ЛЕКЦИЯ № 6 Телекоммуникации. Локальные и глобальные сети.
1. Понятие о сетях ЭВМ 2. Локальные сети
1. Понятие о сетях ЭВМ
При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. Под компьютерной сетью понимают любое множество компьютеров, связанных между собой каналами связи для передачи данных. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением.
Существует ряд веских причин для объединения компьютеров в сети. Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ЭВМ или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу CD-ROM, принтерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя. Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств имеется возможность аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения. В-третьих, компьютерные сети обеспечивают новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например при работе над общим проектом. В-четвертых, появляется возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т. д. ). Особое значение имеет организация распределенной обработки данных. В случае централизованного хранения информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования.
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является: А) обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и Б) обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System Inter connections). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).
Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней – до семи). Обмен данными в системах связи происходит путем их: -перемещения с верхнего уровня на нижний, -затем транспортировки -и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют: А) характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) Б) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют: А) аппаратные устройства (интерфейсы) Б) и программные средства (программы поддержки протоколов).
1. 2. Основные программные и аппаратные компоненты сети Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных элементов: - компьютеров; - коммуникационного оборудования; - операционных систем; - сетевых приложений.
Весь комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. • В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ, в качестве которого может выступать компьютер или терминальное устройство (любое устройство ввода-вывода или отображения информации). Компьютеры в узлах сети иногда называют хост-машинами или просто хостами. • Второй слой - это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства. Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, из вспомогательных компонентов сети превратились в основные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать. • Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какие концепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основу сетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети. • Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др.
1. 3. Классификация компьютерных сетей Наибольшее распространение на сегодня получило, разделение компьютерных сетей по признаку территориального размещения. По этому признаку сети делятся на три основных класса: · LAN - локальные сети (Local Area Networks); MAN - городские сети (Metropolitan Area Networks). WAN - глобальные сети (Wide Area Networks);
Локальная сеть (ЛС) - это коммуникационная система, поддерживающая в пределах ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования. Длина линий связи для некоторых сетей может быть не более 1000 м, другие же ЛС в состоянии обслужить целый город. Обслуживаемыми территориями могут быть как заводы, суда, самолеты, учреждения. В качестве передающей среды, как правило, используются коаксиальные кабели, хотя все большее распространение получают сети на витой паре и оптоволокне, а в последнее время также стремительно развивается технология беспроводных локальных сетей, в которых используется один из трех видов излучений: широкополосные радиосигналы, маломощное излучение сверхвысоких частот (СВЧ излучение) и инфракрасные лучи. Небольшие расстояния между узлами сети позволяют поддерживать высокие скорости обмена - от 1 Мбит/с до 100 Мбит/с (в настоящее время уже есть промышленные образцы ЛС со скоростями порядка 1 Гбит/с).
Городские сети, как правило, охватывают группу зданий и реализуются на оптоволоконных или широкополосных кабелях. В последнее время в связи с прокладкой высокоскоростных и надежных оптоволоконных кабелей на городских и междугородних участках, а новые перспективные сетевые протоколы, например, ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи), которые в перспективе могут использоваться как в локальных, так и в глобальных сетях. Глобальные сети, в отличие от локальных, как правило, охватывают значительно большие территории и даже большинство регионов земного шара (примером может служить сеть Internet). В настоящее время в качестве передающей среды в глобальных сетях используются аналоговые или цифровые проводные каналы, а также спутниковые каналы связи.
Другие классификационные признаки компьютерных сетей А) по сфере функционирования сети могут быть разделены на: - банковские сети, - сети научных учреждений, - университетские сети; Б) по форме функционирования можно выделить - коммерческие сети и бесплатные сети, - корпоративные и сети общего пользования; В) по характеру реализуемых функций сети подразделяются на - вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации; - информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей; - смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции;
Г) по способу управления вычислительные сети делятся на сети с - децентрализованным, - централизованным - и смешанным управлением. В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети. В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации; Д) по совместимости программного обеспечения бывают сети - однородными или гомогенными ( состоящие из программносовместимых компьютеров) - и неоднородной или гетерогенной (если компьютеры, входящие в сеть, программно несовместимы).
2. Локальные сети
2. 1. Типы локальных сетей Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т. п. ), объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под управлением сетевой операционной системы. Эффективно эксплуатировать мощности ЛВС позволяет применение технологии "клиент/ сервер". В этом случае приложение делится на две части: - клиентскую - серверную. Один или несколько наиболее мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений: на них выполняются серверные части приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях; именно на рабочих станциях формируются запросы к серверам приложений и обрабатываются полученные результаты.
Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и сети без выделенных серверов, называемые одноранговыми сетями. Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами. Можно сказать, что сервер обслуживает все рабочие станции. Сервер должен быть высоконадежным, поскольку выход его из строя приведет к остановке работы всей сети. На файловом сервере, как правило, устанавливается сетевая операционная система.
2. 2. ЛВС с выделенным сервером При выборе компьютера на роль файлового сервера необходимо учитывать следующие факторы: • быстродействие процессора; • скорость доступа к файлам, размещенным на жестком диске; • емкость жесткого диска; • объем оперативной памяти; • уровень надежности сервера; • степень защищенности данных.
2. 3. Одноранговые ЛВС В одноранговых сетях любой компьютер может быть и файловым сервером, и рабочей станцией одновременно. Преимущество одноранговых сетей заключается в том, что нет необходимости копировать все используемые сразу несколькими пользователями файлы на сервер. В принципе любой пользователь сети имеет возможность использовать все данные, хранящиеся на других компьютерах сети, и устройства, подключенные к ним. Основной недостаток работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Затраты на организацию одноранговых вычислительны сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочий станций эффективность их использования резко уменьшается. Пороговое значение числа рабочих станций составляет, по оценкам фирмы Novell, 25 -30.
2. 4. Архитектура ЛВС Различают три наиболее распространенные сетевые архитектуры, которые используют и для одноранговых сетей и для сетей с выделенным файл-сервером. Это так называемые - шинная, - кольцевая - звездообразная структуры.
В случае реализации шинной структуры все компьютеры связываются в цепочку. Причем на ее концах надо разместить так называемые терминаторы, служащие для гашения сигнала. Если же хотя бы один из компьютеров сети с шинной структурой оказывается неисправным, вся сеть в целом становится неработоспособной. Максимальная теоретически возможная пропускная способность таких сетей составляет 10 Мбит/с. Такой пропускной способности для современных приложений, использующих видео- и мультимедийные данные, явно недостаточно.
Для построения сети со звездообразной архитектурой в центре сети необходимо поместить концентратор Его основная функция – обеспечение связи между компьютерами, входящими в сеть. То есть все компьютеры, включая файл-сервер, не связываются непосредственно друг с другом, а присоединяются к концентратору. В случае выхода из строя одной из рабочих станций все остальные сохраняют работоспособность. Кроме того, сети с звездообразной топологией поддерживают технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, что позволяет увеличить пропускную способность сети в сотни раз.
Кольцевая структура используется в сетях Token Ring и мало чем отличается от шинной. Также в случае неисправности одного из сегментов сети вся сеть выходит из строя. Правда, отпадает необходимость в использовании концентраторов.
2. 5. Принципы работы сети В сети любой структуры в каждый момент времени обмен данными может происходить только между двумя компьютерами одного сегмента. В случае ЛВС с выделенным файл-сервером – это файл-сервер и произвольная рабочая станция; В случае одноранговой ЛВС – это любые две рабочие станции, одна из которых выполняет функции файл-сервера. Упрощенно диалог между файл-сервером и рабочей станцией выглядит так: - открыть файл - подтвердить открытие файла; - передать данные файла - пересылка данных; - закрыть файл - подтверждение закрытия файла. Управляет диалогом сетевая операционная система, клиентские части которой должны быть установлены на рабочих станциях.
2. 6. Методы доступа в локальных вычислительных сетях Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Различают: - случайные - детерминированные методы доступа. Управление доступом к сети — это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.
2. 1. 1. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК). Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК). ( Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA/CD)). Этот метод основан на контроле наличия электрических колебаний в линии передачи данных и устранении конфликтов, возникающих в случае попыток одновременного начала передачи двумя или более станциями, путем повторения попыток захвата линии через случайный отрезок времени. МДКН/ОК является широковещательным (broad casting) методом. Все станции применении МДКН/ОК равноправны по доступу к сети. Если линия передачи данных свободна, то в ней отсутствуют электрические колебания, что легко распознается любой станцией, желающей начать передачу. Такая станция захватывает линию. Любая другая станция, желающая начать передачу в некоторый момент времени t, если обнаруживает электрические колебания в линии, то откладывает передачу до момента t + td, где td — задержка.
Конфликтом называют ситуацию, при которой две или более станции “одновременно” пытаются захватить линию Понятие “одновременность событий” в связи с конечностью скорости распространения сигналов по линии конкретизируется как отстояние событий во времени не более чем на величину 2 d, называемую окном столкновений, где d — время прохождения сигналов по линии между конфликтующими станциями. Если какие-либо станции начали передачу в окне столкновений, то по сети распространяются искаженные данные. Это искажение и используют для обнаружения конфликта - либо сравнением в передатчике данных, передаваемых в линию (неискаженных) и получаемых из нее (искаженных), - либо по появлению постоянной составляющей напряжения в линии, что обусловлено искажением используемого для представления данных манчестерского кода.
2. 2. Маркерные методы доступа. Среди детерминированных методов преобладают маркерные методы доступа. Маркерный метод — метод доступа к среде передачи данных в ЛВС, основанный на передаче полномочий передающей станции с помощью специального информационного объекта, называемого маркером. Под полномочием понимается право инициировать определенные действия, динамически предоставляемые объекту, например станции данных в информационной сети. Разновидности маркерных методов доступа: - эстафетный метод - передача маркера выполняется в порядке очередности; - селекторный опрос (квантированная передача) сервер опрашивает станции и передает полномочие одной из тех станций, которые готовы к передаче. - в кольцевых одноранговых сетях широко применяют тактируемый маркерный доступ, при котором маркер циркулирует по кольцу и используется станциями для передачи своих данных.
2. 7. Сетевое оборудование В ПК для того, чтобы его можно было использовать в сети, необходимо установить сетевые адаптеры. Сетевой адаптер должен быть по скорости совместим с концентратором, к которому ПК подключается. Так, сетевой адаптер Ethernet соответствует концентратору Ethernet, а сетевой адаптер Fast Ethernet – концентратору Fast Ethernet.
Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 6 Телекоммуникации Локальные и глобальные сети
LEKTsIYa__6_SETI.pptx