5. Локальные и глобальные сети эвм

Сеть – это сложная аппаратно-программная система. Физически ее образуют компьютеры, соединенные средствами коммуникации. Устройства, подключаемые к сети, можно разделить на три функциональные группы:

- серверы;

- рабочие станции;

- коммуникационные узлы.

Рабочие станции – это компьютеры пользователей ресурсов сети.

Серверы – это компьютеры, предоставляющие пользователям определенные услуги в рамках сети. По выполняемым функциям серверы могут быть отнесены к разным группам: файловый сервер, сервер баз данных, сервер прикладных программ, коммуникационный сервер, OPC-сервер и др. Указанные виды серверов реализуются программно и во многих случаях функционируют на одном компьютере.

К коммуникационным узлам относятся:

- повторитель (repeater);

- коммутатор (switch);

- маршрутизатор;

- шлюз.

Повторители призваны преодолеть ограничение на протяженность линий связи между участниками сети. Передаваемые по линиям сигналы ослабевают и становятся уязвимыми для помех. Поэтому через определенное расстояние сигналы восстанавливают (регенерируют) с помощью репитеров. Например, в сетях Ethernet на основе витой пары это делается через 100 м, а в промышленных сетях RS-485 – через 1200 м. Если при этом требуется также размножение сетевого интерфейса, то устанавливают концентратор (hub). В отличие от концентратора, коммутатор является интеллектуальным устройством. Он объединяет несколько сегментов сети с их развязкой друг от друга. Маршрутизатор, как следует из его названия, соединяет по оптимальному маршруту сети, использующие одинаковый протокол обмена. Наконец, шлюз представляет собой устройство, которое позволяет обмениваться данными участникам, работающим в сетях с разными протоколами обмена (например, шлюз между сетями RS-485 и Ethernet).

Для того чтобы рабочая станция или сервер стали “действующими лицами” в той или иной сети, они должны быть подключены к ней. В случае локальной сети подключение осуществляется с помощью сетевого адаптера. Если возникает необходимость выхода в глобальную сеть типа Интернет, то потребуется специальное оборудование, которое соединит пользователя с компьютером-сервером поставщика услуг глобальной сети. В качестве такого оборудования давно используется модем. Модем реализует связь по телефонным каналам и для этого содержит в своем составе модулятор и демодулятор сигналов. Модулятор преобразует маломощные цифровые сигналы компьютера в сигналы, пригодные для их передачи по телефонным каналам связи. Демодулятор выполняет обратное преобразование сигналов.

Деление сетей на глобальные и локальные связано с территориальным признаком. Считается, что исторически первыми появились глобальные сети. Так, еще в 1965 г. была осуществлена связь между двумя электронными вычислительными машинами (ЭВМ), расположенными в разных штатах США. В качестве соединительной линии выступала телефонная линия связи. Связь на дальних расстояниях получалась не такой качественной и не такой быстрой, как в созданных позднее локальных сетях. Локальные сети обслуживали поначалу потребности рабочих групп с небольшим числом ЭВМ, одна из которых была выделена в качестве сервера. Затем начали создаваться сети отделов, которые отличались от сетей рабочих групп количеством объединенных в сеть машин и числом сетевых служб. Успехи в области технологии локальных и глобальных сетей привели к появлению корпоративных сетей. В последних территориальный признак не имеет значения. Корпоративные сети используют сочетание всех видов современного телекоммуникационного оборудования, обеспечивающего выход на глобальные сети (и, прежде всего, Интернет), с локальными сетями филиалов и отделов фирмы.

Локальные вычислительные сети (ЛВС или LAN – Local Area Network) различаются своей топологией. Логическую топологию задает конфигурация информационных потоков между компьютерами сети, а физическую топологию – конфигурация связей между ними. Во многих случаях эти два вида топологий совпадают. Ниже приведены три основные топологии ЛВС: общая шина (Bus), звезда (Star), кольцо (Ring). Топология общая шина предполагает параллельное подключение компьютеров (ПК) к общей среде передачи (линии связи). Ее характеризуют простота разводки и дешевизна.

BUS

Терминатор Терминатор

Топология звезда использует подключение отдельным кабелем каждого ПК к центральному узлу – серверу. В топологии кольцо компьютеры соединены так, что образуют замкнутую конфигурацию. Реальные локальные сети могут использовать приведенные топологии в различных сочетаниях.

STAR RING

Для согласования действий отдельных участников при их совместной работе в сети Международная организация по стандартизации (ISO - International Standard Organization) предложила использовать следующую эталонную модель открытой сети.

Протоколы

передачи

данных

Каждый уровень приведенной модели описывает строго определенные функции взаимодействия сетевых устройств. Приложение, запущенное на одном ПК сети, может обмениваться сообщениями с приложением, работающем на другом ПК сети. При этом соответствующий запрос на обслуживание опускается от первого приложения через 7 уровней до сети передачи, из которой поднимается через аналогичные 7 уровней в обратной последовательности до второго приложения. Правила, определяющие формат сообщений между одноименными уровнями, называют протоколами обмена. Только на физическом уровне существует связь между реальными физическими устройствами. Между остальными уровнями существуют виртуальные связи (именно это обстоятельство заставляет отображать линии связи между уровнями пунктиром). Дадим упрощенную характеристику каждому из уровней.

Физический уровень обеспечивает передачу сигналов-переносчиков данных по физическим линиям связи (это может быть коаксиальный кабель или витая пара проводников, или оптоволокно, или радиоканал).

Канальный уровень решает две задачи:

- определение доступности среды передачи данных;

- определение механизма обнаружения и коррекции ошибок.

С целью более эффективного использования канала обмен данными производится блоками (пакетами). Пакеты содержат, помимо собственно данных, адреса источника и получателя, а также служебную информацию. Протоколы канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.

Сетевой уровень предназначен для объединения сетей с разными топологиями и принципами передачи данных в единую систему. На этом уровне данные также обмениваются пакетами, продвижение которых по сети обеспечивают сетевые протоколы.

Транспортный уровень обеспечивает надежность передачи данных в пакетах. Протоколы этого уровня и выше реализуются программными средствами узлов сети и компонентами сетевых устройств.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом между конечными узлами сети. На этом уровне распознаются логические имена абонентов, контролируются предоставляемые им права доступа к ресурсам сети.

Представительский уровень – это уровень представления данных. Он определяет и преобразует форматы данных в форму, пригодную для передачи по сети. Его устройства выполняют шифрование и дешифрование данных, а при необходимости – также их сжатие.

Прикладной уровень представлен протоколами, обеспечивающими доступ пользователя к разделяемым ресурсам. К нему же относятся протоколы электронной почты. Единицей обмена на этом уровне выступает сообщение.

Модель ISO допускает два различных метода взаимодействия абонентов сети: без логического соединения (вариант а) и с логическим соединением (вариант б). Схематически эти варианты представлены ниже.

а) Без логического соединения б) С логическим соединением

Пакет 1 Запрос

Пакет 2 Подтверждение

Пакет 3 Пакет

Подтверждение

Метод обмена данными без логического соединения не предполагает, что до начала процесса абоненты обмениваются служебными пакетами для выяснения готовности приемника. В случае, когда приемник не готов к обмену (или вообще отсутствует), пакеты бесполезно загружают сеть. По такому принципу действуют протоколы IP и IPX сетевого уровня.

Другой метод, напротив, предполагает, что пакеты данных будут передаваться только после установления логического канала связи между абонентами. Именно так работают протоколы TCP и SPX транспортного уровня.

Обычно протоколы функционируют в связке друг с другом, поскольку обеспечивают единый процесс передачи данных между абонентами. В настоящее время широко используются связка протоколов TCP/IP в сети Интернет и связка протоколов SPX/IPX в локальных сетях на основе программного обеспечения фирмы Novell.

Еще одним важным моментом организации обмена в сети является способ адресации. Распространены аппаратный (производятся соответствующие соединения в аппаратуре), символьный (рассчитан на удобство восприятия человеком) и числовой способы адресации. Классическим примером числового адреса является IP-адрес (от слов Internet Pointer). Его образуют 4 разделенные точками числа диапазона byte, например 172.18.0.107. IP-адреса делятся на классы в зависимости от того, сколько байтов в адресе отводится на номер сети, а сколько - на номер узла. В локальной сети IP-адрес сетевого устройства определяет ее администратор. Адрес самой локальной сети (или отдельного ПК), вошедшей в состав глобальной сети, выдает представитель последней (Международный координационный центр доменных имен и IP-адресов – ICANN). Основу же сети Интернет составляют высокоскоростные магистральные сети, к которым подключаются через точки сетевого доступа независимые сети (автономные системы), например такие, как EUNET (охватывает страны центральной Европы), RUNET (университеты России) и др. Независимые сети через провайдеров предоставляют доступ к ресурсам Интернета. Для упрощения работы с адресами сети применяют символьные имена в соответствии с системой доменных имен (DNS – Domain Name System). Такие имена несут смысловую окраску и состоят из 2-4 слов (доменов), разделенных точками. Старший (крайний справа) домен указывает или на страну (например, RU – Россия), или на тип организации (edu – университет, com – коммерческая организация и др.). Например, сервер кафедры может иметь сетевое имя www.asu.rgrtu.edu. Специальный DNS-сервер сети преобразует логические имена в IP-адреса.

Популярность Интернета обусловлена эффективностью его сервисов. Наиболее распространенным из них является электронная почта. Адрес почты записывается по следующей форме:

<Имя_пользователя>@<Имя_почтового_сервера >.

Имена записываются латинскими буквами без пробелов. Процесс обмена сообщениями по электронной почте обслуживается протоколами POP3 или IMAP (для входящих) и SMTP (для исходящих).

В заключение раздела скажем о второй важной составляющей работы сети – об ее программном обеспечении. Локальная сеть функционирует под управлением сетевой операционной системы (ОС). Последняя, так же, как и обычная ОС, должна управлять ресурсами локального ПК. Кроме этого, сетевая ОС должна содержать серверную (сервер) и клиентскую (редиректор) части. Сервер обеспечивает распределение ресурсов сети, а редиректор - доступ к ресурсам и их использование. Для сетей с выделенным сервером получили распространение ОС компаний Microsoft и Novell. Для работы в глобальной сети требуется установить на компьютер драйвер подключенного модема и иметь на ПК программу-обозреватель (браузер) доступных ресурсов сети типа Internet Explorer компании Microsoft. Для ссылки на ресурс (Web-страница или файл) используют универсальный указатель ресурса URL (Universal Resource Locator), который имеет следующий вид:

<Протокол>://<Имя_сервера>/<Путь>/<Имя_ресурса>.

Например, http://www.siemens.ru/ad/as.