Контрольные вопросы к лекции 2

2-1. Как ИС подразделяются по скорости передачи сообщений?

2-2. На какие классы ИС подразделяются по размеру сети?

2-3. Чем отличаются глобальные и локальные ИС?

2-4. На какие классы ИС подразделяются по типу структуры?

2-5. Что является достоинством сетей с иерархической структурой?

2-6. От чего зависит выбор той или иной структуры сети?

2-7. Что называется топологией сети?

2-8. Чем отличаются сети со статической и динамической топологией?

2-9. Перечислите параметры, используемые при описании топологии сети.

2-10. Чему равен размер сети?

2-11. Как определяется число связей сети?

2-12. Что называется диаметром сети?

2-13. Что называется порядком узла?

2-14. К чему приводит увеличение порядка узла?

2-15. Что характеризует пропускная способность сети?

2-16. Что называется задержкой сети?

2-17. Что называется связностью сети?

2-18. Что характеризует связность сети?

2-19. Что называется срезом сети?

2-20. Что называется бисекцией сети?

2-21. Чем характеризуется ширина бисекции сети?

2-22. На какие классы подразделяются топологии сети по размерности?

2-23. Чем характеризуется линейная топология?

2-24. Что представляет собой кольцевая топология?

2-25. Что представляет собой двунаправленное кольцо?

2-26. Что представляет собой хордальное кольцо?

2-27. Чем характеризуется звездообразная топология?

2-28. Чем характеризуется древовидная топология?

2-29. Чем характеризуется топология, называемая толстым деревом?

2-30. Что представляет собой решетчатая топология?

2-31. Что представляет собой цилиндрическая топология?

2-32. Что представляет собой тороидальная топология?

2-33. Что представляет собой полносвязная топология?

2-34. Опишите алгоритм получения сети с гипркубической топологией.

2-35. За счет чего обеспечивается изменение топологии сети в сетях с динамической топологией?

2-36. Чем характеризуются неблокирующие сети?

2-37. Чем характеризуются блокирующие сети?

2-38. К какому типу топологий относится шинная топология?

2-39. Чему равны порядок узла, диаметр и ширина бисекции сети с шинной топологией?

2-40. Что называется кластером?

Лекция 3. Классификация информационных сетей по способам коммутации и способам управления сетью

По способам коммутации различают два вида сетей – с долговременной и оперативной коммутацией.

Долговременной или кроссовой коммутацией называется такой вид коммутации, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого может измеряться большими интервалами времени. Каналы, участвующие в организации такого соединения, называются выделенными. В узлах кроссовой коммутации каналы связи, включенные в узел, соединены между собой постоянно. После окончания очередного сеанса связи соединение не разрушается и, следовательно, перед началом сеанса не устанавливается заново. Другими словами, обмен между двумя пользователями производится постоянно по одному и тому же каналу. Применение кроссовой коммутации целесообразно только в тех случаях, когда требования пользователей исключительно высоки и они не могут быть удовлетворены применением оперативной коммутации. При этом следует учитывать, что с ростом количества абонентов сети число линий и связного оборудования на узлах растут очень быстро, поэтому сеть с кроссовой коммутацией является самой неэкономичной.

Более эффективным способом повышения производительности сети является применение одного из способов оперативной коммутации – коммутации каналов, коммутации сообщений и коммутации пакетов.

Коммутация каналов обеспечивает выделение физического канала для прямой передачи данных между абонентами.

Процесс коммутации канала и передачи данных между абонентами сети можно представить следующей временной диаграммой (рис. 1.2). Абонент a_iинициирует установление связи с абонентомa_j. УзелA,реагируя на адрес абонентаa_jпроключает соединение, в результате чего линия абонентаa_iкоммутируется с линией соединяющей узелAс узломB.

Рисунок 1.2. Коммутация каналов

Затем процедура проключения повторяется с узлами B, C, D, в результате чего между абонентамиa_iиa_j коммутируется канал. По окончании коммутации узелD(или абонентa_j) посылает по скоммутированному каналу сигнал обратной связи, после получения которого абонентa_iначинает передавать данные. Время передачи зависит от длины передаваемого сообщения, скорости передачи данных и времени распространения сигнала по каналу. По окончании передачи одним из абонентов передается сигнал отбоя, в соответствии с которым производится разъединение канала.

Рисунок 1.3. Коммутация сообщений

Сообщение, генерируемое отправителем – абонентом a_i,принимается узломАи хранится в памяти узла. УзелАобрабатывает заголовок сообщения и определяет маршрут передачи, ведущий к узлуВ.УзелВпринимает сообщение, размещает его в памяти узла, а по окончании приема обрабатывает заголовок и выводит сообщение в канал, ведущий к следующему узлу. Процесс приема, обработки и передачи сообщения повторяется последовательно всеми узлами на маршруте от абонентаa_iдо абонентаa_j.

Коммутация пакетов (рис. 1.4) производится путем разбиения сообщения на пакеты, представляющие собой элементы сообщения фиксированной длины, снабженные заголовками, и последующей передачи пакетов по маршруту, определяемому узлами сети, так же как и при коммутации сообщений.

Рисунок 1.4. Коммутация пакетов

В информационных сетях с коммутацией пакетов используются два основных способа передачи данных между абонентами: датаграммный и виртуальный канал.

Виртуальный канал характеризуется тем, что пакеты, образующие одно сообщение, передаются по сети в виде логически связанной последовательной цепочки по одному и тому же маршруту (по виртуальному каналу). Виртуальный канал, сохраняя все преимущества коммутации пакетов в отношении скорости и возможности мультиплексирования потоков, добавляет к ним основное свойство реального канала – сохранять естественную последовательность данных.

Датаграммный способ характеризуется тем, что пакеты, поступая в сеть, передаются ею как независимые объекты. В результате каждый пакет может следовать любым возможным маршрутом и совокупность пакетов, образующих сообщение, поступает к получателю в любом порядке. Датаграммный способ относительно прост в реализации и обеспечивает минимизацию времени доставки сообщения получателю.

К недостаткам этого способа следует отнести:

1. Возможность нарушения порядка прибытия к получателю пакетов, образующих одно длинное сообщение, в виду независимости их маршрутов в сети, что требует сортировки пакетов в нужной последовательности в месте получения.

2. Возможность различных задержек пакетов многопакетного сообщения из-за перегрузки памяти ЦК.

3. Наличие тупиковых ситуаций, возникающих при условии, что поток поступающих в сеть пакетов превышает допустимый. Перегрузка сети приводит к циркуляции датаграмм, которые не могут быть переданы в оконечный пункт получателя из-за отсутствия свободной памяти в ЦК.

Для исключения указанных недостатков в сети с коммутацией пакетов применяются различные методы резервирования ресурсов, прежде всего памяти в оконечном пункте пользователя и в ЦК. Эти методы основаны на дополнении датаграммного способа виртуальным вызовом, когда перед передачей основной информации источник посылает служебный пакет, запрашивающий ресурсы, на который получает ответный пакет готовности. При получении отказа источник не передает сообщения и тем самым не загружает сеть.

Коммутация каналов применяется, как правило, на аналоговых или односкоростных цифровых сетях связи. На таких сетях осуществляется статическое распределение сетевого ресурса или применяется фиксированная полоса пропускания, выделенная для передачи информации. Достоинством коммутации каналов является малое время доставки сообщения по уже образованному каналу, а также низкие требования к структуре сообщений и их форматам.

Достоинствами способа коммутации сообщений являются:

1. Более эффективное использование пропускной способности каналов связи. При использовании коммутации каналов пропускная способность может использоваться на 20-30%, а при применении метода коммутации сообщений – на 80-85%. Это объясняется возможностью поэтапной передачи, не связанной с ожиданием установления соединения по всему тракту. Кроме того, коммутация сообщений обеспечивает эффективное использование одного канала в интересах различных направлений передачи.

2. Простота реализации многоадресной и циркулярной передачи сообщений.

3. Возможность более простой реализации приоритетной передачи сообщений высокой категории срочности. Накопление сообщений в ЦК позволяет организовать обгон сообщений низкой категории срочности сообщениями более высоких категорий.

4. Обеспечение обмена сообщениями между отправителями и получателями, использующими разнотипную аппаратуру, в частности работающую с различными скоростями передачи.

5. Возможность передачи сообщений по участкам направлений передачи, имеющим каналы с различными скоростями передачи.

Коммутация пакетов является основным способом передачи данных в информационных сетях. Это обусловлено следующими обстоятельствами:

1. Коммутация каналов требует, чтобы все каналы сети имели одинаковую пропускную способность. Коммутация сообщений и коммутация пакетов позволяют передавать данные по каналам связи с любой пропускной способностью.

2. Представление данных пакетами создает наилучшие условия для мультиплексирования потоков данных, т.е. разделения времени работы канала для одновременной передачи нескольких потоков данных (рис. 1.5).

Рисунок 1.5. Мультиплексирование потоков данных

3. Относительно малая длина пакетов позволяет выделять для их хранения меньшую емкость памяти в центрах коммутации.

4. Пакеты, имея меньшую длину, в большей степени гарантированы от искажений, чем сообщения.

Сравнительная характеристика сетей с различными методами коммутации приведена в табл. 1.2.

По способу управления сетью информационные сети могут быть подразделены на сети с централизованным и децентрализованным управлением.

Централизованный принцип предполагает наличие единых для всей сети центров управления, а именно: центра динамического управления, располагающегося, как правило, на одном из ЦК; центра технической эксплуатации на выделенном процессоре и центра административного управления, представляющего собой сложный вычислительный комплекс большой производительности. В сети с децентрализованным управлением система управления имеет распределенную структуру, включающую аналогичные центры, распределенные по всем уровням сети.

Таблица 1.2. Характеристики сетей с различными методами коммутации
Коммутация каналов	Коммутация сообщений	Коммутация пакетов
Реализуется на базе временного прямого электрического соединения	Отсутствует прямое электрическое соединение	Отсутствует прямое электрическое соединение
Отсутствует накопление сообщений	Сообщения накапливаются в ВЗУ ЦК	Сообщения накапливаются в ОЗУ ЦК
Возможен обмен в реальном времени, возможен диалог	Диалог невозможен	Диалог возможен
Канал образуется на время длительности одного соединения	Канал устанавливается для каждого сообщения между соседними ЦК	Канал устанавливается для каждого пакета или на время сеанса
Основная задержка – при установлении соединения	Основная задержка – при передаче	Небольшие задержки при установлении соединения и при передаче
Сеть работает как система с отказами	Сеть работает как система с ожиданием	Сеть работает как система с ожиданием и с отказами
При перегрузке имеют место отказы	При перегрузке возрастает задержка в доставке	При перегрузке возрастает задержка в доставке, но меньше, чем при КС, возникают и отказы, но вероятность их на порядок меньше, чем при КК
Невозможны преобразования скоростей, кодов, форматов	Возможны преобразования скоростей, кодов, форматов	Возможны преобразования скоростей, кодов, форматов
Экономичная сеть при низких объемах нагрузки	Экономичная сеть при больших объемах нагрузки	Экономичная сеть при больших объемах нагрузки

Рассмотренные вопросы исследуются в лабораторной работе №2 «Параметры сетей с оперативной коммутацией» [1. с. 14-21]