→ → Сети эвм и телекоммуникации. Принципы построения сетей эвм Методы передачи данных в сетях ЭВМ

Сети эвм и телекоммуникации. Принципы построения сетей эвм Методы передачи данных в сетях ЭВМ

10.1 Характеристики компьютерных сетей
Сеть ЭВМ - комплекс территориально рассредоточенных ЭВМ и терминальных устройств, связанных между собой каналами передачи данных. Сеть можно рассматривать как систему с распределенными по территории аппаратными, программными и информационными ресурсами. Объединение в сеть способствует также повышению надежности функционирования вычислительных средств за счет резервирования технических и программных ресурсов. Сеть позволяет оперативно перераспределять нагрузку между ЭВМ сети и снижать пиковую нагрузку на вычислительные средства. Вычислительные сети создают системы распределенных по обширной территории систем информационного обслуживания (например, резервирование билетов на транспорте).
Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.
По функциональному назначению компьютерные сети можно разделить на:
- информационные (сети научно-технической информации, здравоохранения, резервирования билетов на транспорте и т.д.);
- вычислительные (решение задач с обменом данными и программами между ЭВМ);
- информационно-вычислительные. По размещению информации в сети:
- с централизованным банком данных, к которому имеют доступ многочисленные удаленные абоненты через свои терминалы (абонентские пункты);
- с распределенным банком данных, отдельные информационные базы которого создаются на территориально разнесенных предприятиях.
По территориальной распределенности:
- глобальные сети, охватывающие всю территорию страны, или нескольких стран;
- региональные сети - охватывающие некоторые территориальные регионы (город, область);
- локальные сети - с максимальным расстоянием между узлами сети не более нескольких километров.
По типу ЭВМ, объединенных в сеть:
- однородные сети, содержащие программно-совместимые ЭВМ;
- неоднородные, если ЭВМ в сети программно не совместимы.
Основу вычислительной сети составляют главные ЭВМ (серверы) или вычислительные центры (ВЦ). По числу серверов сети делятся на:
- сети с одним сервером;
- сети с несколькими серверами.

10.2 Структуры соединений ЭВМ. Передачаданных
Сети характеризуются своей структурой соединений (топологией). Топология определяет геометрическое расположение связей между ЭВМ в сети. Она оказывает значительное влияние на пропускную способность сети, ее устойчивость к отказам. Известны следующие структуры соединений: шинная, кольцевая, радиальная, иерархическая и многосвязная. Существуют также структуры, образованные путем комбинации перечисленных структур.
Одинарная многоточечная линия (общая шина) (рис. 10.1) характеризуется общедоступной линией связи. Для нее характерны простота подключения новых ЭВМ, легкость управления, высокая гибкость и возможность простого расширения сети. Одновременно по общей шине могут общаться только две ЭВМ, что является недостатком такой топологии.

В кольцевой структуре сети (рис. 10.2) ЭВМ последовательно соединены друг с другом однонаправленной замкнутой линией связи. Информация, передаваемая в одном направлении по кольцу, регенерируется в каждой ЭВМ (данные передаются как бы по эстафете). Такая структура требует более сложного управления, а включение новой ЭВМ приводит к временному разрыву кольца и прекращению работы в сети.
Радиальная (звездная) структура (рис. 10.3) предполагает наличие центрального компьютера (сервера), с которым связываются остальные ЭВМ (рабочие станции, клиенты). Сервер управляет сетью, определяет маршрут передачи сообщений. По основным характеристикам звездная структура уступает шинной структуре. В частности, ее применение требует повышенных затрат на прокладку линий связи.

Иерархическая (древовидная) структура (рис. 10.4) выглядит в виде дерева, которое растет сверху вниз. Дерево образуется путем соединения нескольких шин с корневой ЭВМ -сервером - через узлы коммутации (УК). Дерево обладает необходимой гибкостью для связи между ЭВМ, находящимися на различных уровнях иерархии.
Отказ одного компьютера приводит к отказу лишь одной ветви, поэтому эта структура более надежна, чем кольцевая.
В полносвязной сети все ЭВМ связаны отдельными линиями связи друг с другом (рис. 10.5). Это наиболее сложная и дорогая структура сети, но она обеспечивает исключительно высокую надежность и скорость передачи данных. Эта топология в сетях применяется редко.
На практике чаще встречаются гибридные сети ЭВМ, приспособленные к конкретным требованиям и сочетающие фрагменты шинной радиальной и других топологий.


Каналы связи. Сети ЭВМ начали создаваться, когда линии связи использовались в технике и быту очень широко. Развитие сетей ЭВМ пошло по линии «вписывания» системы передачи данных между ЭВМ в уже существующие стандарты телеграфной, телефонной и радиосвязи. Для локальных сетей обычно используются выделенные и коммутируемые каналы телефонной сети.
Телефонные и телеграфные каналы связи обладают низкой пропускной способностью и не согласованы с аппаратной частью ЭВМ. Скорость передачи каналов связи оценивается в бодах (1 бод = 1 бит/с). Телеграф имеет пропускную способность 150 бод, телефон - 3000 бод.
По телефонным каналам информация (речь) передается в аналоговой форме, а в вычислительных системах - в дискретной форме, поэтому требуется специальное устройство сопряжения -МОДЕМ (МОдулятор-ДЕМодулятор).Модем представляет собой устройство в составе аппаратуры передачи данных, которое преобразует потоки битов в непрерывные сигналы, пригодные для передачи данных по каналу связи (телефонному, телеграфному, радио, спутниковому, оптическому и т.д.). На приемном конце модем делает обратное преобразование.
Передача данных по аналоговым каналам осуществляется путем модуляции колебаний несущей частоты: амплитудной, частотной, фазовой на передающей стороне и демодуляции (детектирования) на приемном конце. При этом асинхронная передача каждого символа (буквы или цифры) осуществляется с помощью десяти битов (8 бит требуется для передачи символа и два бита служебных - стартовый и конечный). На рисунке 10.6 покачано использование модема для передачи данных между ЭВМ по телефонному каналу.
Скорость работы современных модемов различна. Разработаны промышленные модели, работающие со скоростями 14400 бит/с, 16800 бит/с, 28800 бит/с, 33600 бит/с и 56000 бит/с.
Значительно большую пропускную способность имеют специальные радиоканалы, каналы спутниковой связи и оптические линии связи. Радиорелейная линия Томск - Анжеро-Судженск имеет пропускную способность 150 Мбод. Еще большей пропускной способностью обладает оптический канал, проложенный вдоль транссибирской магистрали от Москвы до Дальнего Востока.
Каждый компьютер в сети должен иметь сетевой адаптер (сетевую карту), программное обеспечение для передачи данных (сетевые программы) и управляться сетевой операционной системой. Компьютеры локальных вычислительных сетей чаще всего соединены между собой проводом или коаксиальным кабелем. Существуют и беспроводные локальные сети с оптическими или радиоволновыми линиями связи.
Для обеспечения передачи данных необходимо предварительно определить последовательность передачи и форматы передаваемой информации, а также порядок и вид получения подтверждений осуществления передачи данных. Такие соглашения по обмену информацией между источником и приемником в сети называют сетевыми протоколами.
Сетевой протокол (или просто протокол) должен предусматривать управление форматом сообщений, формированием контрольной информации, потоком команд, а также действиями, которые должны быть предприняты в случае обнаружения ошибок обмена. Протоколы обеспечивают согласование передачи данных для неоднородных сетей ЭВМ. Существует несколько стандартов протоколов. В настоящее время в качестве стандарта для международных телекоммуникаций предусмотрен TCP/IР протокол. Он поддерживает используемые во всем мире вычислительные средства: ЭВМ общего назначения, мини-ЭВМ, UNIX-машины, персональные компьютеры и т.д.
Для упорядочения процесса управления приемом и передачей данных в сети этот процесс разделен на семь функциональных уровней.

1. Обеспечение электрических и функциональных характеристик между приемником и передатчиком - физический уровень.
2. Управление каналом передачи данных, установление, поддержка и разъединение каналов (соединений), защита от ошибок при передаче данных -канальный уровень, или уровень управления информационным каналом.
3. Маршрутизация, управление потоками данных при передаче пакетов -сетевой уровень.
4. Управление передачей данных (без обработки) - транспортный уровень.
5. Организация и проведение сеансов связи между прикладными процессами(сеансовый уровень).
6. Интерпретация и преобразование передаваемых между процессами данных к виду, удобному для прикладных программ, - уровень представления данных.
7. Выполнение прикладных программ, управление терминалами, администрирование сети (прикладной уровень).
Каждый уровень обслуживает соседний старший уровень. Организация взаимодействия между одинаковыми уровнями различных систем определяется соответствующими соглашениями (протоколами). Поэтому любая ЭВМ в состоянии «понять» информацию, полученную от любой другой ЭВМ.
Передаваемое сообщение, сформированное на верхнем (прикладном) уровне, последовательно поступает на более низкие уровни, затем по физическому каналу, пройдя через коммутационные системы, передается приемнику, где последовательно проходит от более низких уровней к верхним.
В компьютере-источнике подлежащие пересылке данные на каждом уровне обрамляются служебной информацией: заголовком и концевиком, содержащими адреса источника и приемника, а также некоторыми другими данными. Оформленные таким образом данные называют контейнером (пакетом) (рис. 10.7).
Формирование пакетов подобно многократному вкладыванию в конверты с формированием надписей на конвертах.
На приемной стороне, где контейнеры перемещаются с низких уровней на высокие, происходит «вскрытие конвертов» (удаление служебных данных).
Главная задача протоколов - обеспечение достоверной передачи данных даже при недостаточно надежном канале связи. Эта задача решается различными способами:
а) использование кодов с обнаружением и исправлением ошибок. Простейший из таких кодов - контроль по четности, когда каждый байт снабжается девятым разрядом. Этот разряд устанавливается так, чтобы общее число единиц в посылке было четным;
б) обратная передача. Передав блок данных, немедленно передают его назад и сравнивают с предыдущим. Если нет совпадения, то процесс повторяется. Оптимальная длина посылки зависит от пропускной способности канала. Если вероятность ошибки Р=10-4, то оптимальная длина равна 57 бит, а канал используется на 50%;
в) тайм-аут - предельный промежуток времени ожидания получения «квитанции» о правильном приеме переданного сообщения.
Определение пути, по которому будет передано сообщение, осуществляется с помощью специального устройства - маршрутизатора.
Маршрутизатор (Router) - устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в какой-нибудь из них очередной блок данных.
Маршрутизатор выбирает канал по адресу, указанному в заголовке пришедшего сообщения (пакета). Для каждого поступающего пакета маршрутизатор принимает индивидуальное решение о пути следования пакета к сети, в которой находится машина-адресат. Процедура выбора наилучшего пути называется маршрутизацией.
Проблема выбора осложняется тем, что географически самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту. Оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности нагрузки (трафика), которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи информации.
Между конечными компьютерами может быть несколько десятков маршрутизаторов и множество промежуточных физических сетей различных типов, но программа-клиент будет воспринимать этот конгломерат как единую физическую сеть.
Таким образом, сетевой протокол выполняет функции маршрутизации, выбирая нужный путь для пакетов в паутине физических сетей.
По способу передачи информации вычислительные сети делятся на:
- сети коммутации каналов;
- сети коммутации сообщений;
- сети коммутации пакетов.
Коммутация каналов. В сети устанавливается физическое соединение между двумя ЭВМ. Эта связь устанавливается посылками сообщений для установки связи. После установки связи передается сообщение о готовности передачи от приемного конца к передающему (обратная связь). Затем по установленному соединениями каналу передаются данные. Коммутация каналов приводит к неэкономному использованию каналов, так как занята цепочка каналов. На установку соединения может уйти больше времени, чем
на передачу данных. Кроме того, данные обычно не загружают полностью канал по пропускной способности.
Коммутация сообщений. Физическое соединение устанавливается только между соседними узлами сети (узлами коммутации) и только на время передачи сообщения. Каждое сообщение снабжается заголовком и передается по сети как единое целое. Поступившее в узел сообщение запоминается в его запоминающем устройстве и в подходящий момент, когда освободится соответствующий канал, передается в следующий соседний узел. Сообщение как бы «прыгает» от одного узла к другому, занимая только один канал между соседними узлами.
Коммутация сообщений по сравнению с коммутацией каналов позволяет ценой усложнения аппаратуры узла коммутации уменьшить задержку при передаче данных и повысить общую пропускную способность сети передачи данных. Но, с другой стороны, на время передачи сообщения (а оно может быть очень большим) канал связи становится недоступным для других пользователей. Кроме того, надежность такого соединения невелика: неполадки одного из многочисленных звеньев канала нарушают связь между узлами.
Коммутация пакетов - это развитие метода коммутации сообщений (рис. 10.8). Сообщение делится на части - пакеты фиксированного размера (1,5 Кбайт). Пакеты помечаются заголовком: адреса источника и приемника, номер пакета в сообщении.

Пакеты передаются по сети как независимые сообщения и поступают в узел коммутации, где накапливаются в буферах каналов связи. Затем они передаются в выходной буфер, где скапливаются вперемешку пакеты различных сообщений. Эти пакеты выдаются на широкополосный канал для передачи в соседний узел коммутации. В пункте назначения интерфейсный процессор формирует из пакетов исходное сообщение.
Коммутация пакетов дает возможность одновременной передачи пакетов одного сообщения различными маршрутами, что уменьшает время передачи и увеличивает надежность передачи. Короткий пакет приводит к меньшим ошибкам и тем уменьшает занятость каналов связи.
Коммутация пакетов обеспечивает наименьшую задержку и наибольшую пропускную способность сети передачи данных, особенно для коротких сообщений. Основные принципы коммутации пакетов поддерживаются протоколом TCP/IP.

70.3 Глобальная информационная сеть Интернет
Развитие мировой телекоммуникации привело к созданию сетей общественного пользования, обеспечивающих передачу данных для широкого круга пользователей. Эти средства могут использовать локальные сети ЭВМ для организации корпораций сетей, соединенных имеющимися в мире средствами связи. Тем самым в полном смысле слова реализуется глобальная сеть ЭВМ. Она открыта для пользователей ЭВМ во всем мире и представляет им доступ к накопленным человечеством интеллектуальным ценностям и информации из любых областей человеческой деятельности.
Интернет (Internet) - это всемирная совокупность компьютерных сетей. Она использует принцип передачи пакетов. Используются высокоскоростные средства не только доставки, но и сортировки пакетов. Для управления передачей данных используются протоколы TCP/IP.
ПротоколTCP/IP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) разбивает исходное сообщение на несколько небольших фрагментов - пакетов. Каждый пакет
снабжается заголовком, который содержит служебную информацию (адреса отправителя и получателя, идентификатор сообщения, номер пакета в сообщении и т.п.). Ответственность за доставку отдельного пакета по заданному адресу несет IP-протокол (Internet Protocol).
TCP-модуль адресата собирает поступающие пакеты и, пользуясь служебной информацией, соединяет отдельные пакеты в целое исходное сообщение. Недостающие или искаженные фрагменты сообщения пересылаются повторно.
Длина одного пакета обычно не превышает 1500 байт, и одно сообщение может быть разбито на несколько сотен пакетов. Таким образом, по каналам связи одновременно следуют, чередуясь друг с другом, тысячи пакетов. При этом общее время передачи равномерно распределяется между всеми пользователями. Чем больше пользователей одновременно работают в Интернете, тем медленнее доставляются сообщения конкретному адресату. Кроме того, случаются и «технические» задержки -перегрузка промежуточных шлюзов и серверов, неполадки в линиях связи.
Адресация в Интернете. Каждая ЭВМ, подключенная к Интернет, имеет собственный уникальный физический адрес (IP-адрес), состоящий из четырех десятичных чисел (каждое может иметь значения от 0 до 255), разделенных точками, например 194.84.93.107. Такая система адресации позволяет получить 2564 = 4,3 миллиарда адресов. При работе в сети машины отыскивают друг друга именно по этим адресам.
Последнее число адреса есть адрес ЭВМ (host computer), остальные числа в адресе описывают узлы (домены) в иерархии сетей. Международная служба адресов NIC (Network Information Center) выдает адреса доменов, а адреса ЭВМ в домене назначает администратор локальной сети, в которую включен компьютер.
Для облегчения адресации в Интернете реализована служба доменных имен (DNS - Domain Name Service). Каждому IP-адресу ставится в соответствие доменное имя - ряд символьных имен, разделенных точкой. Преобразование доменных имен в IP-адреса можно сделать в своем компьютере (для часто используемых имен), но обычно это делается в узлах сети (в серверах).
Типичное доменное имя имеет структуру:
имя_системы.имя_домена.расширение. Например - asu435-ws7.asu.tusur.ru. Здесь: asu435-ws7 - имя системы (компьютера); asu.tusur - имя домена (поддомен asu принадлежит домену tusur);
го - расширение.
Расширение домена отражает тип организации держателя домена:
equ - учебное заведение;
com - коммерческая организация;
org - некоммерческая организация;
gov - правительственные учреждения;
или код государства:
ru - Россия;
ur - Украина; us-США;
uk - Великобритания;
fr -Франция;
jp - Япония.
Имя домена может состоять из двух-четырех слов. Таким образом, доменная система имен использует принцип последовательных уточнений. Домен верхнего уровня располагается в адресе правее (например, название страны), а домен нижнего уровня - левее.
При поиске сервера по его доменному адресу компьютер пользователя обращается к серверам DNS, которые хранят информацию о соответствии символьных (доменных) имен и физических (числовых) адресов. Фактически поиск нужного сервера осуществляется с помощью физических адресов, а перевод доменных адресов в физические адреса осуществляют с помощью специальных серверов.
Основные службы Интернет. Подключение пользователя к Интернету может осуществляться различными способами в зависимости от услуги, которую хочет получить пользователь. Услуги предоставляют различные службы Интернета. Каждая служба (услуга) поддерживается своими прикладными протоколами. Чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо иметь на компьютере программу, способную работать с этим протоколом. Такие программы называют клиентскими.
Терминальный режим. Исторически одной из ранних является служба удаленного управления компьютером Telnet. Этот протокол позволяет пользователю одного компьютера подключиться к другому удаленному компьютеру и работать с ним, как на собственном компьютере (включая операции редактирования и удаления). Для подключения каждый пользователь должен ввести свое регистрационное имя и пароль. Эту службу широко использовали для проведения сложных математических расчетов на удаленных вычислительных центрах, оснащенных мощными ЭВМ.
Часто протоколы Telnet применяются для дистанционного управления техническими устройствами (например, промышленными роботами). С помощью этого протокола бухгалтер или банкир, находясь в командировке, может записать или удалить данные на компьютере, находящемся в другом городе.
Электронная почта (E-mail) - наиболее простой и доступный способ работы в Интернете. Она позволяет передавать сообщения другим пользователям, которые имеют доступ в Интернет. Передачей сообщений управляют почтовые серверы -связные программы. Они получают сообщения от отправителей и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата.
Каждому пользователю присваивается свой почтовый адрес. В Интернете используется доменная адресация. Доменное имя образуется по тем же правилам, что и имя компьютера в сети, только вместо имени компьютера стоит регистрационное имя пользователя. Оно имеет следующий формат:имя_пользователя@имя_домена.расширение .
Например, fnp(5),asu.tusur.ru.
Служба телеконференций (Usenet) - распределенный дискуссионный клуб, телеконференции, группы новостей. В отличие от электронной почты, клиент Usenet направляет сообщение не индивидуальному адресату, а группе неизвестных ему абонентов телеконференции. Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения еще нет. Характер распространения каждого отдельного сообщения напоминает лесной пожар. На каждом из серверов сообщение хранится ограниченное время, и все желающие могут с ним ознакомиться.
Вся система телеконференций разбита на тематические группы (наука, искусство, спорт, отдых и т.п.). Все участники конференции имеют равные права при обсуждении того или иного вопроса, поэтому каждый вправе свободно высказываться по обсуждаемому вопросу. По некоторым данным сейчас в Интернете насчитывается свыше 50000 телеконференций. Они охватывают большинство тем, интересующих массы. Многие специалисты регулярно просматривают сообщения телеконференций.
Телеконференция - это как бы «плавающая» доска объявлений. Изменения, сделанные на одном сервере новостей, передаются на все другие серверы. Чтобы обменяться новостями, серверы регулярно связываются между собой.
Служба пересылки файлов дает возможность обмениваться файлами между компьютерами по протоколу FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов). FTP-сервер устанавливается на удаленном компьютере для того, чтобы дать пользователю возможность просмотреть файловую систему сервера и скопировать требуемые файлы. Достоинством данного протокола является возможность передачи файлов любого типа - текстов, рисунков, программ. К недостатку его следует отнести необходимость знания местоположения отыскиваемой информации. Здесь выручает программа Archie, которая позволяет сканировать FTP-архивы и найти тот, который устраивает пользователя по составу программного обеспечения и коммуникационным условиям. FTP - один из самых «древних» прикладных протоколов.
Gopher (грызун) - это протокол, который обеспечивает более развитые (по сравнению с FTP) средства поиска и извлечения информации с помощью многоуровневого меню, справочных книг, индексных ссылок и т.п. Этот протокол поддерживается современными программами-навигаторами. Протокол служит для получения текстовой информации (художественных произведений, стихов). Протокол не является прогрессивным, он постепенно будет терять свою распространенность.
Для поиска сразу на нескольких gopher-серверах создана служба VERONICA.
WAIS (Wide Area Information Servers - распределенная информационная система), которая обслуживает поиск информации в сетевых БД и библиотеках. Этот протокол уже стал архаичным, поиск по ключевым словам в настоящее время происходит с помощью новых поисковых систем.
Поисковые машины Open Text Index, Alta Vista, Yahoo, Lycos и другие представляют собой мощные информационно-поисковые системы, размещенные на серверах свободного доступа. Специальные программы непрерывно в автоматическом режиме сканируют информацию сети на основе заданных алгоритмов и проводят индексацию документов. Поисковые машины предоставляют пользователю на основе созданных баз данных доступ к распределенной на узлах сети информации через выполнение поискового запроса в рамках собственного интерфейса.
IRC (Internet Relay Chat) - чрезвычайно популярная служба Интернета. IRC позволяет пользователям общаться друг с другом, подключившись к одному серверу IRC. Беседа ведется в реальном времени путем набора своих реплик на клавиатуре. В отличие от телеконференций, здесь реакция собеседника следует мгновенно, живо. Этот вид услуг порой называют чатом, или «болтушкой». Этот вид услуг пользуется большой популярностью у студентов.
1CQ - интернет-пейджер, который, в отличие от обычного пейджера, позволяет вести не односторонний, а двухсторонний обмен информацией в реальном масштабе времени. ICQ обладает удобной системой поиска партнеров для бесед (с учетом возраста, интересов, профессии, языка, страны проживания и т.д.). Программа автоматически ищет указанных людей и уведомляет о том, что они в настоящий момент времени подключены к сети.
InternetPhone (IP - Интернет-телефония) - быстро развивающийся новый вид услуг, использующий принцип голосовой связи. Речь преобразуется в цифровой файл и передается по сети в виде обычного набора электронных пакетов. С помощью данной услуги возможна передача голоса, видеоизображения, обмен текстовыми сообщениями, совместное использование графического редактора, обмен файлами. Интернет-телефония позволяет создать голосовую почту, которая похожа на обычную электронную почту. Однако полученные сообщения можно прослушать. Естественно, что ЭВМ должна иметь звуковую карту, микрофон, акустическую систему. Для передачи изображения понадобится видеокамера.
Internet-радио - служба, позволяющая прослушивать сотни радиостанций, ведущих вещания в Интернете. Отличительной особенностью этой услуги является возможность выбора радиостанций, вещающих на определенном языке, тематики вещания (например, новости), музыкальных стилей (джаз, рок, классика, церковная и т.д.).
Internet-телевидение - служба, позволяющая вести прием множества телевизионных каналов. Распространение этой услуги пока ограничивается малой пропускной способностью современных каналов связи.

10.4 Всемирная паутина - WWW. Браузеры
Служба World Wide Web (WWW - всемирная широкая паутина) - безусловно, самая популярная служба современного Итернета. Это мощная информационно-поисковая система. Ее нередко отождествляют с самим Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб.
WWW - это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Отдельные документы,
составляющие пространство Web, называются Web-страницами. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами или Web-сайтами. Один физический Web-сервер может содержать много Web-узлов.
WWW была предложена в 1989 году Тимом Беренсом-Ли (Лаборатория физики высоких энергий CERN, Женева) для обмена научной информацией.
Моделью WWW является концепция сверхбольшой базы знаний, в которой содержатся разнообразные документы - блоки информации. Эти блоки информации образуют гиперсреду, в которой документы ассоциативно связаны друг с другом. Документы содержат текст, звук, графические изображения.
Если говорить коротко, то WWW - это распределенная по всему миру большая энциклопедия. В основе распределенной базы данных WWW лежит технология гипертекста.
Гипертекст. Обычно текст представляется как длинная линейная последовательность символов, которая читается в одном направлении. Гипертекстовая технология заключается в том, что текст делится на фрагменты (блоки), оформляемые с помощью специальных элементов разметки - тегов. Между фрагментами устанавливаются связи, которые при необходимости позволяют уточнить полученную информацию. Выбирая связи по ассоциации (по смыслу), можно читать гипертекст в порядке, наиболее удобном для пользователя, а не подряд.
Существуют специальные теги для внедрения графических и мультимедийных объектов (звук, музыка, видеоклипы). Встретив такой тег, обозреватель делает запрос к серверу на доставку файла, связанного с тегом, и воспроизводит его - мы видим иллюстрацию или слышим звук.
Использование гипертекста позволяет фиксировать отдельные мысли, факты, а затем связывать их друг с другом, двигаясь в любых направлениях, определяемых ассоциативными связями. В результате образуется сложный граф взаимосвязанных фрагментов - нелинейный текст. Он отличается от обычного линейного текста, где слова и мысли имеют последовательную структуру.
Создается гипертекст в три этапа: сбор идей и мыслей, планирование связей между ними и реализация ветвящейся структуры гипертекста. Созданный гипертекст может служить элементом охватывающего гипертекста, тем самым обеспечивается основа для создания базы знаний.
Для создания гипертекстовых документов используется высокоуровневый язык HTML - Hyper Text Markup Language (язык разметки гипертекста), близкий к языкам программирования. С помощью тегов HTML в любой документ можно встроить ссылки на другие документы. Таким образом, Web-документ представляет собой обычный текстовый документ, размеченный тегами HTML.
В последние годы в Web-документах находят широкое применение активные компоненты. Это объекты, которые могут не просто отображаться на компьютере, но и выполнять заложенную в них программу. Для создания таких программ используется язык Java.
От обычных текстовых документов Web-страницы отличаются тем, что они оформлены без привязки к конкретному носителю. Электронные Web-документы предназначены для просмотра на экране компьютера, причем заранее неизвестно, какого. Поэтому Web-документы не могут иметь «жесткого» форматирования. Оформление выполняется непосредственно во время их воспроизведения на ЭВМ клиента, и происходит оно в соответствии с настройками программы, выполняющей просмотр.
Браузеры. Для работы с WWW используются специальные программы-клиенты, которые по-английски называются browsers (от глагола «browse» - «просматривать»), а по-русски - браузерами, навигаторами, обозревателями, просмотрщиками. Браузеры позволяют получать по сети различные документы, просматривать и редактировать их содержимое и при необходимости сохранять их на магнитных дисках. Наиболее популярны в настоящий момент времени браузеры NetscapeNavigator и MicrosoftInternetExplorer.
Доступ к ресурсам Интернета производится в браузерах черезунифицированный указатель ресурсов (URL - Uniform Resource Locator). URL определяет адрес сервера и путь к документу на сервере и состоит из трех элементов: протокола передачи, DNS-имени сервера и пути в каталогах, например:
http://www.citforum.tsu.r u/operating-systems/ois/glava 5.html .
Здесь
http - протокол связи; :// - разделитель;
www.citforum.tsu.ru - DNS адрес сервера (см. 10.3); operating-systems/ois/glava_5.html - путевое имя Web-страницы.
Если путевое имя каталога не содержит имени конкретного файла Web-страницы, в этом каталоге ищется имя файла-содержания index.html. Когда путевое имя опущено, соединение будет с начальной страницей index.html в каталоге верхнего уровня.
Большинство браузеров поддерживает ряд протоколов, используемых в Интернете:
http - доступ к Web-узлу;
ftp - протокол пересылки файлов;
file - работа с локальными гипертекстовыми файлами;
gopher - поиск файлов;
news - чтение телеконференций Usenet и другие.
Браузер принимает документ, находит в нем теги и показывает документ на экране так, как они того требуют. Например, там, где в тексте вставлена картинка, браузер прочитает адрес, в котором хранится ее файл, обратится по указанному адресу (в любом месте земного шара), загрузит эту картинку, встроит ее в текст и покажет на экране вместе с текстом.
Совокупность огромного числа гипертекстовых электронных документов, хранящихся на серверах WWW, образуют своеобразное гиперпространство документов, между которыми возможно перемещение. Гипертекстовая связь между сотнями миллионов, хранящихся на физических серверах Интернета, является основой существования логического пространства World Wide Web.
На рисунке 10.9 показано окно браузера Microsoft Internet Explorer, на котором выведена главная страница Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.
Под строкой заголовка находится главное меню программы, обеспечивающее доступ к широкому набору функций, управления обозревателем. Ниже расположены пиктограммы наиболее часто используемых функций главного меню. В строке «Адрес» вводится URL-адрес нужной страницы.
Главная страница сайта университета представляет собой графическое меню. Нужная страница сайта выбирается щелчком мыши на строке заголовка или графической пиктограммы. Если пункт меню активен при наведении на него указателя мыши, форма указателя меняется со стрелки на кисть руки с указательным пальцем, а в строке состояния программы (внизу окна) появляется адрес станицы, которая выбирается в этом пункте меню.

– Характеристики стеков коммуникационных протоколов

– Стек TCP/IP

Организация сети

Основная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в сеть – это возможность использования ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети. Для того чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети.

Определенный набор функций, выполняемых данным уровнем для вышележащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом .

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем вышележащему уровню.

При организации взаимодействия компьютеров в сети каждый уровень ведет "переговоры" с соответствующим уровнем другого компьютера. 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.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами .

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов .

Программные средства, реализующие некоторый протокол, также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом – формально определенной процедурой взаимодействия и протоколом – средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу. Понятно, что один и тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно также и протокол может иметь несколько программных реализаций, например, протокол IPX, реализованный компанией Microsoft для Windows NT в виде программного продукта NWLink , имеет характеристики, отличающиеся от реализации этого же протокола компанией Novell . Именно поэтому, при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, то есть, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

Протоколы реализуются не только программно-аппаратными средствами компьютеров, но и коммуникационными устройствами. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую – "компьютер-компьютер", а через различные коммуникационные устройства такие, например, как концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы . В зависимости от типа устройства, в нем должны быть встроены средства, реализующие некоторый набор сетевых протоколов.

При организации взаимодействия могут быть использованы два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented network service , CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново. Телефон – это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая группа протоколов – протоколы без предварительного установления соединения (connectionless network service , CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - это пример связи без установления соединения.

Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами . Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops ) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов , через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией . Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту или, например, надежность передачи.

Характеристики стеков коммуникационных протоколов

Существует достаточно много стеков протоколов, широко применяемых в сетях. Это и стеки, являющиеся международными и национальными стандартами, и фирменные стеки, получившие распространение благодаря распространенности оборудования той или иной фирмы. Примерами популярных стеков протоколов могут служить стек IPX/SPX фирмы Novell , стек TCP/IP, используемый в сети Internet и во многих сетях на основе операционной системы UNIX, стек OSI международной организации по стандартизации, стек DECnet корпорации Digital Equipment и некоторые другие.

Использование в сети того или иного стека коммуникационных протоколов во многом определяет лицо сети и ее характеристики. В небольших сетях может использоваться исключительно один стек. В крупных корпоративных сетях, объединяющих различные сети, параллельно используются, как правило, несколько стеков.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP, называемый также стеком Internet , является одним из наиболее популярных и перспективных стеков коммуникационных протоколов. Если в настоящее время он распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT, NetWare ) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.


Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence , DoD ) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека. Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Самый нижний (уровень IV ) – уровень межсетевых интерфейсов – соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet , Token Ring , FDDI, для глобальных каналов – собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка - точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Следующий уровень (уровень III ) – это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных локальных сетей, территориальных сетей X.25, линий специальной связи и т. п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP , который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol ) и OSPF (Open Shortest Path First ), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol ). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II ) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol ) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol ). Протокол TCP обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем TCP.

Верхний уровень (уровень I ) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet , почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet и ее российской ветви РЕЛКОМ, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них, наиболее тесно связанных с тематикой данного курса.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol ) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base ), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol ) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений – TCP. Кроме пересылки файлов протокол, FTP предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FTP позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол – простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol ). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения – UDP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.

Тема № 2: Основные понятия и терминология

К сожалению, для вычислительной техники характерна терминологическая неоднозначность и неопределённость, что проявляется в различном толковании в разных литературных источниках одного и того же термина (например «вычислительная система» или «вычислительный комплекс»), либо в использовании разных терминов для обозначения одного и того же понятия (например «вычислительная сеть», «сеть ЭВМ», «компьютерная сеть»). Всё это зачастую усложняет восприятие и усвоение материала.

Целью излагаемого в данном разделе материала является устранение терминологической неоднозначности и уточнение используемых ниже терминов и понятий. Предлагаемая классификация различных систем и объектов вычислительной техники направлена на выявление классов систем, характеризующихся одинаковыми или близкими свойствами, что позволяет унифицировать процесс изучения и исследования вычислительных систем и сетей.

Понятие сети ЭВМ

Сеть ЭВМ (рис. 1.1) - совокупность средств вычислительной техники (СВТ), представляющих собой множество ЭВМ, объединённых с помощью средств телекоммуникаций (СТК). Сеть ЭВМ реализует две основные функции:

Обработку данных;

Передачу данных.

Наряду с термином «сеть ЭВМ» широко используются близкие по смыслу термины «компьютерная сеть» и «вычислительная сеть», которые обычно рассматриваются как синонимы. Однако некоторые незначительные различия между указанными терминами мы будем иметь в виду при дальнейшем изложении материала.

Из данного выше определения (рис. 1.1) следует, что «сеть ЭВМ» представляет собой множество ЭВМ (компьютеров), объединённых в единую сеть с помощью средств телекоммуникаций, образующих базовую сеть передачи данных (СПД). Другими словами, «сеть ЭВМ» или «компьютерная сеть» - это объединение ЭВМ (компьютеров), в отличие, например, от телефонной сети, объединяющей автоматические телефонные станции (АТС). Поэтому эти два термина будем рассматривать и использовать ниже как эквивалентные. Термин же «вычислительная сеть» скорее характеризует назначение сети -выполнение вычислений, что отличает её, например, от «информационной сети», предоставляющей информационные услуги, или от «телекоммуникационной сети», предназначенной для передачи данных.

Отдельные сети ЭВМ могут объединяться между собой, образуя большие компьютерные сети, которые в свою очередь могут объединяться и образовывать сверхбольшие глобальные сети. Такое объединение сетей приводит к иерархической структуре, в которой небольшие сети являются подсетями сетей более высокого ранга.

Итак, сеть ЭВМ реализует передачу и обработку данных. Однако часто можно услышать или прочитать, что в сети передаётся и обрабатывается информация. Так что же на самом деле передаётся и обрабатывается в сети: данные или информация? Для ответа на этот вопрос необходимо определить понятия «данные» и «информация».

Существуют различные подходы к определению понятий «данные» и «информация» в разных областях человеческой деятельности: в биологии, в кибернетике, в философии и т.д. Создана даже специальная научная дисциплина «Теория информации».

Среди всех существующих определений понятий «данные» и «информация» воспользуемся общепринятыми традиционными определениями, для чего обратимся к «Словарю русского языка» С.И.Ожегова, и попытаемся сформулировать разницу между этими двумя терминами.

Данные и информация

«Данные - сведения, необходимые для какого-нибудь вывода, решения.

Информация - сведения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-нибудь». (Ожегов СИ. Словарь русского языка).

Из этих определений следует, что данные - это любое множество сведений, а информация - это сведения, полученные с некоторой целью и несущие в себе новые знания для того, кто эту информацию получает.

Например, телефонная книга содержит данные в виде множества телефонных номеров различных организаций. Извлекая же номер некоторой конкретной организации, в которую мы хотим позвонить, мы получаем информацию в виде телефонного номера (или нескольких телефонных номеров) этой организации. По этой же причине мы говорим «база данных» (а не «база информации»), но, формируя запрос к базе данных, мы получаем информацию в виде сведений, представляющих для нас определённый интерес.

«Информация» - понятие субъективное. Сведения, которые являются информацией для одного человека, могут не быть информацией для другого. Например, сведения типа «Париж - столица Франции, а Лондон - столица Англии» являются информацией для школьника, который впервые узнал об этом, и не являются информацией (чем-то новым и ранее не известным) для взрослого человека.

Следует также иметь в виду, что количественной мерой данных является объём - количество единиц данных, измеренных в байтах, словах, страницах, количестве телефонных номеров в телефонной книге и т.п. В то же время, количественной мерой информации является энтропия - мера неопределенности информации. Чем больше энтропия, тем более ценной является информация.

Таким образом, можно сказать, что в компьютерной сети передаются и данные, и информация.

Взаимосвязь понятий «данные» и «информация» в рассматриваемом контексте иллюстрируется рис. 1.2, показывающим, что информация извлекается из множества данных в результате некоторых манипуляций (обработки данных).

Структуризация сети ЭВМ.

Различают топологию физических связей (физическую структуру сети) и топо­логию логических связей сети (логическую структуру сети).

Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компью­теров и может быть представлена в виде графа, узлами которого являются компьютеры и коммуникационное оборудование, а ребра соответствуют отрезкам кабеля, связывающим пары узлов.

Логические связи представляют собой пути прохождения информационных потоков по сети; они образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Цель физической струк­туризации - обеспечить построение сети не из одного, а из нескольких физиче­ских отрезков кабеля.

Основными средствами физической структуризации локальных сетей являются повторите­ли (repeater) и концентраторы (concentrator)/ или хабы (hub)/

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физиче­ских сегментов, часто называют концентратором, или хабом.

ВНИМАНИЕ

Добавление в сеть повторителя всегда изменяет ее физическую топологию, но при этом оставляет без изменения логическую топологию.

Концентраторы являются необходимыми устройствами практически во всех ба­зовых технологиях локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. В работе концентраторов любых тех­нологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входной сигнал на всех своих портах, кроме того, с которого этот сигнал поступил. А концентратор Token Ring повторяет входной сигнал только на одном, соседнем порту.

Логическая структуризация сети на разделяемой среде

Физическая структуризация сети не позволяет справиться с дефицитом пропускной способности, невозможностью использова­ния в разных частях сети линий связи разной пропускной способности. В таком случае может помочь логическая структуризация сети.

Типовые физические топологии сети (шина, кольцо, звезда), которые ограничи­вают все сетевые устройства, предоставляя им для обмена данными только одну разделяемую среду, оказываются неадекватными структуре информационных потоков в большой сети.

Логическая струк­туризация сети - зто процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Логическая структуризация позволяет дифференцировать дос­тупную пропускную способность в разных частях сети.

Логическая структуризация сети проводится путем использования мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов.

Мост делит единую среду передачи на части, передавая инф. из одного сегмента в др. только в том случае, если такая передача действительно необходима. Тем самым мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность сети. Мосты используют аппаратные адреса компьютеров.

Коммутатор (switch) функционально подобен мосту и отличается от моста в ос­новном более высокой производительностью. Каждый интерфейс коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по ал­горитму моста независимо от процессоров других портов. Можно сказать, что коммутаторы - это усовершенствованные мосты, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршру­тизаторы(router ) более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик от­дельных частей сети друг от друга. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они обеспечивают вы­бор наиболее рациональных маршрутов. Другой важной функцией маршрутиза­торов является их способность связывать в единую сеть сети, построенные на базе разных сетевых технологий, например Ethernet и ATM.

Помимо перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway ). Шлюз позволяет объединять сети, построенные на существенно раз­ных программных и аппаратных платформах. Традиционно в Интернете термины «шлюз» и «маршрутизатор» используются как синоним.

Программно - аппаратный комплекс сетей ЭВМ. Классификация сетей ЭВМ.

Весь комплекс аппаратно- программных средств ЭВМ включает:

1)Аппаратные средства: - компьютеры пользователей (конечное устройство);

Коммутаторы;

Маршрутизаторы;

Коммутаторы, маршрутизаторы и мосты являются промежуточными узлами сети, которые обеспечивают передачу информации по сети.

2) Коммутационное оборудование.

3) Операционные системы – программное обеспечение, которое осуществляет управлению сетью ЭВМ.

4)Сетевые приложения пользователя.

Вся компьютерная сеть разделена на 2 большие части:

1)Сети доступа – объединяет компьютеры пользователей и через точку доступа обеспечивает обмен информации с другими сетями.

2)Магистральная сеть – объединяет сети доступа и обеспечивает передачу больших потоков информации с высокой скоростью.

Точка доступа (место подключения сети доступа к магистральной сети)

Промежуточные узлы (узлы, которые обеспечивают коммутацию передаваемых потоков информации)

Центры управления сервисами (промежуточные узлы, в которых хранится информация (услуги- e-mail, гипертекст, база данных)).

Основные классификационные признаки:

1) территориальный признак

Глобальные

Региональные

Локальные

2) Сети по предоставлению услуг:

Сети поставщики услуг

Корпоративные сети.

Требования к сетям ЭВМ

Требования:

1. Производительность

2. Надежность

3. Расширяемость

4. Масштабируемость

5. Прозрачность

6. Поддержка разных видов трафиков

7. Совместимость

8. По качеству обслуживания

1)Производительность
Потенциально высокая производительность - это одно из основных преимуществ распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается распределения работ между несколькими компьютерами сети.

Основные характеристики производительности сети:

Время реакции;

Скорость передачи трафика;

Пропускная способность;

Задержка передачи и вариация задержки передачи.
В общем случае время реакции определяется как интервал между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на него.
Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих:

Время подготовки запросов на клиентском компьютере;
- время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование;
- время обработки запросов на сервере;
- время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.
Скорость передачи трафика может быть мгновенной, максимальной и средней.
- средняя скорость вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается длительный промежуток времени - час, день или неделя;
- мгновенная скорость отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени - например, 10 мс или 1 с;
- максимальная скорость - это наибольшая скорость, зафиксированная в течение периода наблюдения.
Пропускная способность - максимально возможная скорость обработки трафика, определенная стандартом технологии, на которой построена сеть. Пропускная способность отражает максимально возможный объем данных, передаваемый сетью в единицу времени.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления данных на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления их на выходе.
2)Надежность и безопасность
Важно различать несколько аспектов надежности. Для сравнительно простых технических устройств используются следующие показатели надежности:
- среднее время наработки на отказ; - вероятность отказа; - интенсивность отказов.

Для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик: -готовность или коэффициент готовности; -сохранность данных; -согласованность (непротиворечивость) данных; -вероятность доставки данных; -безопасность; - отказоустойчивость.
3,4) Расширяемость и масштабируемость
Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.
Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
5)Прозрачность
Прозрачность сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая традиционная вычислительная машина с системой разделения времени.
Прозрачность может достигаться на 2 различных уровнях - на уровне пользователя и на уровне программиста.
На уровне пользователя прозрачность означает работу с удаленными ресурсами, используя те же команды и процедуры, что и для работы с локальными ресурсами.
На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным.
Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали внутреннего устройства, что упрощает работу в сети.


Похожая информация.


Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях

Лекция 20

Сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединœенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телœефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователœей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сети определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телœефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т. д.), видам среды передачи и т. д.

Сети условно разделяют на локальные и глобальные исходя из удаленности компьютеров.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех базовых видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, к примеру, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети бывают удалены друг от друга на значительное расстояние.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, такие, как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. В локальных вычислительных сетях компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединœены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случаи соединœения компьютеров и с помощью низкоскоростных телœефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). По этой причине их иногда называют корпоративными системами или сетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или сосœедних зданий.

Функции программного обеспечения компьютера, установленного в сети, условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должна быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

Топология - ϶ᴛᴏ конфигурация соединœения элементов в сеть. Топология во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.

Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделœение двух базовых классов топологий: широковещательных и последовательных.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые бывают восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии ʼʼобщая шинаʼʼ, ʼʼдеревоʼʼ, ʼʼзвезда с пассивным центромʼʼ. Сеть типа ʼʼзвезда с пассивным центромʼʼ можно рассматривать как разновидность ʼʼдереваʼʼ, имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединœение компьютеров), иерархическая, ʼʼкольцоʼʼ, ʼʼцепочкаʼʼ, ʼʼзвезда с интеллектуальным центромʼʼ, ʼʼснежинкаʼʼ и др.

Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: ʼʼзвездаʼʼ, ʼʼобщая шинаʼʼ и ʼʼкольцоʼʼ.

В случае топологии ʼʼзвездаʼʼ каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелœем к центральному узлу (Рис. 21). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.

Рис. 21. Топология ʼʼзвездаʼʼ

Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всœей сети, а также обычно большая протяженность кабелœей (это зависит от реального размещения компьютеров). Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное релœе, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.

Топология ʼʼобщая шинаʼʼ предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются всœе компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно (Рис. 22).

Рис. 22. Топология ʼʼобщая шинаʼʼ

Достоинством такой топологии является, как правило, меньшая протяженность кабеля, а также более высокая надежность чем у ʼʼзвездыʼʼ, так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом. Недостатки состоят в том, что обрыв основного кабеля приводит к неработоспособности всœей сети, а также слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, бывают приняты и на любом другом компьютере.

При кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (Рис. 23). В случае если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.

Рис. 23. Кольцевая топология

Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелœей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со ʼʼзвездойʼʼ (но соизмеримое с ʼʼобщей шинойʼʼ), а также слабую защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров

Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях" 2017, 2018.

 

 
Это интересно: