Курсовая работа: Интеграция разнородных сетей
Курсовая работа: Интеграция разнородных сетей
Введение
Тема данной бакалаврской работы «интеграция разнородных сетей». Данная тема является актуальной, поскольку одной из наиболее перспективных, быстро развивающихся технологий в области связи в настоящее время является метод высокоскоростной передачи данных с использованием непрерывно следующих друг за другом ячеек фиксированной длины, называемый ATM (Asynchronous Transfer Mode – асинхронный режим передачи). Технология АТМ развивается по пути использования международных стандартов и позволяет передавать по магистральной линии связи с высокой скоростью большие объемы данных различного типа (речь в реальном времени, видеоизображения, цифровые данные и т.д.). При этом обеспечивается возможность масштабирования сети связи, наращивания ее возможностей по мере возрастания потребностей пользователей в объемах передаваемых данных и в перечне услуг.
Цель данной работы – провести анализ подходов к интеграции, организации работы разнородных сетей, ознакомить с требуемым оборудованием для интеграции сети и технологией ATM.
В ходе выполнения бакалаврской работы были поставлены следующие задачи: охарактеризовать подходы организации работы разнородных сетей, пояснить основные концепции ATM, рассмотреть модель ATM и ряд стандартов, базирующихся на этой модели.
Обычно применяемая в цифровой телефонии технология, основанная на коммутируемых цифровых сетях, использует технологию синхронной передачи. В такой системе между двумя абонентами устанавливается прямое соединение (канал) по линиям связи и биты, представляющие голосовую информацию, передаются через этот канал. Скорость поступления информации на приемник полностью соответствует скорости поступления информации в канал со стороны источника информации. Для передачи большого числа каналов по линии связи применяется мультиплексирование каналов-либо частотное, либо временное. Однако, в такой системе передача цифровых данных (например, при обмене информацией между двумя ЭВМ) является сложной задачей с точки зрения оптимальной загрузки канала, а значит и снижения стоимости его эксплуатации. Трафик такого обмена носит ярко выраженный пульсирующий характер и значительную часть времени канал не передает информации, что приводит к недогружености сети. Сети с пакетной коммутацией представляют собой альтернативный способ передачи цифровой информации. При этой технологии последовательность бит от передатчика заключаются в контейнер, который называется пакетом. Пакет снабжен заголовком, где указана служебная информация адрес отправителя, адрес получателя, указан способ проверки целостности содержимого пакета и т.д. Этот пакет данных поступает на коммутатор сети, который соединен с большим количеством пользователей. Используя информацию заголовка, коммутатор обрабатывает пакеты и рассылает их по адресам через другие коммутаторы по общим линиям связи. Так как каждый коммутатор связан с большим количеством пользователей, то при использовании буферизации происходит сглаживание пульсаций трафика и линия связи может быть загружена оптимальным образом. Такой режим передачи называется асинхронным. Эта система хороша для обмена данными между ЭВМ. Корпоративные сетевые стандарты позволяют обеспечить эффективное взаимодействие всех станций сети за счет использования одинаковых версий программ и однотипной конфигурации. Значительные сложности возникают при унификации технологии доступа рабочих станций к WAN‑сервису, поскольку в этом случае происходит преобразование данных из формата token ring или Ethernet в форматы типа X.25 или T1/E1. ATM обеспечивает связь между станциями одной сети или передачу данных через WAN‑сети без изменения формата ячеек – технология ATM является универсальным решением для ЛВС и телекоммуникаций. Скоростные технологии ЛВС являются основой современных сетей. ATM, FDDI и Fast Ethernet являются основными вариантами для организация сетей с учетом перспективы. Очевидно, что приложениям multimedia, системам обработки изображений, CAD/CAM, Internet и др. требуется широкополосный доступ в сеть с рабочих станций. Все современные технологии обеспечивают высокую скорость доступа для рабочих станций, но только ATM обеспечивает эффективную связь между локальными и WAN‑сетями[1].
Практическая ценность работы заключается в возможности использования полученных материалов исследования в практических курсах учебных заведений технической направленности.
В первой главе работы рассматриваются подходы к интеграции и организации работы разнородных сетей и сетевое оборудование.
Во второй главе речь идет об основных концепциях ATM, модели ATM и ряде стандартов, базирующихся на этой модели.
1. Интеграция разнородных сетей
1.1 Подходы к интеграции разнородных сетей
Системная интеграция – комплексный подход к автоматизации проектирования, производства и создания (корпоративных) информационных сетей.
Использование различных базовых сетевых технологий.
Базовая сетевая технология – это согласованный набор протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Протоколы, на основе которых строится сеть базовой технологии, специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Примерами базовых сетевых технологий могут служить хорошо известные технологии Ethernet и Token Ring для локальных сетей и технологии Х.25 и frame relay для территориальных сетей. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии – сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т.п., и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.
Построение крупной сети на основе одной базовой технологии – это большая редкость. Обычным состоянием для любой вычислительной сети средних и крупных размеров является сосуществование различных стандартов и базовых технологий. Появление новых технологий, таких как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN, не означает, что мгновенно исчезают старые, например, 10‑Мегабитный Ethernet, Token Ring или FDDI, так как в эти технологии были сделаны огромные капиталовложения. Поэтому трудно рассчитывать на вытеснение в обозримом будущем всех технологий какой-либо одной, хотя бы и такой многообещающей, как ATM [2].
Степень неоднородности сетевых технологий существенно возрастает при необходимости объединения локальных и глобальных сетей, имеющих, как правило, существенно различные стеки протоколов. Хотя в последние годы и наметилась тенденция к сближению методов передачи данных, используемых в этих двух типах вычислительных сетей, различия между ними все еще велики. Поэтому в пределах одной корпоративной сети обычно используется большой набор разнообразных базовых топологий и задача объединения их всех в единую сеть, прозрачную для транспортных операций конечных узлов, требует привлечения специальных методов и средств.
Самым распространенным средством объединения разнородных транспортных технологий является использование единого сетевого протокола во всех узлах корпоративной сети. Единый сетевой протокол работает поверх протоколов базовых технологий и является тем общим стержнем, который их объединяет. Именно на основе общего сетевого протокола маршрутизаторы осуществляют передачу данных между сетями, даже в случае очень существенных различий между их базовыми сетевыми технологиями.
Хотя идея объединения составной сети с помощью маршрутизаторов подразумевает использование во всех частях сети одного сетевого протокола, очень часто сетевым интеграторам и администраторам приходится сталкиваться с задачей объединения сетей, каждая из которых уже работает на основе своего сетевого протокола. Имеется несколько сетевых протоколов, которые получили широкое распространение: IP, IPX, DECnet, Banyan IP, AppleTalk. Каждый из них имеет свою нишу и своих сторонников, поэтому очень вероятно, что в отдельных частях большой сети будут использоваться разные сетевые протоколы. Маршрутизаторы, даже многопротокольные, не могут решить задачу совместной работы сетей, использующих разные сетевые протоколы, поэтому в таких случаях используются другие средства, например, программные шлюзы.
Комбинирование разных протоколов сбора маршрутной информации (RIP, OSPF, NLSP).
Маршрутизаторы строят свои адресные таблицы с помощью специальных служебных протоколов, которые обычно называют протоколами обмена маршрутной информации или протоколами маршрутизации [3].
Протоколы обмена маршрутной информацией также существуют не в единственном числе. Во-первых, протокол обмена маршрутной информацией тесно связан с определенным протоколом сетевого уровня, так как он должен отражать способ адресации сетей и узлов, принятый в этом сетевом протоколе. Поэтому для каждого сетевого протокола должен использоваться свой протокол обмена маршрутной информации. Во-вторых, для каждого сетевого протокола разработано несколько протоколов обмена маршрутной информацией, отличающихся способом построения таблицы маршрутизации.
В результате в корпоративной сети может одновременно работать несколько протоколов обмена маршрутной информации, например, RIP IP, RIP IPX, OSPF, NLSP, IGRP. Для того, чтобы добиться их согласованной работы, от администратора сети требуется использование соответствующих маршрутизаторов и выполнения специфических операций по их настройке.
Несовместимость оборудования разных производителей.
Проблемы несовместимости оборудования разных производителей, возникают чаще всего по трем причинам:
использование фирменных стандартов;
улучшение стандартов – введение дополнительных функций и свойств.
1.2 Подходы к организации работы разнородных сетей
Существует три основных подхода к организации работы разнородных сетей – это мультиплексирование, трансляция и инкапсуляция протоколов. Теперь подробнее о каждом из них.
Мультиплексирование.
Мультиплексирование технология разделения средств передачи данных между группой использующих их объектов.
В базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем мультиплексированием называется функция N‑уровня, посредством которой одно соединение N‑1 уровня, используется для поддержки нескольких соединений N‑уровня. И, обратно, демультиплексированием именуется функция идентификации множества N‑соединений, поддерживаемых одним соединением N‑1 уровня. Мультиплексирование является функцией, выполняемой внутри уровня.
На физическом уровне мультиплексирование позволяет соединять один физический канал с группой каналов.
В территориальной сети структура с мультиплексором используется в тех случаях, когда абонентские системы, включаемые в сеть, компактно расположены в одном месте, например, в здании. В этом случае группа систем подключается к узлу коммутации одним физическим каналом.
Аналогично этому, по одному физическому каналу, соединяющему в территориальной сети два узла коммутации, программное мультиплексирование обеспечивает взаимодействие многих пар абонентских систем.
В локальной сети мультиплексирование позволяет связать группу систем одним общим для них физическим каналом.
Естественно, что во всех случаях пропускная способность общего канала К должна обеспечить необходимые скорости передачи данных [4].
Существует временное и частотное мультиплексирование. При временном мультиплексировании парам взаимодействующих систем для передачи данных физический канал K предоставляется по очереди (в разные интервалы времени). Процедуры, в соответствии с которыми осуществляется работа, определяются одним из следующих способов:
временное мультиплексирование TDM;
статистико-временное мультиплексирование STDM;
множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений;
множественный доступ с передачей полномочия;
множественный доступ с разделением времени;
асинхронный способ передачи.
Первые два способа относятся к случаям, когда мультиплексирование осуществляет мультиплексор. При временном мультиплексировании TDM канал К предоставляется всем системам по очереди независимо от того, есть ли у них данные для передачи. При мультиплексировании STDM канал К представляется, по очереди только тем системам, которым есть что передать в те моменты времени, когда эта возможность предоставляется. Следующие три способа используются тогда, когда системы непосредственно (без мультиплексоров) подключаются к общему каналу. Асинхронный способ может использоваться во всех схемах.
При частотном мультиплексировании полоса пропускания физического канала К делится на ряд узких частотных полос. Процедуры использования частотного мультиплексирования в коаксиальном кабеле, оптическом кабеле, либо радиоканале характеризуются множественным доступом с разделением частоты.
Частотное и временное мультиплексирование могут применяться одновременно. В этом случае, в физическом канале выделяются частотные полосы. В любой из этих полос каждой системе для передачи данных предоставляются определенные интервалы времени [5].
В результате мультиплексирования в одном физическом канале создается группа логических каналов.
Трансляция протоколов.
Трансляция обеспечивает согласование двух протоколов путем преобразования (трансляции) сообщений, поступающих от одной сети, в формат другой сети. Транслирующий элемент в качестве которого могут выступать, например, программный или аппаратный шлюз, мост, коммутатор или маршрутизатор, размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником в их «диалоге».
В зависимости от типа транслируемых протоколов процедура трансляции может иметь разную степень сложности. Так, преобразование протокола Ethernet в протокол Token Ring сводится к нескольким несложным действиям, главным образом благодаря тому, что в обоих протоколах используется единая адресация узлов. А вот трансляция протоколов сетевого уровня IP и IPX представляет собой гораздо более сложный, интеллектуальный процесс, включающий не только преобразование форматов сообщений, но и отображение адресов сетей и узлов, различным образом трактуемых в этих протоколах [7].
Следует отметить, что сложность трансляции зависит не от того, насколько высокому уровню соответствуют транслируемые протоколы, а от того, насколько сильно они различаются. Так, например, весьма сложной представляется трансляция протоколов канального уровня ATM-Ethernet, именно поэтому для их согласования используется не трансляция, а другие подходы.
К частному случаю трансляции протоколов может быть отнесен широко применяемый подход с использованием общего протокола сетевого уровня (IP или IPX). Заголовок сетевого уровня несет информацию, которая, дополняя информацию заголовка канального уровня, позволяет выполнять преобразование протоколов канального уровня. Процедура трансляции в данном случае выполняется маршрутизаторами, причем помимо информации, содержащейся в заголовках транслируемых кадров, то есть в заголовках канального уровня, дополнительно используется информация более высокого уровня, извлекаемая из заголовков сетевого уровня.
Трансляцию протоколов могут выполнять различные устройства – мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, программные и аппаратные шлюзы. Часто транслятор протоколов называют шлюзом в широком смысле, независимо от того, какие протоколы он транслирует. В этом случае подчеркивается тот факт, что трансляция осуществляется выделенным устройством, соединяющим две разнородные сети[8].
Инкапсуляция (туннелирование) протоколов.
Инкапсуляция (encapsulation) или туннелирование (tunneling) – это еще один метод решения задачи согласования сетей, который однако применим только для согласования транспортных протоколов и только при определенных ограничениях. Инкапсуляция может быть использована, когда две сети с одной транспортной технологией необходимо соединить через сеть, использующую другую транспортную технологию. Необходимо обеспечить только взаимодействие узлов двух сетей NetBIOS, а взаимодействие между узлами NetBIOS и узлами сети TCP/IP не предусматривается. То есть, при инкапсуляции промежуточная сеть используется только как транзитная транспортная система.
Метод инкапсуляции заключается в том, что пограничные маршрутизаторы, которые подключают объединяемые сети к транзитной, упаковывают пакеты транспортного протокола объединяемых сетей в пакеты транспортного протокола транзитной сети. В данном случае пакеты NetBIOS упаковываются в пакеты TCP, как если бы пакеты NetBIOS представляли собой сообщения протокола прикладного уровня. Затем пакеты NetBIOS переносятся по сети TCP/IP до другого пограничного маршрутизатора. Второй пограничный маршрутизатор выполняет обратную операцию – он извлекает пакеты NetBIOS из пакетов TCP и отправляет их по сети назначения адресату.
