Понятие сети ЭВМ Определение Компьютерной сетью (КС) или сетью ЭВМ называется комплекс территориально рассредоточенных ЭВМ, связанных между собой каналами передачи данных и сетевым программным обеспечением в целях эффективного использования запоминающей среды и вычислительных мощностей при выполнении информационно –вычислительных работ.
Понятие сети ЭВМ КС можно рассматривать как систему с распределенными по территории аппаратными, программными и информационными ресурсами, причем технические средства определяют потенциальные, а программное обеспечение – реальные возможности КС.
Понятие сети ЭВМ Аппаратные и программные компоненты сети: ¨ компьютеры; ¨ коммуникационное оборудование и кабельная система (сеть передачи данных) или среда передачи данных; ¨ операционная система; ¨ сетевые приложения.
Понятие сети ЭВМ Возможности сети, предоставляемые предприятию: ¨ разделение дорогостоящих ресурсов и обеспечение совместного доступа к ним; ¨ улучшение доступа к информации; ¨ свобода в территориальном размещении компьютеров; ¨ эффективный обмен информацией; ¨ быстрое и качественное принятие решений при работе в группе.
Понятие сети ЭВМ Цели создания КС n n n Мобилизация ресурсов на решение сложных задач. Минимизация ресурсов путем коллективного использования наиболее значимых (дорогих) из них. Интеллектуализация коммуникаций.
Понятие сети ЭВМ КС представляется совокупностью трех вложенных друг в друга подсистем: ¨ сети рабочих станций; ¨ сети серверов; ¨ базовой сети передачи данных.
Понятие сети ЭВМ Основные определения n Сеть рабочих станций – внешняя оболочка КС. Она представлена совокупностью рабочих станций и средств связи, обеспечивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и, возможно, между собой. Рабочая станция (клиентская машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) – это компьютер, за которым непосредственно работает абонент КС.
Понятие сети ЭВМ Основные определения n Сеть серверов – совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных. Компьютер, выполняющий общие задачи КС и предоставляющий услуги рабочим станциям, называют сервером.
Понятие сети ЭВМ Основные определения Базовая сеть передачи данных – совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи – совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам. Характерным примером узла связи является автоматическая телефонная станция. Заметим, что первая в мире электрическая сеть – телефонная. Именно она легла в основу базовой сети передачи данных и во многом определила принципы построения КС. Базовая сеть передачи данных является ядром КС, обеспечивающим объединение компьютеров и других устройств. n
Организация сетей ЭВМ Базовые требования, определившие архитектуру КС n n открытость – возможность включения дополнительных компьютеров, терминалов, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов; живучесть – сохранение работоспособности при изменении структуры (например, в результате выхода из строя или модернизации компьютеров, узлов и линий связи); адаптивность – допустимость изменения типов компьютеров, терминалов, линий связи, операционных систем; эффективность – обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.
Организация сетей ЭВМ Понятия модульной организации управления процессами в сети n n процесс; уровень управления; интерфейс; протокол.
Процесс – динамический объект, реализующий собой целенаправленный акт обработки данных. Процесс порождается программой или пользователем и связан с данными, поступающими извне. n
Ввод и вывод данных производится в форме сообщений – последовательностей данных, имеющих законченное смысловое значение. Данные, передаваемые в форме сообщения, снабжаются заголовком и концевиком, в которых содержится служебная информация: указатели типа сообщения, адреса отправителя, получателя и др. Заголовок и концевик называют обрамлением сообщения. Ввод сообщений в процесс и вывод сообщений из процесса производятся через логические (программно организованные) «точки» , называемые портами. Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом.
Протокол – это формальный набор правил и соглашений, разрабатываемых международными организациями, которые определяют каким образом устройства в сети обмениваются данными. Протоколы определяют формат, временной порядок, контроль и последовательность передачи данных по сети.
Эталонная модель OSI Для придания КС большей независимости от реализующих ее средств систему управления организуют по многоуровневой схеме. Классической является семиуровневая схема (уровень 1 является нижним, а уровень 7 – верхним), называемая архитектурой открытых систем (OSI – Open System Interconnection). Эта архитектура принята в качестве эталонной модели стандарта (Международный стандарт 7498) и используется как основа при разработке вычислительных сетей, является международным стандартом для передачи данных.
Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.
Эталонная модель OSI интерфейс Взаимодействие двух систем Прикладной уровень Представления Сеансовый уровень Транспортный Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень протоколы сеть Прикладной уровень Представления Сеансовый уровень Транспортный Сетевой уровень Канальный уровень Физический уровень
Эталонная модель OSI Модель OSI u Модель содержит семь отдельных уровней: Физический битовые протоколы передачи данных. Канальный формирование кадров, управление доступом к среде. Сетевой маршрутизация, управление потоками данных. Транспортный – обеспечение взаимодействия удалённых процессов. Сеансовый – поддержка диалога между удалёнными процессами. Уровень представления данных – интерпретация передаваемых данных. Прикладной – пользовательское управление данными. u Необходимые соглашения для связи одного уровня, например вышерасположенного и нижерасположенного, называют протоколом.
Уровни OSI Физический уровень ¨ На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. ¨ Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1 -го уровня. В качестве среды передачи данных используют: § экранированную витую пару. § коаксиальный кабель. § оптоволоконный проводник. § радиорелейную линию.
Уровни OSI Канальный уровень ¨ ¨ Формирует из данных, передаваемых 1 -м уровнем, так называемые «кадры» и последовательности кадров. Осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
Уровни OSI Сетевой уровень ¨ Устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. ¨ Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. ¨ Обеспечивается обработка ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных.
Уровни OSI Транспортный уровень ¨ Поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. ¨ Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных. ¨ Осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
Уровни OSI Сеансовый уровень ¨ Координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы: 4 контроль рабочих параметров 4 управление потоками данных промежуточных накопителей 4 диалоговый контроль гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. ¨ Содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.
Уровни OSI Уровень представления данных ¨ Предназначен для интерпретации данных и подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. ¨ На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.
Уровни OSI Прикладной уровень ¨ Предоставляет в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.
Эталонная модель OSI Заключение ß Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные, легко обозримые задачи. ß Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.
Простейший случай взаимодействия 2 ПЭВМ В самом простом случае взаимодействие компьютеров может быть реализовано с помощью тех же самых средств, которые используются для взаимодействия компьютера с периферией, например, через последовательный интерфейс RS-232 C. В отличие от взаимодействия компьютера с периферийным устройством, когда программа работает, как правило, только с одной стороны - со стороны компьютера, в этом случае происходит взаимодействие двух программ, работающих на каждом из компьютеров.
Простейший случай взаимодействия 2 ПЭВМ Текстовый редактор на компьютере А читает часть файла, расположенного на диске компьютера В
Методы установления соединений для логической топологии Назначение коммутации Коммутация, или переключение соединения позволяет аппаратным средствам использовать один и тот же физический канал для соединения со множеством устройств. Этот принцип лежит в основе телефонной сети общего пользования. При отсутствии механизма коммутации, необходимо иметь тысячу соединительных линий чтобы позвонить тысяче абонентов. Используя механизм коммутации можно обойтись одной единственной линией.
Методы установления соединений для логической топологии Назначение коммутации Абоненты соединяются с коммутаторами индивидуальными линиями связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией абонентом. Между коммутаторами линии связи разделяются несколькими абонентами, то есть используются совместно. Общая структура сети с коммутацией абонентов
Методы установления соединений для логической топологии Способы коммутации Ù коммутация каналов означает, что при пересылке данных из одного узла в другой между ними создается выделенное соединение для всего сеанса связи; Ù коммутация сообщений позволяет организовать цепочку соединений устройств для последовательной передачи сообщений от отправляющего узла к принимающему; Ù коммутация пакетов означает, что каждый отдельный кадр может попасть в назначенное место разными маршрутами.
Методы установления соединений для логической топологии Способы коммутации ¨ Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку 4 на сети с динамической коммутацией 4 и сети с постоянной коммутацией.
Методы установления соединений для логической топологии Сеть с динамической коммутацией ¨ Сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем (опять же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается. Обычно период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы - передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т. п.
Методы установления соединений для логической топологии Сеть с постоянной коммутацией ¨ Сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, измеряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных или арендуемых каналов. ¨ Наиболее популярными сетями, работающими в режиме постоянной коммутации, сегодня являются сети технологии SDH, на основе которых строятся выделенные каналы связи с пропускной способностью в несколько гигабит в секунду.
Методы установления соединений для логической топологии Примеры сетей с различной коммутацией ¨ Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP. ¨ Наиболее популярными сетями, работающими в режиме постоянной коммутации, сегодня являются сети технологии SDH, на основе которых строятся выделенные каналы связи с пропускной способностью в несколько гигабит в секунду. ¨ Некоторые типы сетей поддерживают оба режима работы. Например, сети Х. 25 и АТМ могут предоставлять пользователю возможность динамически связаться с любым другим пользователем сети и в то же время отправлять данные по постоянному соединению одному вполне определенному абоненту.
Методы установления соединений для логической топологии Коммутация каналов ¨ Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. ¨ Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. ¨ В сети с коммутацией каналов передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.
Методы установления соединений для логической топологии Коммутация каналов ¨ Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов. В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используются две техники: 4 техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM); 4 техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM).
Методы установления соединений для логической топологии Частотное мультиплексирование На входы FDM коммутатора поступают исходные сигналы от абонентов сети. Коммутатор выполняет перенос частоты каждого канала в свой диапазон частот. Высокочастотный диапазон делится на полосы, которые отводятся для передачи данных абонентских каналов. В канале между двумя FDM коммутаторами одновременно передаются сигналы всех абонентских каналов, но каждый из них занимает свою полосу частот. Выходной FDM коммутатор выделяет модулированные сигналы каждой несущей частоты и передает их на соответствующий выходной канал, к которому непосредственно подключен абонент.
Методы установления соединений для логической топологии Временное мультиплексирование Аппаратура TDM сетей работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл работы оборудования TDM равен 125 мкс. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм слотом. Длительность тайм слота зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором TDM.
Методы установления соединений для логической топологии Коммутация сообщений ¨ Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение имеет произвольную длину, которая определяется содержанием информации, составляющей сообщение.
Методы установления соединений для логической топологии Коммутация пакетов ¨ При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. ¨ Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. ¨ Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их другу, а в конечном итоге - узлу назначения.
Методы установления соединений для логической топологии Коммутация пакетов Коммутаторы пакетной сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.
Методы установления соединений для логической топологии Коммутация пакетов Существует два режима коммутации пакетов: ¨ Дейтаграммный режим работы сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. При его использовании коммутатор может изменить маршрут какоголибо пакета в зависимости от состояния сети работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т. п. ¨ Передача пакетов по виртуальному каналу. Перед началом передачи данных между двумя конечными узлами должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он, естественно, обойдет отказавшие участки сети.
Классификация сетей n Локальные сети (Local Area Network - LAN, ЛВС) n Региональные сети (Metropolitan Area Network - MAN) n Глобальные сети (Global Area Network - GAN) Территориальные сет Корпоративные сети предприятий/фирм - сети
Региональные сети Принципы построения Назначение региональных сетей – удовлетворять потребности организаций в обмене информацией между их локальными сетями. Региональные сети обслуживаются двумя типами организаций: 1) Владельцы каналов связи, специализируются на эксплуатации оборудования. Это эксплуатационные организации, различные телефонные компании (AT&T, MCI, Western Union, Sprint в США, АО Ростелеком в России, ОАО Белтелеком в Беларуси). 2) Провайдеры. Их специализация - обеспечение обмена информацией между различными ЛВС и отдельными пользователями. Они арендуют каналы связи, организуют соединения, предоставляют услуги по использованию каналов.
Региональные сети Принципы построения ß ß по принадлежности коммуникационных каналов; по территориальному принципу; по используемым технологиям передачи данных; по сфере деятельности организаций, занимающихся предоставлением доступа в сеть и т. д.
Глобальные сети Для доступа к информации по всему миру региональные сети объединяются в глобальные. Такие объединения используют магистральные каналы, принадлежащие различным региональным сетям и соединяющие различные государства. Примеры глобальных сетей: Global Network; Sprint; Relcom/Relarn; Runnet; спутниковая сеть Iridium. Примеры глобальных сетей в Беларуси: Бел. ПАК; Uni. Bel.
Классификация КС Локальные сети К локальным сетям относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on line.
Классификация КС Глобальные сети объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, зачастую не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты.
Классификация КС Глобальные сети Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.
Классификация КС Региональные сети Региональные (городские сети или сети мегаполисов) Metropolitan Area Networks (MAN) - являются менее распространенным типом сетей. Они предназначены для обслуживания территории региона. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, эти сети занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города, региона и соединения локальных сетей с глобальными.
Классификация КС Региональные сети Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей осуществлялось местными телефонными компаниями. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять достойное место в мире локальных и глобальных сетей, местные предприятия связи занялись разработкой сетей на основе самых современных технологий, например технологии коммутации ячеек SMDS или ATM.
Корпоративная сеть Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия, что соответствует дословному переводу термина «enterprise-wide networks» , используемого в англоязычной литературе для обозначения этого типа сетей. Корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь. Корпоративную сеть можно представить в виде «островков локальных сетей» , плавающих в телекоммуникационной среде.
Понятие ЛВС Определение ЛВС ß Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (англ. LAN - Local Area Network) - это набор аппаратных средств и программных алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров и других устройств и позволяющих им обмениваться информацией между любыми компьютерами и другими устройствами данной группы. Локальная сеть – до 20 км между точками. ß ЛВС – аппаратно-программное решение в котором несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. ß Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
Отличия локальных сетей от глобальных n Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям. В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.
Отличия локальных сетей от глобальных n Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны, качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета.
Отличия локальных сетей от глобальных n Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10, 16 и 100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера - дисков, внутренних шин обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как своим. Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400, 9600, 28800, 33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах - до 2 Мбит/с.
Отличия локальных сетей от глобальных n Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on line, который является обычным для локальных сетей. n Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях индивидуально.
Отличия локальных сетей от глобальных n Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100: 1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирующим. Из за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пульсирующего трафика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.
Отличия локальных сетей от глобальных n Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.
Понятие ЛВС Преимущества ЛВС § Разделение ресурсов. Позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций. n Разделение данных. Предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в инфор мации. n Разделение программных средств, предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.
Понятие ЛВС Преимущества ЛВС § Разделение ресурсов процессора. Возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции. § Многопользовательский режим. Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.
Функции устройств в сети n n n узел (node) – любое устройство в сети, имеющее свой идентификатор; сервер (server) – компьютер, предоставляющий свои ресурсы другому; клиент (client) или рабочая станция – компьютер, потребляющий ресурсы.
Типы локальных сетей n n Иерархическая сеть – сеть, в которой все задачи, связанные с хранением, обработкой данных и их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер; Одноранговая сеть – (peer-to-peer network) предоставляет неструктурированный доступ к сетевым ресурсам. Каждое устройство в одноранговой сети может быть и клиентом, и сервером одновременно.
Типы локальных сетей n Сеть клиент/сервер: 4 равноправная сеть – сеть, в которой нет единого устройства управления и хранения данных; 4 распределенная сеть – сеть без лидера, в которой сервером называется машина, программа или устройство, обеспечивающее сервис, но не управление сетью; 4 сеть с централизованным управлением – сеть, в которой один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия и т. д.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Клиент-сервер это модель информационной системы с дискретными компонентами, размещенными в различных узлах локальной или глобальной сети. Архитектура клиент сервер предполагает разбиение прикладной программы на логически различные компоненты (клиентские и серверные), которые выполняют специфические функции. Технология клиент-сервер была предложена для того, чтобы справиться с возросшей сложностью информационных систем и решить проблемы, связанные с децентрализацией данных. СЕРВЕР Протокол КЛИЕНТ
Архитектура ЛВС Типы сетей/Клиент-серверная система состоит из 3 -х основных компонентов: СЕРВЕР 1 3 Сервера, управляющего хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, выполнением запросов Клиента, предоставляющего интерфейс пользователя, выполняющего логику приложения, проверяющего допустимость данных, посылающего запросы к серверу и получающего на него ответы. 2 КЛИЕНТ Сети и коммуникационного ПО, осуществляющих взаимодействие между клиентом и сервером посредством сетевых протоколов
Архитектура ЛВС Типы сетей/Клиент-сервер n Основная часть совместно используемых ресурсов сосредоточена на отдельных компьютерах, называемых серверами. n Клиент получает от пользователя команды и отправляет запрос серверу. n Сервер получает запрос, обрабатывает информацию и отправляет клиенту результат n Клиент получает ответ и показывает его пользователю.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Клиент-сервер Преимущества: u Серверы вляются многопользовательскими компьютерами, предоставляющими возможность совместного использования своих ресурсов клиентам сети. В результате клиенты освобождаются от нагрузки, связанной с функционированием в качестве серверов для других клиентов. u Сети серверной архитектуры очень легко расширяются. Независимо от количества клиентов, подключенных к сети, ресурсы всегда хранятся централизованно. u Можно поддерживать более строгую безопасность, чем в одноранговых сетях. u Упрощение регулярного и надежного выполнения административных задач, таких как резервирование.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Клиент-сервер Преимущества: u Каждый клиент освобождается от нагрузки, связанной с обработкой запросов от других клиентов. Каждый клиент в такой сети заботится только о выполнении запросов, сгенерированных его основным (и единственным!) пользователем. u Обработка запросов перепоручается серверу, конфигурация которого специально оптимизирована для выполнения соответствующих задач. Обычно на сервере устанавливаются более мощные процессоры, больше памяти и более объемные и быстрые дисковые накопители, чем на клиентских компьютерах. Это приводит к повышению производительности клиентских компьютеров и повышению оперативности выполнения запросов к ресурсам, централизованным на сервере.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Клиент-сервер Преимущества: u Пользователям не нужно запоминать, где располагаются определенные ресурсы, как это было в одноранговых сетях. В сетях архитектуры клиент/сервер количество возможных мест хранения ресурсов сокращено до количества серверов в сети. На ресурсы сервера можно ссылаться как на логические диски. После подключения сетевого диска пользователь может так же легко обращаться к удаленным ресурсам, как к локальным ресурсам собственного компьютера.
Архитектура ЛВС Введение § Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса: 4 Одноранговые (одноуровневые или Peer to Peer). 4 Иерархические (многоуровневые) сети. § Архитектура сети описывает 4 Физическое расположение сетевых устройств. 4 Тип используемых адаптеров и кабелей. 4 Методы передачи данных по кабелю.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Одноранговые сети § Все компьютеры равноправны: 4 Нет иерархии среди компьютеров. 4 Нет выделенного сервера. 4 Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер. § Одноранговую сеть называют так же рабочей группой. 4 Рабочая группа – это небольшой коллектив, поэтому в одноранговой сети не более 10 компьютеров. § Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными для всех.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Одноранговые сети n Область применения Они идеально подходят для маленьких организаций с ограниченным бюджетом и ограниченными потребностями в совместном использовании информации. Рабочие группы внутри больших организаций также могут использовать эту методологию для более тесного сотрудничества внутри группы.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Одноранговые сети § Преимущества: 4 Одноранговые сети относительно просты, их легко развернуть. 4 Одноранговые сети дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных и дорогих компьютеров. 4 Поддержка одноранговых сетей встроена в такие ОС как Windows 2000, Windows XP, Windows NT Workstation, OS/2, дополнительного программного обеспечения не требуется. 4 Отсутствие иерархической зависимости делает одноранговую сеть более отказоустойчивой, чем сеть на основе сервера.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Одноранговые сети § Недостатки: 4 Пользователи вынуждены запоминать множество паролей, обычно по одному для каждого компьютера, к которому необходим доступ. 4 Отсутствие централизованного хранилища ресурсов общего пользования усложняет поиск необходимой информации. 4 Как и устройства, подключенные к сети, безопасность равномерно распределяет ся по всейодноранговой сети. Меры безопасности в такой сети обычно сводятся к аутентификации пользователей с помощью идентификаторов и паролей, а так же к выделению определенных прав доступа к конкретным ресурсам.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Одноранговые сети § Недостатки: 4 Безопасность всей сети зависит от умений и способностей ее наименее технически образованного члена, т. к. не все пользователи обладают одинаковой квалификацией. 4 Не скоординированное и, возможно, нерегулярное резервирование данных и программного обеспечения. Каждый пользователь отвечает только за свой собственный компьютер и выполняет резервирование только тогда, когда у него появляется свободное время. 4 Отсутствие ответственности за соблюдение соглашений об именовании и расположении файлов.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Иерархические сети § Сервер - специальный компьютер, на котором хранится информация, совместно используемая различными пользователями. 4 Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер. 4 Сервер оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. § Из-за большого круга выполняемых задач, серверы в больших сетях специализированы.
Архитектура ЛВС Типы сетей/Иерархические сети § Преимущества: 4 Основным аргументом в пользу сети на основе выделенного сервера является защита данных. 4 Благодаря тому, что важная информация сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование 4 Сети на основе сервера могут поддерживать тысячи пользователей. 4 Для работы в сети компьютеры пользователей могут быть любых конфигураций, даже самых минимальных.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Tопология сети - это схема соединения компьютеров и других сетевых устройств с помощью кабеля или другой сетевой среды. Сетевая топология непосредственно связана с используемым типом кабеля. Нельзя выбрать кабель определенного типа и использовать его в сети с произвольной топологией. Однако Вы вольны создать несколько ЛВС с разными кабелями и топологиями и соединить их с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. При выборе кабеля и других сетевых компонентов топология всегда будет одним из важнейших критериев.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Топология типа звезда Главная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Только две станции работают одновременно. Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Кабельное соединение довольно простое, так каждая рабочая станция связана с узлом. Реализуется с помощью кабеля «витая пара» .
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Топология типа звезда Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий ЛВС. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях. Файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Кольцевая топология Кольцо образуется за счет соединения выходного порта данных станции с входным портом данных соседней станции. Сообщения передаются по кольцу от одного компьютера к другому в одном направлении. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Кольцевая топология Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Шинная топология (bus) Среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Подключенные к шине устройства образуют последовательное соединение. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Шинная топология Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т. е. ответвлять информацию из коммуникационной среды. Все системы подключаются к одному кабелю через Т образные разъемы. Для реализации шинной топологии используют обычно тонкий коаксиальный кабель.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Ячеистая топология (mesh topology) В сети с ячеистой топологией все компьютеры связаны друг с другом отдельными соединениями. Обладает безупречной отказоустойчивостью: любая неисправность в ней сказывается на работоспособности только одного компьютера. Часто применяется в крупных корпоративных сетях, поскольку она защищает их от неисправностей маршрутизаторов, концентраторов, кабелей и др.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Гибридная структура ЛВС Образуется в основном в виде комбинаций основных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.
Архитектура ЛВС Типы сетей/ Топологии ЛВС Гибридная структура ЛВС ÙДля улучшения управляемости ÙУменьшения цены создания и модернизации ÙУпрощения обслуживания ÙУвеличения скорости и оптимизации потоков данных
Топологии ЛВС Характеристики Топология Звезда Кольцо Шина Стоимость расширения Незначительная Средняя Присоединение абонентов Пассивное Активное Пассивное Защита от отказов Незначительная Высокая Размеры сис темы Любые Ограниченны Защищенность от прослушивания Хорошая Незначительная Стоимость подключения Незначительная Высокая Поведение системы при высоких нагрузках Хорошее Удовлетворительное Плохое Возможность работы в реальном режиме времени Очень хорошая Хорошая Плохая Разводка кабеля Хорошая Удовлетворительная Хорошая Обслуживание Очень хорошее Среднее
Сетевые устройства и средства коммуникаций Основные требования При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели: u Стоимость монтажа и обслуживания. u Скорость передачи информации. u Ограничения на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей повторителей (репитеров). u Безопасность передачи данных.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Коаксиальный кабель u Коаксиальный (coaxial), (т. е. имеющий одну ось, соосный) кабель называется так потому, что два проводника в нем, в отличие от других двужильных кабелей, находятся один внутри другого.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Коаксиальный кабель u Коаксиальный кабель имеет среднюю цену. u Хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). u Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. u Используется для основной и широкополосной передачи информации.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Широкополосный коаксиальный кабель u Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но имеет высокую цену. u Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. u При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1, 5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. u Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Еthernet-кабель u Ethernet кабель является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют толстый Ethernet (thick), желтый кабель (yellow cable) или 10 Base. T 5. u Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. u Максимально доступное расстояние без репитера не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet около 3000 м. Ethernet кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Сheapernеt-кабель u Cheaper net кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10 Base. T 2 это также 50 омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду. u При соединении сегментов Сhеарегnеt кабеля требуются репитеры. Вычислительные сети с Cheapernet кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. u Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние около 1000 м.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Витая пара Чаще в ЛВС применяют неэкранированную витую пару (unshielded twisted pair, UTP), но существует также и экранированная витая пара (shielded twisted pair, STP) для использования в условиях сильных электромагнитных помех.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Витая пара Неэкранированная витая пара состоит из восьми проводов. Каждый провод изолирован отдельно; все восемь проводов собраны в четыре свитые пары. Завивка проводов предотвращает перекрестные помехи, наводимые соседними парами и внешними источниками. Все четыре пары помещены в общую оболочку.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Витая пара UTP С кабелями типа «витая пара» используются разъемы RJ 45, те же, что и у стандартных телефонных кабелей, только с восемью контактами вместо четырех или шести.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Классификация кабеля типа UTP Категория Стандарт Категория 1 Только для телефонных сетей Категория 2 Для телефонных сетей, а также для связи терминалов с мэйнфреймами IBM Категория 3 Для телефонных сетей, сетей Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/сек, Token Ring со скоростью передачи 4 Мбит/сек, 100 Base. T 4 Fast Ethernet и 100 VG Any. LAN Категория 4 Для сетей Token Ring со скоростью передачи 16 Мбит/сек Категория 5 Для сетей 100 Base. TX Fast Ethernet, SONet и ОС-3 ATM Категория 5 е Для протоколов Gigabit Ethernet (со скоростью передачи 1000 Мбит/сек)
Сетевые устройства и средства коммуникаций Классификация кабеля типа STP Конструкция кабеля STP схожа с конструкцией UTP, не считая того, что в нем только две пары проводов, каждая из которых дополнительно обмотана фольгой или оплеткой. Дополнительная защитная оболочка делает использование кабеля STP более предпочтительным при наличии сильных электромагнитных помех, часто возникающих вблизи электрического оборудования. Стандарты кабелей STP разработаны IBM. На протяженных участках сети на основе STP используют кабель типа 1 А. Тип 6 А можно применять там, где можно обойтись небольшими отрезками кабеля. Кабель типа 1 А состоит из двух пар проводов AWG 22, а кабель типа 6 А - из двух свитых пар проводов AWG 26. В сетях Token Ring с кабелем типа STP используются громоздкие разъемы IDC (IBM data connector). В настоящее время в большинстве ЛВС Token Ring применяется кабель UTP.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Оптоволоконный кабель (fiber optic cable) Вместо электрических зарядов, двигающихся по медному проводу, в оптоволоконном кабеле сигнал передается посредством световых импульсов, распространяющихся по стеклянной или пластиковой трубке. Оптоволоконный кабель абсолютно устойчив к электромагнитным помехам. Кроме того, в оптоволоконном кабеле сигнал затухает гораздо медленнее, чем в медном. Оптоволокно - идеальная среда для передачи данных на большие расстояния, например, для соединения отдельных зданий на территории университетского городка. Также оптоволоконный кабель существенно безопаснее медного, т. к. к нему невозможно подключиться, не нарушив его целостности.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Оптоволоконный кабель состоит из стеклянной или пластиковой жилы, по которой переносятся световые импульсы. Она окружена отражательным слоем, который называется плакировкой (cladding). Плакировка окружена пластиковой прокладкой, защитным покрытием из кевларового волокна и внешней оболочкой.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Оптоволоконный кабель u Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду. u Допустимое удаление более 50 км. u Внешнее воздействие помех практически отсутствует. u На данный момент наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. u Оптопроводники объединяются в ЛBC с помощью звездообразного или кольцевого соединения.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Беспроводные технологии (спутниковые, ИК, радио) Обычно в беспроводных сетях используются несвязанные среды (un ounded media), но это не означает, что в соединении b компьютеров отсутствует какая либо структура. В беспроводных ЛВС используются в основном две топологии - одноранговая, или «каждый с каждым» (ad hoc), и инфраструктура (infrastructure).
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Беспроводные технологии В сети с одноранговой топологией все компьютеры оборудованы беспроводными адаптерами сетевого интерфейса и способны беспрепятственно общаться друг с другом. Их можно как угодно перемещать, при условии, что они остаются в пределах действия беспроводной технологии. Такой вариант приемлем для домашних или небольших офисных сетей, состоящих из небольшого числа компьютеров, в обстоятельствах, когда установка кабеля неудобна, непрактична или невозможна.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Виды используемых кабелей Беспроводные технологии Сеть с топологией «инфраструктура» состоит из компьютеров, оборудованных беспроводными интерфейсами, которые обмениваются данными с сетью при помощи беспроводных трансиверов, подключенных к сети обычными кабелями. Эти трансиверы называются точками доступа к сети (network access points). В сети с такой топологией компьютеры непосредственно друг с другом данными не обмениваются. Обмен осуществляется через кабельную сеть и точки доступа к ней. Эта топология больше подходит для крупной сети, в которой беспроводными интерфейсами оборудовано лишь несколько компьютеров, например, портативных. Обмениваться данными непосредственно друг с другом пользователям этих компьютеров не приходится. Все, что им нужно, - это доступ к серверам и другим ресурсам корпоративной сети.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Активное оборудование Сетевая плата Ù Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или соединения между компьютером и сетевым кабелем.
Сетевые устройства и средства коммуникаций Активное оборудование Назначение платы сетевого адаптера: u Подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю. u Передача данных другому компьютеру. u Управление потоком данных между компьютером и кабельной системой. u Плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера.
Базовые стандарты ЛВС Структура стандартов IEEE 802. X В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации ЛВС, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802 -Х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Эти стандарты охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.
Базовые стандарты ЛВС Структура стандартов IEEE 802. X Канальный уровень делится в локальных сетях на два подуровня: 4 логической передачи данных (Logical Link Control, LLC); 4 управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть Ethernet ¨ Спецификацию Ethernet в конце 70 х гг. предложила компания Xerox Corporation. ¨ Основные принципы работы: 4 На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина. 4 Все устройства, подключенные к сети, равноправны, т. е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна). 4 Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть Ethernet ß В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802. 3 имеет различные модификации 10 Base 5, 10 Base 2, 10 Base T, 10 Base FL, 10 Base FB. ß Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов 10 Мбит/с, а слово Base метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц. Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля. ß В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который не является самостоятельным стандартом, а является дополнительным разделом к основному стандарту 802. 3. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit Ethernet, описан в разделе 802. 3 z основного документа. ß Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных метод CSMA/CD.
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть Ethernet Спецификации физической среды Ethernet 4 10 Base 5 коаксиальный кабель диаметром 0, 5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента 500 метров (без повторителей). 4 10 Base 2 коаксиальный кабель диаметром 0, 25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента 185 метров (без повторителей).
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть Ethernet Спецификации физической среды Ethernet 4 10 Base T кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом не более 100 м. 4 10 Base F волоконно оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта 10 Base T. Имеется несколько вариантов этой спецификации FOIRL (расстояние до 1000 м), 10 Base FL (расстояние до 2000 м), 10 Base FB (расстояние до 2000 м).
Методы доступа к среде передачи в ЛВС Метод доступа CSMA/CD | Метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sensemultiply-access with collision detection, CSMA/CD). ¨ Этот метод применяется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод).
Методы доступа к среде передачи в ЛВС Метод доступа CSMA/CD Возникновение коллизии ¨ При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. ¨ Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. ¨ Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала.
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть Token Ring Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token).
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть Token Ring В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов: ¨ Пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame) С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети. ¨ Маркер (Token) Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных. ¨ Пакет сброса (Аbort). Посылка такого пакета вызывает прекращение любых передач.
Методы доступа к среде передачи в ЛВС Маркерный метод доступа В сетях с маркерным методом доступа (к ним, кроме сетей Token Ring, относятся сети FDDI) право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения маркер. В сети Token Ring любая станция всегда непосредственно получает данные только от одной станции той, которая является предыдущей в кольце. Передачу же данных станция всегда осуществляет своему ближайшему соседу вниз по потоку данных.
Методы доступа к среде передачи в ЛВС Маркерный метод доступа ¨ Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. ¨ Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. ¨ Переданные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.
Методы доступа к среде передачи в ЛВС Маркерный метод доступа ¨ Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. ¨ Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.
Методы доступа к среде передачи в ЛВС Маркерный метод доступа Описанный алгоритм доступа к среде иллюстрируется временной диаграммой. Показана передача пакета А в кольце от станции 1 к станции 3. После прохождения станции назначения 3 в пакете А устанавливаются два признак распознавания адреса и признак копирования пакета в буфер. После возвращения пакета в станцию 1 отправитель распознает свой пакет по адресу источника и удаляет пакет из кольца. Установленные станцией 3 признаки говорят станцииотправителю о том, что пакет дошел до адресата и был успешно скопирован им в свой буфер.
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть FDDI Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface)оптоволоконный интерфейс распределенных данных это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконнооптический кабель.
Базовые стандарты ЛВС Локальная сеть FDDI Основные характеристики технологии FDDI ¨ строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети для повышения отказоустойчивости; ¨ битовая скорость передачи данных повышена до 100 Мбит/с;
Структуризация как средство построения сети При построении больших сетей однородная структура связей превращается из преимущества в недостаток. В таких сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются: u ограничения на длину связи между узлами; u ограничения на количество узлов в сети; u ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.
Структуризация как средство построения сети Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 м, к которому можно подключить не более 30 компьютеров. Однако, если компьютеры интенсивно обмениваются информацией между собой, иногда приходится снижать число подключенных к кабелю компьютеров до 20, а то и до 10, чтобы каждому компьютеру доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.
Структуризация как средство построения сети Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Таким образом, существуют следующие методы структуризации сети: Ù физическая структуризация сети; Ù логическая структуризация сети.
Структуризация как средство построения сети Физическая структуризация сети Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров. Используются специальные методы структуризации и специальное оборудование, например повторитель (repeater); концентратор (hub).
Сетевые устройства и средства коммуникаций Активное оборудование Repeater Ù При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает) и искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать. Ù Репитер применяется для предотвращения искажения сигнала Ù Репитер усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его дальше по кабелю. Ù Применяются репитеры в сетях с топологией «шина» .
Сетевые устройства и средства коммуникаций Активное оборудование Hub Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub). Эти названия (hub - основа, центр деятельности) отражают тот факт, что в данном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети. Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. В работе концентраторов любых технологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают. Концентратор Token Ring повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту - на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер.
Сеть Ethernet, построенная по топологии «звезда» из 4 х сегментов Сеть построена по технологии Ethernet на «витой паре» . Концентратор, как и повторитель, используется для объединения нескольких сегментов и повторяет входной сигнал на всех портах, кроме порта, с которого поступил сигнал.
Структуризация как средство построения сети Логическая структуризация сети Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.
Структуризация как средство построения сети Логическая структуризация сети В большой сети естественным образом возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей рабочих групп, отделов, филиалов предприятия и других административных образований. В одних случаях наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп. На других предприятиях, особенно там, где имеются централизованные хранилища корпоративных данных, активно используемые всеми сотрудниками предприятия, наблюдается обратная ситуация: интенсивность внешних обращений выше интенсивности обмена между «соседними» машинами.
Структуризация как средство построения сети Логическая структуризация сети Сеть с типовой топологией (шина, кольцо, звезда), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела, и это при том, что необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует совсем небольшой пропускной способности.
Структуризация как средство построения сети Логическая структуризация сети Решение проблемы состоит в отказе от идеи общей однородной разделяемой среды. Например, в рассмотренном выше примере желательно было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если они направлены каком либо компьютеру из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать те и только те кадры, которые адресованы узлам этой сети. При такой организации работы сети ее производительность существенно повысится, так компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.
Структуризация как средство построения сети Логическая структуризация сети Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования. Используются специальные методы структуризации и специальное оборудование, например мост (bridge); коммутатор (switch); маршрутизатор (router); шлюз (gateway).
Логическая структуризация сети с помощью моста Мост делит разделяемую среду передачи сети на части (логические сегменты), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если адрес принимающего устройства принадлежит другой сети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети.
Характеристика других средств логической структуризации n Коммутатор по принципу обработки не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором. 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.
Характеристика других средств логической структуризации n Маршрутизатор изолирует трафик отдельных сегментов друг от друга и позволяет объединять сети, построенные по разным сетевым технологиям. 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 плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).
Характеристика других средств логической структуризации n Шлюз используется при объединении сегментов сетей с разными типами системного и прикладного программного обеспечения.
Адресация компьютеров в сети При объединении трех и более компьютеров нужно учитывать проблему их адресации. К адресу узла сети и схеме его назначения можно предъявить несколько требований: u Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба. u Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.
Адресация компьютеров в сети u Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, отсутствие иерархии адреса может привести к большим издержкам - конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей. u Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление, например, Server 3 или www. cisco. com. u Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры - сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п.
Адресация компьютеров в сети Наибольшее распространение получили три схемы адресации узлов: u Аппаратные (hardware) адреса. u Символьные адреса или имена. u Числовые составные адреса.
Адресация компьютеров в сети Аппаратные (hardware) адреса. Эти адреса предназначены для сети небольшого или среднего размера, поэтому они не имеют иерархической структуры. Типичным представителем адреса такого типа является адрес сетевого адаптера локальной сети. Такой адрес обычно используется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 0081005 е 24 а 8. При задании аппаратных адресов обычно не требуется выполнение ручной работы, так как они либо встраиваются в аппаратуру компанией изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования, причем уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование.
Адресация компьютеров в сети Символьные адреса или имена. Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адреса легко использовать как в небольших, так и крупных сетях. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру, например ftp archl. ucl. ac. uk. Этот адрес говорит о том, что данный компьютер поддерживает ftp архив в сети одного из колледжей Лондонского университета (University College London - ucl) и эта сеть относится к академической ветви (ас) Internet Великобритании (United Kingdom - uk). При работе в пределах сети Лондонского университета такое длинное символьное имя явно избыточно и вместо него удобно пользоваться кратким символьным именем, на роль которого хорошо подходит самая младшая составляющего полного имени, то есть имя ftp archl.
Адресация компьютеров в сети Числовые составные адреса. Передача по сети символьных имен не очень экономична. Поэтому для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используют числовые составные адреса фиксированного и компактного форматов. Типичным представителями адресов этого типа являются IP-адреса и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть - номер сети и младшую - номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется только после доставки сообщения в нужную сеть.
Адресация компьютеров в сети Числовые составные адреса. В последнее время, чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих.
Адресация компьютеров в сети Служба разрешения имен Проблема установления соответствия между адресами различных типов, которой занимается служба разрешения имен, может решаться как полностью централизованными, так и распределенными средствами. При централизованном подходе в сети выделяется один компьютер (сервер имен), в котором хранится таблица соответствия другу имен различных типов, например символьных имен и числовых номеров. Все остальные компьютеры обращаются к серверу имен, чтобы по символьному имени найти числовой номер компьютера, с которым необходимо обменяться данными.
Адресация компьютеров в сети Служба разрешения имен Наиболее известной службой централизованного разрешения имен является служба Domain Name System (DNS) сети Internet. u Основа DNS – распределённая база данных. u Каждый компьютер, использующий адреса DNS, знает адрес «своего» сервера. u Каждый сервер либо знает цифровой адрес нужного узла, либо знает куда переадресовать запрос.
Адресация компьютеров в сети Служба разрешения имен При распределенном подходе каждый компьютер сам решает задачу установления соответствия между именами. Например, если пользователь указал для узла назначения числовой номер, то перед началом передачи данных компьютер-отправитель посылает всем компьютерам сети сообщение (такое сообщение называется широковещательным) с просьбой опознать это числовое имя. Все компьютеры, получив это сообщение, сравнивают заданный номер со своим собственным. Тот компьютер, у которого обнаружилось совпадение, посылает ответ, содержащий его аппаратный адрес, после чего становится возможным отправка сообщений по локальной сети.
Сетевая операционная система Назначение ß связывает все компьютеры и периферийные устройства в сети; ß координирует функции всех компьютеров и периферийные устройства; ß обеспечивает защищенный доступ к данным и периферийным устройствам.
Сетевая операционная система Примеры | Unix | Linux | Novell/Net. Ware | семейство Windows и т. д.
Сетевая операционная система Особенности Windows’ 95/98/NT/XP ß регистрация пользователя в сети; ß управление правами доступа к файлам, папкам, дискам, принтерам; ß совместное использование файлов и программ; ß управляет работой сетевого принтера; ß планирование работы группы и обмен сообщениями с помощью Outlook; ß получение и отправка факсов при наличии факс-модема; ß создавать рабочие группы или входить в состав домена.
Сетевая операционная система Права доступа к ресурсу ¨ право на чтение; ¨ право на изменение; ¨ право на выполнение. ß ресурс (файл, папка, диск, принтер) определить как ресурс для совместного использования (сетевой); ß согласовать права доступа; ß определить права доступа; ß подключить сетевой ресурс.
Сетевая операционная система Вход/выход из сети ¨ Вход в сеть: 4 Имя пользователя 4 Пароль ¨ Выход/завершение: 4 Нажать Пуск 4 Выбрать Завершение сеанса 4 Выбрать тип действия
Сетевая операционная система Сетевое окружение ¨ ¨ ¨ Щелкнуть по пиктограмме "Сетевое окружение" Выбрать "Вся сеть" Выбрать рабочую группу/домен Выбрать искомый компьютер Выбрать требуемый ресурс Сетевое окружение в Windows XP Сетевое окружение в Windows 2000 Сетевое окружение в Windows 98
Сетевая операционная система Настройка компьютера для работы в сети ¨ Конфигурация: 4 Способ входа в сеть ¨ Идентификация ¨ Управление доступом: 4 На уровне ресурсов 4 На уровне пользователя
Сетевая операционная система Подключение сетевого диска n Сетевое окружение (любой из способов): 1. Выберите команду Подключить сетевой диск. . . в меню Файл 2. Щелкните на сетевом ресурсе правой кнопкой мыши и выберите команду Подключить сетевой диск
Сетевая операционная система Права на доступ к принтеру ¨ ¨ Печать Управление принтером Управление документами Доступ запрещен
Коммуникационная сеть - это система, состоящая из объектов (пунктов или узлов сети) и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений). Пункты осуществляют функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, а связи - передачу продукта между пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса. Сети в этих случаях называются информационные, энергетические, вещественные.
Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии, распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка) соединений.
Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой в качестве продукта выступает информация.
Вычислительная сеть (ВС) - информационная сеть, в состав которой входят ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.
Подготовка данных, передаваемых или получаемых ООД от среды передачи данных, осуществляется функциональным блоком, называемым аппаратурой окончания канала данных (АКД или DCE - Data Circuit-Terminating Equipment). АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.
На основе вычислительных сетей могут строиться автоматизированные системы (АС) - совокупность управляемого объекта и автоматических управляющих устройств, в которых часть функций управления выполняет человек-оператор; комплекс технических, программных, других средств и персонала, предназначенный для автоматизации различных процессов. В отличие от автоматической системы АС не может функционировать без участия человека.
Вычислительная система - совокупность ЭВМ и средств программного обеспечения, предназначенная для выполнения вычислительных процессов, а также любая автоматизированная система, основанная на использовании ЭВМ.
Системы обработки данных (СОД) - комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматизации и централизации обработки данных.
Системы обработки данных классифицируются на две группы: сосредоточенные и распределенные.
К сосредоточенным СОД относят отдельные ЭВМ, вычислительные комплексы и вычислительные системы; к распределенным - системы телеобработки, вычислительные сети и системы передачи данных (СПД).
Использование вычислительных сетей позволяет получить следующие результаты:
- Сокращение затрат на поиск информации.
- Доступ к общему программному обеспечению.
- Получение значительных вычислительных мощностей (доступ к специальным процессорам, объединение вычислительных мощностей, входящих в сеть, и т.д.).
- Доступ к памяти большой емкости, новые информационные технологии (сервис-интернет, дистанционное образование, банковские системы и т.д.).
Конечной целью создания любой вычислительной сети или системы передачи данных является интегральное обслуживание пользователей.
Существует основные критерии оценки ВС и СПД:
- производительность и пропускная способность;
- стоимость оборудования и монтажа;
- технологичность обслуживания;
- надежность и достоверность передачи информации;
- информационные возможности.
Централизация - процесс объединения различных данных в рамках вычислительной сети. Децентрализация - обратный процесс, когда данные распределяются по различным компьютерам сети.
Децентрализованная система - многопроцессорная система или вычислительная сеть, в которой управление распределено по различным ее узлам.
Распределенная система, или система с распределенными функциями, - автоматизированная система, в которой отдельные функции и операции реализуются ее распределенными в пространстве технологическими узлами или подсистемами, в том числе и автономными; любая вычислительная система, позволяющая организовать взаимодействие вне независимых, но связанных между собой машин.
Исторически заинтересованность компаний в централизованной обработке данных началась с мэйнфреймов. Мэйнфрейм (от англ. mainframe ) - большая универсальная ЭВМ, высокопроизводительный компьютер со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой емкости и выполнения интенсивных вычислительных работ. Если у компании не было собственных мэйнфреймов, она могла «арендовать» избыточные мощности у кого-то другого.
К 1970-м годам удаленная компьютерная обработка данных позволила начать использовать компьютерные технологии как средним, так и малым предприятиям. Это был период централизации данных и их обработки. С течением времени технологии совершенствовались и цены на ЭВМ снижались. К концу 1980-х компьютеры уменьшились настолько, что их можно стало содержать внутри обычных помещений. Пошел обратный процесс в сторону децентрализации. Централизованные системы сменились рабочими станциями, и все чаще стали использоваться термины «клиент-сервер» и «распределенные данные ».
К середине 1990-х годов всевозможные бизнес-приложения, начиная с простых бухгалтерских пакетов и заканчивая полномасштабными корпоративными решениями для управления ресурсами, стали непременными атрибутами практически для всех предприятий. Обработка данных распространилась повсеместно, как и сами данные. А затем появился Интернет, который стал использоваться как бизнес-инструмент.
Возможность мгновенно перемещать информацию в любую точку мира позволила свести практически к нулю временные и пространственные преграды, стоящие на пути распространения данных. Исчезла необходимость хранить данные в том месте, где они непосредственно добываются и используются. Более того, оказалось, что гораздо легче поддерживать точность и свежесть информации, когда она сосредоточена в одном месте. Таким образом, процессы централизации вернулись, однако вернулись на новом витке. Теперь централизация ведет к повышению информационной, а не вычислительной производительности.
Перечислим факторы, стимулирующие развитие распределенной обработки данных:
- Снижение стоимости процессоров и вычислительных машин.
- Тенденции к централизации ПО.
- Повышение квалификации пользователя.
- Необходимость повышения надежности обработки и хранения информации.
- Творчество пользователя.
- Высокая стоимость использования вычислительных каналов.
- Более удобный диалог пользователя системы.
- Проблема взаимодействия систем.
- Удаленный доступ к базам данных.
- Доступ к сетевому программному обеспечению.
- Фактор секретности хранения информации (в распределенной системе легче обеспечить секретность в отличие от централизованных систем).
- Перегрузка центральных процессоров.
- Дефицит кадровых программистов.
Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.
В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в систему комплексной автоматизации (CIM - Computer Integrated Manufacturing). Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., ив этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.
Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению. Подсети в интерсетях объединяются в соответствии с выбранной топологией с помощью блоков взаимодействия.
В зависимости от расстояний между связываемыми узлами сети разделяются на территориальные и корпоративные.
Территориальные - сети, охватывающие значительное географическое пространство. Среди них можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network):
- WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающая как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.
- LAN (Local Aiea Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров (до 10 км в радиусе).
Корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС (локально-вычислительных сетей), охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.
Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную (GAN) сеть Интернет (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина). В Интернете существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей.
Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. В этих системах существует возможность функционального расширения и изменения системы без изменения ее остальной части.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети.
Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные - сети, используемые в государственных структурах.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на:
- низкоскоростные (до 10 Мбит/с);
- среднескоростные (до 100 Мбит/с);
- высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).
Для определения скорости передачи данных в сети широко используется единица бод (baud), измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой 1 бит, бод эквивалентен 1 бит/с (в реальных коммуникациях это зачастую не выполняется).
По типу среды передачи сети разделяются на:
- проводные: коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;
- беспроводные: с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
В зависимости от способа управления различают сети:
- клиент-сервер - в них выделяется один или несколько узлов (серверов), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент-сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами, по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
- одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.
Существует так называемая «сетецентрическая концепция», в соответствии с которой пользователь может лишь приобрести дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получение информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.
По типам используемых компьютеров и устройств различают сети однородные и неоднородные.
Однородные (гомогенные) сети характеризуются тем, что в ВС связываются однотипные ЭВМ и устройства, как правило, разработанные одной фирмой, имеющие одинаковые операционные системы и однотипный состав абонентских средств. В однородных сетях значительно проще выполнять многие распределенные информационные процедуры (в качестве примера можно назвать организацию и использование распределенных баз данных).
Неоднородные (гетерогенные) сети характеризуются тем, что в ВС присутствуют средства и устройства, разработанные разными фирмами, но заложенные в них правила позволяют им бесконфликтно взаимодействовать и функционировать. В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.
В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети общего пользования (ТФОП, PSTN - Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN - Public Switched Data Network).
Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.
Вычислительные сети делятся на два больших класса: одноранговые сети (Peer-to-Рееr Network) и клиент-серверные сети (иерархические, Client-Server Network).
В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:
- Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.
- Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента.
- Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом. Сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов.
В соответствии с указанными ролями сеть может быть построена по одной из трех схем:
- сеть на основе одноранговых узлов - одноранговая сеть;
- сеть на основе клиентов и серверов - сеть с выделенными серверами;
- сеть, включающая узлы всех типов, - гибридная сеть.
Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, определяющие их области применения.
Одноранговые сети. В таких сетях все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Это сети равноправных компьютеров, каждый их которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки операционной системы (ОС). Каждый компьютер может одновременно являться и сервером и клиентом сети, хотя вполне допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом. Каждый пользователь может объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут с ним работать. В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается такая операционная система, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Например, каждый компьютер может предоставить доступ к файлам, размещенным на его дисках, и подключенным к нему принтерам.
При потенциальном равноправии всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. Обычно некоторые пользователи не желают предоставлять свои ресурсы для совместного доступа. В таком случае серверные возможности их операционных систем не активизируются, и компьютеры играют роль «чистых» клиентов.
В то же время администратор может закрепить за некоторыми компьютерами сети только функции, связанные с обслуживанием
запросов от остальных компьютеров, превратив их таким образом в «чистые» серверы, за которыми пользователи не работают. В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами, но это только внешнее сходство - между двумя типами сетей остается существенное различие. Изначально в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от того, какую роль играет компьютер - клиента или сервера. Изменение роли компьютера в одноранговой сети достигается за счет того, что функции серверной или клиентской части не используются.
Одноранговые сетевые ОС способны предоставлять большинство тех же сервисов и ресурсов, что и клиент-с ер верные сетевые ОС. Они также характеризуются простотой установки и относительной дешевизной.
Достоинством одноранговых сетей является их высокая гибкость: в зависимости от конкретной задачи сеть может использоваться очень активно либо совсем не использоваться. Из-за большой самостоятельности компьютеров в таких сетях редко возникают перегрузки (к тому же количество компьютеров обычно невелико, не больше 10). Установка одноранговых сетей довольно проста. Кроме того, не требуются дополнительные дорогостоящие серверы, . Пользователи сами могут управлять своими ресурсами. В одноранговых сетях допускается определение различных прав пользователей по доступу к сетевым ресурсам, но система разграничения прав развита слишком слабо. Если каждый ресурс защищен своим паролем, то пользователю приходится запоминать большое число паролей.
Однако такие сети менее надежны и эффективны, чем полноценные клиент-серверные сети. Более того, производительность одноранговых сетей значительно снижается при увеличении размеров сети и количества участвующих в сетевых взаимодействиях компьютеров. Эксплуатация и поддержка таких сетей часто являются непростыми задачами. Из-за отсутствия централизованного управления администраторы вынуждены управлять множеством сервисов на каждой машине отдельно, обеспечивая корректность одновременного функционирования пользовательских приложений и серверных компонентов. Такая работа усложняется еще и тем, что пользователи, работающие на каждом из компьютеров, имеют возможность самостоятельно изменять настройки ОС, что нередко приводит к неработоспособности всего программного обеспечения этой машины.
К недостаткам одноранговых сетей относятся слабая система контроля и протоколирования работы сети, трудности с резервным копированием информации. Эффективная скорость передачи информации по одноранговой сети часто оказывается недостаточной, поскольку трудно обеспечить быстродействие процессоров, большой объем операций памяти и высокие скорости обмена с жестким диском для всех компьютеров сети. К тому же компьютеры работают не только на сеть, но и решают другие задачи.
Считается, что одноранговая сеть наиболее эффективна в небольших сетях, в которых количество компьютеров не превышает 10-20 единиц. В этом случае нет необходимости в применении централизованных средств администрирования - нескольким пользователям нетрудно договориться между собой о перечне разделяемых ресурсов и паролях доступа к ним. При увеличении количества компьютеров сетевые операции замедляют работу и создают множество других проблем. Тем не менее для небольшого офиса одноранговая сеть - это оптимальное решение. Самая распространенная в настоящий момент одноранговая сеть - сеть на основе Windows XP или более ранних версий ОС Windows.
В больших сетях необходимы средства централизованного администрирования, хранения и обработки данных, а особенно защиты данных. Такие возможности легче обеспечить в сетях с выделенными серверами.
Клиент-серверные сети применяются в тех случаях, когда в сеть должно быть объединено много компьютеров (более 20), которые постоянно используют множество пользователей, и возможностей одноранговых сетей уже не хватает. Тогда в сеть включают специализированный компьютер (или компьютеры) - выделенный сервер . Это абонент сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т.е. служит только сети. Клиентом сети называется абонент сети, который использует ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т.е. сеть его обслуживает. Компьютер-клиент часто называют рабочей станцией .
В сетях с выделенными серверами используются специальные варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в роли серверов и называются серверными ОС. Пользовательские компьютеры в таких сетях работают под управлением клиентских ОС. Серверные компьютеры предоставляют свои ресурсы клиентским рабочим станциям.
Сетевая ОС, работающая на сервере (серверная ОС), отвечает за координацию всех действий, связанных с использованием всех ресурсов и сервисов этого сервера. Клиентом в такой сети является любое сетевое устройство, формирующее запросы к серверу для использования его ресурсов и сервисов (например, рабочие станции пользователей). Для обеспечения взаимодействия клиента и сервера на клиенте устанавливается и функционирует клиентское программное обеспечение, поддерживающее общий протокол взаимодействия клиента и сервера.
В таких сетях пользователи обычно регистрируются в сети со своей рабочей станции. Для регистрации пользователь сообщает серверу свое имя и пароль. Если сообщенные пользователем имя и пароль корректны, то сервер аутентифицирует пользователя и предоставляет доступ ко всем ресурсам и сервисам, на которые пользователю были даны права. В соответствии с назначенными пользователю правами серверная ОС предоставляет приложениям пользователя необходимые для их работы ресурсы и сервисы.
Серверная ОС управляет множеством аппаратных ресурсов сервера, например дисками, оперативной памятью, принтерами, модемами. Файловая система сервера тоже является примером серверного ресурса.
В дополнение к перечисленному серверная ОС предоставляет множество сервисов, включая координацию доступа и совместного использования файлов (в том числе механизмов блокировки файлов и записей) и принтеров, управление памятью сервера, обеспечение безопасности данных и предоставление возможностей сетевого взаимодействия.
Выполнение этих задач специально разработанной серверной ОС гарантирует надежность и безопасность любых данных, хранящихся и обрабатывающихся на сервере.
Специализация операционной системы для работы в роли сервера является естественным способом повышения эффективности серверных операций. А необходимость такого повышения часто ощущается весьма остро, особенно в большой сети. При существовании в сети сотен или даже тысяч пользователей интенсивность запросов к разделяемым ресурсам может быть очень значительной, и сервер должен справляться с этим потоком запросов без больших задержек. Очевидным решением проблемы является использование в качестве сервера компьютера с мощной аппаратной платформой и операционной системой, оптимизированной для серверных функций.
Чем меньше функций выполняет ОС, тем более эффективно можно их реализовать, поэтому для оптимизации серверных операций разработчики ОС вынуждены ограничивать некоторые другие ее функции, причем иногда даже полностью отказываться от них. Существует несколько принципиальных особенностей серверных ОС:
- поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных;
- поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений;
- включение в состав ОС компонентов централизованного администрирования сети (например, справочной службы или службы аутентификации и авторизации пользователей сети);
- более широкий набор сетевых служб.
Клиентские операционные системы в сетях с выделенными серверами обычно освобождаются от серверных функций, что значительно упрощает их организацию. Разработчики клиентских ОС уделяют основное внимание пользовательскому интерфейсу и клиентским частям сетевых служб. Наиболее простые клиентские ОС поддерживают только базовые сетевые службы, обычно файловую и службу печати. В то же время существуют так называемые универсальные клиенты, которые поддерживают широкий набор клиентских частей, позволяющих им работать практически со всеми серверами сети.
Большинство сетевых ОС выпускаются в двух версиях. Одна версия предназначена для работы в качестве серверной ОС, а другая - для работы на клиентской машине. Эти версии чаще всего основаны на одном и том же базовом коде, но отличаются набором служб и утилит, а также параметрами конфигурации, в том числе устанавливаемыми по умолчанию и не поддающимися изменению.
Например, операционная система Windows 2000 выпускалась в версии для рабочей станции - Windows 2000 Workstation, а в версии для выделенного сервера - Windows 2000 Server. Оба варианта операционной системы включают клиентские и серверные части многих сетевых служб.
Так, ОС Windows 2000 Workstation, кроме выполнения функций сетевого клиента, может предоставлять сетевым пользователям файловый сервис, сервисы печати, удаленного доступа и другие, а следовательно, может служить основой для одноранговой сети. С другой стороны, ОС Windows 2000 Server содержит все необходимые средства, которые позволяют задействовать компьютер в качестве клиентской рабочей станции. Под управлением ОС Windows 2000 Server локально запускаются прикладные программы, которые могут потребовать выполнения клиентских функций ОС при появлении запросов к ресурсам других компьютеров сети.
Windows 2000 Server имеет такой же развитый графический интерфейс, как и Windows 2000 Workstation, что позволяет с равным успехом применять эти ОС для интерактивной работы пользователя или администратора. Однако версия Windows 2000 Server имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети, так как может выполнять более широкий набор функций, поддерживает большее количество одновременных соединений с клиентами, реализует централизованное управление сетью, имеет более развитые средства защиты. Поэтому рекомендуется применять Windows 2000 Server в качестве ОС для выделенных серверов, а не клиентских компьютеров.
Наиболее популярные серверные ОС:
Windows NT/2000/2003/2008 Server - решение компании Microsoft;
Unix Solaris, MP-UX, ATX, FreeBSD;
Novell NetWare 5.1/6.0/6.5.
Серверы специально оптимизированы для быстрой обработки сетевых запросов на разделяемые ресурсы, а также для управления защитой файлов и каталогов. Однако при больших размерах сети мощности одного сервера может оказаться недостаточно, и тогда в сеть включают несколько серверов.
Серверы могут выполнять и некоторые другие задачи:
- сетевая печать;
- выход в глобальную сеть;
- связь с другой локальной сетью;
- обслуживание электронной почты и т.п.
Количество пользователей сети на основе серверов может достигать нескольких тысяч. Одноранговой сетью такого размера управлять просто было бы невозможно (каждый пользователь должен быть администратором).
Кроме того, в сети на основе сервера можно легко менять количество подключаемых компьютеров. Такие сети называются масштабируемыми.
Под сервером и клиентом часто понимают не сами компьютеры, а работающие на них приложения. В этом случае приложение, которое отдает ресурсы в сеть, является сервером, а приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, называется клиентом.
Достоинством сети на основе сервера часто называют надежность. Это верно, но только с одной оговоркой: если сервер действительно точно надежен. В противном случае любой отказ сервера приводит к полному параличу сети, в отличие от одноранговой сети, где отказ одного из компьютеров не приводит к отказу всей сети. Бесспорное достоинство сети с сервером - высокая скорость обмена, так как сервер всегда оснащается быстрым процессором (или даже несколькими), ОЗУ большого объема и быстрыми жесткими дисками.
Так как все ресурсы сети с серверами собраны в одном месте, возможно применение гораздо более мощных средств управления доступом, зашиты данных, протоколирования обмена, чем в одноранговых сетях. Для обеспечения надежной работы сети при аварии электропитания применяется бесперебойное электропитание сервера. В данном случае это гораздо проще, чем в одноранговой сети, где желательно оснащать источником бесперебойного питания все компьютеры сети.
К недостаткам сети на основе сервера относятся зависимость всех компьютеров-клиентов от работы сервера, а также более высокая стоимость вследствие дорогого сервера для администрирования сети (т.е. для управления распределением ресурсов контроля прав доступа и защиты данных файловой системы резервирования файлов).
В сети на основе серверов обязательно наличие специального человека-администратора сети, имеющего соответствующую квалификацию. С другой стороны, централизованное администрирование облегчает обслуживание сети и позволяет оперативно решать все вопросы. Особенно это важно для надежной защиты данных от несанкционированного доступа. В одноранговой сети можно обойтись и без администратора, но при этом все пользователи сети должны иметь хоть какое-то представление об администрировании.
4. Сеть, в которой допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом: ...
- одноранговая
- одноуровневая
- клиент-сервер
- иерархическая
- полуиерархическая
- серверная
5. Достоинства одноранговых сетей: ...
- простота установки
- отсутствие дорогостоящих серверов
- нет необходимости в системном администрировании
- пользователи могут сами управлять своими ресурсами
- высокая надежность сети
- отказ одного из компьютеров не приводит к полному сбою сети
- высокая скорость обмена данными
- бесперебойное электропитание нужно устанавливать только на главном компьютере
6. Недостатки одноранговых сетей: ...
- слабая система контроля и протоколирования работы сети
- сетевые операции замедляют работу сети
- зависимость компьютеров-клиентов от сервера
- высокая стоимость
- обязательное централизованное администрирование
7. Оптимальное максимальное число компьютеров одноранговой сети - ...
- не ограничено
8. Одноранговая сеть вполне подходит там, где: ...
- количество пользователей не превышает нескольких человек
- потоки данных невелики
- в будущем не ожидается значительного расширения сети
9. Нежелательно реализовывать одноранговую сеть там, где: ...
- необходима высокая скорость передачи данных
- в будущем ожидается значительное расширение сети
- основным является вопрос защиты данных
- пользователи расположены на большом расстоянии друг от друга
- пользователи расположены компактно
- вопросы защиты данных не критичны
- потоки данных невелики
10. Для реализации одноранговой сети необходимо: ...
- приобрести дорогостоящий сервер
- приобрести достаточно мощные компьютеры
- чтобы пользователи были расположены на значительном расстоянии друг от друга
- чтобы пользователи были расположены компактно
- взять на работу системного администратора
11. Для объединения двух компьютеров в локальную сеть необходимо: ...
- чтобы компьютеры были оснащены сетевой картой
- приобрести сервер
- чтобы в качестве кабельной системы было выбрано оптоволокно
- чтобы компьютеры находились на незначительном расстоянии друг от друга
- подключить к компьютерам модем
- чтобы оперативная память обоих компьютеров была не менее 250 Мбайт
12. В архитектуре клиент-сервер клиенты - это: ...
- рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя
- объекты, предоставляющие сервис другим объектам сети по их запросам
- сотрудники данной организации, которые используют программное обеспечение с лицензионных дисков
- модемы, позволяющие рабочим станциям связываться с другими сетями
- системные администраторы
- абоненты сети, которые только используют сетевые ресурсы, но сами свои ресурсы в сеть не отдают
13. Сервер - это...
- объект сети, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам
- абонент сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т.е. служит только сети
- модем, позволяющий рабочим станциям связываться с другими сетями
- процесс обслуживания клиентов
- центральный процессор
14. Интерфейсы пользователя - это...
- процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью
- рабочий стол станции-клиентов
- оконечное оборудование данных
- соседние компьютеры сети
- документация по работе с программным обеспечением
15. Выделенный сервер - это...
- сервер, занимающийся только сетевыми задачами
- сетевой принтер
- сервер, который помимо обслуживания сети занимается другими задачами
- сервер, который обслуживает только администрацию предприятия
- сервер, который обслуживает узкий круг пользователей общей сети
16. Предпочтение клиент-серверной сети нужно отдать, если: ...
- количество пользователей больше 10
- требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование
- нужен доступ к глобальной сети
- требуется разделять ресурсы на уровне пользователей
- нет возможности или необходимости в централизованном администрировании
- вопросы защиты данных не критичны
17. Преимущества клиент-серверной архитектуры: ...
- возможность организации сети с большим количеством рабочих станций
- обеспечение централизованного управления учетными записями пользователей
- эффективный доступ к сетевым ресурсам
- пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа
- нет необходимости в системном администрировании
- невысокая стоимость
18. В клиент-серверной архитектуре выделяются группы объектов: ...
- клиенты
- серверы
- данные
- сетевые службы
- системные администраторы
- сетевые принтеры
19. Недостатки клиент-серверной архитектуры: ...
- неисправность главного компьютера может сделать сеть неработоспособной
- необходимость квалифицированного персонала для администрирования
- высокая стоимость сетей и сетевого оборудования
- система разграничения прав не слишком развита
- бесперебойное электропитание нужно устанавливать на всех компьютерах, входящих в сеть
- невозможность обеспечения конфиденциальности данных
Ответы:
1 - а, b, с, d; 2 - a, b; 3 - a, b; 4 - a, b; 5 - а, b, с, d, f; 6 - a, b, c, d; 7 - a; 8 - a, b, с, d, e; 9 - а, b, c, d;10 - b, d; 11 - a, d; 12 - a, f; 13 - a, b; 14 - a; 15 - a; 16 - a, b, c; 17 - a, b, c, d; 18 - a, b, c, d; 19 - a, b, c.
Понятие сети ЭВМ
Под сетью ЭВМ понимают соединение двух и более ЭВМ с целью совместного использования их ресурсов (процессоров, устройств памяти, устройств ввода/вывода, данных). По степени охвата территории различают сети:
· локальные (местные) - в пределах одного учреждения, помещения (или при максимальном удалении ЭВМ не более 1км.)
· региональные - внутри населенного пункта, района
· национальные - внутри государства
· глобальные
По степени доступности различают корпоративные и общедоступные сети.
По топологии (способу объединения ЭВМ) различают:
· звездообразную топологию
При таком способе обмен данными между ЭВМ осуществляется через более мощную ЭВМ - сервер. Недостатком такого соединения является низкая живучесть сети - выход из строя сервера означает прекращение функционирование сети. Однако, простота и дешевизна реализации сделала эту структуру популярной в локальных сетях.
· топологию с общей шиной
При этом способе обмен данными происходит через общую шину, которую используя механизм прерывания может "захватывать" тот или иной компьютер. Характерной особенностью здесь является отсутствие сервера. Очень часто используется в локальных сетях, а уж в "домашних" повсеместно.
· кольцевая топология
В этой структуре каждая ЭВМ используя механизм прерывания работает в качестве ретранслятора. Обратите внимание, живучесть сети повышена - при одиночном обрыве связи между соседними ЭВМ сеть продолжает функционировать.
· полная топология
Соединение ЭВМ "каждая с каждой" позволяют получить сеть самую дорогую, но и обладающую максимальной живучестью.
Характеристики сетей ЭВМ
Операционные возможности - это перечень основных услуг предоставляемых сетью пользователю по обработке, хранению и передачи данных.
Время реакции сетей - Это интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо услуге сети и моментом получения ответа на данный запрос.
Время реакции сети (Т) состоит:
· Время подготовки запроса пользователя
· Время доступа запроса к средствам передачи данных
· Время передачи запроса до адресата через промежуточные средства телекоммуникации
· Время обработки запроса и подготовки ответа
· Время передачи ответа
· Время обработки ответа источником запроса
Пропускная способность - это объем данных (бит/с) передаваемых сетью в единицу времени и является наряду с задержкой передачи характеристикой, показывающей непосредственно качество передачи данных.
Надежность – эта характеристика складывается из:
· Коэффициент готовности сети – это доля времени в течении которого сеть выполняет возложенные на нее функции
· Вероятность доставки данных без искажений (вероятность потери данных)
· Безопасность – защита данных от несанкционированного доступа
· Отказоустойчивость – способность сети работать при отказе отдельных структурных функциональных элементов сети
Расширяемость и маштабируемость сети.
Расширяемость – характеризует степень легкости замены или добавления / удаления отдельных элементов сети.
Маштабируемость – возможность расширения сети в широких пределах без заметного ухудшения качества функционирования сети.
Производительность сети - Это суммарная производительность всех вычислительных систем, входящих в сеть, характеризует вычислительную мощность всей сети.
Прозрачность, управляемость и совместимость.
Прозрачность – характеризует степень простоты работы пользователя в сети
Управляемость – это возможность контроля состояния сети и ее отдельных компонентов, возможность разрешения возникающих в сети проблем, возможность анализа качества функционирования сети.
Совместимость – возможность сети включать в себя разнообразное программное, техническое обеспечение, произведенное самыми разными производителями (интегрируемость). Она достигается соблюдением разными производителями единых правил производства продукции (стандартов).
Стоимость обработки данных - Характеризует эффект и целесообразность построения и использования сети. Определяется из стоимости средств используемых для обработки, передачи и хранения данных с учетом их объема.
Модель ISO OSI
В 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (International Standard Organization, ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI).
Модель представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает уровневый подход к построению сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Посредством деления на уровни сетевая модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения.
Модель OSI разделяет сетевые функции на семь уровней: прикладной, уровень представления, сессионный, транспортный, сетевой, канальный и физический.
Классифицировать сети можно по различным признакам – однородности компонентов, иерархичности, территориального размещения, принадлежности, среде передачи.
Однородность компонентов. Сеть может состоять как из однотипных устройств (гомогенные), так и из устройств различного типа (гетерогенные). Гомогенные сети были распространены в 70-80 годы, когда была характерна поставка "под ключ" единого комплекта сети от одного производителя. В настоящее время практически не встречаются.
Иерархичность . Одноранговые сети, все компьютеры в которых имеют одинаковые права, и иерархические (сети с выделенными серверами и управляющими устройствами). Применяются сети обоих типов, например, сеть небольшого офиса часто состоит из равноправных компьютеров без выделенного сервера, сетью здания удобнее управлять из единого центра, сеть Интернет – формально одноранговая.
Территориальное размещение. Чёткого критерия нет, особенно в настоящее время, когда сети всех типов строятся на общих принципах семейства протоколов TCP/IP, но принято различать локальные (комната, здание, типичное расстояние между компьютерами – от единиц до сотен метров), территориальные (крупное предприятие, небольшой город, типичные расстояния – единицы километров) и глобальные сети (сотни и тысячи километров). Также иногда выделяют городские сети (десятки километров) и личные сети (десятки метров).
Принадлежность. Частные, корпоративные, государственные и публичные сети. Классификация ясна из названия.
Среда передачи . Сети с общей средой передачи, когда все участники сети общаются через единое физическое пространство, или сети с коммутируемой средой передачи, когда в сети поддерживается множество отдельных каналов связи. Также по среде передачи можно различать проводные (электрические, оптические) и беспроводные (радио) сети.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем osi. Основные функции уровневых подсистем.
Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием - декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.
Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями.
В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены. Средства сетевого взаимодействия тоже могут быть представлены в виде иерархически организованного множества модулей.
Без принятия всеми производителями общих правил построения оборудования прогресс в деле строительства сетей был бы невозможен. Поэтому всё развитие компьютерной отрасли отражено в стандартах – любая новая технология только тогда может широко использоваться, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте, а пока стандарта нет – это не технология, а всего лишь экспериментальная разработка.
В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная модель взаимодействия OSI (Open Systems Interconnection) – абстрактная сетевая модель коммуникации и разработки сетевых протоколов. Модель рассматривает сеть по уровням, каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.
Уровни нумеруются от низшего (физического) до высшего (прикладного), но рассмотрим мы их сверху вниз – по порядку использования.
7. Прикладной уровень (Application layer)
Верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских программ – то есть собственно то, что нужно пользователю от сети.
6. Представительский уровень (Presentation layer)
Отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.
5. Сеансовый уровень (Session layer)
Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.
4. Транспортный уровень (Transport layer)
Предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом не важно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает.
3. Сетевой уровень (Network layer)
Предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети.
2. Канальный уровень (англ. Data Link layer)
Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.
1. Физический уровень (Physical layer)
Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов.
Семиуровневая модель OSI является теоретической , непосредственно на основе этой модели сети не строят, но она очень полезна для понимания построения сети.
1.3. Многоуровневая организация вычислительных сетей
1.3.1. Требования к организации компьютерных сетей
Для обеспечения эффективного функционирования к компьютерным сетям предъявляются требования, основными среди которых являются
1) открытость – возможность добавления в сеть новых компонентов (узлов и каналов связи, средств обработки данных) без изменения существующих технических и программных средств;
2) гибкость – сохранение работоспособности при изменении структуры сети в результате сбоев и отказов отдельных компонентов сети
или при замене оборудования; 3) совместимость – возможность работы в сети оборудования
разного типа и разных производителей; 4) масштабируемость – способность сети увеличивать свою
производительность при добавлении ресурсов (узлов и каналов связи); 5) эффективность – обеспечение требуемого качества обслуживания
пользователей, задаваемого в виде показателей производительности, временны х задержек, надежности и т.д., при минимальных затратах.
Требования к организации компьютерных сетей
открытость совместимость эффективность
гибкость масштабируемость
Указанные требования реализуются за счет многоуровневой
организации управления процессами в сети, в основе которой лежат понятия процесса, уровня, интерфейса и протокола (рис.1.17).
Понятия многоуровневой организации
прикладной
системный
Интерфейс
программный
Протокол
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
1.3.2. Понятия процесса и уровня
Функционирование вычислительных систем и сетей удобно описывать в терминах процессов.
Процесс – динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки или передачи данных.
Процессы делятся на:
1) прикладные – обработка данных в ЭВМ и терминальном оборудовании, а также передача данных в СПД;
2) системные – обеспечение прикладных процессов (активизация терминала для прикладного процесса, организация связи между процессами и др.).
Данные между процессами передаются в виде сообщений через логические программно-организованные точки, называемые портами .
Порты разделяются на входные и выходные .
Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом или сессией .
В каждом узле обработки данных (компьютере) могут одновременно выполняться несколько независимых прикладных процессов, связанных, например, с обработкой данных (такие процессы называются вычислительными процессами). Эти процессы путём обмена сообщениями через соответствующие порты могут взаимодействовать с прикладными процессами, протекающими в других узлах вычислительной сети так, как это показано на рис.1.18.
Здесь в узле 1 и 2 выполняются по 3 прикладных процесса А1 , А2 , А3
и В 1 , В2 , В3 соответственно, а в узле 3 выполняется один прикладной процесс С. Эти процессы через соответствующие порты обмениваются сообщениями, причем процесс С обменивается сообщениями через два порта: входной, через который поступают сообщения от процесса В3 , и выходной, который служит для передачи сообщений от процесса С к процессу А1 .
Процесс: А1 А2 А3 |
Процесс: В1 В2 В3 |
Сообщения |
|
Процесс С |
|
Одним из основных понятий многоуровневой организации |
|
управления процессами в компьютерных сетях является понятие уровня, |
|
которое лежит в основе моделей всех сетевых технологий. |
|
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
Уровень (layer) – понятие, позволяющее разделить всю совокупность функций обработки и передачи данных в вычислительной сети на несколько иерархических групп. На каждом уровне реализуются определенные функции обработки и передачи данных с помощью аппаратных и/или программных средств сети. Каждый уровень обслуживает вышележащий уровень и, в свою очередь, пользуется услугами нижележащего.
1.3.3. Модель взаимодействия открытых систем (OSI-модель)
Международная Организация по Стандартам (МОС, International Standards Organization – ISO) предложила в качестве стандарта открытых систем семиуровневую коммуникационную модель (рис.1.19), известную как OSI-модель (Open Systems Interconnection) – модель Взаимодействия Открытых Систем (ВОС).
Узел (система) А |
Узел (система) В |
|||||||
прикладной |
application layer |
|||||||
представления |
presentation layer |
|||||||
сеансовый |
||||||||
транспортный |
||||||||
канальный |
||||||||
физический |
||||||||
Передающая среда |
||||||||
Каждый уровень OSI-модели отвечает за отдельные специфические функции в коммуникациях и реализуется техническими и программными средствами вычислительной сети.
1.3.3.1. Физический уровень
Уровень 1 – физический (physical layer) – самый низкий уровень OSI-модели, определяющий процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами (узлами сети).
Реализует управление каналом связи:
∙ подключение и отключение канала связи;
∙ формирование передаваемых сигналов и т.п.
Описывает:
∙ механические, электрические и функциональные характеристики среды передачи;
∙ средства для установления, поддержания и разъединения физического соединения.
Обеспечивает при необходимости:
∙ кодирование данных;
∙ модуляцию сигнала, передаваемого по среде.
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
Данные физического уровня представляют собой поток битов (последовательность нулей или единиц), закодированные в виде электрических, оптических или радио сигналов.
Из-за наличия помех, воздействующих на электрическую линию связи, достоверность передачи , измеряемая как вероятность искажения одного бита, составляет 10-4 – 10 -6 . Это означает, что в среднем на 10000 – 1000000 бит передаваемых данных один бит оказывается искажённым.
1.3.3.2. Канальный уровень
Канальный уровень или уровень передачи данных (data link layer)
является вторым уровнем OSI-модели. Реализует управление:
∙ доступом сетевых устройств к среде передачи, когда два или более устройств могут использовать одну и ту же среду передачи;
∙ надежной передачей данных в канале связи, позволяющей увеличить достоверность передачи данных на 2-4 порядка.
Описывает методы доступа сетевых устройств к среде передачи, основанные, например, на передаче маркера или на соперничестве.
Обеспечивает:
∙ функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разрыва соединения;
∙ управление потоком для предотвращения переполнения приемного устройства, если его скорость меньше, чем скорость передающего устройства;
∙ надежную передачу данных через физический канал с вероятностью искажения данных 10-8 – 10 -9 за счёт применения методов и средства контроля передаваемых данных и повторной передачи данных при обнаружении ошибки.
Таким образом, канальный уровень обеспечивает достаточно надежную передачу данных через ненадежный физический канал.
Блок данных, передаваемый на канальном уровне, называется
кадром (frame).
На канальном уровне появляется свойство адресуемости
передаваемых данных в виде физических (машинных) адресов, называемых также MAC-адресами и являющихся обычно уникальными идентификаторами сетевых устройств.
Как будет показано в разделе 3, универсальные МАС-адреса в ЛВС Ethernet и Token Ring являются 6-байтными и записываются в шестнадцатеричном виде, причём байты адреса разделены дефисом,
например: 00-19-45-A2-B4-DE .
К процедурам канального уровня относятся:
∙ добавление в кадры соответствующих адресов;
∙ контроль ошибок;
∙ повторная, при необходимости, передача кадров.
На канальном уровне работают ЛВС Ethernet, Token Ring и FDDI.
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
1.3.3.3. Сетевой уровень
Сетевой уровень (network layer), в отличие от двух предыдущих, отвечает за передачу данных в СПД и управляет маршрутизацией сообщений – передачей через несколько каналов связи по одной или нескольким сетям, что обычно требует включения в пакет сетевого адреса получателя.
Блок данных, передаваемый на сетевом уровне, называется пакетом
(packet).
Сетевой адрес – это специфический идентификатор для каждой промежуточной сети между источником и приемником информации.
Сетевой уровень реализует:
∙ обработку ошибок,
∙ мультиплексирование пакетов;
∙ управление потоками данных.
Самые известные протоколы этого уровня:
∙ Х.25 в сетях с коммутацией пакетов;
∙ IP в сетях TCP/IP;
∙ IPX/SPX в сетях NetWare.
Кроме того, к сетевому уровню относятся протоколы построения маршрутных таблиц для маршрутизаторов: OSPF, RIP, ES-IS, IS-IS.
1.3.3.4. Транспортный уровень
Транспортный уровень (transport layer) наиболее интересен из высших уровней для администраторов и разработчиков сетей, так как он управляет сквозной передачей сообщений между оконечными узлами сети ("end-end"), обеспечивая надежность и экономическую эффективность передачи данных независимо от пользователя. При этом оконечные узлы возможно взаимодействуют через несколько узлов или даже через несколько транзитных сетей.
На транспортном уровне реализуется:
1) преобразование длинных сообщений в пакеты при их передаче в сети и обратное преобразование;
2) контроль последовательности прохождения пакетов ;
3) регулирование трафика в сети ;
4) распознавание дублированных пакетов и их уничтожение.
Способ коммуникации "end-end" облегчается еще одним способом адресации – адресом процесса , который соотносится с определенной прикладной программой (прикладным процессом), выполняемой на компьютере. Компьютер обычно выполняет одновременно несколько программ, в связи с чем необходимо знать какой прикладной программе (процессу) предназначено поступившее сообщение. Для этого на
транспортном уровне используется специальный адрес, называемый адресом порта . Сетевой уровень доставляет каждый пакет на конкретный
адрес компьютера, а транспортный уровень передаёт полностью собранное сообщение конкретному прикладному процессу на этом компьютере.
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
Транспортный уровень может предоставлять различные типы сервисов, в частности, передачу данных без установления соединения или с предварительным установлением соединения. В последнем случае перед началом передачи данных с использованием специальных управляющих пакетов устанавливается соединение с транспортным уровнем компьютера, которому предназначены передаваемые данные. После того как все данные переданы, подключение заканчивается. При передаче данных без установления соединения транспортный уровень используется для передачи одиночных пакетов, называемых дейтаграммами , не гарантируя их надежную доставку. Передача данных с установлением соединения применяется для надежной доставки данных.
1.3.3.5. Сеансовый уровень
Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает обслуживание двух "связанных" на уровне представления данных объектов сети и управляет ведением диалога между ними путем синхронизации, заключающейся в установке служебных меток внутри длинных сообщений. Эти метки позволяют после обнаружения ошибки повторить передачу данных не с самого начала, а только с того места, где находится ближайшая предыдущая метка по отношению к месту возникновения ошибки.
Сеансовый уровень предоставляет услуги по организации и синхронизации обмена данными между процессами уровня представлений.
На сеансовом уровне реализуется:
1) установление соединения с адресатом и управление сеансом;
2) координация связи прикладных программ на двух рабочих станциях.
1.3.3.6. Уровень представления
Уровень представления (presentation layer) обеспечивает совокупность служебных операций, которые можно выбрать на прикладном уровне для интерпретации передаваемых и получаемых данных. Эти служебные операции включают в себя:
∙ управление информационным обменом ;
∙ преобразование (перекодировка) данных во внутренний формат каждой конкретной ЭВМ и обратно;
∙ шифрование и дешифрование данных с целью защиты от несанкционированного доступа;
∙ сжатие данных , позволяющее уменьшить объём передаваемых данных, что особенно актуально при передаче мультимедийных данных, таких как аудио и видео.
Служебные операции этого уровня представляют собой основу всей семиуровневой модели и позволяют связывать воедино терминалы и средства вычислительной техники (компьютеры) самых разных типов и производителей .
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
1.3.3.7. Прикладной уровень
Прикладной уровень (application layer) обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя, а также управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети. Другими словами, прикладной уровень обеспечивает интерфейс между прикладным ПО и системой связи. Он предоставляет прикладной программе доступ к различным сетевым службам, включая передачу файлов и электронную почту.
1.3.3.8. Процесс передачи сообщений в OSI-модели
Транспортный, сеансовый, представительский и прикладной уровни
(уровни 4 – 7) относятся к высшим уровням OSI-модели . В отличие от низших уровней (1 – 3) они отвечают за коммуникации типа "end-end",
т.е. коммуникации между источником и приемником сообщения.
В соответствии с OSI-моделью сообщения в передающем узле А (компьютере) проходят вниз через все уровни от верхнего У 7 до самого нижнего У 1 (рис.1.20), причем многоуровневая организация управления процессами в сети порождает необходимость модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения применительно к функциям, реализуемым на этом уровне. Модификация заключается в добавлении к сообщению на каждом уровне соответствующих заголовков З i и концевиков К i , называемых обрамлением сообщения , в которых содержится информация об адресах взаимодействующих объектов, а также информация, необходимая для обработки сообщения на данном уровне.
Узел (система) А |
Узел (система) В |
|||||||||
С К6 К5 |
З 5 З 6 |
С К6 К5 |
||||||||
З2 … |
С К6 … |
З2 … |
С К6 … |
|||||||
Поток битов |
||||||||||
Когда сообщение достигает низшего (физического) уровня У 1 , оно |
||||||||||
пересылается к другому узлу В в виде потока битов, представляющего |
||||||||||
собой физические сигналы (электрические, оптические или радиоволны) |
||||||||||
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
передающей среды. В приемном узле (компьютере) сообщение от нижнего физического уровня У 1 проходит наверх через все уровни, где от него отсекаются соответствующие заголовки и концевики. Таким образом, каждый уровень оперирует с собственным заголовком и концевиком, за счет чего обеспечивается независимость данных, относящихся к разным уровням управления передачей сообщений.
1.3.4. IEEE-модель локальных сетей
Институт инженеров по электронике и электротехнике (Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE) предложил вариант OSI-модели,
используемый при разработке и проектировании локальных сетей и получивший название IEEE-модели .
В IEEE-модели канальный уровень разбивается на два подуровня
∙ подуровень управления доступом к среде передачи (Medium Access Control , MAC-подуровень), описывающий способ доступа сетевого устройства к среде передачи данных ;
∙ подуровень управления логическим соединением (Logical Link Control , LLC-подуровень), описывающий способ установления и
завершения соединения, а также способ передачи данных.
LLC-подуровень предо- |
||||||||
ставляет более высоким уровням |
Уровни OSI-модели |
Подуровни |
||||||
возможность |
управлять качест- |
|||||||
Прикладной |
||||||||
вом услуг и обеспечивает сервис |
||||||||
Представления |
||||||||
трех типов: |
||||||||
1) сервис без установления |
||||||||
Сеансовый |
||||||||
соединения и без подтверждения |
||||||||
Транспортный |
||||||||
доставки; |
||||||||
Сетевой |
||||||||
2) сервис без установления |
||||||||
соединения с |
подтверждением |
2 - канальный |
||||||
доставки; |
||||||||
3) сервис с установлением |
||||||||
соединения. |
Физический |
|||||||
установления |
||||||||
соединения |
подтверждения |
|||||||
доставки не гарантирует доставку данных и обычно применяется в приложениях, использующих для контроля передачи данных и защиты от ошибок протоколы более высоких уровней.
Сервис с установлением соединения обеспечивает надежный обмен данными.
Главной функцией МАС-уровня является обеспечение доступа к каналу передачи данных. На этом уровне формируется физический адрес устройства, который называется МАС-адресом . Каждое устройство сети идентифицируется этим уникальным адресом, который присваивается всем сетевым устройствам.
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
1.3.5. Понятия интерфейса и протокола
Описание сетевой технологии и алгоритма функционирования компьютерной сети связано с описанием соответствующих интерфейсов и протоколов.
Интерфейс – соглашение о взаимодействии (границе) между уровнями одной системы, определяющее структуру данных и способ (алгоритм) обмена данными между соседними уровнями OSI-модели.
Интерфейсы подразделяются на:
1) схемные – совокупность интерфейсных шин;
2) программные – совокупность процедур реализующих порядок взаимодействия между уровнями.
Протокол – совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры взаимодействия процессов одноименных уровней на основе обмена сообщениями.
Описание протокола предполагает задание:
1) логической характеристики протокола, определяющей
структуру (формат) и содержание (семантику) сообщений путём
перечисления типов сообщений и их смысла; 2) процедурной характеристики протокола , представляющей
собой правила выполнения действий , предписанных протоколом взаимодействия и задаваемых в форме: операторных схем алгоритмов. автоматных моделей, сетей Петри и др.
Рис.1.22 иллюстрирует понятия интерфейсов и протоколов и их соответствие уровням OSI-модели.
Система (узел) А
7 - прикладной
6 - представления
5 - сеансовый
4 - транспортный
3 - сетевой
2 - канальный
1 - физический
Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ
называется стеком протоколов . В настоящее время существует большое количество разнообразных сетевых технологий и соответствующих им стеков протоколов, наиболее известными и распространёнными среди которых являются стеки протоколов: TCP/IP, XNS, IPX, AppleTalk, DECnet, SNA. Краткое описание перечисленных стеков протоколов приводится в конце данного раздела (см. п.1.7).
1.3.6. Протокольные блоки данных (PDU)
Данные, передаваемые на разных уровнях в сети, формируются в виде блоков, называемых протокольными блоками данных (Protocol Data Unit – PDU). PDU представляет собой единицу данных, передаваемую как единое целое и имеющую обрамление в виде заголовка со служебной информацией (адрес отправителя, адрес получателя, длина блока и т.п.) и, возможно, концевика.
На разных уровнях OSI-модели используются разные PDU, имеющие специальные названия. Наибольшее распространение получили следующие названия блоков данных: сообщение , дейтаграмма , пакет ,
кадр (рис. 1.23).
Уровни OSI-модели |
|||
Прикладной |
Сообщение |
||
Транспортный |
Дейтаграмма |
||
Канальный |
|||
Сообщение (message) – блок данных, рассматриваемых как единое целое при передаче между двумя пользователями (процессами) и имеющих определенное смысловое значение. Сообщения используются на 7-м уровне OSI-модели для передачи данных между прикладными процессами и могут иметь произвольную длину.
Кадр (frame) – блок данных 2-го (канального) уровня OSI-модели,
имеющий ограниченную длину и передаваемый как единое целое в локальной сети или по выделенному каналу связи между двумя узлами.
Пакет (packet) – блок данных на 3-го (сетевого) уровня OSI-модели, имеющий ограниченную длину и представляющий собой единицу передачи данных в СПД.
Дейтаграмма (datagram) – блок данных 4-го (транспортного)
уровня OSI-модели, передаваемый дейтаграммным способом без установления соединения.
Предельный размер кадра, пакета и дейтаграммы зависит от сетевой технологии и устанавливается соответствующими протоколами, определяющими формат и допустимый размер блока данных.