Razdel_5

специального программного обеспечения – сервера, устанавливаемого на одном из компьютеров и предназначенного для обслуживания запросов, поступающих от других компьютеров сетиклиентов.

Руководит работой сети на основе выделенного сервера администратор, который регистрирует пользователей сети, назначает им права доступа к сетевым ресурсам, отвечает за проведение грамотной политики безопасности сети, а также решает многие другие вопросы, необходимые для нормального функционирования сети. Количество компьютеров в сети на основе выделенного сервера может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен и больше.

На практике при решении вопроса о доступе к различным ресурсам ЛВС на основе выделенного сервера очень часто реализуется комбинированный подход, при котором общие сетевые ресурсы находятся в ведении администратора, а ресурсами

5.3. Базовая модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection)

В общем случае передача сообщений в любых сетях реализуется на основе модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель была разработана в 1984 г. Международной организацией по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization). В соответствии с принятой терминологией открытыми системами называют любые устройства, принимающие участие в обмене сообщениями и реализованные на основе общепринятых международных стандартов. Соблюдение указанных стандартов является необходимым условием для того, чтобы эти устройства могли "понимать" друг друга

Эталонная модель OSI делит общую проблему передачи сообщений между компьютерами через среду сети на семь менее крупных составных частей. Такая структуризация позволяет упростить решение каждой из составных частей и, следовательно, упростить до определенного уровня проблему передачи сообщений. Каждая из семи составных частей проблемы решается с помощью одного из уровней модели (рис.5.1).

Прикладной уровень

Уровень представления

Сеансовый уровень

Транспортный уровень

Сетевой уровень

Канальный уровень

Физический уровень

Рисунок 5.1 Модель OSI

Два самых низших уровня модели OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением. Кроме того, первые 3 уровня являются сетезависимыми. То есть их программная и аппаратная (для уровней 1 и 2) реализация зависит от конкретных характеристик сети. Остальные 4 уровня являются сетенезависимыми.

Модель OSI описывает, каким образом сообщение проделывает путь через физический канал сети от одной прикладной программы (например, программы моделирования радиоэлектронных устройств) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере. Т.к. сообщение, которое должно быть отослано,

2

проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения оно утрачивает привычную для человека форму представления и все больше приобретает ту форму, которую понимают компьютеры, а точнее протоколы, определяющие правила обработки сообщений на передающей и приемной сторонах.

Уровень 1 расположен в основании модели и выполняет наиболее простые функции. Как правило, по мере увеличения номера уровня усложняются его функции.

После того, как стали понятными основные особенности принципа деления на уровни модели OSI, можно приступить к обсуждению каждого отдельного уровня и его функций. Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связь могла состояться.

Физический уровень

В функции физического уровня входит согласование таких характеристик, как типы используемых сигналов и скорость их передачи, уровни напряжений сигналов, типы разъемов и другие аналогичные характеристики.

Канальный уровень

Канальный уровень решает вопросы:

-формирования кадров, включающих блоки данных пользователя, которые требуется передать по сети, и необходимую для их передачи служебную информацию,

-проверки правильности передачи кадров,

-передачи подтверждений на правильно переданные кадры,

-отправки запросов на повторную передачу кадров, искаженных в процессе доставки,

-управления доступом к среде передачи данных и ряд других важных вопросов.

Сетевой уровень

Сетевой уровень обеспечивает возможность передачи сообщений между двумя конечными системами, подключенными к разным сетям. Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное расстояние и множество сетей, протоколы маршрутизации, находящиеся на сетевом уровне, отвечают за выбор оптимального маршрута через последовательность соединенных между собой сетей.

Транспортный уровень

В протоколах сетевого уровня, отвечающих за доставку сообщений между конечными системами, обменивающимися сообщениями, не предусмотрено никаких механизмов, обеспечивающих надежную доставку. Эту функцию берут на себя протоколы транспортного уровня. Для обеспечения надежной доставки сообщений, транспортный уровень предусматривает механизмы для установления, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).

Сеансовый уровень

Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами вышележащего уровня и управляет обменом информации между ними.

3

Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от характеристик концентратора. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Топология "Кольцо"

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой последовательно, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Маршрут, по которому осуществляется передача сообщений, замыкается в кольцо.

Рисунок 5.3. Кольцевая топология

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, если не предпринять специальных мер, вся сеть может оказаться неработоспособной.

5

один из портов (входов/выходов), передается одновременно на все остальные порты. Активный концентратор в отличие от пассивного осуществляет восстановление первоначального уровня сигнала и его формы. Эта процедура носит название регенерации сигнала.

Рисунок 5.5. Иерархическая топология

Внешний вид концентратора показан на рис. 5.6. В зависимости от фирмы производителя и модели, его вид может изменяться.

Рисунок 5.6. Концентратор ЛВС

Подключение к портам концентратора, показанного на рис.5.6, осуществляется с помощью 8-контактного разъема RJ-45, используемого с кабелем "витая пара" (рис.5.7).

Рисунок 5.7. Разъем RJ-45

7

Для того, чтобы компьютер мог передавать и принимать сообщения из сети, он должен иметь специальную плату – сетевой адаптер (синоним – сетевая карта). Эта плата устанавливается в слот расширения материнской платы компьютера. Ее типичный вид показан на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8. Сетевая карта

Если в качестве среды передачи ЛВС используется коаксиальный кабель, то для его подключения к сетевой карте применяются тройниковые соединители (T-connectors) (рис. 5.9).

Рисунок 5.9. Тройниковый соединитель для коаксиального кабеля

5.5. ЛВС стандарта Ethernet

Сети стандарта Ethernet используют топологию "общая шина". В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense- multiple-access with collision detection, CSMA/CD). Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения – это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiple-access,MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер для дальнейшей обработки. При описанном подходе возможна ситуация, когда две или более станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис. 5.10). Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель

8

(то есть принимает и анализирует распространяющиеся в нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции практически одновременно (с учетом конечного времени распространения сигнала в кабеле) могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как сигналы обоих кадров накладываются друг на друга в общем кабеле, что приводит к их искажению. При этом ни один из сигналов, участвующих в коллизии, не будет принят правильно.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Из описания метода доступа видно, что он носит случайный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров. При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается часто справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet'ом растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.

Метод CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

•Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

•При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

•После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.

9