СПОСОБИ ПЕРЕДАЧІ ВІДЕОЗОБРАЖЕННЯ В КОМП'ЮТЕРНИХ КОРПОРАТИВНИХ МЕРЕЖАХ (1.2)

Зосименко Володимир
(Ukraine, Kiev 2003)

Способи передачі відеозображення в локальних комп’ютерних мережах (LAN) (1.2.1)

Для передачі відеозображення можливе використання локальної обчислювальної мережі (LAN), як конвеєру передачі. При цьому теоретична швидкодія передачі складає 10 Mбіт/с з технологією Ethernet, 100 Mбіт/с з технологією Fast Ethernet, і навіть 1000 Мбіт/с з технологією Gigabit Ethernet. Даний варіант має перевагу у швидкодії, однак, щоб одержати подібний високий рівень продуктивності, мережа повинна бути спеціально виділена для передачі відеозображення

LAN поєднують комп’ютери одного будинку, або декількох поруч розташованих будинків на невеликій території, звичайно, не більш 1-2 км, у єдину мережу, при цьому технології локальних мереж забезпечують економічне з’єднання комп’ютерів за рахунок використання стандартних топологій і якісних кабельних систем.

У середині 80-х затвердилися стандартні технології об’єднання комп’ютерів у мережу - Ethernet, ARCnet, Token Ring, Token Bus. Перше покоління архітектур забезпечувало низькі і середні швидкості передачі: LocalTalk - 230 Кбіт/с, ARCnet - 2,5 Мбіт/с, Ethernet - 10 Мбіт/с і TokenRing - 16 Мбіт/с. Початково вони були орієнтовані на електричний кабель [1,2].

Ethernet – сама розповсюджена на сьогоднішній день технологія локальних мереж. Для даного методу доступу використовується топологія "загальна шина". Тому повідомлення, що відправляється однією робочою станцією, приймається одночасно всіма іншими, підключеними до загальної шини. Але повідомлення, призначене тільки для однієї станції (воно містить у собі адресу станції призначення й адресу станції відправника). Та станція, якій призначене повідомлення, приймає його, інші ігнорують.

Майже усі види технологій Ethernet використовують той самий метод поділу середовища передачі даних – метод випадкового доступу CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detection, множинний доступ з контролем носія і виявленням конфліктів, - стандартний метод і протокол асинхронного доступу до мережі із широкою топологією), що визначає вигляд технології в цілому. Важливим явищем у мережах з цією технологією є колізія – ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних по загальному середовищу. Апаратура автоматично розпізнає такі конфлікти. Після виявлення конфлікту станції затримують передачу на якийсь час. Це час невеликий і для кожної станції свій. Після затримки передача відновляється.

У залежності від типу фізичного середовища товстий коаксіальний кабель, тонкий коаксіальний кабель, неекранована кручена пара (категорій 3,4,5), многомодовий волоконно-оптичний кабель, відповідно визначаються різні специфікації: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F. У зв’язку з недостатньою пропускною здатністю, при передачі мультимедіа даних, багато сегментів 10-мегабітної мережі Ethernet стають перевантажені, реакція серверів у них значно падає, а частота виникнення колізій зростає, ще більше, знижуючи корисну пропускну здатність.

Token Ring – характеризує розділюване середовище передачі даних, що складається з відрізків кабелю, що з’єднують усі станції мережі в кільце. У мережі використовується маркерний метод доступу, що гарантує кожної станції доступ до розділюваного кільця в перебігу часу обороту маркера. Мережі Token Ring працюють на двох швидкостях (4 і 16 Мбіт/с) і можуть використовувати, як фізичне середовище екрановану і неекрановану кручену пару, а також волоконно-оптичний кабель . Технологія Token Ring є більш складною технологією, чим Ethernet. Вона має властивості відмовостійкості, тобто визначені процедури контролю роботи мережі, що використовують зворотний зв’язок кільцеподібної структури - посланий кадр завжди повертається в станцію-відправник, і в деяких випадках виявлені помилки в мережі усуваються автоматично, наприклад, може бути відновлений загублений маркер [1,2].

Друге покоління архітектур – FDDI, Fast Ethernet забезпечують швидкості передачі 100 Мбіт/с.

FDDI – перша технологія локальних мереж, у якій середовищем передачі даних являється волоконно-оптичний кабель, швидкість 100 Мбіт/с. Технологія FDDI є найбільш відмовостійкою, при однократних відмовленнях кабельної системи, або станції мережа за рахунок “згортання” подвійного кільця в одинарне залишається цілком працездатною. Як фізичне середовище FDDI використовує волоконно-оптичні кабелі і UTP (кручена пара) категорії 5. Технологія FDDI розроблялася для застосування у відповідальних ділянках мережі – на магістральних з’єднаннях між великими мережами, наприклад, мережами будинків, а також для підключення до мережі високопродуктивних серверів. У результаті технологія FDDI вийшла якісною, але дуже дорогою. Тому основною областю застосування технології FDDI стали магістралі мереж, що складаються з декількох будинків, а також масштабу великого міста.

У 1995 році з’явився стандарт Fast Ethernet, що майже цілком повторює технологію Ethernet 10 Мбіт/с, але зі швидкістю передачі 100 Мбіт/с.

Технологія Fast Ethernet зберегла в недоторканності метод доступу CSMA/CD, залишивши в ньому той же алгоритм і ті ж тимчасові параметри в бітових інтервалах (сам бітовий інтервал зменшився в 10 разів). Усі відмінності Fast Ethernet від Ethernet виявляються на фізичному рівні. У стандарті визначені три специфікації фізичного рівня: 100Base-TX для двох пар UTP категорії 5 або двох пар STP Type 1, 100Base-FX для многомодового волоконно-оптичного кабелю з двома оптичними волокнами і 100Base-T4, що працює на 4-х парах UPT категорії 3 (використовує три пари для передачі й одну для виявлення колізій). Через колізії ні Ethernet, ні Fast Ethernet ніколи не зможуть досягти своєї максимальної продуктивності 10 або 100 Мбіт/с. Як тільки починає збільшуватися трафік мережі, тимчасові затримки між посилками окремих пакетів скорочуються, а кількість колізій збільшується. Реальна продуктивність Fast Ethernet не може перевищувати 70% його потенційної пропускної здатності, і може бути ще нижче, якщо лінія серйозно перевантажена.

Останні роки виявили явного лідера серед технологій локальних мереж – сімейство Ethernet. У яке ввійшли класична Ethernet 10 Мбіт/с, а також Fast Ethernet 100 Мбіт/с і Gigabit Ethernet 1000 Мбіт/с.

Характеристики технологій приведені в таблиці 1.1 [1].

Таблиця 1.1 - Характеристики технологій локальних комп’ютерних мереж

Нові вимоги до продуктивності мереж, пропоновані сучасними додатками, такими як мультимедіа, розподілені обчислення, системи оперативної обробки транзакцій, приводять до того, що звичний десятимегабітний Ethernet, що довгий час займав чільні позиції, не може справитися з ними. Сучасна й істотно більш швидка технологія передачі даних Gigabit Ethernet 1000 Мбіт/с ще недостатньо розвита, й у зв’язку з тим, що застосовує оптоволокно дорога.

Отже Fast Ethernet найбільш придатний для рішення проблем високих пікових навантажень. Якщо потрібно передавати мультимедійний трафік, або користувач працює з програмами обробки зображень і має потребу в підвищенні пропускної здатності, то Fast Ethernet може виявитися гарним виходом із становища. Однак, якщо проблеми, викликані надлишковим числом користувачів у мережі, то 100Base починає гальмувати обміном інформацією, при приблизно 50-процентному завантаженні мережі.

Способи передачі відеозображення в глобальних комп’ютерних мережах (WAN) (1.2.2)

Для з’єднання комп’ютерів і передачі відеозображення можна використовувати глобальні мережі з комутацією пакетів, до яких відносяться мережі Х.25, frame relay, ATM і IP. Усі ці мережі, крім IP, використовують маршрутизацію пакетів, засновану на віртуальних каналах між кінцевими вузлами мережі. Мережі IP займають особливе положення серед технологій глобальних мереж, тому, що вони відіграють роль технології об’єднання мереж будь-яких типів, у тому числі і мереж всіх інших глобальних технологій. Наприклад, IP/АТМ мережа дає можливість забезпечити передачу відеозображення з гарантованою якістю обслуговування.

Глобальні мережі (WAN) – мережі, що поєднують територіально розосереджені комп’ютери і групи комп’ютерів, що можливо знаходяться в різних містах і країнах.

Глобальні мережі, побудовані на основі телефонних каналів тональної частоти, крім низької швидкості мають і інший недолік – вони відрізняються складними процедурами контролю і відновлення даних, у зв’язку зі значними спотвореннями, що вносять у передані сигнали телефонними каналами. Типовим прикладом таких мереж являється мережі Х.25. Трьохрівневий стік протоколів мережі добре працює на ненадійних зашумлених каналах зв’язку, виправляючи помилки і керуючи потоком даних на канальному і пакетному рівнях. На надійних волоконно-оптичних каналах технологія Х.25 стає надлишковою і неефективною. Тому швидкості Х.25 для передачі відеозображення явно недостатньо.

Повною мірою ідея передачі відеоінформації з комутацією пакетів буде реалізована після повномасштабного втілення мережі АТМ. Мережа АТМ розроблялася як технологія, завдяки якій можна буде передавати будь-яку інформацію. Підхід, реалізований у технології АТМ, складається в передачі будь-якого виду трафіка – комп’ютерного, телефонного, або відеотрафіку – пакетами фіксованої довжини в 53 байта, з яких дані займають 48 байт, а заголовок – 5 байт. Уся інформація, передана в плині сеансу зв’язку від джерела до місця призначення, іде по тому самому шляху, обраному в момент установлення з’єднання. Оскільки всі пакети, передані по АТМ, мають фіксовану довжину, то вдається досягти високих швидкостей передачі (до 622 Мбіт/с), а оскільки всі пакети йдуть по тому самому шляху, то зникає проблема непередбачених затримок. Високі швидкості технології створюють можливості для передачі кольорового телевізійного зображення, для якого необхідна смуга пропущення в районі 30 Мбіт/с.

Причини неможливості повної і комплексної реалізації мереж АТМ: відсутність єдиних стандартів на цю технологію, крайня дорожнеча швидкісних ліній зв’язку (на роботу, із якими розрахована АТМ), і відсутність розвитої інфраструктури таких ліній. Тим не менше інтерес до цієї технології дуже великий, що зв’язано з появою технічних засобів для організації мереж АТМ на базі широко доступних і відносно недорогих каналів Т-1/Е-1 [2].

Досить швидкісною технологією комутацією пакетів, що знайшла широке застосування в глобальних мережах являється Frame Relay. Мережі Frame Relay – порівняно нові мережі, що краще підходять для передачі пульсуючого трафіка локальних мереж у порівнянні з мережами Х.25, щоправда, ця перевага виявляється тільки тоді, коли канали зв’язку наближаються по якості до каналів локальних мереж, а для глобальних каналів така якість звичайна досяжна тільки при використанні волоконно-оптичних кабелів. Перевага Frame Relay полягає в їх низькій протокольній надмірності і дейтаграмному режимі роботи, що забезпечує високу пропускну здатність і невеликі затримки кадрів. Мережі frame relay забезпечують швидкість передачі даних до 2 Мбіт/с. Особливістю технології являється гарантована підтримка основних показників якості – середньої швидкості передачі даних по віртуальному каналі при припустимих пульсаціях трафіка. Але надійну передачу кадрів технологія не забезпечує, якщо кадри губляться те Frame Relay ніяких зусиль для їхнього відновлення не здійснює. У зв’язку з гарантованою пропускною здатністю, ці мережі надають послуги , дуже схожі на послуги виділених ліній Т1/Е1, але тільки за істотно меншу плату.

Frame Relay відноситься до сучасних технологій, що дозволяють передавати дані, голос/факс і відео по тим самим каналах даних з динамічним розподілом завантаження каналу між активними додатками.

Frame Relay забезпечує можливість передачі даних з комутацією пакетів через інтерфейс між пристроями користувача (наприклад, маршрутизаторами, мостами, головними обчислювальними машинами) і устаткуванням мережі (наприклад, що переключають вузли). Пристрій користувача називається термінальним устаткуванням (DTE), у той час як мережне устаткування, що забезпечує узгодження з DTE, називається пристроєм завершення роботи інформаційного ланцюга (DCE). Мережею, що забезпечує інтерфейс Frame Relay, може бути або загальнодоступна мережа передачі даних з використанням несучої, або мережа з устаткуванням, що знаходиться в приватному володінні, що обслуговує окреме підприємство. У ролі мережного інтерфейсу, Frame Relay є таким само типом протоколу, що і Х.25. Однак Frame Relay значно відрізняється від Х.25 по своїм функціональним можливостям і по формату. Зокрема, Frame Relay є протоколом для лінії з великим потоком інформації, забезпечуючи більш високу продуктивність і ефективність [1].

Багато виробників устаткування для мереж Frame Relay підтримують передачу відеозображення. Підтримка пристроями доступу полягає в присвоєнні кадрам, що переносять відеозображення, пріоритетів. Магістральні комутатори Frame Relay повинні обслуговувати такі кадри в першу чергу. При передачі відеозображень потрібно дотримувати ще одну умову, передавати відеозображення необхідно в кадрах невеликих розмірів, інакше на якість прийнятого відео будуть впливати затримки для упакування у кадр.

зв'язок з автором

главная | новости | институт | курсовые | комплексные | рефераты | преподы | фотоальбом | приколы | АТС | гостевая

©НОСКІЗ-ДУІТ 2004 Zosik