IP-Телефония - это технология, которая использует IP-протокол для передачи голоса и данных. Речевой сигнал от абонентов оцифровывается с использованием современных алгоритмов, которые обеспечивают сжатие голоса без потери качества, с одновременным подавлением пауз, свойственных любому разговору. Полученный цифровой поток разбивается на пакеты протокола IP, при необходимости шифруется и передаётся по сети к заданным шлюзам. Маршрутизация пакетов осуществляется согласно алгоритмам работы сетей IP по наикратчайшему пути и с наименьшими задержками.

Адресация в сетях ТСР/IP.

В вычислительных сетях используют как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые (shared), когда одна линия связи попеременно используется несколькими компьютерами. В случае применения разделяемых линий связи возникают электрические проблемы обеспечения нужного качества сигналов при подключении к одному и тому же проводу нескольких приемников и передатчиков, и логические проблемы разделения во времени доступа к этим линиям. Классическим примером сети с разделяемыми линиями связи являются сети с топологией «общая шина», в которых один кабель совместно используется всеми компьютерами сети. Еще одной проблемой, которую нужно учитывать при

объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации. К адресу узла сети и схеме его назначения можно предъявить несколько

требований:

-адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба. Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.

-адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. Эту проблему хорошо иллюстрируют международные почтовые адреса, которые позволяют почтовой службе, организующей доставку писем между странами, пользоваться только названием страны адресата и не учитывать название его города, а тем более улицы.

-адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление, например, www.cisco.com. -адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры - сетевых адаптеров,

маршрутизаторов и т. п. Так как все перечисленные требования трудно совместить в рамках какой-либо одной схемы адресации, то на практике обычно используется сразу несколько схем, так что компьютер одновременно имеет несколько адресов-имен.

Различают три типа адресов:

- на канальном уровне используют адреса, называемые физическими, локальными или MAC-адресами. Это шестибайтовые адреса (48 бит) сетевых плат, присваиваемые изготовителем контроллеров (каждый изготовитель вместе с лицензией на изготовление получает уникальный диапазон адресов).

Два старших бита MAC-адреса используются для идентификации типа адреса: первый бит - одиночный (0) или групповой (1) адрес; второй бит - признак универсального (0) или локально администрируемого (1) адреса. Следующие 22 бита адреса содержат специальный код производителя или OUI - универсальный код организации. OUI - это централизованно выделяемая каждому производителю сетевого оборудования старшая часть MAC - адреса. Например, 00:E0:4C используется для сетевых устройств REALTEK SEMICONDUCTOR CORP, 00:00:01 - для XEROX CORPORATION. Одному и тому же производителю может принадлежать несколько кодов OUI. Младшая часть MAC-адреса формируется при производстве оборудования и уникальна для каждого экземпляра устройства. В сетях Ethernet передаваемые и принимаемые данные всегда содержат MAC-адрес источника (Source MAC) и

MAC-адрес приемника (Destination MAC). MAC - адреса компактны, но неудобны для восприятия человеком. Кроме того при смене сетевой платы меняется и MACадрес, но пользователю желательно иметь адрес, независимый от подобных замен.

- на сетевом уровне используют адреса, называемые виртуальными или логическими. Кадр, поступивший на сетевой уровень, инкапсулируется в пакет с заголовком, в котором указываются сетевые адреса отправителя и получателя. Эти адреса имеют иерархическую структуру, для них существует цифровое и буквенное выражение. В сетях TCP/IP (в интернет) эти выражения называют

IP-адресом и IP-именем соответственно.

IP-адрес в четвертой версии протокола (IPv4) – уникальная совокупность чисел, адреса сети и адреса хоста – узла в сети (компьютера). Записывается в виде четырех частей (побайтно), разделенных точками.

Например, 192.168.100.1 – адрес провайдера Стрим. Для сети может использоваться от одного до трех старших байтов, остальные – для номера узла. Находят применение классы адресов A,B,C,D, различающиеся значениями старших битов. Младшие биты используются для адресации подсетей и узлов в подсетях. Какая часть IP-адреса относится к подсети и какая к узлу определяется маской, выделяющей соответствующие биты в IP-адресе.

Адреса при включении новых хостов в сеть выдает провайдер. Он же обеспечивает включение IPадреса и соответствующего ему IPимени в сервер службы адресов DNS.

IP-имя (доменное имя) – удобное для человека название узла или сети. Оно отражает иерархическое построение сети Internet и поэтому состоит из нескольких частей, аналогично почтовым адресам. Корень иерархии означает страну либо отрасль знаний, например: ru –Россия, de –Германия, uk –Великобритания, edu –образование, сом –коммерческие организации, org –некоммерческие, gov –правительсвенные, mil – военные, net – служба поддержки Internet. Корень занимает в IP-имени правую позицию, левее записываются локальные части адреса. Так, запись norenkov@rk6.bmstu.ru расшифровывается как пользователь Норенков в подразделении rk6, организации bmstu, в стране ru.

При маршрутизации имя переводится в адрес с помощью серверов DNS. Этот перевод обязателен, поскольку маршрутизация в сети осуществляется по IP-адресам. При обращении из одного узла в другой IP-имя переводится в IP-адрес обращением к местному серверу. Если там сведений о сети назначения нет, то осуществляется переход к серверу более высокого уровня (ru) и далее вниз до получения IP-адреса места назначения. Узел отправителя сравнивает номер своей сети (подсети) с номером сети IP-адреса получателя в заголовке пакета. Если номера совпадают, то узел-отправитель с помощью его ARP-таблицы переводит IP-адрес в MAC-адрес, по которому и доставляется пакет. Если в ARP-таблице MAC-адреса не оказалось, то по сети широковещательно рассылается ARP-запрос, на который нужный узел откликается своим MAC-адресом. Если номера сетей не совпадают, пакет пересылается маршрутизатору, который ищет доступ к нужной сети через один из своих портов.

Работа программного обеспечения, реализующего взаимодействие процессов в сетях TCP/IP , кратко может быть охарактеризована следующим образом: - при установлении соединения прикладной процесс ОС в узле-отправителе получает номер порта и передает IP-имя получателя на уровень TCP. С помощью обращения к службе DNS IP-имя переводится в IP-адрес.

- на сетевом уровне IP-адрес должен быть переведен в MAC-адрес. Для этого используется ARP-таблица отправителя. Если в таблице есть строка с данным IP-адресом, то формируется заголовок пакета и дейтаграмма отправляется в сеть. Если искомой строки в таблице не оказалось, то отправитель формирует ARP-запрос, который широковещательно рассылается по сети. Получатель откликается на запрос, посылая ARP-ответ с указанием своего MAC-адреса.

Если узла с запрошенным IP-адресом в данной сети нет, то пакет направляется по MAC-адресу порта маршрутизатора, который пересылает пакет с IP-адресом в следующую сеть и т.д., пока пакет не достигнет сети, в которой найдется MAC-адрес, соответствующий

искомому IP-адресу. Аналогичные действия выполняются при установлении обратного соединения. Передача пакетов по установленным соединениям происходит более быстро, так как теперь не нужно обращаться к DNS и использовать ARP-запросы.

Рис. Протоколы стека TCP/IP

URL – универсальный указатель на ресурс в Интернете. Как каждый компьютер в Интернете имеет уникальный адрес, то любой файл на компьютере может быть точно указан через структуру папок и имя файла. Для каждого файла можно записать точный универсальный указатель ресурса– адрес URL (Uniform Resourse Locator).

Пример URL-адреса

Протоколы ARP, IGP, EGP, RTP, UDP в стеке TCP/IP

Стек... лично мне кажется не очень корректным такое название. Стек в первую очередь ассоциируется со способом организации памяти. Что же такое стек TCP/IP? Это все протоколы семейства TCP/IP, действующие на разных иерархических уровнях. Это также некоторый набор программ, библиотек, модулей, интегрированных в ОС и отвечающих за создание, отправку, прием и обработку информации по стандартам TCP/IP.

В состав протокола IP входит ряд частных протоколов. Так, протоколы ARP, IGP, EGP, RIP относятся к маршрутизации на разных иерархических уровнях в архитектуре сети.

На одном уровне с IP находится протокол управления ICMP (Internet Control Message Protocol). Управление внешними потоками (доступом) реализуется путем предоставления приоритета внутренним потокам перед внешними, ограничением числа пакетов в сети (пакет принимается, если у узла есть соответствующее разрешение), посылкой предупредительных пакетов-заглушек в адрес источника от которого идут пакеты в перегруженную линию связи. ICMP-пакеты вкладываются в IP-дейтаграммы при доставке.

В TCP/IP входит также протокол UDP (User Datagram Protocol) — транспортный протокол без установления соединения, он значительно проще TCP, но используется чаще всего для сообщений, умещающихся в один пакет. После оформления UDP -пакета, он передается с помощью средств IP к адресату, который по заголовку IP-пакета определяет тип протокола и передает пакет не агенту TCP, а агенту UDP. В UDP служебная

В подсеть каждого из отделов должны попадать только те кадры, которые адресованы узлам этой сети. При такой организации работы сети ее производительность существенно повыситься, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов. Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика. Логическая структуризация сети - это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком. Для логической структуризации сети используются мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы, которые составляют базовое оборудование ЛВС.

Сетевой контроллер (блок доступа к каналу) называется средством канального уровня ( MAC) и реализует принятый метод доступа.

Вслучае метода МДКН/ОК в блоке реализуются действия по выработке сигнала затора, задержки в передаче при наличии конфликта или при занятом моноканале, формированию данных в кадры, кодированию (декодированию) электрических сигналов в манчестерский код, распознаванию адреса в передаваемых по сети сообщениях.

Вслучае кольцевых маркерных ЛВС к функциям MAC-подуровня относятся: опознание адреса, генерация контрольного кода при передаче и его

проверка при приеме, опознание маркера, контроль предельного времени отсутствия маркера, что требуется для принятия заключения о потере маркера и о его восстановлении, распаковка кадра и т.п.

Сетевые платы вместе с драйверами реализуют часть функций LLC-подуровня и функции MAC-подуровня. К этим функциям относятся формирование кадра, буферизация, преобразование параллельного кода в последовательный, кодирование и декодирование данных на основе кодов

4B/5B, реализация принятого метода доступа (MAC). Для всех существующих технологий локальных сетей МАС - адрес имеет формат 6 байт, например

11-AO-17-3D-BC-01.

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель (repeater) - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты и преодолеть ограничения на длину линий связи за счет восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п. Многопортовый повторитель называется концентратором.

Концентраторы (хабы), предназначены для объединения в сеть многих узлов и имеют ряд портов для подключения компьютеров и порт AUI (Attachment Unit Intreface) для связи с другими концентраторами или с магистралью. Дополнительными функциями концентраторов могут быть отключение некорректно работающих узлов, передача данных о состоянии соответствующего участка сети менеджеру протокола управления.

Мост (bridge) — блок взаимодействия разных подсетей, который в отличие от повторителей и концентраторов разделяет трафик. Разделение трафика означает, что если отправитель и получатель некоторого сообщения находятся в одной и той же из соединяемых подсетей, то это сообщение не пропускается в другую подсеть. Мосты имеют по два или более портов. Каждый порт может оказаться входным или выходным. Управление

передачей пакетов выполняется с помощью маршрутной таблицы моста, в которой строки содержат соответствующие друг другу значения MAC-

адреса узла и номера порта моста.

Отличие работы моста в этом режиме от повторителя в том, что он передает кадр не побитно, а с буферизацией. Одновременно с передачей кадра на все порты мост изучает адрес источника кадра и делает новую запись о его принадлежности в своей адресной таблице, которую также называют таблицей маршрутизации. Если компьютеры с адресами источника и адресом назначения находятся в разных сегментах, то мост выполняет операцию продвижения кадра. Если компьютеры принадлежат одному сегменту, то кадр просто удаляется буфера. Такая операция называется фильтрацией.

Прозрачный мост соединяет однотипные подсети (с одинаковыми канальными протоколами). Транслирующие мосты соединяют сети с разными канальными протоколами, конвертируя пакеты (но необходимо, чтобы размеры пакетов были приемлемы для обеих сетей). Инкапсулирующий мост отличается от прозрачного тем, что передача ведется через некоторую промежуточную сеть, имеющую, возможно, другие канальные протоколы (например, пересылка пакета между Ethernet подсетями через опорную сеть FDDI).

С помощью мостов возможна фильтрация пакетов. Например, администратор может установить защиту от пакетов с определенными адресами или запретить доступ к некоторым ресурсам.

Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Протокол CSMA/CD решает значительное число проблем, однако его использование делает сеть малоэффективной при большом количестве пользователей, поскольку он приводит к росту задержек в сети (столкнувшиеся кадры уничтожаются, и их приходится пересылать повторно), при возрастании количества участников обмена данными по сети трафик сети насыщается и время ожидания для каждой станции растет. Часть этих проблем решается применением коммутаторов, а именно:

•Не происходит коллизий, а соответственно нет необходимости в повторной трансляции утерянных по этой причине кадров.

•Сетевые устройства не тратят времени на ожидание освобождения среды передачи.

•Фактически можно достичь двойной номинальной скорости, учитывая возможность одновременной двунаправленной передачи данных.

Коммутаторы и мосты, работают с MAC-адресами и локализуют значительную часть трафика внутри соединяемых подсетей. Один коммутатор может объединять несколько как однотипных, так и разнотипных ЛВС. Обычно коммутатор имеет ряд портов, группируемых в сегменты, ориентированные на ЛВС одного типа, например, сегменты для подсетей типов Ethernet, Token Ring, FDDI. Процессоры соединяются посредством высокоскоростной общей шины, многовходовой памяти или коммутирующей матрицы, в которой одновременно может быть создано много соединений. Имеется центральный процессор, координирующий работу остальных устройств. Основными характеристиками коммутаторов являются скорость фильтрации и скорость продвижения пакетов через коммутатор, пропускная способность, измеряемая количеством информации, переданной через порты коммутатора в единицу времени, и задержка кадра в коммутаторе.

Возможны коммутация "на лету" когда передача пакета начинается сразу после расшифровки его заголовка, и с полным получением пакета (промежуточная буферизация). Первый способ применяют в небольших сетях, второй — в магистральных коммутаторах. Сквозная коммутация уменьшает задержки в передаче данных, позволяет обойтись малым объемом буфера, но не дает возможности изымать неверные кадры.

Сети с мостами или с коммутаторами подвержены так называемому широковещательному шторму, поскольку при широковещательной передаче пакеты направляются во все подсети.

Цель маршрутизации — доставка пакетов по назначению с максимальной эффективностью. Эффективность выражена взвешенной суммой времен доставки сообщений при ограничении на вероятность доставки. Маршрутизация сводится к определению направлений движения пакетов в маршрутизаторах, зависит от текущей топологии сети, длин очередей в узлах коммутации, интенсивности входных потоков и т.п.

Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не аппаратные, а составные числовые адреса, в которых имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью. Маршрутизатор обрабатывает с помощью алгоритмов маршрутизации информацию о текущем состоянии сети и фиксирует в памяти ее состояние в виде таблицы маршрутизации. С помощью маршрутизаторов могут согласовываться не только канальные протоколы, как это обычно имеет место при применении мостов, но и сетевые протоколы, например, связываться подсети Ethernet и X.25. Маршрутизатор также имеет несколько портов, центральный процессор, контроллеры и буферные накопители портов. При реализации

сетевых протоколов без установления соединения для каждой пришедшей дейтаграммы маршрутизатор определяет выходной порт, на который нужно направить дейтаграмму, на что тратится некоторое время и потому увеличиваются задержки в передаче данных.

В фиксированных алгоритмах информация о маршрутах составляется и заносится в память маршрутизатора администратором сети. В случайных алгоритмах выбор направления передачи пакета (выбор выходного порта) в маршрутизаторах случаен. В алгоритмах лавинной маршрутизации пакет передается во всех возможных направлениях, что ускоряет доставку данного пакета, но лишь в условиях малой нагрузки. Наиболее популярны

алгоритмы адаптивной маршрутизации, на основе которых разработаны адаптивные протоколы маршрутизации — RIP (Routing Information

Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), называемые также методами маршрутизации.

Шлюз (gateway) — блок взаимодействия, служащий для соединения информационных сетей различной архитектуры и с неодинаковыми протоколами. Часто под шлюзом понимают сервер, имеющий единственный внешний канал передачи данных. В шлюзах

предусматривается согласование протоколов всех семи уровней ЭМВОС.

К блокам взаимодействия относят также модемы, ATM-конверторы, преобразующие ATM-поток в пакеты промежуточных сетей (например, E3/T3), многопротокольные переключатели (например, из X.25 в Frame Relay и обратно), мультиплексоры и демультиплексоры — устройства для преобразования сообщений в кадры TDM (временное мультиплексирование) и обратно. http://citforum.ru/nets/articles/ent_network_services/

Что может служить критерием оценки оборудования? Это производительность и стандартность, латентность коммутации, совместимость с гетерогенными сетями, возможность работы по разным протоколам (в случае Ethernet таким протоколом является SDH), перспективная поддержка стандартов будущего (таких как 100Gig Ethernet), насыщенность портами, маршрутная емкость, отказоустойчивость, время восстановления канала передачи, обеспечение параметров качества обслуживания, стоимость внедрения, стоимость владения и простота обслуживания.

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Сети X.25 относятся к первому поколению сетей коммутации пакетов.

Протоколы X.25 разработаны ITU еще в 1974 г. В России их популярность остается значительной до настоящего времени, поскольку эти сети хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях - канальном и сетевом. Технология сетей Х.25 имеет несколько существенных признаков, отличающих ее от других технологий.

1. Наличие в структуре сети специального устройства - PAD (Packet Assembler Disassembler) «Сборщик-разборщик пакетов», предназначенного для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки. К удаленному устройству PAD терминалы подключаются по асинхронному интерфейсу, обычно для этой цели используется интерфейс RS-232C. Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов. Устройства PAD часто используются для подключения к сетям Х.25 кассовых терминалов и банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс RS-232.

2. Наличие трехуровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управляющих потоками данных и исправляющих ошибки.

3. Ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети - сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом канального уровня и не может подобно протоколу IP объединять разнородные сети. Сеть Х.25 состоит из коммутаторов (Switches, S), называемых также центрами коммутации пакетов (ЦКП), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами (рис. ). Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Взаимодействие двух сетей Х.25 определяет стандарт Х.75. Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы Х.25. Для управления устройствами PAD в сети существует протокол Х.29, с помощью которого узел сети может управлять и конфигурировать PAD удаленно, по сети.

Структура сети Х.25

Стандарт X.25 относится к трем нижним уровням ЭМВОС, т.е. включает протоколы физического, канального и сетевого уровней. На сетевом уровне используется коммутация пакетов.

Характеристики сети:

- пакет размером до одного килобайта содержит адресную, управляющую, информационную и контрольную части, т.е. в его заголовке имеются флаг, адреса отправителя и получателя, тип кадра (служебный или информационный), номер кадра (используется для правильной сборки сообщения из пакетов);

-на канальном уровне применено оконное управление, размер окна задает число кадров, которые можно передать до получения подтверждения (это число равно 8 или 128);

-передача данных по виртуальным (логическим) каналам, т.е. это сети с установлением соединения;

-узлы на маршруте, обнаружив ошибку, ликвидируют ошибочный пакет и запрашивает повторную передачу пакета. В сетевом протоколе X.25 значительное внимание уделено контролю ошибок (в отличие, например, от протокола IP, в котором обеспечение надежности передается

на транспортный уровень). Эта особенность приводит к уменьшению скорости передачи, т.е. сети X.25 низкоскоростные (обычно обеспечивается

скорость 64 кбит/с), но зато эти сети можно реализовать на каналах связи с невысокой помехоустойчивостью. Контроль ошибок производится при инкапсуляции и восстановлении пакетов во всех коммутаторах, а не только в оконечном узле.

Типичная АКД в X.25 — синхронный модем с дуплексным бит-ориентированным протоколом. Скорости от 9,6 до 64 кбит/с. На физическом уровне для связи с цифровыми каналами передачи данных используется протокол X.21, а с аналоговыми каналами — протокол X.21bis.

Сети Frame Relay (FR) как и сети X.25, — это сети пакетной коммутации. В них в отличие от сетей X.25 обеспечивается большая скорость за счет исключения контроля ошибок в промежуточных узлах, так как контроль, адресация, инкапсуляция и восстановление выполняются в оконечных пунктах, т.е. на транспортном уровне.

Сети ATM

Перспективными технологиями передачи информации в вычислительных сетях являются технологии, обеспечивающие высокие скорости передачи разнородной информации (данных, речевых и видеосигналов) на значительные расстояния. Действительно, передача голосовой и видеоинформации обычно требуется в режиме реального времени и задержки должны быть только малыми (так, для голосовой связи — около 6 мс).

К числу таких технологий, прежде всего, относится технология ATM (Asynchronous Transfer Mode), которая кратко формулируется, как быстрая коммутация коротких пакетов фиксированной длины 53 байт, называемых ячейками. По этой причине и саму технологию ATM иногда называют коммутацией ячеек.

Сети ATM относят к сетям с установлением соединения. Соединения могут быть постоянными и коммутируемыми (динамическими). Первые устанавливаются и разрываются администратором сети, их действие продолжительно, для каждого нового обмена данными между абонентами постоянного соединения не нужно тратить время на его установление. Вторые устанавливаются и ликвидируются автоматически для каждого нового сеанса связи.

Каждое соединение получает свой идентификатор, который указывается в заголовке ячеек (как номер троллейбуса). При установлении соединения каждому коммутатору на выбранном пути следования данных передаются данные о соответствии идентификаторов и портов коммутаторов. Коммутатор, распознав идентификатор, направляет ячейку в нужный порт. Непосредственное указание в заголовке адресов получателя и отправителя не требуется,

заголовок короткий — всего 5 байтов.

Высокие скорости в ATM обеспечиваются рядом технических решений:

Во-первых, физической основой для ATM служат высокоскоростные каналы передачи данных. Так, при применении технологии SONET в ATM предусматриваются каналы ОС-1, ОС-3, ОС-12 и ОС-48 на ВОЛС со скоростями соответственно 52, 155, 622 и 2488 Мбит/с. Большое число каналов с временным мультиплексированием (TDM) можно использовать для параллельной передачи частей одного и того же "объемного" сообщения, что соответствует понятию "статистическое мультиплексирование"

Во-вторых, отрицательные квитанции при искажениях собственно сообщений (но не заголовков) возможны только от конечного пункта. Это исключает потери времени в промежуточных пунктах на ожидание подтверждений. В других разновидностях ATM, ориентированных на передачу мультимедийного трафика, потери отдельных ячеек вообще некритичны. Для контроля правильности заголовков используется один байт в заголовке ячейки, в котором размещается контрольный код Хемминга для заголовка. Искаженные и не восстановленные по Хеммингу ячейки отбрасываются.

В-третьих, упрощена маршрутизация. Собственно установление соединения выполняется аналогично этой процедуре в TCP/IP. Однако далее номер рассчитанного маршрута помещается в заголовок каждого пакета, и для них не нужно заново определять маршрут по таблицам маршрутизаторов при прохождении через сеть. Другими словами, осуществляется передача с установлением соединения (в отличие, например, от IP). При этом клиент направляет серверу запрос в виде специального управляющего кадра. Кадр проходит через промежуточные маршрутизаторы и/или коммутаторы, в которых соединению (каналу) присваивается идентификаторы виртуальных пути и канала VPI/VCI.

В-четвертых, фиксированная длина пакетов (кадров) упрощает алгоритмы управления и буферизации данных, исключает необходимость инкапсуляции или конвертирования пакетов при смене форматов в промежуточных сетях (если они соответствуют формату ячейки ATM). На сегодняшний день технология АТМ обеспечивает наиболее высокую эффективность и качество передачи голосового трафика на низкоскоростных

каналах (NxE1) за счет совершенных механизмов качества обслуживания (QoS). При этом применяемый при построении сети подход позволяет в дальнейшем перевести сеть с технологии ATM на технологию IP с полным сохранением первоначальных инвестиций.

В конце 90-х появляется технология Gigabit Ethernet, которая начинает конкурировать с ATM. Главными достоинствами первой является значительно более низкая стоимость, простота, легкость в настройке и эксплуатации. Также, переход с Ethernet или Fast Ethernet на Gigabit Ethernet можно было осуществить значительно легче и дешевле. Проблему качества обслуживания Gigabit Ethernet мог решить за счет покупки более дешевой полосы пропускания с запасом, нежели за счет умного оборудования. http://citforum.ru/nets/articles/ent_network_services/

АTM использовался в WAN-сетях, в оборудовании для передачи аудио/видео потоков, как промежуточный слой между физическим и вышележащим уровнем в устройствах ADSL для каналов не более 2 Мбит/с. Но в конце десятилетия ATM начинает вытесняться новой технологией IP-VPN. Свитчи ATM стали вытесняться маршрутизаторами IP/MPLS. По прогнозу компании Uvum от 2009г., к 2014г. Новые ATM и Frame relay должны почти полностью исчезнуть, в то время как рынки Ethernet и IP-VPN будут продолжать расти с хорошим темпом.

Геометрическое моделирование

Нынешнее время, когда стремительно меняются многие представления о САПР, включая даже парадигму моделирования, называют революцией в сфере САПР/PLM. Существенным изменением в сфере САПР стало то, что разработчики CADсистем более не фокусируют все свои усилия исключительно на средствах создания и управления формой изделия, а предоставляют возможности мультидисциплинарного моделирования будущего изделия. Стул или кресло содержит только геометрические поверхности, но практически все остальные изделия включают в себя электронные компоненты и встроенное ПО, системы управления и т.д. Средства моделирования, анализа и симуляции сегодня стали играть одну из важнейших ролей в работе конструктора. Поэтому CAD-решения должны понимать мультидисциплинарную модель и предоставлять средства для её редактирования, а также для анализа и симуляции, чтобы управлять не только геометрической формой модели, но и функцией изделия. Если раньше САПР имели четкую градацию по сферам применения – для машиностроительного конструирования, для электроники и электротехники, для расчетов и симуляции, то сегодня наблюдается тенденция к их интеграции в единую среду. Эта среда предполагает использование банка технических решений, перенос и адаптацию удачных решений к новым направлениям. Разработчик в единой среде проводит геометрическое конструирование, моделирование и анализ функциональности и испытания (например, в комплексе исследования по методу конечных элементов), что позволяет сократить сроки и стадии проектирования (НИР, ОКР, техпроект, рабочий проект, испытания). Отсюда новые требования к разработчику – знать не только предметную сферу, но среду разработки.

Парадигмой является любая исходная концептуальная схема, модель постановки проблем и их решения, совокупность идей и понятий, определяющих стиль написания ПО. Например, в CAD-системе двумерный контур определяется замкнутой полилинией, состоящей из отрезков и дуг. Подобным образом трехмерное тело моделируется посредством оболочки, состоящей из кусков плоских, цилиндрических, сферических, конических, тороидальных и произвольных NURBS-поверхностей, называемых гранями. Пользователи могут напрямую манипулировать этими граничными элементами, перемещая и вращая их, выдавливая и вытягивая

– это способ трехмерного моделирования с концепцией геометрических и размерных ограничений.

CATIA — САПР тяжёлого класса французской фирмы Dassault Systemes

Creo Elements/Pro (ProEngineer) – «тяжелая» САПР компании PTC

NX (Unigraphics) — САПР тяжёлого класса Siemens PLM Software. Solid Edge — САПР среднего класса Siemens PLM Software.

SolidWorks — САПР среднего класса SolidWorks Corporation (подразделение Dassault Systemes)

AutoCAD — начиная с версии 2010 появилась возможность создавать параметрические чертежи. Компас 3D - популярный российский САПР (Аскон)

Ключевыми компонентами этих систем являются трехмерное ядро, параметрическое ядро и пользовательский интерфейс. Новые системы, ориентированные на ПК и предназначенных для параметрического 3D моделирования - SolidWorks, SolidEdge, Design Wave и др. - все оказались на удивление похожими друг на друга. Хотя ничего удивительного в этом нет. Кроме пользовательского интерфейса, который часто заимствовался друг у друга, своего у этих систем ничего нет. В качестве геометрического ядра, как правило, используется либо Parasolid, либо ACIS.

Также и в параметризаторе. У всех систем он один - параметризатор английской фирмы D-CUBED.(Компания D-Cubed Limited была приобретена в 2007 г. концерном Siemens AG). Этот же самый параметризатор используется и во многих других системах, включая такие известные, как Autodesk Mechanical Desktop, Unigraphics, CATIA, I-DEAS и т.д.

Параметризатор D-CUBED включает в себя две компоненты - скетчер, предназначенный для построения 2D параметрического профиля, на основе которого будет создана 3D деталь, и математическую библиотеку, позволяющую связывать отдельные детали в сборочные конструкции.

Siemens - мы стремимся согласовать работу структур нашей компании и ориентировать их на важные для нас отрасли промышленности - авиакосмического направления, автомобилестроение, хай-тек, машиностроение и др., имеющих стратегическое значение для Siemens PLM Software, усовершенствовать процесс принятия решений по развитию функционала наших программных продуктов и облегчить их внедрение в этих отраслях.Среди принципов, которым следует наша компания, важное место отводится преемственности и совместимости данных, рожденных в различных версиях нашего ПО, а также открытой архитектуре и эволюционному развитию системы.

Геометрическое моделирование — совокупность операций и процедур, включающих формирование геометрической модели объекта и ее преобразование с целью получения желаемого изображения объекта и определения его геометрических свойств (координат центра масс, моменты инерции, объем и масса). В проектировании в качестве структурных моделей для решения задач анализа и синтеза проектируемых объектов используют графы. Графы различных геометрических схем образованы множеством точек и соединяющих их линий.

Существует два основных подхода к геометрическому моделированию объектов проектирования: подход конструктивной геометрии и граничный подход. Подход конструктивной геометрии заключается в создании библиотеки геометрических примитивов (элементарных объектов), на базе которых с помощью булевых операций (пересечение, объединение и т.п.)

осуществляется построение модели. Методы конструктивной геометрии применяются в системах машиностроительных конструкций, деталей, получаемых в технологиях штамповки, резания и т.п. В основе граничного подхода лежит возможность описания его граничных элементов (граней, ребер, вершин, узловых точек плоских объектов) алгебраическими уравнениями в той или иной системе координат. Граничный метод моделирования объектов применяется в обтекаемых средой (внешние обводы самолетов, судов, автомобилей, лопастей турбин и т.д.) и направляющих среду, трассирующих устройствах (воздушные и гидравлические каналы, камеры и всасывающие турбины и т.д.).

Основные требования, предъявляемые к геометрическим моделям трехмерного объекта:

- Модели должны быть однозначными: данной модели должен соответствовать один и только один трехмерный объект. Модель будет однозначна, если она кодирует любой данный трехмерный объект только одним способом. Однозначная привязка. При построении каждого нового объекта приходится отталкиваться от уже существующей геометрии на чертеже, другими словами, «привязываться» к ней, т.е. определить их характерные точки (например, конец или центр отрезка, центр окружности, точку пересечения двух линий и т. п.) и затем предоставить пользователю возможность зафиксировать указатель в одной из этих точек.

-Модели должны сохранять целостность при преобразованиях (поворот, перенос, вращение и др.). Выполнение этих операций на правильных трехмерных объектах должны привести только к правильным трехмерным объектам.

-Модели должны быть компактны и экономичны с точки зрения затрат памяти и времени вычислений, чтобы создавать модели быстро в интерактивном режиме моделирования (использовать эффективные алгоритмы для вычисления объемов, весов, центров масс и т.п. и создания фотореалистических изображений объектов).

-Метод моделирования не должен создавать недопустимые модели.

Удовлетворить этим требованиям с использованием одного метода трудно, поэтому разработаны различные методы геометрического моделирования трехмерных объектов, которые можно разделить на три основные группы:

- методы каркасного, поверхностного, твердотельного моделирования. Последние включают в себя:

классические 2-х мерные методы твердотельного моделирования, гибридные методы моделирования тел и поверхностей, методы параметрического моделирования.

Методы каркасного моделирования

Каркасные методы моделирования представляют грани трехмерных объектов граничными линиями и конечными точками (вершинами) этих линий. Каркасные модели являются наиболее простыми и экономичными, однако такая модель, составленная только из линий неоднозначна, поскольку соответствующее математическое описание не включает информацию относительно внутренностей моделируемого объекта. Без этой информации невозможно вычислить массовые характеристики объекта или сгенерировать сетки для конечно-элементного анализа объектов, которые обычно не совпадают с каркасом модели.

Методы поверхностного моделирования

В системах поверхностного моделирования математическое описание включает информацию о связи поверхностей - как поверхности соединяются друг с другом и какие поверхности являются смежными друг с другом, в каких граничных линиях и так далее. Модель выражена информацией о гранях, ребрах, вершинах детали. Для создания поверхностей граней трехмерных объектов используются три метода:

-интерполяция вводимых точек (нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений);

-интерполяция указанной сетки кривых линий;

-движение (протягивание или вращение) указанной кривой линии.

Представление с помощью плоских граней имеет место и в случае аппроксимации полигональными сетками. Процесс построения 3D-изображения на плоском экране в виде полигональных сеток можно представить состоящим из трех этапов: - на первом этапе поверхность преобразуется в множество многоугольников (полигонов), - далее выполняются геометрические преобразования и установки освещения, - на третьем этапе, после "рендеринга " создается иллюзия трехмерного изображения.

Методы классического твердотельного моделирования

Под твердым телом понимается заполненная «материалом» замкнутая область пространства. Все твердые тела делятся на базовые (примитивы) и составные.

- примитивы (синоним – базисный элемент). Ими могут быть: а) Функции графической библиотеки или графических программ для отображения простейших геометрических объектов с целью обеспечить программистов и пользователей удобным набором программных средств для формирования геометрических объектов. б) Структуры для передачи информации о простейших геометрических объектах, с помощью которых может быть сформировано описание принятой модели и передано в другую систему.

Геометрические примитивы: 1) точка (point) - простейший геометрический объект с нулевой размерностью, характеризуется только местоположением; 2) отрезок (segment) - совокупность точек (пикселов), через которые проходит геометрический отрезок с заданными конечными точками. Характеризуется начальной и конечной точками, или начальной точкой и приращениями координат, или длиной и углом наклона; 3) ломаная (open polygon, polyline) - последовательности отрезков, соединяющих заданные точки; 4) полигон, или многоугольник (polygon) - область, ограниченная замкнутой ломанной. Прямоугольник (rectangle) - частный случай полигона все углы которого прямые. 5) плоская кривая (planar curve) - множество точек плоскости, координаты которых удовлетворяют уравнению F(x,y)=0, может проходить через несколько точек. Кривая Безье (Besier curve) - полиномиальная кривая, используемая для аппроксимации кривой по опорным точкам. 6) дуги окружностей и эллипсов, других кривых второго порядка, различные треугольники и правильные многоугольники и т.п.

Стандартными геометрическими примитивами в 3D являются: коробка (кубическая или прямоугольная), сфера, цилиндр (сплошной или полый), труба (полая форма цилиндра), конус (остроконечный вариант цилиндра), тор (пончик). Примитивы имеют следующие свойства: цвет, тип линий, масштаб типа линий, принадлежность слою, уровень и высота. Над примитивами можно выполнять следующие операции: Создавать, Удалять, Устанавливать свойства, Получать копии, Перемещать, Поворачивать, Отображать зеркально, Масштабировать, Штриховать, Закрашивать и др.

Что же такое ядро? Любая САПР представляет собой набор конечно-пользовательских приложений, в основе которой лежит несколько базовых технологий, как правило, реализуемых в отдельных модулях, называемых технологическими компонентами. Каждая компонента отвечает за что-то свое: создание и редактирование трехмерной модели, ее визуализацию на дисплее, параметризацию, импорт/экспорт данных в определенном формате и проч. Такие компоненты разработчики САПР либо проектируют, кодируют и поддерживают самостоятельно, либо лицензируют их у сторонних технологических поставщиков. От этого фундамента зависит все остальное – возможности различных инструментов, их быстродействие, устойчивость к ошибкам, и даже общая интеллектуальность системы.

Каждая компонента – это набор библиотек с программным интерфейсом (API), который позволяет вызывать различные функции из приложения. В случае геометрического ядра это использование базовых типов геометрических данных (точка, прямая, кривая, поверхность) и операций с ними (трансформация, проекция, пересечение), моделирование топологии граничной модели, реализация булевых операторов и типичных команд создания и редактирования трехмерных тел и поверхностей (заметание профиля, скругление ребра), построении треугольной сетки и экспорте/импорте данных в разных форматах (например IGES/STEP). Перечисление функций ядра занимает один абзац, но их реализация растягивается на десятки и сотни человеко-лет. Дело в том, что за каждой элементарной операцией (типа пересечения двух NURBS- Non- Uniform (не однородные) Rational (рациональные) B-Splines ((Би-сплайны) частный случай кривых Безье)- формулы, которыми можно выразить кривые и поверхности)

стоит вычислительный алгоритм, реализация и отладка которого является весьма трудоемкой задачей. А таких операций в ядре – сотни (с учетом разнообразия типов данных, с которыми приходится работать). Далеко не все САПР - вендоры (торговцы) готовы инвестировать в таком объеме в базовую технологию и предпочитают лицензировать готовое ядро, осуществляя компании-разработчику ежегодные платежи (часто включающие определенную сумму с каждой проданной копии конечного продукта). Важно, что лицензированное ядро, как правило, уже было «обкатано» в других системах, поэтому обладает богатой функциональностью и высоким уровнем надежности.

Комбинации примитивов создают любые тела с использованием булевых операций. Каждое примитивное тело рассматривается как множество взаимосвязанных точек, булевы операции объединения, пересечения и вычитания выполняются на множествах точек и дают в результате тело, составленное из точек, получаемых в результате этих операций.

На рис. 6 приведен пример двух примитивов - параллелепипеда – тело А и цилиндра - тело В. На рис. 7 а, 7 б и 7 в показаны результаты этих операций для тел А и В. Перед выполнением булевых операций должны быть определены относительные местоположения (привязки) и ориентации примитивов. Булевы операции можно применять к любым телам, а не только к примитивам.

При использовании булевых операций следует избегать ситуаций, которые приводят к недопустимым телам. Рис. 8. иллюстрирует случай, когда после операции пересечения тел В и А будет получена поверхность, а не тело.

Некоторые системы твердотельного моделирования дают предупреждение, когда встречается такая ситуация, а некоторые могут аварийно завершиться. Гибридные системы моделирования тел - поверхностей допускают такие ситуации. В этом случае точки могут быть пересечением двух или более топологических двумерных поверхностей.