Компьютерные_сети_Лекции

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей.

1.2. Объединение технологий локальных и глобальных компьютерных сетей

В конце 80-х годов отличия между локальными и глобальными компьютерными сетями проявлялись наиболее отчетливо. К основным отличиям можно отнести.

Протяженность и качество линий связи. Локальные компьютерные сети по определению отличаются от глобальных сетей небольшими расстояниями между узлами сети. Это позволяет использовать в локальных сетях более качественные линии связи.

Сложность методов передачи данных. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуется более сложные, по сравнению с локальными сетями, методы передачи данных и соответствующее оборудование.

Скорость обмена данными в локальных сетях (10, 16 и 100 Мбит/с)

тогда была существенно выше, чем в глобальных (от 2,4 Кбит/с до 2

Мбит/с).

Разнообразие предоставляемых сервисов. Высокие скорости обмена данными позволили предоставлять в локальных сетях широкий спектр услуг – это разнообразные механизмы использования файла, хранящихся на дисках других компьютеров сети, совместное использование устройств печати, модемов, факсов и др. В глобальных сетях ограничивались услугами электронной почты и обмена файлами.

Постепенно различия между локальными и глобальными сетевыми технологиями стали сглаживаться. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привели к применению технологий локальных сетей в глобальных сетях и наоборот.

11

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

Сближение в методах передачи данных происходит на основе методов цифровой передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи. Эти линии связи используются практически во всех технологиях локальных сетей для скоростного обмена данными на расстояниях свыше

100 метров. На волоконно-оптических линиях связи построены современные первичные телекоммуникационных сети, которые предоставляют цифровые каналы для объединения оборудования глобальных компьютерных сетей.

Начиная с 90-х годов компьютерные глобальные сети, работающие на основе скоростных цифровых каналов, существенно расширили спектр предоставляемых услуг. Стало возможным создание служб, работа которых связана с доставкой пользователю больших объемов информации в режиме реального времени – изображений, видеофильмов, голоса, всего того, что получило название мультимедийной информации.

Еще одним признаком сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. К ним относятся городские сети, или

сети мегаполисов (Metropolitan Area Network, MAN), предназначенные для обслуживания территории крупного города.

Эти сети используют волоконно-оптические линии связи со скоростями передачи данных от 155 Мбит/с и выше. Они обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети. Сети MAN первоначально были разработаны только для передачи данных, но сейчас перечень предоставляемых ими услуг расширился. В частности они поддерживают видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста.

1.3.Предпосылки появления мультисервисных сетей

Внастоящее время усиливается тенденция сближения технологий

компьютерных и телекоммуникационных сетей разных видов.

12

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

Предпринимаются попытки создания универсальной мультисервисной сети, способной предоставлять услуги как компьютерных, так и телекоммуникационных сетей.

К телекоммуникационным сетям относятся телефонные сети,

радиосети и телевизионные сети. Главное, что объединяет их с компьютерными сетями, - то, что в качестве ресурса, предоставляемого клиентам выступает информация. Однако имеется некоторая специфика,

касающаяся вида предоставляемой информации. Так, изначально компьютерные сети разрабатывались для передачи алфавитно-цифровой информации, в то время как телекоммуникационные сети создавались для передачи голосовой информации и изображения.

Первая и не очень успешная попытка создания мультисервисной сети, способной предоставлять услуги телефонии и передачи данных,

привела к появлению технологии цифровых сетей с интегрированным обслуживанием (Integrated Services Digital Network, ISDN). Однако на практике ISDN предоставляет сегодня в основном телефонные услуги, а на роль глобальной мультисервисной сети нового поколения претендует Интернет.

Технологическое сближение сетей происходит на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг.

Пакетные методы коммутации постепенно вытесняют традиционные для телефонных сетей методы коммутации каналов даже при передаче голоса. У этой тенденции есть достаточно очевидная причина – на основании метода коммутации пакетов можно более эффективно использовать пропускную способность каналов связи и коммутационного оборудования. Например, паузы в телефонном разговоре могут составлять до 40% общего времени соединения, однако только пакетная коммутация позволяет во время пауз использовать освободившуюся пропускную

13

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

способность канала для передачи трафика других абонентов.

Компьютерные сети тоже многое позаимствовали у телефонных и телевизионных сетей. В частности, они применяют методы обеспечения отказоустойчивости телефонных сетей.

Сегодня становится очевидным, что мультисервисная сеть нового поколения не может быть создана на основе какой-нибудь одной технологии или одного подхода. Она появится только в процессе конвергенции технологий, когда от каждой технологии будет взято все самое лучшее.

Выводы

Компьютерные сети стали логическим результатом эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны,

они являются частным случаем распределенных компьютерных систем, а с другой – могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Классифицируют сети по территориальному признаку, различают глобальные (WAN), городские (MAN) и локальные (LAN) сети.

Важнейший этап в развитии компьютерных сетей – появление стандартных сетевых технологий (например, Ethernet), позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

Вопросы и задания

1.Что было унаследовано компьютерными сетями от вычислительной техники, а что от телефонных сетей?

2.Какие свойства многотерминальной системы отличают ее от компьютерной сети?

3.Что такое ARPANET?

14

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

4.По каким направлениям идет сближение компьютерных и телекоммуникационных сетей?

5.Поясните термин «мультисервисная сеть».

6.Поясните, почему сети WAN появились раньше, чем сети LAN.

7.Считаете ли вы, что история компьютерных сетей может быть сведена к истории Интернет? Обоснуйте свое мнение.

15

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

2.Общие принципы построения компьютерных сетей.

Влекции рассматриваются фундаментальные понятия сетевых

технологий – коммутация и маршрутизация, мультиплексирование и разделение передающей среды. Будет рассмотрен также общий подход,

который применяется при адресации узлов сети и выборе топологии.

2.1. Взаимодействие двух компьютеров.

Главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение вычислительных ресурсов. Пользователи соединенных компьютеров или приложения, выполняемые на этих компьютерах, получали автоматический доступ к разнообразным ресурсам всех компьютеров сети.

К таким ресурсам можно отнести:

– периферийные устройства (диски, принтеры, плоттеры, сканеры и

т.д.);

–данные, хранящиеся в оперативной памяти или на внешних запоминающих устройствах;

–запуск программ на удаленных компьютерах.

Рассмотрим простейшую сеть, состоящую из двух компьютеров, к

одному из которых подключен принтер (рис. 2.1)

Рис. 2.1 – Соединение двух компьютеров и принтера в простейшую сеть.

Для связи устройств сети между собой нужно предусмотреть внешние интерфейсы.

16

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

В вычислительной технике интерфейсом называют систему унифицированных связей и сигналов, с помощью которых устройства вычислительного комплекса взаимодействуют друг с другом.

Принято разделять интерфейс на физический и логический.

Физический интерфейс (порт) – определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Обычно он представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное назначение. Пара разъемов соединяется кабелем, провода которого соединяют соответствующие контакты. В таких случаях говорят о создании линии или канала связи между двумя устройствами.

Логический интерфейс (протокол) – это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.

В компьютерных сетях можно выделить два типа интерфейсов: «компьютер – компьютер», «компьютер – периферийное устройство».

Интерфейс «компьютер – компьютер» реализуется парой элементов:

–аппаратным модулем, называемым сетевым адаптером или сетевой интерфейсной картой;

–драйвером сетевой интерфейсной карты – специальной программой, управляющей работой сетевой интерфейсной карты.

Интерфейс «компьютер – периферийное устройство» реализуется:

–со стороны компьютера – интерфейсной картой и драйвером периферийного устройства (ПУ);

–со стороны ПУ – контроллером ПУ, который представляет собой микропроцессорное устройство, принимающее от компьютера как данные так и команды управления.

17

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

2.1.1. Связь компьютера с периферийным устройством.

Рассмотрим, как управляет принтером приложение, выполняемое на компьютере Б. Пусть какому-то приложению П1 понадобилось вывести на печать некоторые данные.

1. Приложение П1 обращается с запросом на выполнение операций ввода-вывода к операционной системе (ОС). В запросе указываются адрес данных, которые необходимо напечатать, и код ПУ на которое необходимо вывести эти данные.

2.Получив запрос, ОС запускает программу – драйвер ПУ. С этого момента все дальнейшие действия по выполнению операции ввода-вывода реализуются только драйвером ПУ и работающей под его управлением интерфейсной картой ПУ без участия приложения П1 и ОС.

3.Драйвер ПУ загружает в определенной последовательности коды команд управления ПУ и данные из буфера оперативной памяти компьютера (ОП) в буфер интерфейсной карты ПУ, которая побайтно

передает их контроллеру ПУ. 4. Получив очередной байт, контроллер ПУ интерпретирует его и

запускает заданную операцию ПУ. Закончив обработку всех команд и данных, драйвер ПУ сообщает ОС о выполнении запроса, а та, в свою очередь, сигнализирует об этом событии приложению П1.

2.1.2. Обмен данными между двумя компьютерами

Приложение П1 компьютера А и приложение П2 компьютера Б (см.

рис. 2.1) управляют процессом передачи данных путем обмена сообщениями. Чтобы приложения могли понимать информацию, которой они обмениваются между собой, необходимо определить форматы и последовательность этих сообщений. Например, можно определить, что:

любая операция обмена данными начинается передачи сообщения,

запрашивающего информацию о готовности приложения П2; в следующем сообщении идет идентификация компьютера и пользователя, сделавшего

18

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

запрос; что признаком срочного завершения операции обмена данными является переделенная кодовая комбинация и т.п. Тем самым определяется протокол взаимодействия приложений для выполнения операций данного типа.

На стороне компьютера А приложение П1, следуя логике протокола, размещает в буфере ОП собственное очередное сообщение или данные и обращается к ОС с запросом на выполнение операции обмена данными между компьютерами. ОС запускает соответствующий драйвер сетевой карты (СК1), который загружает серию байтов из буфера ОП в буфер СК1, после чего инициирует работу СК1. СК1 последовательно передает биты в линию связи, дополняя каждый новый байт стартовым и стоповым битами.

На стороне компьютера Б сетевая карта СК2 принимает биты,

поступающие со стороны внешнего интерфейса, и помещает их в собственный буфер. После того как получен стоповый бит, СК2

устанавливает признак завершения приема байта и выполняет проверку корректности приема путем контроля бита четности. Факт корректного приема байта фиксируется драйвером СК2. Драйвер переписывает принятый байт из буфера СК2 в заранее зарезервированный буфер ОП компьютера Б. Приложение П2 извлекает данные из буфера и интерпретирует их в соответствии со своим протоколом либо как сообщение, либо как данные. Если согласно протоколу приложение П2

должно передать ответ приложению П1, то выполняется симметричная процедура.

Таким образом, связав электрически и информационно два автономных компьютера, мы получили простейшую компьютерную сеть.

2.2. Сетевое программное обеспечение

Сетевое программное обеспечение состоит из сетевых служб,

сетевой ОС и сетевых приложений.

19

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. ЛЕКЦИИ

2.2.1. Сетевые службы и сервисы

Потребности в доступе к удаленному ПУ (например, принтеру)

может возникнуть у пользователей самых разных приложений: текстового редактора, графического редактора системы управления базой данных

(СУБД). Очевидно, что дублирование в каждом из приложений общих функций для удаленной печати является избыточным. Эти функции исключаются из приложений и оформляются в виде пары специализированных программных модулей – клиента и сервера печати

(рис. 2.2).

Рис. 2.2 – Совместное использование принтера с помощью сетевой службы

печати.

Термины «клиент» и «сервер» – чрезвычайно многозначны. В общем случае их можно определить следующим образом.

Клиент – это программный модуль, предназначенный для формирования и передачи сообщений-запросов к ресурсам удаленного компьютера от различных приложений, приема результатов из сети и передачи их соответствующему приложению.

Сервер – это программный модуль, который постоянно ожидает запросов от клиентов. Приняв запрос, сервер пытается его обслужить, как

20