«Локальные информационные сети»




Название«Локальные информационные сети»
страница2/12
Дата публикации05.03.2013
Размер1.37 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > Информатика > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

- физическая топология (то есть схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной звезды, поэтому ее нередко называют просто «звездой».

- логическая топология (то есть структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это, наверное, наиболее правильное определение топологии.

- топология управления обменом (то есть принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).

- информационная топология (то есть направление потоков информации, передаваемой по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией «шина» может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (то есть быть в этом смысле кольцом) и одновременно передавать всю информацию через один выделенный компьютер (быть в этом смысле звездой). Сеть с логической топологией «шина» может иметь физическую топологию «звезда» (пассивная) или «дерево» (пассивное).

Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии, если она построена на основе одного единственного сервера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В этом случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (в данном случае - сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Как и в случае любой другой шины, такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Таким образом, эффективность построения и развития локальных информационных сетей в значительной степени зависит от правильности применения рассмотренных видов топологий на различных уровнях сетевой архитектуры.

^ 2 АРХИТЕКТУРА ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ


    1. Понятие «открытая система»


Локальная сеть представляет собой совокупность программного обеспечения, вычислительного и коммуникационного оборудования. Взаимодействие столь сложного и разнородного по своему назначению оборудования, программных модулей характеризуется сложной внутренней организацией, свойственной распределенным информационным системам [1]. Ознакомление с принципами функционирования таких сложных систем можно осуществить на примере описания организации воздушных сообщений, структура которой включает в себя отделы продажи билетов, проверки багажа, обслуживающий персонал, пилотов, летную технику, диспетчерские службы и т.д. Один из способов описать такую организацию – это перечислить те действия, которые пассажир или сотрудник системы воздушных сообщений совершают при ее использовании. Например, пассажир заказывает билет, проходит багажный контроль, регистрируется и попадает на борт самолета. Затем он совершает перелет, достигает пункта назначения, снова регистрируется, получает багаж, и, если рейс был некомфортным, подает жалобу в отдел продажи билетов. Последовательность действий пассажира графически иллюстрирует рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Последовательность действий пассажира

при совершении полета
При рассмотрении этого примера можно увидеть аналогию с принципами функционирования ЛС. Действительно, пассажир путешествует на самолете от пункта отправления до пункта назначения, а пакет передается между узлами в сети от отправителя к получателю. Более глубокая аналогия заключена в последовательности, соподчиненности, т.е. в структуре действий.

В рассмотренном примере оба конечных действия пассажира обращены к отделу продажи билетов, второе и предпоследнее действие связаны с багажом и т.д. Структура действий является симметричной, где «осью симметрии» служит перелет. Таким образом, процесс путешествия на самолете можно представить в виде совокупностей горизонтальных уровней, составляющих многоуровневую структуру процесса перелета (рис. 2.1). Каждый выделенный уровень обладает собственной функциональностью, т.е. службами, предоставляющими услуги пассажирам.

Итак, многоуровневая структура позволяет детально оценивать элементы большой и сложной системы, что уже является ее значительным достоинством. Кроме того, с использованием многоуровневой структуры легче модифицировать функции системы – для этого лишь нужно внести изменения в соответствующий уровень, при этом структурно-функциональная организация системы останется прежней. Так, например, усовершенствование системы регистрации будет сведено к внутренним изменениям регистрационного уровня, что никак не отразится на ее функциях и не изменит структуру в целом.

Если вернуться к ЛС и рассмотреть организацию взаимодействия между устройствами в сети, то наиболее универсальным приемом решения такой задачи является декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько простых задач-модулей.

Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы [4, 7, 8].

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две машины, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух «иерархий». При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов до самого высокого, реализующего сервис для пользователей сети.

На рис. 2.2 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Рисунок 2.2 - Взаимодействие двух узлов
Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизированных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы — модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней — как правило, чисто программными средствами.

Программный модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом — формально определенной процедурой и протоколом — программным модулем, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения, некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Таким образом, набор уровней и протоколов называется архитектурой сети [2]. Спецификация архитектуры должна содержать достаточно информации для написания программного обеспечения или создания аппаратуры для каждого уровня, чтобы они корректно выполняли требования протокола. Ни детали реализации, ни спецификации интерфейсов не являются частями архитектуры, т.к. они спрятаны внутри компьютера. При этом даже не требуется, чтобы интерфейсы на всех узлах сети были одинаковыми, лишь бы каждый узел сети правильно применял все протоколы.

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями [4, 6, 9].

Напомним, что под термином спецификация (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом. В свою очередь, под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Одним из важных требований при построении ЛС является то, чтобы ЛС являлись «открытыми системами».

Описание взаимосвязи открытых систем осуществляется с помощью модели взаимодействия открытых систем (ВОС), называемой моделью OSI (Open System Interconnection).
^ 2.2 Архитектурная модель взаимодействия открытых систем (OSI)
Требования, предъявляемые к ЛС, реализуются за счет модульного принципа организации управления процессами в сети. Для обеспечения гибкости, открытости и эффективности сети управление в сетях реализуется по многоуровневой схеме. За каждым уровнем закреплены программные и аппаратные модули, которые реализуют определенные функции обработки и передачи данных [4, 9-11].

Разделение модулей на уровни осуществляется в соответствии со следующими принципами:

1 Каждый уровень реализует определенные сетевые задачи обработки и передачи данных и обеспечивает определенный набор услуг для уровня, расположенного в структуре над ним, в соответствии с применяемым интерфейсом. Совокупность правил взаимодействия объектов одноименных уровней списывается соответствующим протоколом.

2 Уровень N взаимодействует только с уровнями N—1 и N+1.

3 Функции соседних уровней не перекрываются и не совпадают.

4 Многоуровневая организация управления процессами в сети приводит к необходимости модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения применительно только к функциям, реализуемым на этом уровне. При передаче данных между уровнями каждый из уровней добавляет некоторую служебную информацию в виде заголовка и концевика для данных, которые поступили от верхнего уровня управления (рис. 2.3). Эта информация адресуется другим одноименным уровням управления в сети и не рассматривается уровнями с другими названиями. На каждом этапе число передаваемых данных возрастает. И каждый более низкий уровень рассматривает всю информацию, поступившую от более высокого уровня, как данные. Чем больше создается уровней управления, тем гибче управление, но тем больше аппаратные затраты и время обработки. Гибкость организации и простота реализации достигаются за счет того, что обмен данными допускается только между объектами одного уровня.

5 Границы между уровнями располагаются таким образом, чтобы взаимовлияние смежных уровней было минимальным, и изменения внутри одного уровня не требовали перестройки других. То есть работа уровня N не зависит от функционирования верхних и нижних уровней управления.

Рисунок 2.3 - Вложенность сообщений различных уровней
С появлением необходимости объединения разнотипных ЭВМ возникла острая потребность в разработке некоторой идеологической концепции, которая позволила бы установить универсальные правила взаимодействия разнотипных машин. Таким образом, для того чтобы машина смогла войти в сеть, ее аппаратное и программное обеспечение должно удовлетворять некоторому набору универсальных соглашений, точное выполнение которых гарантирует возможность взаимодействия различных машин.

Для решения этих задач Международной организацией по стандартизации ISO (International Standart Organization) принята в 1977 г. и рекомендована 7-уровневая модель OSI (Open System Interconnection) [4].

В модели OSI (рис. 2.4) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительский, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств [4, 10].

^ Физический уровень осуществляет управление физическим каналом связи (подключение, поддержание и разрыв физического соединения), параметры физического канала связи и формирование электрических сигналов, представляющих передаваемые данные. Уровень контролирует передачу потока битов, в виде которого передаются данные, через среду передачи и обеспечивает восстановление канала при отказах электрической цепи.

Рисунок 2.4 - Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI
Уровень определяет:

- параметры физической среды передачи;

- механизм кодирования битов;

- механизм передачи данных и способ синхронизации битов в канале;

- физическую топологию сети (шина, кольцо, звезда, сетка);

- тип соединения: точка с точкой (point to point) или многоточечное (multipoint);

- параметры аналоговых и цифровых сигналов (уровни напряжений, фронты сигналов, амплитуды сигналов, фазы, частоты);

- тип кабеля и способ передачи по нему (baseband — один канал в кабеле, broadband — несколько передающих каналов в одном кабеле);

- тип мультиплексирования в канале связи: частотное, временное, статистическое временное;

- тип передачи (асинхронная или синхронная, дуплексная или полудуплексная).

^ Канальный уровень обеспечивает управление каналом связи и передачу данных по физическому уровню, формирует кадры данных, следит за порядком подключения станций к сети.

Уровень определяет:

- логическую топологию сети;

- тип доступа (конкуренция, передача маркера, опрос и т. д.);

- передачу кадров по физическому пути;

- организацию битов в логические группы (или кадры — frames);

- синхронизацию передачи (указывает начало и конец кадра);

- синхронизацию кадра (определяет расположение и размер полей в кадре);

- обнаружение ошибок передачи кадров (потерю кадра, ошибку в заголовке, в контрольной сумме) и организацию повторной передачи кадра с обнаруженной ошибкой;

- разбивку длинного сообщения по кадрам, нумерацию кадров и контроль корректности обмена нумерованными кадрами;

- гарантированную доставку кадров (в зависимости от выбранной сетевой технологии);

- адресацию кадров и идентификацию станций в рамках одной сети;

- максимальную пропускную способность сети.

^ Сетевой уровень управляет передачей данных через сеть, осуществляет выбор маршрута передачи и его реализацию. Уровень обеспечивает установление, поддержание и разъединение логических (виртуальных) сетевых соединений между двумя пользователями, не информируя их о том, по каким физическим линиям идет их обмен. Сетевой уровень, в отличие от канального, описывает методы передачи информации между независимыми сетями через коммутаторы, адресацию сетевого уровня и алгоритмы маршрутизации.

Уровень обеспечивает:

- адресацию в рамках нескольких объединенных сетей;

- управление маршрутизацией пакетов по логическим каналам между машинами, но без оптимизации нагрузок по маршрутам;

- разбиение сообщений на пакеты для уменьшения времени их доставки и уменьшения требований к буферам. Каждый пакет имеет адрес назначения и порядковый номер. Существуют пакеты с данными и управляющие пакеты (запрос на соединение или разъединение, готовность приема, подтверждение соединения...). В процессе передачи последовательность пакетов может быть нарушена, и уровень обеспечивает, что они будут доставлены пользователю в том порядке, в каком они были посланы;

- применение алгоритмов исследования маршрутов в сети;

- обход поврежденных узлов по альтернативным маршрутам (маршрутизацию);

- управление потоками сообщений с целью избежания заторов трафика и нехватки буферов для приема и сборки пакетов;

- восстановление при неполадках в виртуальной цепи.

^ Транспортный уровень обеспечивает оптимизацию использования ресурсов сети и передачи пакетов в сети, выбирая наиболее выгодные маршруты и учитывая все заявки и ресурсы, имеющиеся в системе. Уровень использует динамическую маршрутизацию, при этом различные пакеты одного сеанса могут следовать разными маршрутами для уменьшения заторов и выравнивания интенсивности трафика. При необходимости могут использоваться параллельные маршруты для передачи одного и того же пакета.

Уровень гарантирует:

- отсутствие пропаданий (потерь) пакетов;

- оптимизацию маршрута передачи;

- доставку сообщений в порядке их отправления, отправку извещения о не­возможности передачи или выполняет повторную передачу при возникновении ошибок;

- контроль ошибок в средствах доступа к сети;

- предотвращение перегрузок.

^ Сеансовый уровень стандартизует процессы установления, поддержки и завершения сеанса обмена. В момент установления сеанса определяется правило ведения диалога и осуществляется администрирование сеанса. Таким образом, уровень занимается организацией и синхронизацией диалога.

Диалог может быть следующих типов: однонаправленный (один узел сети передает, а другие только принимают), полудуплексный (устройство может передавать и принимать, но в текущий момент времени передача идет в одном направлении по одному каналу) и полнодуплексный (одновременная передача в обоих направлениях по двум каналам связи).

Уровень выполняет:

- обмен информацией о протоколах диалога, который будет использован в работе;

- администрирование сеанса:

а) проверка login-имени и паролей;

б) установление связи с узлом, получение его согласия на сеанс;

в) определение необходимого сервиса соединения;

г) проверка наличия на узле необходимых для взаимодействия ресурсов;

д) контроль и восстановление протокольных ошибок и ошибок выполнения функций;

е) продолжение сеанса без потерь в случае сбоя или его завершение;

ж) определение условий окончания сеанса.

^ Представительский уровень обеспечивает представление данных пользователя в унифицированной форме, понятной для сетевого программного обеспечения (ПО).

Уровень может осуществлять следующие виды трансляций для обеспечения работы компьютеров разного типа в сети:

- битов (если компьютеры в сети имеют разное представление данных — 7 и 8-битовое);

- байтов (если компьютеры в сети имеют разный порядок выдачи байтов в канал связи, т.е. первым может выдаваться или старший, или младший бит, кроме того, на стороне абонента могут по разным правилам определяться младший и старший значащие биты в слове);

- символов (если компьютеры в сети имеют разное представление символов, отличное от ASCII);

- файлов (если компьютеры в сети работают с разными локальными операционными системами, в которых различаются форматы представления файлов, например, в MS DOS, UNIX и т.д.).

Основные задачи уровня:

- пользовательские данные делятся на группы сообщений, по отношению к которым будут применяться те или иные методы восстановления;

- пользовательские данные редактируются, перекодируются, шифруются, уплотняются и реорганизовываются в сеансовые сообщения;

- определяются форматы представления данных, используемых для пользовательского и сетевого ПО;

- выполняет контроль и восстановление при ошибках в прикладном ПО.

Прикладной уровень (Application Layer) – это в действительности просто 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.

Этот уровень пользователя обеспечивает доступ ПО пользователя к сетевому ПО, поддержку команд пользователя или прикладных программ в «сетевой архитектуре».

Уровень обеспечивает поддержку различных служб сервиса в сети:

- File service (обмен, хранение, создание резервных копий файлов);

- Print service (доступ к одному ресурсу от многих пользователей, управление очередями, разделение ресурсов и назначение приоритетов доступа к ним);

- Message service (электронные средства общения, контроль совместной работы в рабочих группах);

- Directory service (позволяет сетевым приложениям общаться с другими приложениями, не «задумываясь», где они находятся, на каком устройстве, и о маршрутизации к этому устройству);

- Application service (координируют деятельность ПО, запуская ее на соответствующем оборудовании, управляют специализированными серверами, повышают вычислительную мощность сети);

- Database service (управление базами данных, распределение БД, защита информации, координация территориально распределенных БД, управление способом доступа и временем доступа для клиентов, репликация содержимого БД).

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня – физический, канальный и сетевой – являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием [4, 6]. Например, переход на оборудование FDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.

Три верхних уровня – прикладной, представительский и сеансовый – ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Так, переход от Ethernet к высокоскоростной технологии 100 VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программных средствах, реализующих функции прикладного, представительского и сеансового уровней.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, службами поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими параметрами.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине...
Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803...

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания по обеспечению практических занятий, самостоятельной...
«Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803 «Электронные системы» дневной формы обучения / О. В. Бережная,...

«Локальные информационные сети» iconУкраина, г. Киев, почтовый индекс: 02105
Ищу постоянную работу в сфере телекоммуникаций. Возможные направления: мобильная связь, коммутация и маршрутизация потоков, мониторинг...

«Локальные информационные сети» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном...

«Локальные информационные сети» iconПравовые информационные ресурсы украины
Все правовые информационные ресурсы представленные в сети Интернет можно классифицировать следующим образом

«Локальные информационные сети» iconФакультет экономики и менеджмента
Интернет – это мировая компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и др сети

«Локальные информационные сети» iconОбзор технологий 7
Интернет – это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая сотни...

«Локальные информационные сети» iconПрограмма курса amp act 1 1-й день: Презентация. Введение в кабельную...
Разъяснение различий между применением специальных и универсальных кабельных систем

«Локальные информационные сети» iconКафедра кибернетики и вычислительной техники
«Компьютерные системы и сети». Работает также аспирантура, в которой готовятся кандидаты технических наук по новейшим специальностям,...

«Локальные информационные сети» iconПеречень условных обозначений, сокращений, терминов
Лвс (Локальные Вычислительные Сети) представляют собой несколько компьютеров, имеющих общую среду передачи данных, и физически расположенных...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<