УП ВСС

802.3z соответственно. В первом случае различают варианты

100 мегабитных сетей:

–100Base-TX – две неэкранированные витые пары катего-

рии 5;

–100Base-T4 – четыре неэкранированные витые пары категории 5;

–100Base-FX – волоконно-оптический кабель.

Для Gigabit Ethernet стандартом определены следующие стандартные физические подключения сети:

–1000Base-SX – многомодовый волоконно-оптический кабель с длиной волны 830 нм;

–1000Base-LX – одномодовый (с длиной волны 1270 нм) или многомодовый волоконно-оптический кабель;

–1000Base-СХ – экранированная витая пара.

–1000Base-Т – неэкранированная витая пара категории 5.

Архитектура Token Ring – IEEE 802.5. Сети класса

Token Ring первоначально были разработаны фирмой IBM в 1970-х годах для обмена данными на скорости 4 Мбит/c. Впоследствии архитектура Token Ring стала основой стандарта IEEE 802.5, сохранив полную совместимость с ним. В стандарте IEEE 802.5 топология сети не оговаривается, не регламентирована и среда передачи данных. Ключевой особенностью этой архитектуры является метод доступа (метод маркерного доступа), определяющий сети без конкуренции с детерминированным доступом к среде передачи данных. По своей распространенности Token Ring уступают лишь сетям стандарта IEEE 802.3.

Общая характеристика архитектуры сетей стандарта IEEE 802.5.

–информационный блок – кадр;

–размер кадра – до 4522 байт (данных не более 4502

байт);

–обмен кадрами – широковещательный с проверкой адресата;

–среда передачи – экранированная и неэкранированная витая пара;

–доступ к среде передачи – маркерный метод;

–скорость передачи данных – 4,16 Мбит/с.;

–физическая топология – «звезда»;

–логическая топология – «кольцо»;

–размеры сетей – до нескольких километров (при использовании повторителей между MAU).

31

Формат кадра сетей стандарта IEEE 802.5 показан на рис.

1.10.

Сеть стандарта 802.5 имеет физическую топологию «звезда», при которой все узлы подключаются к общему устройству

(MSAU – MultiStation Access Unit, устройство многостанционного доступа – концентратор), обеспечивающему логическую топологию «кольцо» (рис. 1.4). Разработанный IBM концентратор имеет 10 портов соединения, 8 из которых для подключения узлов, 2 для расширения сети при объединении MSAU (по топологии «кольцо»). Каждое кольцо может содержать до 33 концентраторов.

В общем случае при использовании неэкранированной витой пары максимальное число узлов составляет 72, а при использовании экранированной витой пары – 260. Расстояние между концентраторами до 45 м (неэкранированная витая пара) и до 152 м (экранированная витая пара). Узлы подключаются к концентратору отводами до 45 м и до 100 м соответственно.

32

Рис. 1.10. Формат кадра стандарта IEEE 802.5

Функционирование сети заключается в следующем. По сети циркулирует маркер, имеющий следующую структуру:

Рис. 1.11. Формат маркера

Если флаг Т = 0, то маркер свободен. В этом случае, если он доступен станции, имеющей данные для передачи, и приоритет станции не ниже значения, записанного в РPP (три бита

–биты приоритета), то станция преобразует маркер в информационный кадр, устанавливая Т = 1 («захват» маркера) и записывает между RRR (три бита – биты резервирования) и конечным разделителем адрес получателя, данные и другие сведения в соответствии со структурой кадра (рис. 1.11). Далее сформированный информационный кадр проходит по кольцу от узла к узлу.

Если в момент получения информационного кадра какойто из узлов готов к передаче данных, (то поскольку маркер занят Т = 1) этот узел записывает в субполе RRR значение своего приоритета (при этом, приоритет этого узла должен быть больше уже записанного в это поле значения).

Узел, которому адресован информационный пакет, считывает данные и изменяет бит поля «статус кадра», подтверждая этим получение данных.

Совершив полный оборот по кольцу, кадр возвращается к узлу-отправителю, который анализирует статус кадра. Если передача не произошла, то делается повторная попытка передачи; в противном случае кадр преобразуется в маркер с Т = 0. Одновременно с этим значения субполя RRR переносятся в субполе PPP, а субполе RRR обнуляется. При следующем движении по кольцу маркер будет «захвачен» узлом претендентом на передачу с наивысшим приоритетом, значение которого записано в субполе PPP.

Архитектура FDDI. Одной из распространенных архитектур вычислительных сетей, стандартизированной не IEEE 802, является архитектура FDDI (Fiber Distributed Data Interface

–распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи

33

данных), которая разработана американским национальным институтом стандартизации (ANSI). Появление FDDI в конце 80-х годов связано с возросшими требованиями к скорости передачи данных в вычислительных сетях и между вычислительными сетями

С функциональной точки зрения сети FDDI являются развитием стандарта IEEE 802.5, поскольку используют один и тот же метод доступа к среде передачи данных (маркерный метод), а самое главное, имеют практически идентичные форматы кадров.

Общая характеристика архитектуры FDDI [9]:

–информационный блок – кадр;

–размер кадра – до 4500 байт (с преамбулой 30 байт);

–среда передачи – волоконно-оптический кабель (может быть экранированная витая пара);

–доступ к среде передачи – маркерный метод;

–скорость передачи данных – 100 Мбит/с.;

–физическая топология – «звезда», «двойное кольцо»;

–логическая топология – «кольцо»;

–размеры сетей – до 100 километров при расстоянии между узлами до 2-х километров.

Отличие FDDI от IEEE 802.5 заключается в топологии, поскольку в FDDI реализована физическая топология «двойное кольцо», при этом допускается физическое подключение отдельных узлов по топологии «звезда». В связи с этим в стандарте определены два типа узлов сети FDDI: однократно подключенные (SAS) и двукратно подключенные (DAS).

Другим принципиальным отличием FDDI является способ управления маркером. Если в сетях IEEE 802.5 маркер освобождается узлом, передавшим данные после подтверждения их получения, то в FDDI маркер освобождается сразу после окончания передачи кадра в сеть, поэтому в сетях FDDI одновременно могут существовать несколько маркеров и, соответственно, по сети одновременно могут передаваться несколько кадров

сданными.

Вместе с тем, опять же, в отличие от IEEE 802.5, маркер «захватывается» на определенный интервал времени, в течении которого узел может формировать и передавать кадры в сеть. Маркер освобождается в двух случаях: либо истек временной интервал, либо узел закончил передачу данных. Эти два решения в совокупности со средой передачи данных (воло-

34

конно-оптический кабель) позволили достичь высокой скорости передачи данных до 100 Мбит/c.

Отличительная особенность данной архитектуры – аппаратная избыточность, обусловленная наличием двух колец с линиями связи (основное и дополнительное). Информационные потоки (кадры) в кольцах ориентированы в противоположных направлениях. В случае сбоя в одном кольце сеть автоматически реконфигурируется и данные начинают передаваться по второму кольцу в другом направлении. В случае повреждения обоих колец обход поврежденного участка осуществляется «заворотом» сети, как показано на рис. 1.12.

1.7.Сетевые аппаратные средства

иэлементы межсетевого взаимодействия

Узел сети (Node) — вычислительная машина с сетевым интерфейсом (выступающий в роли рабочей станции, сервера или в обеих ролях), принтер или другое разделяемое устройство с сетевым интерфейсом.

Заворот

сети

Обрыв

35

Рис. 1.12. Топология «двойное кольцо» и обход мест повреждения

Сетевая карта (сетевой интерфейс) – плата расши-

рения компьютера, с помощью которой компьютер подключается к сети. Сетевые платы выпускаются с PCI интерфейсами подключения к системной плате компьютера. Для подключения сетевого кабеля сетевые платы содержат BNC («тонкий» коаксиальный кабель) и/или UTP (экранированная и неэкранированная витая пара) – разъемы (коннекторы), а некоторые и разъем AUI («толстый» коаксиальный кабель). Каждая сетевая плата имеет уникальный адрес из 6 байт, например, 2F.14.22.AD.F0.7C1.

Концентратор (Hub) – устройство физического подключения нескольких сегментов сети (в том числе и различных архитектур) или ее отдельных узлов. Интеллектуальный hub имеет специальные средства для диагностики и управления, что позволяет оперативно получать сведения об активности и исправности узлов, отключать неисправные узлы и т.д. Активный hub усиливает сигналы.

Повторитель (Repeater) – устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление и формирования сигналов. Оперирует на физическом уровне модели OSI. Расширяет сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов.

Мост (Bridge) – средство передачи пакетов между вычислительными сетями, оперирует на двух нижних уровнях модели OSI (физическом и канальном). Осуществляет фильтрацию пакетов, не выпуская из сети пакеты для адресатов, находящихся внутри сети, а также переадресацию – передачу пакетов в другую сеть в соответствии с таблицей маршрутизации

1 Шестнадцатеричная система счисления.

36

или во все другие сети при отсутствии адресата в таблице. Таблица маршрутизации обычно составляется в процессе самообучения по адресу источника приходящего пакета.

Различают мосты подуровня управления доступом (MACLayer Bridges) и подуровня управления логической связью (LLCLayer Bridges). Первые используются для объединения сетей с одинаковой архитектурой (одинаковый формат пакетов данных), а вторые позволяют объединять вычислительные сети с разной архитектурой, например, Ethernet и Token Ring.

Мосты могут быть программными (внутренний мост, функционирует на одном из узлов вычислительной сети) и аппарат- но-программными (внешний мост – самостоятельный аппарат- но-программный комплекс).

Маршрутизатор (Router) – средство обеспечения связи между узлами различных сетей, оперирует на сетевом уровне модели OSI, использует сетевые (логические) адреса. Маршрутизатор анализирует адрес получателя и перенаправляет пакет в соответствии с таблицей маршрутизации в сеть назначения.

Сети могут находиться на значительном расстоянии, и путь, по которому передается пакет, может проходить через несколько маршрутизаторов. Маршрутизаторы поддерживают протоколы сетевого уровня: IP, IPX, X.25, и др. Существуют мультипротокольные маршрутизаторы, поддерживающие несколько протоколов одновременно для различных сетей.

Шлюз (Gateway) – средство соединения существенно разнородных сетей, оперирующее на верхних уровнях модели

OSI.

Шлюз выполняет преобразование форматов и размеров пакетов, преобразование протоколов, преобразование данных, мультиплексирование. Обычно реализуется на основе компьютера с большим объемом памяти.

Модем (модулятор-демодулятор) предназначен для передачи информации на большие расстояния по телефонным и выделенным линиям связи. Модемы осуществляют преобразование цифровых сигналов вычислительной машины в аналоговые для их передачи по линиям связи.

Кабельная сеть – совокупность кабельных сегментов и узлов, связанных между собой повторителями.

Кабельный (физический) сегмент сети – цепочка от-

резков кабелей, электрически соединенных друг с другом.

37

Логический сегмент сети – группа узлов сети, имею-

щих непосредственный доступ друг к другу на уровне пакетов канального уровня.

1.8. Сетевое программное обеспечение. Архитектура клиент-сервер

Сетевое программное обеспечение является составной частью системного программного обеспечения и предназначено для управления общими ресурсами в распределенных вычислительных системах. Общими ресурсами, как правило, являются сетевые накопители на магнитных и оптических дисках, принтеры, сканеры и др. аппаратные средства. Кроме этого, к общим ресурсам относятся программы и данные.

К сетевому программному обеспечению, помимо операционных систем, поддерживающих работу вычислительной машины в сетевых конфигурациях, (сетевые операционные системы) также относятся отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с операционными системами, не имеющими сетевого ядра.

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. В узком смысле сетевая операционная система – это операционная система отдельной вычислительной машины, обеспечивающая ей возможность работы в сети. В процессе развития сетевых операционных систем развивались два подхода к их построению.

Первый подход рассматривал сетевую операционную систему как совокупность локальной операционной системы и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом локальная операционная система включала минимум сетевых функций, достаточных для ее взаимодействия с сетевой оболочкой, на которую возлагались основные задачи сетевого взаимодействия. Примерами такой реализации сетевых операционных систем являются объединения операционной системы DOS 7.0 и сетевой оболочки Personal Ware, а также операционной системы OS/2 и сетевой оболочки LAN Manager.

Второй подход к построению сетевых операционных систем, являющийся более эффективным, предусматривает внедрение сетевых функций в ядро операционной системы, что обеспечивает большую производительность операционной системы, ее устойчивость, безопасность и простоту эксплуатации. Примерами таких операционных систем являются операцион-

38

Средства управления локальными ресурсами

Локальная ОС

Сетевая оболочка

Средства управления коммуникационными устройствами

в сеть

ные системы семейства Windows, а также операционная система Unix. Структура сетевой операционной системы показаны на рис. 1.13 [1].

Рис. 1.13. Структура сетевой операционной системы

Средства управления локальными ресурсами компь-

ютера реализуют функции вычислительной машины в локальном (изолированном от других вычислительных машин) режиме.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование (серверная часть сетевой операционной системы) обеспечивают обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных, управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам и т.д.;

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использование (клиентская часть сетевой операционной системы) формируют и перенаправляют в сеть запросы к удаленным ресурсам от приложений и пользователей.

Средства управления коммуникационными устрой-

ствами реализуют обмен сообщениями в сети, обеспечивая их адресацию и выбор маршрута передачи по сети.

39

Рис. 1.14 иллюстрирует взаимодействие узлов вычислительной сети с «клиент-серверной» архитектурой сетевой операционной системы.

Рассмотрим следующую задачу. Пользователю узла № 1 вычислительной сети необходимо сделать копию документа. При этом сканер (как показано на рис. 1.14) подключен к узлу № 1, а сетевой принтер подключен к узлу № 2.

Для решения этой задачи пользователь посредством приложения № 1 инициирует запрос на сканирование документа. Этот запрос обрабатывается «анализатором запросов»1 операционной системы. Поскольку данный запрос относится к аппаратным средствам узла № 1, то, соответственно, запрос адресуется локальной части операционной системы, которая совместно с прикладной программой осуществляет управление сканером. Полученное изображение от сканера передается приложению № 1. Далее, после получения изображения, приложение № 1 или другое приложение инициирует запрос на печать документа. В этом случае «анализатор запросов» адресует запрос клиентской части операционной системы.

1 Если запрос выдан к ресурсу данного узла, то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной части операционной системы; если же этот запрос относится к удаленному ресурсу, то он переправляется в сеть.

40