Разработка структурной схемы маршрутизатора

Аннотация

Темой данной дипломной работы является разработка структурной схемы маршрутизатора, реализующего логический способ формирования плана распределения информации. Дипломная работа включает в себя общее описание широкополосных сетей интегрального обслуживания; классификацию алгоритмов маршрутизации. Разработана структурная схема маршрутизатора, реализующего анализируемый метод маршрутизации. Приведена математическая модель для данного метода. Рассмотрены вопросы, связанные с техникой безопасности при работе с ЭВМ.

Введение

Динамика современного экономического и социального развития страны в значительной степени определяется развитием инфраструктур, важнейшим элементом которой является связь. Сети связи должны обеспечивать передачу и распределение всевозможных информационных потоков, необходимых для удовлетворения нужд населения, эффективного функционирования производственных процессов делового и промышленного сектора, проведение государственных и политических мероприятий. Современный этап развития сетей связи характеризуется стремительным увеличением объемов передаваемой информации.

В настоящее время общество постепенно вступает в эру информационной экономики, поэтому традиционная классификация основных видов производства “товары и услуги”, трансформируется в “ товары, услуги и информация”. Успехи в создании и внедрении современных сетевых технологий создали предпосылки для широкомасштабной реализации новых сетевых решений.

Бурный рост пользователей телекоммуникационных сетей привел к серьезному спросу на услуги передачи данных и их качество. Между компаниями, предоставляющими различные сетевые услуги, возникла жесткая конкуренция, в результате которой наметилась тенденция объединения различных информационных структур в единую технологию способную поддерживать передачу данных любого типа. Внедрение широкополосных сетей интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО) с использование технологии АТМ (Asynchronous Transfer Mode) позволяет разрешить данную задачу.

Данная дипломная работа посвящена проблеме маршрутизации в Ш-ЦСИО. Приведена краткая характеристика Ш-ЦСИО. Рассмотрены различные алгоритмы маршрутизации, в частности логический метод формирования плана распределения информации (ПРИ), разработана структурная схема маршрутизатора, реализующего данный метод. Приведена математическая модель для данного метода. Отражены вопросы безопасности жизнедеятельности при работе с ЭВМ.

1.1 Предпосылки возникновения и перспективы развития Ш-ЦСИО

В настоящее время в мире электронных коммутации используются три принципиально различные информационные инфраструктуры: телефонная сеть для передачи речи, кабельная сеть и система телевещания для трансляции видеоизображения, сети с коммутацией пакетов для взаимодействия между компьютерами.

Высокоскоростные каналы телефонной сети для связи на большие расстояния служат для передачи видеосигналов и объединения отдельных локальных сетей, осуществляя обмен компьютерными данными. Отрасль кабельного телевидения также развивается в направлении поддержки компьютерных коммуникации, обеспечивая передачу по одному кабелю телевизионных программ и компьютерных данных. По существу различные типы коммутационных технологий эволюционировали параллельно. Все они переходили от аналоговых технологий к цифровым методам передачи, мультиплексирования и коммутации. Специалисты в отрасли связи постепенно пришли к мнению, что различные информационные инфраструктуры нужно слить в единую сетевую технологию способную поддерживать передачу данных любого типа.

Развитие современных сетевых технологий, успехи в создании волоконно-оптических линий связи и сверхбольших интегральных схем с большой памятью и огромным быстродействием привели к разработке нового способа транспортирования информации, получившего наименование асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode), то есть была внедрена широкополосная сеть интегрального обслуживания (Ш-ЦСИО) с использованием технологии АТМ.

Технология АТМ обеспечивает:

транспортирование всех видов информации (речи, музыки, подвижных и неподвижных изображений, данных) в виде пакетов фиксированной длины - ячеек;

выделение пользователю в каждый момент времени только того ресурса пропускной способности сети, который ему необходим;

поддержку интерактивных (диалоговых) служб и служб распределения информации, а также служб с установлением и без установления соединения;

АТМ представляет собой метод коммутации, мультиплексирования и передачи, являющийся разновидностью коммутации пакетов, в которой используются короткие пакеты постоянной длины, именуемые ячейками. Обработка ячеек в блоке коммутации ограничивается анализом заголовков ячеек для маршрутизации их в соответствующие очереди.

В сети АТМ не реализуются функции управления потоков и обработки ошибок, которые решаются на уровне прикладных задач пользователя или устройствами доступа.

Вследствие этих особенностей АТМ способен удовлетворять условиям, налагаемым такими различными видами информации, как речь, движущиеся изображения или данные. Этот универсальный режим передачи делает возможным объединение всех видов служб на единственном доступе к сети.

Размер полезной нагрузки ячеек АТМ, равный 48 байтам, является следствием компромисса: во время заседания МСЕ-Т в Женеве представители США и нескольких других стран рекомендовали 64-байтовое поле данных, тогда как европейские страны предпочитали 32-байтовое поле. Поскольку не удавалось выработать общее мнение по технической стороне вопроса, было принято компромиссное решение.

Концепция АТМ смогла сформироваться и столь быстро добиться одобрения, потому что её корни уходят глубоко в общее развитие области электросвязи. Выбор АТМ вызвал не полное изменение, а скорее внедрение нового в существующие методы; в перспективе это должно привести к унификации режимов передачи, используемых всеми устройствами, относящимися к среде связи (терминалами, локальными сетями, крупномасштабными сетями).

Мир электросвязи постоянно развивается, при этом каждая новая техника обычно строится на одной из предшествующих. Так, цифровая мультиплексная иерархия основана на временном разделении и методе ретрансляции кадров, который в свою очередь представляет собой усовершенствование коммутации пакетов.

1.2 Виды сервиса

Немногие технологии получили за последние несколько лет такое широкое освещение в компьютерной прессе, как Asynchronous Transfer Mode (АТМ). АТМ - очень гибкая технология; она позволяет передавать по сети различные типы трафика - голос, видео и данные, обеспечивая при этом достаточную пропускную способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации.

Виды сервиса, предоставляемые пользователю, приведены в таблице 1.1.[1]

1.3 Структура эталонной модели протоколов Ш-ЦСИО

Технология АТМ была разработана организациями ANSI (American National Standards Institute) и ITU (International Telecommunications Union) как транспортный механизм для широкополосной сети и имеет собственную модель.

Общий вид эталонной модели протоколов Ш - ЦСИО с использованием технологии АТМ представлен на рисунке 1.1.[2]

Модель включает в свой состав три плоскости: плоскость пользователя, плоскость управления и плоскость менеджмента.

Плоскость пользователя (U -plane) обеспечивает транспортировку всех видов информации в совокупности с соответствующими механизмами защиты от ошибок, контроля и управления потоком, ограничения нагрузки и тому подобное. Плоскость пользователя умеет уровневую структуру.

Плоскость управления (С - plane) определяет протоколы установления, контроля и разъединения соединений, ей принадлежат все функции сигнализации, кроме протоколов метасигнализации. Плоскость управления имеет также уровневую структуру.

Плоскость менеджмента (M - plane) обеспечивает выполнение функций двух типов: управление плоскостями и управление уровнями. Функции управления плоскостями обеспечивают координацию между всеми “гранями” модели протоколов и относятся ко всей Ш-ЦСИО, связывая её в единое целое. Область управления плоскостями не имеет уровневой структуры.

Функции управления уровнями решают задачи распределения сетевых ресурсов, согласования их с параметрами трафика, обработки информации эксплуатации и технического обслуживания и управления сетью. Управление уровнями имеет уровневую структуру.

Первыми тремя уровнями эталонной модели являются: физический, уровень АТМ, уровень адаптации АТМ.

Эти три уровня примерно соответствуют по функциям физическому, канальному и сетевому уровню эталонной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС). В настоящее время модель АТМ не включает в себя никаких дополнительных уровней, то есть таких, которые соответствуют более высоким уровням ЭМ ВОС. Однако самый высокий уровень в модели АТМ может связываться непосредственно с физическим, канальным, сетевым или транспортным уровнем ЭМ ВОС.

Основные функции уровней и их деление на подуровни приведены в таблице 1.2[1].

1.3.1 Физический уровень

Условия, налагаемые на физический уровень уровнем АТМ, очень ограничены.

Поток ячеек, сгенерированный на уровне АТМ, может быть передан практически по любой цифровой системе передачи. Это означает, что он может быть адаптирован к любой существующей или будущей системе передачи.

Физический уровень может быть разделен на два подуровня, которые обеспечивают выполнение ниже перечисленных основных функций:

подуровень конвергенции управляет адаптацией скорости передачи битов, защитой заголовка, выделением ячейки и адаптацией к структуре физической среды;

подуровень физической среды отвечает за кодирование, декодирование, скремблирование и адаптацию к среде.

Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи битового потока через данную физическую среду, а также обеспечивает синхронизацию между передачей и приемом. На этом уровне осуществляется линейное кодирование и, если необходимо, электронно-оптическое и оптоэлектронное преобразование сигналов. В качестве физической среды, используемой для распространения сигнала, чаще всего используется одномодовое или многомодовое оптоволокно.

Подуровень конвергенции с системой передачи определяет порядок передачи ячеек АТМ в битовом потоке и выполняет следующие функции:

генерацию кадра системы передачи и его восстановление на приеме;

адаптацию потока ячеек к кадру передачи на передающей стороне и выделение ячеек из кадра на приемной стороне;

формирование поля контроля ошибок в заголовке на передающей стороне для обнаружение и исправление одиночных ошибок, если это возможно, на приемной стороне;

согласование скорости ячеек.

В качестве цифровых систем передачи могут использоваться системы передачи синхронной (СЦИ) или плезиохронной (ПЦИ) цифровой иерархии с собственной структурой кадра. Поэтому требуется специальный механизм упаковки ячеек в поле полезной нагрузки кадра систем передачи СЦИ или ПЦИ. Кроме того в интерфейсе - “пользователь - сеть” МСЭ - Т предложена специальная структура, в которой кадр эквивалентен ячейке. Такая система передачи получила название ячеечной. Выделение ячеек - это механизм, позволяющий на приемном конце восстановить границы ячейки. На передающей стороне осуществляется формирование последовательности контроля ошибок в заголовке. Эта последовательность помещается в соответствующее поле заголовка ячейки. На стороне приема значение последовательности контроля ошибок в заголовке пересчитывается и сравнивается. В случае несовпадения ошибка, если это возможно, исправляется, или, в противном случае, ячейка стирается.

Согласование скорости ячеек заключается в том, что если со стороны уровня АТМ поток ячеек меньше пропускной способности системы передачи (СП), то подуровень конвергенции физического уровня на передающей стороне добавляет ячейки, которые не содержат информации, а на стороне приема отбрасывает их. Такие ячейки получили наименование “пустых”.

Адоптация скорости. Скорость передачи битов потока мультиплексированных ячеек, сформированного уровнем АТМ, обычно не равна рабочей скорости передачи битов в физическом звене доступа. Поэтому необходима адаптация скорости, зачастую называемая стаффингом или выравниванием. Различные варианты выполнения этой адаптации могут быть сгруппированы в три основных способа, третий из них в действительности является комбинацией двух первых:

Для генерации непрерывного потока ячеек в него вводятся пустые ячейки. В случае цикловой системы передачи результирующий поток соответствует нагрузке звена передачи (например, синхронные циклы SDH), тогда как если звено передачи ориентированно на ячейки, он равен общей скорости передачи битов в звене. Этот метод ввода был поддержан МСЕ-Т для широкополосной сети.

Поток ячеек, напротив, может оставаться прерывистым; этот тип потока в основном встречается в локальных сетях АТМ, которые пока ещё не стандартизованы. Так как интервал между ячейками может быть любой длины, для адаптации скорости передачи битов могут быть введены знаки стаффинга (символы “свободно”). Этот метод используется, например, для передачи ячеек АТМ в инфраструктуре, использующей физический уровень волоконно-оптического распределенного интерфейса данных на скорости 100 Мб/с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8