Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Конвергенция компьютерных сетей.


Конвергенция (от лат. convergo – «сближаю») – это процесс сближения, схождения.

В настоящее время наблюдается конвергенция между локальными и глобальными компьютерными сетями. Использование глобальных сетей в качестве связующей среды между локальными сетями привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий.

Сближение в методах передачи данных происходит на основе цифровых методах по волоконно-оптическим линиям связи без дополнительного преобразования сигнала (модуляции) как в локальных, так и глобальных сетях. Новый стандарт Ethernet 10G, позволяющий передавать данные со скоростью 10 Гбит/с, предназначен для магистралей как глобальных, так и крупных локальных сетей. Это приводит к значительному повышению скорости обмена, и как результат, к созданию в глобальных сетях служб для работы с большими объемами мультимедийной информации в реальном времени. Интерактивные возможности, например, сервиса World Wide Web превзошли возмож­ности многих аналогичных служб локальных сетей. Процесс переноса служб и технологий из глобальной сети Интернет в локальные сети, включая использование IP –протокола, приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин – intranet-технологии (intra – внутренний). В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание ме­тодам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Защита локальных сетей часто строится на тех же методах – шифро­вание данных, аутентификация и авторизация пользователей.

Одним из проявлений сближения локальных и глобальных сетей является появ­ление сетей масштаба большого города, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Городские сети, или сети мегаполисов (Metropolitan Area Networks, MAN), предназначены для обслуживания тер­ритории крупного города. Эти сети используют цифровые линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями на магистрали от 155 Мбит/с и выше. Они обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети. Современные сети типа MAN отличаются разнообразием предоставляемых услуг, позволяя своим клиентам объединять коммуникационное оборудование различного типа.

Одновременно с конвергенцией глобальных и локальных сетей наблюдается тенденция их конвергенции с телекоммуникационными системами (телефон, радио, телевидение).

Компьютерные сети успешно используют транспортную инфраструктуру, созданную в рамках тех или иных телекоммуникационных сетей: телефонные абонентские линии (с помощью оборудования xDSL), распределительные сети кабельного телевидения (с помощью кабельных модемов), мобильную сотовую и спутниковую связь и др.

Развитие телекоммуникационных и компьютерных сетей в идеале должно привести к такой ситуации, когда конечный пользователь не будет даже замечать, работает ли он в автономном режиме или получает информацию посредством мультисервисной сети.

Учитывая широкое распространение глобальной сети Интернет, ведутся интенсивные работы по преобразованию этой сети в глобальную мультисервисную сеть, часто на­зываемую в англоязычной литературе Next Generation Network (NGN), или New Public Network (NPN). Такая сеть будет с одинаковым уровнем качества должна поддерживать сервис WWW и телефонии, передачи аудио- и видео но­востей, мультимедийной почты, новые виды комбинированных услуг и т.д. Уже сейчас в мире широко используются IP-телефония и IP-телевидение, где за счет представления голоса в цифровой форме происходит передача телефонного и компьютерного трафика по одним и тем же цифровым каналам.


Перспективы развития компьютерных сетей

Как и любая техническая система компьютерные сети находятся в постоянном развитии. Основными направлениями развития компьютерных сетей являются такие сети, как:

· мобильные сети

· мультисервисные сети

· ГРИД- сети

Мобильные сети.

Мобильные сети, их называют также беспроводные сети передачи данных (БСПД) – это сети, позволяющие организовать передачу информации без использования кабельной проводки. В качестве среды передачи в таких сетях, обычно, выступают радиоволны, в редких случаях инфракрасное излучение.

БСПД можно классифицировать:

● по географической протяженности :

o персональные (WPAN- Wireless Personal Area Network),

o локальные, региональные (WLAN - Wireless Local Area Network , WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks);

o глобальные (WWAN -Wireless Wide Area Network).

● по применимой технологии связи:

o радиорелейные (радиосвязь по линии, образованной цепочкой приемо-передающих радиостанций);

o спутниковые;

o атмосферные оптические (делают возможной передачу данных -Интернет, голос, видео, телефония, телевидение- между объектами в атмосфере, предоставляя оптическое соединение без использования оптоволокна;

o мобильные сотовые;

o транковые (подвижная радиосвязь) и т.д.

● по каналу передачи данных:

o радио;

o лазерные;

o инфракрасные и т.д.

● по ширине полосы передачи (чем шире полоса, тем выше скорость передачи данных)

o узкополосные;

o широкополосные;

o сверхширокополосные.

● по локализации абонентов

o фиксированные;

o подвижные.

Сети WPAN

Сети WPAN обеспечивают обмен информацией между такими устройствами как карманные и обычные персональные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Сети работоспособны в радиусе от 10 до 100 метров (дальность очень сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Наиболее известные сети WPAN- это сети, использующие технологии Bluetooth и ZigBee.

Сети WLAN, WMAN

Сети WLAN были разработаны для расширения возможностей, а в некоторых случаях для полной замены традиционных локальных сетей, использующих проводные линии связи.

Первоначально сети WLAN поддерживали скорость соединения только 1 и 2 Мбит/с, то сейчас максимальная скорость соединения составляет уже 54 Мбит/с. Ведутся разработки сетей для скорости до 1Гбит/с.

Сеть WLAN обеспечивает не привязанную к отдельным помещениям сеть и доступ в сеть Интернет. Сеть WLAN дает пользователям возможность перемещаться по территории предприятия или организации, оставаясь подключенными к сети. Не нужно тянуть и укреплять кабели, технология WLAN облегчает временную установку сети и ее перемещение. Беспроводные сети, как правило, снижают стоимость установки, поскольку не требуются кабельные соединения. В результате достигается экономия, тем более значительная, чем чаще меняется окружение. Расширение и реконфигурация сети для WLAN не является сложной задачей: пользовательские устройства можно интегрировать в сеть, установив на них беспроводные сетевые адаптеры.

Радиус действия сети WLAN составляет от 100 м до 10 км.

Сети WMAN – сети мегаполиса или региональные сети объединяют с помощью беспроводной связи отдельные локальные сети в масштабе города или региона. Кроме этого они могут предоставлять доступ отдельным клиентам к глобальной сети Интернет.

Радиус действия сети WMAN до 50 км.

Наиболее распространенными на сегодняшний день являются сети Wi-Fi и WiMAX.

Сети WWAN

Глобальные беспроводные сети WWAN отличаются от локальных беспроводных сетей WLAN тем, что для передачи данных в них используются беспроводные технологии, такие как радиорелейные, транковые, спутниковые.

Особое место в настоящее занимают сети WWAN, использующие технологии сотовой связи, такие как GSM, 3G, LTE (4 G) и другие.

В общем виде система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслуживаемую территорию. В соседних ячейках используются различные частоты выделенного диапазона для снижения уровня помех. Ячейки обычно схематически изображают в виде правильных шестиугольников. В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС), обслуживающая всех подвижных абонентов в пределах своей ячейки. При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой- handover. При этом связь с абонентом не прерывается. Все БС соединены с центром коммутации (ЦК) подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. С центра коммутации имеется выход на наземные магистральные лини связи. На рисунке 7 приведена упрощенная функциональная схема, соответствующая описанной структуре системы.

Рис.7. Функциональная схема сотовой связи.

Несмотря на преимущества мобильности, беспроводные сети передачи данных имеют, однако, ряд недостатков, среди которых основными являются зависимость от состояния окружающей среды (уровня электромагнитного излучения - радиопомех или состояния атмосферы). Каждый тип беспроводной технологии рассчитан на определенных пользователей и/или на определенную площадь покрытия. Системы WPAN, WLANи WWAN в настоящее время плохо взаимодействуют (или вообще не могут) напрямую друг с другом.

Беспроводные сети также имеют ряд других ограничения в сравнении с проводными сетями. В настоящее время ведется множество дискуссий на тему потенциальных возможностей обеспечения всех нужд предприятия беспроводными сетями и замены ими проводных сетей. Однако, не существует веских причин, чтобы отказаться от классической кабельной инфраструктуры.

Беспроводные сети просто не могут обеспечить должной скорости передачи данных (например 1 Гбит/с), а также того уровня качества сервиса, которое дают современные проводные сети.

Одним из важнейших факторов, влияющих на работоспособность БСПД, является обеспечение качества передачи и приема радиосигнала. При этом необходимо обеспечить не только требуемую скорость, но и защиту передаваемой информации от помех и посторонних вторжений. Это является одним из главных недостатков по сравнению с проводными сетями.

Основным методом передачи радиоданных является метод расширенного спектра. Основная идея метода состоит в том, чтобы распределить информационный сигнал по широкой полосе радиодиапазона, что в итоге позволит значительно усложнить подавление или перехват сигнала. Другими словами, сделать сигнал похожим на шум, т.е. шумоподобный сигнал. Попытка подавления или прослушивания сигнала в каком-то узком диапазоне частот ни к чему не приведет: прослушивание на одной частоте даст только шум, а при подавлении узким сигналом будет подавляться только небольшая часть информации.

Наиболее распространенными методами общего метода расширенного спектра являются метод перестройки частоты и метод прямого последовательного расширения.

Метод перестройки частоты FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) использует принцип переключения несущая частоты радиосигнала, которая меняется в соответствии с номерами частотных подканалов, вырабатываемых алгоритмом псевдослучайных чисел. Весь частотный диапазон заранее разбивается на частотные подкналы. Псевдослучайная последовательность зависит от некоторого параметра, который называют начальным числом. Если приемнику и передатчику известны алгоритм и значение начального числа, то они меняют частоты в одинаковой последовательности, называемой последовательностью псевдослучайной перестройки частоты. На таком принципе передается радио сигнал в технологии BlueTooth (1600 переключений частоты в секунду методом скачкообразной перестройки частоты) и WiFi.

В методе прямого последовательного расширения DSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum)е используется весь частотный диапазон, выделенный для одной беспроводной линии связи. В отличие от метода FHSS, весь частотный диапазон занимается не за счет постоянных переключений с частоты на частоту, а за счет того, что каждый бит информации заменяется N-битами, так что тактовая скорость передачи сигналов увеличивается в N раз. А это, в свою очередь, означает, что спектр сигнала также расширяется в N раз. N- биты сформированы таким образом, что представляют собой специальный автокорреляционный код, который приемник однозначно выделяет из шумоподобного сигнала того абонента, которому соответствует свой атокорреляционный код.

Такое разделение абонентов называется кодовым разделением (Code Division Multiplexing Access – CDMA) и характеризуется тем, что передатчики транслируют сигналы на одной и той же частоте, в той же области, в тоже время, но с разными кодами .

На CDMA работают сотовые сети стандарта 3 G с максимальной скоростью передачи данных 2Мбит/с.

В последнее время в мире начались интенсивные работы по внедрению новой технологии сотовой связи LTE (Long-Term Evolution) - или стандарт мобильной связи четвертого поколения – 4G. Теоретическая скорость передачи данных может достигать с сетях LTE до 100 Мбит/с. Основное отличие от сетей поколения 3G заключается в том, что здесь используется принцип передачи данных MIMO ( Multiple Input Multiple Output) – метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, при котором передача и прием данных осуществляется с помощью множества антенн, которые должны быть как на базовой станции, так и внутри мобильного устройства (телефона, смартфона, планшета).

На рисунке 8 схематично представлено сравнение скоростей передачи и расстояния рассмотренных беспроводных сетей передачи данных.

 

Рис.8. Сравнительные характеристики современных БСПД.

Мультисервисные сети.

Мультисевисные сети (их еще называют ССП- сети следующего поколения, NGNNext Generation Network)построены на концепции сетей, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг.

Рост популярности мультисервисных сетей - одна из самых заметных тенденций развития рынка сетевых услуг в последние годы. Услуги такой сети в первую очередь предназначены для компаний, ориентированных на интенсивное развитие бизнеса, оптимизацию затрат, автоматизацию бизнес-процессов, современные методы управления и обеспечение информационной безопасности.

Мультисервисная сеть – это единая сеть, способная передавать голос, видеоизображения и данные. Основным стимулом появления и развития мультисервисных сетей является стремление уменьшить стоимость владения, поддержать сложные, насыщенные мультимедиа прикладные программы и расширить функциональные возможности сетевого оборудования.

Идея создания сетей с интеграцией различных услуг относится к середине 70-х годов прошлого столетия, когда начались разработки по переводу традиционных телефонных сетей на интегрированные. Т.е. на сети, способные передавать как речь, так и цифровых данные.

Концепция мультисервисности содержит несколько аспектов, относящихся к различным сторонам построения сети:

· конвергенция загрузки сети, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единого формата представления данных. Например, до последнего времени передача аудио- и видеотрафика происходила в основном через сети, ориентированные на коммутацию каналов, а передача данных – по сетям с коммутацией пакетов. Конвергенция загрузки сети определяет тенденцию использования сетей с коммутацией пакетов для передачи и аудио- и видеопотоков, и собственно данных сетей. Однако это не отрицает требования дифференцирования трафика в соответствии с предоставляемым качеством услуг.

· конвергенция протоколов, определяющая переход от множества существующих сетевых протоколов к общему, как правило, IP- протоколу. В то время как обычные сети предназначены для управления множеством протоколов, мультисервисные сети ориентируются на единый протокол и различные сервисы, требующиеся для поддержки различных типов трафика.

· физическая конвергенция, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единой сетевой инфраструктуры и оборудования. И мультимедийный, и голосовой трафики могут быть переданы с использованием одного и того же оборудования с учетом различных требований к полосе пропускания, задержкам. Протоколы резервирования ресурса, формирования приоритетных очередей и качества обслуживания позволяют дифференцировать услуги, предоставляемые для различных видов трафика.

· конвергенция приложений, определяющая интеграцию различных функций в рамках единого программного средства. Например, Web-браузер позволяет объединить в рамках одной страницы мультимедиа-данные типа звукового, видеосигнала, графики высокого разрешения и др.

· конвергенция технологий выражает стремление к созданию единой общей технологической базы для построения сетей связи, способной удовлетворить требованиям и региональных сетей связи, и локальных вычислительных сетей.

· организационная конвергенция, предполагающая централизацию служб сетевых, телекоммуникационных, информационных под управлением менеджеров высшего звена. Это обеспечивает необходимые организаторские предпосылки для интегрирования голоса, видеосигнала и данных в единой сети.

Все перечисленные аспекты определяют различные стороны проблемы построения мультисервисных сетей, способных передавать трафик различного типа как в периферийной части сети, так и в ее ядре.

Наиболее эффективное применение мультисервисные сети находят у традиционных телекоммуникационных операторов, которые таким образом значительно расширяют гамму предоставляемых услуг. Для корпоративного рынка объединение всех удаленных подразделений в единую мультисервисную сеть на порядок увеличивает оперативность обмена информацией, обеспечивая доступность данных в любое время. Благодаря возможности обмениваться большими объемами данных между офисами можно устраивать селекторные совещания и проводить видеоконференции с отдаленными подразделениями. Все это ускоряет реакцию на изменения, происходящие в компании, и обеспечивает оптимальное управление всеми процессами в реальном масштабе времени.

ГРИД – сети.

Название GRID (сеть) взято по аналогии с электрическими сетями - electric power grid. Основная концепция ГРИД была разработана в 1998-2002 , как создание сетевых структур для использования географически разнесенных и находящихся в разном подчинении вычислительных мощностей.

ГРИД – это сетевая система, которая координирует использование глобальных (мировых) вычислительных ресурсов при отсутствии централизованного управления этими ресурсами. Отсутствие централизованного управления является основным отличием ГРИД от традиционных распределенных методов обработки данных.

Современные ГРИД-сети время объединяют значительные ресурсы, расположенные в различных научных и технологических центрах, институтах, университетах мира. Они включают отдельные компьютеры, кластеры (группы компьютеров), локальные сети, суперкомпьютеры, хранилища информации, коммуникации, программное обеспечение.

ГРИД-технология не является технологией параллельных вычислений, она предназначена для удаленного запуска отдельных задач на территориально распределенные ресурсы. Поэтому если громоздкая задача, которую необходимо решить, может быть разбита на большое количество маленьких, независимых (не обменивающихся никакими данными) частей, ГРИД-технология оказывается особенно эффективным и относительно дешевым решением. Напротив, суперкомпьютеры оказываются для таких вычислений неоправданно дорогим и неэффективным решением.

Таким образом, ГРИД – это сетевая архитектура, позволяющая распределенным системам обмениваться ресурсами, совместно производить вычисления и хранить информацию.

Глобальные ресурсы объединяются (и эта тенденция будет сохранена и в дальнейшем) по направленности ведущихся исследований: крупные эксперименты физики высоких энергий, биологические разработки, медицинская диагностика и так далее. Такое объединение ресурсов в ГРИД называется "виртуальная организация" и соответствующим образом администрируется с помощью специальных сетевых инстументов. Важным стимулом внедрения ГРИД явилось и то, что большинство информационных центров используют свои ресурсы не более чем на 30% (Forrester Research). Побочным стимулом к развитию данной технологии был и тот факт, что в существовавших центрах до 75% стоимости стало составлять питание, охлаждение и управление.

ГРИД- это качественное развитие системы распределенных вычислений, которая основана на наиболее целесообразном использовании ресурсов. В обычной системе распределенных вычислений пользователь может работать только с теми ресурсами, где он зарегистрирован, при этом он должен точно знать, где находятся его программы и данные. В ГРИД- сети пользователь получает доступ к ресурсам как специальный электронный сертификат, а эта "умная" система сама регулирует поиск свободных ресурсов, обращение к хранилищам данных в рамках своей виртуальной организации. Каждый ГРИД-сайт предоставляет свои ресурсы определенным виртуальным организациям.

ГРИД- сети разделяются на:

· Вычислительные ГРИД. Такие ГРИДы использовались в течение более чем десятилетия в научных сообществах для того, чтобы соединить мощности тысяч персональных компьютеров и серверов для создания среды, которая может обеспечить супервычислительные возможности (по цене, которая много ниже стоимости суперкомпьютера). Примерами самых известных ГРИД могут быть, такие, как Seti@Home –для поиска внеземной жизни; GIMPS (Great Internet Mersenne Prime Search) - международная научно-исследовательская математическая система; NASA – система для исследования космоса; Intel-United Devices для исследований рака и др.

· Информационные ГРИД.Информационные ГРИД являются системами, которые обеспечивают компьютерные ресурсы для углубленного анализа используемых совместно больших баз данных (часто разнородных).

· Коллаборационные ГРИД. Коллаборационные GRID используются для обработки и интерпретации данных. Эти данные могут иметь визуальную форму, размещены географически рассредоточено, например, это могут быть группы, работающие над проектами по дизайну и моделированию.

· Правительственные ГРИД. Такие системы используются правительственными организациями. Использование правительствами распределенных сетей для обороны и разведки, началось задолго до прихода ученых в эту область. Сегодня правительства используют технологию ГРИД, чтобы понизить эксплуатационные расходы, улучшить использование ресурсов, и стимулирования научные исследований и открытий.

· Прикладные ГРИД. Решают прикладные задачи, например, для статистического прогнозирования макроэкономического развития страны.

Стек протоколов ГРИД-системы.

Общая структура стека протоколов ГРИД – представлена на рисунке 9.

Рис. 9. Стек протоколов ГРИД-системы

1. Аппаратный уровень составляют протоколы, технологии и оборудование, которые обеспечивают физическую передачу данных по сети. Это стандартное выше описанное сетевое оборудование и технологии семейства Ethertnet.

2. Связывающий уровень – это протоколы, которые обеспечивают обмен данными между компонентами ГРИД- системы. Основным протоколами является стек протоколов (TCP/IP).,

3. Ресурсный уровень проводит согласование методов безопасности, инициализацию и мониторинг вычислительных ресурсов, и управление ими. Для доступа к локальным ресурсам и дальнейшего управления ресурсный уровень вызывает соответствующие функции связывающего и аппаратного уровня. Протоколы ресурсного уровня предназначены исключительно для работы с локальными ресурсами, они не учитывают глобальное состояние системы.

4. Протоколы коллективного уровня отвечают за взаимодействие всех элементов пула ресурсов, что и отражено в самом названии. В качестве примера глобальных функций и сервисов, реализуемых протоколами этого уровня, можно назвать службу каталогов, распределение ресурсов, планирование и брокерские услуги, службы мониторинга, диагностики, репликации данных, коллективной авторизации.

5. Прикладной уровень включает пользовательские приложения, которые исполняются в среде объединенных ресурсов. Приложения могут вызываться через достаточно сложные оболочки и библиотеки. Эти оболочки сами могут определять протоколы, сервисы и прикладные программные интерфейсы, однако, подобные надстройки не относятся к фундаментальным протоколам и сервисам, определяющим архитектуру грид-систем. В настоящее время на прикладном уровне используется специально модифицированный Web- сервис с соответствующими протоколами.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Белорусский государственный экономический университет»

 

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.