Лабораторная работа № 3. Основные проблемы построения сетей эвм

1. Цель работы: знать особенности базовых сетевых технологий локальных вычислительных сетей, топологию электрических связей, типы адресации, логическую структуру сети, методы доступа к разделяемой среде передачи данных, уметь определять некоторые качественные параметры функционирования локальной вычислительной сети.

2. Теоретическая справка

Существует много проблем объединения компьютеров в вычислительную сеть, среди которых наиболее значимыми являются:

- топология физических сетей и логические связи внутри сети,

- взаимодействие между различными сетевыми службами,

- метод доступа к разделяемой среде передачи данных,

- адресация компьютеров,

- информационная безопасность.

Сетевая технология — это согласованный набор стандартных протоколов и реа­лизующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети.

Термин «сетевая технология» чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например, «технология сквозной маршрути­зации», «технология создания защищенного канала», «технология IP-сетей».

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разра­ботчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодей­ствия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети.

Примерами базовых сетевых тех­нологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей как, Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Также можно выделить технологии ISDN, ATM, SONET и др.

Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой техноло­гии — сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т. п., - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на дан­ную технологию.

Под топологией вычислительной сети понимается конфигура­ция графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам - физические связи между ними.

Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети.

Логические связи представляют собой марш­руты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Наиболее часто встречающиеся топологии следующие:

1) Полносвязная топология (рис. 1а)

2) Ячеистая топология (рис. 1б).

3) Общая шина (рис. 1в).

4) Топология звезда (рис. 1г).

5) Древовидная топология (рис. 1д)

6) с кольцевой топологией (рис. 1е)

Рис. 1. Типовые топологии сетей

Только в сети с полносвязной топологией для соединения каждой пары компьюте­ров имеется отдельная линия связи. Во всех остальных случаях неизбежно возникает вопрос о том, как организовать совместное использование линий связи не­сколькими компьютерами сети. Как и всегда при разделении ресурсов, главной целью здесь является удешевление сети.

В вычислительных сетях используют как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые (shared), когда одна линия связи попеременно используется несколькими компьютерами.

Метод доступа к передающей среде - это совокупность правил, по которым узлы сети получают доступ к ресурсу. Иначе: это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая из ра­бочих станций сети может следующей использовать ресурсы сети.

Методы доступа к передающей среде могут быть разделены на следующие классы:

1) Методы, основанные на резервировании времени. Любая PC осуществляет передачу только в течение временных интервалов (слотов, определяющих начало и продолжительность передачи), заранее для нее зарезервированных.

2) Селективные методы, при реализации которых рабочая станция осуществляет передачу только после получения разрешения, направляемого каждой PC по очереди центральным управляющим органом сети (такой алгоритм называется циклическим опросом), или это разрешение передается от станции к станции (алгоритм передачи маркера).

3) Методы, основанные на соперничестве (методы случайного доступа, методы «состязаний» рабочих станций), когда каждая PC пытается «захватить» передающую среду.

4) Кольцевые методы, предназначенные только для ЛКС с кольцевой топологией. К ним относятся два метода - вставка регистров и сегментированная передача (метод временных сегментов).

Наибольшее распространение получили три схемы адресации узлов:

1. Аппаратные (hardware) адреса.

2. Символьные адреса или имена.

3. Числовые составные адреса.

Самым главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования связаны с каче­ством выполнения этой основной задачи.

Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость.

Существуют два основных подхода к обеспечению качества работы сети:

1) первый состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания;

2) второй подход - сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.

К основным характеристикам производительности сети относятся:

- время реак­ции, которое определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него;

- пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени,

- задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе:

- коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которо­го система может быть использована;

- безопасность, то есть способность систе­мы защитить данные от несанкционированного доступа;

- отказоустойчивость — способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдель­ных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), на­ращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производитель­ность сети не ухудшается.

Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутрен­него устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролиро­вать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, воз­никающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообраз­ное программное и аппаратное обеспечение.