Datové sítě, ISDN, LAN, WAN, obecně sítě - to jsou pojmy, které jsou v poslední době skloňovány ve všech pádech. Tyto sítě prodělaly bouřlivý vývoj, který však stále pokračuje a zdaleka není ukončen. V této práci bych se chtěl zaměřit na popis existujících typů současných sítí, jejich výhody a nevýhody.

Typy datových sítí

Komutační datové sítě

Komutační datová Síť je založena na přepojování okruhů. Úkolem komutační sítě je poskytovat komutované datové okruhy pro spojení těch koncových zařízeních, u kterých vznikne potřeba jejich vzájemné komunikace. Komutační síť je založena na přepojování okruhů, pro něž je příznačné, že každý článek řetězce, z nichž se komutovaný okruh skládá, si zachovává svou přenosovou rychlost. skládá se ze dvou kanálů opačných směrů realizovaných v mnohakanálových systémech, většinou na principu časového sdílení. Koncová zařízení se připojují přes měnič signálů (v případě digitálního úseku mezi účastníkem a ústřednou) nebo pomocí modemu v případě analogových okruhů. Je-li to ekonomicky výhodné, sdružuje se provoz několika koncových zařízení pomocí multiplexorů nebo koncentrátorů do jednoho přípojného okruhu.

Mezi hlavní nevýhody komutačních datových sítí patří menší limitovaná rychlost. Další nevýhodou je, že komunikace probíhá přímo mezi koncovými zařízeními, tzn. že zabezpečení je záležitostí uživatele, nikoliv sítě. Výhodou jsou poměrně nízké pořizovací a provozní náklady.

Paketové datové sítě

Tyto sítě jsou založeny na přepojování paketů. Podstata přepojování paketů využívá principu časového multiplexu, koncentrátoru a přepojování zpráv. Každý paket se nejprve v přepojovacím uzlu zaznamená, přečte se jeho záhlaví (adresa příjemce a odesilatele a další údaje pro zpracování) a zařadí se do čekací řady pro odeslání směrem k adresátovi. Na rozdíl od přepojování zpráv, kde datová zpráva je přenášena a zpracována sítí jako celek, dělí se datová zpráva při paketové komunikaci na fragmenty omezené délky a ty se umis?ují do datového pole paketu.

Pomocí paketů se na přenosovém médie se dají vytvářet logické kanály podobně jako v časovém multiplexu, přičemž dělení je asynchronní. K tomuto účelu jsou pakety v záhlaví číslovány, takže logickým kanálem je posloupnost paketů o stejném čísle. Logické kanály umožňují současnou komunikaci jednoho koncového zařízení Logické kanály ovšem vznikají na jednom mediu. Pak se však pakety nesoucí jednu zprávu rozdělenou na fragmenty nemusí dostat k adresátovi v pořadí, jak byly vyslány, ale fragmenty mohou být zpřeházeny.

V některých případech je toto řešení nevýhodné, proto byl uplatněn princip podobný z komutačních sítí při vytváření komutovaných okruhů. První - vyhledávací - paket nesoucí adresu příjemce a odesilatele vyznačí trasu mezi oběma koncovými zařízeními tím, že v přepojovacích uzlech předobsadí paměti a logické kanály, takže za ním následující datové pakety již nemusí v záhlaví nést adresy a další údaje sloužící k vyhledání cesty.

I když jednotlivé logické kanály nejsou ve skutečnosti propojeny, z vnějšího pohledu budí dojem jednoho okruhu. Tento okruh může být vytvořen buď trvale (pak má vlastnosti pevného okruhu) nebo pouze po dobu spojení. Toto spojení je obzvláště výhodné pro větší objemy dat.

Mezi hlavní výhody patří, že koncová zařízení nemusí být stejného typu. Další výhodou je, že pakety v síti postupují po kratších přenosových úsecích, které jsou spolehlivější a kvalitnější. Tento typ spojení umožňuje zadržení paketů v síti při absenci adresáta nebo jejich převedení po dohodě s adresátem na jiné koncové zařízení, případně vrátit paket uživateli. jsou minimalizovány ztráty paketů v síti a omezeno přetížení sítě (pakety nejsou poslány do sítě, pokud dojde k nasycení). K urychlení přesunu je možno využít všech volných kapacit nebo málo vytížených okruhů, takže se cesta pro každý paket může určovat zvláš?.

Mezi nevýhody paketové sítě patří nemožnost okamžité reakce na přijatou zprávu (konverzaci v reálném čase), ale na rozdíl od pomalého přepojování zpráv, je možná interakce v tzv. kvazikonverzaci.

ISDN

Digitální síť integrovaných služeb (ISDN) je založena na digitalizaci telefonního analogového signálu, na časovém dělení (multiplexu) a na oddělení komunikace od řízení. ISDN se dělí na úzkopásmovou ISDN (N-ISDN) a na širokopásmovou (B-ISDN). Pro digitalizaci se používá pulsně kódové modulace, která nejen vzorkuje původní signál rychlostí 8kbit/s, ale kvantuje jeho amplitudu do 256 úrovní. Tím stačí každému vzorku signálu přiřadit osmibitovou dvojkovou kombinaci, a protože celkový počet kombinací je 256, stačí k přenosu telefonního hovoru datový tok 64 kbit/s. Tento datový tok lze vkládat do časových rámců multiplexu, kde tvoří časový úsek, čímž se zefektivňuje využití přenosové kapacity okruhu.

Základem ISDN je tedy informační B-kanál o kapacitě 64 kbit/s. Pro oddělení řízení (signalizace) se vymezuje samostatný D-kanál o kapacitě 16 kbit/s. K uživateli je přivedena účastnická přípojka obsahující 2 B-kanály a jeden D-kanál. B.kanály jsou plně použitelné pro přenos hovorových signálů v digitálním tvaru a pro přenos dat, řídící data se po nich nepřenášejí. B-kanály lze použít samostatně nebo společně. D-kanál je určen pro řízení, ale dovoluje se jej částečně využít i pro paketovou komunikaci. Pokud by kapacita nepostačovala, je možno zkombinovat více B-kanálů a dosáhnout tak vyšších přenosových rychlostí.

 Lokální sítě LAN

Zjednodušeně řečeno, jde o sítě, které vyplňují logickou mezeru mezi sběrnicemi a datovými sítěmi. LAN využívají vysokých přenosových rychlostí s cenou představující zlomek ceny komunikačních podsystémů klasické počítačové nebo veřejné datové sítě. Tyto sítě jsou omezeny prostorem jedné nebo několika budov na rozdíl od ostatních sítí, které většinou pokrývají mnohem větší geografickou oblast. Většinou mají omezený rozsah několika kilometrů, sloužící pro přenos datových a digitalizovaných analogových signálů rychlostí minimálně 1 Mbit/s v rámci jedné organizace. LAN je tvořena skupinou osobních vzájemně propojených počítačů, aby mohly sdílet informace a zdroje (paměti, výpočetní kapacity apod.) Na rozdíl od rozsáhlých sítí jsou účastníci LAN připojeni trvale a přímo.

LAN mohou být aktivní nebo pasivní, podle toho, jestli používají opakovače nebo zesilovače signálu.

Na rozdíl od veřejných datových sítí, které mají smíšenou topologii, topologie LAN úzce souvisí s aplikacemi, přenosovou rychlostí, přenosovými prostředky a mnohonásobným přístupem k nim. Mezi nejznámější topologie patří hvězda, strom, sběrnice a kruh.

Vzhledem k tomu, že většina LAN je založena na společném přenosovém mediu, jsou způsoby přidělování přenosových kapacit jednou z nejdůležitějších funkcí jejich řízení. Dělí se na centralizované a decentralizované, podle míry potřeby centrálního prvku, a na deterministické a stochastické, podle míry určitosti nebo náhodnosti doby přístupu stanice k přenosovému prostředku.

Širokopásmové sítě

Časem vznikl požadavek přístupu k několika LAN, často od sebe dosti vzdálených. Bylo potřeba vybudovat páteřní síť, která by byla schopna obsloužit větší počet i pomalých LAN. Tato síť musí být nejméně o řád rychlejší a nesmí být omezena vzdáleností. Takto vznikl pojem metropolitní sítě (MAN) jako uživatelské sítě propojující na větším území LAN a digitální pobočkové ústředny. Veřejná telefonní síť je sice univerzálně dostupná, ale nehodí se pro propojování LAN nebo přenášení větších objemů dat. Ani paketové veřejné sítě nejsou nejlepším řešením i když v porovnání s veřejnou telefonní sítí představují lepší řešení.

Pro vyřešení tohoto problému byly sledovány dvě cesty: zrychlení přístupu ke společnému přenosovému mediu čili pokračování vývoje LAN, které jsou na tomto principu založeny. Další cestou se stalo zrychlení přepojování v paketových sítích, které se ukázaly vhodnější pro datovou komunikaci než sítě komutační. První cesta dala vzniknout vysokorychlostním lokálním sítím HSLAN, druhá cesta položila základy pro rychlé přepojování paketů (přepojování rámců a přepojování buněk). Přepojování buněk je spojeno s asynchronním přenosovým režimem - ATM, které se stalo základem širokopásmových digitálních sítí integrovaných služeb B-ISDN.

Družicové datové sítě

Základem je využívání přenosových družicových cest o velké propustnosti metodami časového multiplexu s mnohonásobným přístupem. Díky malému potřebnému výkonu stačí mikroterminálům VSAT parabolické antény s poměrně malým průměrem (1,2 - 1,8 m). Síť VSAT je nejčastěji hvězdicová: mikroterminály komunikují přes družici jen s hlavní (řídící) stanicí VSAT, která zprostředkovává spojení buď s přímo připojenou pozemskou stanicí nebo opět přes družici se vzdálenou stanicí. 

Hodnocení komunikačních sítí

Již na začátku je nutno podotknout, že neexistuje jedno kritérium, podle kterého by se dala posoudit kvalita datové sítě. Pro vyhodnocení kvality sítě se nejčastěji používá soubor kritérií, které jsou posléze vyhodnoceny pomocí multikriteriálních metod. I přesto, že zde bude naznačena cesta možného vyhodnocení, je problematika hodnocení sítí již dlouho předmětem výzkumu a následně i normalizace.

Pro hodnocení byly zavedeny obecné veličiny založené na protokolově nezávislých událostech.. Aby byl soubor veličin úplný, bylo výhodné si je roztřídit podle kritérií hodnocení. Za základ byla vzata:

• rychlost
• přesnost
• spolehlivost
• dostupnost.

V rámci celého komunikačního procesu se rozeznávají tři fáze:

• přístup k přenosovému médiu nebo vytvoření spojení;
• výměna vlastních uživatelských dat;
• rozpojení, tj. odpojení od přenosového média nebo zrušení spojení.

Z těchto kritérií je tak možno sestavit následující tabulku

Rychlost

• přístupové zpoždění - doba od pokusu o přístup až po úspěšné spojení
• rozpojovací zpoždění - doba od žádosti o ukončení spojení až po skutečné zrušení spojení
• přenosové zpoždění - doba mezi zahájením odesílání dat a úspěšným přenosem dané datové jednotky
• přenosový výkon - počet úspěšně přenesených datových jednotek za jednotku času

Přesnost

• četnost nesprávného přístupu - měří se počtem pokusů o spojení, která se vytvoří s nesprávným adresátem, k celkovému počtu pokusů
• chybovost - velice široký pojem, který se zde chápe ve významu chyby během přenosu (i když je chyba detekována a podaří se ji odstranit) chyba může vzniknout změnou nejméně jednoho bitu, objevením nevyslaného bitu, případně jeho zdvojení v datovém poli chybou je však i zdvojení, popř. ztráta celého fragmentu

 Spolehlivost

• četnost nezdařeného přístupu - je dána poměrem počtu nezdařených pokusů o spojení nebo o přístup k přenosovému médiu k celkovému počtu pokusů
• četnost nezdařeného přístupu je definována jako stav kdy nedojde ze strany sítě k potvrzení rozpojení nebo uplyne předepsaná časová prodleva, aniž by dříve komunikující koncová zařízení mohla zahájit vytváření nového spojení

Na základě těchto kritérií, která se nazývají primární (protože žádnou nelze odvodit z jiných), je možno sestavit tabulku, která má sloužit k porovnání kvalit datových sítí.

 Tabulka 1 - Fáze přístupu a rozpojení - porovnání veličin

 Tabulka 2 - Fáze výměny dat - porovnání veličin rychlosti

 Tabulka 3 - přesnost uživatelských dat - porovnání veličin

 Tabulka 4 - nesprávný (nezdařený) přístup (rozpojení) - porovnání veličin

Toto je však pouze popis hodnotících kritérií, která však nevypovídají nic o samotných kvalitách sítě. Problém je však o to složitější, že mnoho typů sítí je ještě možno kombinovat dohromady a vytvářet tak zcela nová a hybridní řešení. Obzvláště v oblasti Internetu je tento rozvoj velice dramatický. a tak můžeme vidět řešení kombinované družicové a komutační sítě (data od uživatele - požadavky - jsou odesílána pomalejší telefonní linkou, zatímco data k uživateli jsou zasílána přes družicové spojení), jiným řešením je skládání přenosových kapacit komutačních sítí dohromady. Na trhu jsou již modemy, které jsou schopné (v případě dvou telefonních linek a dvou modemů) složit a použít přenosové kapacity obou linek. Tzn., že pokud vlastním 2 modemy o přenosové kapacitě 56 kbit/s, jsem schopen teoreticky dosáhnout přenosové kapacity téměř jako sítě ISDN. V případě, že kapacita obou linek není využita (nebo když nám někdo volá), je spojení na jedné lince přerušeno a navázáno je až, je ho opět potřeba (nebo až když je linka volná). Všechna tato řešení dělají problematiku hodnocení sítí mnohem komplikovanější. Jediným snad nejvíce dominantním prvkem je postupný příklon k paketovým sítím se stálou snahou o větší rychlost přepojování paketů (v této oblasti je v současné době asi největším "hitem" již výše zmíněná technologie ATM - asynchroního přenosového režimu)

 Tato kritéria by však bylo vhodné doplnit o cenové relace, protože v obchodním světě je cena vždy velice důležitým faktorem. Nehledě na to, že zákazník se v současném světě někdy stává nepřímým tvůrcem standardů. Bylo by proto vhodné určit nějaká kritéria porovnávající poměr cena/výkon pro různé sítě. Bohužel pro každého uživatele jsou jiná kritéria jinak důležitá - pro někoho může být rychlost tím nejdůležitějším faktorem, zatímco jiný uživatel bude preferovat zabezpečení sítě a její spolehlivost. Navíc je v této oblasti vývoj natolik rychlý, že můžeme udat výsledky pouze pro tento konkrétní moment - to však nemusí být pravda již zítra (viz. dramatický pokles cen sítí ISDN u nás). Obecně je možno říci, že cena se zvyšuje se stoupající přenosovou rychlostí identického zařízení. U rozdílných systémů, tak jak byly popsány v této práci, cena roste zhruba v tom pořadí, jak byly popsány, tzn. od nejlacinějších řešení komutačních sítí až po nejdražší družicové datové sítě. U nás je však nutno ještě vedle pořizovacích nákladů vždy započítat telekomunikační poplatky, které bohužel můžou tvořit velice podstatnou část nákladů a tím tak nepřímo bránit většímu rozšíření.