Имя материала: Организация работы с документами

Автор: Кудряев В.А

16.1. сетевое использование вычислительной техники

 

В области компьютерных технологий в последнее десятилетие наверное не было более важного и активно развивающегося направления, чем становление и развитие локальных вычислительных сетей (ЛВС). Наблюдавшийся все эти годы бурный технологический прогресс микроэлектроники отразился не только в чисто компьютерной сфере, но и в производстве средств связи. Сегодняшнее стремительное развитие сетевого подхода при использовании вычислительных средств вызвано именно этим. Можно указать на следующие основные причины широкого распространения ЛВС в сфере управления.

Во-первых, повсеместное распространение относительно недорогих ПК, вычислительные мощности которых сегодня позволяют с успехом решать большинство практических задач.

Во-вторых, объективно существующие потребности пользователей ПК одной организации обмениваться между собой информацией, совместно использовать общие сетевые программные, аппаратные и информационные ресурсы, а также получать доступ к ресурсам вычислительных сетей других организаций или учреждений.

В-третьих, появление на рынке широкого спектра аппаратных и программных коммуникационных средств, позволяющих легко и относительно дешево соединять ПК в ЛВС.

Немаловажными факторами, определяющими преимущество сетевого использования компьютеров, являются:

устранение дублирования информации и проблем, связанных с актуализацией данных для отдельных пользователей одной организации;

более экономичное коллективное использование относительно дорогих сетевых ресурсов, таких, как программное обеспечение, принтеры, дисковые массивы памяти большого объема и т.п;

общесистемное повышение производительности за счет введения в сети специализированных компонентов, таких, как файл-серверы, серверы баз данных, телекоммуникационные серверы и другие серверы приложений;

наличие дополнительные сетевых услуг, таких, как организация электронной почты, проведение телеконференций и т.п.;

более высокая надежность при наличии в сети дублирующих элементов единой распределенной системы обработки данных, а также потенциал ее расширяемости.

Отметим и то, что хотя первые реализации 70-х гг. сетевого подхода использования компьютеров относились, в первую очередь, к крупномасштабным (глобальным) вычислительным сетям, в конце 80-х и в начале 90-х гг. наиболее массовое развитие получили именно ЛВС, существенный прогресс в развитии которых, в свою очередь, активизировал дальнейшее развитие больших сетей.

16.2. Основные понятия и базовые концепции

 

16.2.1. Крупномасштабные и локальные

               вычислительные сети

 

Глобальная (крупномасштабная) вычислительная сеть WAN (Wide Area Network) представляет собой множество географически удаленных друг от друга компьютеров-узлов, совместное взаимодействие которых обеспечивается коммуникационной сетью передачи данных и специальными программами сетевой операционной системы. Основу WAN составляют мощные многопользовательские вычислительные системы (Host-узлы) и специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. Пользователи ПК становятся абонентами сети посредством подключения своих ПК именно к этим основным узлам.

Для WAN характерны, во-первых, значительный масштаб (как по площади сети, так и по числу узлов), а во-вторых, неоднородность (т.е. различный тип архитектуры и программного обеспечения компьютеров-узлов). Эти особенности и определяют дополнительные сложности архитектуры и организации взаимодействия сетевых элементов в гетерогенных WAN.

Локальные вычислительные сети LAN (Local Area Network), обеспечивая взаимодействие небольшого- количества однородных компьютеров на небольшой территории, имеют по сравнению с WAN менее развитую архитектуру и используют более простые методы управления взаимодействием узлов сети. При этом небольшие расстояния между узлами сети и простота управления системой связи позволяют обеспечивать и более высокие скорости передачи данных. Основные характеристики WAN и LAN по их протяженности и используемых в этих сетях скоростей передачи данных представлены на рис. 16.1.

Скорость, бит/с

         Рис.16.1. Характеристики WAN и LAN.

 

16.2.2. Передача данных между двумя соединенными

               друг с другом точками

 

Передача непрерывных и дискретных данных

 

Кратко термин данные определяет единицы, передающие значение или смысл. Непрерывные (аналоговые) данные имеют непрерывно изменяемые на некотором интервале времени значения. В качестве примеров аналоговых данных можно привести изменяющийся во времени звук или изменяющееся изображение, а также информацию, собираемую о температуре и давлении с помощью различных датчиков. Дискретные данные имеют дискретные значения. Их примерами могут служить текст и числа.

В системах связи данные передаются из одной точки в другую с помощью электрических сигналов. Аналоговый сигнал является постоянно изменяющейся электромагнитной волной, которая в зависимости от ее частоты может передаваться в различных средах. Примерами таких сред могут служить обычный провод, витая пара, коаксиальный кабель, оптиковолоконный кабель, атмосфера и космический эфир. Дискретный сигнал, в частности, представляет собой последовательность импульсов напряжения, которая может передаваться по проводу. При этом, уровень постоянного положительного напряжения может представлять двоичную 1, а уровень постоянного отрицательного напряжения может представлять двоичный 0.

Любые данные (как непрерывные, так и дискретные) могут быть представлены и, следовательно, переданы с помощью как аналоговых, так и дискретных сигналов. Иллюстрация возможных сочетаний передаваемых данных и используемых сигналов представлена на рис. 16.2.

а) Аналоговые сигналы представляют данные с помощью изменяемой электромагнитной волны (аналоговая передача информации)

б) Дискретные сигналы представляют данные с помощью серии бинарных импульсов напряжения (цифровая передача информации)

Рис. 16.2. Аналоговые и дискретные сигналы при передаче данных

 

Непрерывные данные могут быть непосредственно представлены электромагнитным сигналом. Лучшим примером этого является простой телефон. Здесь на входе звук преобразуется в электромагнитный синал, который на выходе с помощью обратной процедуры вновь преобразуется в звук.

Дискретные данные также могут быть напрямую представлены с помощью дискретных сигналов (например, в бинарной форме уровней напряжения), что и используется сегодня в дискретных компьютерах. Однако дискретные данные могут быть представлены и аналоговыми сигналами с помощью такого устройства, как модем (модулятор/демодулятор). Это устройство на входе линии связи преобразует серию бинарных (два уровня) импульсов напряжения в аналоговый сигнал путем определенной модуляции его несущей частоты. Формируемый таким образом аналоговый сигнал передается по приемлемой для модулируемой частоты среде (обычно используется полоса частот телефонных линий, предназначенных для передачи речи). На другом конце линии связи аналогичный модем с помощью процедуры демодуляции извлекает оригинал дискретных данных в виде последовательности импульсов напряжения.

Наконец, с помощью операции преобразований сигналов, схожей с выполняемой модемом модуляции/демодуляции, для передачи непрерывных данных можно использовать цифровые сигналы. Примером такого рода преобразователей, применяемых в настоящее время при цифровой передаче речи, является кодек (кодер/декодер). На одном конце дискретной линии связи это устройство преобразует аналоговый сигнал, соответствующий речевым данным, в поток двоичных 1 и 0. На выходе линии аналогичный кодек реконструирует поток бит в речевые данные.

Кодирование данных при их цифровой и аналоговой передаче

 

В основе передачи аналоговых сигналов лежит передача непрерывного сигнала постоянной частоты, называемого несущим сигналом. Дискретные данные при передаче по аналоговым линиям связи модулируются изменением одной из трех характеристик несущего сигнала: амплитуды, частоты или фазы (или некоторой комбинацией из них). Три основные формы модуляции несущего аналогового сигнала при передаче дискретных данных представлены на рис. 16.3.

Наиболее общим примером использования дискретных сигналов для передачи непрерывных данных является оцифровывание речи. На рис. 16.4 показан базирующийся на одной из основных теорем терии информации пример оцифровывания фрагмента непрерывного сигнала путем разбиения его на части со скоростью, превышающей более чем вдвое частоту оригинала.

Основными достоинствами современной цифровой передачи данных по сравнению с традиционной аналоговой являются, во-первых, относительная дешевизна использования дискретных сигналов, во-вторых, их меньшая подверженность воздействию шумов, а следовательно, и большая сопротивляемость к возможному искажению передаваемой информации. Основным же недостатком цифровой передачи по сравнению с аналоговой является более быстрое затухание сигнала при его движении в передающей среде. Затухание дискретного сигнала усиливается как при увеличении расстояния, так и при увеличении частоты смены двоичных импульсов напряжения.

Для устранения негативных последствий затухания сигналов в дискретных системах передачи данных через определенное расстояние используются устройства-повторители, которые, получая затухающий сигнал, полностью восстанавливают содержащиеся в нем данные (состоящие из 0 и 1) и передают далее восстановленный и усиленный сигнал. Данные устройства выгодно отличаются от используемых для борьбы с затуханием сигналов в традиционных аналоговых системах передачи данных устройств-усилителей, которые через определенное расстояние усиливают передаваемый сигнал. Простое усиление энергии принятого сигнала увеличивает также и наложенные на него компоненты шума. В этом случае, проходя значительное расстояние через каскад усилителей, смысловое содержание сигнала все более и более теряется. Поэтому современная технология передачи дискретных данных, с помощью непрерывных сигналов также использует аналоги устройств-повторителей, которые извлекают из аналогового сигнала дискретные данные, восстанавливая их, а затем генерируют и передают далее новый, «чистый» аналоговый сигнал.

 

 

Рис. 16.3. Базовые модуляции несущего аналогового

                 сигнала для дискретных данных

 

Величина сигнала

Значения

(числа)

 

Двоичный

эквивалент

 

2,4 @ 2

7,4 @ 7

7,6 @  8

5,0 @ 5

2,7 @ 3

1,9 @ 2

 

0010

0111

1000

0101

0011

0010

 

 

Рис. 16.4. Оцифровывание аналогового сигнала

 

Мультиплексирование

 

Как в локальных, так и в крупномасштабных сетях имеются случаи, когда пропускная способность передающей среды превышает требуемую для передачи единичного сигнала. Экономичное использование высокоскоростного магистрального канала связи для одновременной передачи по нему нескольких сигналов известно как мультиплексирование. Два базовых варианта мультиплексирования — с разделением частот и временным разделением представлены на рис. 16.5.

Использование мультиплексирования с разделением частот (FDM) основывается на том, что общая полоса полезных частот одного высокоскоростного канала связи разделяется на несколько непересекающихся подполос, называемых каналами. В рамках каждого из каналов осуществляется независимая передача только одного сигнала со своей несущей, а общее число одновременно передаваемых сигналов определяется количеством каналов.

Мультиплексирование с временным разделением (ТОМ) основывается на том, что скорость передачи двоичных данных по магистральному каналу значительно превосходит требуемую скорость для передачи единичного дискретного сигнала. В этом случае порции не скольких дискретных сигналов могут поочередно передаваться по общей среде, тем самым совместно используя ее. Последовательность временных интервалов использования общей передающей среды определенным сигналом, по аналогии с FDM, называется каналом.

Следует отметить, что существуют случаи совместного применения FDM и ТОМ. Общая полоса частот передающей среды может быть разбита на несколько частотных каналов, каждый из которых далее подразделяется на подканалы с помощью временного разделения.

 

Асинхронная и синхронная цифровая передача

 

Основное требование для цифровой передачи данных состоит в том, чтобы получатель знал момент начала и временной период передачи каждого получаемого бита. Самая старая и простейшая схема обеспечения выполнения данного требования получила название асинхронной передачи. В данной схеме данные передаются по одному символу (5 или 8 бит) за раз. Каждому передаваемому символу предшествует передача стартового кода, а за передачей символа следует передача стопового кода.

 

 

Рис. 16.5. Базовые схемы мультиплексирования

 

При синхронной передаче данных блоки символов или бит пересылаются без стартовых и стоповых кодов, что является более эффективным. В этой схеме точное время посылки и прибытия каждого бита блока должно предсказываться, а это требует наличия определенного механизма синхронизации передатчика и приемника. Для того чтобы приемник мог определить начало и конец блока передаваемых данных, каждый блок снабжается заголовком и концевиком. Данные, обрамленные заголовком и концевиком, получили название пакета. Содержание заголовка и концевика зависит от того, какая используется схема построения блока (байт-ориентированная или бит-ориентированная).

В байт-ориентированной схеме заголовок и концевик представляют собой один или несколько синхронизирующих символов, двоичное представление которых не совпадает с двоичным кодом ни одного из передаваемых в блоке информационных символов. В настоящее время байт-ориентированная схема синхронизации полностью вытеснена более эффективной и гибкой бит-ориентированной схемой, в которой битовые блоки передаваемой информации с помощью специальных приемов оформления в пакет выделяются в общем потоке непрерывно передаваемых от передатчика к приемнику битов.

 

16.2.3. Передача данных между двумя точками

               по коммуникационной сети

 

Станции, узлы, коммуникационная сеть и методы коммутации

Устройства, взаимодействующие между собой через сеть, принято называть станциями. В качестве станций могут выступать компьютеры, терминалы, принтеры и другое коммуникационное оборудование.

В общем случае, не всегда станция-передатчик и станция-приемник непосредственно связаны друг с другом линией связи. При отсутствии прямого канала для передачи данных от источника потребителю используется передача через промежуточные, коммуникационные узлы сети, которые некоторым образом связаны между собой линиями связи и к которым подключаются сетевые станции. Основная функция данных узлов — обеспечить передачу транзитной информации от узла к узлу, не интересуясь ее содержанием.

Множество коммуникационных узлов в совокупности со связывающими их между собой каналами связи образуют коммуникационную сеть, иногда называемую также подсетью связи. Если в качестве станций, подключаемых к узлам коммуникационной сети, выступают компьютеры и терминалы, то подсеть связи с подключенными к ней станциями образует вычислительную сеть. При этом схема подключения станций линиями связи к коммуникационным узлам и ^соединение каналами связи этих узлов между собой определяют топологию вычислительной сети. Пример общей структуры вычислительной сети с коммуникационными узлами приведен на рис. 16.6.

Следует отметить, что наличие подсети связи с коммуникационными узлами является отличительной особенностью крупномасштабных вычислительных сетей, в которых для передачи данных через транзитные узлы пользуются одним из трех базовых методов: коммутацией каналов, сообщений или пакетов.

При построении простейших ЛВС нет необходимости иметь явно выраженные коммутационные узлы. В таких сетях при передаче данных обычно используются более простые процедуры доступа сетевых станций к общей передающей среде. Топология простейших ЛВС при этом представляет собой общую шину, звезду, кольцо или сочетание перечисленных структур.

 

Рис. 16.6. Общая структура вычислительной сети

Метод коммутации каналов

Коммутация каналов используется в сетях в том случае, если между двумя станциями необходимо установление непосредственного физического канального соединения. Это соединение устанавливается в коммуникационных узлах сети до начала передачи данных. Типичным примером использования коммутации каналов является обычная телефонная сеть.

Реализация в сети метода коммутации каналов состоит в выполнении последовательности из трех фаз:

1) начальной фазы установления соединения между парой «станция - станция» или «конец - конец»;

2) фазы двунаправленной передачи данных по сети;

3) фазы разъединения соединения после завершения обмена данными и освобождения заранее зарезервированных ресурсов.

Предварительное резервирование сетевых каналов на всем пути от передатчика к приемнику при коммутации каналов предусматривает, что узлы должны обладать способностью распределять ресурсы и выбирать маршруты при установке соединений. Предварительное резервирование всего пути имеет существенные недостатки, к основным из которых относятся:

неэффективность использования ресурсов (каналы резервируются даже на то время, когда данные не передаются);

высокая вероятность получения отказа при резервировании пути, включающего много транзитных узлов;

значительная задержка при установлении соединения и склонность сети к перегрузке;

лавинообразный рост отказов установления соединений в случае перегрузки сети.

Однако данный способ имеет и некоторые преимущества. Так, после установления в сети с коммутацией каналов соединения передача данных идет очень эффективно и практически без задержек.

 

Метод коммутации сообщений

Коммутация сообщений представляет собой реализацию принципа поэтапной передачи данных с промежуточным хранением. Здесь нет необходимости заранее резервировать весь путь между двумя станциями. Сообщение (связанный блок данных) последовательно передается по сети от узла к узлу, которые в этом случае являются компьютерами, организующими промежуточное хранение транзитных сообщений и их маршрутизацию при передаче по сети. Для маршрутизации каждое сообщение снабжается заголовком с сетевыми адресами станции-передатчика и станции-приемника.

Коммутация сообщений увеличивает эффективность использования линий связи; позволяет избежать блокировок сети при увеличении сетевого трафика; обеспечивает возможности установления приоритетного обслуживания сообщений, осуществления контроля за ошибками передачи и использования процедур восстановления искаженных или потерянных данных; а также позволяет взаимодействовать через сеть пользователям даже в случае использования ими различных скоростей передачи и кодов представления данных. В то же время задержки передачи, которые связаны, в первую очередь, с ожиданием длинных сообщений в очередях узлов и значительно возрастают при увеличении нагрузки, не подходят для интерактивного сетевого взаимодействия и режима реального времени.

 Методы пакетной коммутации

 Метод коммутации сообщений в настоящее время нашел свое развитие в технике коммутации пакетов, которая используется в двух Модификациях: в режиме дейтаграм и в режиме виртуальных каналов.

Режим дейтаграм является прямым развитием коммутации сообщений, где сообщения предварительно разбиваются на небольшие, фиксированного размера порции (пакеты). Каждый пакет при передаче по коммуникационной сети является полностью независимой единицей. Для этого он снабжается своим заголовком, где указываются сетевые адреса отправителя и получателя сообщения, а также порядковый номер отдельного пакета во всем сообщении.

Уменьшение размера передающихся порций информации и возможность одновременной передачи нескольких пакетов одного сообщения по альтернативным путям при данном подходе существенно уменьшает сетевые задержки при передаче данных. Кроме того, коммутационные узлы могут иметь не столь большие, как при коммутации сообщений, размеры буферов для временного размещения транзитных пакетов, поэтому скорость обработки информации в этих узлах может быть повышена. На уменьшение задержек существенно влияет и то, что при обнаружении ошибок передачи в режиме коммутации пакетов повторно передаются лишь отдельные пакеты, а не целые сообщения.

Пакетная коммутация, однако, имеет и негативные явления. С одной стороны, при ее использовании увеличивается объем дополнительной, служебной информации, передающейся по сети (заголовки отдельных пакетов). С другой стороны, в режиме дейтаграм существует проблема организации сборки переданного сообщения в узле назначения. Эта проблема связана с тем, что отдельные пакеты, проходя различными маршрутами по подсети связи, будут приходить в конечный узел назначения в неупорядоченной последовательности.

Режим виртуальных каналов является попыткой соединить воедино преимущества как метода коммутации каналов, так и метода коммутации сообщений. При этом подходе еще до посылки по сети первого информационного пакета между двумя конечными точками организуется логическое соединение, связанное с реализацией трех фаз, присущих методу коммутации каналов (фазы начального установления соединения, фазы двунаправленной передачи данных и фазы разъединения соединения).

Вызывающая станция сначала посылает по сети служебный пакет запроса на установление виртуального канала, связывающего станцию-инициатор с вызываемой станцией. Подсеть связи маршрутизирует этот пакет как обычную дейтаграму, содержащую в заголовке сетевые адреса двух конечных станций. Передвигаясь по сети  этот пакет закрепляет за пройденным маршрутом номер устанавливаемого виртуального канала. Номер логического канала, запоминаемый в транзитных узлах, закрепляется за двунаправленным маршрутом для каждого конкретного вызова обмена данными.

После установления логического соединения, т.е. после получения вызывающей станцией пакета-ответа на запрос, по установленному виртуальному каналу начинается пересылка информационных пакетов сообщения. Последовательная передача пакетов по установленному логическому каналу полностью обеспечивает их получение в правильной последовательности. Поэтому заголовок каждого информационного пакета уже не нуждается в порядковом номере, а также и в указании сетевых адресов обеих станций-абонентов (достаточно лишь указание номера логического канала). Следовательно, при коммутации виртуальных каналов не только уменьшается объем передачи дополнительной служебной информации, но и обеспечивается интерактивный режим взаимодействия двух станций-абонентов.

Заметим, что весь путь целиком между двумя станциями-абонентами в данном случае не резервируется. Пакеты передаются от узла к узлу с промежуточным хранением и ожидают в общих очередях к каналам, связывающих эти транзитные узлы. Однако для каждого соединения между станциями-абонентами маршрутизация осуществляется только один раз при установлении соединения.

Конечно, если отдельной станции необходимо передать по сети всего несколько пакетов, то режим дейтаграм будет более быстрым и предпочтительным. Однако, если между станциями необходим обмен данными на протяжении значительного периода времени, предпочтение следует отдать виртуальным соединениям. Поэтому в вычислительных сетях на практике применяются сочетания различных методов коммутации в зависимости от требований приложений, количественных и качественных характеристик узлов, линий связи и трафика.

 

16.2.4. Архитектура открытых вычислительных сетей

 

Модель взаимодействия открытых систем

Для преодоления различий при использовании в вычислительных сетях аппаратно-программных средств разных производителей и различий у отдельных модификаций этих средств даже у одного производителя Международная организация по стандартам (ISO) разработала модель взаимодействия открытых систем (OSI), которая объединяет серию рекомендаций по сетевому взаимодействию неоднородных систем (компьютеров, терминалов, процессов, средств связи и т.д.). Термин «открытые системы» подчеркивает возможность взаимодействия любых двух систем с помощью соответствующих рекомендаций.

 Модель OSI представляет структурированный подход описания многоуровневой иерархии протоколов (правил и соглашений) сетевого взаимодействия в рамках единой архитектуры. Рис. 16.7 иллюстрирует уровни сетевого взаимодействия двух открытых систем в рамках модели OSI. Модель не предполагает непосредственного соединения двух взаимодействующих абонентов сети. Здесь возможно использование подсети связи с любым из методов коммутации.

Уровни модели OSI

Каждая система-абонент сети в рамках модели OSI имеет семь уровней (номера уровней от 1 до 7). Абоненты могут взаимодействовать между собой в рамках каждого из семи уровней с использованием соответствующего протокола. В то же время каждый из уровней использует при взаимодействии абонентов услуги нижестоящего уровня и обеспечивает своими услугами вышестоящий уровень. Поэтому логическое взаимодействие разных систем на одинаковых уровнях обеспечивается межуровневой передачей информации в каждой из систем.

Когда прикладной процесс одной из систем направляет сообщение прикладному процессу другой системы, он направляет данные на уровень 7. При этом данные снабжаются заголовком согласно правилам протокола седьмого уровня (это называется инкапсуляцией данных). Затем эти данные, включая добавленный заголовок, передаются на уровень 6, где они рассматриваются как единое целое. На этом уровне к данным добавляется заголовок протокола шестого уровня (повторная инкапсуляция). Данный процесс повторяется до уровня 1, который передает инкапсулированные данные по линии связи смежному узлу. Когда данные достигнут места назначения, к ним применяется обратная процедура. Здесь на каждом из уровней в соответствии с соответствующим протоколом убирается заголовок этого уровня, а извлеченные данные передаются на вышестоящий уровень. Заметим, что аналогичные процедуры для уровней 1, 2 и 3 выполняются и для транзитных коммуникационных узлов.

Протокол уровня 1 (физический уровень) определяет электроме-ханические, функциональные и процедурные характеристики физического соединения устройств. Он предоставляет для уровня 2 такие  услуги, как прозрачность передачи битов, мониторинг производительности, физический контроль и исправление ошибок.

Протокол уровня 2 (канальный уровень) обеспечивает функциональные и процедурные средства активизации, поддержки и де-активизации логического (информационного канала) между двумя смежными узлами. Он обеспечивает выполнение для нужд уровня 3 таких функций, как синхронизация и упорядочение при передаче пакетов, обнаруживает ошибки и исправляет данные в передаваемых пакетах, а также осуществляет контроль перегрузок в информационном канале.

Протокол уровня 3 (сетевой уровень) обеспечивает установление соединения в сети между двумя абонентами сети, поддерживает и ликвидирует это соединение. Этот протокол содержит процедуры передачи сигналов (сигнальных пакетов), сетевой маршрутизации, формирования пакетов и сборки сообщений, контроля перегрузок и управления информационными потоками

Рис. 16.7. Уровни сетевого взаимодействия в соответствии с моделью OSI

 

Если протоколы первых трех уровней предназначены для обеспечения взаимодействия пользователей с сетью, протоколы четвертого и более высоких уровней предназначены для совместного взаимодействия через сеть конечных пользователей. Протокол уровня 4 (транспортный уровень) обеспечивает надежность и прозрачность передачи данных по сети между двумя конечными системами независимо от типа подсети связи. Протоколы уровня 5 (сеансового) и уровня 6 (представительного) обеспечивают соответственно управление диалогом между взаимодействующими приложениями (организация и синхронизация диалога) и устраняют проблемы синтаксического несоответствия в диалоге используемых разными приложениями кодов и форматов данных.

В заключение рассмотрения модели OSI следует отметить, что она не определяет международные, государственные или промышленные стандарты сетевого взаимодействия, а носит рекомендательный характер. В настоящее время стандартами для неоднородных сетей стали лишь первые 3 уровня этой модели.

 

16.2.5. Простейшие локальные вычислительные сети

 

Как уже отмечалось, в простейших однородных ЛВС нет коммуникационных узлов. В этих сетях обычно используются весьма простые процедуры доступа сетевых станций к общей передающей среде, которая образуется с помощью общей шины, звездообразной структуры, кольца или их сочетания. Стандартами таких сетей в настоящее время являются протоколы сетей ArcNet, Token Ring и Ethernet.

Несколько однотипных локальных сетей могут образовывать более сложные структуры с помощью общих сетевых узлов-«мостов». Разнотипные же по используемым в них протоколам сети могут объединяться между собой с помощью общих узлов-«шлюзов».

ArcNet

Разработанный фирмой Datapoint в начале 70-х гг. стандарт ARCnet (IEEE 802.4) в настоящее время уже устарел и практически не используется. Станции сети ARCnet (персональные компьютеры), каждая из которых имеет уникальный физический адрес (номер от 0 до 255), соединяются между собой одним из двух способов — в виде шины или распределенной звезды. Логически же эта сеть, независимо от ее физической конфигурации, является кольцом.

Файл-сервер сети циклически опрашивает станции (в порядке возрастания их номеров) на предмет их готовности к передаче данных. Данный опрос станций имеет вид перемещаемого по кольцу пакета (0,5 Кбайта), который называется жетоном (token) разрешения на передачу. Жетон может быть пустым или содержать данные, передаваемые на опрашиваемую станцию. Получив жетон, станция может передать собственный пакет. Детерминированная процедура доступа данного протокола обеспечивает сети устойчивую работу при возникновении перегрузок. Однако скорость передачи в сети ARCnet не превышает 2,5 Мбит/с и не может считаться в современных условиях приемлемой.

Token Ring

Стандарт Token Ring (IEEE 802.2), предложенный фирмой IBM в 1984 г., представляет собой более совершенную схему реализации детерминированного метода управления доступа к сети с помощью жетона разрешения. Каждый из физически связанных в кольцо узлов сети Token Ring передает пакет с жетоном по кругу. Особенностью Token Ring является то, что к узлам может быть подключено несколько станций. Однако в целом принцип эстафетной передачи жетона по кольцу не нарушается. Каждый из узлов циклически опрашивает свои станции. Отдельная станция передает свой пакет информации, только получив свободный жетон. Для соединения узлов сети Token Ring в настоящее время используются экранированная (STP) или неэкранированная (UTP) витая пара.

Скорость передачи данных в сети Token Ring составляет всего 4 или 16 Мбит/с. Однако основным ее недостатком является относительно высокая стоимость.

 

Ethernet

Наибольшее распространение получил более дешевый вариант стандарта Ethernet (IEEE 802.3), разработанный фирмой XEROX. Логически эта сеть представляет собой шину, с помощью которой каждый узел связан со всеми другими. Физически же данная сеть может представлять собой и звезду или несколько звезд, соединенных общей магистралью. Для соединения станций в настоящее время в основном используется неэкранированная витая пара, которая практически вытеснила в ЛВС популярный ранее коаксиальный кабель.

Самой яркой особенностью сети Ethernet является используемый в ней недетерминированный метод множественного доступа с контролем несущей и устранением коллизий (CSMA/CD). Сеть здесь всегда готова принять сообщение от любого узла. Однако перед отправкой информационного пакета станция сначала определяет, что никто другой не использует сеть. Если две или более станций одновременно начинают передачу, возникает коллизия. Передающие информацию станции обнаруживают ее и прекращают передачу. Повторная попытка станции передать данные возобновляется через случайный интервал времени. Постоянно прослушивая сеть, каждая из станций обнаруживает и принимает посылаемые ей пакеты. В качестве аналогии данной схемы часто упоминается способ попарного общения группы воспитанных людей, находящихся в темной комнате.

Теоретически скорость передачи данных в сети Ethernet составляет 10 Мбит/с. Однако коэффициент практического использования пропускной способности кабельной системы в этой сети составляет всего 35\%. Недетерминированный метод доступа уменьшает задержки при небольшом сетевом трафике, но при перегрузке сети коллизии и задержки существенно возрастают.

Высокоскоростные локальные сети

Дальнейшим развитием технологии Ethernet явился новый стандарт Fast Ethernet, также известный, как 100Base-T и 100Base-X технологии, обеспечивающие скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании как витой пары категории 5, так по оптиковолоконному кабелю. Данное экстенсивное расширение стандарта IEEE 802.3 активно продвигается компаниями 3Com, Sun и др.

Альтернативным вариантом организации скоростной (100 Мбит/с) ЛВС является новая 100VG AnyLAN технология, продвигаемая компаниями Hewlett-Packard, AT&T и IBM. Данная технология определена стандартом IEEE 802.12, который также считается высокоскоростным расширением стандарта IEEE 802.3. Однако эта технология лишь формально поддерживает передачу пакетов в стандарте Ethernet. Фактически здесь предполагается древовидная сетевая топология и детерминированный циклический опрос станций.

В настоящее время существуют еще более скоростные, но и более дорогие варианты организации локальных вычислительных сетей в виде распределенного двойного кольца на базе оптиковолоконных каналов (вариант FDDI) и витой пары (вариант CDDI) Кроме того, в последние годы активно разрабатывается новая технология сетевых коммуникаций - ATM. Данные варианты построения применяются в больших корпоративных вычислительных сетях.

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | 110 | 111 | 112 | 113 | 114 | 115 | 116 | 117 | 118 | 119 | 120 | 121 | 122 | 123 | 124 |