Структура сети ЭВМ и её подсистемы - сети обмена данными (СОД). Основные определения и системные требования к СОД (стр. 1 )

ГВС ()

1. Структура сети ЭВМ и её подсистемы - сети обмена данными (СОД). Основные определения и системные требования к СОД

Структура сети ЭВМ и её подсистемы – сети обмена данными (СОД)

В1. Несколько ЭВМ различных вычислительных центров или автоматизированных объектов могут быть связаны между собой линиями связи (каналами передачи данных), так что образуется сеть взаимодействующих ЭВМ. Сопряжение этих ЭВМ с каналами передачи данных обеспечивается специальной аппаратурой - адаптерами, сетевыми платами - контроллерами каналов или даже специализированными связными процессорами передачи данных (ППД). К каждой ЭВМ сети может подключаться непосредственно или через концентраторы большое число оконечных устройств (терминалов). В английской терминологии такая ЭВМ называется «хозяйкой» (HOST). В ней реализуются все прикладные процессы пользователей, управление терминалами и процессы сетевого взаимодействия - т. е. управление обменом с другими ЭВМ сети. Такие сети (сети ХОСТ - ЭВМ, пример-сеть SNA IBM), обычно связывают не очень большое число объектов.

Если количество ЭВМ измеряется сотнями, то для экономии количества каналов и обеспечения надежности передачи данных, в большой территориально разнесенной сети ЭВМ выделяется независимая подсистема - КОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ, состоящая из некоторой совокупности узлов (или центров) коммутации данных, к которой подключаются все ЭВМ-абоненты. Отметим, что в настоящее время термин ХОСТ сохранен, но относится уже к терминалу пользователя, а ЭВМ, обслуживающая пользователей (их «слуга») получила наименование «сервер» (Server).

В2. Обоснованием необходимости создания коммуникационной сети является стоимость каналов связи, и коэффициент полезного использования каждого канала. Если, например, сеть состоит из N ЭВМ и нужно соединить каждую из них со всеми остальными N-1 ЭВМ, то для этого потребуется ½ N(N -1) каналов связи. (Пример: N=4, кол-во КСВ=4*3/2=6.) Между тем в настоящее время каналы связи являются самым дорогим ресурсом в вычислительных сетях. Очевидно также, что ни одной из ЭВМ, как правило, не нужно одновременно обмениваться данными со всеми остальными ЭВМ. Случаи циркулярной широковещательной передачи сравнительно редки.

Как же соединять ЭВМ?

Естественным решением является выделение некоторых ЭВМ, специально предназначенных для коммутации и транспортировки данных по заданному адресу. Тем самым в сеть вычислительных машин вводится специализированная коммуникационная сеть, состоящая из ЭВМ-коммутаторов, к которым каждая ЭВМ пользователя обращается по одному (или нескольким) выделенному или коммутируемому каналу, так же как абонент телефонной сети подключается к АТС.

Назовем эту транспортную сеть - Сеть Обмена Данными (СОД), хотя кроме данных могут передаваться речь и видеоизображения. В дальнейшем будем рассматривать в основном принципы построения ПРОГРАММНОГО обеспечения сетей обмена данными, осуществляющих пакетную коммутацию и доставку данных абонентам.

П р и м е ч а н и е. Под данными понимается информация, представленная в формализованном виде, пригодном для интерпретации, обработки и пересылки её человеком или техническими средствами.

Коротко об истории создания действующей СОД.

На рисунке В.1 представлен пример СОД, к которой подключены 3 абонента.

Рис. В.1

В3. Из пяти способов коммутации при передаче информации: коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация кадров, коммутация ячеек и коммутация пакетов, будем рассматривать в основном последний способ и предметом курса является проектирование программного обеспечения ЭВМ коммутатора пакетов. (подробнее о сути всех пяти методов коммутации, включая ISDN, FR и ATM. В. Г. можно почитать в книге Олифер, . Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Санкт-Петербург, Питер, 2005.).

С методологической точки зрения представляется более правильным НЕ строить курс в форме пересказа международных протоколов и описания зарубежных сетей, но провести все проектирование самостоятельно, сохраняя свободу решений в определении протоколов и их программной реализации. При этом будем исходить из того, что нужно построить надежную сеть передачи данных в условиях России, где каналы связи и ЭВМ могут иметь недостаточную надежность и пропускную способность!

2. Сеть обмена данными. Уровни, сетевые протоколы и интерфейсы. Структура передаваемых данных

1.ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОД.

1.1. Сеть обмена данными. Уровни, сетевые протоколы и интерфейсы.

Сеть обмена данными образована автоматическими центрами коммутации пакетов (АЦКП), соединенными между собой дуплексными (двунаправленными) линиями или направлениями связи (НС). В общем случае каждое направление может состоять из нескольких каналов связи разного типа и пропускной способности.

Абоненты сети могут подключаться:

- непосредственно к центру коммутации;

- к терминальной станции – комплексу доступа к сети (КДС);

- к маршрутизатору, который является многопротокольным концентратором абонентской нагрузки и одновременно локальным коммутатором.

Абонентами сети могут быть локальные вычислительные сети (ЛВС) разных типов, отдельные ПЭВМ, большие ЭВМ, телеграфные установки и тому подобное. Абоненты подключаются по выделенным (т е постоянно закреплённым) или коммутируемым каналам и могут использовать различные правила или протоколы для подключения к сети. Именно разнообразие типов абонентов и методов их обслуживания делает целесообразным использование интеллектуального концентратора - КДС или маршрутизатора, каналы которого настраиваются под требования конкретных абонентов. Использование КДС позволяет пользователю сэкономить за счет того, что не нужно самому изучать правила (протоколы) обращения к АЦКП и самому разрабатывать достаточно сложные аппаратно-программные средства для взаимодействия с АЦКП.

Для снижения сложности описания сетевых взаимодействий принято использовать иерархические уровни абстракции. Эти уровни описываются сетевыми протоколами, определяющими алгоритмы обработки и передачи данных, которые должны выполняться в центрах коммутации или комплексах доступа абонентов к сети.

Полезность использования уровней представления сети проиллюстрируем на известном примере трех уровней системы (Рис 1.1). Два философа (Уровень3) говорят на разных языках и используют труд переводчиков (Уровень 2) и инженеров по связи (Уровень 1). Каждый субъект полагает, что его связь осуществляется, главным образом, горизонтально с равноправным собеседником данного уровня, хотя в действительности она вертикальна (за исключением уровня 1).

Индия Африка

Прикладной

Философ А

Философ Б

Уровень3 уровень

интерфейс 3:2 интерфейс 3:2

Переводчик В

Переводчик А

Уровень2 Представительный

уровень

интерфейс 3:1 интерфейс 3:1

Инженер А

Инженер В

Уровень1

 

Канальный уровень

Рис 1.1

Философы могут менять тему разговора, переводчики - язык-посредник, а связист - средства связи без ведома других Уровней. Таким образом, форматы данных и алгоритм передачи (обработки) каждого Уровня изолированы от других Уровней.

Деление (декомпозиция) сложной системы на Уровни - частый прием. Например, в ОС можно выделять уровни: планировщика, диспетчера прерываний, управления в/в, управления памятью, диалога с оператором системы и т. п. Каждый Уровень можно модернизировать самостоятельно, если сохраняются интерфейсы, когда они известны всем (открытые системы, например, unix) и, когда они известны только разработчикам (windows). Но уровни в ОС и интерфейсы между ними действуют только внутри данной ОС. А в больших сетях ЭВМ, например, Internet, область определения и функционирования уровней - весь земной шар!!! Введем теперь несколько важных определений.

Правила, руководящие диалогом на Уровне «к» называются протоколом «к» уровня.

Правила, руководящие информационным обменом между соседними уровнями «к» и «к-1» называются интерфейсами этих уровней.

Уровни, интерфейсы и протоколы образуют сетевую архитектуру.

Отправитель и получатель сообщений называются абонентами или портами сети.

В практике создание больших сетей передачи данных используется большее количество Уровней, на которые разбивается процесс передачи и обработки информации. На рис.1.2 (см. ниже) представлена схема известной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (ВОС), разработанной международной организации стандартов (МОС или IS0). Этот стандарт применяется во многих сетях, реализующих набор протоколов, известных под общим именем «х.25».

1.2. Структура передаваемых данных

1.2.1. Данные пересылаются через СОД в виде пакетов (пакет является общим понятием для наборов данных разных уровней) соответствующего протокольного уровня. Каждый Уровень формирует свой заголовок и предполагает, что он взаимодействует с аналогичным Уровнем в другой ЭВМ сети «напрямую».

На самом деле, когда информация передается с верхнего уровня № «к» (к>=2) на нижний уровень № «к-1», то заголовок старшего уровня «к» вместе с текстом воспринимаются на уровне «к-1» просто, как текст, к которому нужно добавить заголовок уровня «к-1» (рис.1.3).

Протокол уровня к		Заголовок уровня к	Текст уровня к
Протокол уровня к-1	Заголовок уровня к-1	Текст уровня к-1

Рис 1.3 Погружение в конверт пакета уровня «к» на уровне «к-1»

Этот процесс называют инкапсуляцией - погружением в капсулу или в конверт, на котором написан заголовок младшего уровня.

1.2.2. Примем, что исходным (нужным пользователю сети) является сообщение (СБЩ), которое передаётся на 4-м или 5-м уровне. Для того чтобы получатель мог правильно ориентироваться в последовательности получаемых СБЩ, необходимо использовать регистрационный номер сообщения (РНС), присваиваемый каждому СБЩ отправителем в процессе его формирования.

Ввиду того, что СБЩ м б большой длины, его необходимо разбить на блоки данных (ДН) меньшей длины, обмен которыми организуется протоколом 3-го уровня (сетевого уровня). Этот блок называется пакетом или дейтаграммой (ДТГ, иногда КДГ - кодограмма). Для того чтобы получатель мог собрать из ДТГ сообщение необходимо, чтобы в ДТГ содержалось количество ДТГ в СБЩ и порядковый № ДТГ.

В нашей сети два смежных АЦКП или АЦКП и абонент (будем называть их обобщённо – элемент сети (ЭС)) соединяются с помощью направления связи (НС), которое может состоять из нескольких каналов связи. В связи с этим целесообразно дейтаграмму в свою очередь разбить на блоки меньшей длины. Их можно назвать линейными блоками (ЛБ) или, с некоторым приближением, кадрами. Каждый кадр состоит из заголовка, текста и концевика. Основная цель разбиения – кадры могут передаваться параллельно по различным каналам НС. Кадр соответствует пакету 2-го уровня и включает в себя в частности циклические номера (Ц№), позволяющие собрать дейтаграмму. Ц№ изменяются в некотором диапазоне, называемом окном, например, в диапазоне 01 – 126 (в 16-й СС этоЕ), (а число 127 (7F) можно использовать для обозначения служебного блока).

Для передачи по каналу связи на физическом уровне кадр в свою очередь может разбиваться на несколько блоков (назовём их физическими блоками - ФБ). ФБ является пакетом 1-го уровня, имеет свои циклические номера и своё окно (например, ЛБ на физическом уровне передаётся по принципу 16*6, т е окно = 6 физ. блокам, один ФБ имеет длину 16 байт). Основная цель разбиения – уменьшить размер ФБ (то есть в данном случае пакета, передаваемого по каналу) для обеспечения надёжной передачи в ненадёжном КСВ.

 

Канальные контроллеры

Канальный уровень (ФБ)

Линейный уровень (кадры)

Сетевой уровень (дейтаграммы)

1.2.3. При дейтаграммном методе доведения пакетов они поступают к абоненту неупорядоченно. Для абонентов, которые не могут упорядочить принятые дейтограммы и собрать сообщения, например для телеграфных аппаратов, эту работу - сборку сообщения выполняет оконечный АЦКП (он м б и комплексом доступа к сети). В этом случае в нем реализуются протоколы более верхних уровней. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем Open System Interconnection – OSI, разработанная международной организации по стандартам (ISO), (эту модель часто называют OSI - ISO) или эталонная модель взаимодействия открытых систем – ЭМВОС, определяемая рекомендациями, разрабатываемыми Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии – (МККТТ) определяет правила, по которым строится единая сеть обмена данными. Кратко функции уровней можно определить следующим образом:

Абонент 1 Абонент 2

application

presentation

session

transport

network ( Сеть = 1 или > АЦКП)

datalink

phisica

Рис 1.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем.

1) на физическом уровне определяются характеристики электрических сигналов, например крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения. Стандартизуются типы разъёмов и т. д. Может определяться структура ФБ;

2) линейный уровень (или уровень звена передачи данных, или тракт передачи данных) по разному определяется в технологиях локальных и глобальных сетей. В ГВС здесь решаются проблемы надёжной связи двух соседних элементов сети (АЦКП, абонентов). Уровень отвечает за формирование ЛБ (кадров), контроль и устранение ошибок;

3) сетевой уровень решает проблемы выбора маршрута в СОД, ограничения нагрузки (трафика);

4) транспортный уровень организует передачу данных с той степенью надёжности, которая им требуется, предоставляя несколько классов сервиса (5 классов в модели OSI – Open System Interconnection). Классы отличаются срочностью, способностью к обнаружению и устранению ошибок передачи;

5) сеансовый уровень обеспечивает управление взаимодействием абонентов, позволяет вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа обеспечить продолжение передачи с последней контрольной точки;

6) представительный уровень (уровень представления данных) имеет дело с формой представления передаваемых по сети ДН, не меняя при этом их содержания;

7) прикладной уровень является, по сути, набором различных протоколов, с помощью которых пользователь сети получает доступ к различным разделяемым ресурсам, таким как файлы и т. д. Кроме того, этот уровень используется для решения задач административного управления элементами сети.

1.2.4. Для повышения надёжности доведения используется квитирование. Квитанции (КВ) формируются на сетевом и физическом уровнях. Организация квитирования зависит от типа КСВ. В синхронных каналах передача данных выполняется непрерывно, при этом если отсутствуют ДТГ для выдачи, то с заданным в программе темпом выдаётся некоторая тестовая посылка. Посылка имеет смысл – канал у передатчика «жив». В старт-стопных каналах передача данных выполняется по мере готовности блоков ДН.

Мы будем рассматривать только синхронные каналы. Для таких КСВ на сетевом уровне получатель выдаёт КВ за последнюю принятый ЛБ из их упорядоченной! последовательности (так называемая включающая КВ). Для уменьшения загрузки КСВ квитанции могут выдаваться через некоторые, зависящие от пропускной способности НС, интервалы. Пример: отправитель передал ЛБ с номерами 4, 5, 6, 7 и 8. Получатель из за сбоя в КСВ получил только ЛБ 4, 5, 7 и 8. Тогда он должен в наступивший момент времени отправить КВ с номером 5. Отправитель, получив такую КВ, повторит передачу ЛБ с номером 6.

На физическом уровне получатель выдаёт свои КВ, содержащие номера физических блоков.

1.2.5. В ЭВМ, которая принимает пакеты, выполняется обратное преобразование. Протокольный модуль уровня «к-1» обрабатывает свой заголовок и, если все в порядке, снимает его (раскрывает конверт) и передает содержимое (т. е. заголовок и текст уровня «к») протокольному модулю на уровень «к». Для нас существенно то, что структура протоколов отражает слоистую структуру программного обеспечения, так как аппаратно реализуется только часть функций физического уровня, остальные уровни реализуются программно в соответствующих протокольных модулях.

Программное обеспечение центра коммутации или комплекса доступа абонентов к сети обязательно должно реализовать только протоколы физического (частично), линейного и сетевого уровней. К ним надо добавить программное обеспечение системы административного управления, предназначенной для управления самой сетью. Остальные протоколы высших уровней (4-7) реализуются в HOST-ЭВМ пользователей (у абонентов). Отметим, что из этого правила могут быть исключения.

3. Системные требования к АЦКП. Вероятностно-временные характеристики. Информационная надежность АЦКП

1.4. Системные требования к АЦКП. Вероятностно-временные характеристики.

1.4.1. В дальнейшем мы БУДЕМ ПРОЕКТИРОВАТЬ некоторую сеть пакетной коммутации и основное внимание в курсе уделяется построению сетевого уровня, линейного уровня, организации вычислительного процесса и обеспечению надёжности функционирования.

1.4.2. Когда формулируются основные системные требования к СОД, то учитывается, что в сети передаются ДТГ нескольких категорий срочности (КС), для каждой из которых задаются 2 параметра: время доведения и вероятность доведения за это время (например, довести ДТГ за 1 минуту с вероятностью 0.999). Эти параметры называются вероятностно-временными характеристиками (ВВХ) доведения ДТГ различных категорий срочности.

ВВХ определяет качество функционирования сети и задаются как

р (t дов i >T довi) <=P iдов; (1.1.)

где «t дов i” – реальное время доведения пакета i-ой КС по сети;

«T довi”- допустимое время доведения пакета i-ой КС до получателя (то есть это неравенство означает, что реальное время больше допустимого времени доведения пакета до пользователя;

«P iдов»- допустимая вероятность наступления такого события, когда реальное время больше допустимого, и эта вероятность не превышает установленный предел T довi.

Неравенство (1.1.) определяет требования по времени доведения пакета по всей сети СОД. Однако, зная среднее число переприемов (диаметр сети) и среднюю скорость передачи пакета по магистральным каналам можно пересчитать неравенства (1.1.) применительно к определению ограничений на время коммутации пакета в АКЦП, т. е. задать допустимую для пакета i-ой КС задержку на центре коммутации - t ком i.

Р (t ком i >T ком i) <=P i ком; (1.2)

Где T ком i – допустимая задержка пакета i-ой КС на АЦКП;

t ком i – реальная задержка пакета i-ой КС;

P i ком - допустимая вероятность такого события, что реальное время пребывания пакета i-ой КС на АЦКП превысит допустимую границу T ком i.

Вероятностно-временные характеристики являются универсальным критерием качества функционирования сети и отдельных центров коммутации. Методы и средства выполнения этих ограничений являются основой проектирования комплекса средств программного обеспечения (КСПО) и организации вычислительного процесса.

1.5. Информационная надежность АЦКП.

Другим важнейшим фактором, влияющим на проектирование КСПО, является надёжность функционирования СОД и АЦКП. Известно, что надежность есть "свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных экс­плуатационных показателей в заданных пределах ..." (ГОСТ ). Можно выделить 2 типа надёжности: аппаратная (наработка на отказ, т е среднее время между отказами, среднее время восстановления, коэффициент готовности) и информационная (потери данных при отказах).

Информационная на­дежность АЦКП зависит как от показателей надёжности функционирования, так и от выполнения ограничений по ВВХ. Это интегральный критерий качества функционирования, зави­сящий от:

- надёжности применяемых аппаратных средств;

- сетевых протоколов и их программной реализации;

- пропуск­ной способности и надёжности КСВ и ЭВМ;

- организации вычислительного процесса;

- методов резервирования аппаратуры и информации на АЦКП.

Оценим вероятность физической потери пакета при отказе АЦКП, Пусть Т отк - среднее время наработки на отказ вычислительного комп­лекса АЦКП и при каждом отказе в среднем теряется L пакетов. Эта величина зависит от интенсивности входного потока (λ), пропуск­ной способности (интенсивности обработки) АЦКП (μ) и организации вычислительного процесса (z). Условие надежной работы можно задать неравенством

L (λ μ z)/ λ Тотк <= Pпот(1.3), где Рпот - допустимая вероятность физической потери пакета из-за отказа ВК АЦКП.

Задержка пакета на время, превышающее ограничения ВВХ (1.2) также может считаться потерей пакета. Из анализа (1.2) и (1.3) следует, что при заданном уровне потерь нужно так проектировать вычислительный процесс, чтобы уменьшить средние очереди и время пребывания пакетов старшего приоритета на АЦКП и увеличить среднее время наработки на отказ (Т) и коэффициент готовности (КГ).

Отметим, что эти требования, как правило, противоречат друг другу. Например, вводя более сложные и совершенные методы резервирования ЭВМ, мы увеличим Т, но при этом можем снизить возможности ЦП по выполнению программ коммутации. Следствием этого м б увеличение длин очередей и количества ДТГ, теряемых при отказе АЦКП. В результате информационная надёжность может даже уменьшится!

Надежность функционирования СОД достигается введением избы­точности в структуру сети, в процессы обмена данными, в оборудование АЦКП (резервирование аппаратуры) и в обрабатываемые данные (резервирование ДН).

4. Основные задачи при проектировании и разработке СОД. Выбор метода коммутации.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОД. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ВЫБОР МЕТОДА КОММУТАЦИИ. ФОРМАТ ПАКЕТА.

С методологической точки полезнее в учебном курсе провести собственное проектирование сети обмена данными, чем пересказывать чужие решения и протоколы, даже если это международные стандарты, которым посвящены специальные курсы.

2.1. Постановка задачи.

Будем проектировать СОД, построенную на реально существу­ющих российских каналах связи с недостаточной пропускной способ­ностью и надежностью. Такие же недостатки предположим у применяе­мых ЭВМ. Если какие-то элементы сети в дальнейшем окажутся весьма надежными, то тем лучше. Но мы поставим задачу:

1)построить надежную сеть, выполняющую вероятностно-временные характеристики доведения информации да­же, если элементы сети являются недостаточно надеж­ными;

2) сеть должна сохранять работоспособность и устойчивость при выходе из строя части её элементов: направлений связи, центров коммутации и даже пункта управления.

Проектирование и разработка СОД состоят из следующих основных этапов:

1) выбор системы протоколов и метода коммутации;

2) выбор аппаратных средств и, параллельно, определение состава и архитектуры вычислительного комплекса АЦКП. Возможно, некоторые аппаратные средства будет необходимо разрабатывать самим;

3) разработка формата ДТГ и других блоков (пакетов) данных;

4) выбор или разработка операционной системы (или комплекса управляющих программ);

5) проектирование и разработка функционального программного обеспечения;

6) сборка и отладка программного комплекса;

7) отладка аппаратно-программного комплекса АЦКП;

8) отладка АЦКП в составе СОД на реальных каналах связи и с подключением реальных абонентов.

Рассмотрим отдельные этапы подробнее.

2.2. Выбор метода коммутации.

2.2.1. В сетях используются 2 основных метода коммутации: пакетная коммутация в предварительно установленных виртуальных соединениях (например, по стандарту ITU Х.25) и передача пакетов (дейтаграмм) без предварительного установления соединений (например, в сети Интернет по стандарту TCP/IP)).

При виртуальном соединении пакеты следуют поочередно и упорядоченно по одной и той же цепи, образованной закрепленными за этим соединением каналами. Второй пакет поступит только после первого пакета, а третий - пос­ле первого и второго... Для установки режима ВС абонент, которому необходимо передать одно или несколько сообщений (отправитель) посылает в сеть вызывной пакет, содержащий заголовок с полным набором необходимых параметров (адрес получателя, категорию срочности и т. д.). При получении этого пакета на каждом АЦКП производится выбор дальнейшего маршрута передачи данных (конкретно определяется № КСВ, в который будут передаваться данные). Этот маршрут запоминается в адресных таблицах и сохраняется до окончания передачи всех данных. Далее отправитель начинает передачу ДН, при этом передаваемые пакеты содержат текст и очень маленький заголовок. По окончании передачи отправитель посылает в сеть пакет разрыва соединения, по получении которого в каждом АЦКП, поддерживающем данное ВС, сведения о ВС стираются.

Предусматривается, что получатель передаёт отправителю квитанции, подтверждающие правильное получение последовательности пакетов.

Кроме того, д б предусмотрены:

1) тайм-ауты (приостановки передачи в случаях, если разность номеров последнего переданного и последнего принятого в непрерывной последовательности номеров пакетов достигает некоторой заданной величины (размер «окна»);

2) при необходимости повторная передача пакетов, ДТГ или целых сообщений на каждом уровне (канальном, сетевом, транспортном и сеансовом).

Это самый надежный метод доведения пакетов, но при условии надежной работы всех элементов вир­туальной цепи. А они соединены последовательно и события отказов каналов независимы друг от друга. Следовательно, чем больше эле­ментов цепи соединены последовательно, тем выше вероятность разру­шения соединения.

Из теории надёжности следует, что при последовательном соединении элементов и при условии независимого возникновения в них отказов, вероятность отказа всей цепочки равна сумме вероятностей отказов отдельных элементов). Например, имеем 2 последовательно соединённых элемента, для каждого вероятность отказа=0.01. Тогда вероятность отказа цепочки Ротк = Ротк1+Ротк2 = 0.02, а вероятность надежной работы = 0.98.

При параллельном соединении и при условии независимого возникновения в них отказов, вероятность отказа обоих элементов определяется как Ротк=Ротк1*Ротк2. Для приведенного примера Ротк = 0.01*0.01 = 0.0001, а вероятность надежной работы = 0.9999. Разница весьма существенная!

2.2.2. При дейтаграмном доведении каждый пакет сетевого уровня (дейтаграмма) снаб­жен заголовком, содержащим полные адреса отправителя и получателя, а также другие параметры, и следует по сети самостоятельно, пока не достигнет пункта назначе­ния. Таким образом, ДТГ одного сообщения могут доводиться по разным путям и, следовательно, используется вся пропускная способность сети. Сообщение собирается или у абонента получателя или на АЦКП, к которому подключен этот абонент. Выход из строя отдельных каналов связи или центров коммутации (если это не приво­дит к потере связности и фрагментации сети) приводит только к ог­раничению путей возможной передачи и снижению пропускной способности. Но и только! То есть здесь мы имеем некоторый аналог параллельного соединения элементов. Отсюда следует, что метод дейтаграммного доведения имеет несомненное преимущество в надежности доставки информации, когда сеть составлена из не­достаточно надежных элементов.

Выберем поэтому для проектируемой сети метод дейтаграммного доведения пакетов. Недостатки этого метода:

а) увеличены накладные расходы на передачу пакетов, поскольку
каждая дейтаграмма несет полный сетевой заголовок. При передаче же
пакетов по виртуальному соединению полный заголовок несет только
блок запроса, образующий саму "трубку" соединения. Остальные паке­ты снабжены коротким заголовком, в котором указан номер логического канала. (Отметим попутно, что сам блок запроса в стандарте образования виртуального соединения Х.25 передается дейтаграммой);

б) дейтаграммы поступают из сети неупорядоченно и подлежат сборке
в выходном коммутаторе или в абонентской машине.

Но надёжность выше - Интернет работает в IP-дейтаграмме из-за желания построить сеть надежного доведения приказов даже в условиях ведения военных действий.

5. Структура АЦКП и распределение функций ПО. Формат пакета сетевого уровня (дейтаграммы).

3. СТРУКТУРА АЦКП И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ ПРОГР. ОБЕСПЕЧ.

3.1. Общие сведения

3.1.1. Обработка информации на АЦКП довольно естественно может быть разделена на две группы процессов:

1) Процессы управления каналами связи, определяемая протоколами физического и линейного уровней. Особенности этих процессов:

- сравнительная простота обработки данных;

- большая частота повторения однотипных операций ввода и вывода ДН;

- жесткая зависимость процессов от реального времени, то есть от моментов готовности канала выдать или принять бит, т к синхронный канал не может простаивать, и, следовательно, зависимость от типа и пропускной способности канала;

2) Процессы управления передачей пакета на сетевом уровне (выбор маршрута, сбор сетевой информации, защита от перегрузок), а также процессы контроля за функционированием самого АЦКП в сети. Эти процессы характеризуются большей сложностью алгоритмов, а зависимость от реального времени является более слабой и определяется суммарной интенсивностью входных потоков и срочностью поступающих пакетов, то есть необходимостью выполнения вероятностно--временных ограничений во время коммутации.

Структура АЦКП может быть построена различным образом, например, возможно почти все функции (кроме ввода-вывода байтов) выполнять в центральном процессоре ЭВМ, сопряженной с каналами связи посредством простых неинтеллектуальных адаптеров, накапливающих один знак информации (схемы Vart и т. п.).

Нам представляется более рациональным использование более интеллектуальных периферийных устройств – канальных контроллеров (КК), выполняющих все функции процессора ЭВМ для реализации обработки на линейном и канальном уровнях. Так в разрабатываемой нами в настоящее время телекоммуникационной сети канальный контроллер полностью выполняет протокол х.25/2, а центральный процессор ЭВМ – протокол х.25/3.

После выполнения маршрутизации центральный процессор возвращает пакет в соответствующий, возможно другой КК, для выдачи его по выбранному направлению.

АЦКП А АЦКП В

 

Уровень канала (ФБ)

Уровень НС (лин. блоки)

Уровень сетевой (дейтаграммы)

Рис. 3.1. Упрощенная структура распределения функций на АЦКП.

Выбор ЭВМ и особенно типа шины в настоящее время достаточно трудная задача. В качестве процессора ЭВМ используем Intel, а хотелось бы Motorola. Приходиться брать готовые Industrial PC, так как это дешевле. Количество канальных контроллеров определяется требуемой канальной емкостью АЦКП и количеством КСВ, подключаемых к одному контроллеру.

Конструктивная реализация может быть различной и часто является специальной для построения коммутаторов пакетов. Названия устройств также могут быть различными, например, КК может называться процессором передачи данных, процессором ввода/вывода, интерфейсным модулем, сетевой картой и т. п. Вместо одного центрального процессора может использоваться кластер из нескольких процессоров. Обычно центральный процессор и контроллеры связаны общей шиной, в разъемы которой вставляются контроллеры.

3.1.2. Будем для простоты считать, что центр коммутации строится на конструктивной базе ПЭВМ (правильней было бы убрать букву «П») шина которой имеет достаточную пропускную способность и необходимое количество свободных разъемов - "слотов", в которые вставляются канальные контроллеры. Часто такая ЭВМ выпускается в индустриальном, а не в офисном исполнении и имеет большую надежность и устойчивость к колебаниям электропитания или температуры окружающей среды. Возможный вариант - у такой ЭВМ отсутствует системный блок, характерный для офисных PC (материнская плата), а используется пассивная кросс-шина с разъемами, в которые вставляются платы.

Обычно сама ЭВМ размещается на двух платах. Первая плата является практически материнской, так как на ней размещаются центральный процессор, память и почти все контроллеры - управление клавиатурой, прерываниями, сопряжение с жесткими и гибкими дисками и так далее. На второй плате размещается видеопамять, графический адаптер управления монитором, контроллер сопряжения с локальной сетью (Ethernet) и другие сетевые средства. Остальные разъемы являются свободными и в них могут быть вставлены КК.