1.6.5 Продвижение потоков

Когда задачи определения и задания маршрута решены, должно произойти соединение, или коммутация, абонентов. Для каждой пары абонентов эта операция может быть представлена совокупностью нескольких (по числу транзитных узлов) локальных операций коммутации. Отправитель должен выставить данные на тот свой порт, из которого выходит найденный маршрут, а все транзитные узлы должны соответствующим образом выполнить «переброску» данных с одного своего порта на другой, другими словами, выполнить коммутацию. Устройство, функциональным назначением которого является выполнение коммутации, называется коммутатором (switch). Коммутатор производит коммутацию входящих в его порты информационных потоков, направляя их в соответствующие выходные порты.

Однако прежде чем выполнить коммутацию, коммутатор должен опознать поток. Для этого поступившие данные анализируются на предмет наличия в них признаков какого-либо из потоков, заданных в таблице коммутации. Если произошло совпадение, то эти данные направляются на интерфейс, который был определен для них в маршруте.

Примечание

Термины коммутация, таблица коммутации и коммутатор в телекоммуникационных сетях могут трактоваться неоднозначно. Мы уже определили термин коммутация как процесс соединения абонентов сети через транзитные узлы. Этим же термином мы обозначаем и соединение интерфейсов в пределах отдельного транзитного узла. Коммутатором в широком смысле называется устройство любого типа, способное выполнять операции переключения потока данных с одного интерфейса на другой. Операция коммутации может быть выполнена в соответствии с различными правилами и алгоритмами. Некоторые способы коммутации и соответствующие им таблицы и устройства получили специальные названия (например, маршрутизация, таблица маршрутизации, маршрутизатор). В то же время за другими специальными типами коммутации и соответствующими устройствами закрепились те же самые названия: коммутация, таблица коммутации и коммутатор, которые здесь используются в узком смысле, например коммутация и коммутатор локальной сети. Для телефонных сетей, которые появились намного раньше компьютерных, также характерна аналогичная терминология — коммутатор является здесь синонимом телефонной станции. Из-за солидного возраста и гораздо большей (пока) распространенности телефонных сетей чаще всего в телекоммуникациях под термином «коммутатор» понимают именно телефонный коммутатор.

Коммутатором может быть как специализированное устройство, так и универсальный компьютер со встроенным программным механизмом коммутации, в этом случае коммутатор называется программным. Компьютер может совмещать функции по коммутации данных, направляемых на другие узлы, с выполнением своих обычных функций как конечного узла. Однако во многих случаях более рациональным является решение, в соответствии с которым некоторые узлы в сети выделяются специально для выполнения коммутации. Эти узлы образуют коммутационную сеть, к которой подключаются все остальные.

1.6.6 Мультиплексирование и демультиплексирование

Как было уже сказано, прежде чем выполнить переброску данных на определенные для них интерфейсы, коммутатор должен понять, к какому потоку они относятся. Эта задача должна решаться независимо от того, поступает ли на вход коммутатора только один поток в «чистом» виде, или «смешанный» поток, являющийся результатом агрегирования нескольких потоков. В последнем случае к задаче распознавания добавляется задача демультиплексирования — разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих потоков. Как правило, операцию коммутации сопровождает также обратная операция — мультиплексирование, при которой из нескольких отдельных потоков образуется общий агрегированный поток, который можно передавать по одному физическому каналу связи. Операции мультиплексирования/демультиплексирования имеют такое же важное значение в любой сети, как и операции коммутации, потому что без них пришлось бы все коммутаторы связывать большим количеством параллельных каналов, что свело бы на нет все преимущества неполносвязной сети.

Мультиплексирование является способом обеспечения доступности имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети.

Существует множество способов мультиплексирования потоков в одном физическом канале, важнейшим из них является разделение времени. При этом способе каждый поток время от времени (с фиксированным или случайным периодом) получает физический канал в свое распоряжение и передает в это время по нему свои данные. Очень распространено также частотное разделение канала, когда каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне.

1.7 ЛВС Ethernet

Более 80 % ЛВС мира действуют по стандарту Ethernet, в России – еще больше. Поэтому с ней необходимо познакомиться конкретнее.

Сеть Ethernet (в переводе с англ. – "эфир") была разработана в середине 70-х годов в Исследовательском Центре фирмы Xerox в Пало Альто (шт. Калифорния, США) и усовершенствована в 1980 году в рамках совместного проекта фирм DEC, Intel и Xerox. Первые версии ее спецификаций были опубликованы IEEE в 1981, 1982 и 1985 годах.

Сеть Ethernet может быть разделяемой и коммутируемой. Разделяемый Ethernet выглядит так. На рисунке 6.13 представлена разделяемая сеть Ethernet. Скрученные пары проводов соединяют компьютер с блоком, установленным в 80 метрах от него в кроссировочном шкафу. Этот блок соединен с другими аналогичными блоками, установленными в том же шкафу; примерно 50 компьютеров на одном этаже подключены к одному из этих соединенных между собой блоков.

Такой блок называется концентратором Ethernet (или «хабом»; дословно англ. hub означает «ступица»: провода, тянущиеся от этого блокa к компьютерам, напоминают спицы велосипедного колеса). Компьютеры, подсоединенные к множеству взаимосвязанных концентраторов, образуют так называемый единый «сегмент конфликтов». Этот термин связан с тем фактом, что пакеты (т.е. группы битов), посылаемые этими компьютерами, могут сталкиваться, если они прибывают на концентратор одновременно.

Когда компьютер посылает пакет в Ethernet, он преобразует "биты" в электрические сигналы. Эти сигналы распространяются от компьютера к концентратору со скоростью, составляющей около 60 процентов от скорости света. Концентратор ретранслирует эти сигналы к портам всех компьютеров, подключенных к той же сети Ethernet.

Работа сети определяется тремя адресами, показанными на рис. 1.12.

Каждый компьютер имеет имя, сетевой адрес и адрес Ethernet. Компьютеры подключены к концентратору, который повторяет все приходящие пакеты на всех своих портах. Концентратор также информирует компьютеры обо всех конфликтах, которые происходят, в том случае, когда два или более пакетов прибывают на концентратор одновременно. Поэтому все компьютеры в сети Ethernet «видят» пакет. Для определения источника и адресата передающий компьютер помечает пакет своим адресом в Ethernet и адресом узла назначения. Адрес Ethernet представляет собой 48-битную строку, содержание которой соответствует каждому конкретному экземпляру оборудования Ethernet (сетевой платы). По прибытии пакета, компьютер аппаратно сравнивает адрес назначения со своим собственным, и отбрасывает пакеты с чужими адресами, за исключением «широковещательного адреса», который используется при обращении ко всем компьютерам сети.

Таким образом, компьютеры сети Ethernet могут обмениваться пакетами в предположении, что им известны адреса друг друга. Скорость передачи в сети Ethernet составляет 10 или 100 Мбит/с и может достигать 1 Гбит/с. Сети Ethernet, работающие со скоростью передачи 100 Мбит/с, называются Fast Ethernet, а со скоростью передачи 1 Гбит/с -Gigabit Ethernet.

Описанная выше сеть Ethernet называется разделяемой, поскольку все компьютеры включены в одну проводную сеть, то есть все пакеты передаются по всем проводам. Но что произойдёт, если два компьютера начнут передачу одновременно? В таком случае концентратор получит на два своих разных порта приходящие пакеты, но не сможет одновременно передать два разных сигнала в другие свои порты, поскольку сигнала тогда исказят друг друга. Вместо этого концентратор высылает всем компьютерам сигнал, предупреждая их, что произошел конфликт. Передающие компьютеры останавливают передачу, как только получают предупреждение о конфликте. После этого они ожидают некоторое случайное время перед очередной попыткой передать свои пакеты. Кроме того, компьютер знает, что он не должен начинать передачу в то время, пока не закончилась другая передача по сети. Руководствуясь этими простыми правилами, называемыми протоколом управления доступом к среде передачи, все компьютеры могут дождаться своей очереди для передачи. Этот протокол управления доступом к среде называется методом множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК - CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision).