Организация сетей для передачи мультимедиа-данных

Для организации компьютерной сети необходимо наличие: 1.Сетевого программного обеспечения. 2.Физической среды передачи данных. 3. Коммутирующих устройств.

Сетевое ПО состоит из двух важнейших компонентов: 1) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах-клиентах. 2) Сетевого программного обеспечения, устанавливаемого на компьютерах-серверах.

Сетевая операционная система связывает все компьютеры и периферийные устройства в сети, координирует функции всех компьютеров и периферийных устройств в сети, обеспечивает защищённый доступ к данным и периферийным устройствам в сети.

Физическая среда передачи данных определяет: 1) Скорость передачи данных в сети; 2) Размер сети 3) Требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать. 4) Требования к уровню шумов и помехозащищенности; 5) Общую стоимость проекта, включающая покупку оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.

Коммутирующие устройства предназначены для связи сегментов сети (Кабельный сегмент сети - цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом). К ним относят: Концентратор- хаб (устройство физического подключения нескольких сегментов или лучей, обычно с возможностью соединения сетей различных архитектур). Интеллектуальный хаб (имеет специальные средства для диагностики и управления, что позволяет оперативно получать сведения об активности и исправности узлов, отключать неисправные узлы и т. д). Активный хаб (усиливает сигналы, требует источника питания). Пассивный хаб (только согласует импедансы линий). Standalone Hub (самостоятельное устройство с собственным источником питания (обычный вариант)). Повторитель (устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление и формирования сигналов. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов). Мост (средство передачи пакетов между сетями (локальными), для протоколов сетевого уровня прозрачен. Осуществляет фильтрацию пакетов, не выпуская из сети пакеты для адресатов, находящихся внутри сети, а также переадресацию - передачу пакетов в другую сеть в соответствии с таблицей маршрутизации или во все другие сети при отсутствии адресата в таблице. Таблица маршрутизации обычно составляется в процессе самообучения по адресу источника приходящего пакета). Маршрутизатор (средство обеспечения связи между узлами различных сетей, использует сетевые (логические) адреса. Сети могут находиться на значительном расстоянии, и путь, по которому передается пакет, может проходить через несколько маршрутизаторов. Сетевой адрес интерпретируется как иерархическое описание местоположения узла. Маршрутизаторы поддерживают протоколы сетевого уровня: IP, IPX, X.25, IDP). Шлюз (средство соединения существенно разнородных сетей. В отличие от повторителей, мостов и маршрутизаторов, прозрачных для пользователя, присутствие шлюза заметно. Шлюз выполняет преобразование форматов и размеров пакетов, преобразование протоколов, преобразование данных, мультиплексирование).

Передача данных в сети. Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний:"0" и "1"). При передаче данных их разделяют на отдельные пакеты, передающиеся последовательно друг за другом. Пакет включает в себя: адрес отправителя, адрес получателя, данные, контрольный бит. Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговорены в протоколе передачи данных.

Протокол передачи данных требует следующей информации: 1)синхронизация - Под синхронизацией понимают механизм распознавания начала блока данных и его конца. 2)Инициализация - Под инициализацией понимают установление соединения между взаимодействующими партнерами. 3)Блокирование - Под блокированием понимают разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опознавательные знаки начала блока и его конца). 4)Адресация - Адресация обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия. 5) Обнаружение ошибок - Под обнаружением ошибок понимают установку битов четности и, следовательно, вычисление контрольных битов. 6) Нумерация блоков - Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию. 7) Управление потоком данных - Управление потоком данных служит для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, например, если не хватает места в буфере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (например, принтерах), сообщения и / или запросы накапливаются. 8) Методы восстановления - После прерывания процесса передачи данных используют методы восстановления, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации. 9) Разрешение доступа - Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вменяются в обязанность пункта разрешения доступа (например, "только передача" или "только прием".

Архитектура сети определяет технологию передачи данных в сети. Наиболее распространены следующие архитектуры: Ethernet, Token ring, ArCNET, FDDI.

Ethernet. Эта технология появилась во второй половине 70-х годов. Ее разработали совместно фирмы DEC, Intel и Xerox. В настоящее время эта технология наиболее доступна и популярна. Топология - шина, звезда. Среда передачи данных - коаксиал, витая пара. Скорость передачи данных - до 100 Мбит/с. Длина кабельного сегмента сети - не более 100 м до хаба. Принципы работы сети Ethernet: 1. Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой. 2. Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения "столкнутся" друг с другом в проводе, что называется коллизией. Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу, подождать некоторое время, прежде, чем повторно отправить сообщение.

Достоинства Ethernet: 1. Дешевизна. 2. Большой опыт использования. 3. Продолжающиеся нововведения. 4. Богатство выбора. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet. Недостатки Ethernet: 1. Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи). 2. В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.

Token ring - маркерное кольцо. Более молодой, по сравнению с Ethernet. Она была разработана фирмой IBM. Технология ориентирована на кольцо, по которому постоянно движется маркер. Маркер представляет собой особого рода пакет, предназначенный для синхронизации передачи данных. Топология – кольцо. Среда передачи данных - коаксиал, витая пара. Скорость передачи данных - до 100 Мбит/с. Длина кабельного сегмента сети - не более 185 м до коммутатора.Принципы работы сети Token ring: Каждый аьонент сети работает в Token ring согласно принципу "Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и послать маркер дальше".

Достоинства: 1. гарантированная доставка сообщений; 2. высокая скорость. Недостатки: 1. Необходимы дорогостоящие устройства доступа к сети. 2. Высокая сложность технологии реализации сети. 3. Необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору (2-я модификация кольца, коммутатор). 4. Высокая стоимость (160-200% от Ethernet).

ArCNET - маркер шины. Технология ArCNET была разработана фирмой Datapoint Corporation (?en.2.9). Принцип работы сети ArCNET аналогичен Token ring, т.е. используется маркер для разрешения АбС передать информацию в соответствующий момент времени. Однако "способ" реализации маркера здесь отличен от Token ring. Кроме того, технология ArCNET ориентирована на шину (в случае коаксиального кабеля) или звезду (при наличии витой пары проводов). Топология - шина, звезда. Среда передачи данных - коаксиал, витая пара. Скорость передачи данных - до 10 Мбит/с. Длина кабельного сегмента сети - не более 185м.

Достоинства ArCNET: 1. невысокая стоимость(самая дешевая); 2. простота использования; 3. гибкость. Недостатки ArCNET: 1. низкое быстродействие (1/4 Ethernet, 1/2 - 1/7 Token ring); 2. плохо работает в условиях мультимедиа, режиме реального времени; 3. отсутствуют перспективы развития.

FDDI волоконно-оптический распределенный механизм передачи данных. Появилась в середине 80-х годов и ориентирована на волоконную оптику. FDDI поддерживает сеть с передачей маркера. FDDI опирается на 1-ю модификацию циклического кольца (2 кольца: в первом сообщения передаются по часовой стрелке; во втором - против). Топология – кольцо. Среда передачи данных - оптоволоконные линии. Скорость передачи данных - от 100 Мбит/с. Длина кабельного сегмента сети - не более 200км.

Достоинства: 1. очень высокая скорость передачи; 2. кольцо может быть окружностью до 200 км. и включать до 1000 устройств. Недостатки: 1. высокая стоимость