ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ. Характеристики и классификация локальных

ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ. Характеристики и классификация локальных сетей ЭВМ

Локальной сетью ЭВМ (локальной вычислительной сетью) n называют сеть, образованную взаимодействующими между собой абонентскими системами и коммуникационными устройствами, расположенными в пределах ограниченного пространства (в радиусе до 10 км. ) n Локальные сети предназначены и используются для сбора, накопления, передачи, распределенной обработки информации в пределах одной организации, предприятия. Локальные сети могут входить в состав автоматизированных систем управления различного назначения.

Основными особенностями локальных сетей ЭВМ являются: n размещение абонентских систем и коммуникационного оборудования на ограниченной территории; n высокая интенсивность информационного обмена между абонентскими системами по сетевым каналам связи; n передача информации по сетевым каналам связи в дискретной форме; n возможность оперативного информационного взаимодействия всех абонентских систем сети между собой; n простота изменения конфигурации сети; n малые затраты на создание, использование, наращивание возможностей и обслуживание сети.

Характеристики и классификация локальных сетей ЭВМ Тип локальной сети можно определить в результате анализа следующих характеристик: n тип физической среды, используемой для передачи информации в сети; n коммуникационный протокол; n топология сети; n тип использования сети (частная или общедоступная);

Классификация сетей ЭВМ

По степени территориальной рассредоточенности компонентов сети различают: n глобальные сети , охватывающие территорию страны или нескольких стран с расстояниями между отдельными узлами сети в несколько тысяч километров; n региональные сети, расположенные в пределах определенного территориального региона (города, района, области и т. п. ); n локальные вычислительные сети , охватывающие сравнительно небольшую территорию (в радиусе до 10 км).

В зависимости от типа абонентских систем сети делятся на однородные и неоднородные(гетерогенные) В однородных локальных сетях абонентские системы представляют собой однотипные ЭВМ с однотипным периферийным оборудованием. Неоднородные локальные сети строятся на основе ЭВМ, относящихся к различным классам или платформам. В зависимости от типа передающей (физической) среды различают: n локальные сети на витой паре проводов; n локальные сети на волоконно-оптическом кабеле; n беспроводные локальные сети.

По типу используемых вычислительных средств сети могут быть: n однородными (ЭВМ всех абонентских систем сети аппаратно и программно совместимы); n неоднородными или гетерогенными (ЭВМ абонентских систем сети аппаратно и программно несовместимы). Локальные сети ЭВМ обычно являются однородными, а региональные и глобальные – неоднородными.

По скорости передачи данных (пропускной способности) локальные сети подразделяются на: n сети с малой пропускной способностью (до 10 Мбит/с); n сети со средней пропускной способностью (от 10 до 100 Мбит/с); n сети с большой пропускной способностью (100 и более Мбит/с). Достаточно высокая скорость передачи данных позволяет строить локальные сети ЭВМ на основе одного моноканала, обслуживающего все абонентские системы сети в режиме мультиплексирования.

По методу доступа к передающей (физической) среде различают: n локальные сети со случайным доступом к моноканалу; n локальные сети с детерминированным доступом к моноканалу. В сетях со случайным доступом при одновременном обращении к моноканалу нескольких абонентских систем возникают конфликтные ситуации, приводящие к значительным временным задержкам передачи информации. Это ограничивает применение таких сетей для работы в реальном масштабе времени. Наибольшее распространение получил метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК – CSMA/CD, carrier sense multiple access with collision detection).

В сетях с детерминированным доступом каждой абонентской системе выделяется определенный квант времени для обращения к моноканалу. Конфликтные ситуация в этом случае отсутствуют, что позволяет использовать сети для обработки информации в реальном масштабе времени. Наибольшее распространение получил детерминированный метод доступа «маркерное кольцо» (метод доступа Token Ring).

По способам управления ресурсами локальные сети подразделяются на: n сети с централизованным управлением (сети типа клиент–сервер); n сети с децентрализованным управлением (одноранговые сети). В сетях с централизованным управлением один из компьютеров реализует функции управления всеми ресурсами сети или предоставляет собственные ресурсы всем остальным сетевым компьютерам по их запросам. Такой компьютер называется сервером, а все остальные – клиентскими рабочими станциями или клиентами.

Архитектура "клиент-сервер" n Эффективность функционирования информационной системы во многом зависит от ее архитектуры. n Клиент формирует запрос на сервер для выполнения соответствующих функций. n Например, файл-сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к ним и передает данные клиенту. n Обработка данных распределяется в том или ином соотношении между сервером и клиентом. Долю обработки, приходящуюся на клиента называют "толщиной" клиента.

Двухуровневые системы n состоят из компонента пользователя и сервера базы данных (БД). Большая часть приложения, прежде всего пользовательский интерфейс, исполняется на настольном компьютере, основная задача серверов состоит в обеспечении доступа к БД Один из ее недостатков состоит в ограниченной масштабируемости: редко какое приложение способно обслуживать более ста пользователей одновременно. n Интерфейс пользователя и другие клиентские компоненты исполняются на недорогих однопользовательских настольных компьютерах - ПК. СУБД функционирует на серверах большой или средней мощности, обеспечивающих совместный доступ к данным. Вследствие такого деления двухуровневые системы часто называют системами с мощным (или “толстым”) клиентом: большая часть вычислений здесь выполняется на настольных машинах. Общение между клиентами и серверами осуществляется с помощью языка SQL или программного интерфейса, такого как протокол Open Database Connectivity (ODBC) корпорации Microsoft.

В трехуровневых системах n обработка, связанная с особенностями бизнеса предприятия, выполняется не на клиентских машинах, а на сервере приложений. Таким образом, интерфейс пользователя, прикладные алгоритмы и работа с БД выделяются в три самостоятельных компонента. Каждый из них реализован на базе собственной программной и аппаратной архитектуры и выполняет свои определенные функции. n Как и в двухуровневых системах, интерфейс пользователя исполняется на недорогих однопользовательских настольных машинах. Серверы БД могут располагаться на серверах большой и средней мощности. Прикладная обработка обычно переносится из нестабильной, подверженной минутным настроениям конечного пользователя среды настольного компьютера в более надежный центр обработки данных. n Трехуровневые системы обеспечивают совместный доступ к таким ресурсам, как БД и прикладные программы обработки деловой информации в масштабах не одного из подразделений, а целого предприятия. Прикладные системы масштаба предприятия должны обеспечивать масштабируемость и доступность, как приложений, так и базовых служб.

Архитектура «файл-сервер» 17

n Архитектура «файл-сервер» Достоинства: ¨ многопользовательский режим работы с данными ¨ удобство централизованного управления доступом ¨ низкая стоимость разработки ¨ высокая скорость разработки ¨ невысокая стоимость обновления и изменения ПО n Недостатки: ¨ проблемы многопользовательской работы с данными ¨ низкая производительность ¨ плохая возможность подключения новых клиентов ¨ ненадежность системы 19

Двухуровневая архитектура «клиент-сервер» 20

Двухуровневая архитектура «клиент-сервер» n Достоинства: ¨ возможность распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами ¨ все данные хранятся на защищенном сервере ¨ поддержка многопользовательской работы ¨ гарантия целостности данных n Недостатки: ¨ неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть ¨ сложное администрирование ¨ высокая стоимость оборудования ¨ бизнес логика приложений осталась в клиентском ПО 21

Многоуровневая архитектура «клиент-сервер» 22

Многоуровневая архитектура «клиент-сервер» n Достоинства: ¨ клиентское ПО не нуждается в администрировании ¨ масштабируемость ¨ конфигурируемость ¨ высокая безопасность и надежность ¨ низкие требования к скорости канала между терминалами и сервером приложений ¨ низкие требования к производительности и техническим характеристикам терминалов n Недостатки: ¨ сложность администрирования и обслуживания ¨ более высокая сложность создания приложений ¨ высокие требования к производительности серверов приложений и сервера базы данных ¨ высокие требования к скорости канала (сети) между сервером базы данных и серверами приложений 23

Архитектура Веб-приложений 24

Архитектура клиент-серверной версии 1 С: Предприятия 8.

В зависимости от характера выполняемых задач выделяют следующие типы серверов n Выделенными называются такие серверы, которые функционируют только как сервер (исключая функции РС или клиента). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. n Круг задач, которые выполняют серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, в ЛВС используются специализированные серверы. Так, например, в операционной системе Windows Server существуют различные типы серверов:

n Файл-серверы и принт-серверы. Они управляют доступом пользователей к файлам и принтерам. n Серверы приложений (в том числе сервер баз данных, Web– сервер). На них выполняются прикладные части клиент серверных приложений (программ). n Почтовые серверы – управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети. n Факс-серверы – управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс- модемов. n Коммуникационные серверы – управляют потоком данных и почтовых сообщений между данной ЛВС и другими сетями или удаленными пользователями через модем и телефонную линию. Они же обеспечивают доступ к Интернет. n Сервер служб каталогов – предназначен для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows Server объединяет PC в логические группы-домены, система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

В сетях с децентрализованным управлением все сетевые рабочие станции имею одинаковые возможности по предоставлению и использованию всех сетевых ресурсов и могут выполнять функции как серверов, так и клиентов. Возможность связи ЛС между собой и с сетями более высокого уровня определяется наличием дополнительного коммуникационного оборудования и соответствующих программных средств и систем. Недостаток: n Сложность организации централизованного управления защиты информации, так как: − пользователь устанавливает его самостоятельно; − «общие» ресурсы могут находиться на всех ПК, а не только на центральном сервере.

По функциональному назначению сети ЭВМ подразделяются на: n информационные сети; вычислительные сети; информационно-вычислительные сети. Информационные сети предоставляют пользователям в основном информационные услуги. К таким сетям относятся сети научно- технической и справочной информации, резервирования и продажи билетов на транспорте, сети оперативной информации служб специального назначения и т. д. Вычислительные сети отличаются наличием в своем составе более мощных вычислительных средств, запоминающих устройств повышенной емкости для хранения прикладных программ, банков данных и знаний, доступных для пользователей, возможностью оперативного перераспределения ресурсов между задачами. На практике наибольшее распространение получили смешанные информационно-вычислительные сети , в которых осуществляются хранение и передача данных, а также решение различных задач по обработке информации.

По размещению основных информационных массивов (банков данных) сети подразделяются на следующие типы: n сети с централизованным размещением информационных массивов; n сети с локальным (абонентским) размещением информационных массивов. n n В сетях с централизованным размещением информационные массивы формируются и хранятся на главном файловом сервере сети. В сетях с локальным размещением информационные массивы могут находиться на различных файловых серверах.

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

По топологической структуре локальные сети подразделяются на: n радиальные (звездообразные); n кольцевые; n шинные; n полносвязные; n древовидные (иерархические); n смешанные.

Топологические структуры сетей ЭВМ

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

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

n В сетях с шинной топологией используется моноканал передачи данных, к которому подсоединяются абонентские системы. Данные от передающей АС распространяются по каналу в обе стороны. Информация поступает на все АС, но принимает сообщение только та АС, которой оно адресовано. n Шинная топология – одна из наиболее простых. Она позволяет легко наращивать и управлять сетью ЭВМ, является наиболее устойчивой к возможным неисправностям отдельных абонентских систем. n Недостатком шинной топологии является полный выход из стоя сети при нарушении целостности моноканала.

n В полносвязной сети информация может передаваться между всеми АС по собственным каналам связи. Такое построение сети требует большого числа соединительных линий связи. Оно эффективно для малых сетей с небольшим количеством центров обработки, работающих с полной загрузкой каналов связи. n В сетях с древовидной топологией реализуется объединение нескольких более простых сетей с шинной топологией. Каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных сегментов.

АРХИТЕКТУРА И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ЭВМ n При разработке, создании и эксплуатации сетей ЭВМ одной из основных и наиболее сложных задач является организация обмена данными между их отдельными компонентами. Сложность решения указанной задачи определяется тем, что в состав сетей могут входить неоднородные и несовместимые между собой аппаратные и программные средства. Поэтому возникает необходимость в стандартизации, регламентации и упорядочении всех функций, связанных с передачей данных между всеми компонентами сети и реализуемыми ими вычислительными процессами.

АРХИТЕКТУРА И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ЭВМ n В связи с большой сложностью комплексное решение указанной задачи возможно только на основе принципа декомпозиции, предполагающего разбиение одной сложной задачи на несколько иерархически взаимосвязанных более простых. Именно такой подход к проблеме построения сетей ЭВМ любой сложности был разработан в начале 80 -х годов ХХ века Международной организацией по стандартизации (ISO – International Organization for Standardization) и представлен в виде «Эталонной модели взаимодействия открытых систем» (модель OSI – Open System Interconnection ), определяющей архитектуру построения различных компьютерных сетей. n Под сетевой архитектурой понимается общая логическая и техническая организация сетей ЭВМ, представленная в виде совокупности сетевых аппаратных и программных решений, методов доступа к ресурсам сети и используемых для этого протоколов.

n В общем случае в модели OSI любая система представляется семиуровневой иерархической структурой. (рис. ). Каждому уровню ставятся в соответствие некоторые процессы, аппаратные и программные средства (объекты уровня), реализующие функции по обработке и передаче данных. Каждый уровень обслуживает смежный старший уровень. Связь между объектами смежных уровней одной системы регламентируется межуровневым интерфейсом. n Интерфейс представляет собой формализованные правила, определяющие набор сервисов, предоставляемых данным уровнем соседнему уровню, последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются смежные уровни одной системы.

Многоуровневое представление системы в модели OSI

n Организация взаимодействия между одинаковыми уровнями различных систем определяется соответствующим протоколом. Протокол представляет собой формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но принадлежащие разным системам.

n Таким образом, протокол и интерфейс выражают одни и те же понятия, но распространяются на разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия объектов одного уровня в разных системах сети, а интерфейсы – объектов соседних уровней в одной системе. n Два старших уровня (6 и 7) соответствуют процессам (процессам представления и преобразования данных, выполнения прикладных программ, административного управления сетью). Остальные уровни определяют сетевой метод доступа к указанным процессам. Точки в процессах, через которые осуществляется эта связь, представляют собой входные и выходные порты.

n Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия систем в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. n Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней обычно реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – только программными средствами. n Совокупность протоколов, реализованных в узле сети, называется стеком протоколов модели OSI.

Модель взаимодействия открытых систем (модель OSI). Иерархия протоколов

n Многоуровневая организация управления процессами в сети порождает необходимость модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения в соответствии с функциями, реализуемыми на этом уровне. Данные, передаваемые в форме сообщения, снабжаются заголовком (З) и концевиком (К), в которых содержится информация, необходимая для обработки сообщения на соответствующем уровне: указатели типа сообщения, адреса отправителя, получателя, канала, порта и т. д.

Функции уровней модели ISO/OSI Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам. На этом уровне определяются: n характеристики физических сред передачи данных (полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. ); n характеристики электрических сигналов (требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов); n типы разъемов и назначение каждого контакта. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10 Base-T технологии Ethernet

Канальный уровень К функциям канального уровня относятся: n проверка доступности среды передачи; n реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру.

n Канальный уровень содержит два важных подуровня: n более высокий - управление логическим соединением (logical link control, LLC) n более низкий – подуровень управления доступом к передающей среде (media access control, MAC).

n Подуровень LLC обеспечивает надежность коммуникаций путем установки канала передачи данных между двумя узлами и поддержки устойчивости этого канала. n Подуровень MAC распознает физический адрес (или адрес устройства) иногда называемый MAC-адресом, содержащийся в каждом фрейме. преобразует разделяемый физический моноканал в виртуальные каналы типа «точка-точка» между парами абонентских систем. Кроме того, подуровень MAC управляет совместной работой множества устройств внутри одной сети. Например, на некоторой рабочей станции подуровень MAC проверяет каждый фрейм, получаемый этой станцией, и передает фрейм более высокому уровню лишь в том случае, если адрес совпадает. В противном случае фрейм отбрасывается.

Канальный уровень n В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI. n В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, коммутаторами и маршрутизаторами. n В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов. n В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами протоколов "точка - точка" могут служить протоколы PPP и LAP- B.

Сетевой уровень Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами. Протокол канального уровня локальных сетей обеспечивает доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи данных для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, используется дополнительный сетевой уровень. На этом уровне вводится понятие "сеть". В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии. n Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, а доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень.

Сетевой уровень На сетевом уровне определяется два вида протоколов. n Первый вид относится к определению правил передачи пакетов по оптимальному пути – протоколы маршрутизации (протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP ) n Второй вид протоколов относится к сбору информации о топологии межсетевых соединений - протоколы обмена маршрутной информацией ( RIP, OSPF стека TCP/IP). n Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов, коммутаторов.

Транспортный уровень На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов. n Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP

Сеансовый уровень n Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. n Обеспечивает средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обмена данными между ними. n На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.

Уровень представления n Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления , а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. n Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень n Обеспечивает прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; является интерфейсом между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем. n Прикладной уровень - это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message). n Существует очень большое разнообразие протоколов прикладного уровня. (Протоколы - SMB в Microsoft Windows, FTP, Telnet, SMTP, входящие в стек TCP/IP.

Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели взаимодействия открытых систем n Все уровни модели OSI и соответствующие им протоколы подразделяются на две группы: n сетезависимые уровни и протоколы; n сетенезависимые уровни и протоколы. n Методы и способы реализации протоколов сетезависимых уровней напрямую зависят от конкретной технической реализации всех компонентов сети. n Сетенезависимые уровни и их протоколы ориентированным на работу только с приложениями и не зависят от технических характеристик сетевых компонентов.

n Три нижних уровня модели OSI — физический, канальный и сетевой — являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. n Три верхних уровня модели OSI — прикладной, представительный и сеансовый — ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. n Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от характеристик технических средств непосредственной передачи сообщений.

Вычислительные средства абонентских систем взаимодействуют между собой с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие осуществляется опосредовано через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (коммутатор), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).

Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели OSI

МЕТОДЫ СТРУКТУРИЗАЦИИ СЕТЕЙ ЭВМ n Построение сетей ЭВМ с небольшим (10 -30) количеством абонентских систем чаще всего осуществляется на основе одной из типовых топологий — кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры абонентских систем в такой сети имеют одинаковые права в отношении информационного взаимодействия друг с другом (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры значительно упрощает процедуру наращивания общего числа абонентских систем, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети ЭВМ. Однако увеличение количества абонентских систем в сети сверх указанного количества приводит к существенному снижению пропускной способности каналов связи и общей эффективности функционирования сети. n Одним из основных направлений разрешения указанной проблемы является применение методов структуризации больших сетей ЭВМ.

Физическая структуризация сетей ЭВМ n Построение больших сетей ЭВМ, объединяющих более 30–ти абонентских систем, на основе унифицированных типовых топологических структур порождает различные ограничения, наиболее существенными из которых являются: n ограничения на длину связи между узлами; n ограничения на количество узлов в сети; n ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

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

Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической — конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают.

Физическая и логическая топологии сети

Увеличение сети ЭВМ на основе повторителей

Логическая структуризация сетей ЭВМ n Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети. n Логическая структуризация сети – это разбиение сети на сегменты с локализованным трафиком. n Под локализацией трафика понимается распространение трафика, предназначенного для абонентских систем конкретного сегмента сети, только в пределах этого сегмента.

а) физическая структуризация с помощью концентраторов

б) логическая структура сети

n Локализация трафика позволяет значительно повысить общую эффективность сети, так как позволяет организовать информационный обмен одновременно внутри всех сегментов сети. n Для логической структуризации сети используются специальные коммуникационные устройства, такие как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Логическая структуризация сети с помощью моста

Логическая структуризация сети с помощью маршрутизаторов

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ОБОРУДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭВМ можно разделить на три функциональные группы: n сетевое оконечное оборудование; n коммуникационное оборудование; n структурированные кабельные системы. Знание назначения, характеристик и возможностей сетевых устройств каждой группы может способствовать оптимизации построения и эксплуатации локальных сетей различного назначения

Оконечное оборудование Под оконечным оборудованием понимаются все устройства, являющиеся источниками или приемниками информации, передаваемой по сети. Наиболее типичными представителями оконечного оборудования являются n сетевые компьютеры (рабочие станции), серверы и периферийные устройства, совместно используемые всеми абонентами сети (абонентские системы локальных сетей ЭВМ).

Оконечное оборудование локальных сетей

n Компьютеры, подключенные к локальной сети, называются сетевыми рабочими станциями и являются самым универсальным сетевым оборудованием. Прикладное использование компьютеров в сети определяется их программным обеспечением (ПО) и установленными дополнительными техническими средствами. n Сетевой интерфейс обеспечивается сетевыми адаптерами (сетевыми картами) и программными средствами операционной системы. n Для дальних коммуникаций могут использоваться также внутренние или внешние модемы. n Сетевые адаптеры (СА) могут входить в состав системной платы рабочей станции (интегрированные СА) или подключаться к ней через слоты (разъемы) расширения. СА обеспечивают формирование информационных кадров (пакетов), передачу и прием информационных кадров из сети, буферизацию данных для согласования скорости их приема и передачи, кодирование и декодирование данных, проверку правильности передачи данных, установление соединения с требуемой абонентской системой и т. п. n Серверы сети – это аппаратно – программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Серверы могут использоваться и в качестве сетевых рабочих станций.

n Для подключения серверов к сети обычно используются полнодуплексные высокопроизводительные сетевые адаптеры для высокоскоростных шин. n Терминалы – это устройства удаленного ввода–вывода информации. Используются в клиент-серверных системах в качестве рабочих мест пользователей, а также в качестве консоли для управления сетевым оборудованием.

n Разделяемые (сетевые) принтеры обеспечивают печать заданий от множества пользователей локальной сети. В общем случае для этого требуется принт-сервер – средство выборки заданий из очереди (очередей) и собственно принтер, логически подключенный к принт-серверу. В роли принт- сервера может выступать сетевая рабочая станция (рис. 14. 2 а) или отдельное устройство (микроконтроллер), непосредственно встраиваемое в сетевой принтер. Принт- сервер всегда снабжается сетевым интерфейсом, поэтому сетевой принтер территориально может располагаться в любом месте помещения, где есть розетка кабельной сети (рис. 14. 2 б).

Подключение сетевых принтеров: а – через сетевую рабочую станцию; б – через встраиваемый принт-сервер.

Коммуникационное оборудование n Под коммуникационным оборудованием локальных сетей понимаются устройства, обеспечивающие передачу информационных пакетов (кадров) между всеми абонентскими системами сети и взаимодействие с другими сетями ЭВМ. n Коммуникационное сетевое оборудование не является источником или конечным получателем данных.

Коммуникационное оборудование локальных сетей ЭВМ

n Повторители (repeater) — устройства, усиливающие электрические сигналы и обеспечивающие сохранение их формы и амплитуды при передаче на большие расстояния. Используются для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с шинной топологией с целью увеличения общей протяженности сети.

n Концентраторы или хабы (hub) – разновидность повторителей. Имеют несколько портов, что позволяет подключать к одному концентратору одновременно несколько физических сегментов сети. Концентраторы ретранслируют сигналы, пришедшие на один из портов, на все другие порты. Концентраторы всегда изменяют физическую топологию сети на звездообразную, но оставляют без изменения ее логическую топологию.

n Мосты и коммутаторы n По мере расширения сети доступная пользователю полоса (средняя скорость передачи) сужается за счет того, что моноканал делится между всеми узлами сети. Для полной реализации возможностей программ, оборудования, повышения производительности компьютеров, использующих приложения с интенсивным сетевым трафиком необходимо расширение полосы пропускания канала. n Существует два способа расширения полосы, доступной каждому пользователю. Первый базируется на расширении полосы разделяемой среды, обеспечивая рост скорости , например технология Fast Ethernet. Другим способом является снижение числа узлов сети , имеющих доступ к разделяемой среде и, следовательно, расширение доступной оставшимся узлам полосы. В предельном случае вся полоса канала передачи может быть предоставлена одному пользователю. n Процесс снижения числа узлов в сети называется сегментацией и осуществляется за счет деления большой сети на несколько меньших. Поскольку пользователям может потребоваться доступ к ресурсам других сегментов, то необходим механизм обеспечения такого доступа, обеспечивающий межсегментный обмен с достаточно высокой скоростью.

n Мосты (bridge) – устройства, позволяющие разделять единую локальную сеть на несколько логических сегментов и изолировать трафик одного логического сегмента от другого. Локализация трафика внутри сегментов позволяет повысить общую пропускную способность сети. Информационное взаимодействие между сегментами осуществляется только в том случае, когда источник и приемник информации находятся в разных сегментах. Одновременно информационный обмен может осуществляться только между одной парой сегментов. В настоящее время мосты вытеснены из состава сетевого оборудования коммутаторами.

n Коммутаторы (switch) – по логике работы идентичны мостам, но за счет большей интеллектуализации своей работы способны осуществлять информационный обмен одновременно между несколькими парами логических сегментов сети.