Программно - аппаратный комплекс сетей ЭВМ. Классификация сетей ЭВМ. Принципы построения сетей эвм Что такое сеть эвм

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:

1. Сокращение затрат на поиск информации.
2. Доступ к общему программному обеспечению.
3. Получение значительных вычислительных мощностей (доступ к специальным процессорам, объединение вычислительных мощностей, входящих в сеть, и т.д.).
4. 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:

1. Снижение стоимости процессоров и вычислительных машин.
2. Тенденции к централизации ПО.
3. Повышение квалификации пользователя.
4. Необходимость повышения надежности обработки и хранения информации.
5. Творчество пользователя.
6. Высокая стоимость использования вычислительных каналов.
7. Более удобный диалог пользователя системы.
8. Проблема взаимодействия систем.
9. Удаленный доступ к базам данных.
10. Доступ к сетевому программному обеспечению.
11. Фактор секретности хранения информации (в распределенной системе легче обеспечить секретность в отличие от централизованных систем).
12. Перегрузка центральных процессоров.
13. 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:

1. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.
2. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента.
3. 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.

иерархическая

полуиерархическая

серверная

4. Сеть, в которой допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом: ...

1. одноранговая
2. одноуровневая
3. клиент-сервер
4. иерархическая
5. полуиерархическая
6. серверная

5. Достоинства одноранговых сетей: ...

1. простота установки
2. отсутствие дорогостоящих серверов
3. нет необходимости в системном администрировании
4. пользователи могут сами управлять своими ресурсами
5. высокая надежность сети
6. отказ одного из компьютеров не приводит к полному сбою сети
7. высокая скорость обмена данными
8. бесперебойное электропитание нужно устанавливать только на главном компьютере

6. Недостатки одноранговых сетей: ...

1. слабая система контроля и протоколирования работы сети
2. сетевые операции замедляют работу сети
3. зависимость компьютеров-клиентов от сервера
4. высокая стоимость
5. обязательное централизованное администрирование

7. Оптимальное максимальное число компьютеров одноранговой сети - ...

1. не ограничено

8. Одноранговая сеть вполне подходит там, где: ...

1. количество пользователей не превышает нескольких человек
2. потоки данных невелики
3. в будущем не ожидается значительного расширения сети

9. Нежелательно реализовывать одноранговую сеть там, где: ...

1. необходима высокая скорость передачи данных
2. в будущем ожидается значительное расширение сети
3. основным является вопрос защиты данных
4. пользователи расположены на большом расстоянии друг от друга
5. пользователи расположены компактно
6. вопросы защиты данных не критичны
7. потоки данных невелики

10. Для реализации одноранговой сети необходимо: ...

1. приобрести дорогостоящий сервер
2. приобрести достаточно мощные компьютеры
3. чтобы пользователи были расположены на значительном расстоянии друг от друга
4. чтобы пользователи были расположены компактно
5. взять на работу системного администратора

11. Для объединения двух компьютеров в локальную сеть необходимо: ...

1. чтобы компьютеры были оснащены сетевой картой
2. приобрести сервер
3. чтобы в качестве кабельной системы было выбрано оптоволокно
4. чтобы компьютеры находились на незначительном расстоянии друг от друга
5. подключить к компьютерам модем
6. чтобы оперативная память обоих компьютеров была не менее 250 Мбайт

12. В архитектуре клиент-сервер клиенты - это: ...

1. рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя
2. объекты, предоставляющие сервис другим объектам сети по их запросам
3. сотрудники данной организации, которые используют программное обеспечение с лицензионных дисков
4. модемы, позволяющие рабочим станциям связываться с другими сетями
5. системные администраторы
6. абоненты сети, которые только используют сетевые ресурсы, но сами свои ресурсы в сеть не отдают

13. Сервер - это...

1. объект сети, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам
2. абонент сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т.е. служит только сети
3. модем, позволяющий рабочим станциям связываться с другими сетями
4. процесс обслуживания клиентов
5. центральный процессор

14. Интерфейсы пользователя - это...

1. процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью
2. рабочий стол станции-клиентов
3. оконечное оборудование данных
4. соседние компьютеры сети
5. документация по работе с программным обеспечением

15. Выделенный сервер - это...

1. сервер, занимающийся только сетевыми задачами
2. сетевой принтер
3. сервер, который помимо обслуживания сети занимается другими задачами
4. сервер, который обслуживает только администрацию предприятия
5. сервер, который обслуживает узкий круг пользователей общей сети

16. Предпочтение клиент-серверной сети нужно отдать, если: ...

1. количество пользователей больше 10
2. требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование
3. нужен доступ к глобальной сети
4. требуется разделять ресурсы на уровне пользователей
5. нет возможности или необходимости в централизованном администрировании
6. вопросы защиты данных не критичны

17. Преимущества клиент-серверной архитектуры: ...

1. возможность организации сети с большим количеством рабочих станций
2. обеспечение централизованного управления учетными записями пользователей
3. эффективный доступ к сетевым ресурсам
4. пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа
5. нет необходимости в системном администрировании
6. невысокая стоимость

18. В клиент-серверной архитектуре выделяются группы объектов: ...

1. клиенты
2. серверы
3. данные
4. сетевые службы
5. системные администраторы
6. сетевые принтеры

19. Недостатки клиент-серверной архитектуры: ...

1. неисправность главного компьютера может сделать сеть неработоспособной
2. необходимость квалифицированного персонала для администрирования
3. высокая стоимость сетей и сетевого оборудования
4. система разграничения прав не слишком развита
5. бесперебойное электропитание нужно устанавливать на всех компьютерах, входящих в сеть
6. 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.

Лекция 1.Введение в дисциплину Характеристики сетей ЭВМ

Сети ЭВМ могут характеризоваться совокупностью показателей качества , к основным из которых относятся следующие:

1. функциональные возможности сети –– перечень основных информационно вычислительных услуг, предоставляемых пользователям сети;

2. производительность сети –– среднее количество запросов пользователей сети, обслуживаемых за единицу времени;

3. пропускная способность сети (канала) – максимально возможное количество информации, которое может быть передано по сети (по каналу) за единицу времени. Пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит/с), в килобитах в секунду (Кбит/с), в мегабитах в секунду (Мбит/с), в гигабитах в секунду (Гбит/с) и т. д.

4. надежность сети –– среднее время наработки на отказ основных компонентов сети;

§ вычислительные сети;

§ информационно-вычислительные сети.

Информационные сети предоставляют пользователям в основном информационные услуги. К таким сетям относятся сети научно-технической и справочной информации, резервирования и продажи билетов на транспорте, сети оперативной информации служб специального назначения и т. д.

Вычислительные сети отличаются наличием в своем составе более мощных вычислительных средств, запоминающих устройств повышенной емкости для хранения прикладных программ, банков данных и знаний, доступных для пользователей, возможностью оперативного перераспределения ресурсов между задачами.

На практике наибольшее распространение получили смешанные информационно-вычислительные сети , в которых осуществляются хранение и передача данных, а также решение различных задач по обработке информации.

По размещению основных информационных массивов (банков данных) сети подразделяются на следующие типы:

§ сети с централизованным размещением информационных массивов;

§ сети с локальным (абонентским) размещением информационных массивов.

В сетях с централизованным размещением информационные массивы формируются и хранятся на главном файловом сервере сети. В сетях с локальным размещением информационные массивы могут находиться на различных файловых серверах.

По степени территориальной рассредоточенности компонентов сети различают:

§ глобальные сети, охватывающие территорию страны или нескольких стран с расстояниями между отдельными узлами сети в несколько тысяч километров;

§ региональные сети, расположенные в пределах определенного территориального региона (города, района, области и т. п.);

§ локальные вычислительные сети, охватывающие сравнительно небольшую территорию (в радиусе до 10 км).

По типу используемых вычислительных средств сети могут быть:

§ однородными (ЭВМ всех абонентских систем сети аппаратно и программно совместимы);

неоднородными (ЭВМ абонентских систем сети аппаратно и программно несовместимы).

Локальные сети ЭВМ обычно являются однородными, а региональные и глобальные – неоднородными.

По методу передачи данных различают сети:

§ с коммутацией каналов;

§ с коммутацией сообщений;

§ с коммутацией пакетов;

со смешанной коммутацией.

Важным признаком классификации сетей ЭВМ является их топология, т. е. структура связей между элементами сети. Топология оказывает существенное влияние на пропускную способность, на устойчивость сети к отказам ее оборудования, на качество обслуживания запросов пользователей, на логические возможности и стоимость сети.

Для построения сетей ЭВМ используются следующие топологические структуры (рис. 2):

§ радиальная (звездообразная);

§ кольцевая;

§ шинная;

§ полносвязная;

§ древовидная (иерархическая);

смешанная.

Рис. 2. Топологические структуры сетей ЭВМ

Основу сетей с радиальной (звездообразной) топологией (рис. 2.а) составляет главный центр, который может быть как активным (выполняется обработка информации), так и пассивным (выполняется только ретрансляция информации). Такие сети довольно просты по своей структуре и организации управления . К недостаткам сетей с радиальной топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя центрального узла коммутации, отсутствиесвободы выбора различных маршрутов для установления связи между АС, увеличение задержек в обслуживании запросов при перегрузке центра обработки, значительное возрастание общей протяженности линий связи при размещенииАС на большой территории.

В сетях с кольцевой топологией (рис. 2.б) информация между абонентскими станциями передается только в одном направлении. Кольцевая структураобеспечивает широкие функциональные возможности сети при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методовуправления, возможности контроля работоспособности моноканала. К недостаткам сетей с кольцевой топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя хотя бы одного сегмента канала передачи данных.

В сетях с шинной топологией (рис. 2.в) используется моноканал передачи данных, к которому подсоединяются абонентские системы. Данные от передающей АС распространяются по каналу в обе стороны. Информация поступает на все АС, но принимает сообщение только та АС, которой оно адресовано.

Шинная топология – одна из наиболее простых. Она позволяет легко наращивать и управлять сетью ЭВМ, является наиболее устойчивой к возможным неисправностям отдельных абонентских систем. Недостатком шинной топологии является полный выход из стоя сети при нарушении целостности моноканала.

В полносвязной сети (рис. 2.г) информация может передаваться между всеми АС по собственным каналам связи. Такое построение сети требует больного числа соединительных линий связи. Оно эффективно для малых сетей с небольшим количеством центров обработки, работающих с полной загрузкой каналов связи.

В сетях с древовидной топологией (рис. 2.д) реализуется объединение нескольких более простых сетей с шинной топологией. Каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных сегментов.

Топология крупных сетей обычно представляет собой комбинации нескольких топологических решений. Примером такой сети может служить сеть со смешанной радиально – кольцевой топологией, представленная на рис. 2.е.

Правильный и рациональный выбор основных функциональных, технических и программных компонентов сетей ЭВМ, их топологической структуры оказывают непосредственное влияние на все технические характеристики и общую эффективность функционирования сетей ЭВМ в целом. Это особенно важно для вычислительных сетей военного назначения, предназначенных для обработки и передачи больших информационных массивов данных в условиях жесткого лимита времени и высоких требований к достоверности информации.

Лекция 3. Методы структуризации сетей ЭВМ

Физическая структуризация

Построение сетей ЭВМ с небольшим (10-30) количеством абонентских систем чаще всего осуществляется на основе одной из типовых топологий - общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры абонентских систем в такой сети имеют одинаковые права в отношении информационного взаимодействия друг с другом (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры значительно упрощает процедуру наращивания общего числа абонентских систем, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети ЭВМ

Построение больших сетей ЭВМ, объединяющих более 30 – ти абонентских систем, на основе унифицированных типовых топологических структур порождает различные ограничения, наиболее существенными из которых являются:

ü ограничения на длину связи между узлами;

ü ограничения на количество узлов в сети;

ü ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 сетевых ЭВМ (рис.3.1). Однако, если абонентские системы интенсивно обмениваются информацией между собой, то приходится снижать число подключенных к каналу компьютеров до 10 - 20, чтобы каждой абонентской системе доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Такое оборудование также называют коммуникационным .

Простейшим из коммуникационных устройств является повторитель (repeater).

Повторители используются для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети ЭВМ с целью увеличения общей длины сети.

Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (рис.Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называется концентратором или хабом . В данном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети.

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI и т. п.

В работе концентраторов различных типов и 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. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 3.2, а). А концентратор Token Ring (рис. 3.2, б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту - на том, к которому подключена следующая в кольце АС.

Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.

Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают (рис. 3.3а). Однако это выполняется не всегда. Сеть на рис. 3.3б, демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединены по топологии общая шина, а логически – по кольцевой топологии.

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов целесообразна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какая-либо абонентская система сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход - вручную отсоединить сетевой адаптер этой абонентской системы от кабеля. В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена - концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого управляющего узла.

Лекция 4. Логическая структуризация сети.

Физическая структуризация полезна во многих отношениях, однако в сетях большого и среднего размера, без логической структуризации обойтись невозможно. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, является проблема передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.

В большой сети возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей, отделов, рабочих групп и др. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары ПК занимает сеть на все время обмена, поэтому при увеличении числа ПК в сети шина становится узким местом. ПК одного отдела вынуждены ждать, пока завершит обмен пара ПК другого отдела. (Рис.1)

https://pandia.ru/text/78/378/images/image007_101.gif" width="14" height="14">

Рис. 1 Физическая структуризация на основе концентраторов

На рисунке показана сеть, построенная на основе концентраторов. Пусть ПК А, находящийся в одной подсети с ПК В, посылает ему данные. Т. к. концентраторы распространяют любой кадр по всем сегментам сети, то кадр посылаемый ПК А, хотя он и не нужен ПК других сегментов поступит на эти сегменты тоже (на рисунке кадр – заштрихованный кружок). И до тех пор пока ПК В не получит адресованный ему кадр, ни один из ПК этой сети не сможет передавать данные.

Такая ситуация возникает из-за того, что логическая структура данной сети осталась однородной, она не учитывает возможность локальной обработки трафика внутри отдела и предоставляет всем ПК равные возможности по обмену информацией (рис. 2).

Рис. 2. Противоречие между физической структуризацией сети и информационными потоками

Для решения проблемы нужно отказаться от единой разделяемой среды. Например, на примере рисунка 2 желательно сделать так, чтобы кадры выходили за пределы сегмента 1, только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо ПК другого сегмента. При такой организации производительность сет существенно повысится, т. к. ПК одного отдела не будут постаивать, пока обмениваются данными ПК других отделов.

Распространение трафика, предназначенного для ПК некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика. Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком. Для логической структуризации используются: мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы.

Мост ( Bridge) делит среду передачи сети на логические сегменты, передавая информацию только в том случае, если адрес ПК-получателя принадлежит другой подсети. Таким образом, мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой (рис. 2)

https://pandia.ru/text/78/378/images/image025_22.jpg" width="40" height="28">

Рис. 3. Логическая структуризация сети с помощью моста

Таким образом, если ПК А пошлет данные ПК В, то эти данные будут повторены только на тех сетевых интерфейсах, которые отмечены на рисунке заштрихованными кружками.

Коммутатор (Switch) по принципу обработки информационных кадров полностью аналогичен мосту. Основное его отличие от моста состоит в том, что он способен осуществлять информационный обмен одновременно между несколькими парами логических сегментов сети, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что мосты – это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршрутизатор (Router) – коммуникационное устройство с расширенными интеллектуальными возможностями по сравнению с мостами и коммутаторами. Маршрутизаторы реализуют более эффективные методы разграничения трафика отдельных логических сегментов сети. Маршрутизаторы реализуют более эффективные методы разграничения трафика отдельных логических сегментов сети. Это достигается за счет использования составных числовых адресов и явной адресации логических сегментов сети (рис. 3.6).

№ сегмента сети № абонентской системы

Рис.3 Структура составного адреса

Кроме локализации трафика, маршрутизаторы способны выполнять еще ряд задач, наиболее важными из которых являются выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. Другой важной возможностью маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные на основе разных сетевых технологий (рис 4). Особенностью данной сети является наличие дополнительной связи между сегментами 1 и 2, которая может благодаря наличию маршрутизаторов использоваться как для повышения производительности сети, так и дляповышения ее надежности. В данной сети информационный обмен осуществляется одновременно между двумя парами абонентских систем А и В, С и D.

Кроме перчисленных устройств, отдельные части сети может соединять шлюз ( gateway ). Обычно основной особенностью шлюза явяется необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения , а не желание локализовать трафик. Тем не менее, шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта. Крупные сети практически никогда не строятся без физической и логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика, - мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы и т. п.

Лекция 5. Архитектура и принципы построения сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем.

Работа сети заключается в передаче данных от одного компьютера к другому. В этом процессе можно выделить следующие задачи:

ü Распознать данные

ü Разбить их на управляющие блоки

ü Добавить информацию к каждому блоку, чтобы указать местонахождение данных и получателя

ü Добавить информацию синхронизации и информацию для проверки ошибок

ü Поместить данные в сеть и отправить их по заданному адресу

Сетевая ОС при выполнении всех этих задач следует строгому набору процедур. Эти процедуры называются протоколами.

В 1984 году International Standards Organization (ISO) выпустила набор спецификаций для открытых систем, чтобы все они могли использовать одинаковые протоколы и стандарты для обмена информацией. Этим стандартом стала модель (Open System Interconnection reference model), названная эталонной моделью взаимодействия открытых систем

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции и протоколы (рис.1)

Рис. 1 Взаимосвязи между уровнями модели OSI

Каждый уровень предоставляет несколько услуг, которые готовят данные для доставки по сети на другой компьютер. Уровни разделяются друг от друга границами – интерфейсами. Все запросы от одного уровня к другому передаются через интерфейс. Каждый уровень для выполнения своих функций использует услуги нижележащего уровня (рис 1)

Когда в модели OSI процесс А на машине 1 хочет взаимодействовать с процессом Б на машине 2, он формирует сообщение и передает его прикладному уровню модели OSI на своей машине. Затем программное обеспечение прикладного уровня добавляет свой заголовок к сообщению и передает его при помощи интерфейса 7\6 уровней представительному уровню и т. д. Некоторые уровни добавляют не только заголовок, но и концевик. Когда сообщение достигает самого нижнего уровня, физический уровень действительно передает сообщение, которое при поступлении на машину 2 передается в обратном порядке (снизу вверх). При этом каждый уровень проверяет и удаляет свой собственный заголовок. Наконец, сообщение поступает к получателю, процессу Б, который может ответить на него, используя аналогичный путь.

Прикладной уровень(Application) – он представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Он обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя (ПО для передачи файлов, доступа к базам данных , электронной почты). Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и восстановлением после сбоев связи.

Представительный уровень(Presentation) – определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми ПК. Его можно назвать переводчиком. Здесь данные, поступившие от прикладного уровня, переводятся в общепонятный промежуточный формат. Этот уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию и шифрование данных и т. д. Кроме того, данный уровень управляет сжатием данных для уменьшения общего числа передаваемых битов. На представительном уровне работает редиректор, назначение которого состоит в перенаправлении локальных операций на сетевой сервер.

Сеансовый уровень(Session) - позволяет двум приложениям на разных ПК устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются функции по распознаванию имен и защите, необходимой для связи двух ПК в сети.

Транспортный уровень (Transport)- гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения переупаковываются: длинные сообщения разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети

Сетевой уровень (Network) – отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические. На этом уровне определяется маршрут от ПК-отправителя к ПК-получателю. На этом этапе решаются проблемы, связанные с сетевым трафиком: коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузки

Канальный уровень (Data Link) – выполняет передачу кадров от сетевого уровня к физическому. Кадры – это логически организованная структура, в которую можно помещать данные. Канальный уровень упаковывает «сырой» поток битов, поступающих от физического уровня, в кадры данных. Данный уровень обеспечивает точность передачи кадров между ПК через Физический уровень

Физический уровень(Physical) – осуществляет передачу потока битов по физической среде (например, по сетевому кабелю). Здесь реализуются механический, электрический, оптический и функциональный интерфейс с кабелем. На этом уровне определяется способ соединения сетевого кабеля с платой сетевого адаптера и способ передачи сигналов по сетевому кабелю. Этот уровень отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов, гарантируя, что переданная 1 будет воспринята именно как 1, а не как 0

Лекция 6 . Основные типы кабелей, их конструкция, характеристики и функционирование

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода и кабели. Существуют различные типы кабелей, но на практике в большинстве сетей применяются только три основные группы:

Коаксиальный кабель (coaxial cable) Витая пара (twisted pair) Неэкранированная Экранированная Оптоволоконный кабель (fiber cable)

Назначение и структура коаксиального кабеля

Коаксиальный кабель предназначен для передачи высокочастотных сигналов в различной электронной аппаратуре, особенно в радио- и ТВ-передатчиках, компьютерах, трансмиттерах.

Конструкция коаксиального кабеля состоит из медной жилы или стальной жилы плакированной медью, изоляции, ее окружающей, экрана в виде герметичного слоя фольги и металлической оплетки, внешней оболочки (см. рис. 1). При наличии сильных электромагнитных помех в месте прокладки сети можно воспользоваться кабелем с трехкратной (фольга + оплетка + фольга) или четырехкратной (фольга + оплетка + фольга + оплетка) экранизацией. Экран защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы - помехи или шумы. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные. Трехкратный экран рекомендуется использовать в условиях сильного электромагнитного шума, например в городских индустриальных районах. Четырехкратный экран разработан для использования в местах с чрезвычайно высоким уровнем электромагнитного шума, например вблизи от электрических машин, магистралей, в метро или поблизости от организаций оборудованных мощными радиопередатчиками.

Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила - это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, из меди или стали плакированной медью. Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов и перекрестных помех (электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах). Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика.

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше чем в витой паре. Ввиду того, что плетеная защитная оболочка поглощает внешние электромагнитные сигналы, не позволяя им влиять на передаваемые по жиле данные, то коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании.

Существует два типа коаксиальных кабелей :

Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см, прост в применении и годится практически для любого типа сети, способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием. Основная отличительная особенность - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.

Толстый коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см. Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet - популярной сетевой архитектуре. Медная жила толстого коаксиального кабеля больше в сечении, чем тонкого, поэтому он передает сигналы на расстояние до 500 м. Толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля, который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Сравнение двух типов коаксиальных кабелей

Как правило, чем толще кабель, тем сложнее его прокладывать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый коаксиальный кабель трудно гнуть, следовательно, его сложнее монтировать, это очень существенный недостаток, особенно в тех случаях, когда необходимо проложить кабель по трубам или желобам

Выбор того или иного типа коаксиальных кабелей зависит от места где этот кабель будет прокладываться. Существуют поливинилхлоридные и пленумные классы коаксиальных кабелей.

Поливинилхлорид – это пластик, который применяется в качестве изолятора или внешней оболочки у большинства коаксиальных кабелей. Его прокладывают на открытых участках помещений. Однако при горении он выделяет ядовитые газы.

Пленумные коаксиальные кабели – прокладываются в вентиляционных шахтах, между подвесными потолками и перекрытиями пола.

Монтирование кабельной системы

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер. Он снабжен специальным коннектором пронзающим ответвителем, который проникает через слой изоляции и вступает в контакт с проводящей жилой.

Для подключения тонкого коаксиального кабеля используются BNC-коннекторы.
BNC коннектор (Рис 1), BNC T коннектор (Рис.2) и BNC баррел коннектор

https://pandia.ru/text/78/378/images/image040_15.jpg" width="228" height="201 src=">

Назначение и структура витой пары

Самая простая витая пара – это два перевитых изолированных медных провода. Согласно стандарту различают два вида витых пар:

§ UTP - кабель на основе неэкранированной медной пары

§ STP - кабель на основе экранированной медной пары

Неэкранированная витая пара (UTP, unshielded twisted pair) - это кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводников уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю. э.

Кабель на основе неэкранированной медной пары различают по его пропускной способности, выделяя тем самым несколько категорий:

Категория 6 : Кабель этой категории является одной из наиболее совершенных сред передачи данных среди вышеперечисленных категорий. Его частота передачи сигнала доходит до 250 МГц, что почти в два раза больше пропускной способности категории 5е. Улучшена помехозащищенность.

Монтаж кабельной системы на основе витой пары

Рис. 1 Порт MDI/MDI-X и разъем RJ-45

Прямая разводка – применяется, когда кабель соединяет ПК с концентратором или концентратор с концентратором

Кросс-разв одка – применяется для соединения ПК друг с другом

Прямая разводка кабеля выполняется согласно таблице 1

№ контакта коннектора	Цвет проводника
	Бело-зеленый
	Бело - оранжевый
	Бело-синий
	Оранжевый
	Бело-коричневый
	Коричневый

Кросс-разводка кабеля выполняется согласно таблице 2

№ контакта коннектора	Первый конец	Второй конец
	Бело-зеленый	Бело - оранжевый
		Оранжевый
	Бело - оранжевый	Бело-зеленый
	Бело-синий	Бело-синий
	Оранжевый
	Бело-коричневый	Бело-коричневый
	Коричневый	Коричневый

После подключения коннекторов кабель следует проверить с помощью специального тестера, который определит, правильно ли проводники витых пар подсоединены к контактам коннекторов, а также целостность самого кабеля.
Назначение и функции оптоволокна

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно защищенный способ передачи, поскольку при нем не используются электрические сигналы. Следовательно, к оптоволоконному кабелю невозможно подключиться, не разрушая его, и перехватывать данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы

Рис.1 Структура оптоволоконного кабеля: 1 –cердцевина с показателем преломления n1;

2 - отражающая оболочка с показателем преломления n2, n1 > n2;.3 – защитное покрытие.

Кабель содержит несколько световодов, хорошо защищенных пластиковой изоляцией. Он обладает сверхвысокой скоростью передачи данных (до 2 Гбит), абсолютно не подвержен помехам и сам не создает излучения, долговечен (срок службы 25 лет). Расстояние между системами, соединенными оптиковолокном, может достигать 100 километров. Основа оптоволокна - кварц (SiO2), самый распространенный в природе материал, недорогой в отличие от меди.

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления(а) многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления(б) одномодовое волокно (в)

Рис.2 Типы оптического кабеля

В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра - от 5 до 15 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая - до сотен гигагерц на километр.

Изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания - от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются светодиоды и полупроводниковые лазеры.

Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.

Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MIC, ST и SC.

Казалось бы, идеальный проводник для сети найден, но стоит оптический кабель чрезвычайно дорого (около 1-3$ за метр), и для работы с ним требуется специальные сетевые карты, коммутаторы и т. д. Данное соединение применяется для объединения крупных сетей, высокосортного доступа в Интернет (для провайдеров и крупных компаний), а также для передачи данных на большие расстояния. В домашних сетях, если требуется высокая скорость соединения, гораздо дешевле и удобнее воспользоваться гигабитной сетью на витой паре.

Структуризация сети ЭВМ.

Различают топологию физических связей (физическую структуру сети) и топо­логию логических связей сети (логическую структуру сети).

Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компью­теров и может быть представлена в виде графа, узлами которого являются компьютеры и коммуникационное оборудование, а ребра соответствуют отрезкам кабеля, связывающим пары узлов.

Логические связи представляют собой пути прохождения информационных потоков по сети; они образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Цель физической струк­туризации - обеспечить построение сети не из одного, а из нескольких физиче­ских отрезков кабеля.

Основными средствами физической структуризации локальных сетей являются повторите­ли (repeater) и концентраторы (concentrator)/ или хабы (hub)/

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физиче­ских сегментов, часто называют концентратором, или хабом.

ВНИМАНИЕ

Добавление в сеть повторителя всегда изменяет ее физическую топологию, но при этом оставляет без изменения логическую топологию.

Концентраторы являются необходимыми устройствами практически во всех ба­зовых технологиях 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. Так, концентратор Ethernet повторяет входной сигнал на всех своих портах, кроме того, с которого этот сигнал поступил. А концентратор Token Ring повторяет входной сигнал только на одном, соседнем порту.

Логическая структуризация сети на разделяемой среде

Физическая структуризация сети не позволяет справиться с дефицитом пропускной способности, невозможностью использова­ния в разных частях сети линий связи разной пропускной способности. В таком случае может помочь логическая структуризация сети.

Типовые физические топологии сети (шина, кольцо, звезда), которые ограничи­вают все сетевые устройства, предоставляя им для обмена данными только одну разделяемую среду, оказываются неадекватными структуре информационных потоков в большой сети.

Логическая струк­туризация сети - зто процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Логическая структуризация позволяет дифференцировать дос­тупную пропускную способность в разных частях сети.

Логическая структуризация сети проводится путем использования мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов.

Мост делит единую среду передачи на части, передавая инф. из одного сегмента в др. только в том случае, если такая передача действительно необходима. Тем самым мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность сети. Мосты используют аппаратные адреса компьютеров.

Коммутатор (switch) функционально подобен мосту и отличается от моста в ос­новном более высокой производительностью. Каждый интерфейс коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по ал­горитму моста независимо от процессоров других портов. Можно сказать, что коммутаторы - это усовершенствованные мосты, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршру­тизаторы(router ) более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик от­дельных частей сети друг от друга. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они обеспечивают вы­бор наиболее рациональных маршрутов. Другой важной функцией маршрутиза­торов является их способность связывать в единую сеть сети, построенные на базе разных сетевых технологий, например Ethernet и ATM.

Помимо перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway ). Шлюз позволяет объединять сети, построенные на существенно раз­ных программных и аппаратных платформах. Традиционно в Интернете термины «шлюз» и «маршрутизатор» используются как синоним.

Программно - аппаратный комплекс сетей ЭВМ. Классификация сетей ЭВМ.

Весь комплекс аппаратно- программных средств ЭВМ включает:

1)Аппаратные средства: - компьютеры пользователей (конечное устройство);

Коммутаторы;

Маршрутизаторы;

Коммутаторы, маршрутизаторы и мосты являются промежуточными узлами сети, которые обеспечивают передачу информации по сети.

2) Коммутационное оборудование.

3) Операционные системы – программное обеспечение, которое осуществляет управлению сетью ЭВМ.

4)Сетевые приложения пользователя.

Вся компьютерная сеть разделена на 2 большие части:

1)Сети доступа – объединяет компьютеры пользователей и через точку доступа обеспечивает обмен информации с другими сетями.

2)Магистральная сеть – объединяет сети доступа и обеспечивает передачу больших потоков информации с высокой скоростью.

Точка доступа (место подключения сети доступа к магистральной сети)

Промежуточные узлы (узлы, которые обеспечивают коммутацию передаваемых потоков информации)

Центры управления сервисами (промежуточные узлы, в которых хранится информация (услуги- e-mail, гипертекст, база данных)).

Основные классификационные признаки:

1) территориальный признак

Глобальные

Региональные

Локальные

2) Сети по предоставлению услуг:

Сети поставщики услуг

Корпоративные сети.

Требования к сетям ЭВМ

Требования:

1. Производительность

2. Надежность

3. Расширяемость

4. Масштабируемость

5. Прозрачность

6. Поддержка разных видов трафиков

7. Совместимость

8. По качеству обслуживания

1)Производительность
Потенциально высокая производительность - это одно из основных преимуществ распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается распределения работ между несколькими компьютерами сети.

Основные характеристики производительности сети:

Время реакции;

Скорость передачи трафика;

Пропускная способность;

Задержка передачи и вариация задержки передачи.
В общем случае время реакции определяется как интервал между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на него.
Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих:

Время подготовки запросов на клиентском компьютере;
- время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование;
- время обработки запросов на сервере;
- время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.
Скорость передачи трафика может быть мгновенной, максимальной и средней.
- средняя скорость вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается длительный промежуток времени - час, день или неделя;
- мгновенная скорость отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени - например, 10 мс или 1 с;
- максимальная скорость - это наибольшая скорость, зафиксированная в течение периода наблюдения.
Пропускная способность - максимально возможная скорость обработки трафика, определенная стандартом технологии, на которой построена сеть. Пропускная способность отражает максимально возможный объем данных, передаваемый сетью в единицу времени.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления данных на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления их на выходе.
2)Надежность и безопасность
Важно различать несколько аспектов надежности. Для сравнительно простых технических устройств используются следующие показатели надежности:
- среднее время наработки на отказ; - вероятность отказа; - интенсивность отказов.

Для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик: -готовность или коэффициент готовности; -сохранность данных; -согласованность (непротиворечивость) данных; -вероятность доставки данных; -безопасность; - отказоустойчивость.
3,4) Расширяемость и масштабируемость
Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.
Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
5)Прозрачность
Прозрачность сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая традиционная вычислительная машина с системой разделения времени.
Прозрачность может достигаться на 2 различных уровнях - на уровне пользователя и на уровне программиста.
На уровне пользователя прозрачность означает работу с удаленными ресурсами, используя те же команды и процедуры, что и для работы с локальными ресурсами.
На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным.
Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали внутреннего устройства, что упрощает работу в сети.

Похожая информация.

28.1. Архитектура сети

Сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сети ЭВМ определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т.д.), видам среды передачи и т.д.

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, например, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние.

В локальных вычислительных сетях (ЛВС) компьютеры расположены па расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называюткорпоративными системами илисетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) иуправление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенно изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.

Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем Международная Организация по Стандартизации (International Standart Organization - ISO) разработала Эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection - OSI).

Эталонная модель OSI определяет следующие семь функциональных уровней:

физический (physical layer);

управления линией (звеном) передачи или канальный (data link);

сетевой (network layer);

транспортный (transport layer);

сеансовый (session layer);

представительный (presentation layer);

прикладной, или уровень приложений (application layer).

Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Стандарты физического уровня включают рекомендации Х.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (деактивизации) физических соединений.

Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемыекадры

Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях),полудуплексным (попеременно в обоих направлениях) илисимплексным (в одном направлении).

Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки пли конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т.д. Основная функция сетевого протокола - прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транспортных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующихшлюзов (согласование сетевых объектов принципиальноразличных сетей)и мостов (согласование сетевых объектоводнотипных сетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций - квитирование. Квитанции, подтверждающие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме "окна". Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.

В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспортным протоколом (О, 1... 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).

Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользователям и программам.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. Па этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколом называется свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сообщений). Примерами протоколов звена данных являются протокол HDLC (Higher-level Data Link Control), принятый ISO, и протокол SDLC (Synchronous Data Link Control) фирмы IBM.

Интерфейсы описывают процедуры взаимодействия объектов смежных уровней и форматы информации, передаваемой между этими объектами. Примером одного из интерфейсов является интерфейс Х.25 подключения пользователей к сетям передачи данных общего пользования. Этот интерфейс описан в соответствующих рекомендациях (Х.25), где определяется порядок и правила взаимодействия оконечного оборудованияобработки данных DTE (Data Terminal Equipment) и оконечного оборудования цепейпередачи данных DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Роль DTE выполняет модем или цифровое устройство сопряжения для подключения к сети передачи данных. В качестве DCE может выступать хост-машина (Host), контроллер или концентратор, обслуживающий удаленные терминалы, интерфейсный компьютер для подключения к другой сети и т.д.

Разработка силами ISO множества рекомендаций по организации сетевого обмена между компьютерами внесла существенный вклад в теорию создания как глобальных, так и локальных сетей. Однако следует заметить, что принятие международных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реальных существующих сетей.

Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т.д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.

Более интенсивный обмен информацией происходит в локальных сетях, нежели в глобальных. В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ресурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компьютерами является обмен сообщениями.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы организации распределенных вычислений в среде ЛВС. Вопросы построения и функционирования глобальных сетей на примере сети Internet излагаются в следующем разделе.

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