ВС и системы телекоммуникаций

Вычислительные сети и системы телекоммуникаций



Введение

Необходимость изучения студентами экономической специальности “Информационные системы в экономике” основ информационно-вычислительных сетей (ИВС) объясняется местом, которое занимают ИВС в информатизации современного общества. Информационное обеспечение фирм, акционерных обществ, ВУЗов, банков базируется на локальных сетях, которые связаны между собой в региональные и глобальные сети.

Предметом дисциплины “Вычислительные сети и системы телекоммуникаций” является изложение основ построения, выбора и обеспечения надёжности информационно-вычислительных сетей. В предлагаемом пособии сделан акцент на особенности использования современных технических и программных средств при построении локальных и глобальных сетей. Определённое место в пособии отведено методике выбора Локальной сети. Особенностям обеспечения надёжности локальных сетей посвящена специальная лекция.

Изложенный в пособии учебный материал базируется на решениях комитета по стандартизации IEEE, Международной организации стандартов, Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии и лучших примерах построения локальных сетей.

Учебное пособие предназначено для студентов экономических ВУЗов, слушателей курсов подготовки и повышения квалификации специалистов в области информационных систем и практических работников.



Тема 1. Общая характеристика информационно-вычислительных сетей

1 вопрос.

Значительное повышение эффективности ЭВМ может быть достигнуто объединением их в вычислительные сети (ВС). Под ВС мы будем понимать любое множество ЭВМ, связанных между собой средствами передачи данных (средствами телекоммуникаций). Развитие ВС связано как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций.

Работы по созданию ВС начались ещё в 60-х годах. Прообразом ВС явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ). В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Структура СТД представлена на рис. 1.1. СТД состоит из: абонентских пунктов (АП); модемов, мультиплексора передачи данных (МПД) и ЭВМ. Телефонная сеть ориентирована на передачу речевой (аналоговой) информации, поэтому одни из элементов сети явились достаточно медленные аналоговые коммутаторы.



 Рис. 1.1. Структура системы телеобработки.



Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов. Аналоговую речь при этом предлагалось переводить в дискретную форму.

Вторым существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тотже момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП). ШП позволяет по одному кабелю вести передачу данных одновременно с различными скоростями.

Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Четвёртым направлением развития ИВС была реализация распределённой обработки данных. Для этого в середине 70-х годов появились технические средства и программное обеспечение, позволяющие связать ЭВМ в виде кольца или шины.

В 80-х годах появились микроЭВМ. Существенно не отличаясь от больших и миниЭВМ по скорости обработки информации и объёму ОП, микроЭВМ имели в десятки раз меньшую внешнюю память. Поэтому 5-ым направлением создания ИВС была разработка специальных дисковых мультиплексоров. 



 Рис. 1.2. Направление развития сетей.

К середине 80-х годов все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело к разработке современных информационных сетей (рис. 1.2).





2 вопрос.

Общая структура ИВС представлена на рис.1.3. Основными компонентами сети являются:

		каналы;

		системы: абонентская (АбС) и ассоциативная (АсС); 

		сеть передачи данных.



Рис.1.3. Структура ИВС.



Имеются существенные отличия в функциональном назначении абонентских и ассоциативных систем, классификация которых представлена на рис. 1.4. 



 Рис. 1.4. Классификация систем сети.

В зависимости от выполняемых функций ассоциативные системы подразделяются на два вида: межсетевые и сетевые.

Ассоциативная система, предназначенная для обеспечения взаимодействия двух либо более ИВС, называется межсетевой (на рис. 1.3 это система АсС5). Ассоциативная система, которая связывает абонентские системы внутри одной сети, получила название сетевой.

Абонентские системы в зависимости от выполняемых функций подразделяются на 4 вида: рабочие, терминальные, смешанные, административные.

Рабочая система предназначена для предоставления пользователю информационно-вычислительных ресурсов: банка данных, результатов обработки задач по подсистемам АСУ и т.д.

Терминальная система предоставляет абонентам (пользователям) ИВС через один или несколько терминалов информационно-вычислительные ресурсы рабочих систем. Часто функции рабочей и терминальной систем совмещены.

Система, на которую возлагаются функции управления всей либо какой-нибудь частью ИВС, называется административной.

Смешанной система называется в том случае, если она выполняет функции двух, а иногда даже трёх, рассмотренных выше видов абонентских систем.



Рис. 1.5. Классификация ИВС по их протяжённости.



Помимо классификации систем сети имеется и деление самих сетей. Основным признаком их отличия является классификация ИВС по их размерам. В зависимости от протяжённости ИВС принято делить на три вида: локальные, региональные и глобальные (рис. 1.5).



Локальной называется сеть, абоненты которой находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Обычно локальные сети охватывают одно либо несколько расположенных рядом зданий. Именно на базе локальной ИВС разрабатываются современные АСУ фирмы, банка, ВУЗа, и т.д.

Региональная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном (от 10 до 1000 км) расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов города, района, области и даже небольшой страны.

Третьим видом является глобальная ИВС, которая объединяет абонентов, расположенных на территории большой страны, разных стран и даже континентов. Построение этой сети возможно с помощью спутников.

В последнее время для характеристики ИВС всё чаще стали использовать понятие корпоративные сети. Эти сети объединяют ряд предприятий одной фирмы, в зависимости от взаиморасположения предприятий они могут быть региональными или глобальными.



3 вопрос.

Основными требованиями, которым должна удовлетворять организация ИВС, являются следующие:

Открытость - возможность включения дополнительных абонентских, ассоциативных ЭВМ, а также линий (каналов) связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов сети. Кроме того, любые две ЭВМ должны взаимодействовать между собой, несмотря на различие в конструкции, производительности, месте изготовления, функциональном назначении.

Гибкость - сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя ЭВМ или линии связи.

Эффективность - обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.

Для обеспечения открытости, гибкости и эффективности ИВС Международной организацией стандартов утверждены определённые требования к организации взаимодействия между системами сети. Эти требования получили название OSI (Open System Interconnection) - “эталонная модель взаимодействия открытых систем”. Согласно требованиям эталонной модели, каждая система ИВС должна осуществлять взаимодействие посредствам передачи кадра данных, процедура образования которого представлена на рис. 1.6. Согласно рис. 1.6 образование и передача кадра осуществляется с помощью 7-ми последовательных действий, получивших название “уровень обработки”.

Процесс взаимодействия между АбС возникает при необходимости передачи прикладной программой пользователя (уровень 7) данных по каналу связи. Однако, чтобы вторая АбС могла разобрать эти данные, необходимо указать способ их представления. Эта информация указывается в заголовке процесса, который добавляется к данным с помощью специальной программы, реализующей представительный уровень (уровень 6). При получении информации от другой АбС, указанная программа осуществляет также преобразование данных к единой форме представления. Действия выполняемые программой на уровнях 6 и 7 названы процессом.



 Рис. 1.6. Процедура образования кадра данных в процессе взаимодействия АбС.



Сеансовый уровень (уровень 5) предназначен для организации сеансов связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по запросам процесса создаются порты для приёма передачи сообщений. Кроме того, для выявления ошибок после передачи данных пользователю, используются проверочные символы, добавляемые к данным пользователя (концевик процесса). Данные пользователя, снабжённые заголовком и концевиком процесса, получили название блока данных.

Уровень 4 (транспортный) реализует процедуру сопряжения абонентских систем с сетью передачи данных. С этой целью специальная программа уровня 4 добавляет в передаваемое сообщение заголовок передачи. Блок данных с заголовком передачи образуют фрагмент данных.

Уровень 3 (сетевой) обеспечивает передачу данных через сеть. Управление сетью, реализуемое на этом уровне, состоит в выборе маршрута передачи данных по линиям, связывающим узлы сети. Для этой цели к фрагменту данных добавляется заголовок пакета. Фрагмент данных расширяется и превращается в пакет данных.

Уровень 2 (канальный) предназначен для обеспечения передачи данных по информационному (логическому) каналу сети. С этой целью к пакету данных добавляется заголовок кадра, содержащий адрес необходимого информационного канала, и концевик кадра с информацией для проверки искажения пакета на приёмной стороне. Пакет данных с заголовком и концевиком кадра образует кадр данных.

Уровень 1 (физический) реализует управление физическим каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представляющих передаваемые данные.

Задачей всех семи уровней является обеспечение надёжного взаимодействия систем сети. При этом каждый уровень выполняет возложенную на него задачу. Однако уровни работают так, чтобы в нужных ситуациях подстраховывать и проверять работу других уровней. Так, если канальный уровень случайно пропустит ошибку, появившуюся при передачи информации, то её “поймёт” и исправит транспортный уровень и т.д.





Тема 2. Общая характеристика локальных сетей



1 вопрос.

Основными характеристиками локальной сети являются:

Разделение ресурсов. ЛВС обеспечивает коллективное использование (разделение между несколькими пользователями) различных периферийных устройств: лазерных принтеров, графопостроителей и т.д.

Разделение данных. ЛВС обеспечивает коллективное использование общих баз данных.

Разделение программных средств. ЛВС обеспечивает коллективное использование общих программ.

Электронная почта. ЛВС обеспечивает обмен информацией между АбС сети.

Существует большое разнообразие ЛВС, которые можно объединить в несколько групп согласно следующим критериям:

способ организации: реальные (одноранговые и с центральным управлением), искусственные;

наличие проводных соединений: проводные беспроводные;

топология: звезда

шина

кольцо;

технология: Ethernet

Token Ring 

Arcnet

FDDI. 

По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные. Реальные сети делятся на одноранговые и с центральным управлением. Более подробно они будут описаны во 2-ом вопросе.

Искусственные сети позволяют связывать компьютеры вместе через последовательные или параллельные порты и не нуждаются в специальных сетевых адаптерах. Иногда связь в такой сети называют связью по нуль-модему ( не используется модем) или через нуль-слот (поскольку ни один слот машины не занят сетевой платой). Сами сети называют сетями на нуль-модеме или нуль-слоте. Сеть на нуль-слоте предоставляет те же возможности, что и другие сети, но при этом она очень медлительна. Искусственные сети используются когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой. MS DOS 6.0 и 6.2 снабжены программой INTER LINK, которая обеспечивает возможность такой перекачки. Однако данная программа работает одновременно только с двумя компьютерами и не может связать три или более машин. Если это необходимо, то требуется специальное программное обеспечение Laplink.

Наибольшее распространение в наше время получили проводные сети. Именно они будут в дальнейшем рассмотрены более подробно. Однако более перспективными являются беспроводные сети. При этом используются инфракрасные лучи (волны в инфракрасном диапазоне) при небольшом расстоянии между АбС и волны радиочастот для региональных и глобальных сетей. Вскоре модемы сотовой (беспроводной) телефонной связи и переносные компьютеры с питанием от батарей могут послужить основой для создания виртуальных сетей, пользователи которых могут перемещаться в пространстве, не теряя при этом связи друг с другом. В наше время виртуальные сети очень дорогое удовольствие. Однако в будущем этот вид сетей должен получить широкое распространение.





2 вопрос.

Реальные ЛВС подразделяются на одноранговые сети и сети с централизованным управлением.

Одноранговые сети содержат в своем составе АбС идентичные по своим функциям: выполнение пользовательских программ, хранение и печать данных и другое. В условиях данного вида сети одна абонентская система имеет доступ к дискам и принтерам другой АбС, стоит лишь сделать этот компьютер АдС (сервером).

Достоинства одноранговых сетей: 

Наиболее просты в установке и эксплуатации.

В сети любой компьютер, имеющий ресурсы для совместного использования, может быть сервером.

Для сервера сети не требуется специальная ОС. Он работает под управлением обычной DOS.

Недостатки:

		в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

В сети с централизованным управлением при установке сети заранее выделяются одна или несколько машин, управляющих обменом данных по сети (административные АбС). Диски выделенных машин (серверов) доступны всем остальным компьютерам сети. Остальные компьютеры (рабочие станции) имеют доступ к дискам файл-сервера и совместно используемым принтерам. С одной рабочей станции нельзя работать с дисками других станций.

Основным достоинством сети с централизованным управлением является более высокий уровень защиты данных.

К недостаткам централизованной сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:

 Необходимость дополнительной ОС для сервера. 

 Сложность установки и модернизации сети.

 Необходимость предварительного определения файл-сервера.



3 вопрос.

Топология (topology) - идентифицирует схему проводных соединений в сети.

В условиях звездообразной (радиальной) структуры (рис.2.1) организуется центральный узел (хаб, концентратор), через который посылаются все сообщения от АбС. Для подсоединения АбС к хабу используется витая пара проводов. Хаб представляет собой маленькую коробочку, к которой подсоединен пучок кабелей. Таким образом хаб обеспечивает связь компьютеров (АбС) друг с другом (аналогично коммутатору в телефонной сети).

Основным достоинством звездообразной структуры является независимость каждого радиального направления от остальных, т.е. неполадки на одном из участков кабеля никак не повлияют на работу остальных пользователей.

Недостатки:

 Для каждой АбС требуется прокладка “своего” кабеля.

 Зависимость от надежности хаба (концентратора).

 Невысокая скорость работы.







Рис.2.1. Звездообразная структура сети.



Наиболее распространенной топологией сети является топология типа “шина”. В этом случае все сетевые компьютеры (АбС) связаны линейно (рис.2.2) с помощью коаксиального кабеля.







Рис.2.2. Шинная архитектура сети.

Достоинства:

 Относительно высокая надежность и скорость передачи.

 Сеть можно легко развивать, добавляя новые разветвления.







Рис.2.3. Шинная архитектура сети с разветвлением.



Недостатки:

при разрыве кабеля сеть теряет работоспособность.

ИВС на базе кольцевого канала передачи данных представлена на рис.2.4. В качестве точек подключения АбС в кольцо вставляются простейшие аппараты, называемые повторителями. Задачей повторителя является небольшая задержка проходящего через него пакета и усиление сигналов, передающих информацию. Указанная задержка необходима для того , чтобы станция могла, прочтя заголовок информации в проходящем мимо нее пакете, сделать в этом пакете необходимые пометки.







Рис.2.4. ИВС на базе кольцевого канала.



Существует несколько способов передачи информации через кольцо. Суть наиболее распространенного заключается в следующем. По кольцу в одном направлении движутся один за другим электронные “конверты”. Каждый из “конвертов” является группой электронных сигналов, чередующихся с паузой. Посылая сигналы во время паузы, можно заполнить “конверт” и превратить его в пакет или блок информации.

Структура циклического кольца проста, но имеет существенный недостаток. При обрыве кольца прекращается работа всей информационной сети. Поэтому в реальных сетях предпочтение отдается модернизированным кольцам.

Первая модернизация заключается в том, что в ЛВС используются 2 циклических кольца. В нормальном режиме передача информации ведется по обоим кольцам, но в разные стороны.







Рис.2.5. ИВС с 2 циклическими кольцами в аварийном режиме.



При обрыве два кольца замыкаются в единое целое кольцо.

Например, при обрыве в точках “аа” АбС, расположенные рядом с точками разрыва, переходят в аварийный режим. В этом режиме, кроме выполнения своих функций, каждая из АбС замыкает друг с другом внешнее и внутреннее теперь уже полукольцо в одно единое кольцо.

На следующем рисунке представлен еще один вид модернизации кольца. Вторая модернизация циклического кольца заключается в изменении топологии так, как это показано на рис.2.6. В центре устанавливается коммутатор. От коммутатора ко всем повторителям проведены лучи кольцевого канала.





Рис.2.6 Лучевое циклическое кольцо.



Коммутатор имеет столько переключателей, сколько может работать систем в ИВС. Когда переключатели находятся в таком положении, как представлено на рис. 2.6, пакеты проходят через каждую систему. Если в одном из лучей произошел обрыв, кольцо разрывается. В этом случае соответствующий переключатель коммутатора замыкается, восстанавливая движение по кольцу, но уже мимо вышедшего из строя луча и связанной с ним системы. Поврежденный луч отключается от кольца для ремонта.

Основное преимущество циклического кольца - высокая скорость передачи данных. Однако следует иметь в виду, что время передачи информации по кольцу зависит не только от скорости работы канала, но и числа систем включенных в сеть. Это связанно с тем, что около каждой системы конверт должен сделать остановку. Основным недостатком циклического кольца является его высокая стоимость и сложность включения систем. 



Тема 3. Технические средства реализации физического и канального уровней локальной сети



1 вопрос.

Комитет по стандартизации ЛВС IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) уточнил структуру уровней 1 и 2 взаимодействия открытых систем, утвержденную Международной организацией стандартов (рис.3.1).

Канальный уровень делится на два подуровня:

Управление логическим каналом LLC (Logical Link Control). На этом уровне осуществляется передача кадров между станциями, включая исправление ошибок.

Управление доступом к передающей среде MAC ( Medium Access Control). Этот уровень определяет технологию работы сети, которая была описана в разделе 2. 

Физический уровень делится на три подуровня:

Передача физических сигналов PS (Physical Signaling).

Интерфейс с устройством доступа AUI (Access-Unit Interface). Интерфейс представляет собой кабель, позволяющий размещать устройства PS на некотором расстоянии от носителя информации.

Подключение к физической среде PMA (Physical Medium Attachment). 







Рис.3.1. Эталонная модель IEEE.

2 вопрос.

В качестве физической среды передачи наиболее часто используются: витая пара проводов (рис.3.2), коаксиальный кабель (рис.3.3), оптоволоконные линии (рис.3.4).



 



Рис.3.2 Двухпроводная линия (витая пара проводов).







Рис.3.3 Коаксиальный кабель.



 



Рис.3.4 Оптоволоконный проводник

с преобразователем (дешифратором).



Двухпроводная линия TP ( Twisted Pair) является наиболее дешевым носителем данных, ранее применяемых для обеспечения телефонных коммуникаций.

Основные достоинства:

Низкая стоимость.

Простота монтажных работ по подключению абонента к ЛВС. 

Недостатки:

Обязательно требуется hub (концентратор) при построении сети.

Плохая защищенность от электрических помех (без экранирования). Возможно экранирование (экранирование - металлическая оплетка вокруг отдельно скрученных проводов), но от этого увеличивается стоимость. 

Простота несанкционированного подключения.

Жесткие ограничения на дальность (до 100 м между хабом и ПК, реально всего 23 м ) и скорость передачи (до 10 Мбит/с).

Витая пара может быть использована только в звездообразных ЛВС.

Коаксиальный кабель (Coaxial cable, обозначение: 10base2 - тонкий, 10base5-толстый) имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния. В ЛВС применяются два основных вида коаксиального кабеля:

Широкополосный толстый (10base5 - протяженность 500 м).

Широкополосный тонкий (10base2 - протяженность 200 м).

 В любом случае коаксиальный кабель состоит из четырех частей (рис.3.3):

Внутренний проводник.

Слой изолирующего покрытия.

Экран.

Наружное пластиковое покрытие. 

 Оптоволоконные линии передают световые сигналы или сигналы в инфракрасном диапазоне. Кабель состоит из светопроводящего наполнителя на кремниевой или пластмассовой основе, заключенного в материал с низким коэффициентом преломления. Благодаря этому световые лучи отражаются от внутренней поверхности кабеля, и потери световой энергии сокращаются до минимума.

Для обмена информацией по оптоволоконному кабелю необходимо преобразовывать электрические сигналы в световые при передачи информации и, наоборот - световые в электрические при приеме. В первом случае используются светодиоды, во втором случае - фотодиоды.

Достоинство:

Небольшая масса.

Скорость передачи больше 1Гбит/с.

Невосприимчивость к электрическим помехам.

Полностью пожаро- и взрывобезопасны.

Дальность передачи более 50 км.

Обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений очень сложна.

Недостатки:

высокая стоимость;

сигнал может передаваться только в одном направлении.

Применяется там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача данных на очень большие расстояния без использования повторителей. Оптоволоконные линии используются при организации сети типа кольцо.

Каждый из указанных носителей отличается по ряду показателей, сравнительная характеристика значений которых представлена в табл. 3.1



Таблица 3.1

Сводная характеристика передающих сред



Среда передачи информации

Показатели

витая пара

коаксиальный кабель

оптоволоконный кабель

1

2

3

4

Цена

невысокая

относительно высокая

высокая

Наращивание

очень простое

проблематично

простое

Защита от прослушивания

незначительная

хорошая, однако легко ответвляется

высокая

Скорость передачи

до 10 Мбит/с

до 10 Мбит/с

несколько Гбит/с

Восприимчивость к помехам

существует

существует

отсутствует



Расстояние передачи

100

500 м

200 м

50000 м

Влияние расстояния на скорость передачи данных

есть

нет

нет



Дуплексная передача

есть 

есть

нет

Широко-полосность

нет

есть

есть





3 вопрос.

Принцип передачи сигналов в ЛВС во многом определяется физической средой. Одним из важных моментов процесса передачи является кодирование информации. Пример кодирования представлен на рис.3.5. 





 0 1 1 0 1 1 0 

 

 

 



 



интервал времени для передачи сигнала 



Рис.3.5. Дифференциальное манчестерское кодирование.



При манчестерском кодировании смена уровня сигнала производится по одному разу для каждого бита в середине интервала времени, отведенного для передачи:

для "1" - "вверх";

для "0" - "вниз".

В процессе передачи сигналов, а также их приема на физическом уровне решаются вопросы синхронизации работы передатчика и приемника сигналов. Передача может происходить синхронным и асинхронным способом.

Синхронный способ имеет следующие характеристики. Допустим, что некоторая система передает информацию с постоянной скоростью. Для второй системы это будет сумма фиксированного числа единиц и нулей в секунду. В такой системе в приемном терминале должны знать скорость передачи для того чтобы зафиксировать входящие биты. Описанный режим передачи, при котором информация принимается все время с постоянной скоростью, назван синхронным.

Реально во многих ситуациях не требуется, чтобы информация передавалась постоянно. В таких случаях, на передающем конце аппаратура периодически не работает. Такой режим передачи называется асинхронным. Имеются два способа управления таким режимом:

В течение периода, когда не передается значимой информации постоянно посылаются заранее определенные символы или комбинации нулей и единиц. В этом случае приемник должен иметь возможность обнаруживать и распознавать эти не несущие информацию символы и исключить их. Постоянная скорость должна поддерживаться несмотря на то, что информация передается асинхронно. Этот способ позволяет удовлетворить требования асинхронной передачи информации синхронной передачей.

Передатчик и приемник находятся в состоянии полного покоя, пока не возникнет необходимость в следующей передачи. С началом передачи в линии инициируется передача новой последовательности информационных битов и приемник интерпретирует их как принятые данные.

Данный способ в реальности не может быть реализован по следующим причинам:

		приемник должен отслеживать сигналы передатчика после периода времени, называемого задержкой передачи;

		должна быть обеспечена защита от ложных последовательностей, вызванных ошибками, пропусками, повторениями.

Реальный процесс асинхронной передачи построен следующим образом: в системах с асинхронной передачей каждый символ сопровождается стартовым и стоповым битами. Стартовые биты сообщают приемнику о скорости передачи данных, стоповые - служат для контроля правильности данных.

Развитием асинхронного способа передачи является передача блоков, помеченных стартовыми и стоповыми битами.



4 вопрос.

Для реализации физического и канального уровня используется техническое устройство, называемое сетевым адаптером (СА). С технической точки зрения СА подключается к шине ПЭВМ и обеспечивает физическую связь абонентской системы и передающей физической среды (ПС). Главным назначением СА является прием информационных кадров, поступающих в АбС из ПС непрерывно или с малыми промежутками времени, без потерь информации.

Техническая реализация СА различна, в зависимости от особенностей управления доступом к ПС. Однако структурная схема СА в любом случае примерно одинакова и представлена на рис.3.6. СА содержит схемы, необходимые для приема/передачи данных из/в ПС и память, используемую для буферизации входных/выходных информационных кадров.







Рис.3.6. Структурно-обобщенная схема СА.



СА содержит один или более каналов прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA), используемых для обмена данными между ПС и памятью СА.

Кроме того, конфигурация СА включает процессор, управляющий работой памяти и работой каналом DMA, а также обеспечивающий управление взаимодействием пользователя с системой.

При приеме кадра он поступает в буфер, где производится сравнение адреса назначения кадра с адресом СА с целью установления необходимости копирования поступившего кадра. Если адреса совпадают, то кадр пересылается в память СА при условии, что канал DMA предварительно проинициализирован для этого процессором. Поступающие кадры могут теряться, если приемный буфер недоступен или, если процессор не сумел достаточно быстро проинициализировать каналы DMA. В конце каждой операции пересылки данных в DMA генерируется прерывание работы процессора. Во время обработки этого прерывания процессор выполняет поиск свободного приемного буфера, после чего инициализирует канал DMA для приема данных в найденный буфер.

При приеме данных от АбС они первоначально попадают в память.



5 вопрос.

Для организации древовидных и звездообразных структур в АбС используются активные и пассивные концентраторы (АиПК). АиПК служат для подключения большого числа АбС (раб. станций) к сетевым адаптерам. Активный концентратор выполняет функции усилителя передаваемых сигналов и коммутатора. Он позволяет подсоединить до 16 станций, в т.ч. пассивный концентратор.

Пассивный концентратор позволяет подсоединить 3 станции и выполняет функции только усилителя. Пример сети с АК и ПК представлен на рис.3.7.







Рис.3.7. Пример сети с АК и ПК.



Тема 4. Программные средства поддержки сеансового, транспортного и сетевого уровня локальных вычислительных сетей (ЛВС)



1 вопрос.

Для функционирования комплекса ПЭВМ, объединённых в ЛВС, необходимо как дополнительное техническое обеспечение (сетевые адаптеры (СА), кабели, концентраторы), так и программное обеспечение (редиректор, NetBIOS; программное обеспечение драйвера сетевого адаптера). Взаимодействие этих компонентов в условиях IBM показано на рис. 4.1.







Рис.4.1



Функции уровней 6 и 7 выполняются соответственно ОС MS - DOS версия 3.0 и выше, а также сетевыми прикладными программами.

Редиректор обеспечивает перехват программных прерываний, генерируемых в случаях, когда прикладная программа запрашивает сервисные функции DOS типа доступа к файлам, на обращения к NetBIOS. Средства NetBIOS* обрабатывают полученные запросы и организуют сеансы взаимодействия с программным обеспечением другого СА.

Программное обеспечение драйвера СА обеспечивает пересылку данных из сетевого уровня в СА. В условиях наиболее распространенной ОС NetWare функции драйвера сетевого адаптера выполняют протоколы IPX / SPX**.

Протоколы IPX и SPX, выполняя одни и те же функции по пересылке пакетов по сети, имеют ряд различий.

Работа протоколов IPX аналогична работе почты по пересылке обычных писем (здесь письма аналогичны пакетам в сети). Отправитель (АбС) не получает уведомления о том, получил ли адресат (др. АбС) письмо (пакет) или не получил. Кроме того, пакеты могут достигать адресата в произвольном порядке (не обязательно в том, в котором они были переданы). Протокол IPX работает быстро и является наиболее дешевым.

Работа протоколов SPX аналогична работе по пересылке заказных писем. Здесь отправитель получает извещение о получении адресатом необходимой информации (пакетов). Кроме того, адресат получает пакеты именно в той последовательности, в которой их послал отправитель. Протоколы SPX наиболее надежны, однако они работают медленнее чем IPX (за счет большого количества избыточной информации, добавляемой в пакеты) и дороже IPX.

В отличии от рабочей станции сервер ЛВС работает под управлением Сетевой ОС. ОС ЛВС обеспечивает прием и последующую обработку к ресурсам сети со стороны многих пользователей одновременно. 

Наиболее распространенной ОС ЛВС является ОС NetWare фирмы NOVELL, которая ориентирована на сети с централизованным управлением.



2 вопрос.

NetWare обеспечивает работу сети любой топологии. Исходная версия NetWare появилась в 1980 году, она была ориентирована на ОС PC/M, а файл- сервер был построен на процессоре 6800. Рассматриваемая версия сети называлась ShareNet или NetWare 68. Именно к данной версии сетевой ОС в 1984 году впервые была подключена стандартная сетевая плата ARCNET, обеспечивающая максимальную скорость работы сети 2,5 Мбит/сек.

Очередная версия сетевой ОС (1986 г.) была связана с появлением IBM PC XT, она ориентировалась на OС DOS и получила название NetWare 86.

Параллельно с NetWare 86 появилась версия сетевой ОС ADVANCED NetWare, ориентированная на IBM PC AT (80286). Эта ОС непрерывно совершенствовалась и имела ряд версий 1.0, 2.0, 2.11, 2.12, 2.15.

Желание увеличить надёжность сетевой ОС привело к созданию нового семейства версий под общим названием SFT NetWare. Увеличение надёжности этого семейства достигалось благодаря введению зеркальных дисков (рис.4.2) и дублирования дисков (рис.4.3).



SFTNETWARE





Рис.4.2. Зеркальное отображение

Рис.4.3. Дублирование дисков



Зеркальные диски (ЗД) предполагают параллельное хранение данных на 2-х жестких магнитных дисках, имеющих одно устройство управления (контроллер).

Дублирование дисков (ДД) предполагает параллельное хранение данных на 2-х жестких магнитных дисках, имеющих разные устройства управления.

Кроме ЗД и ДД SFT NetWare предполагала наличие источников бесперебойного питания. В 1989 году с учетом лучших элементов версий 2.0-2.15 ADVANCED NetWare и SFT NetWare появилась версия 2.2. На сегодняшний день эта версия является нижней ступенью семейства сетевых ОС NetWare.

Основные отличительные характеристики V 2.2:

		шестнадцатиразрядная ОС;

		поддержка DOS, OS /2, Macintosh и рабочих станций Windows;

		располагает инструментальными средствами для разработки программ (драйверов, утилит и др.) прикладными пользователями. При добавлении программ требуется перезапуск файл-сервера;

		поддержка максимально 100 пользователей;

 Достоинства: 

Минимальная стоимость, возможность использования невыделенного сервера.

 Недостатки:

Версия не развивается.

В 1990 году появились первые представители версии Net Ware 3.x, которые были ориентированы на процессор 80386. Наибольшее распространение получила версия семейства 3.11, имеющая следующие отличительные характеристики:

. 32-х разрядная ОС.

. Позволяет расширять функциональные возможности ОС программами прикладных пользователей без перезагрузки системы.

3. Поддержка протоколов IPX, TCP/IP (глобальная сеть INTERNET).

4. Поддержка до 250 пользователей.

В настоящее время ОС 3.11 и 3.12 являются наиболее распространенными.

Версия Net Ware 4.0 ( 4.01 ) появилась в 1993 году. Ее отличительные характеристики:

Поставляемые версии могут поддерживать 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 пользователей на один сервер.

Имеется встроенное средство сжатия информации на дисках.

Улучшенные возможности для организации глобальных сетей.

Возможность инсталляции ОС ( установки ) с CD - ROM.

Дублирование серверов ( рис.4.4).







Рис.4.4. Зеркальное отображение серверов.

Так как ОС NetWare любой версии обеспечивает одновременный доступ большого количества пользователей к общим ресурсам на файловом сервере, особое место отведено функции сетевой ОС - защита сети.

Защита файлового сервера осуществляется на 5 уровнях:

1. Защита входа.

2. Защита привилегий.

3. Защита каталога.

4. Защита атрибутов файла.

5. Защита атрибутов каталога.

Защита входа применима ко всем пользователям. Для того, чтобы войти в файловый сервер, пользователи должны знать “имя пользователя” и соответствующий пароль.

Защита привилегий используется для регулирования специфических прав пользователей в любом каталоге. Любому привилегированному пользователю могут быть даны восемь различных прав:

R - считывать с открытых файлов;

W - писать в открытые файлы;

O - открывать существующие файлы;

C - создавать файлы;

D - удалять существующие файлы;

P - право владения (создавать, переименовывать, стирать подкаталоги каталога; устанавливать права на привилегии и каталоговые права в каталоге и его подкаталогах );

S - искать каталог;

M - модернизировать файловые атрибуты.



Защита каталога применяется для управления правами всех привилегированных пользователей в данном каталоге. Данный уровень защиты определяет, какими из установленных прав на уровне “защита привилегий” не может пользоваться конкретный пользователь.

Защита атрибутов файла позволяет управлять модификацией или совместным использованием отдельного файла. Этот уровень защиты может иметь четыре значения:

		читать, писать / только читать; 

		общий / не общий (одновременно не может быть использована несколькими пользователями);

Существует четыре атрибута каталога, обеспечивающие его защиту: 

		NORMAL (нормальный) - никакие атрибуты не были установлены (по умолчанию);

		HIDDEN (скрытый) - прячет каталог, чтобы его не мог увидеть любой пользователь;

		SYSTEM (системный) - используется для работы системы;

		PRIVATE (частный) - позволяет пользователю видеть каталог, но не его содержание.





3 вопрос.

Установка ЛВС для АСУ РГЭА потребовала решения, прежде всего, трех вопросов:

		выбор архитектуры сети;

		выбор технологии сети;

		выбор способа организации сети.

На первом шаге осуществляется выбор архитектуры сети: звезда, кольцо или шина? Поставленная задача решалась исходя из особенности здания РГЭА и расположения в рамках его подразделений, в которых будут установлены АбС сети. В качестве основного критерия, выступал критерий - минимум затрат кабеля, монтажных работ и стоимостных затрат. Учитывая это, была спроектирована архитектура сети, представленная на рис.4.5. Как следует из рисунка для построения сети с учетом перечисленных критериев была выбрана топология - шина. Принимая во внимание , что как в новом, так и в старом корпусе длина шины более 185 м ,был использован Репитер для усиления сигналов. Файл сервер (IBM 486 DX4, част. 100 Мгц, ОП-16 Мбайт, диск-1 Гбайт ) сети установлен в 211ауд. К нему через 3 сетевых адаптера подключены четыре локальных сети. АбС сети установлены на выпускающих кафедрах, деканатах, библиотеке, учебном отделе и других подразделениях РГЭА старого и нового корпусов (около 50 АбС ). Для связи систем сети был использован коаксиальный кабель. 

На втором шаге построения сети определялась технология сети: Ethernet, Token Ring, Arcnet. Для ЛВС АСУ РГЭА была выбрана технология Ethernet. Чем же обусловлен выбор именно этой технологии? Дело в том, что в результате обследования объекта было установлено, что несмотря на большие объемы информации, циркулирующие в ВУЗе, частота передачи информации по каналам связи и периодичность поступления данных являются невысокими. Благодаря этому сеть никогда не будет слишком загруженной. Кроме того, требования к скорости передачи информации по сети также невелики и, таким образом, быстродействие не играет решающей роли при выборе технологии.

Технология Token Ring является очень дорогостоящей, а высокая скорость обеспечиваемая ею, для решения задач РГЭА не требуется, что и определило ее непригодность для института.

Технология Arcnet, также как и Ethernet, характеризуется низкой стоимостью. Однако она очень медленнодействующая. Кроме того, эта технология постепенно устаревает, так как в последнее время не претерпевает каких-либо изменений.

 На третьем шаге построения сети определялся способ организации сети: централизованная или одноранговая. Учитывая, что одноранговые сети ориентированы на небольшое количество АбС ( до 10-ти ), выбор был сделан в пользу сети с централизованным управлением. В качестве ОС для сети была выбрана NetWare 4.0.





Рис.4.5. Схема организации сети РГЭА