Комп'ютерні мережі

Глобальна мережа (Wide Area Network, WAN) — комп'ютерна мережа, що охоплює величезні території (тобто будь-яка мережа, чиї комунікації поєднують цілі мегаполіси, області або навіть держави і містять у собі десятки, сотні а то і мільйони комп'ютерів). Для порівняння, Персональна мережа (англ. Personal area network), Локальна мережа (англ. Local area network, LAN), Університетська мережа (англ. Campus area network, або ж Міська мережа англ. Metropolitan area network, MAN) зазвичай не виходять за межі кімнати, будівлі, або ж специфічного регіону мегаполіса (тобто міста).

Глобальні мережі об'єднують комп'ютери, що розташовані на відстані сотень, а то і тисячі кілометрів один від одного. Часто використовуються вже наявні, не дуже якісні, лінії зв'язку. Зазвичай WAN має меншу швидкість передачі даних аніж LAN, в основному через більшу віддаленість комп'ютерів одного від іншого, але теоретично WAN має можливість надавати таку ж швидкість, як і LAN, MAN або CAN, використовуючи такі технології, як оптоволокно.

12.1. Опції для прокладання WAN

WAN використовується для поєднання мереж LAN та інших видів мереж разом, тому користувачі та комп'ютери з одного місця можуть з'єднуватися з користувачами та комп'ютерами з іншого. Багато глобальні мережі будуються для однієї конкретної організації і приватні. Інші, побудований провайдерів Інтернет-послуг, забезпечувати з'єднання з локальної мережі організації до Інтернету. Глобальні мережі часто побудовані з використанням виділених ліній. На кожному кінці виділені лінії, маршрутизатор підключається до локальної мережі з одного боку і концентратор в рамках глобальної мережі з іншою. Виділені лінії можуть бути дуже дорогими. Замість використання виділених ліній, глобальних інформаційних мереж також можуть бути побудовані з використанням менш дорогими перемикання ланцюга або з комутацією пакетів методами. Мережевих протоколів, включаючи TCP/IP доставки транспорту та вирішенні функцій. Протоколи у тому числі пакетів по SONET/SDH, MPLS, ATM і Frame Relay часто використовуються постачальникам послуг надавати посилання, які використовуються в глобальних мережах. X.25 було важливо раннє WAN протоколу, і часто розглядається як «дід» з Frame Relay, як багато хто з основних протоколів і функцій X.25 досі використовуються в наш час (з оновленнями) по Frame Relay.

Академічні дослідження в глобальній мережі може бути розбита на три напрямки: Математичні моделі, мережа емуляції і моделювання мережі.

Покращити продуктивність Performance improvements are sometimes delivered via WAFS або ж WAN оптимізацією.

Глобальні мережі — це сукупність віддалених один від одного комп'ютерів-вузлів, сумісна взаємодія яких забезпечується комунікаційною мережею передачі даних і спеціальними програмами мережної операційної системи. Основу WAN складають потужні багатокористувацькі обчислювальні системи (Host — вузли) і спеціалізовані комп'ютери, які виконують функції комунікаційних вузлів. Користувачі комп'ютера стають абонентами мережі після під'єднання свого комп'ютера до цих основних вузлів. Крім того глобальні мережі охоплюються телекомунікаційними структурами, які об'єднують локальні інформаційні мережі, що мають загальний протокол зв'язку, методи під'єднання і протоколи обміну даними. Кожна з глобальних мереж (INTERNET, Bitnet, DECnet та інші) організовувалися для конкретних цілей, а в подальшому поширювалися за рахунок під'єднання локальних мереж, які використовували їх послуги та ресурси. Для глобальних мереж характерний значний масштаб (як по площі мережі, так і по числу вузлів) та неоднорідність, тобто різний тип архітектури та програмного забезпечення їх вузлів. Регіональна мережа пов'язує абонентів, що розміщені на значній віддалі між собою на території району, області, регіону чи країни. Як правило, це спеціалізована мережа. Мережі, які охоплюють території в тисячі кілометрів, вважають глобальними. В регіональних та глобальних мережах, як правило, існує центр управління мережею, який відповідає за ефективне і надійне функціонування мережі, за оптимальний вибір маршрутів проходження повідомлень від абонента до абонента. У вузлах мережі встановлюються потужні багатокористувацькі обчислювальні системи (Host-вузли) та спеціалізовані комутаційні комп'ютери, які зв'язані з абонентськими пунктами. Надійність мережі підвищується, якщо частина вузлів з'єднана за допомогою каналів, оминаючи центр. У вузлах мережі знаходяться спеціалізовані обчислювальні комплекси, на яких ведеться обробка інформації.

12.2. Відмінності глобальної (WAN) від локальної (LAN) мережі

Глобальні мережі відрізняються від локальних тим, що розраховані на необмежене число абонентів і використовують, як правило, не дуже якісні канали зв'язку й порівняно низьку швидкість передачі, а механізм керування обміном, у них в принципі не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах набагато важливіше не якість зв'язку, а сам факт її існування. Правда, зараз вже не можна провести чітку і однозначну межу між локальними та глобальними мережами. Більшість локальних мереж мають вихід в глобальну мережу, але характер переданої інформації, принципи організації обміну, режими доступу, до ресурсів усередині локальної мережі, як правило, сильно відрізняються від тих, що прийнято в глобальній мережі. І хоча всі комп'ютери локальної мережі в даному випадку включені також і в глобальну мережу, специфіку локальної мережі це не скасовує. Можливість виходу в глобальну мережу залишається всього лише одним з ресурсів, поділені користувачами локальної мережі.

Швидкість передачі даних зазвичай варіюються в межах від 1200 біт/с до 6 Мбіт/с, хоча в деяких з'єднань, таких як ATM і Виділені лінії може досягати швидкостей понад 156 Мбіт/с. Типові канали зв'язку використовуються в глобальних мережах є телефонні лінії, лінії мікрохвильового зв'язку і супутникових каналів.

Нещодавно з поширенням низька вартість підключення до Інтернету багатьох компаній і організацій звернулися до VPN для об'єднання своїх мереж, створення глобальної мережі таким чином. Такі компанії, як Cisco, New Edge мереж і перевірка рішень Poin

12.3. X.25

X.25 — сімейство протоколів канального рівня мережевої моделі OSI. Призначалося для організації WAN на основі телефонних мереж з лініями з досить високою частотою помилок, тому містить розвинені механізми корекції помилок. Орієнтований на роботу з установленням з'єднань. Історично є попередником протоколу Frame Relay.

X.25 забезпечує безліч незалежних віртуальних каналів (англ. Permanent Virtual Circuits, PVC и Switched Virtual Circuits, SVC) в одній лінії зв'язку, що ідентифікуються в X.25-мережі по ідентифікаторах підключення до з'єднання (ідентифікатори логічного каналу (Logical Channel Identifyer, LCI) або номера логічного каналу (Logical Channel Number, LCN).

Завдяки надійності протоколу і його роботі поверх телефонних мереж загального користування X.25 широко використався як у корпоративних мережах, так і у всесвітніх спеціалізованих мережах надання послуг, таких як SWIFT (банківська платіжна система) і SITA (фр. Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques — система інформаційного обслуговування повітряного транспорту), однак у цей час X.25 витісняється іншими технологіями канального рівня (Frame Relay, ISDN, ATM) і протоколом IP, залишаючись, однак, досить розповсюдженим у країнах і територіях з нерозвиненою телекомунікаційною інфраструктурою.

12.4. Frame relay

Frame relay (ретрансляція кадрів, FR) — протокол канального рівня мережевої моделі OSI. Служба комутації пакетів Frame Relay в наш час (2007) широко поширена в усьому світі. Максимальна швидкість, яку допускає протоколом FR — 34.368 мегабіт/с (канали E3).

Кодек G.726

Один з найстарших алгоритмів стиснення мови ADPCM — адаптивна диференційна імпульсно-кодова модуляція (стандарт G.726 був прийнятий в 1984 р.). Цей алгоритм дає практично таку ж якість відтворення мови, як й ІКМ, однак для передачі інформації при його використанні потрібна смуга всього в 16-32 кбіт/с. Метод заснований на тім, що в аналоговому сигналі, що передає мова, неможливі різкі стрибки інтенсивності. Тому, якщо кодувати не саму амплітуду сигналу, а її зміну в порівнянні з попереднім значенням, то можна обійтися меншим числом розрядів. В ADPCM зміна рівня сигналу кодується чотирьохрозрядним числом, при цьому частота виміру амплітуди сигналу зберігається незмінною. Процес перетворення не вносить істотної затримки й жадає від DSP 5,5-6,4 MIPS (Million Instructions Per Second). Кодек може застосовуватися разом з кодеком G.711 для зниження швидкості кодування останнього. Кодек призначений для використання в системах відеоконференцій.

Кодек G.723.1

Рекомендація G.723.1 описує гібридні кодеки, що використовують технологію кодування мовної інформації, скорочено називану — MP-MLQ (Multy-Pulse — Multy Level Quantization — множинна імпульсна, багаторівнева квантизация), дані кодеки можна охарактеризувати, як комбінацію АЦП/ЦАП і вокодера. Своїм виникненням гібридні кодеки зобов'язані системам мобільного зв'язку. Застосування вокодера дозволяє знизити швидкість передачі даних у каналі, що принципово важливо для ефективного використання радиотракта й IP-каналу. Основний принцип роботи вокодера — синтез вихідного мовного сигналу за допомогою адаптивної заміни його гармонійних складових відповідним набором частотних фонем і погоджених шумових коефіцієнтів. Кодек G.723 здійснює перетворення аналогового сигналу в потік даних зі швидкістю 64 кбіт/з (ИКМ), а потім за допомогою багатополосного цифрового фільтра/вокодера виділяє частотні фонеми, аналізує їх і передає IP-каналом інформацію тільки про поточний стан фонем у мовному сигналі. Цей алгоритм перетворення дозволяє знизити швидкість кодованої інформації до 5,3-6,3 кбіт/c без видимого погіршення якості мови. Кодек має дві швидкості й два варіанти кодування: 6,3 кбіт/c із алгоритмом MP-MLQ й 5,3 кбіт/c із алгоритмом CELP. Перший варіант призначений для мереж з пакетною передачею голосу й забезпечує кращу якість кодування в порівнянні з варіантом CELP, але менш адаптований до використання в мережах зі змішаним типом трафика (голос/дані).

Процес перетворення жадає від DSP 16,4-16,7 MIPS і вносить затримку 37 мс. Кодек G.723.1 широко застосовується в голосових шлюзах й інших устроях IP-телефонії. Кодек уступає за якістю кодування мови кодеку G.729a, але менш вимогливий до ресурсів процесора й пропускної здатності каналу.

Кодеки G.729

Сімейство включає кодеки G.729, G.729 Annex A, G.729 Annex В (містить VAD і генератор комфортного шуму). Кодеки G.729 скорочено називають CS-ACELP Conjugate Structure — Algebraic Code Excited Linear Prediction — сполучена структура з керованим алгебраїчним кодом лінійним пророкуванням. Процес перетворення використовує DSP 21,5 MIPS і вносить затримку 15 мс. Швидкість кодованого мовного сигналу становить 8 кбіт/с. В устроях VoIP даний кодек займає лідируюче положення, забезпечуючи найкращу якість кодування мовної інформації при досить високій компресії.

Кодек G.728

Гібридний кодек, описаний у рекомендації G.728 в 1992 р. ставиться до категорії LD-CELP — Low Delay — Code Excited Linear Prediction — кодек з керованим кодом лінійним пророкуванням і малою затримкою. Кодек забезпечує швидкість перетворення 16 кбіт/c, вносить затримку при кодуванні від 3 до 5 мс і для реалізації необхідний процесор зі швидкодією більше 40 MIPS. Кодек призначений для використання, в основному, у системах відеоконференцій. В устроях IP-телефонії даний кодек застосовується досить рідко.