних), високопродуктивні комп'ютерні кластери, вбудовані програми та комунікації. Технологія InfiniBand дозволяє об'єднувати стандартні сервери в кластерні системи, щоб забезпечити центрам даних продуктивність, масштабованість та стійкість до збоїв – можливості, які зазвичай надаються лише платформами вищого класу вартістю в мільйони доларів. Крім того, сховища InfiniBand можна підключати до кластерів серверів, що дозволяє пов'язати всі ресурси зберігання даних безпосередньо з обчислювальними ресурсами. Ринок високопродуктивних кластерів постійно агресивно шукає нові шляхи розширення обчислювальних можливостей і тому може отримати величезну вигоду з високої пропускної спроможності, низької латентності та чудової масштабованості, запропонованої недорогими продуктами InfiniBand. Вбудовані програми, такі як військові системи, системи, що працюють у реальному часі, обробка відеопотоків і т. д., отримають величезні переваги від надійності та гнучкості з'єднань InfiniBand. Крім того, ринок комунікацій постійно вимагає збільшення пропускної здатності з'єднань, чого вдається досягти завдяки 10- та 30-Гбіт/зі з'єднанням InfiniBand.

Фізично протоколу InfiniBand визначено електричні та механічні характеристики, у тому числі оптоволоконні та мідні кабелі, роз'єми, параметри, що задають властивості гарячої заміни. На рівні зв'язків визначені параметри пакетів, що передаються, операції, що зв'язують точку з точкою, особливості комутації в локальній підмережі. На мережному рівні визначаються правила маршрутизації пакетів між підмережами, усередині підмережі цей рівень не потрібний. Транспортний рівень забезпечує складання пакетів у повідомлення, мультиплексування каналів та транспортні служби.

Відзначимо деякі основні особливості архітектури InfiniBand. Для введення-виведення та кластеризації використовується єдина плата InfiniBand у сервері, що усуває потребу в окремих платах для комунікацій та систем зберігання даних (проте у випадку типового сервера рекомендується встановити дві такі картки, налаштовані для забезпечення надмірності). Достатньо всього одного з'єднання з комутатором InfiniBand на кожен сервер, IP-мережу або систему SAN (надмірність зводиться до простого дублювання з'єднання з іншим комутатором). Нарешті, архітектура InfiniBand вирішує проблеми з'єднань та обмеження смуги всередині сервера і при цьому забезпечує необхідну смугу та можливість комунікацій для зовнішніх систем зберігання.

Архітектура InfiniBand складається із наступних трьох основних компонентів (рис. 3). HCA (Host Channel Adapter) встановлюється всередині сервера чи робочої станції, виконує функції головної (хоста). Він виступає як інтерфейс між контролером пам'яті та зовнішнім світом та служить для підключення хост-машин до мережевої інфраструктури на основі технології InfiniBand. Адаптер HCA реалізує протокол обміну повідомленнями та основний механізм прямого доступу до пам'яті. Він підключається до одного або більше комутаторів InfiniBand і може обмінюватись повідомленнями з одним або декількома TCA. Адаптер TCA (Target Channel Adapter) призначений для підключення до мережі InfiniBand таких пристроїв як накопичувачі, дискові масиви або мережеві контролери. Він, у свою чергу, служить інтерфейсом між комутатором InfiniBand та контролерами введення-виведення периферійних пристроїв. Ці контролери не обов'язково повинні бути одного типу або належати до одного класу, що дозволяє об'єднувати різні системи в одну систему. Таким чином, TCA діє як проміжний фізичний шар між трафіком даних структури InfiniBand і більш традиційними контролерами введення-виводу для інших підсистем, таких, як Ethernet, SCSI і Fibre Channel. Слід зазначити, що TCA може взаємодіяти з HCA безпосередньо. Комутатори та маршрутизатори InfiniBand забезпечують центральні точки стикування, при цьому до керуючого HCA може бути підключено кілька адаптерів TCA. Комутатори InfiniBand утворюють ядро ​​мережевої інфраструктури. За допомогою безлічі каналів вони з'єднуються між собою та з TCA; при цьому можуть бути реалізовані такі механізми, як угруповання каналів та балансування навантаження. Якщо комутатори функціонують у межах однієї підмережі, утвореної безпосередньо під'єднаними пристроями, маршрутизатори InfiniBand об'єднують ці підмережі, встановлюючи зв'язок між декількома комутаторами.

Рис. 3. Основні компоненти SAN мережі на основі InfiniBand.

Більшість розвинених логічних можливостей системи InfiniBand вбудована в адаптери, які підключають вузли до системи вводу-виводу. Кожен тип адаптера розвантажує хост від виконання завдань транспортування, використовуючи канальний адаптер InfiniBand, який відповідає за організацію повідомлень введення-виведення в пакети для доставки даних через мережу. В результаті ОС на хості та процесор сервера звільняються від цього завдання. Варто звернути увагу, що така організація докорінно відрізняється від того, що відбувається при комунікаціях на основі протоколу TCP/IP.

У InfiniBand визначено дуже гнучкий набір ліній зв'язку та механізмів транспортного рівня, що забезпечує точне настроювання характеристик мережі SAN на базі InfiniBand залежно від прикладних вимог, до яких входять:

• пакети змінного розміру;
• максимальний розмір одиниці передачі: 256, 512 байт, 1, 2, 4 Кбайт;
• заголовки локальної траси рівня 2 (LRH, Local Route Header) для направлення пакетів у потрібний порт канального адаптера;
• додатковий заголовок рівня 3 для глобальної маршрутизації (GRH, Global Route Header);
• підтримка групової передачі;
• варіантні та інваріантні контрольні суми (VCRC та ICRC) для забезпечення цілісності даних.

Максимальний розмір одиниці передачі визначає такі характеристики системи, як нестійкість синхронізації пакетів, величина накладних витрат на інкапсуляцію та тривалість затримки, що використовуються під час розробки систем з кількома протоколами. Можливість опускати відомості про глобальний маршрут при пересиланні до пункту призначення локальної підмережі знижує витрати локального обміну даними. Код VCRC розраховується заново кожного разу при проходженні чергової ланки каналу зв'язку, а код ICRC - при отриманні пакета пунктом призначення, що гарантує цілісність передачі по ланці та всьому каналу зв'язку.

У InfiniBand визначено управління потоком на основі дозволів - для запобігання блокуванням головного пакета (head of line blocking) та втрат пакетів, - а також управління потоком на канальному рівні та наскрізне управління потоком. За своїми можливостями управління на канальному рівні на основі дозволів перевершує широко поширений протокол XON/XOFF, усуваючи обмеження на максимальну дальність зв'язку та забезпечуючи найкраще використання лінії зв'язку. Приймальний кінець лінії зв'язку посилає передавальному пристрої дозволу із зазначенням обсягу даних, який можна отримувати надійно. Дані не передаються доти, доки приймач не надішле дозвіл, що свідчить про наявність вільного простору в приймальному буфері. Механізм передачі дозволів між пристроями вбудований у протоколи з'єднань та ліній зв'язку для гарантії надійності керування потоком. Управління потоком на канальному рівні організоване для кожного віртуального каналу окремо, що запобігає поширенню конфліктів передачі, властиве іншим технологіям.

За допомогою InfiniBand зв'язок із віддаленими модулями зберігання, мережеві функції та з'єднання між серверами будуть здійснюватися за рахунок підключення всіх пристроїв через центральну, уніфіковану структуру комутаторів та каналів. Архітектура InfiniBand дозволяє розміщувати пристрої вводу-виводу на відстані до 17 м від сервера за допомогою мідного дроту, а також до 300 м за допомогою багатомодового волоконно-оптичного кабелю та до 10 км – за допомогою одномодового волокна.

Сьогодні InfiniBand поступово знову набирає популярності як технологія магістралі для кластерів серверів і систем зберігання, а в центрах обробки даних - як основа для з'єднань між серверами та системами зберігання. Велику роботу проводить у цьому напрямі організація, що називається альянсом OpenIB (Open InfiniBand Alliance, http://www.openib.org). Зокрема, цей альянс має на меті розробку стандартного програмного стека підтримки InfiniBand з відкритим кодом для Linux та Windows. Рік тому підтримка технології InfiniBand була офіційно включена до складу ядра Linux. Крім того, наприкінці 2005 року представники OpenIB продемонстрували можливість використання технології InfiniBand на великих дистанціях. Найкращим досягненням у ході демонстрації стала передача даних на швидкості 10 Гбіт/c на відстань 80,5 км. В експерименті брали участь центри обробки даних низки підприємств та наукових організацій. На кожному з пунктів протокол InfiniBand інкапсулювався в інтерфейси SONET OC-192c, ATM або 10 Gigabit Ethernet без зниження пропускної здатності.

Нині переживає бурхливе освоєння у сфері мереж передачі. Різновидів мереж досить багато. Саме визначення мережі в узагальненому розумінні – це система мультиплексування доступу до каналів зв'язку та ресурсів. За своєю належністю мережі поділяються на:
- локальні мережі (LAN, Local Area Network)
- міські (MAN, Metropolitan Area Network)
- регіональні (WAN, Wide Area Network)
- Глобальні (InterNet, FidoNet, FreeNet)
Основна відмінність глобальної мережі від інших - це необмежену кількість абонентів. Унікальність кожної мережі визначається шляхом доступу до середовища передачі. З появою оптоволокна і крученої пари побудова мереж тепер дедалі більше почало базуватися на використанні оптичного кабелю і кабелю “вита пара” - що підвищило ефективність мереж нового рівня: значно підвищилася захищеність і якість інформації, збільшилися швидкість передачі і діапазон смуги пропускання.

Нижче зроблено короткий огляд найпоширеніших мережевих технологій. Цей огляд не претендує на теоретичні вишукування – завдання автора інше: виділити основні поняття, що характеризують суть конкретної технології.

Таблиця 1

технологія	швидкість передачі	топологія	базові пристрої	метод доступу до мережі
	Європа США Е1 – 2Мб/с Т1 – 1,5Мб/с Е2 – 8Мб/с Т2 – 6Мб/с Е3 – 34Мб/с Т3 – 45Мб/с Е4 – 140Мб/с Т4 – 274Мб/с	точка-точка	обладнання Е1, Е2, Е3, Е4 або Т1, Т2, Т3, Т4	метод тимчасового плезіохронного мультиплексування
	STM-1 155 Мбіт/с STM-4 622 Мбіт/с STM-16 2,5 Гбіт/с STM-64 10 Гбіт/с	подвійне кільце, точка-точка	SDH-комутатор
	STS-1, OC-1 52 Мб/с STS-3, OC-3 155 Мб/с STS-12, OC-12 622 Мб/с STS-48, OC-48 2,5 Гб/с	подвійне кільце, точка-точка	обладнання SONET/SDH	метод тимчасового синхронного мультиплексування
	10 Ethernet – 10 Мбіт/с Fast Ethernet – 100Мбіт/с Gigabit Ethernet – 1 Гбіт/с 10G Ethernet – 10 Гбіт/с 40G Ethernet – 40 Гбіт/с 100G Ethernet–100 Гбіт/с	шина, зірка	маршрутизуючий комутатор	метод колективного доступу
		подвійне кільце	концентратор	маркерний метод
		подвійне кільце	мережевий FDDI-адаптер	маркерний метод
	155 Мбіт/с 622 Мбіт/с 2,5 Гбіт/с	точка-точка	АТМ-комутатор	метод асинхронного мультиплексування
	155 Мбіт/с 622 Мбіт/с 2,5 Гбіт/с	подвійне кільце	маршрутизатори Cisco 7200 Cisco 7500 Cisco 12000	динамічна передача IP-пакетів
сімейство xDSL	ADSL – 3,5 Мбіт/с HDSL – 2 Мбіт/с SDSL – 2 Мбіт/с VDSL – 26 Мбіт/с SHDSL - 2,32 Мбіт / с UADSL – 384 Кбіт/с IDSL – 144 Кбіт/с	точка-точка, зірка		метод цифрової обробки сигналу
	APON – 155 Мбіт/с BPON – 622 Мбіт/с EPON (GEPON) – 1 Гбіт/с 10 GEPON – 10 Гбіт/с GPON-1Гбіт/с та 2,5Гбіт/с	кільце, точка-крапка, дерево	оптичний розгалужувач	метод WDM мультиплексування та метод множинного доступу з поділом часу

Прокоментуємо вищевикладене у Таблиці 1.

Технологія PDH – одне з перших технологій, які передбачають цифрову передачу даних у первинної мережі з допомогою імпульсно-кодової модуляції (ІКМ), тобто. за допомогою спеціального комутаційного обладнання аналоговий телефонний сигнал перетворюється на цифровий інформаційний потік
- технологія SDH є подальшим розвитком технології PDH і на відміну від останньої забезпечує надійне управління та самодіагностику первинної мережі з високостабільною синхронізацією даних
- технологія SONET є американською версією технології SDH
- технологію Ethernet успішно використовують під час побудови локальних комп'ютерних мереж. Це перша технологія, яка стала використовувати як середовище передачі оптичний кабель і кручений пару - що призвело до неймовірного зростання швидкодії Ethernet-мереж. Швидкості передачі дійшли до 10 Гбіт/с. На підході протоколи 40 Gigabit Ethernet та 100 Gigabit Ethernet зі швидкостями 40 Гбіт/с та 100 Гбіт/с!
- технологія АТМ щодо молода мережева розробка, в основу якої взято концепцію транспортування як даних, так і голосового та відео трафіку з високими швидкостями
- технологія FDDI є удосконаленою розробкою Token Ring. В основному ці конструкції ідентичні, відмінність у швидкостях передачі даних та в алгоритмі кодування інформації
- технологія DPT – це новітня мережна технологія, що претендує на міжнародний стандарт. Основною концепцією мереж DPT є ефективна прийомо-передача IP-трафіку
- технологія xDSL, використовуючи існуючі телефонні лінії, зайняла своє місце у сфері інтерактивного доступу до абонентів, де успішно співіснують телефонний апарат та Інтернет, факс та електронна пошта
- технологія PON – технологія, що стрімко розвивається, що дозволила за досить короткий термін вирішити задачу підключення індивідуального користувача до сервіс-провайдера.

Детальніше про кожну технологу.

Технологія PDH (плезіохронна цифрова ієрархія) – це технологія первинних (опорних) мереж, в яких використовується принцип цифрової обробки аналогового телефонного сигналу (ІКМ) і метод тимчасового мультиплексування (TDM). Суть цього методу мультиплексування з поділом часу полягає в наступному: за допомогою комутатора вхідні абонентські канали послідовно підключаються до загального каналу зв'язку на певний інтервал часу, так званий тайм-слот, а на приймальній стороні загального каналу комутатор демультиплексує потік на окремі вибірки і розподіляє їх відповідним приймальним абонентським каналам. Архітектура PDH має кілька ієрархій швидкостей і кілька каналів цифрових інформаційних потоків. Перший рівень, базовий для первинної мережі, називається Е1 і дорівнює 2,048 Мбіт/с за європейським стандартом або Т1=1,544 Мбіт/с за американським стандартом. Цей рівень утворюється з 30-ти абонентських швидкостей (по 64 Кбіт/с) плюс дві службові швидкості (32 х 64 Кбіт/с) або з 24 абонентів за американськими мірками плюс 8 службових Кбіт (24 х 64 Кбіт/с + 8 Кбіт/с). Далі, з допомогою базових потоків Е1 і Т1 організуються інші канали з вищим рівнем в ієрархії швидкостей – Е2/Т2, Е3/Т3, Е4/Т4. Слід зазначити, що механізм синхронізації цих цифрових потоків дбає про плезиохронном рівні, тобто. майже синхронний. Це призводить до того, що перетворені цифрові потоки відрізняються за швидкостями один від одного на невеликі значення. І щоб PDH мережі функціонували з прийнятною надійністю, необхідна додаткова опція вирівнювання швидкостей за допомогою додавання спеціальних вирівнюючих бітів. Однак дана цифрова платформа в силу своєї організації не дозволяє значно збільшити швидкість передачі і не забезпечує достатнього контролю та управління даними первинної мережі. З'явилася досконаліша технологія SDH, яка, використовуючи цифрові інформаційні потоки PDH, може організувати високошвидкісну та ефективну передачу даних.

Технологія SDH (синхронна цифрова ієрархія) – технологія первинних і транспортних мереж. Являє собою вдосконалений варіант PDH-технології. Основний інформаційної структурою в мережах SDH є синхронний транспортний модуль з відповідним рівнем ієрархії, що називається STM-n. Рівень STM-1 є базовим і дорівнює 155 Мбіт/с. Мережі SDH відносяться до класу мереж з комутацією каналів методом синхронного мультиплексування з розподілом часу (TDM). Концепція SDH дозволяє створювати надійні транспортні мережі, в яких як вхідні дані використовуються PDH-потоки. Вся інформація у системі PDH/SDH передається контейнерами С-n та віртуальними контейнерами VC-n. Контейнер типу С-n – вхідна транспортна структура в первинній SDH-мережі: так у контейнер С-12 упакований потік E1, контейнер С-3 упакований потік E3, а в контейнері С-4 упаковується інформаційний потік самої SDH-мережі модуль STM- 1. Перед мультиплексуванням і комутацією в контейнер C-n вкладається трактова інформація про маршрут – тепер такий контейнер називається віртуальним контейнером VC-n. Його ще називають одиницею мультиплексування у технології із синхронною цифровою ієрархією. У SDH-мережах працює єдиний високостабільний тактовий механізм – тактова мережева синхронізація (ТТС). Найбільш переважною топологією вважається подвійне кільце – по першому кільцю передається інформаційний трафік, по другому – синхронізуючі дані, і це кільце активізується для проходу основного потоку тільки при збоях та аварійних ситуаціях.

Технологія SONET – технологія первинних цифрових мереж, аналог технології SDH. Синхронні транспортні модулі конструкції SONET називаються як STS-n (електричні сигнали) і OC-n (лазерне інфрачервоне випромінювання). Перший рівень, базовий для первинної мережі, STS-1/OC-1 дорівнює 52 Мбіт/с. Третій рівень STS-3/OC-3 відповідає першому рівню STM-1 в архітектурі SDH. Так само як і в SDH-мережах у SONET використовується метод тимчасового синхронного мультиплексування (TDM). Таким чином, коли говорять про мережі із синхронною цифровою ієрархією, мають на увазі технологію з абревіатурою SONET/SDH.

Щодо Ethernet. Зараз ця технологія залишається найпоширенішим мережевим протоколом, у якому використовується метод колективного доступу з розпізнаванням несучої частоти та виявлення колізій (CSMA/CD). Говорячи простою мовою, такий множинний метод доступу Демшевського не дозволяє створити колізію, тобто. ситуацію одночасної передачі за загальним каналом між абонентами. Інформаційною одиницею є кадр. Докладніше про технологію Ethernet див. у рубриці “Корисна інформація” нашого сайту під назвою “Модель ISO/OSI та стандарт IEEE 802.3 у мережах Ethernet”

Технологія АТМ передбачає асинхронний спосіб передачі інформації осередками фіксованого розміру 53 байта що складається з 48 байтів даних і 5 байтів заголовка. Через посередництво АТМ-комутатора осередки мультиплексуються у міру надходження. Таке ущільнення даних називається методом асинхронного мультиплексування. Мережі АТМ орієнтовані віртуальне з'єднання двох видів інтерфейсу – віртуальний канал (VC) і віртуальний шлях (VI). Віртуальний канал встановлює з'єднання між двома кінцевими вузлами (абонентами) на час їхньої взаємодії. Віртуальний шлях складається з кількох віртуальних каналів та утворює маршрут між комутаторами. Синхронізація АТМ-мережі забезпечується за рахунок тактової мережевої синхронізації (ТТС). Фіксований стандарт осередку дає гарантований постійний час обробки даних – що є незаперечним плюсом цієї технології. Концепція ATM успішно використовується у мережах, де головним критерієм є високоякісна, швидкісна передача різнорідного трафіку (цифрових, голосових та мультимедійних даних).

Технології FDDI і Token Ring застосовують детермінований маркерний спосіб передачі, а по-простому, такий метод називається естафетним, оскільки право передачі запускається по естафеті від абонента до абоненту. Цей метод передбачає обов'язково кільцеву топологію розташування абонентів, причому будуються два кільця: одне кільце є резервним у разі аварійних ситуацій чи збоїв. Суть методу така. По кільцю безперервно обертається маркер (token), спеціальний пакет, що управляє. Звідси ще одна назва методу – токенова! Так ось, якщо маркер вільний – він дає право абоненту на передачу. Абонент, який одержав вільний маркер, робить маркер зайнятим, приєднує до нього свій пакет інформації та пускає таку посилку по колу. Інші абоненти в кільці аналізують цю посилку щодо адресата. Якщо абоненту не адресовано надсилання, він пускає її по колу. Якщо абонент знаходить у посилці свою адресу, він приймає інфо, маркер позначає як прийнятий і пускає посилку знову на кільце. Передавальний абонент, який отримав свою посилку з відміткою про прийом, видаляє свій інформаційний пакет, позначає token (маркер) як вільний і відправляє чистенький token далі по кільцю. Все знову повторюється.

Технологія DPT, розроблена фірмою Cisco Systems, знаходиться на стадії прийняття як міжнародний стандарт для побудови нового покоління міських мереж, орієнтованих на провайдерів послуг з передачі IP-трафіку. DPT – це технологія динамічної передачі IP-пакетів. Динамічність цієї розробки полягає у наданні відправленому пакету даних найкоротший шлях до абонента (вузла). Ідеологія новітньої технології полягає у вмілому використанні підходів щодо будівництва вже існуючих мереж, таких як: SONET/SDH, Token Ring, FDDI. Мається на увазі організація топології подвійного кільця. Це дуже ефектний хід компанії Cisco! У топології "подвійне кільце" у технологіях SONET/SDH, Token Ring, FDDI друга кільцева магістраль використовується як резервна при збоях, розривах тощо. У DPT два кільця працюють в активному режимі, причому IP-пакети обертаються по колу у протилежних напрямках: в одному кільці – за годинниковим, в іншому – проти годинниковим. Така організація потоків інформації дозволяє спеціальному протоколу SRP вибирати найбільш актуальний шлях до приймального вузла. Цікава технологія DPT ще й тим, що вона досить мобільно може вбудовуватися у вже побудовані SONET/SDH та Gigabit Ethernet мережі. Ну, і в плані ємності мережі – DPT може бути включено набагато більше пристроїв у порівнянні, скажімо, з тієї ж SONET/SDH.

Сімейство xDSL-технологій використовує абонентські лінії телефонної мережі загального користування. Щоб така мережа стала самодостатньою, з усіма атрибутами мережевої технології – а це насамперед: ефективний доступ до Інтернету, інтерактивний зв'язок з абонентами, у концепції хDSL вирішено три кардинальні завдання: значно збільшено швидкість передачі даних, суттєво розширено пропускну здатність ліній, на багато піднято рівень якості зв'язку! Перше завдання виконується за рахунок використання xDSL-модемів, друге – за рахунок використання унікального кодування інформації, третє – за рахунок впровадження методу цифрової обробки сигналу. Таким чином, сімейство xDSL гідно займає свою нішу серед найбільш затребуваних мережевих технологій.

У технології PON при побудові оптичної мережі використовуються два методи мультиплексування: WDM мультиплексування/демультиплексування та метод множинного доступу з розподілом часу (TDMA). WDM мультиплексування – це хвильове спектральне ущільнення лазерного потоку інфрачервоних хвиль в одному волокні. Метод множинного (колективного) доступу з тимчасовим поділом використовує спеціальний механізм арбітражу, який виключає зіткнення інформаційних потоків у загальному каналі передачі. Стандартно мережі PON працюють в інтерфейсі з форматами Ethernet, забезпечуючи на абонентському тракті "остання миля" ефективний розподіл послуг за принципом "оптика в будинок" (FTTH). Архітектура PON є досить тривіальною. Є один активний центральний вузол OLT (optical line terminal) з лазерним приймальним модулем (трансівером) ). Між цими пристроями розташоване повністю пасивне оптичне середовище, що не потребує електроенергії та технічного обслуговування і складається з оптичних кабелів та оптичних розгалужувачів. Зовнішнє джерело інформації для OLT є Інтернет-провайдер і кабельне телебачення. У центральному та абонентських вузлах вбудовані WDM мультиплекси та обладнання TDMA. Від ядра OLT передаються низхідні потоки, що складаються з WDM упакованих сигналів на довжинах хвиль 1490 нм і 1550 нм з конкретною адресою ONT. Ці потоки приходять на кожен абонентський пристрій, де інформація відфільтровується на ONT-адресу з виходом на конкретного користувача. Зворотний (висхідний) потік всіх абонентських пристроїв передається на довжині хвилі 1310 нм. Ось у цьому потоці використовується спосіб множинного доступу з поділом часу, щоб виключити можливість перетину сигналів від різних користувачів. Всі ONT синхронізуються від загального часу заданого джерела і кожному ONT виділяється певний часовий домен. Вузол ONT повинен вкладати у свій буфер отримані від користувача дані до того часу, поки прийде його тимчасової домен. Коли приходить його тимчасовий домен, ONT вкидає всю накопичену в буфері інформацію у висхідний потік, який приймається центральним OLT-вузлом, де демультиплексується цей потік для подальшого виходу на Інтернет-провайдер. Інтерактивний потік на хвилях 1490/1310нм через медіаконвертер та модем по кручений парі підключається до комп'ютера, IP-телефону. Вихідний потік хвилі 1550нм забезпечує роботу кабельного телебачення. Відстань між OLT та ONT вузлами може сягати 20 км. Кількість ONT, яка може бути вбудована в OLT-мережу, максимально становить 64 вузли.

У цій статті ми зачепили типові технології побудови мереж передачі даних. Сподіваємося на розуміння нашого читача в тому контексті, що з усієї множини мережевих розробок були розглянуті найзначніші та найзатребуваніші концепції.
Дякую за розуміння! Автор.

1. Введення

Поняття телекомунікації

Елементи теорії інформації

1.3.1 Визначення інформації.

1.3.2 Кількість інформації

1.3.3 Ентропія

1.4. Повідомлення та сигнали

Тема 2 . Інформаційні мережі

2.2. Конфігурація ЛОМ.

Тема 3

3.2. Еталонна модель (OSI)

Тема 4.

4.1. Провідні лінії зв'язку

4.2. Оптичні лінії зв'язку

Тема 5.

Тема 6.

Тема 7.

7.2. Адресація в IP мережах

7.3. Протокол IP

Лекція 1

Телекомунікації. Концепція інформації. Системи передачі. Вимірювання кількості інформації

Поняття телекомунікації

Перш ніж розглядати технології передачі, розглянемо мережі (системи), у яких передаються різні види інформація. Інформація (звук, зображення, дані, текст) передається у телекомунікаційних та комп'ютерних мережах.

Телекомунікації(грец. tele - вдалину, далеко і лат. communication - спілкування) - це передача та прийом будь-якої інформації (звуку, зображення, даних, тексту) на відстань по різних електромагнітних системах (кабельним та оптоволоконним каналам, радіоканалам та іншим, провідним та бездротовим каналів зв'язку).

Телекомунікаційна система- Сукупність технічних об'єктів, організаційних заходів та суб'єктів, що реалізують процеси з'єднання, передачі, доступу до інформації

Телекомунікаційні системи разом із середовищем передачі данихутворюють телекомунікаційні мережі.

Телекомунікаційні мережідоцільно розділяти за типом комунікацій (мережі телефонного зв'язку, мережі передачі даних тощо) і розглядати при необхідності в різних аспектах (техніко-економічному, технологічному, технічному та ін.).

Приклади телекомунікаційних мереж:

- Поштовий зв'язок;

- Телефонний зв'язок загального користування (ТФОП);

- Мобільні телефонні мережі;

- Телеграфний зв'язок;

- Інтернет - глобальна мережа взаємодії комп'ютерних мереж;

- Мережа провідного радіомовлення;

- Мережа кабельного радіомовлення;

– мережа телевізійного та радіомовлення;

та інші інформаційні мережі.

Для реалізації зв'язку на відстані телекомунікаційні системи використовують:

- Системи комутації;

- Системи передачі даних;

– системи доступу та управління каналами передачі;

- Системи перетворення інформації.

Система передачі даних- це сукупність каналів зв'язку, центрів комутації, процесорів телеобробки, мультиплексорів передачі данихта програмних засобів встановлення та здійснення зв'язку.

Під системою передачі даних (СПД) розуміється фізичне середовище (ФС), а саме: середовище, по якому поширюється сигнал (наприклад, кабель, оптоволокно (світловод), радіоефір і т.д.).

Цей курс лекцій присвячений вивченню технології передачі інформації на фізичному, канальному та мережевому рівнях.

Найважливішим аспектом курсу є поняття інформації. Нині немає єдиного визначення інформації як наукового терміна.

Ось деякі визначення інформації:

1. Інформація(Від лат. informatio- «роз'яснення, виклад, поінформованість») - це відомості(повідомлення, дані), незалежно від форми їх уявлення.

2. Інформація- відомості про осіб, предмети, факти, події, явища та процеси незалежно від форми їх уявлення.

Інформація зменшує ступінь невизначеності, неповноту знаньпро осіб, предмети, події тощо.

У теорії інформації міра невизначеностібудь-якого досвіду (випробування), який може мати різні результати, отже, і кількість інформації називається ентропія.

У широкому сенсі, у якому слово часто вживається у побуті, ентропія означає міру невпорядкованості системи; чим меншеелементи системи підпорядковані якомусь порядку, тим вище ентропія.

Чим більше інформації, тим більше впорядкованості системи, і навпаки, чим менше інформації, тим вищехаос системи, тим вищеїї ентропія.

Зв'язок: інформація - повідомлення - сигнал

Повідомлення- це інформація, виражена у певній формі та призначена для передачі від джерела до користувача ( тексти, фото, мова, музика, телевізійне зображеннята ін.). Інформація є частиною повідомлення, що становить новизну, тобто. те, що раніше не було відомо.

Сигнал- це фізичний процес, що поширюється у просторі та часі, параметри якого здатні відображати (утримувати) повідомлення.

Для передачі інформації використовують сигналщо є фізичною величиною і з його параметрами так чи інакше пов'язана інформація.

Таким чином, сигнал – це фізична величина, що змінюється певним чином. У телекомунікаційних системах та мережах використовуються електричні, оптичні, електромагнітні та інші види сигналів.

Телефонні мережі

Перший етапрозвитку телефонних мереж - телефонні мережі загального користування (ТФОП чи PSTN). ТфОП – це сукупність АТС, які об'єднані аналоговими або цифровими лініями зв'язку (магістралями) або з'єднувальними лініями, та користувача (кінцевого) обладнання, підключеного до АТС по абонентських лініях. ТФОП використовують технологію комутації каналів. Перевагою мереж комутації каналів є можливість передачі аудіоінформації та відеоінформації без затримок. Недоліком - низький коефіцієнт використання каналів, висока вартість передачі даних, підвищений час очікування інших користувачів.

Другий етап- Телефонні мережі ISDN. Сучасне покоління цифрової телефонної мережі – ISDN. ISDN (Integrated Services Digital Network) - Цифрова мережа з інтегрованими послугами, у якій по телефонних каналах передаються лише цифрові сигнали, зокрема і з абонентським лініям.

Як лінію ISDN BRI телефонна компанія частіше використовує мідний кабель телефонної мережі загального користування (ТСОП), за рахунок чого знижується остаточна вартість ISDN-лінії.

Цифрові мережі з інтеграцією послуг ISDN можна використовуватиме розв'язання широкого класу завдань із передачі у різних галузях, зокрема: телефонія; передача даних; об'єднання віддалених LAN; доступ до глобальних комп'ютерних мереж (Internet); передача трафіку, чутливого до затримок (відео, звук); інтеграція різноманітних видів трафіку.

Кінцевим пристроєм мережі ISDN можуть бути: цифровий телефонний апарат, окремий комп'ютер із встановленим ISDN-адаптером, файловий або спеціалізований сервер, міст або маршрутизатор LAN, термінальний адаптер із голосовими інтерфейсами (для підключення звичайного аналогового телефону або факсу), або з послідовними інтерфейсами (для передачі даних).

У Європі фактичним стандартом ISDN стає EuroISDN, який підтримує більшість європейських телекомунікаційних провайдерів та виробників обладнання.

В даний час до мереж ТФОП та ISDN підключені центри комутації стільникового зв'язку(стільникові мережі різних операторів з'єднані між собою), що забезпечує дзвінки зі стільникових телефонів на стаціонарні телефони (ТФОП або ISDN) і навпаки.

Для зв'язку мережі Інтернет (IP - мережі) з ТФОПвикористовуються спеціальні аналогові VoIP-шлюзи, а з ISDN застосовуються цифрові шлюзи VoIP. Голосовий сигнал з каналу VoIP може надходити безпосередньо на аналоговий телефон, підключений до звичайної телефонної мережі ТФОП або на цифровий телефон, підключений до цифрової мережі з інтеграцією послуг ISDN.

Як первинні мережі у фіксованій телефонії використовується мідний кабель і PDH/SDH для об'єднання АТС.

стільниковий зв'язок

Стільниковий зв'язок - це бездротова телекомунікаційна система, що складається з 1) мережі наземних базових приймально-передавальних станцій, 2) малогабаритних мобільних станцій (стільникових радіотелефонів) та 3) стільникового комутатора (або центру комутації мобільного зв'язку). GSM (Global System for Mobile Communications)

Стільниковий зв'язок: 1G, 2G, 2,5G, 3G, 4G, 5G. GSM (Global System for Mobile Communications)

Телевізійні мережі

Телевізійні мережі (ефірні, кабельні та супутникові) призначені для передачі відео. Кабельне телебачення використовує канали зв'язку, що не комутуються. Спочатку відео було в аналоговому вигляді, потім кабельне і супутникове телебачення було переведено на цифрові сигнали. В даний час аналогове телемовлення припиняє своє існування, і всі види телемовлення передаватимуть сигнали у цифровому вигляді.

Цифрове телемовлення засноване на відкритих стандартах та розвивається під контролем консорціуму DVB.

Найбільшого поширення набули системи:

· Цифрового супутникового мовлення - DVB-S (DVB-S2);

· Цифрового кабельного мовлення - DVB-C;

· Цифрового ефірного мовлення - DVB-T (DVB-T2);

· Цифрового мовлення для мобільних пристроїв - DVB-H;

· Телебачення по IP - DVB (IPTV);

· Інтернет-телебачення або потокове мовлення (Internet-TV).

Що стосується DVB-H, DVB-IPTV та Internet-TV, це результат інтеграції (конвергенції) різних мереж, і навіть термінальних устройств.

Мобільне телебачення DVB-H – це технологія мобільного мовлення, що дозволяє передавати цифровий відеосигнал через Інтернет на мобільні пристрої, такі як КПК, мобільний телефон або портативний телевізор.

Важливо відзначити, що IPTV (IP через DVB або IP по MPEG) - це телебачення, яке мовить через Інтернет. IPTV нагадує звичайне кабельне телебачення, тільки до терміналу абонента воно приходить не по коаксіальному кабелю, а по тому каналу, що і інтернет (ADSL модем або Ethernet).

IPTV є трансляцією каналів (звичайно одержуваних з супутників), переважно у форматах MPEG2/MPEG4 по транспортній мережі провайдера, з наступним переглядом на комп'ютері за допомогою одного з відеоплеєрів - VLC-player або IPTV - Player або на телевізорі за допомогою спеціального спеціалізованого пристрою Set Top Box.

Потокова трансляція відео ( Internet-TV). Модель мовлення в Internet-TV істотно відрізняється з інших концепцій. Потокове відео (Streaming Video) називають технології стиснення та буферизації даних, які дозволяють передавати відео в реальному часі через Інтернет.

Комп'ютерні мережі

Первинні мережі

В даний час у мережі Internet використовуються практично всі відомі лінії зв'язку від низькошвидкісних телефонних ліній до високошвидкісних цифрових супутникових каналів.

Канали зв'язку глобальних мереж організуються первинними мережами технологій FDM, PDH/SDH, DWDM(ДіДаблЮ ДіЕм).

Оскільки трафік IP сьогодні є неодмінним атрибутом будь-якої мережі передачі даних і не підтримувати його просто неможливо, то для надання якісних послуг більшість великих глобальних мереж, особливо мереж операторів зв'язку, будується за чотирирівневою схемою.

Рис. 10. Чотирьохрівнева структура сучасної глобальної мережі

Два нижніх рівня не відносяться до власне пакетних мереж - це рівні первинної мережі.

Первинні, або опорні мережі призначені для створення комутованої інфраструктури. На основі каналів, утворених первинними мережами, працюють вторинні ( комп'ютерні або телефонні) мережі.

На нижньому рівні працює найбільш швидкісна на сьогоднішній день технологія Dense Wavelength Division Multiplexing (Щільне мультиплексування з поділом по довжині хвилі) DWDM, що утворює спектральні швидкості 10 Гбіт/сі вище. Wavelength Division Multiplexing ( WDM) - технологія оптичного спектрального ущільнення, звана зазвичай мультиплексування з поділом по довжині хвилі. До WDM (DWDM, CWDM) мультиплексора можна підключити практично будь-яке обладнання: SONET/SDH, ATM, Ethernet.

На наступному рівні працює технологія SDH ( синхронна цифрова ієрархія). Стандарти SDH/PDH розроблені для високошвидкісних оптичних мереж зв'язку – спочатку PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy, плезіохронна цифрова ієрархія), а потім і більш досконала SDH (Synchronous Digital Hierarchy, синхронна цифрова ієрархія), поширена в Європі, та її американський аналог SONET. SONET/SDHпередбачає використання методу тимчасового мультиплексуваннята синхронізацію часових інтервалів трафіку між елементами мережі та визначає рівні швидкостей проходження даних та фізичні параметри.

p align="justify"> Третій рівень утворений мережею АТМ, основним призначенням якої є створення інфраструктури постійних віртуальних каналів, що з'єднують інтерфейси маршрутизаторів IP, що працюють на третьому, верхньому рівні глобальної мережі.

Рівень IP утворює складову мережу та забезпечує послуги кінцевим користувачам, що передають по глобальній мережі свій IP трафік транзитом або взаємодіють по IP з Інтернетом.

В Інтернеті застосовуються і "чисті" мережі IP, які називаються так через те, що під рівнем IP немає іншої мережі з комутацією пакетів, такої як АТМ.

Структура чистої мережі IP представлена ​​на рис. нижче.

Рис. 11. Структура "чистої" мережі IP

У такій мережі цифрові канали, як і раніше, утворюються інфраструктурою двох нижніх рівнів, а цими каналами безпосередньо користуються інтерфейси маршрутизаторів IP, без будь-якого проміжного шару.

Розвиток комунікаційних мереж показало необхідність інтеграції звуку, зображень та інших типів даних для можливості їхньої спільної передачі. Оскільки дискретні канали зв'язку надійніші й економічніші за аналогові канали зв'язку, то за основу були прийняті саме вони. У зв'язку з цим кількість аналогових мереж швидко скорочується і вони замінюються дискретними.

Softswitch

Softswitch (програмний комутатор) – гнучкий програмний комутатор, один з основних елементів рівня управління мережі зв'язку наступного покоління NGN

Рис. 15. Softswitch у складі Мережі Зв'язку Загального Користування

Softswitch - це пристрій керування мережею NGN, покликаний відокремити функції керування з'єднаннями від функцій комутації, здатний обслуговувати велику кількість абонентів та взаємодіяти з серверами програм, підтримуючи відкриті стандарти. SoftSwitch є носієм інтелектуальних можливостей IP-мережі, він координує управління обслуговуванням дзвінків, сигналізацію та функції, що забезпечують встановлення з'єднання через одну або кілька мереж.

Також важливою функцією програмного комутатора є зв'язок мереж наступного покоління NGN з існуючими традиційними мережами ТфОП, за допомогою сигнального (SG) та медіа-шлюзів (MG).

Технології передачі інформації

Тема 1. Основні поняття інформації та систем передачі інформації

1. Введення

Поняття телекомунікації

Елементи теорії інформації

1.3.1 Визначення інформації.

1.3.2 Кількість інформації

1.3.3 Ентропія

1.4. Повідомлення та сигнали

1.5. Основні напрямки розвитку телекомунікаційних технологій

Тема 2 . Інформаційні мережі

2.1. Характеристики та класифікація інформаційних мереж

2.2. Конфігурація ЛОМ.

2.3. Базові мережеві топології

2.4. Мережеві технології локальних мереж

2.5. Способи побудови інформаційних мереж

Тема 3 Архітектури інформаційних мереж

3.1. Багаторівнева архітектура інформаційних мереж

3.2. Еталонна модель (OSI)

Тема 4. Лінії зв'язку та канали передачі даних

4.1. Провідні лінії зв'язку

4.2. Оптичні лінії зв'язку

4.3. Бездротові канали зв'язку

4.4. Супутникові канали передачі даних

Тема 5. Технології передачі даних фізично

5.1 Основні функції фізичного рівня

5.2. Способи перетворення дискретних сигналів (модуляція та кодування):

5.2.1. Аналогова модуляція дискретних сигналів (АМ, ЧС, ФМ)

5.2.2. Цифрове кодування дискретних сигналів (імпульсне та потенційне)

5.3. Імпульсно-кодова модуляція аналогових сигналів

5.4. Способи мультиплексування:

5.4.1. Спосіб частотного мультиплексування FDM

5.4.2. Мультиплексування з розділенням TDM

5.4.3. По довжині хвилі WDM (в оптоволоконних каналах зв'язку)

Тема 6. Технології передачі даних на канальному рівні.

6.1. Технології передачі даних на канальному рівні в ЛОМ та виділених лініях (Ethernet, Token Ring, FDDI; SLIP, HDLC, PPP)

6.2. Технології передачі даних на канальному рівні у глобальних мережах або транспортні технології рівня магістралі (X.25, Frame Relay, ATM, MPLS, Ethernet; ISDN, PDH, SDH/SONET, WDM/DWDM)

Тема 7. Технології передачі на мережевому рівні у складових мережах (IP-сетях)

7.1. Об'єднання мереж на основі мережевого рівня

7.2. Адресація в IP мережах

7.3. Протокол IP

7.4. Маршрутизація у мережах передачі.

7.5. Управління потоками даних.

Навчальна програма курсу обсягом 108 академічних годин складається з одного змістовного (навчального) модуля обсягом 3 кредитів (обсяг кредиту ECTS становить 36 академічних годин) та складається з аудиторних занять та самостійної роботи студентів.

Планшети