Вычислительные сети

Сеть (с т зр польз-лей) можно опр-лить как гр компов, соед-ых м/у собой при пом спец аппаратуры, обеспеч-щей обмен инфой м/у компами данной гр. Комп, подкл к сети, на к-ом работает ее польз-ль, наз рабочей станцией. Серверы исп-ся как управляющие центры в сети, с к-ми не работает непоср польз-ль. Сервер имеет ресурсы и осущ-ет управление ими, обеспечивая доступ к ним от других узлов сети. Т о, серверы играют роль "шлюзов" в сети, выполн ф-ии служебных устр-в связи и управления. Тип ресурса, которым управляет сервер, определяет и тип сервера (файл-сервер, сервер печати).

Если компы, объед-ные в сеть, распол недалеко друг от друга и соединены с пом высокоскоростных адаптеров и цифровых линий связи, то такую сеть наз лок вычисл-ной сетью (ЛВС). Если в сеть объед-ся отдельные терр-но рассредоточенные компы или лок сети, распол-ные на значительном удалении друг от друга, то связь обычно осущ-ся ч/з модемы и дальние низкоскоростные аналоговые линии связи, а сети такого типа называют глоб сетями. Топология вычисл сети - это ее структура (“геом форма"). топология сети опр-ет, каким обр связаны компы в сети.Сущ 2 осн класса сетей, различаемые по способу объединения компов: широковещательная конфигурация (кажд комп передает инфу, к-я может восприниматься всеми остальными компами данной сети); последовательная конфигурация (комп может передавать инф-ю только своему ближайшему соседу, данные передаются по "эстафете").

Шинная топология

Достоинства: упрощение логической и программной арх-ры сети; простота расширения; простота методов управления; мин расход кабеля; отсутствие необх-ти централизов управлениия; надежность (выход из строя одного компа не нарушит работу других). Недостатки: кабель, соед все станции - один, => “общаться” компы могут только "по очереди", => нужны спец ср-ва для разрешения конфликтов; затруднен поиск неисправностей кабеля, при его разрыве нарушается работа всей сети. Наиб надежный метод доступа - Ethernet. При исп-нии этого метода доступа на раб станциях устанавл-ся спец интерфейсная плата (NIC - Network Interface Card), к-я предназначена для приема и передачи инф-ии. Спец устр-во - трансивер - генерирует электрические сигналы и передает их в кабель. Это устр-во отвеч также за прием сигналов и обнаружение конфликтов, возникающих при одновременной попытке двух рабочих станций занять линию. Существует два варианта: при использовании "тонкого Ethernet" трансивер выполнен на самой плате, а в "толстом Ethernet" трансиверы располагаются непосредственно на кабеле, а с сетевой картой соединяются отдельным кабелем. На обоих концах электрической цепи устанавливаются терминаторы.

Древовидная топология (рис.1.2) представл собой комбинацию шин. Дерево образуется путем соединения неск шин с пом активных повторителей или пассивных размножителей.

При отказе одного сегмента сети остальные могут продолжать работу.

При использовании топологии "звезда"; (рис.1.3) кажд комп подкл-ся отд кабелем к объединяющему устр-ву (концентратору). В центре пассивный соединитель или активный повторитель. Преимуществом такой орган-ции явл надежность (выход из строя одной станции или кабеля не повлияет на работу других).

Недостатки: требуется большое кол-во кабеля, надежность и производительность опр-ся центральным узлом, к-рый может оказаться "узким местом". Метод доступа Arcnet.

Кольцевая топология (рис.1.4) относится к классу последовательных конфигураций. Осн проблема закл в том, что все раб станции должны активно участвовать в пересылке инф-ии. В случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Кр того, на кажд раб станции необх буфер для промежут хранения передаваемой инф-ии, что замедляет передачу. Подключение новой станции требует отключения сети. Поэтому разрабатываются специальные устройства, позволяющие блокировать разрывы цепи. Достоинства: низкая стоимость, высокая эфф-ть исп-ния моноканала, простота расширения, простота методов управления. Метод доступа Token-Ring ("маркированное кольцо").

Сети с выделенным сервером и одноранговые сети

В зав-ти от того, каким обр распр-ся ф-ии серверов и раб станций м/у компами сети различают сети с выдел серверами и одноранговые сети. Сети с выдел серв – аналоги систем типа «главный-подчиненный». Роль главного играют серверы. Они распоряжаются ресурсами, управл инф обменом, выполн все орг-ционные ф-ии. Novell Netware – сетевая ОС, изначально разрабатывалась как серверная. Осн ф-ии – файл-сервер и сервер печати. Эта ОС оптимизирована для вып-я этих ф-ий и не предназн для работы польз-лей. Нет понятия процесса. Др подход к разработке сетевых ОС – расширение ф-ий «обычных» ОС для управления сетью. Дополнение ср-в ср-вами управления передачи инф-ции в сети по каналам связи. А также защита инф-ии для опр-нной среды (MS Windows NT – server, IBM OS/2 – server). В отличие от Novell NetWare эти ОС дают возм-ть вып-я на серверах обычных ПП. Одноранговая сеть – это сеть, в к-рой все компы могут вып-ть ф-ии и серверов, и раб санций (Windows 9x). Гибридные сети – это сети с выделенными серв-ми, на к-е сверху накладывается одноранговая сеть, объед-щая рабочие станции. В таких сетях наклад-ся др на др 2 мех-ма защиты, причем один более мощный – это ослабляет защиту. Кластерные системы. Это слабосвязанные ВС, создаются на основе сетей. Кластер – это сов-ть серверов в сети, объед-ных для более тесного взаимод-я, чем остальные узлы сети, для реш-я общих прикл задач. Кластерная сист создается на основе спец оборудования, создаются спец интерфейсы на основе сетей. Кластер для польз-ля в сети – это вирт сервер.

OSI

При орг-ции связи обмен инф-цией должен осущ-ся по опр-нным правилам. Эти правила опр-ся протоколом, к-ый предст собой соглашение, опр-щее управление процедурами инф-ого обмена между взаимод-щими объектами. В различных сетях реализованы разные процедуры обмена, следовательно, разные протоколы. Однако сущ общее соглашение по орг-ции взаимод-я в сетях: нет средств прямого обмена инф-ей, но есть возм-ть пересылки ч/з лок интерфейс протоколам нижнего уровня, пока инф-я не дойдет до физ уровня; с исп-нием протоколов самого низкого уровня инф-я передается адресату; далее инф-я передается вверх ч/з сист интерфейсов, пока не дойдет до соотв уровня, на к-ом она будет принята. На кажд уровне, на к-ром может устанавливаться связь м/у объектами в сети, сущ свои протоколы (правила орг-ции взаимод-я). Кр того, все действия, связанные с преобразованием инф-и при переводе ее с одного уровня на другой, также должны выполняться в соответствии со строго определенными правилами. Т о, мы приходим к понятию иерархии протоколов. Набор протоколов, управляющих обменом инф-ей м/у физически отдаленными связанными объектами на различных уровнях, и набор интерфейсов, управляющих передачей информации между ближайшими уровнями протоколов, составляет систему, называемую иерархией или пакетом протоколов.

Для орг-ции взаимод-я объектов должна сущ-ть возм-ть их физ соед-я. Это соед-е рассм-ют как физ среду (носитель сигнала), к-я должна обладать определенными хар-ми. Данный уровень орг-ции взаимод-я иногда считают нулевым уровнем. На физ уровне взаимод-я (1) ч/з каналы (линии связи) передаются посл-ти бит. Второй уровень - канальный уровень или уровень управления линией передачи данных (2) - это уровень формирования из данных кадров и их посл-тей (кадр представляет собой "контейнер", в котором передаются пакеты). Здесь же осущ-ся управление доступом к передающей среде, обнаружение и исправление ошибок. Сетевой уровень (3) - уровень управления сетью. На этом уровне решается задача маршрутизации. В передаваемый пакет вкладывается сетевой адрес. Выполнение ф-ии маршр-ции сводится к необх-ти прокладки в физ канале логического (виртуального) канала для повышения эфф-ти исп-ния физ линий связи. При этом каждая пара польз-лей, м/у к-ми орг-тся взаимод-е, связывается своим логическим каналом. На этом уровне выполняются также ф-ии коммутации, буферизации и обработки ошибок. Четвертый уровень - транспортный уровень (4). Все объекты сети, являющиеся точками транспортного сервиса, делятся на польз-лей и исполнителей. Исполн-ли обеспечивают ф-ии коммутации, маршр-ции и селекции инф-и. Разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборка - на принимающем, "шлюзование" (согласование несовместимых сетей), реализация механизма "окна" (передачи с подтверждением приема группы блоков) - основные функции протоколов транспортного уровня. Транспортный уровень обеспечивает управление передачей данных от объекта-источника к объекту-приемнику (без обработки их в промежуточных узлах). Сеансовый уровень (5) - уровень управления сеансами связи. На этом уровне обеспечивается обмен целыми сообщениями (целостными блоками информации) между объектами прикладного уровня, поддерживается диалог между процессами (выполняется функция синхр-ции проц-р взаимод-я, реализуется управление доступом на основе прав доступа). При работе на сеансовом уровне между объектами сети устанавливается логическое соединение, что гарантирует доставку по сети пакетов в заданном порядке. При передаче инф-ии по сети осуществляется сквозной контроль. Шестой уровень - уровень представления данных (6). Функция протоколов этого уровня - интерпретация передаваемых данных (шифрование, сжатие информации и т.п.). Протоколы этого уровня - это правила преобразования передаваемых между процессами данных к виду, "удобному" для прикладных процессов. Прикладной уровень (7) - уровень поддержки ППО, выполнения ПП. Здесь реализуется управление терминалами, административное управление сетью, передачей и обработкой заданий, файлов.

Коммутация - это метод установления связи, к-рый обеспечивает передачу инф-ии из одной точки (узла сети) в др м/у дин-ки меняющ-ся источниками и приемниками данных. Каналом связи наз физ среду и аппаратные ср-ва, осущ-щие передачу инф-ии от одного узла коммутации к др либо к адресату связи. Коммутация каналов (традиционная коммутация цепей) - это метод передачи данных, при к-ром в сети передачи инф-ии устанавливается физ-кое соед-ие м/у пунктами отправления и назначения при пом коммутаторов путем образования составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков. При коммутации цепей инф-ия передается без буферизации и задержек в промежуточных узлах коммутации. Коммутация сообщений хар-ся тем, что физ-кое соед-е устанавливается только м/у соседними узлами сети, наз центрами, или узлами коммутации сообще-ний, и только на время передачи по связывающему их каналу инф-ии. Кажд передаваемое сообщ-е снабжается заголовком, содерж информ-ию о его адресате и отправителе, и транспортируется по сети как единое целое. В кажд узле коммутации перед передачей сообщ-я в след узел выполняется его буферизация: поступившее в узел сообщ-е запоминается в его буфере (ЗУ, хранящем все сообщ-я, для к-рых данный узел явл промежут узлом коммутации). В мом, когда освободится соотв канал связи, требуемый для передачи сообщ-я в след узел сети, сообщ-е извлекается из буфера и передается в след соседний узел. Т о, передаваемое сообщ-е в кажд мом передачи занимает только канал, соед-щий соседние два узла. При этом вирт канал м/у источником и адресатом может состоять из физ каналов с разной скоростью передачи данных. При коммутации пакетов передаваемое сообщ-е подвергается пакетированию - разбивается на пакеты ограниченной длины. Кажд пакет сопровождается служебной инф-ей (заголовком), где указываются адреса отправителя и получателя инф-ии, номер пакета в сообщ-ии и др сист инф-я (напр, о типе пакета - служебный или содержащий данные и т.п.). Пакеты транспортируются в сети, как и сообщения. В пункте назначения интерфейсный процессор должен сформировать из полученных пакетов сообщ-е в его исх форме. Маршрутизация в сетях - это задача определения пути, по к-му должна передаваться инф-я (сообщ-я или пакеты) от ее отправителя к получателю.

Маршрутизация в сети имеет три первичные цели: обеспечить мин задержки и макс пропускную способность сети; обеспечить мин стоимость передачи инф-ии; обеспечить каждый пакет макс возможной защитой и надежностью.