Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

Рис. 13.4. Пакет Х.25. Данные DTE (ООД):

Q – бит идентификации пакета; D – бит подтверждения доставки; P(R) – порядковый номер приема; P(S) – порядковый номер передачи; M – бит конца передачи: 0 – дальше пойдут данные, 1 – последний пакет

–дейтаграммное имеет пакет с адресами получателя и отправителя, который проходит через сеть от отправителя до получателя по своему произвольному маршруту и, путешествуя от узла к узлу, доходит до получателя;

–виртуальное представляет собой несколько последовательно соединенных логических каналов. Логический канал обеспечивается путем мультиплексирования физической линии, соединяющей пакетное ООД с центром коммутации пакетов (ЦКП) или два ЦКП между собой.

На рис. 13.4 приведен в качестве примера формат пакета Х.25 транспортирующего информацию через установленное ранее виртуальное соединение. В каждом физическом соединении возможна организация 16 × 256 = 4096 логических каналов, где 16 – количество групп логических каналов и 256 – число логических каналов в группе.

Номер группы логического канала и номер логического канала

вгруппе представляют собой идентификатор логического канала.

Вполе «данные пользователя» передаются блоки протокола транспортного уровня.

Порядок установления виртуального соединения:

1.От источника передается пакет «Запрос соединения». Этот запрос проходит через всю сеть, на любом участке сети может быть использован любой логический канал из возможных 4096. Когда этот пакет придет к получателю, то этот путь будет зафиксирован, т.е. будет записано в ЦКП, что определенные логические каналы закреплены за данным виртуальным соединением, следовательно, они другому виртуальному соединению присвоены не будут.

2.Затем по этой трассе будут передаваться пакеты «Данные ООД».

3. После окончания процедуры обмена данными через этот же виртуальный канал посылается «Запрос разъединения». После того как этот пакет пройдет через сеть, виртуальный канал прекращает свое существование.

Для облегчения передачи информации через сеть ПД с Х.25 от неинтеллектуальных терминалов (асинхронных телеграфных аппаратов

ит. д.) применяются средства сборки-разборки пакетов (СРП или РАD

–packet assembled disassembled).

Работа средств сборки-разборки пакетов описывается в стандартах:

Х.3 – средство сборки/разборки пакетов (СРП) в сети данных общего пользования;

Х.28 – стык ООД/АКД для стартстопного – оконечного оборудования данных, имеющего доступ к средству сборки-разборки пакетов (СРП) в сети данных общего пользования в пределах одной страны;

Х.29 – процедуры обмена управляющей информацией и данными пользователя между средствами сборки-разборки пакетов (СРП) и пакетным ООД или другим СРП.

Для пользователей, которые работают в двух различных сетях с коммутацией пакетов по Х.25 взаимодействие для совместного использования ресурсов и обмена данными осуществляется с использованием протокола Х.75. Протокол Х.75 подобен Х.25, имеет те же свойства, логические каналы, коммутируемые виртуальные каналы, некоторые управляющие пакеты аналогичны Х.25. Стандарт Х.75 размещается над Х.25 в сетевом уровне и содержит уровни:

1) физический; 2) канала связи; 3) сетевой.

Протоколы транспортного уровня. Сетевой уровень предостав-

ляет услуги транспортному, который требует от пользователей запроса на качество обслуживания сетью.

После получения от пользователя запроса на качество обслуживания транспортный уровень выбирает класс протокола, который обеспечивает требуемое качество обслуживания.

Качество обслуживания сети зависит от ее типа, доступного конечному пользователю, а также от транспортного уровня.

МСЭ-Т, ISO, ЕСМА определяют три типа сетей:

а) сети, обеспечивающие приемлемые уровни ошибок и сигнализации об ошибках (приемлемое качество);

б) сети, обеспечивающие приемлемый уровень ошибок и неприемлемо слабую сигнализацию об ошибках;

в) сетевые соединения, представляющие неприемлемый уровень ошибок для пользователя (ненадежные сети).

При существовании разных типов сетей транспортный уровень позволяет установить следующие параметры качества обслуживания:

1)пропускная способность;

2)надежность сети;

3)задержка передачи информации через сеть;

4)приоритеты;

5)защита от ошибок;

6)мультиплексирование;

7)управление потоком;

8)обнаружение ошибок;

Транспортный уровень отвечает за выбор соответствующего протокола, обеспечивающего требуемое качество обслуживания на сети [6].

Примером протоколов транспортного уровня могут служить протокол МСЭ-Т (МККТТ) Х.224 – «Спецификация протокола транспортного уровня взаимосвязи открытых систем для применения МККТТ» [13] и стандарт ISO 8073 «Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Спецификация протоколов транспортного уровня».

Протоколы верхних уровней. К верхним уровням относят протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней.

Сеансовый уровень. Здесь производится организация способов взаимодействия между прикладными процессами пользователей, т.е. управление взаимодействием между открытыми системами. В качестве примеров протоколов сеансового уровня можно рассматривать стандарт Х.225 – «Спецификация протокола сеансового уровня взаимосвязи открытых систем для применений МККТТ» [14], разработанный МСЭ-Т и стандарт ISO 8327 «Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базовая спецификация протокола сеансового уровня, ориентированная на соединение».

Представительный уровень. Определяет синтаксис передаваемой информации, т.е. набор знаков и способы их представления, которые являются понятными для всех взаимодействующих систем. Это процесс согласования различных кодов, согласно ему взаимодействующие системы договариваются о той форме, в которой будет передаваться информация. Примером протоколов представительного уровня являются: Х.226 «Спецификация протокола уровня представления взаимосвязи открытых систем для применения МККТТ» [15] и стандарт ISO 8823 «Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Спецификация протоколов уровня представления в режиме управления соединением».

Прикладной уровень. Определяет семантику, т.е. смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы. Примером стандарта прикладного уровня может служить стандарт МСЭ-Т Х.400.

Особенности стандартизации протоколов для локальных се-

тей. Особенностью стандартов, разрабатываемых для локальных се-

Рис. 13.5. Архитектура нижних уровней локальный сетей в сопоставлении с архитектурой эталонной модели взаимодействия открытых систем:

LLC (Logical link control) – подуровень управления логическим каналом; MAC (Medium access control) – подуровень управления доступом к среде передачи; PHY (Physical) – физический уровень; MS (Management station) – уровень управления станцией

тей, является предложенная комитетом IEEE-802 [17] архитектура нижних уровней локальных вычислительных сетей (см. рис. 13.5)

всопоставлении с уровнями эталонной модели взаимодействия открытых систем [18]. Эта особенность заключается в том, что канальному уровню модели ISO соответствуют два подуровня модели IEEE802, а именно: MAC, определяющий метод доступа к среде передачи и LLC [21], обеспечивающий управление логическим каналом. Реализация уровней выше второго принципиальных отличий не имеет, будь то локальные сети или глобальные.

Сопоставительный анализ протокольных стеков. Существую-

щие сетевые архитектуры, будь то стандарты, разработанные международными комитетами, или наборы протоколов, созданные фирма- ми-производителями оборудования для компьютерных сетей, отличаются друг от друга и имеют свою область применения.

Одним из существенных критериев, используемых для сопоставительного анализа, можно считать охват сетью определенной территории. Деление сетей по этому признаку предполагает сети трех типов: глобальные, региональные и локальные. Часто используемый термин корпоративные сети можно отнести к глобальным или к локальным

взависимости от их размеров.

Реально существующие наборы протоколов сетевых архитектур (протокольные стеки) можно разбить на две группы: для глобальных и для локальных сетей. В табл. 13.1 представлены сетевые архитектуры глобальных сетей общего пользования [16].

Т а б л и ц а 13.2. Сетевая архитектура на примере протоколов

фирмы Novell

включающего драйверы для различных типов локальных сетей, на-

пример, Ethernet, Token Ring и др.

Протоколы, расположенные над OLI, в случае стека протоколов фирмы NOVELL выполняют следующие функции:

–сетевой уровень IPX (Internal Packet Exchange) так же, как и IP обес-

печивает дейтаграммный обмен пакетами, но отличается от IP тем, что использует для адресации адреса сетевых контроллеров;

–транспортный уровень SPX (Sequenced Packet Exchange) гаран-

тирует правильность передачи пакетов;

–протокол NCP (NetWare Core Protocol) охватывает функции протоколов верхних уровней.

Протокольный стек NOVELL заменяется на набор протоколов TCP/IP путем перезагрузки программ без каких-либо изменений в аппаратных средствах сети. После перезагрузки сеть будет работать

сиспользованием протоколов TCP/IP.

13.4. Сетевые операционные системы

Системные программные средства, управляющие процессами в компьютерных сетях, объединенные общей архитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов, называются сетевыми операционными системами. Они предназначены для эффективного решения задач распределенной обработки данных, т.е. обработки данных не на отдельном локальном компьютере, а на нескольких объединенных сетью, причем часто бывает неважно – локальной или глобальной.

Сетевые операционные системы ограничены областью своего действия. Сетевые супервизоры (управляющие программы) поддерживают работу одной или нескольких взаимодействующих локальных сетей. Если взаимодействуют несколько сетей (организована интер-

в шлюзах и мостах, связывающих эти сети, а все сетевые объекты (рабочие станции, серверы), принадлежащие разным сетям, подчиняются общему адресному пространству.

Сетевые операционные системы, поддерживая распределенное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен данными между процессорами, доступ пользователей к общим ресурсам и другие функции, выполняют важные системные требования к распределенной системе как к целостной и многопользовательской.

Требования к сетевым операционным системам. Различают следующие системные требования:

1.Единая системная архитектура.

2.Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности.

3.Высокоуровневая и высоконадежная файловая система.

Единая системная архитектура. Понятие «системная архитекту-

ра» охватывает следующие вопросы:

–распределение функций между узлами сети;

–принципы построения коммуникационных протоколов;

–методы выполнения отдаленных операций типа «клиент – сервер»;

–структуру сетевой файловой системы;

–уровни прозрачности доступа к сети;

–принципы защиты данных;

–свойства общесетевого адресного пространства. Примером может служить адресация в Internet.

Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности. Сете-

вая операционная система должна обеспечивать для пользователей доступ к многообразным сетевым ресурсам независимо от степени распределенности, неоднородности и мобильности данных, программ

иустройств. Высокий уровень прозрачности означает, что обеспечиваются прозрачность доступа, прозрачность имен, прозрачность физических устройств и сетевой среды и т.д. Сетевая операционная система изолирует от пользователя все различия, особенности и физические параметры привязки процессов к обрабатываемым сетевым ресурсам. Например, пользователь может обратиться к процессу печати определенных данных, называя их уникальными составными именами, но совершенно не заботится о том, где практически находятся эти данные, и на каком физическом принтере они будут распечатаны.

Высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Фай-

ловая система, поддерживаемая сетевой операционной системой и входящая в ее состав, должна эффективно организовать хранение информации общего пользования и обеспечивать одновременный доступ к ней многих пользователей. Высокоуровневость означает, что доступ обеспечивается как к локальным файлам (расположен-

ным на рабочих станциях), так и к удаленным (на серверах) на различных уровнях (справочник файлов; файл; именованный блок; сегмент файла).

В сетевом режиме должны поддерживаться разнообразные операции с файлами (читать, писать, удалять, модифицировать). Протокол удаленного доступа и управления файлами должен обеспечивать все необходимые сетевые функции создания, обработки, пересылки и защиты файла.

Файловая система – центральный элемент сетевой операционной системы, определяющий производительность и надежность всей распределенной системы в целом [9].

Примеры сетевых операционных систем. Рассмотрим несколь-

ко наиболее распространенных сетевых операционных систем. До недавнего времени наиболее широко использовались операционные системы фирмы Novell, различные версии операционной системы Netware. Все они делятся на две группы – одноранговые и операционные системы с выделенными серверами.

Кодноранговым можно отнести NetWare Lite и Personal NetWare,

ако второй группе – версии NetWare 2.2, NetWare 3.12 и NetWare 4.0.

Разница состоит в том, что в одноранговых сетях каждая станция может выполнять как функции сервера, так и рабочей станции, а в сетях

свыделенными серверами роли расписаны более жестко: рабочие станции не разделяют свои ресурсы – это возможно только для серверов. Файлы, предназначенные для многих пользователей, хранятся на сервере. Винчестер на выделенном сервере форматируется специальным образом, что повышает надежность и сохранность информации.

В основном все версии операционных систем фирмы Novell, включая версию 4.0, предполагают использование серверов в режиме файл-сервер, т. е. для хранения и предоставления (разделения) между рабочими станциями файлов. Отличной можно считать лишь операционную систему UnixWare, сервер которой может выполнять прикладные задачи пользователей.

Следующий тип сетевой операционной системы – это OS/2, работу над которой в 1985 г. начали совместно фирмы IBM и Microsoft. После 1991 г. совместные работы были прекращены (начиная с 1993 г. Microsoft стала выпускать собственную операционную систему Windows NT). В настоящее время IBM выпустила несколько версий OS/2 [8].

Фирма Microsoft выпустила две версии операционной системы Windows NT 3.51 и 4.0. Программные продукты предлагаются в виде двух наборов: Microsoft BackOffice (последняя версия 2.5) с сервер-

ными продуктами и Microsoft Office (последняя версия Microsoft Office 97) с продуктами, устанавливаемыми на рабочие станции локальной сети. В состав BackOffice входят:

1)Microsoft NT server 4.0;

2)Microsoft SQL server 6.5 – программа, представляющая из себя сетевую систему управления базами данных (СУБД);

3)Microsoft Exchange server – программа, обеспечивающая обмен почтовой информацией в сетях Microsoft;

4)Microsoft SMS server – программное обеспечение для сетевого администрирования;

5)Microsoft SNA server – программное обеспечение шлюза с суперЭВМ.

Всостав Microsoft Office 97 входит набор прикладного программного обеспечения, предназначенного для автоматизации делопроизводства:

1)система управления базами данных ACCESS;

2)электронные таблицы EXCEL;

3)текстовой редактор WORD и другие полезные программные средства, обеспечивающие прозрачный перенос информации между каждым из перечисленных приложений.

Центральное место среди сетевых операционных систем занимает UNIX – это многопользовательская, многозадачная операционная система. Компьютер, работающий, под управлением UNIX, может решать одновременно несколько задач, которые принадлежат разным пользователям [23]. Управление этими задачами производится с различных терминалов, присоединенных к UNIX-серверу. Разработка этой операционной системы началась с 1969 г. в компании Bell Laboratories.

Внастоящее время существует великое множество вариантов этой операционной системы, разработанной различными фирмами – производителями программных продуктов. Среди них можно выделить следующие:

1)IBM с операционной системой AIX (последняя версия 4.3);

2)Santa Cruz Operation (SCO) – OpenServer Enterprise System Release 5;

3)Hewlett-Packard – операционная система HP-UX;

4)Digital Equipment Corporation – операционная система OSF;

5)свободно распространяемая UNIX – подобная операционная система Linux и т. д.

Как правило, перед началом работы с сетевой операционной системой необходимо произвести процедуру присоединения к серверу (регистрации – login), при которой пользователь должен указать имя своей машины и свой пользовательский пароль. Только после этого ему будет предоставлена возможность пользоваться теми сетевыми ресурсами, которые назначаются системным администратором. В качестве таких ресурсов можно указать права на чтение или запись информации в определенные файлы и каталоги файловой системы сервера либо возможность запуска на выполнение тех или иных задач.

Благодаря использованию тех или иных протокольных стеков в различных сетевых операционных системах поддерживается обмен информацией между компьютерами, включенными в сеть. Например, для сетей фирмы Novell применяется набор протоколов IPX/SPX, для сетей Microsoft – NetBEUI (IPX/SPX и TCP/IP), для UNIX – протоколы

TCP/IP. На базе компьютеров с операционной системой UNIX, использующих протокольный стек TCP/IP, построена всемирная компьютерная сеть Internet. Применение технологий Internet внутри учрежденческих (корпоративных) сетей называется intranet.

13.5. Локальные компьютерные сети

Аппаратные средства локальных компьютерных сетей. Локаль-

ная компьютерная сеть – это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или группы зданий один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, подключенных устройствами для кратковременного монопольного использования.

Высокоскоростной канал – это канал, скорость передачи информации в котором значительно выше, чем у устройств, включенных в локальную компьютерную сеть. К локальной компьютерной сети могут подключаться следующие устройства: ЭВМ (персональные компьютеры), терминалы, сетевые устройства внешней памяти, сетевые печатающие устройства, графопостроители, фотокопировальные устройства, контрольное и управляющее оборудование, телефоны, телекамеры и мониторы, шлюзы и мосты, т.е. переходные устройства к другим сетям.

Классификация локальных компьютерных сетей. Сети можно классифицировать по назначению.

1.Сети терминального обслуживания. В эти сети включаются ЭВМ

ипериферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается.

2.Сети, на базе которых построены системы управления производством и учрежденческой деятельностью. Они объединяются группой стандартов МАР/ТОР. В МАР описываются стандарты, используемые в промышленности. ТОР описывают стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

3.Сети, которые объединяют системы автоматизации проектирования. Рабочие станции таких сетей базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например, фирмы Sun Microsystems.

4.Сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

По классификационному признаку структура сети локальные компьютерные сети делятся на кольцевые, шинные, звездообразные,