Жергілікті есептеу желілерінің құрылымы

Компьютерлерді біріктіру тәсілі желінің құрылымы немесе топологиясы деп аталады. Компьютерлердің жалғасу мүмкіндіктері структуралық және топологиялық желілер деп атайды. Ethernet желісі «шина» және «жұлдызша» топологиясында болуы мүмкін. Бірінші жағдайда барлық компьютерлер бір жалпы кабельге (шинаға) қосылған, екінші жағдайда әрбір компьютерге «сәулелер» жүретін арнайы орталық құрылғы (хаб) болады, яғни әрбір компьютер өз кабеліне қосылған. «Шина» түріндегі құрылым қосымша құрылғыны қажет етпегендіктен және аз кабель жұмсалатындықтан, жеңіл әрі тиімді болып табылады. Бірақ ол кабельдік жүйенің ақауларына өте сезімтал. Егер кабель тиімді және тұрақты болса, онда оған қосымша құрылымдар мен аз кабельдер қажет. Бірақ ол кабельдік жүйелердің жөнделуіне өте сезімтал. Егер де кабель бір жерде істемей қалса, онда барлық желілерге мәселе тудырады. Ақау болған орынды табу өте қиын. Бұл жағынан «жұлдызша» тиімдірек. Бұзылған кабель – арнайы бір компьютер үшін қиындық, ал жұмыста желілер біртұтас айтылмайды. Жөнделмейтін локализацияға талпынысты қажет етпейді.

«Сақина» түріндегі құрылымдағы желіде ақпарат станциялар арасында сақина бойымен әрбір желілік контроллерде қайта қабылдаумен беріледі. Қайта қабылдау жедел есте сақтау құрылғыларының негізінде орындалған буферлік жинақтағыштар арқылы жүргізіледі, сондықтан бір желілік контроллердің істен шығуынан барлық сақинаның жұмысы бұзылады. Сақиналық құрылымның артықшылығы – құрылғыларды іске асырудың қарапайымдылығы, кемшілігі – сенімділігі төмен.

Қарастырылған барлық құрылымдар иерархиялық болып табылады. Дегенмен жергілікті желіні түрлі құрылыммен біріктіретін көпірлердің, арнайы құрылғылардың арқасында жоғарыда аталған құрылым түрлерінен күрделі иерархиялық құрылымдағы желілер тұрғызылуы мүмкін.

1.2 Сурет – (а) шина, (б) сақина, (в) жұлдызша

1.3 Жергілікті желіде ақпаратты берудің физикалық ортасы

Ақпаратты берудің физикалық ортасына әсер ететін факторларды ескеру өте маңызды. Олардың арасынан келесілерді айтуға болады:

1. Қажетті өткізу қабілеті, желідегі беру жылдамдығы;

2. Желінің өлшемі;

3. Қажетті қызметтер жиынтығы (деректерді беру, мультимедиа және басқа);

4. Шуға және сақтандыруға қарсылық деңгейіне талабы;

5. Жабдықты сатып алу, монтаж және кейінгі пайдалану кезіндегі жобаның жалпы құны.

Жергілікті компьютерлік желілерде деректерді берудің негізгі ортасы – экранадалмаған қос орам, коаксиальды кабель. Сол себепті ЛКС-те негізінен көпмодалық оптика қолданылады.

Есептеу желісі - бұл өзара байланысқан және келісіп қызмет жасайтын бағдарламалық және аппараттық компоненттердің күрделі кешені. Желіні зерттеу үшін оның жеке элементтерінің жұмыс принципін білу керек:

• компьютерлердің;

• коммуникациялық жабдықтардың;

• операциялық жүйелердің;

• желілік қосымшалардың.

Желінің бағдарламалық-аппараттық құралдарының бүкіл кешені көп қабатты модельмен сипатталуы мүмкін. Кез келген желінің негізінде стандартталған компьютерлік платформалардың аппараттық қабаты жатыр. Қазіргі кезде желілерде түрлі класты компьютерлер- дербес компьютерден бастап мэйнфреймдер мен суперЭЕМ-ге дейінгі компьютерлер кеңінен және сәтті қолданыста. Желідегі компьютерлер жиыны онда шешілетін алуан түрлі есептердің жиынына сәйкес болу қажет.

Екінші қабат – бұл коммуникациялық жабдықтар. Әйтсе де компьютерлер желідегі деректерді өңдеудің орталық элементі бола тұра, соңғы кезде коммуникациялық құрылғылардың ролі де артуда. Желінің комекші компоненттерінен кабельдік жүйелер, қайталағыштар, маршрутизаторлар және модульдік концентраторлар желі сипаттамасына әсері бойынша, құны бойынша компьютерлер мен жүйелік бағдарламалық қамтамалармен бірге негізгі компоненттерге айналды. Қазіргі кезде коммуникациялық құрылғыларды конфигурациялауға, оптимизациялауға және басқаруға болатын күрделі мамандандырылған мультипроцессор деуге болады. Коммуникациялық жабдықтардың жұмыс принципін зерттеу жергілікті және ауқымды желілерде қолданылатын протоколдардың өте көп санымен танысуды қажет етеді.

Желінің бағдарламалық платформасын құрайтын үшінші қабат операциялық жүйелер(ОЖ). Желінің ОЖ-нің негізіне жергілікті және таратылған ресурстармен басқарудың қандай концепциясы салынғандығынан барлық желі жұмысының тиімділігі тәуелді. Желіні жобалау кезінде берілген операциялық жүйенің желідегі басқа ОЖ-мен қаншалықты өзара әркеттесетіндігі, оның дерекетердің қауіпсіздігі мен қорғалуын қаншалықты қамтамасыз ете алатындығы, қаншалықты дәрежеде ол қолданушылар санын кеңейте алатындығы, оны басқа типті компьютерге ауыстыруға болатындығы өте маңызды.

Желілік құралдардың ең жоғары қабаты деректер қоры, пошталық жүйелер, деректерді архивтеу құралдары, ұжымдық жұмысты автоматтандыру жүйелері және т.б. сияқты түрлі желілік қосымшалардан тұрады. Қолданудың түрлі саласына арналған қосымшалар ұсынатын мүмкіндіктердің диапазонын көрсету өте маңызды, және де олардың басқа да желілік қосымшалар мен операциялық жүйелермен қаншалықты үйлесімді екендігін білу маңызды.

Қолданбалы бағдарламадан сыртқы құрылғыға ақпараттың бір байтын беру схемасын қарастырайық. Сыртқы құрылғымен деректерді алмастыруды орындайтын программа сол құрылғының драйверіне параметр есебінде беруге қажетті жады байтының адресін хабарлай отырып, қатынас жасайды. Драйвер сыртқы құрылғы контроллерінің буферіне сол байттың мәнін жүктейді, ол әрбір битті сәйкес электрлік сигналдармен көрсете отырып, байланыс линиясына оларды тізбектеп бере бастайды. Сыртқы құрылғыны басқару құрылғысына байтты берудің басталғандығы түсінікті болу үшін бірінші битті беру алдында сыртқы құрылғы контроллері ерекше түрдегі страрттық сигналды қалыптастырады, ал соңғы ақпараттық битті берген соң столды сигналды қалыптастырады. Бұл сигналдар байтты беруді синхрондайды.

Ақпараттық биттерден басқа, контроллер айырбасмтау сенімділігін арттыруға арналған жұптық бақылау битін бере алады. Басқару құрылғысы сәйкес линияда стартты битті тауып, дайындық әрекеттерін орындайды да, өзінің қабылдағыш буферінде байттарды қалыптастыра отырып, ақпараттық биттерді қабылдауды бастайды. Егер беру кезінде жұптық биті болса, онда берудің дұрыстығы тексеріледі: берудің дұрыс орындалуы кезінде басқару құрылғысының сәйкес регистрінде ақпаратты қабылдауды аяқтау белгісі орнатылады.

Әдетте драйверге протоколдың күрделі функциялары да беріледі(мысалы, берілетін байттар тізбегінің бақылау сомасын есептеу, сыртқы құрылғының жағдайын талдау, команданың орындалу дұрыстығын тексеру). Контроллердің ең жаман деген драйверінің өзі ең кемінде екі операцияны қолдауы керек: «Контроллерден жедел жадыға деректерді алу» және «Жедел жадыдан контроллерге деректерді беру».

Құрылғылардың аз класын (мысалы, Vista фирмасының жоғары пұрсатты графикалық мониторы) қосуға жарайтын мамандандырылған интерфейстермен қатар стандартты болып табылатын және түрлі сыртқы құрылғыларды қосуға мүмкіндік беретін, жалпы қызметті интерфейстер де бар. Мұндай интерфейстің мысалы RS-232C интерфейсі, ол көптеген терминалдардан, принтерлерден, графтұрғызғыштардан, тышқан типті манипляторлардан және басқа көптеген құрылғылардан қолдау тапқан.

Әдебиеттер:

1. Бэрри Нанс. Компьютерные сети / Пер. с англ. – М.: Бином, 1997.

2. Компьютерные сети. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер - СПб.: Питер, 2002.

3. Основы локальных сетей. Ю.В. Новиков, С.В. Кондратенко.- Москва, 2005, 356 с.

Лекция №9

Тақырыбы: Ethernet технологиясы. CSMA/CD қатынас құру әдісі. Ethernet кадр форматтарының сипаттамсы. 10BASE -5-2-T-F стандарттары. Fast стандарттары. Ethernet стандарттары. Gigabit Ethernet стандарттары.

Желілік технология дегеніміз –есептеу желісін құруға жеткілікті келісілген стандартты хатамалар тобы және оларды орындайтын программалық –аппараттық жабдықтар. (мысалы, желілік адаптерлер, драйверлер, кабельдер және разъемдер). «Жеткілікті» эпитеті бұл топтың жұмыс істеуге қабілетті желі құруға қажетті минималды жабдықтар екендігін білдіреді. Ethernet стандартынан басқа ІР хаттамасын және арнайы коммуникациялық құрылғылар –бағыттауыштарды қолдануды талап етеді. Ethernet стандартты 1980 жылы қабылданды.

Ethernet бөлінетін деректердің беріліс ортасына кездейсоқ ену принципіне негізделген. Бұл орта ретінде жуан немесе жіңішке коаксиал кабель, шиыршықталған жұп, оптикалық талшық немесе радиотолқындар қолданылады. Ethernet стандартында электрлік байланыс топологиясы қатан бекітілген. Компьютерлер бөлінетін ортаға «ортақ шина» типтік құрылымына сәйкес қосылады. (Сурет 1.1) уақыт бойынша бөлінетін шинаның көмегімен екі компьютер өзара деректер алмаса алады. Байланыс жолдарына Енуді басқару арнайы бақылауыштардың, Ethernet –тің желілік адаптерлерінің көмегімен жүзеге асырылады. Әрбір желілік адаптердің ерекше адресі бар.

Д еректердің берілісі 10Мбит/с жылдамдықпен өткізуқабілетін көрсетеді.

Сурет1.1- Ethernet желісі

Ethernet желісінің негізгі сипаттамалары:

• Дәстүрлі топологиясы сызықтық шина

• Басқа топологиясы жұлдызша –шина

• Беріліс типі таржолақты

• Ену әдісі CSMA/CD

• Деректерді жіберу жылдамдығы 10 және 100Мбит/с

• Кабельдік жүйесі жуан және жіңішке коаксиал, UTP

Ethernet желісіндегі компьютер желі бос болғанда ғана, деректерді жібере алады. Сондықтан Ethernet технологиясының мыңызды бөлігі –ортаның бостығын анықтау процедурасы.

Желінің бостығын анықтағаннан кеін, берілісті бастайды және ортаны «басып алады». Бір түйіннің бөлінген ортаны жеке пайдалану уақыты бір кадрді жіберуге қажетті уақытпен шектеледі. Кадр дегеніміз – Ethernet желісіндегі компьютердің деректер алмасу бірлігі. Кадрдың нақты форматы бар және деректер өрісімен қатар жіберуші мен қабылдаушының адрестері сияқты әртүрлі қызметші ақпаратты сақтайды. Ethernet желісінде кадр бөлінген деректердің беріліс ортасына түскен кезден бастап барлық желілік адаптерлер бір мезетте ол кадрды қабылдауға кіріседі. Барлығы кадрдің бастапқы өрістерінің бірінде орналасқан тағайындалған адресті талдайды, егер ол адрес өз адрестерімен дәл келсе, онда кадр желілік адаптердің ішкі буферіне жайғастырылады. Сонымен, компьютер –адресан өзіне арналған деректерді алады.

Кейбір кезде желідегі екі немесе одан да көп компьютер бір мезгілде желіні бос деп ойлап, деректерді жіберуді бастайтын жағдайлар болады. Мұндай жағдайды коллизия деп атайды, ол деректердің дұрыс жіберілуіне кедергі жасайды. Ethernet стандартында коллизияларды тауып дұрыс өңдеу алгоритмі қарастырылған. Коллизияның пайда болу ықтималдығы желілік трафиктің қарқындылығына байланысты.

Коллизияны тапқаннан кеін, өз кадрларын жіберіге тырысқан желілік адаптерлер белілісті тоқтатып, кездейсоқ үзілестен соң берілісті қайтадан қалпына келтіреді, коллизияны тудырған кадрды қайталап жібереді.

Ethernet желісі кабельдер мен топологоялардың әртүрін пайдаланады. Ethernet желісінің төрт түрлі топологиясын қарастырамыз.

1. 1990 жылы 10BaseТ шиыршықталған жұбы негізінде Ethernet желісін құруға арналған 802.3 спецификациясы жарияланды ( 10-беріліс жылдамдығы 10Мбит/с, Base –таржолақты, Т-шиыршықталған жұп). Осындай типт көптеген желілер жұлдызшаның негізінде құрылады, бірақ сигналдарды жіберу жүйесі бойынша шинаға ұқсас келеді. Әдетте желінің концентраторы 10BaseТ көппортты репитер сияқты қызмет атқарады. Әрбір компьютер кабельдің концентратор қосылған ұшына бекиді және сымның екі жұбын пайдаланады: біреуі –қабылдау үшін, екіншісі –жіберу үшін. 10BaseТ сегментінің максималды ұзындығы -100м. Кабельдің минималды ұзындығы -2,5м. 10BaseТ ЖЕЖ 1024 компьютерге қызмет көрсете алады.

2. 10Base2 (10 –беріліс жылдамдығы 10Мбит/с, Base –таржолақты, 2-100метрден екі есе артық қашықтыққа беріліс). Бұл типті желі жіңішке коаксиал кабелге негізделген, минималды ұзындығы 0,5м. Компьютердің максималды саңы 30. желі ең көп дегенде төрт репитермен қосылған кабельдің бес сегментінен түруі мүмкін, бірақ тек үш сегментке ғана жұмыс станцияларын қосуға болады. Сонымен екі сегмент репитерге арналады, оларды репитор аралық байланыстар деп атайды. Мұндай конфигурация 5-4-3 ережесімен белгілі.

3. 10Base5 (10 –беріліс жылдамдығы 10Мбит/с, Base –таржолақты, 5-әрқайсысы 500метрден бес сегмент) бұл стандартты Ethernet. Желілер жуан коаксиал кабель негізінде көбінесе «шина» топологиясын қолданады. Жуан Ethernet магистральды сегментте 100 түінге дейін қолдай алады. Магистральды сегмент –жұмыс станциялары мен репитерлар қосылған трансиверді біріктіретін бас кабель.

4. 100BaseХ (100 –беріліс жылдамдығы 100Мбит/с, Base –таржолақты, Х-кеңейтілуі) –қазіргі бар Ethernet стандартының кеңейтілуі. UTP-ның 5-категориясының негізінде құрылған, ену әдісі - CSMA/CD және барлық кабельдер концентраторға қосылған «жұлдызша -шина» топологиясын пайдаланады.

Бақылау сұрақтары:

1. Ethernet желісінің негізгі сипаттамалары?

2. Желілік технология дегеніміз не?

3. Ethernet желісінің төрт түрлі топологиясының сиппатамасы?

Қолданылған әдебиеттер:

10. К.С. Дүйсебекова, Ш.А. Жомартова «Есептеу желілерінің негіздері»

11. Котус, И. Влейник - Интерфейс «человек-компьютер», 1996.

12. Ханенко В.И. - «Информационные системы» - Л: Машиностроение, 199S.