Классификация информационно-вычислительных сетей (ИВС). Информационно-вычислительные сети, их классификация и виды
3.1. Понятие информационно-вычислительной сети
Информационно-вычислительная сеть (ИВС) - два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией. Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные средства.
Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:
> Объединение ресурсов - возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.
> Разделение ресурсов - возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами.
> Разделение данных - возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест
> Разделение программных средств - возможность совместного использования программных средств.
> Разделение вычислительных ресурсов - возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть.
> Многопользовательский режим.
В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в вычислительных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки
ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных компьютерах.
При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить к остановке работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.
На сегодняшний день более 130 млн компьютеров, т.е. более 80 %, объединены в информационно-вычислительные сети, начиная от малых локальных сетей до глобальных сетей типа Internet. Тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как:
Необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места;
Необходимость быстрого обмена информацией между пользователями;
Возможность быстрого получения разнообразной информации, вне зависимости от ее местонахождения.
Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все большего числа персональных компьютеров к глобальным сетям привело в последние десятилетие к формированию основ концепции «сетевого компьютера». Суть ее заключается в том, что ПК, работающий в сети, получает определенные преимущества перед автономным ПК:
Программы загружаются непосредственно из сети;
Нет необходимости иметь на ПК жесткий диск;
Экономятся время и средства на покупку и обновление ПО, так как оно устанавливается и обновляется через сеть;
Имеется доступ к электронной почте и ресурсам Internet.
Все функции по установке и обновлению программного обеспечения сетевого компьютера, наряду с другими функциями по поддержке функционирования сети, берут на себя провайдеры, обслуживающие сеть за небольшую абонентскую плату.
3.2. Классификация ИВС
Вычислительные сети классифицируют по различным признакам: > По территории.
Локальные вычислительные сети (ЛВС) охватывают небольшие территории диаметром до 5–10 км внутри отдельных контор (офисов), бирж, банков, учреждений, вузов, научно-исследовательских организаций и т.п. При помощи общего канала связи ЛВС может объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих персональные компьютеры, внешние запоминающие устройства, дисплеи и др.
Современная стадия развития ЛВС характеризуется почти повсеместным переходом от отдельных сетей к сетям, которые охватывают все предприятие (фирму, компанию), объединяют разнородные вычислительные ресурсы в единой среде. Такие сети получили название корпоративных.
Региональные и глобальные ИВС образуются путем объединения локальных ИВС на отдельных территориях или по всей планете. Наиболее крупной глобальной компьютерной сетью является сеть Internet.
> По способу управления,
Сети с централизованным управлением, в которых выделяется одна или несколько машин, управляющих процессом обмена данных по сети. Эти машины называются серверами. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам сервера и совместно используемым принтерам, однако с рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций и для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски сервера.
Примером сети с централизованным управлением может служить сеть Novell NetWare. Выделенный компьютер-сервер поддерживает и отвечает за все сетевые ресурсы, в то время как любой клиент имеет доступ к этим ресурсам только через сетевую оболочку, имеющуюся на каждой рабочей станции.
Децентрализованные (одноранговые) сети не содержат в своем составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других рабочих станций.
Пример одноранговой сети - сети Windows for Workgroups и Windows 95. Нажатием кнопки мыши вы можете предоставить свой диск или принтер в коллективное пользование.
> По характеру выполняемых функций:
Вычислительные;
Информационные.
> По составу вычислительных средств:
Однородные - объединяют однородные вычислительные средства;
Неоднородные - объединяют различные вычислительные средства.
> По типу организации передачи данных:
Коммутация каналов;
Коммутация сообщений;
Коммутация пакетов.
3.3. Базовая модель взаимодействия открытых систем
Процесс передачи данных в сети требует единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация. Все сети работают в одном принятом для компьютерных сетей стандарте - стандарте взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - (OSI)).
Базовая модель взаимодействия открытых систем разработана Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization – (ISO)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Модель содержит семь уровней:
1) физический формации;
– битовые протоколы передачи ин-
2) канальный - управление доступом к среде, формирование кадров;
3) сетевой – маршрутизация, управление потоками данных;
4) транспортный – обеспечение взаимодействия удаленных процессов;
5) сеансовый - поддержание диалога между удаленными процессами;
6) представительский – интерпретация передаваемых данных;
7) прикладной – пользовательское управление данными.
Основная идея базовой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретное место в процессе передачи данных в сети, т.е. общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. В результате, вычислительная сеть представляется как комплексная система, которая координирует взаимодействие задач пользователей.
Протоколами называются соглашения, необходимые для связи одного уровня модели с выше- и нижерасположенными уровнями.
Уровни базовой модели проходятся в направлении вверх от источника данных (от уровня 1 к уровню 7) и в направлении вниз от приемника данных (от уровня 7 к уровню 1). В первом случае на каждом уровне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. Во втором случае пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.
> Физический уровень. На этом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в сетевых системах. Установление физической связи является основной функцией первого уровня. Протоколы физического
> Канальный уровень. Канальный уровень организует канал для передачи данных и формирует из данных, передаваемых физическим уровнем, так называемые последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими компьютерами, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
> Сетевой уровень. На сетевом уровне устанавливается связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный протокол этого уровня – рекомендация Х.25 МККТТ для сетей общего пользования с коммутацией пакетов.
> Транспортный уровень. 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.
> Сеансовый уровень. Сеансовый уровень координирует прием, передачу и организацию одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров сети, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу имеющихся в распоряжении данных. Сеансовый уровень содержит функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи в случае возникновения сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.
4 Информатика и математика для юристов
> Представительский уровень. Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных, а также 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.
> Прикладной уровень. На прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей переработанную информацию, что является задачей системного и прикладного программного обеспечения пользователя.
3.4. Некоторые вопросы организации работы сети
Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов. Алфавитно-цифровые символы представляются с помощью битовых комбинаций. Существуют специальные кодовые таблицы, содержащие 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды символов.
При передаче информации в сетях на практике применяют следующие кодировки:
ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - передача символьной информации с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы;
8-битовые коды (например, КОИ-8 и др.) - для представления символов национальных алфавитов и специальных знаков (например, символов псевдографики).
Для обмена информацией в сетях используется принцип пакетной коммутации. При этом информация перед передачей разбивается на блоки, которые представляются в виде пакетов определенной длины, содержащих кроме информации пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и выявлять возникающие при передаче ошибки.
Для правильной, т.е. полной и безошибочной передачи блоков данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил, которые называются протоколами передачи данных.
Протоколами передачи данных оговариваются следующие моменты:
Синхронизация - механизм распознавания начала и конца блока данных;
Инициализация - механизм установления соединения между взаимодействующими партнерами;
Пакетирование - механизм разбиения передаваемой информации на блоки определенной длины, включая опознавательные знаки начала блока и его конца;
Адресация - способ формирования адреса, что обеспечивает идентификацию компьютера в сети для установления взаимодействия;
Обнаружение ошибок - установка битов четности и вычисление контрольных сумм;
Нумерация - механизм присвоения номеров последовательным блокам с целью сборки сообщения;
Управление потоком - механизм распределения и синхронизации информационных потоков в сети;
Восстановление - способ восстановления процесса передачи данных в сети после его прерывания.
Для доставки пакетов используются коммутируемые и некоммутируемые каналы. Для понимания принципов коммутации можно привлечь аналогию с телефонной и почтовой связью.
Компьютер пользователя может работать в режиме, когда он непосредственно присоединен к сети (режим ON LINE). Однако часто приходится обращаться к сетевым ресурсам по коммутируемым каналам (режим OFF LINE). В этом случае помогают серверы доступа. Серверы доступа обеспечивают удаленную связь пользователя с удаленной ЛВС с помощью программы дистанционного управления. Каждый сервер доступа соединен с ЛВС и может извлекать прикладные программы с жесткого диска сетевого сервера и загружать их для выполнения. В результате удаленные пользователи имеют возможность работать с этими программами, т.е. проверять сообщения электронной почты, передавать файлы, распечатывать информацию на принтере и т.п.
Обязанность поддержания функционирования сети возлагается на администратора или супервизора. Он обеспечивает контроль работы с любой рабочей станции, а также сохранение информации от несанкционированного доступа. Высокая степень конфиденциальности достигается за счет ограниченного доступа к определенным файлам, рабочим станциям, ограничения времени доступа, а также системы паролей и приоритетов
Соединение компьютера через телефонную линию осуществляется с помощью модема. Телефонная линия предназначена для передачи только аналоговых звуковых сигналов. Чтобы передать по ней цифровые импульсы, их нужно промодулировать, т.е. преобразовать в колебания звуковой частоты.
Еще один метод доступа к ЛВС основан на использовании электронных досок объявлений. При вызове электронной доски объявлений на экране появляется меню сообщений и функции. Пользователь может прочитать нужное сообщение, отправить свое сообщение, загрузить или выгрузить файл.
Электронная почта – при установке специального программного обеспечения любой персональный компьютер может обмениваться сообщениями с любым компьютером другой ЛВС.
3.5. Локальные вычислительные сети
Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных. Понятие ЛВС (англ. LAN – Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.
ЛВС предоставляет возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабо-
чих местах, которые используют совместно оборудовав ние, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.
Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из другого места сети. Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше. Реально достигаются следующие скорости:
Коаксиальный кабель - 10 - 50 Мбод;
Витая пара - до 10 Мбод;
Специальная витая пара 5 категории - до 100 Мбод;
Оптическое волокно – до 1Гбод;
Телефонная линия – от 2400 бод до 56 Кбод;
Спутник (10 000 компьютеров одновременно) около 1 Мбод.
Компоненты ЛВС: сетевые устройства и средства коммуникаций.
В ЛВС реализуется принцип модульной организации, который позволяет строить сети различной конфигурации с различными функциональными возможностями. Основные компоненты, из которых строится сеть, следующие:
Передающая среда - коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;
Рабочие станции - ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходим сетевой адаптер - специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;
Платы интерфейса - сетевые платы для организации взаимодействия рабочих станций с сетью;
Серверы – отдельные компьютеры с программным обеспечением, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;
Сетевое программное обеспечение.
Рассмотрим некоторые из перечисленных компонентов сети более подробно.
> Серверы. Сеть может иметь один или несколько серверов. Различные серверы могут использоваться для управления работой сети (серверы сети), хранения информации в виде файлов (файл-серверы), поиска и извлечения информации из баз данных (серверы баз данных), рассылки информации (почтовые серверы), сетевой печати (серверы печати) и др. Диски серверов доступны со всех остальных рабочих станций сети, если у пользователей есть соответствующие полномочия.
Взаимодействие сервера с рабочими станциями происходит примерно по следующей схеме. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких либо действий: прочитать данные, напечатать документ, передать электронное письмо и т.п. Сервер выполняет затребованное действие и выдает подтверждение.
> Передающая среда. Передающие среды характеризуются скоростью и дальностью передачи информации и надежностью.
В качестве средств коммуникации в ЛВС чаще всего используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе передающей среды необходимо учитывать следующие показатели:
Скорость передачи информации;
Дальность передачи информации;
Защищенность передачи информации;
Надежность передачи информации;
Стоимость монтажа и эксплуатации.
Одновременное выполнение требований, предъявляемых к передающей среде, является трудноразрешимой задачей. Так, например, большая скорость передачи данных часто ограничена предельно допустимым расстоянием надежной передачи данных, при обеспечении необходимого уровня защиты передаваемых данных. Стоимость средств коммуникации сказывается на возможности наращивания и расширения сети.
Рассмотрим подробнее свойства некоторых передающих сред.
> Витая пара – витое двухжильное проводное соединение (twistedpair), наиболее дешевое среди передающих сред. Позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, помехозащищенность низкая. Длина кабеля не превышает 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Для повышения помехозащищенности информации используют экранированную витую пару, помещенную в оболочку, аналогичную экрану коаксиального кабеля. Цена такой пары близка к цене коаксиального кабеля.
> Коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель применяется для связи на расстояния до нескольких километров, имеет хорошую помехозащищенность при средней цене. Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, в некоторых случаях достигает 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель может использоваться для широкополосной передачи информации.
> Широкополосный коаксиальный кабель. Такой коаксиальный кабель слабовосприимчив к помехам, легко наращивается, однако имеет высокую цену. Скорость передачи информации достигает 500 Мбит/с. Для передачи информации на расстояние более 1,5 км в базисной полосе частот необходим репитер (усилитель), при этом расстояние устойчивой передачи увеличивается до 10 км. Для ЛВС с топологией «шина» или «дерево» кабель должен иметь на конце терминатор (согласующий резистор).
> Ethernet-кабель.
Толстый Ethernet. Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (thick Ethernet или желтый кабель yellow cable). Использует 15-контактное стандартное включение. Максимально допустимое расстояние передачи без репитера не превышает 500 м, а общая длина сети Ethernet - 3000 м. Толстый Ethernet, вследствие магистральной топологии использует на конце лишь один терминатор. По параметрам помехозащищенности является дорогой альтернативой обычному коаксиальному кабелю.
Тонкий Ethernet. Коаксиальный кабель с волновым противлением 50 ом (thin Ethernet) и скоростью передачи информации 107 бит/с, более дешевый, чем толстый Ethernet.
ЛВС с кабелем thin Ethernet характеризуются низкой стоимостью, минимальными затратами при наращивании и не требуют дополнительного экранирования. Кабель присоединяется к сетевым платам рабочих станций с помощью тройниковых соединителей (T-connectors) с малогабаритными байонетными разъемами (СР-50). При соединении сегментов thin Ethernet требуются репитеры. Расстояние между рабочими станциями без репитеров не может превышать 300 м, а общая длина сети - 1000 м
> Оптоволоконный кабель. Наиболее дорогостоящей передающей средой для ЛВС является оптоволоконный кабель, называемый также стекловолоконным кабелем. Скорость передачи информации по нему достигает нескольких гигабит в секунду при допустимой длине более 50 км. Помехозащищенность оптоволоконного кабеля очень высокая, поэтому ЛВС на его основе применяются там, где возникают электромагнитные помехи и требуется передача информации на большие расстояния без использования репитеров. Сети устойчивы против подслушивания, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Обычно ЛВС на основе оптоволоконного кабеля строятся по звездообразной топологии. Характеристики типовых передающих сред приведены в табл 3.1.
Таблица 3 1 Характеристики типовых передающих сред
|
Показатели |
Передающая среда |
||
|
Витая пара |
Коаксиальный кабель |
Оптоволоконный кабель |
|
|
Невысокая |
|||
|
Наращивание |
Проблематично |
Проблематично |
|
|
от прослушивания |
Очень хорошая |
||
|
Заземление |
Требуется |
||
|
Помехозащищенность |
Очень высокая |
||
3.5.1. Топология ИВС
Топология, те. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, как надежность и производительность.
Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные.
> В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся «общая шина», «дерево» (соединение нескольких общих шин с помощью репитеров), «звезда с пассивным центром». Преимущество конфигураций этого класса -простота организации сети.
> В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. К таким конфигурациям относятся «звезда с интеллектуальным центром», «кольцо», «иерархическое соединение», «снежинка» Основное достоинство - простота программной реализации соединения.
Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего применяется временной метод разделения, согласно которому каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи информации. Поэтому требования к пропускной способности сети при повышенной нагрузке, т.е. при вводе новых рабочих станций, снижаются
В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации. В широковещательных это селекция информации, в последовательных -маршрутизация информации
В ЛВС с широкополосной передачей информации рабочие станции получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Тех-
ника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации.
3.5.1.1. Звездообразная топология
Топология сети в виде звезды с активным центром (рис. 3.1) унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.
Рис 3.1. Топология в виде звезды
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью центрального узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий, т.е. столкновений в передаче данных не возникает.
Кабельное соединение топологии относительно простое, постольку поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении ЛВС невозможно использовать ранее выполненные кабельные связи: к новой рабочей 106
станции необходимо прокладывать отдельный кабель от центрального узла сети.
Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой – невысокая по сравнению с другими топологиями.
Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа сети в целом.
В ЛВС с центральным узлом управления можно реализовать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.
3.5.1.2. Кольцевая топология
В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, т.е. коммуникационная связь замыкается в кольцо (рис. 3.2).
Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца.
Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.
Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы
одной из них вся сеть парализуется. Неисправности кабельной системе локализуются легко.
Рис. 3.2. Кольцевая топология
Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки работы сети, так как кольцо должно быть разорвано. Специальных ограничений на размер ЛВС не существует.
Особой формой кольцевой топологии является логическое кольцо.
Физически такая топология монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включают-"ся с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный кон-
центратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего–к младшему и от самого младшего – к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.
3.5.1.3. Шинная топология
В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина} - общая для всех рабочих станций (рис. 3.3). Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочей станции, т.е. рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.
Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем (Г-коннектором), поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку вместо Г-коннекторов пассивных штепсельных коробок.
Рис. 3.3. Шинная топология
Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и, соответственно, прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.
Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в табл. 3.2.
Таблица 3 2. Характеристики топологий вычислительных сетей
|
Характеристика |
Топология |
||
|
Стоимость |
|||
|
расширения |
|||
|
Присоединение абонентов |
Пассивное |
Активное |
Пассивное |
|
от отказов |
|||
|
от прослушивания |
|||
|
Повеление |
|||
|
Работа в режиме реального времени |
|||
|
Разводка кабеля |
|||
3.5.1.4. Древовидная топология
Образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).
Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют устройства, называемые концентраторами.
Существует две разновидности таких устройств. Устройства, к которым можно подключить максимум три станции, называют пассивными концентраторами. Для подключения большего количества устройств необходимы активные концентраторы с возможностью усиления сигнала.
3.5.2. Типы построения ЛВС по методам передачи информации
3.5.2.1. Сеть Token Ring
Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяются неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных от 4 до 16 Мбит/с. В качестве метода управления доступом рабочих станций к передающей среде используется маркерное кольцо (Token Ring). Основные положения метода:
Кольцевая топология ЛВС;
Рабочая станция может передавать данные, только получив маркер, т.е разрешение на передачу информации;
В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.
В ЛВС Token Ring используются три основных типа пакетов:
Пакет Управление/Данные (Data/Command Frame);
Маркер (Token);
Пакет сброса (Abort).
> Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.
> Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.
> Пакет Сброса. Посылка такого пакета вызывает прекращение передачи информации.
Сеть Token Ring допускает подключение компьютеров по звездообразной топологии.
f 3.5.2.2. Локальная сеть Arknet
Arknet (Attached Resource Computer NEJWork) - npo-[стая, недорогая, надежная и гибкая архитектура ЛВС. [ Разработана корпорацией Datapomt в 1977 г. Впоследст-
вии лицензию на Arcnet приобрела корпорация SMC (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Arcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении устройств применяют топологии шина и звезда.
Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Token Bus). Метод предусматривает следующие правила:
Устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);
В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;
Принципы работы:
Передача каждого байта в Arcnet выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.
В Arcnet определены пять типов пакетов:
1. Пакет ITT (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая пакет ITT, получает право на передачу данных.
2. Пакет FBE (Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.
3. Пакет данных. С помощью этой посылки производится передача данных.
4. Пакет АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. ответ на FBE и пакет данных.
5. Пакет NAK (Negative AcKnowledgments) неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных в ответ на FBE или принятие пакета с ошибкой.
3.5.2.3. Локальная сеть Ethernet
Спецификацию Ethernet в конце 70-х гг. предложила компания Xerox. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel. В 1982 г. была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet разработан стандарт IEEE 802.3.
Основные принципы работы:
Шинная топология на логическом уровне;
Все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);
Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.
3.6. Операционные системы ЛВС
Для сетей с централизованным управлением важным компонентом является сетевая операционная система, которая устанавливается на сервере сети, и клиентские части, устанавливаемые на рабочих станциях.
Основное направление развития современных сетевых операционных систем (Network Operation System) -поддержка систем с распределенной обработкой данных и перенос операций обработки на рабочие станции. Это в основном связано с ростом вычислительных возможностей ПК и внедрением многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT, Windows 95. Внедрение объектно-ориентированных технологий обработки данных (OLE, DCE, IDAPI) также позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей сетевой операционной системы становится объединение разнородных операционных систем рабочих станций и поддержка протоколов транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных,
передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (Directory Name Service).
В современных сетевых операционных системах применяются три подхода к организации управления ресурсами сети.
> Таблицы Объектов (Bindery). Используются в операционных системах Novell NetWare vS.lx. Таблицы находятся на каждом файловом сервере сети. Они содержат информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети имеется только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны знать, где расположены те или иные ресурсы сети, и для получения доступа к этим ресурсам регистрироваться на выбранном сервере. Для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы сети неэффективна.
> Структура Доменов (Domain). Используется в LANServer и LANMahager. Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только в данном случае такая таблица является общей для нескольких серверов, а ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю, для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после чего ему становятся доступны все ресурсы домена, т.е. ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и при использовании этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и доменов, например, сети масштаба предприятия. Проблемы связаны с организацией управления несколькими доменами.
> Служба Каталогов (Directory Name Service). В данном подходе все ресурсы сети: серверы, пользователи, сетевая печать, хранение данных и т.п. рассматриваются как ветви или директории одной общей информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность операционной системы и, во-вторых, упрощает обращение к ресурсам сети. Пользователю, зарегистрированному на одном сервере, доступны все ресурсы сети. Управление такой системой проще, чем при использовании доменов, так как существует одна таблица, характеризующая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа отдельно для каждого домена.
Рассмотрим более подробно характеристики некоторых сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению ЛВС.
> Отличительные черты:
Эффективная файловая система;
Самый широкий выбор аппаратного обеспечения.
Минимальный объем жесткого диска: 9 Мбайт;
Объем ОП (Оперативной Памяти) на сервере: 4 МБайт – 4 Гбайт;
Минимальный объем ОП PC (Рабочей Станции) клиента: 640 Кбайт;
Протоколы: IPX/SPX;
Мультипроцессорность: нет;
Количество пользователей: 250;
Шифрование данных: нет;
Монитор UPS: есть;
TTS: есть;
Управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindery на сервере;
Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT H,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц bindery и данных;
Фрагментация блоков (Block suballocations): нет;
Файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac (доп.), OS/2 (доп.), UNIX (доп.), Windows NT.
3.6.2. Windows NT Advanced Server 3.1, Microsoft Corp.
> Отличительные черты:
Простота интерфейса пользователя;
Доступность средств разработки прикладных программ и поддержка прогрессивных объектно-ориентированных технологий.
Все это привело к тому, что эта операционная система может стать одной из самых популярных сетевых операционных систем.
Интерфейс напоминает оконный интерфейс Windows 3.1, время инсталяции – около 20 мин. Модульное построение системы упрощает внесение изменений и перенос на другие платформы. Обеспечивается защищенность подсистем от несанкционированного доступа и от их взаимного влияния (если зависает один процесс, это не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленных станций – Remote Access Service (RAS), но не поддерживается удаленная обработка заданий.
Windows NT предъявляет более высокие требования к производительности компьютера по сравнению с NetWare.
> Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению:
Минимальный объем жесткого диска: 90 Мбайт;
Минимальный объем ОП на сервере: 16 Мбайт;
Минимальный объем ОП PC клиента: 12 Мбайт для NT/512 КБайт для DOS;
Операционная система: Windows NT;
Протоколы NetBEUI-, TCP/IP, IPX/SPX, Ap-pleTalk, AsyncBEUI;
Мультипроцессорность: поддерживается;
Количество пользователей: не ограничено;
Максимальный размер файла: не ограничен;
Шифрование данных: уровень С-2;
Монитор UPS: есть;
TTS: есть;
Управление распределенными ресурсами сети: домены;
Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, RAID 5, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц домена и данных;
Компрессирование данных: нет;
Фрагментация блоков (Block suballocation): нет;
Файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac, OS/2, UNIX, Windows NT.
3.6.3. NetWare 4, Nowell Inc.
> Отличительная черта: применение специализированной системы управления ресурсами сети (NetWare Directory Services – NDS) позволяет строить эффективные информационные системы с количеством пользователей до 1000. В NDS определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта информация распределена по всем серверам сети.
Для управления памятью используется только одна область (pool), поэтому оперативная память, освободившаяся после выполнения каких-либо процессов, становится сразу доступной операционной системе (в отличие от NetWare 3).
Новая система управления хранением данных (Data Storage Managment) состоит из трех компонент, позволяющих повысить эффективность файловой системы:
1. Фрагментация Блоков или Разбиение Блоков Данных на Подблоки (Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 Кбайта, а требуется записать файл размером 65 Кбайт, то ранее потребовалось бы выделить 2 блока
по 64 Кбайта. При этом 63 Кбайта во втором блоке не могут использоваться для хранения других данных. В NetWare 4 система выделит в такой ситуации один блок размером 64 Кбайта и два блока по 512 Байт. Каждый частично используемый блок делится на подблоки по 512 Байт, свободные подблоки доступны системе при записи других файлов.
2. Упаковка Файлов (File Compression). Долго не используемые данные система автоматически компрессирует, упаковывает, экономя таким образом место на жестких дисках. При обращении к этим данным автоматически выполняется декомпрессия данных.
3. Перемещение Данных (Data Migration). Долго не используемые данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо другие носители, экономя таким образом, место на жестких дисках.
Встроенная поддержка Протокола Передачи Серии Пакетов (Packet-Burst Migration). Этот протокол позволяет передавать несколько пакетов без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Подтверждение передается после получения последнего пакета из серии.
При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выполняется разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 байт, что уменьшает скорость передачи данных примерно на 20%. Применение в NetWare 4 протокола LIP (Large Internet Packet) позволяет повысить эффективность обмена данными между сетями, так как в этом случае разбиение на сегменты по 512 байт не требуется.
Все системные сообщения и интерфейс используют специальный модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять этот модуль или добавить новый. Возможно одновременное использование нескольких языков: один пользователь при работе с утилитами использует английский язык, а другой в это же время русский.
Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и OS/2-интерфейс.
> Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению:
Центральный процессор: 386 и выше;
Минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 МбШт;
Объем ОП на сервере: 8 Мбайт – 4Гбайт;
Минимальный объем ОП PC клиента: 640 Кбайт;
Операционная система: собственная разработка Novell;
Протоколы: IPX/SPX;
Мультипроцессорное^: нет;
Количество пользователей: 1000;
Максимальный размер файла: 4 Гбайт;
Шифрование данных: С-2;
Монитор UPS: есть;
TTS: есть; V.
Управление распределенными ресурсами сети: NDS;
Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II, SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц NDS;
Компрессирование данных: есть;
Фрагментация блоков (Block suballocation): есть;
Файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac (5), OS/2, ЦМХ(доп.), Windows NT.
3.7. Глобальная компьютерная сеть Internet
3.7.1. История создания Internet
Около 20 лет назад Министерство обороны США создало сеть, которая явилась прародительницей Internet - она называлась ARPAnet и создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, в частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям и способных в критических условиях продолжать нормальное функционирование. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер мог связаться как «равный с равным» с любым другим компьютером.
Передача данных в сети была организована на основе протокола Internet (IP). Протокол IP – это свод правил по работе сети. Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети.
Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети, такие как Ethernet и др. На большинстве рабочих станций ЛВС была установлена Операционная Система UNIX, которая имела возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). Появились организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие протокол IP. Возникла потребность: подключения ЛВС к ARPAnet.
Одной из сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (NSF) США. В конце 80-х гг. NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях. Однако попытка использовать для организации связи коммуникации ARPAnet потерпела крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. В результате NSF построил собственную сеть, основанную на IP технологии. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Kbps. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло использовать множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Поток сообщений в сети нарастал и в конечном итоге перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии.
В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit"Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и управляющие суперкомпьютеры.
Потребности пользователей Internet продолжаю расти. Большинство высших учебных заведений США Западной Европы уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и начальные школы. Пользователи сети прекрасно понимают преимущества, которые дает Internet. Вся это приводит к непрерывному росту сети, развитию технологий и системы безопасности сети. 120
3.7.2. Основы устройства и функционирования Internet
Это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый этап в развитии информационной революции конца 20-го столетия. Сеть позволяет решить следующие проблемы:
Практически неограниченные возможности передачи и распространения информации;
Удаленный доступ к огромным массивам накопленных информационных ресурсов;
Общение между пользователями компьютерных сетей в различных странах мира.
Число пользователей Internet в мире строго подсчитать невозможно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколько десятков миллионов человек. По одной из методик подсчета количество хост-компьютеров, подключенных к Internet, в январе 1996 г. превысило 9,5 млн., и этот показатель в последнее время ежегодно удваивался. Число пользователей в России, работающих в режиме on-line, превысило стотысячный рубеж, число хост-компьютеров составляет несколько десятков тысяч.
Internet представляет собой всемирное объединение взаимосвязанных компьютерных сетей. Использование общих протоколов семейства TCP/IP и единого адресного пространства позволяет говорить об Internet как о единой глобальной «метасети», или «сети сетей». При работе на компьютере, имеющем подключение к Internet, можно установит связь с любым другим подключенным к Сети компьютером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного прикладного сервиса Internet (WWW, FTP, E-mail и др.).
Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети получает доступ к глобальной сети Internet благодаря установлению соединения (постоянного или сеансового) с компьютером сервис-провайдера – организации, сеть которой имеет постоянное подключение к Internet и представляет услуги другим организациям и отдельным пользователям. Региональный сервис-провайдер, работающий с конечными пользователями, подключается, в свою очередь, к более крупному сервис-провайдеру - сети
национального масштаба, имеющей узлы в различных городах страны или даже в нескольких странах. Национальные сети получают доступ в глобальный Internet благодаря подключению к международным сервис-провайдерам -сетям входящим в мировую магистральную инфраструктуру Internet. Кроме того, региональные и национальные сервис-провайдеры, как правило, устанавливают соединения между собой и организуют обмен трафиком между своими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.
Темпы развития Internet в той или иной стране во многом определяются развитием национальной инфраструктуры IP-сетей (компьютерных сетей, построенных на основе протоколов TCP/IP), включающей магистральные каналы передачи данных внутри страны, внешние каналы связи с зарубежными сетями и узлы в различных регионах страны. Степень развитости этой инфраструктуры, характеристики каналов передачи данных, наличие достаточного количества местных сервис-провайдеров определяют условия работы конечных пользователей Internet и оказывают существенное влияние на качество предоставляемых услуг.
Пользователь, получивший полный доступ в Internet, становится равноправным членом этого мирового сообщества и, вообще говоря, может не интересоваться тем, какие региональные и национальные сервис-провайдеры предоставляют этот доступ.
Internet - организация с полностью добровольным участием. Высшая власть принадлежит ISOC (Internet Society). ISOC - общество с добровольным членством. Его цель – способствовать глобальному обмену информацией через Internet. ISOC назначает совет старейшин, который отвечает за техническую политику, поддержку и управление Internet.
Совет старейшин представляет собой группу приглашенных добровольцев, называемую IAB (Совет по архитектуре Internet.). IAB регулярно собирается, чтобы утвердить стандарты и распределить ресурсы, такие, например, как сетевые адреса.
Пользователи Internet высказывают свои замечания и предложения на встречах IETF (Оперативного инженерного отряда Internet). IETF – это добровольная орга-
низация; которая регулярно собирается, чтобы обсудить текущие эксплуатационные и технические проблемы. Для решения важных проблем IETF создаются рабочие группы. По результатам исследования рабочая группа обычно выпускает доклад.
За Internet никто централизовано не, платит: каждая сеть или пользователь платит за свою часть. Так, например, NSF платит за содержание NSFNET, a NASA – за Научную Сеть NASA (NASA Science Internet). Организации платят за подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба и т.д.
Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Такой центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы.
Архитектура сетевых протоколов TCP/IP, на базе которых построен Internet, предназначена специально для объединенной сети. Сеть может состоять из совершенно разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут выступать самые разные локальные сети (Token Ring, Ethernet, пакетные радиосети и т.п.), различные национальные, региональные и специализированные сети (например, HELPnet), а также другие глобальные сети, такие, например, как Sprint. К этим сетям могут подключаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу связи.
Доступ в Internet, как уже упоминалось выше, получают через поставщиков услуг (сервис-провайдеров). Поставщики эти продают различные виды услуг, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Персональный доступ в Internet, особенно в России, пока «дорогое удовольствие», однако многие организации, особенно институты, уже имеют доступ в Internet. В этом случае пользователь не платит «из своего кармана», не имеет дела с поставщиками услуг и т.д.
Имеются возможности получить доступ в Internet не через прямых распространителей, т.е. без лишних затрат. Одна из таких возможностей - служба, называемая Freenet, т.е. бесплатная сеть. Это информационная систе-
ма, основанная соответствующим сообществом, и обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.
3.7.3. Уровни сети Internet
Пересылка битов в Internet происходит на физическом уровне схемы ISO OSI. Попытка дать краткое и доступное описание затруднительна. Потребуется введение большого количества специальных терминов, понятий, описаний процессов на физическом уровне и т.д. Для понимания работы сети это необязательно. Можно считать, что существует канал, по которому перекачивается информация.
Организации блочной, символьной передачи, обеспечение надежной пересылки происходит на других уровнях модели ISO OSI. Функции канального уровня в Internet распределены по другим уровням, но не выше транспортного. В этом смысле Internet не соответствует стандарту ISO. Канальный уровень Internet занимается только разбиением потока битов на символы и кадры и передачей полученных данных на следующий уровень.
Сеть Internet состоит, в основном, из выделенных телефонных линий. Однако модель телефонной сети не отражает адекватно ее структуру и работу. Телефонная сеть - это сеть с коммутацией каналов, т.е. на все время сеанса связи имеется физическое соединение с абонентом. При этом пользователю выделяется часть сети, которая для других уже не доступна. Это приводит к нерациональному использованию линий сети. Internet является сетью с коммутацией пакетов, чем принципиально отличается от сети с коммутацией каналов.
Наглядным примером сети с коммутацией пакетов является почта. Модель почты достаточно точно отражает суть работы и структуры Internet, и ею часто пользуются. Компьютерные сети, которые в концептуальном плане наследуют принцип организации почтовой связи, называются дейтаграммными сетями.
3.7.4. Протокол Internet (IP)
Internet аккуратно передает данные в различные точки, разбросанные по всему миру. Забота об этом возложена на сетевой ровень в эталонной модели ISO OSI.
Различные части Internet соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются узлами. Узлы - аналоги почтовых отделений, где принимается решение, как перемещать пакеты по сети, точно так же, как в почтовом узле намечается дальнейший путь почтового конверта. Каждый узел не имеет непосредственных прямых связей со всеми остальными узлами.
Для работы такой системы требуется, чтобы каждый узел знал об имеющихся связях и о том, на какой из ближайших узлов оптимально следует передать адресованный пакет. В Internet узлы выясняют, куда следует пакет данных, решают, куда его дальше отправить и отправляют. Такой процесс называется маршрутизацией.
Для осуществления маршрутизации составляются таблицы маршрутизации. В Internet составление и модификация таблиц маршрутизации определяются соответствующими протоколами: ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First). Узлы, занимающиеся маршрутизацией, называются маршрутизаторами.
В Internet имеется набор правил по обращению с пакетами. Протокол Internet (IP) берет на себя заботы по адресации и подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с данными по пути их следования. Суть работы протокола IP аналогична правилам обработки почтового конверта. В начало каждого пакета помещается заголовок, несущий информацию об адресате сети. Этой информации достаточно, чтобы определить, куда и как доставить пакет данных.
Адрес в Internet состоит из 4 байт. При записи байты отделяются друг от друга точками: 111.22.345.99 или 3.33.33.3. По сути адрес состоит из нескольких частей. Начало адреса говорит о том, частью какой из сетей является отправитель. Правый конец адреса говорит о том, " какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Internet имеет в этой схеме уникальный адрес, аналогично обычному почтовому индексу. Существует несколько типов адресов Internet, которые по-разному делят адрес на поля номера сети и номера узла, и от типа такого деления зависит количество возможных различных сетей и машин в таких сетях.
Пересылаемая по сетям IP информация делится на части, раскладываемые в отдельные пакеты. Длина информации внутри одного пакета обычно составляет от 1 до 1500 байт. При таком подходе всем пользователям предоставляются примерно равные права. Поэтому, чем больше пользователей одновременно пользуется сетью, тем медленнее она работает с каждым пользователем.
Протокола IP вполне достаточно для работы в Internet. Данные, помещенные в оболочку IP, содержат всю необходимую информацию для передачи их с компьютера пользователя получателю. Однако при пересылке информации с использованием протокола IP возникает ряд проблем, которые необходимо решать:
Большинство сообщений содержит более 1500 символов, т.е. превышает допустимый размер одного пакета;
Последовательность пакетов в сообщении может отличаться от исходной;
Возможны ошибки в передаче пакетов. Следующие уровни сети Internet должны обеспечить
пересылку больших массивов информации и устранить ошибки, которые возникают в процессе передачи.
Для этого создается программное обеспечение, которое понимает язык команд, выдает сообщения об ошибках, подсказки, использует для адресации сетевых компьютеров при общении с пользователем обычные имена, а не числа и т.д., т.е. повышает уровень удобства работы в сети. В модели ISO OSI над этим работают уровни выше транспортного, т.е. сеансовый, представления данных и прикладной.
Приложения Internet - это составляющие части программного обеспечения. Их создают на основе сервиса TCP или UDP. Приложения позволяют пользователю достаточно просто справиться с возникшей проблемой, не вдаваясь в подробности технического устройства сети, протоколов и т.п.
Существует несколько стандартных приложений, или служб Internet: удаленный доступ (telnet), передача файлов, электронная почта (E-mail) и т.д., которые далее будут рассмотрены подробнее. Наряду с ними используются и другие, нестандартные приложения.
3.7.5. Службы Internet
В этом разделе будут рассмотрены самые популярные службы Internet. Эти приложения поддерживаются стандартом. Статистические данные показывают частоту использования того или иного протокола Internet, т.е. в некотором смысле, его популярность.
3.7.5.1. Удаленный доступ (telnet)
Удаленный доступ - работа на удаленном компьютере в режиме, когда компьютер пользователя эмулирует терминал удаленного компьютера, т.е. на своем рабочем месте можно делать то же, что и с обычного терминала удаленной машины. Находясь, например, в России, можно работать на суперкомпьютере в США.
Начать сеанс удаленного доступа можно, подав соответствующую команду и указав имя машины, с которой хотят работать. Сеанс обеспечивается совместной работой программного обеспечения удаленного компьютера и компьютера пользователя. Они устанавливают TCP-связь и общаются через TCP и UDP пакеты.
Для пользования службой telnet необходимо иметь доступ в Internet класса не ниже dial-up.
3.7.5.2. Электронная почта (E-mail)
Электронная почта – одна из самых популярных на сегодняшний день Internet-служб. По разным оценкам в мире насчитывается более 50 миллионов пользователей электронной почты. В то же время, мировой трафик электронной почты занимает только около 5% всего сетевого.
Популярность E-mail в России объясняется как тем, что большинство подключений имеют класс dial-up (с модема), так и тем, что E-mail доступна при любом виде доступа к Internet.
E-mail (Electronic mail) - электронный аналог обычной почты. С ее помощью можно посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, автоматически отвечать на письма корреспондентов, используя их адреса, рассылать копии писем нескольким получателям, переправлять полученное письмо по другому адресу,
включать в письма файлы разных типов, вести подобие дискуссий с группой корреспондентов и т.д. Можете посылать почту через шлюзы в сопредельные сети.
Служба E-mail позволяет получить доступ к услугам других служб, например ftp, Whois, WWW и т.п. Существует множество серверов, поддерживающих такие услуги. В адрес такой службы посылается E-mail, содержащий команды этой службы, а в ответ по E-mail приходит необходимый файл. В таком режиме возможно использование почти всего набора команд службы ftp.
E-mail дает возможность проводить телеконференции и дискуссии. Для этого используется специальное программное обеспечение - рефлекторы почты, – установленное на некоторых узловых машинах сети. Рефлектор почты по получении электронных писем рассылает их копии всем подписчикам.
3.7.5.3. Доски объявлений (USENET news)
Эта служба дает возможность читать и посылать сообщения в открытые дискуссионные группы. По сути она представляет собой сетевой вариант досок объявлений (BBS: Bulletin Board System), изначально работавших на машинах с модемным доступом. Сообщения адресуются широкой публике, а не конкретному адресату и могут иметь совершенно разный характер.
Узлы сети, занимающиеся обслуживанием системы новостей, по получении пакета новостей рассылают его своим соседям, так что получается широковещание, обеспечивающее быструю рассылку новостей по всей сети.
После установки клиентской программы службы Usenet на компьютере пользователя создается список дискуссионных групп, в которых он хочет участвовать и чьи бюллетени новостей он будет получать постоянно.
3.7.5.4. Поиск данных и программ (Archie)
Эта служба регулярно собирает с анонимных ftp-серверов информацию о содержащихся там файлах. Она позволяет производить поиск по названиям файлов и директорий и по описательным файлам, а именно по словам, там содержащимся. Искать можно по имени, по
шаблону, по смысловым словам, которые могут содержаться в описании файла или программы.
Доступ к Archie осуществляется через особые Archie-серверы, Использование службы Archie требует наличие Internet-доступа класса dial-up. Help также доступен по электронной почте.
3.7.5.5. Служба Gopher
Служба Gopher интегрирует практически все возможности Internet. Она позволяет в удобной форме пользоваться всеми услугами, предоставляемыми сетью. Организована оболочка в виде множества вложенных на разную глубину меню, так что остается только выбрать нужный пункт и нажать ввод. В такой форме имеется доступ к сеансам telnet, ftp, и E-mail и т.д.
Gopher-серверы получили широкое распространение. Их трафик составляет около 2% от общего трафика в сети. С одного сервера можно войти в другие.
Gopher должен быть установлен непосредственно на рабочем компьютере пользователя и он сугубо интерактивен, при этом доступ в Internet должен быть не хуже доступа по вызову.
3.7.5.6. Всемирная паутина World Wide Web (WWW)
Гипертекст представляет собой текст со вставленными в него командами разметки, организующим ссылки на связанные места данного текста, других документов, рисунки, файлы и т.д. При просмотре гипертекста в программе-броузере, которая обрабатывает ссылки и выполняет соответствующие действия, в тексте видны выделенные подсветкой слова. Если навести на них курсор и нажать на клавишу ввода или на кнопку мыши, то высветится содержимое ссылки.
В WWW по ссылкам можно попасть в текст другого документа, выполнить какое-нибудь действие или программу и т.д. Ссылаться можно на данные на других машинах в любом месте сети, тогда при активации этой ссылки эти данные автоматически передадутся на исходную машину и вы увидите на экране текст, данные, картинку, а если провести в жизнь идею мультимедиа, – то
5 Информатика и математика для юристов
услышите и звук, музыку, речь. В рамках службы WWW можно получать доступ ко всем другим службам: telnet, E-mail, ftp, Gopher, Archie, Usenet и т.п.
По возможностям WWW напоминает Gopher, однако это принципиально другая служба. В Gopher имеется жесткая структура меню. В WWW документ, может иметь гипертекстовую структуру любой степени сложности. Пользователь может сам организовать структуры типа меню в гипертексте.
Имея редактор гипертекстов, который поддерживает язык HTML, можно создать любую структуру рабочей среды, включая документацию, файлы, данные, рисунки, программное обеспечение и т.д. Создание гипертекстовых редакторов с дружественным интерфейсом является одной из основных проблем WWW.
Работать с WWW имеет смысл лишь на быстрых линиях. Использование WWW на медленных линиях -слишком дорогое удовольствие. К тому же, WWW требует доступа в сеть в режиме on-line.
3.8. Информационно-вычислительная сеть ОВД
Защита прав и свобод граждан России, включая право на личную неприкосновенность и безопасность, права собственности, эффективное реагирование на изменения в криминогенной обстановке, борьба с наиболее опасными видами преступлений и улучшение правопорядка в стране невозможны без создания стройной системы информационного обеспечения органов внутренних дел от уровня горрайлиноргана до федерального уровня.
В решении этой глобальной задачи можно выделить ряд ключевых проблем:
1. Обеспечение информационного обслуживания (по запросам и в инициативном порядке) органов внутренних дел России, оперативных служб других заинтересованных ведомств в вопросах оперативно-справочной, розыскной и криминалистической информации.
2. Обеспечение полноты и достоверности статистической информации на основе укрепления учетно-регистрационной дисциплины.
По оценкам специалистов, на уровне горрайлинор-ганов в дежурных частях, у оперработников, следователей, сотрудников других подразделений на документах первичного учета, в учетных журналах и других носителях накапливается до 70% всей информации, циркулирующей в органах внутренних дел, которая формирует банк оперативно-справочной и оперативно-розыскной информации. Структура и порядок формирования оперативно-справочных, розыскных и криминалистических учетов органов внутренних дел России определены Приказом МВД России от 31.08.1994 г. № 400 «О формировании и ведении централизованных оперативно-справочных, розыскных, криминалистических учетов, экспертно-криминалистических коллекций и картотек органов внутренних дел Российской Федерации», положениями которого должны руководствоваться сотрудники информационной службы в своей работе.
В соответствии с нормативными документами МВД России, на информационных работников штабов горрайли-норганов возлагается организация учетно-регастрационной и статистической работы и контроля за своевременностью регистрации заявлений, сообщений и иной информации о преступлениях.
Качественное и эффективное решение двух первых задач на современном этапе невозможно без применения новейших информационных технологий, без создания интегрированных банков данных разного уровня (локального - горрайлинорганы, регионального - МВД, ГУВД, УВД, УВДТ, федерального - МВД России) для оперативно-розыскных и криминалистических учетов, объединения их в единое информационное пространство, что предоставит быстрый и удобный доступ к информации с рабочих мест сотрудников ОВД в любое время суток в режиме реального времени.
Диапазон применения компьютерных технологий в области информационного обеспечения ОВД достаточно широк – от обработки статистики правонарушений до межмашинного обмена информацией оперативно-розыскного, справочного и криминалистического назначения в рамках территориальной информационно-вычислительной сети ло-
калъного (горрайлинорганы), регионального (зонального) федерального уровней.
ЦА МВД России
Гланое управление
Гланое управление
ГИЦ МВД России
Абонентский компьютер
Федеральный банк данных
СПД МВД России
Абонентский компьютер
Региональный банк данных
|
ГРОВД Отдел милиции |
Райотдел |
|||
|
Терминал |
||||
Рис. 3.4. Структура информационного обеспечения МВД России
Таким образом, формирование единой информационно-вычислительной сети органов внутренних дел с
обеспечением прямого доступа пользователей (в первую очередь уровня горрайлинорганов) к информационным массивам интегрированных банков данных в режиме реального времени является третьим приоритетным направлением деятельности информационных подразделений в системе МВД.
Планируется объединение на логическом уровне региональных банков данных нескольких МВД, УВД близлежащих областей, находящихся в зоне экономического района. Такие зональные центры (в пределах 10 на территории Российской Федерации) будут обеспечивать требуемый уровень интеграции информационных ресурсов и способствовать реальному формированию единого информационного пространства подразделений ОВД.
Нормативной базой для проведения крупномасштабных работ по компьютеризации ОВД является «Концепция развития системы информационного обеспечения ОВД в борьбе с преступностью», утвержденная приказом МВД России от 12 мая 1993 г., на основе которой разработаны основные принципы создания ИВС, предложены типовые архитектурные и программно-технические решения, разрабатываются комплексы прикладных программных средств.
В целом концепция и техническое задание на создание ИВС ориентированы на несколько уровней сбора, обработки и накопления информации. На уровне горрайлинорганов рабочими местами являются персональные компьютеры IBM PC/386, объединенные, если это необходимо, в локальную вычислительную сеть.
На более высоком уровне основой системы являются такие компьютеры, как IBM 486 и МХ-300, МХ-500 фирмы «Сименс-Никсдорф» с большими объемами же-Ц стких дисков и оперативной памяти и высокой скоростью обработки данных. Эти компьютеры работают под управлением многопользовательской операционной системы UNIX и используют систему управления базами данных Oracle.
Основным достоинством ОС UNIX является возможность системными средствами решать проблему одновременной работы многих пользователей с разграни-
чением их доступа к системным ресурсам и данным, независимо от способа подключения этих пользователей.
Все это послужит основой формирования региональных информационных сетей ОВД, объединяемых затем в единую информационно-вычислительную сеть МВД Российской Федерации, которая в техническом плане представляет собой совокупность связанных каналами и линиями связи информационно-вычислительных центров (районов, крупных городов, республик, краев и областей, экономических зон России в целом) с подключенными к ним терминалами в горрайлинорганах и службах МВД, УВД.
Сейчас в органах внутренних дел России накоплен значительный массив оперативно-розыскной и справочной информации, необходимой работникам правоохранительных органов для проведения оперативно-следственных и розыскных мероприятий, а также для решения других служебных задач. Только в автоматизированных базах данных, а также ручных картотеках ГИЦ и ИЦ МВД-УВД сосредоточено более 76 млн объектов. В целом, по экспертным оценкам, в ОВД ежегодно создается более 350 млн документов, из них примерно 10% – фактографические. В настоящее время постоянный информационный обмен ведется на трех уровнях:
МВД России (ГИЦ) – информационный фонд – 45 млн документов;
МВД, ГУВД, УВД – информационные центры – 77 млн документов;
Горрайлинорганы и учреждения - 250-300 млн документов.
Задачи информационных подразделений горрайлин-органов в этом направлении определяются Приказами МВД России от 12 мая 1993 г. № 229 «Концепция развития системы информационного обеспечения органов внутренних дел в борьбе с преступностью» и № 420-93 г.:
Внедрение перспективных информационных технологий, средств вычислительной техники и телекоммуникаций, локальных вычислительных сетей, типовых программных средств и автоматизиро-
ванных рабочих мест для обобщения и анализа информации, информационной поддержки оперативно-служебной деятельности горрайлиноргана внутренних дел;
Обеспечение единообразия и совместимости средств вычислительной техники и телекоммуникаций, работоспособности общесистемных и прикладных программных средств, их адаптации с учетом специфики эксплуатируемых автоматизируемых систем обработки информации;
Изучение передового опыта в области компьютеризации, а также совершенствование технологии обработки информации.
Создание интегрированной вычислительной сети органов внутренних дел позволит обеспечить информационное взаимодействие различных подразделений оперативных служб, дежурных частей УВД, дежурных частей служб следствия и дознания, паспортной службы, ГАИ, разрешительной службы, городских и линейных органов внутренних дел с центральным банком данных (в масштабах города, области, региона, страны), содержащих информацию всех служб абонентов сети. Кроме того, абонентами сети могут выступать службы прокуратуры, суда, ФСК, налоговые и таможенные службы. Все абоненты сети являются одновременно и потребителями, и поставщиками информации в интегрированные банки данных.
Главное достижение – не в объеме информации, а в оперативности ее получения: там, где сейчас требуются часы, а нередко и дни, с созданием ИВС – потребуются минуты.
Кроме того, совместное функционирование в рамках ИВС интегрированных банков данных общего пользования даст возможность обеспечить единство информационной поддержки основных стадий уголовно-процессуальной деятельности.
Концентрация в рамках ИВС сигнальной, ориентирующей, розыскной и доказательственной информации, обеспечение логической взаимосвязи ее компонентов позволит, кроме того, повысить информированность каждого оперативного работника, создаст условия для бо-
лее эффективного использования накопленной информации в процессе расследования, раскрытия и профилактики преступлений-
Создание интегрированной вычислительной сети также позволит информационной службе перейти от традиционных ныне видов статистической и оперативно-справочной работы по поддержке в раскрытии и расследовании преступлений к ориентированию правоохранительных органов на розыск преступников; проведению сравнительной (предварительной) идентификации способов совершения преступлений, следов и вещественных доказательств, описаний лиц и примет похищенного имущества; выявлению в инициативном порядке криминогенных структур (связей, групп, соотношений событий и т.д.); оказанию действенной помощи в анализе и прогнозировании оперативной обстановки.
Главная > ЛекцияЛекция 6. Информационно-вычислительные сети Понятие и виды информационно-вычислительных сетей Определение . Информационно-вычислительная сеть – это система компьютеров, объединенных каналами передачи данных. Основная задача существования ИВС – информационное обслуживание пользователей, в том числе:
- Хранение и обработка данных; Предоставление данных пользователям.
- Полнота
функциональности; Производительность
(среднее количество запросов, обрабатываемых за единицу времени). Важным показателем производительности является пропускная способность
сети – количество данных, передаваемых через сеть за единицу времени. Надежность
(устойчивость к помехам и отказам) Защищенность информации
, передаваемой по сети; Прозрачность
для пользователя – он должен использовать ресурсы сети точно так же как и локальные ресурсы собственного компьютера. Масштабируемость и универсальность
– возможность расширения сети без существенного снижения производительности, а также возможность подключать и использовать разнообразное техническое и программное обеспечение.
- Локальные (ЛВС, LAN – Local Area Network); Региональные (РВС, MAN – Metropolitan Area Network); Глобальные (ГВС, WAN – World Area Network).
- Конвергенция используемых технологий; Объединение сетей в единую структуру (многосетевую иерархию).
- Геометрию построения (топологию) сети; Протоколы передачи данных; Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей.
- широковещательные; последовательные.
- общая шина; дерево (соединение общих шин); звезда с пассивным центром.
- звезда с интеллектуальным центром; кольцо; цепочка; иерархическое соединение; снежинка; произвольное соединение (ячеистая конфигурация);
- в широковещательных – селекция информации; в последовательных – маршрутизация информации.
- 1 – физический (формирует физическую среду передачи данных). Пример
: Ethernet; 2 – канальный (организация и управление физическим каналом передачи данных); 3 – сетевой (обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал передачи данных). Пример
: IP; 4 – транспортный (обеспечивает сегментирование данных и их надежную передачу от источника к потребителю). Пример
: TCP; 5 – сеансовый (инициализация сеансов связи между приложениями, управление очередностью и режимами передачи данных) Пример
: RPC; 6 – Представления (обеспечивает представление передаваемых данных в удобном для прикладных программ виде, включая шифрование/дешифрование, синтаксис и т.п.) Практическое применение ограничено; 7 – прикладной (обеспечивает средства сетевого доступа для прикладных программ). Пример
: FTP, HTTP, Telnet.
- Компьютеры
- Рабочие станции; Сетевые компьютеры (NetPC) – ЭВМ максимально упрощенно конфигурации, иногда без внешней памяти, предназначены для решения узкоспециализированных задач (классический «тонкий клиент» сети); Серверы – высокопроизводительные многопользовательские компьютеры, выделенные для обработки запросов пользователей сети. К специализированным серверам относятся:
- Файл-серверы (например, на RAID-массивах); Серверы резервного копирования; Факс-серверы (для организации эффективной факсимильной связи); Почтовые серверы; Серверы печати (для эффективного использования устройств вывода информации); Серверы-шлюзы в Интернет (обеспечивают защищенный выход в Интернет); Прокси-серверы (обеспечивают фильтрацию и временное хранение данных при работе в глобальной сети).
- Коммутация каналов – организация непосредственного физического соединения между пунктам отправления и назначения данных. Такой сквозной физический канал устанавливается в начале сеанса связи и поддерживается все время его жизни. При этом образованный канал недоступен для других абонентов. Пример
: телефонная связь. Коммутация сообщений – передача данных в виде дискретных порций разной длины, при этом установления физического канала между источником и адресатом данных не происходит. Узлы коммутации передают сообщение по свободному на данный момент каналу на ближайший узел сети в сторону получателя. Коммутация пакетов – похожа на коммутацию сообщений, но применяется технология разбиения длинных сообщений на множество пакетов одинаковой (стандартной) длины. Это позволяет повысить эффективность использования каналов, уменьшить емкость запоминающих устройств узлов коммутации, обеспечить более высокий уровень надежности передачи данных. Развитие этой технологии: организация виртуальных каналов
, то есть разделение по времени ресурса канала между всеми пользователями.
- Модем – устройство прямого и обратного преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи.
- Аналоговые модемы – в настоящее время широко используются для передачи данных через телефонную линию. Первые версии протоколов передачи данных по телефонными проводам появились в середине 60-ых годов. Действующий с 1998 года протокол V.90 обеспечивает скорость передачи данных до 56 000 бит/с. Современные модемы поддерживают не только протоколы передачи данных, но и их кодирования, сжатия, коррекции. Аналоговые модемы бывают двух классов: программные и аппаратные. В первых выполнение работ по приему и передаче данных компьютером осуществляется с использованием соответствующего программного обеспечения (Пример
: Win-модемы). Ко второму классу относятся устройства, в которых перечисленные функции реализованы аппаратно. Цифровые модемы – это устройства, обеспечивающие согласование и правильность передачи данных по цифровым линиям. Для каждой конкретной сетевой технологии (относящейся к нижним уровням модели OSI) выпускается свой цифровой модем. Примеры
: ISDN-модемы, ADSL-модемы, сотовые модемы, спутниковые радиомодемы.
- Повторители – устройства, усиливающие электрические сигналы и обеспечивающие его сохранение при передаче на большие расстояния; Концентраторы – устройства, обеспечивающие коммутацию в сетях. Могут также выполнять роль повторителей (активные концентраторы); Мосты – регулируют трафик и осуществляют фильтрацию информационных пакетов в соответствии с адресами получателей при соединении нескольких сетей с различной топологией но под управлением однотипных ОС. Маршрутизаторы – интеллектуальные устройства, обеспечивающие соединение разнотипных сетей и предлагающие оптимальный маршрут для движения информационных пакетов. Шлюзы – обеспечивают объединение разнородных сетей, использующих различные протоколы на всех 7 уровнях OSI. Кроме маршрутизации выполняют преобразование формата информационных пакетов и их перекодирование.
- Одноранговые; С выделенным сервером.
- С «толстым клиентом»; С «тонким клиентом»
- Анализ исходных данных; Выбор основных сетевых решений; Анализ финансовых затрат на проект и принятие окончательного решения; Прокладка кабельной системы; Организация силовой электрической сети; Установка оборудования и сетевого программного обеспечения; Конфигурирование (настройка параметров) сети.
- Анализ предметной области необходимо начинать с определения целей
разработки ЛВС. В качестве общих можно назвать такие цели как: обеспечение связи, совместная обработка информации, совместное использование данных и файлов, централизованное управление компьютерами, контроль за доступом к важным данным. Разумеется, в каждом конкретном случае перечень целей должен быть уточнен и дополнен. Следует помнить, что всякая цель проектирования и реализации ЛВС возникает не сама по себе, а как одна из целей функционирования некоторой информационной системы. После определения списка целей необходимо выделить функционально-независимые группы пользователей локальной сети и указать для каждой из групп перечень их функций
в ЛВС. Например
, для пользователей группы «Клиенты туристической фирмы» можно предусмотреть функцию ознакомления с электронными презентациями новых маршрутов, а для пользователей «Менеджер туристической фирмы» – функции доступа к внутренней базе данных фирмы, подключения к глобальным сетям бронирования, связи с другими менеджерами и т.п. Следует помнить, что реализация каждой пользовательской функции должна способствовать достижению ранее заявленных целей разработки локальной сети. Проведенный анализ целей и функций позволяет выдвинуть общие
требования
к проектируемой ЛВС:
- Размер сети (количество компьютеров и расстояние между ними в настоящее время, а также в ближайшем будущем и в перспективе); Структура сети (иерархия и основные части – по подразделениям, комнатам, этажам и т.п.); Основные направления, характер (данные, изображения, звук, видео) и интенсивность информационных потоков; Необходимость подключения к глобальным или другим локальным сетям. Типовые характеристики компьютеров ЛВС. Требования к программному обеспечению, устанавливаемому на компьютерах, объединяемых в сеть.
- Сеть должна соответствовать требованиям, сформулированным на этапе анализа исходных данных. Предложенный вариант проекта ЛВС должен быть наиболее оптимальным с точки зрения некоторого критерия. Архитектура сети должна обеспечивать возможность дальнейшего развития сети. Управление используемым оборудованием должны быть как можно более простым.
- Выбор сетевой архитектуры, что подразумевает:
- Выбор топологии сети, то есть схемы соединения компьютеров, кабельной системы и других сетевых компонентов; Выбор протокола передачи данных; Выбор типа кабельной системы; Выбор сетевого оборудования.
- Целостность данных (защита от сбоев, ведущих к потере информации, а также неавторизованного создания или уничтожения информации); Конфиденциальность информации; Доступность информации для всех авторизованных пользователей.
- Угрозы безопасности; Сервисы (службы) безопасности (СБ); Механизмы реализации функций служб безопасности.
- Характер проникновения (несанкционированного доступа в сеть): преднамеренное или случайное, кратковременное или долговременное, разовое или многократное. Воздействие проникновения на информационную среду:
- Неразрушающее (сеть продолжает функционировать нормально); Разрушающее.
- Уничтожение (физическое удаление) информации; Разрушение данных и программ; Искажение информации; Подмена программ; Копирование информации (особенно опасно в случаях промышленного шпионажа); Добавление новых компонентов; Заражение вирусом.
- Взломщики сетей – хакеры (из корыстных или бескорыстных побуждений); Уволенные или обиженные сотрудники сети; Специалисты по промышленному шпионажу; Недобросовестные конкуренты. Некомпетентные и/или халатные администраторы и пользователи сети, а также разработчики используемого ПО (при случайном проникновении).
- Аутентификация подтверждение подлинности); Обеспечение целостности передаваемых данных; Засекречивание данных; Контроль доступа; Защита от отказов.
- Шифрование; Цифровая подпись; Контроль доступа; Обеспечение целостности данных; Обеспечение аутентификации (проверка подлинности пользователей); Подстановка трафика (генерация объектами сети фиктивной передачи данных для засекречивания потоков конфиденциальной информации); Управление маршрутизацией (выбор безопасных и надежных маршрутов передачи секретных сведений); Арбитраж (подтверждение подлинности отправителя и других характеристик передаваемых данных некоторой третьей стороной – арбитром).
- Сетевое управление; Сетевой каталог, отражающий все сетевые службы и ресурсы; Сетевая файловая система; Корпоративная база данных; Интегрированная передача сообщений (электронная почта, факс и др.); Средства работы в WWW; Сетевая печать; Защита информации от несанкционированного доступа.
1. Введение - 1 стр.
2. Постановка задачи - 2 стр.
3. Анализ методов решения задачи - 2 стр.
4. Базовая модель OSI - 4 стр.
5. Сетевые устройства и средства коммуникаций - 7 стр.
6. Топологии вычислительной сети - 10стр.
7. Типы построения сетей - 16стр.
8. Сетевые операционные системы - 18стр.
9. Техническое решение - 25стр.
10.Литература - 28стр.
Введение.
На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E - Mail писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.
Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.
Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса отвечающего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.
Постановка задачи.
На текущем этапе развития объединения сложилась ситуация когда:
1. В объединении имеется большое количество компьютеров работающих отдельно от всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с другими компьютерами информацией.
2. Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при существующих объемах и различных методах обработки и хранения информации.
3. Существующие ЛВС объединяют в себе небольшое количество компьютеров и работают только над конкретными и узкими задачами.
4. Накопленное программное и информационное обеспечение не используется в полном объеме и не имеет общего стандарта хранения.
5. При имеющейся возможности подключения к глобальным вычислительным сетям типа Internet необходимо осуществить подключение к информационному каналу не одной группы пользователей, а всех пользователей с помощью объединения в группы.
Анализ методов решения данной задачи.
Для решения данной проблемы предложено создать единую информационную сеть (ЕИС) предприятия. ЕИС предприятия должна выполнять следующие функции:
1. Создание единого информационного пространства которое способно охватить и применять для всех пользователей информацию созданную в разное время и под разными типами хранения и обработки данных, распараллеливание и контроль выполнения работ и обработки данных по ним.
2. Повышение достоверности информации и надежности ее хранения путем создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а так же создание архивов данных которые можно использовать, но на текущий момент необходимости в них нет.
3. Обеспечения эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической информации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (информация архива) с помощью создания глобальной базы данных.
4. Обработка документов и построения на базе этого действующей системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оптимального решения и выработки глобальных отчетов.
5. Обеспечивать прозрачный доступ к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.
В данной работе на практике рассмотрено решение 1-го пункта “ Задачи ” - Создание единого информационного пространства - путем рассмотрения и выбора лучшего из существующих способов или их комбинации.
Рассмотрим нашу ИВС. Упрощая задачу можно сказать, что это локальная вычислительная сеть (ЛВС).
Что такое ЛВС? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.
Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.
Разделение ресурсов.
Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.
Разделение данных .
Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.
Разделение программных средств.
Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.
Разделение ресурсов процессора .
При 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.
Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).
Базовая модель OSI (Open System Interconnection)
Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений.
Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от отправителя к получателю.
Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization).
ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного пояснения расчленим ее на семь уровней.
Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnection (OSI)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных.
Модель содержит семь отдельных уровней:
Уровень 1 : физический - битовые протоколы передачи информации;
Уровень 2 : канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;
Уровень 3 : сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;
Уровень 4 : транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов;
Уровень 5 : сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;
Уровень 6 : представлении данных - интерпретация передаваемых данных;
Уровень 7 : прикладной - пользовательское управление данными.
Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная ролью в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом.
Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.
С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном уровне.
Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.
На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.
Уровень 1. Физический.
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. Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA RS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.
Уровень 2. Канальный.
Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые "кадры" последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
Уровень 3. Сетевой.
Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, - рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).
Уровень 4. Транспортный.
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.
Уровень 5. Сеансовый.
Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень 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.
Уровень 6. Представления данных.
Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также 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.
Уровень 7. Прикладной.
В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.
Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний:"0" и "1").
Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.
Количество представленных знаков в ходе зависит от количества битов, используемых в коде: код из четырех битов может представить максимум 16 значений, 5-битовый код - 32 значения, 6-битовый код - 64 значения, 7-битовый - 128 значений и 8-битовый код - 256 алфавитно-цифровых знаков.
При передаче информации между одинаковыми вычислительными системами и различающимися типами компьютеров применяют следующие коды:
На международном уровне передача символьной информации осуществляется с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы.
Национальные и специальные знаки с помощью 7-битово кода представить нельзя. Для представления национальных знаков применяют наиболее употребимый 8-битовый код.
Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговорены в протоколе передачи данных.
Протокол передачи данных требует следующей информации:
Синхронизация
Под синхронизацией понимают механизм распознавания начала блока данных и его конца.
Инициализация
Под инициализацией понимают установление соединения между взаимодействующими партнерами.
Блокирование
Под блокированием понимают разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опознавательные знаки начала блока и его конца).
Адресация
Адресация обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия.
Обнаружение ошибок
Под обнаружением ошибок понимают установку битов четности и, следовательно, вычисление контрольных битов.
Нумерация блоков
Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию.
Управление потоком данных
Управление потоком данных служит для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, например, если не хватает места в буфере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (например, принтерах), сообщения и / или запросы накапливаются.
Методы восстановления
После прерывания процесса передачи данных используют методы восстановления, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации.
Разрешение доступа
Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вменяются в обязанность пункта разрешения доступа (например, "только передача" или "только прием").
Сетевые устройства и средства коммуникаций.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:
стоимость монтажа и обслуживания,
скорость передачи информации,
Ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей(репитеров)),
безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.
Витая пара.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и бес проблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Коаксиальный кабель.
Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.
Широкополосный коаксиальный кабель.
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. 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. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Еthernet-кабель.
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя 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.
Сheapernеt-кабель.
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит / с.
При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).
Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала
Оптоволоконные линии.
Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.
Показатели трех типовых сред для передачи приведены в таблице.
| Показатели | Среда передачи данных | ||
| Коаксиальный кабель | Оптоволоконный кабель | ||
| Цена | Невысокая | Относительно высокая | Высокая |
| Наращивание | Очень простое | Проблематично | Простое |
| Защита от прослушивания | Незначительная | Хорошая | Высокая |
| Показатели | Среда передачи данных | ||
| Двух жильный кабель - витая пара | Коаксиальный кабель | Оптоволоконный кабель | |
| Проблемы с заземлением | Нет | Возможны | Нет |
| Восприимчивость к помехам | Существует | Существует | Отсутствует |
Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями.
Топологии вычислительной сети.
Топология типа звезда.
Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.
Топология в виде звезды
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.
Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Кольцевая топология.
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3
Кольцевая топология
с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.
Структура логической кольцевой цепи
Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.
Шинная топология.
При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
Шинная топология
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.
Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.
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.
В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.
В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.
Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в таблице.
| Характеристики | Топология | ||
| Звезда | Кольцо | Шина | |
| Стоимость расширения | Незначительная | Средняя | Средняя |
| Присоединение абонентов | Пассивное | Активное | Пассивное |
| Защита от отказов | Незначительная | Незначительная | Высокая |
| Характеристики | Топология | ||
| Звезда | Кольцо | Шина | |
| Размеры системы | Любые | Любые | Ограниченны |
| Защищенность от прослушивания | Хорошая | Хорошая | Незначительная |
| Стоимость подключения | Незначительная | 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 | Среднее |
Древовидная структура ЛВС.
На ряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и / или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.
На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.
Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимальное возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.
Типы построения сетей по методам передачи информации.
Локальная сеть Token Ring
Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:
¨ устройства подключаются к сети по топологии кольцо;
¨ все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);
¨ в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.
Типы пакетов.
В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:
¨ пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);
¨ маркер (Token);
¨ пакет сброса (Аbort).
Пакет Управление/Данные . С помощью такого пакета выполняется
передача данных или команд управления работой сети.
Маркер. 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. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.
В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.
Локальная сеть Arknet.
Arknet (Attached Resource Computer NETWork) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Тоken Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:
¨ Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные
¨ только получив разрешение на передачу (маркер);
¨ В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;
¨ Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.
Основные принципы работы.
Передача каждого байта в Аrcnet выполняется специальной посылкой ISU(Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Аlегt Вurst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.
В Аrcnet определены 5 типов пакетов:
1. Пакет IТТ (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.
2. Пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.
3. Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.
4. Пакет АСК ( ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.
5. Пакет NAK (Negative AcKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.
В сети Arknet можно использовать две топологии: звезда и шина.
Локальная сеть Ethernet
Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.
Основные принципы работы.
На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:
¨ все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени(если передающая среда свободна);
¨ данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.
Сетевые операционные системы для локальных сетей.
Основное направление развития современных Сетевых Операционных Систем (Network Operation System - NOS) - перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NТ, Windows 95. Кроме этого внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (directoгу/namе service).
В современных NOS применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.
Первый - это Таблицы Объектов (Bindery). Используется в сетевых операционных системах NetWare 28б и NetWare v3.1х. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.
Второй подход используется в LANServer и LANMahager - Структура Доменов (Domain). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов. Например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.
Третий подход - Служба Наименований Директорий или Каталогов (Directory Name Services - DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность и живучесть системы, а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно.
В настоящее время по оценке компании IDC наиболее распространенными являются следующие сетевые операционные системы:
¨ NetWare v2.х и vЗ.х, Nowell Inc. 65%
¨ LAN Server, IВМ Согр. 14%
¨ LAN Manager, Microsoft Corp. 3%
¨ VINES, Ваnуаn Systems Inc. 2%
Рассмотрим более подробно возможности этих и некоторых других сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети.
NetWare 3.11, Nowell Inc.
Отличительные черты:
¨ самая эффективная файловая система среди современных NOS;
¨ самый широкий выбор аппаратного обеспечения
¨ Минимальный объем жесткого диска: 9 МБайт.
¨ Объем ОП (Оперативной Памяти) на сервере: 4 МБайт - 4ГБайт.
¨ Минимальный объем ОП РС (Рабочей Станции) клиента: б40 Кбайт.
¨ Операционная система: собственная разработка Nowell
¨ Протоколы: IРХ/SРХ.
¨ Мультипроцессорность: нет.
¨ Количество пользователей: 250.
¨ Максимальный размер файла: 4ГБайт.
¨ Шифрование данных: нет.
¨ Монитор UPS: есть.
¨ ТТS: есть.
¨ Управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindeгу на сервере.
¨ Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц bindery и данных.
¨ Фрагментация блоков (Block suballocations): нет.
¨ Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(доп.), ОS/2(доп.), UNIX(доп.), Windows NT.
LAN Server, IВМ Согр.
Отличительные черты:
¨ использование доменной организации сети упрощает управление и доступ к ресурсам сети;
¨ обеспечивает полное взаимодействие с иерархическими системами (архитектурой SNА).
Целостная операционная система с широким набором услуг. Работает на базе ОS/2, поэтому сервер может быть невыделенным (nondedicated). Обеспечивает взаимодействие с иерархическими системами, поддерживает межсетевое взаимодействие.
Выпускаются две версии LAN Server: Entry и Advanced. Advanced в отличие от Entry поддерживает высокопроизводительную файловую систему (High Perfomance File System - HPFS). Она включает системы отказоустойчивости (Fail Tolerances) и секретности (Local Security).
Серверы и пользователи объединяются в домены. Серверы в домене работают как единая логическая система. Все ресурсы домена доступны пользователю после регистрации в домене. В одной кабельной системе могут работать несколько доменов. При использовании на рабочей станции OS/2 ресурсы этих станций доступны пользователям других рабочих станций, но только одному в данное время. Администратор может управлять работой сети только с рабочей станции, на которой установлена операционная система OS/2. LAN Server поддерживает удаленную загрузку рабочих станций DOS, OS/2 и Windows (Remote Interface Procedure Load - RIPL).
К недостаткам можно отнести:
¨ сложная процедура установки NOS;
¨ ограниченное количество поддерживаемых драйверов сетевых адаптеров.
Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.
¨ Центральный процессор: 38б и выше.
¨ Минимальный объем жесткого диска: 4.6 МБайт для клиента (requestor)/7.2 МБайт для сервера.
¨ Минимальный объем ОП на сервере: 1.3 МБайт - 16 МБайт.
¨ Минимальный объем ОП РС клиента: 4.2 Мбайт для OS/2, 640 КБайт для DOS.
¨ Операционная система: OS/2 2.х.
¨ Протоколы: NetBIOS, ТСР/IР.
¨ Количество пользователей: 1016.
¨ Максимальный размер файла: 2 Гбайт.
¨ Шифрование данных: нет.
¨ Монитор UPS: есть.
¨ ТТS: есть.
¨ Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц домена.
¨ Компрессирование данных: нет.
¨ Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас (доп.), OS/2, UNIX, Windows NT (доп.).
VINES 5.52, Banyan System Inc.
Отличительные черты:
¨ возможность взаимодействия с любой другой сетевой операционной системой;
¨ использование службы имен StreetTalk позволяет создавать разветвленные системы.
До появления NetWare 4 VINES преобладала на рынке сетевых операционных систем для распределенных сетей, для сетей масштаба предприятия (enterprise network). Тесно интегрирована с UNIX.
Для организации взаимодействия используется глобальная служба имен - StreetTalk, во многом схожая с NetWare Directory Services. Позволяет подключиться пользователю, находящемуся в любом месте сети. StreetTalk - база данных, распределенная по всем серверам сети.
Поддержка Х.29 позволяет удаленной рабочей станции DOS подключиться к локальной сети через сети Х.25 или ISDN.
VINES критична к типу компьютера и жестких дисков. Поэтому при выборе оборудования необходимо убедиться в совместимости аппаратного обеспечения и сетевой операционной системы VINES.
Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.
¨ Центральный процессор: 386 и выше.
¨ Минимальный объем жесткого диска: 80 Мбайт.
¨ Объем ОП на сервере: 8 Мбайт - 25б Мбайт.
¨ Минимальный объем ОП РС клиента: б40 КБайт.
¨ Операционная система: UNIX.
¨ Протоколы: VINES IР, AFP, NetBIOS, ТСР/IР, IРХ/SРХ.
¨ Мультипроцессорность: есть - SMP(Symmetric MultiProcesing).
¨ Максимальный размер файла; 2ГБайт.
¨ Шифрование данных: нет.
¨ Монитор UPS: есть.
¨ ТТS: нет.
¨ Управление распределенными ресурсами сети: StreetTalk.
¨ Система отказоустойчивости: резервное копирование таблиц StreetTalk и данных.
¨ Компрессирование данных: есть.
¨ Фрагментация блоков (Block suballocation): нет.
¨ Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(доп.), ОS/2, UNIX(доп.), Windows NT (доп.).
Windows NT Advanced Server 3.1, Microsoft Corp.
Отличительные черты:
¨ простота интерфейса пользователя
¨ доступность средств разработки прикладных программ и поддержка прогрессивных объектно-ориентированных технологий
Всё это привело к тому, что эта операционная система может стать одной из самых популярных сетевых операционных систем.
Интерфейс напоминает оконный интерфейс Windows 3.1, инсталяция занимает около 20 минут. Модульное построение системы упрощает внесение изменений и перенос на другие платформы. Обеспечивается защищенность подсистем от несанкционированного доступа и от их взаимного влияния (если зависает один процесс, это не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленных станций - Remote Access Service (RAS), но не поддерживается удаленная обработка заданий.
Windows NT предъявляет более высокие требования к производительности компьютера по сравнению с NetWare.
Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.
¨ Минимальный объем жесткого диска: 90 Мбайт.
¨ Минимальный объем ОП на сервере: 16 Мбайт.
¨ Минимальный объем ОП РС клиента; 12 Мбайт для NТ/512 КБайт для DOS.
¨ Операционная система: Windows NT.
¨ Протоколы: NetBEUI, ТСР/IР, IРХ/SРХ, АррlеТаlk, АsyncBEUI.
¨ Мультипроцессорность: поддерживается.
¨ Количество пользователей: неограниченно.
¨ Максимальный размер файла: неограничен.
¨ Шифрование данных: уровень С-2.
¨ Монитор UPS: есть.
¨ ТТS: есть.
¨ Управление распределенными ресурсами сети: домены.
¨ Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, RAID 5, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц домена и данных.
¨ Компрессирование данных: нет.
¨ Фрагментация блоков (Block suballocation): нет.
¨ Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас, ОS/2, UNIX, Windows NT.
NetWare 4, Nowell Inc.
Отличительная черта:
¨ применение специализированной системы управления ресурсами сети (NetWare Directory Services - NDS) позволяет строить эффективные информационные системы с количеством пользователей до 1000. В NDS определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта информация распределена по всем серверам сети.
Для управления памятью используется только одна область (рооl), поэтому оперативная память, освободившаяся после выполнения каких-либо процессов, становится сразу доступной операционной системе (в отличие от NetWare 3).
Новая система управления хранением данных (Data Storage Managment) состоит из трех компонент, позволяющих повысить эффективность файловой системы:
1. Фрагментация Блоков или Разбиение Блоков Данных на Подблоки (Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 КБайта, а требуется записать файл размером 65 КБайт, то ранее потребовалось бы выделить 2 блока по б4 Кбайта. При этом 6З Кбайта во втором блоке не могут использоваться для хранения других данных. В NetWare 4 система выделит в такой ситуации один блок размером 64 КБайта и два блока по 512 Байт. Каждый частично используемый блок делится на подблоки по 512 Байт, свободные подблоки доступны системе при записи других файлов.
2. Упаковка Файлов (File Compression). Долго не используемые данные система автоматически компрессирует, упаковывает, экономя таким образом место на жестких дисках. При обращении к этим данным автоматически выполняется декомпрессия данных.
3. Перемещение Данных (Data Migration). Долго не используемые данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо другие носители, экономя таким образом место на жестких дисках.
Встроенная поддержка Протокола Передачи Серии Пакетов (Packet-Burst Migration). Этот протокол позволяет передавать несколько пакетов без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Подтверждение передается после получения последнего пакета из серии.
При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выполняется разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 Байт, что уменьшает: скорость передачи данных примерно на 20%. Применение в NetWare 4 протокола LIP (Large Internet Packet) позволяет повысить эффективность обмена данными между сетями, так как в этом случае разбиение на сегменты по 512 Байт не требуется.
Все системные сообщения и интерфейс используют специальный модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять этот модуль или добавить новый. Возможно одновременное использование нескольких языков: один пользователь при работе с утилитами использует английский язык, а другой в это же время немецкий.
Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и OS/2-интерфейс.
Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.
¨ Центральный процессор: 38б и выше.
Минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 Мбайт.
Объем ОП на сервере: 8 Мбайт - 4ГБайт.
Минимальный объем ОП РС клиента: б40 КБайт.
Операционная система: собственная разработка Nowell.
Протоколы: IРХ/SРХ.
Мультипроцессорность: нет.
Количество пользователей: 1000.
Максимальный размер файла: 4 Гбайт.
Шифрование данных: С-2.
Монитор UPS: есть.
ТТS: есть.
Управление распределенными ресурсами сети: NDS.
Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц NDS.
Компрессирование данных: есть.
¨ Фрагментация блоков (Block suballocation): есть.
¨ Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(5), ОS/2, UNIX(доп.), Windows NT.
Техническое решение.
В виду рассмотренного материала который дает сравнительное рассмотрение максимального количества всех возможных вариантов решений основанных на существующих технологиях и мировом опыте, а также на существующих и принятых во всем мире стандартах построения ЛВС, мы можем принять следующую концепцию за основу построения сети как максимально отвечающую поставленным требованиям и технико-экономически законченную.
Шаг 1. У нас есть (см. пл-т 1) небольшие сети (отдел, подразделение, цех) и отдельно стоящие компьютеры ни с кем не соединенные (начальники отделов и административный корпус). На первом этапе мы объединим все компьютеры в одном здании в одну сеть, по способам и технологиям рассматриваемым конкретно к каждому случаю. В каждом корпусе (пучке) (см. пл-т 2) будет выделенный сервер имеющий связь с центральным сервером предприятия, но дающий возможность связи простым компьютерам только через себя. Так как ряд компьютеров имеют достаточно слабые технические характеристики, то рационально объединить их в сети под управлением ОС Nowell NetWare 4.02 или Windows 3.11 for WorkGroups так как они дают возможность подключения “клиентов” на уровне DOS.
Шаг 2. На втором шаге нам необходимо объединение корпусов в единую сеть (см. пл-т 3). Для этого мы возьмём мощный сервер с большой производительностью и соединим его через опто-волоконную связь со всеми 6-ю корпусами по топологии “звезда” как самой защищенной от сбоев и полного выхода сети из работы и имеющую максимальную пропускную способность. Управлять сетью будет Nowell NeWare 4.02 как ОС дающая возможность присоединения любых компьютеров и работы со всеми другими ОС (см. пл-т 4). Для увеличения спектра решаемых задач к центральному серверу мы подключим и Sun Spark Station работающий под управлением ОС Unix и SQL Server Windows NT подключенные под управлением математических мостов в объединенных средах Unix/NetWare и Windows NT/NetWare дающие возможность взаимного выступления серверов и клиентами и серверами по отношению друг к другу.
Организация сети.
Объединение локальных сетей отделов и “рабочих групп”, информационно связанных по функциональному взаимодействию при решении их производственных задач осуществляется по принципу “клиент-сервер” с последующим предоставлением сводной результирующей технологической и финансово-экономической информации на уровень АРМ руководителей предприятия (и объединения, в дальнейшем) для принятия управленческих решений.
Программно-структурная организация сети.
Предлагается решить данную задачу путем создания на основе Nowell технологии и операционной системы Nowell NetWare 4.02 корпоративную сеть предприятия по принципу "распределенная звезда", работающую под управлением нескольких серверов и поддерживая основные транспортные протоколы (IPX/SPX и TCP/IP) в зависимости от протокола под которым работают местные локальные сети и имеющая сегменты типа Ethernet .
Кабельная структура
Пассивная часть кабельной структуры ЕИС предприятия содержит в себе:
¨ 6 магистральных сегментов волоконно-оптических кабелей связи FXOHBMUK-4GKW-57563-02;
¨ соединительные кабели F/O Patch Cable;
¨ коммутирующие панели F/O Patch Panel;
¨ экранированные радиочастотные кабели RG-58;
¨ кабели "витая пара" 10Base-T Level 5;
¨ коммутирующие панели TP Patch Panel;
¨ соединители T-connector;
¨ концевые радиочастотные терминаторы.
Применение оптико-волоконных линий связи оправдано значительным удалением производственных объектов и зданий друг от друга и высоким уровнем индустриальных помех. Кабели RG-58 используются при подключении к сети автоматизированных промышленных установок, также требующих защиты обрабатываемой на этих АРМах и передаваемой на другие АРМы технологической и другой информации от различного вида индустриальных помех. "Витая пара" 10Base-T Level 5 используется для подключения рабочих станций пользователей сети в местах, не требующих повышенных требований к защите среды передачи информации от помех.
Активная часть кабельной структуры ЕИС представлена следующей аппаратурой:
¨ репитер CMMR-1440 Multi-Media Repeater;
¨ коммутирующие концентраторы 10Base-T UTPC-1220 Concentrator;
¨ коммутирующие концентраторы 10Base-T UTPC-6100 Concentrator.
Аппаратно-программая организация
ЕИС, представленная на рисунке, содержит 3 сервера баз данных (файл-сервера),2 из которых представлены компьютерами IBM PC/AT486DX, 3-й - Pentium 120/40/4.2G, функционирующих под управлением сетевой ОС Novell NetWare и Unix-сервера на базе Sun Sparkstation. Серверы, кроме своего прямого назначения обработки и хранения информации, решают задачу маршрутизации и транспортировки информации, с одной стороны снижая трафик на основной информационной магистрали и с другой - обеспечивают прозрачный доступ к информации других серверов.
Серверы в настоящее время обслуживают порядка 60-ти рабочих станций, обрабатывающих различного вида технологическую информацию, а также свыше 40-ка рабочих станций в административно-управленческих и финансово-экономических подразделениях предприятия.
В качестве сетевых аппаратных средств серверов и рабочих станций используются следующие сетевые адаптерные карты:
Сетевые потоколы - IEEE 802.2, IEEE 802.3 CSMA/CD.
Транспортные протоколы - IPX/SPX - для NetWare-серверов, TCP/IP -
со своими правами и привилегиями.
Для программно-аппаратного объединения сетевых сред NetWare и Unix использовать программный мост на базе совмещенного транспортного протокола IPX/IP, в дальнейшем с возможным переходом на сетевую интегрированную ОС Unix/Ware.
Наряду с сетевой ОС NetWare 3.11 для групп клиентов, функционально взаимосвязанных между собой при решении производственных задач, используется сетевая среда Artisoft LANtastic 6.0 и Windows for Workgroup 3.11 предоставляющие прозрачный доступ пользователям этих одноранговых сетей к информации друг друга. В то же время пользователи среды LANtastic 6.0 и Windows for Workgroup 3.11 являются клиентами NetWare-серверов, имея доступ к их ресурсам и информации на жестких дисках в соответствии со своими правами и привилегиями.
Таким образом Мы получили реально работающую корпоративную сеть имеющую множество оригинально работающих узлов и принципов решений задачи которая на сегодня в мире является одной из самых интересных и передовых в мире в области информационных технологий. Эта сеть даст в дальнейшем возможность переходить на новые более мощные программные и аппаратные средства связи и коммуникаций которые будут разработаны в мире, так как вся сеть реализована на основе ISO и полностью соответствует мировым стандартам.
Литература.
· Д.Веттинг “ Nowell NetWare для пользователя”
· С.И.Казаков “Основы сетевых технологий”
· “ Nowell NetWare 4.02 for Lan Managers” Nowell Corp.
· Б.Г. Голованов “ Введение в программирование в сетях Nowell NetWare”
ИВС
среда передачи данных .
ИВС классифицируются по ряду признаков.
В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети :
1. территориальная , охватывающая значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить региональные и глобальные , имеющие соответствующие масштабы. Региональные сети иногда называют сетями MAN (городская сеть), а глобальные сети называются WAN.
2. локальные вычислительные сети (ЛВС), охватывающие ограниченную территорию, обычно в пределах удалённости узлов сети не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже – на несколько км. Локальные сети обозначаются сокращением LAN.
3. Корпоративные сети (масштабные предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающая территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение.
Среди глобальных сетей следует выделить единственную в своём роде глобальную сеть – Интернет и реализованную в ней информационную службу World Wide Web.
Различают интегрированные сети, неитегрированные сети и подсети.
Интегрированная вычислительная сеть (Интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями . Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п. В этом случае они называются сетями интегрального обслуживания .
Кабели.
1. Коаксиальный кабель (аналогичным кабелем подключается телевизор к внешней антенне).
Вставить картинку.
2. Витая пара – попросту говоря несколько пар скрученных проводов, помещённых в один общий кабель (медных проводов). Этот кабель обычно экранирован и изолирован от внешних воздействий: электромагнитных волн и т.п.
Вставить картинку.
3. Оптическое волокно – это тонкий и гибкий кабель, по которому данные передаются с помощью световых волн. Такой тип кабеля позволяет передавать данные на расстояние, превышающее 1 км без потери качества передаваемого сигнала. По своему внешнему виду этот кабель похож на коаксиальный. Он состоит из толстого стеклянного волокна, вокруг которого оплетена пластиковая изоляция, не позволяющая выйти лучу света за пределы центрального волокна. И всё это ещё раз оплетено защитной пластиковой изоляцией.
Сетевые топологии.
Топологии локальных сетей можно рассматривать либо с физической, либо с логической точки зрения.
Физическая топология определяет геометрическое расположение элементов, из которых состоит сеть.
Топология – это не просто карта сети, а теоретическое и в какой-то мере графическое описание формы и структуры локальной сети.
Логическая топология определяет возможные связи между объектами сети, которые могут общаться друг с другом. Такой тип топологии удобно использовать, когда необходимо определить, какие пары объектов сети могут обмениваться информацией, и имеют ли эти пары физическое соединение друг с другом.
Базовые топологии.
1. Шина (линейная топология)
При линейной топологии все элементы сети подключены друг за другом при помощи одного кабеля. Концы такой сети должны быть затерминированы при помощи небольших заглушек – терминаторов. Обычно при такой топологии используется один кабель и в нём нет никакого дополнительного сетевого оборудования, которая позволяет соединять компьютеры и другие объекты сети. Все подключённые к такой сети устройства «слушают» сеть и принимают только те проходящие пакеты, которые предназначены для них, остальные игнорируют.
2. Топология кольцо.
При кольцеобразной топологии каждая рабочая станция соединяется с двумя своими ближайшими соседями. Такая взаимосвязь образует локальную сеть в виде петли или кольца. Данные передаются по кругу в одном направлении, а каждая станция играет роль повторителя, который принимает и отвечает на пакеты, адресованные ему, и передаёт другие пакеты следующей работающей станции вниз.
3. Топология звезда.
В сетях со звездообразной топологией рабочие станции подключаются к центральным устройствам – концентраторам. В отличие от кольцеобразной топологии (физической или виртуальной) каждое устройство звездообразной топологии получает доступ к сети независимо от других, и общая скорость работы сети ограничена только пропускной способностью концентратора.
Звездообразная топология является доминирующей в современных локальных сетях. Такие сети довольно гибкие, легко расширяемые и относительно недорогие по сравнению с более сложными сетями, в которых строго фиксированы методы доступа к сети. Таким образом, звёзды вытеснили устаревшие и редко использующиеся линейные и кольцеобразные топологии. Более того, они стали переходным звеном к последнему виду топологии – коммутируемой звезде .
Д/з: зачёт.
Маршрутизатор.
Маршрутизация – это более сложный процесс, чем коммутация. Здесь мы отдаляемся от физических частей сети. Каждый компьютер в маршрутизируемой сети имеет свой собственный адрес, соответствующий тому протоколу, с которым работает такая сеть.
С точки зрения локальных сетей маршрутизаторы используются редко. Коммутаторы и концентраторы в данном случае отлично справляются со своей задачей. Если же сеть разрастается до размеров глобальной сети (WAN), то в такой случае без маршрутизаторов не обойтись.
Тут схема типо.
Т.к. маршрутизатору не нужно подключать каждый компьютер сети, а только большие её сегменты, в ней нет такого кол-ва портов, как в коммутаторе или концентраторе. Для него достаточно числа портов соответствующее кол-ву соседних сегментов сети. Каждый маршрутизатор ведёт свою таблицу маршрутизации, отдельно напоминающая таблицу коммутации коммутатора. В ней указываются группы сетей и интерфейсы маршрутизатора, к которым они подключены. Таким образом устройство знает на какой порт отправить принятый пакет. По сути, маршрутизатор – это узко специализированный компьютер, в котором как и в обычном компьютере работает специальная ОС, которую можно соответствующим образом настроить.
Мост.
Мост – это устройство, соединяющее вместе 2 локальные сети. Оно передаёт кадры по сети, используя физические мак.адреса сетевых устройств.
Термин «маршрутизаторы» может показаться более привычным, поэтому часто мост называют «низкоуровневым маршрутизаторам». Так как маршрутизаторы оперируются логическими адресами, мосты более приближёнными к аппаратной части сети – физическими.
На рисунке изображена схема сети с использованием мостов. Удалённый мост соединяет 2 удалённые локальные сети (мост 1 и мост 2 на рисунке). По низкоскоростному каналу, например, по телефонной линии, локальный мост соединяет 2 соседние локальные сети (мост 3) .
Для локального моста основной задачей является повышение производительности между двумя сетями, когда как для удалённого моста первоочередной задачей является соединение двух удалённых сетей.
Мостами часто сложнее управлять, чем маршрутизаторами. В таких протоколах, как IP, используются сложные протоколы маршрутизации, позволяющие сетевым администраторам управлять процессом марщрутизации.
Протокол IP так же позволяет логически разбить сеть на сегменты (используя методы распределения адресов по подсетям). Мосты же изначально плохо поддаются управлению, т.к. в для настройки используются только мак.адреса и параметры физической топологии. Поэтому мосты лучше подходят для использования в небольших и простых сетях.
Построение сетевой инфраструктуры.
Ethernet – одна из старейших, простейших и самых дешёвых технологий локальных сетей. Её типы различаются на основе использования среды передачи или, иным словами, по типу кабеля:
¨ 10 Base-5 (толстый коаксиальный кабель) – это самый старинный тип кабеля.
¨ 10 Base-2 (тонкий коаксиальный кабель)
¨ 10 Base-Т (витая пара)
¨ 10 Base-F (оптическое стекловолокно)
Архитектура всех этих типов приблизительно одинакова. Они передают данные по локальной сети со скоростью до 10 Мбит/с. Для отправки данных по сети используется
CSMA/CD и на сегодняшний день самым распространенным типом Интернет является сеть, построенная на базе медной витой пары.
CSMA/CD.
Сердцем технологии Ethernet является протокол CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Контроль несущей обозначает, что каждый компьютер проверяет, передаёт ли какой-либо другой компьютер данные в сеть. Если это так, компьютер не обнаруживает несущую и не начинает передачу своих данных. Компьютер будет проверять наличие несущей до тех пор, пока не освободится сеть и несущая станет свободной. Обнаружение конфликтов означает, что если 2 компьютера одновременно начинают передать данные в сеть и их сигналы сталкиваются (происходит коллизия или другими словами конфликт), они прекращают передачу и возобновляют её только по истечении случайного промежутка времени. Множественный же доступ просто означает, что каждая машина подключена к одной линии сети.
TOKEN RING.
Устаревшая технология локальный сетей основана на кольцеобразной топологии. Эта технология работает следующим образом: ведущий компьютер создаёт в сети специальный информационный объект, который называется маркером, и отправляет его по сетевому кольцу. Этот маркер решает, какой из компьютеров имеет право на передачу данных в сеть. Достигая компьютера, у которого есть что-то для передачи, маркер захватывает его и меняет статус на «занят». Далее компьютер прикрепляет к нему ту информацию, которую он хочет передать и отправляет дальше по сети. Маркер циркулирует по сети до тех пор, пока не попадает к тому компьютеру, к которому эту информация предназначается.
Получающий компьютер забирает данные и отправляет маркер дальше. Когда он попадает к компьютеру-отправителю (который прикрепил к нему данные), маркер удаляется из сети, затем создаётся новый маркер, после чего цикл повторяется.
Архитектура сети TOKEN RING является упорядоченной и эффективной. Существуют 2 её типа: один работает на скорости 1 Мбит/с, а другой на 16.
FAST ETHERNET.
Как и технология ETHERNET, архитектура FAST ETHERNET имеет несколько видов, отличающихся друг от друга типами используемых кабелей:
¨ 100 BASE-T4 (витая пара, используется 4 пары проводов)
¨ 100 BASE-TХ (витая пара, используются только 2 пары проводов)
¨ 100 BASE-FX (оптическое стекловолокно)
Сама же технология FAST ETHERNET является только скоростной сестрой технологии ETHERNET.
В сетях FAST ETHERNET скорость передачи данных достигает 100 Мбит/с.
FDDI (распределённый интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам) – это устойчивая среда передачи данных, поостренная на базе оптического стекловолокна и обеспечивающая скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Такая среда часто используется в качестве магистральных каналов к большим локальным сетям, а так же в качестве соединительного канала между локальными сетями и высокоскоростными компьютерами.
Технология FDDI основана на топологии TOKEN RING, но вместо одного основного кольца для передачи информации в ней используются 2. Первое кольцо обычно является основным, а второе необходимо в качестве резерва. Кольца посылают навстречу друг другу маркеры, чтобы уменьшить кол-во возникающих ошибок в сети. В некоторых типах этой технологии второе кольцо используется не как резервное, а как дополнительное к основному. Таким образом, скорость передачи данных увеличивается в 2 раза.
Технология SDDI (распределённый проводной интерфейс передачи данных) была создана чтобы снизить высокую стоимость оптического стекловолокна использующегося при реализации в сети на базе технологии FDDI.
Для SDDI используется обычная экранированная витая пара проводов.
Волоконно-оптический канал.
(FIBRE SHANNLE ) – интеллектуальная схема соединения, которая работает не только со своим протоколом, но и с таким протоколами как FDDI, SCSI, IP и многими другими.
Она была создана в виде единого стандарта для организации сети хранения информации и передачи данных. Изначально созданная для глобальных сетей схема с волоконно-оптическим каналом легко преобразуется для стандартов локальной сети с помощью коммутаторов. В ней так же поддерживаются как электрические, так и оптические среды передачи данных, что позволяет достигать скорости от 133 до 1062 Мбит/с. Ключевой частью волоконно-оптического канала является так называемый фундамент – абстрактный объект, являющийся промежуточным сетевым устройством, будто то закороченная петля, активный концентратор или канальный коммутатор.
Технология ATM (асинхронный режим передачи) была создана в виде стандарта для международных цифровых сетей.
ATM – это высокопроизводительная технология, которая подходит как для глобальных, так и для локальных сетей.
Для её реализации необходим специальный скоростной коммутатор, который подсоединяется к компьютерам оптическими кабелями (один для передачи и один для приёма).
ATM так же поддерживает одновременную передачу голоса данных и видео по одной сетевой технологии. Скорость передачи данных такой сети может быть 25 Мбит/с и выше и даже террабита скоростей.
Гигабит Ethernet.
Обычно Ethernet-сети работают на скорости 10 Мбит/с либо 100. Гигабитные сети увеличивают эту цифру в 10 раз, позволяя передавать информацию со скоростью до 1000 Мбит/с. Существующие сети Ethernet и Fast-Ethernet полностью совместимы и легко могут быть расширены до гигабитной архитектуры. Это архитектура поддерживает протокол CSMA/CD и может работать как с оптическим стекловолокном, так и с витой парой и даже с коаксиальным кабелем.
Классификация стандартов.
В работе по стандартизации телекоммуникационных сетей принимает участие большое число различных организаций, фирм изготовителей оборудования и ПО, а так же научных учреждений, ассоциаций, министерств и ведомостей.
Выделяют 4 группы стандартов:
1. международные , к которым относятся стандарты международной организации по стандартизации (ISO), международного союза электросвязи ITY.
2. национальные – отечественные стандарты, стандарты американского национального института стандартов (ANSI); стандарты, разработанные национальным центром компьютерной защиты (NCSC) министерства обороны США и другие.
3. специальных комитетов и объединений , создаваемых несколькими компаниями, например, стандарты, разрабатываемые специально созданным объединением (ATM FORM), насчитывающем около 100 коллективных участиях, или станларты союза PAST ETHERNET ALLIANCE.
4. отдельных фирм , например, стек протоколов архитектуры сетевых систем (SNA) компании IBM или графический интерфейс OPEN LOOK для UNIX-систем компании SUN.
Классификация информационно-вычислительных сетей (ИВС).
ИВС – сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети – вычислительное оборудование.
Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приёмниками данных.
Пересылка информации происходит с помощью средств, объединяемых под названием среда передачи данных .
Причины для объединения отдельных компьютеров в сеть:
- в сети можно организовать доступ для всех пользователей к единому информационному ресурсу (например, база данных) расположенному на одном компьютере. При этом возрастает мобильность и оперативность работы, упрощаются процессы обеспечения целостности информационного ресурса и его резервного копирования.
- при объединении компьютеров в сеть снижаются затраты на аппаратное обеспечение в расчёте на одного пользователя. Это достигается за счет совместного использования дискового пространства, дорогих внешних устройств (лазерные принтеры, плоттеры и т.д.), при этом правильная организация совместного доступа повышает надёжность системы в целом, поскольку при поломке одного устройства исполнение его функций может взять на себя другое.
- совместное использование дискового пространства позволяет разместить сетевые версии прикладного ПО на диске одного компьютера, что кроме значительной экономии места на дисках позволяет снизить затраты на ПО.
До 80-х годов все ЭВМ проектировались и использовались исключительно как автономные средства, предназначенные, в основном, для проведения сложных научных и инженерных расчетов. Ни архитектура ЭВМ, ни их программные средства не позволяли объединять отдельные ЭВМ в многомашинную распределенную систему с возможностью доступа к ней многих пользователей. Созданию информационно-вычислительных систем и сетей (ИВС) послужили следующие факторы:
1. Появление персональных ЭВМ и резкий рост их числа.
2. Резкое расширение возможностей связи на основе цифровых каналов, волоконной оптики и космической техники.
3. Потребность в коллективном доступе к вычислительным ресурсам и базам данных (знаний), в обмене данными между пользователями, расположенными на больших расстояниях.
Указанные факторы привели к широкому применению информационно-вычислительных систем, в которых ЭВМ соединяются друг с другом, с банками данных и с многочисленными терминальными устройствами.
Под ИВС будем понимать систему коллективного пользования, состоящую из одного или нескольких процессоров, компьютеров (ЭВМ) и обеспечивающую независимый и одновременный доступ к своим информационно-вычислительным ресурсам многих пользователей.
Классификация ИВС.
Анализ отечественных и зарубежных информационно-вычислительных систем обработки и передачи информации и изучение их возможностей позволяют классифицировать ИВС по следующим признакам:
Методы управления ИВС.
Принадлежность.
Режим работы.
Организация работы.
Структура.
Тип вычислительной среды ИВС.
Количество компьютеров (ЭВМ).
Производительность.
Рассмотрим эти признаки.
По методу управления ИВС делятся на централизованные, децентрализованные и смешанные.
Централизованными являются ИВС, в которых все функции управления техническими средствами ИВС выполняет одна из ЭВМ. Примером такой ИВС являются системы телеобработки данных.
В децентрализованных ИВС функции управления распределены между ЭВМ. При этом каждая ЭВМ работает автономно и выполняет все необходимые функции по управлению вычислительным процессом, обработкой данных и в случае необходимости по передаче информации или задания другой ЭВМ. Машина сама инициирует такую передачу и управляет ею. Примером такой ИВС являются сети ЭВМ.
Смешанными являются ИВС, в которых часть функций управления выполняет главная ЭВМ, а часть распределяется между другими компонентами ИВС. Такой способ управления часто используется в локальных сетях ЭВМ, где планирование и контроль работы сети, сбор и анализ статистики о ее функционировании берет на себя главная ЭВМ - центр управления сетью (ЦУС), а управление передачей информации между узлами сети, контроль ошибок передачи, управление локальной обработкой данных осуществляется каждой ЭВМ автономно.
По принадлежности ИВС делятся на ведомственные (корпоративные) и территориальные.
Ведомственные создаются для обработки данных в интересах отдельного предприятия, организации, министерства.
Территориальные ИВС обеспечивают доступ многих, в том числе и удаленных абонентов заданного района и ресурсом ИВС вне зависимости от их ведомственной принадлежности.
Достоинства территориальных ИВС по сравнению с ведомственными:
Более низкая (на 20-40%) себестоимость обработки информации.
По режимам работы ИВС с точки зрения пользователя делятся на системы с диалоговым режимом , режимом “запрос-ответ”, пакетным и реального времени. Основными режимами являются первые два режима: диалоговый и “запрос-ответ”.
Работа в диалоговом режиме ведется сеансами. Пользователю на все время сеанса отводятся определенные ресурсы процессора, памяти и другие, предоставляется возможность непрерывно воздействовать на процесс обработки задач.
В режиме “запрос-ответ” система настраивается на работу с пользователем только при получении от него запроса, не поддерживая с ним связи в остальное время для выдачи ответа.
Местная и удаленная пакетная обработка , с точки зрения ЭВМ, является частным случаем режима “запрос-ответ”. Введенное в систему задание пакетной обработки операционная система ЭВМ рассматривает как один запрос с достаточно низким приоритетом и большим объемом вычислений. Пакетный режим используют только в ночное время. Все задания, поступающие в ИВС, группируются в пакеты и затем по мере освобождения ресурсов памяти, процессора запускаются в ЭВМ на обработку.
Непосредственное взаимодействие пользователя с ИВС одновременно в режимах диалога и “запрос-ответ” обеспечивает как высокую эффективность использования оборудования ИВС, так и максимальную эффективность работы пользователя.
По принципу организации работы различают ИВС локальной, теле - и распределенной обработки.
В ИВС локальной обработки отсутствует аппаратура передачи данных для связи между отдельными ЭВМ и ЭВМ с терминалами (ЛВС).
К ИВС с телеобработкой относятся вычислительные системы с местной или удаленной через каналы связи терминальной сетью. Все управление абонентской сетью, как правило, централизовано и осуществляется с помощью центральной ЭВМ системы. Системы с телеобработкой обеспечивают дистанционное коллективное использование ресурсов ЭВМ.
ИВС, использующие сетевую телеобработку или построенные в виде сети ЭВМ, называются распределенными.
По структурному принципу ИВС делятся на вычислительные центры , иерархические системы, сети ЭВМ и терминальные комплексы (ТК).
Вычислительный центр - это ИВС, состоящая из нескольких ЭВМ, сосредоточенных в одном месте и объединенных организационно и методологически. Под методологическим объединением понимается совокупность следующих факторов: единый принцип управления вычислительными средствами на ВЦ, обмен информацией между ЭВМ и ВЦ, возможность резервирования одного технического средства другим (ЭВМ, ВЗУ, периферийные устройства).
Иерархические ИВС - это ВЦ с главной ЭВМ (хостмашина, майнфрейм, сервер, суперсервер), развитой терминальной сетью (сетью персональных ЭВМ) и средствами телеобработки данных.
Сеть ЭВМ представляет собой ИВС, состоящую из двух или нескольких удаленных друг от друга ЭВМ или вычислительных центров, взаимодействующих через каналы связи.
Принято разделять сети ЭВМ на систему обработки данных (СОД) и систему передачи данных (СПД). Система обработки данных - это совокупность ЭВМ, абонентских пунктов, операционной системы сети, функционального программного обеспечения , предназначенных для решения информационно-вычислительных задач абонентов сети. Система передачи данных - это совокупность каналов связи, аппаратных (центров коммутации процессоров телеобработки, мультиплексоров передачи данных, сетевых адаптеров, повторителей, концентраторов, мостов, маршрутизаторов, коммутаторов, аппаратуры передачи данных) и программных средств установления и осуществления телекоммуникаций (связи).
Терминальный комплекс - это ИВС, состоящая из двух и более рабочих станций (абонентских пунктов) и центральной ЭВМ (группового устройства управления, микро-ЭВМ, сервера). В ряде случаев может применяться дополнительно промежуточная ЭВМ (микро-ЭВМ).
По типу вычислительной среды ИВС можно разделить на однородные и неоднородные. Однородные ИВС содержат однотипные ЭВМ, например, ЕС ЭВМ. Неоднородные ИВС в свой состав включают ЭВМ различных типов, серий, систем, например, ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ.
По количеству ЭВМ различают одномашинные и многомашинные ИВС. Переход от одномашинных к многомашинным ИВС обусловлен следующими факторами:
Необходимость увеличения мощности ИВС;
Повышение требований по надежности работы;
Специализация отдельных ЭВМ на выполнении определенных функций в составе ИВС.
По производительности ИВС разделяются на две подгруппы: по быстродействию и по числу обслуживаемых терминалов одной ИВС.
По быстродействию ИВС делятся на малые (до 1 млн. опер./с), средние (от 1 до 10 млн. опер./с), большие (от 10 до 100 млн. опер./с) и сверхбольшие (более 100 млн. опер./с).
По числу обслуживаемых пользователей ИВС делятся также на малые (до 10 терминалов), средние (от 10 до 100 терминалов), большие от 100 до 1000 терминалов), сверхбольшие (более 1000 терминалов).
Коммутация вычислительных сетей . Маршрутизация.
1. Методы коммутации
Базовая сеть передачи данных (БСПД) обеспечивает информационный обмен между абонентами путем установления соединений, проходящих через узлы и линии связи (рис. 1).
Важнейшая характеристика СПД – время доставки данных , которое зависит от структуры СПД, производительности узлов связи и пропускной способности линий связи, а также от способа организации каналов связи между взаимодействующими абонентами и способа передачи данных по каналам.
Информационный обмен между абонентами может осуществляться различными способами, которые можно разбить на две группы: непосредственную коммутацию и коммутацию с промежуточным накоплением .
Методы непосредственной коммутации устанавливают непосредственную связь между конечными пользователями через последовательность промежуточных узлов коммутации. При этом образуется единый тракт передачи, который закрепляется за сеансом связи и монополизируется им. При этом ни один ресурс этого тракта не может быть использован при организации сеансов других пользователей. Для организации тракта необходимо проведение специальной начальной фазы установки соединения. Представителем этой группы является метод коммутации каналов.
При промежуточном накоплении информация пользователя упаковывается в блоки данных, которые передаются от узла к узлу, запоминаются на них и затем, по мере освобождения ресурсов в направлении дальнейшего движения, отправляются дальше. При этом занятыми (и недоступными для других сеансов) оказываются только те ресурсы, которые задействуются в данный момент для передачи блока, остальные ресурсы тракта являются свободными для любых других передач. Сущность методов этой группы будет рассмотрена на примерах коммутации сообщений и пакетов .
Коммутация каналов – это последовательно-параллельный метод передачи данных с организацией параллельных трактов на уровне передачи информационных массивов с нулевым накоплением данных на узлах коммутации. Сети с коммутацией каналов организуются по принципу установления всего маршрута для передачи информации из последовательно соединенных каналов связи от отправителя к получателю.
Коммутация каналов обеспечивает выделение физического канала для прямой передачи данных между абонентами. В начальный момент отправитель генерирует запрос (вызов), содержащий адрес получателя. Этот запрос проходит по сети и на каждом узле коммутации отыскивает свободную линию передачи в направлении получателя. При ее наличии происходит физическое подключение нового этапа пути к уже cкоммутированному тракту и его удержание. Так поэтапно создается весь тракт передачи.
Системы коммутации могут быть полнодоступными и неполнодоступными в зависимости от того, с каждым ли абонентом может соединиться узел-отправитель или только с частью из них. На узлах коммутации может быть реализована одна из дисциплин обслуживания поступивших запросов:
· дисциплина с отказами;
· дисциплина с ожиданием;
· приоритетная дисциплина.
Первая дисциплина с отказами предполагает отказ от попытки установить соединение в том случае, если на очередном узле коммутации не может быть найдена хотя бы одна свободная линия в требуемом направлении. В этом случае узел формирует сигнал разъединения и посылает его в обратном направлении. Этот сигнал разрывает уже сформированный тракт, освобождает закрепленные ресурсы и уведомляет об этом факте отправителя. Всю процедуру соединения требуется начинать заново. Это свойство ограничивает применение дисциплины с отказами ввиду снижения эффективности использования сетевых ресурсов.
При реализации дисциплины с ожиданием в памяти узлов коммутации организуется очередь запросов в ожидании освобождения нужного канала связи. На время ожидания весь уже сформированный участок тракта остается в закрепленном состоянии и недоступен другим сеансам. В чистом виде эта дисциплина не может быть реализована, так как не существует бесконечно больших емкостей буферной памяти. При переполнении накопителя система коммутации выходит в режим работы с отказами.
Приоритетная дисциплина основана на ранжировании пользователей или каких либо сетевых ресурсов по приоритетам. Запрос от пользователя с более высоким приоритетом прерывает уже установленную связь менее приоритетных пользователей. Ввиду существенных организационных ограничений применение этой дисциплины весьма ограничено.
Процесс коммутации канала и передачи данных между абонентами СПД, изображенной на рис. 1, бонент a i инициирует установление связи с абонентом a j . Узел связи А , реагируя на адрес абонента a j , подключает соединение, в результате чего линия абонента a i коммутируется с линией, соединяющей узел А с узлом В . Затем процедура подключения соединения повторяется с узлами В , С и D , в результате чего между абонентами a i и a j коммутируется канал.
По окончании коммутации узел D (или абонент a j ) посылает сигнал обратной связи (ответ), который проходит беспрепятственно по уже скоммутированному каналу. После получения ответа абонент a j начинает передавать данные в реальном масштабе времени (в режиме on- line ). Время передачи данных зависит от длины передаваемого сообщения, пропускной способности канала (скорости передачи данных) и времени распространения сигнала по каналу.
При коммутации каналов различают схемы пространственной и временной коммутации.
Пространственная коммутация основана на физическом соединении линий входа и выхода с помощью специальных устройств – коммутаторов.
Рассмотрим случай коммутации любого из N входов и N выходов. На рис. 2 показан пример с N= 6. В этом случае коммутационная схема представляет собой квадратный коммутатор емкостью N N. В каждой точке коммутации, в которой пересекаются входящая и исходящая линии, может находиться полупроводниковый переключатель или металлический контакт , позволяющий установить соединение между любым заданным входом и любым заданным выходом единственно возможным способом. В рассматриваемом коммутаторе соединение между входом и выходом возможно всегда (при условии, что требуемый выход не был соединен ранее, т. е. не является занятым).
Коммутатор такого типа является неблокирующим . Его сложность характеризуется числом необходимых точек коммутации, которое обычно равно N2 и N2-N, если входы и выходы относятся к одним и тем же терминалам, между которыми должно быть установлено соединение. (В последнем случае терминал, соединенный с входящей линией 1 , соединяется также и с исходящей линией i , . Таким образом, терминал может и посылать и принимать вызов).
Рис. 2. Квадратный коммутатор емкостью 6х6
В более общем случае коммутатор может иметь вид матрицы размером N K. Очевидно, что если K больше или равно N , коммутатор будет неблокирующим. Однако при K меньшим чем N возможны блокировки. На рис. 3 показан пример коммутатора с N=8 и K=4 , в котором установлены четыре соединения 1-2, 2-1, 3-3, и 4-4. Из этого примера видно, что здесь число выходов отличаются от числа входов. Таким образом, входы 5-8 оказываются заблокированы: ни к одной из выходных линий соединения от этих входов установлены быть не могут.
Рис. 3. Коммутатор емкостью 8х4
При увеличении числа пользователей или подключенных линий соответственно растет размер и сложность коммутационной системы. Как только что отмечалось, сложность пространственного коммутатора обычно измеряется числом требуемых точек коммутации. Например, если необходимо коммутировать 100.000 каналов и воспользоваться для этой цели квадратным коммутатором, то для этого потребуется N2 =1010 точек коммутации.
Схемы пространственной коммутации одинаково пригодны как для аналоговой, так и для цифровой передачи сообщений.
Более современными являются системы временной коммутации , которые пригодны только для цифровой передачи. Эти коммутаторы полностью аналогичны пространственным, и анализ неблокирующих свойств или блокировок выполняется в них точно таким же способом.
Для выполнения временной коммутации все соединения или сообщения, подлежащие коммутации, сначала должны быть дискретизированы в последовательности временных отсчетов, причем группа последовательных отсчетов, передаваемых по одной физической линии, должна составлять цикл (временной кадр ).
Каждый цикл при поступлении по входящей линии в систему коммутации, записывается в память. После этого коммутация выполняется просто путем считывания отдельных слов в любом желаемом (скоммутированном) порядке. Устройство, выполняющее указанную операцию, называется коммутатором канальных интервалов
(ККИ). Пример ККИ показан на рис. 4. Цикл состоит из пяти канальных интервалов, из которых только два, X и Y считаются активными и связывающиеся друг с другом. На стороне входа данные пользователя X занимают канал 1, а данные пользователя Y – канал 3. После записи каждого цикла в память слово канала Y считывается или пе редается в канальном интервале X, а слово канала X считывается в канальном интервале Y. Возможны также и более сложные схемы работы.
Рис. 4. Коммутация цифровых каналов
Узел коммутации должен обеспечивать взаимные соединения между каналами различных пучков линий .
Для обеспечения коммутации каждого входящего канала с каждым исходящим необходимо иметь возможность производить перестановку временных интервалов этих каналов . Перестановку временных интервалов можно осуществлять с помощью запоминающих устройств, устанавливаемых на входах и выходах групповых блоков. Практически число ячеек памяти обычно берется равным числу временных каналов в групповом блоке .
Так как ячейки памяти, устанавливаемые на концах групповых блоков, предназначены для хранения информации, поступающей по каналам, условимся называть ее информационной памятью (ИП).
Кроме запоминающих устройств, хранящих информацию, для осуществления коммутации необходима другая группа запоминающих устройств для хранения адресов каналов и точек коммутации, которые необходимо включить при коммутации входов и выходов системы коммутации. Эту группу запоминающих устройств будем называть управляющей памятью (УП).
К достоинствам метода коммутации каналов следует отнести возможность передачи данных и мультимедийного трафика в реальном масштабе времени. Недостатками являются низкая эффективность использования сетевых ресурсов и сложность установления связи (в ряде случаев отказ или недопустимо большое время установки физического соединения).
Коммутация сообщений производится путем передачи блока данных (сообщения), в который упаковывается вся информация, назначенная к передаче. Сообщение содержит заголовок, в котором содержится адресная (обязательно) и другая служебная информация, и собственно данные. Сообщение отправляется по маршруту, определяемому узлами сети. В заголовке сообщения указывается адрес абонента a j - получателя сообщения. Сообщение, генерируемое отправителем - абонентом a i , полностью принимается узлом А и хранится в памяти узла. Узел A обрабатывает заголовок сообщения и определяет маршрут передачи сообщения, ведущий к узлу В . Узел В принимает сообщение, размещая его в памяти, а по окончании приема обрабатывает заголовок и выводит сообщение из памяти на линию связи, ведущую к следующему узлу. Процесс приема, обработки и передачи сообщения повторяется последовательно всеми узлами на маршруте от абонента a i до абонента a j . Значение Т определяет время доставки данных при коммутации сообщений. Это время в общем случае будет достаточно большим, так как сообщение не может быть передано дальше, пока полностью не будет принято и обработано текущим узлом.
Достоинствами метода коммутации сообщений являются: повышение эффективности использования сетевых ресурсов и отсутствие монополизации ресурсов тракта передачи, так как они сразу же высвобождаются после передачи и обработки сообщения. Главным недостатком метода является большое время передачи , особенно в протяженных блоках. Кроме того, на узлах коммутации необходимо наличие больших объемов буферной памяти для промежуточного хранения всех поступающих на узел сообщений.
Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты - элементы сообщения, снабженные заголовком и имеющие фиксированную максимальную длину, - и последующей передачи пакетов по маршруту, определяемому узлами сети. Передача данных при коммутации пакетов происходит так же, как и при коммутации сообщений, но данные разделяются на последовательность пакетов 1, 2, ...…, длина которых ограничена предельным значением, например, 1024 бит.
В ИВС коммутация пакетов - основной способ передачи данных . Это обусловлено отчасти тем, что коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных через СПД, а также следующими обстоятельствами.
Во-первых, способ коммутации каналов требует, чтобы все соединительные линии, из которых формируется канал, имели одинаковую пропускную способность, что крайне ужесточает требования к структуре СПД. Коммутация сообщений и пакетов позволяет передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.
Во-вторых, представление данных пакетами создает наилучшие условия для мультиплексирования потоков данных.
В-третьих, малая длина пакетов позволяет выделять для промежуточного хранения передаваемых данных меньшую емкость памяти, чем требуется для сообщений. Кроме того, использование пакетов упрощает задачу управления потоками данных, поскольку для приема потока пакетов в узлах связи нужно резервировать меньшую память, чем для приема потока сообщений.
В-четвертых, надежность передачи данных по линиям связи невелика. Типичная линия связи обеспечивает передачу данных с вероятностью искажений 10-4Чем больше длина передаваемого сообщения, тем больше вероятность того, что оно будет искажено помехами. Пакеты, имея незначительную длину, в большей степени гарантированы от искажений, чем сообщения. К тому же искажение исключается путем перезапроса данных (метод автоматического запроса при ошибке - ARQ: Automatic ReQuest). Пакеты значительно лучше согласуются с механизмом перезапросов, чем сообщения, и обеспечивают наилучшее использование пропускной способности линии связи, работающей в условиях помех. Эти обстоятельства привели к использованию коммутации пакетов в качестве основного способа организации каналов связи в СПД ИВС.
Разделение каналов по времени и частоте
Архитектуры вычислительных систем
Принципы построения компьютерных сетей. Характеристика компьютерных сетей
Компьютерная сеть – сеть обмена и распределенной обработки информации, которая образуется множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи. Средства передачи ориентированы на коллективное использование общесетевых ресурсов – аппаратных, информационных и программных.
Абонентская система (АС) – совокупность ЭВМ, ПО, периферийного оборудования, средств связи, ВС, которые выполняют прикладные процессы, коммуникационная подсеть (телекоммуникационная система представляет собой совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС).
Прикладной процесс – различные процедуры обработки, хранения, вывода информации, которые выполняются в интересах пользователя. С появлением сетей удалось решить две проблемы:
1) обеспечение, в принципе, неограниченного доступа к ЭВМ
пользователей, независимо от их территориального расположения;
2) возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния.
Для сетей принципиальное значение имеют следующие обстоятельства:
ЭВМ, находящиеся в разных АС одной сети связываются между собой автоматически;
Каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей ОС, так и для работы в качестве составного звена сети;
Компьютеры сети могут работать в различных режимах: обмена данными между АС, запроса и выдачи информации, сбора информации, пакетной обработки данных и т. д.
Аппаратное обеспечение сети составляют: ЭВМ различных типов; средства связи; оборудование АС; оборудование узлов связи; аппаратура связи и согласование работы сетей одного и того же уровня или различных уровней. Основные требования к ЭВМ сетей - это универсальность и модульность. Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных доступных для всех пользователей сетей и массивы для индивидуальных пользователей.
ПО ВС автоматизирует процессы программирования задач, обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к коммуникационным, вычислительным ресурсам сети. Также ПО осуществляет динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов.
Виды ПО ВС:
Общесетевое ПО, которое образуется распределенной ОС сети и программными средствами входящих в состав комплекса программ технического обслуживания;
Специальное ПО представленные прикладными программными средствами: функциональными и интегрированными пакетами программ, библиотеками стандартных программ, а также программами, отражающими специфику предметной области;
Базовое ПО ЭВМ, включающее ОС, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тест программы.
Классификация компьютерных сетей.
В основу классификации КС положены наиболее характерные, функциональные и информационные признаки.
По степени территориального распределения элементов сети. Таким образом, сети бывают глобальные, региональные и локальные. Глобальная КС объединяет АС рассосредоточенные на большой территории, охватывающие различные страны и континенты. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии, радио, спутниковая связь . Региональные КС объединяют АС расположенные друг от друга на значительном расстоянии в пределах одной страны, региона, большого города. Локальная КС связывает АС расположенные в пределах небольшой территории. Её протяженность ограничивается несколькими километрами.
Отдельный класс составляют корпоративные КС. Корпоративная сеть относится к технической базе корпорации. Ей принадлежит ведущая роль задач планирования, организации
производства корпорации.
По способу управления КС делят на сети с централизованным, децентрализованным и смешанным управлением. По топологии сети могут делиться на два класса: широковещательные и последовательные. К широковещательным конфигурациям в любой момент времени на передачу единицу единицы информации может работать только одна рабочая станция, а остальные могут принимать этот кадр. Основные типы широковещательной конфигурации:
Ü цепочка;
Ü звезда с интеллектуальным центром;
Способы передачи данных
v Проводная связь
Ø Телефонная сеть PSTN
§ Модем и коммутируемый доступ
Ø Выделенные линии
Ø Коммутация пакетов
Ø Передача по оптоволоконному кабелю
§ Synchronous optical networking
§ Fiber distributed data interface
v Беспроводная связь
Ø Ближнего радиуса действия
§ Human Area Network
Ø Среднего радиуса действия
§ IEEE 802.16e WiMAX
Ø Дальнего радиуса действия
§ Спутниковая связь
§ Передача данных при помощи мобильных телефонов
· IEE 802.16e WiMAX