Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii
.pdfимеющая данные для передачи, анализирует, свободен ли маркер. Если маркер свободен, станция помещает в него пакет (пакеты) своих данных, устанавливает в нем признак занятости и передает маркер дальше по сети. Станция, которой было адресовано сообщение (в пакете обязательно есть адресная часть), принимает его, сбрасывает признак занятости и отправляет маркер дальше. При этом методе доступа легко реализуется приоритетное обслуживание привилегированных абонентов. Данный метод доступа для сетей с шинной и радиальной топологий обеспечивается распространенным протоколом Arcnet корпорации Datapoint.
К децентрализованным детерминированным методам относятся:
метод передачи маркера;
метод включения маркера.
Оба метода используются преимущественно в сетях с петлевой (кольцевой) топологией и основаны на передаче по сети специальных пакетов – маркеров, сегментов.
Метод передачи маркера использует пакет, называемый маркером (сегментом). Маркер – это не имеющий адреса, свободно циркулирующий по сети пакет, определяющий стандартный временной интервал. Маркер может быть «занят» или «свободен». Если маркер свободен, станция, до которой маркер дошел, может вложить в него пакет (пакеты) своих данных, пометить маркер как занятый и передать его дальше. Можно использовать приоритетное обслуживание привилегированных абонентов. Этот метод во многом подобен методу передачи полномочий, но движением маркера из центра сети не управляют. Такой метод доступа реализуется в сетях с кольцевой и радиальной топологией широко известным протоколом Token Ring фирмы IBM.
Метод включения маркера также использует свободно циркулирующий по сети маркер. Рабочая станция, получившая маркер, может передать свои данные, даже если пришедший маркер занят. В последнем случае станция приостанавливает движение поступившего маркера (временно запоминает его в буферной памяти) и вместо него формирует новый маркер с включенным в него своим пакетом данных. Дальше по сети станция сначала посылает свой новый маркер, а затем уже ранее поступивший «чужой» маркер.
Случайные методы доступа основаны на равноправности всех станций сети и их возможности в любой момент времени обратиться к моноканалу с целью передачи данных. Поскольку возможны одновременные попытки передачи данных со стороны нескольких станций, между ними часто возникают конфликты, поэтому случайный метод доступа часто называют «методом состязаний».
Сокращение числа конфликтных ситуации обеспечивается путем предварительного прослушивания моноканала для выявления его занятости станцией, желающей передать данные. Если канал занят, станция возобновляет свою попытку передачи данных через небольшой интервал времени. Если все же передачу данных начнут одновременно две станции, то
190
возникает конфлиет и данные в моноканале искажаются. Обе конфликтующие станции будут вынуждены передать свои данные повторно.
Метод состязаний может быть рекомендован для использования в сетях с небольшим количеством абонентов, моноканал которых загружен мало (метод не может обеспечить хорошую загрузку канала из-за часто возникающих конфликтных ситуаций). Этот метод для сетей с шинной топологией реализуется чрезвычайно популярным протоколом Ethernet
фирмы Xerox.
14.5. Протоколы и технологии локальных компьютерных сетей
Сетевая технология – это согласованный набор протоколов и реализующих их аппаратно-программных компонентов, достаточных для построения сети [6, 13, 15, 17, 23].
Для упрощения и удешевления аппаратных и программных средств в ЛКС чаще всего применяются моноканалы (разделяемые каналы), используемые совместно всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. Примеры моноканала: шина, кольцо, звезда. Сегменты сетей этих моноканалов используются только в едином целом совместно со всем разделяемым каналом всеми компьютерами сети по определенному алгоритму. Причем в каждый момент времени моноканал используется только одним компьютером. Такой подход позволяет упростить логику работы сети, ибо отпадает необходимость контроля переполнения узлов пакетами от многих станций, решивших одновременно передать информацию. Наличие только одного, разделяемого всеми абонентами канала передачи данных ограничивает пропускную способность системы. Поэтому в современных сетях стали все чаще использоваться коммуникационные устройства (мосты, маршрутизаторы), разделяющие общую сеть на подсети (сегменты), которые могут работать автономно, обмениваясь по мере надобности данными между собой. При этом протоколы управления в ЛКС работают те же самые, которые используются и в неразделяемых сетях.
Наибольшее развитие в локальных сетях получили протоколы двух нижних уровней управления OSI. Причем в сетях, использующих моноканал, протоколы канального уровня делятся на два подуровня:
подуровень логической передачи данных – LLC (Logical Link Control);
подуровень управления доступом к сети – MAC (Media Access
Control).
Подуровень логической передачи данных у большинства протоколов, включающего основные протоколы ЛКС, один и тот же.
К основным протоколам ЛКС относятся: IEEE 802.2 – протокол логической передачи данных LLC; МАС-протоколы доступа к сети: IEEE 802.3/Ethernet; IEEE 802.4/Token Bus; IEEE 802.5/Token Ring и т.д.
191
Сетевая технология IEEE 802.3/Ethernet самая распространенная в настоящее время и в первоначальном варианте использовала в качестве линии связи коаксиальный кабель [4, 6]. Но позже было разработано много модификаций этой технологии, рассчитанных и на другие коммуникации, в частности:
10Base-2 – использует тонкий коаксиальный кабель (диаметр 0,25") и обеспечивает сегменты длиной до 185 м с максимальным числом рабочих станций в сегменте 30;
10Base-5 – использует толстый коаксиальный кабель (диаметр 0,5") и обеспечивает сегменты длиной до 500 м с максимальным числом рабочих станций в сегменте 100;
10Base-T – использует неэкранированную витую пару и обеспечивает сегменты длиной до 100 м с максимальным числом рабочих станций в сегменте 1024;
10Base-F – использует волоконно-оптический кабель и обеспечивает
сегменты длиной до 2000 м с максимальным числом рабочих станций в сегменте 1024.
Технологии Ethernet и IEEE 802.3 во многом похожи; последняя поддерживает не только топологию «общая шина», но и топологию «звезда». Скорость передачи при этих технологиях равна 10 Мбит/с.
В развитие технологии Ethernet созданы несколько существенно улучшенных вариантов:
Fast Ethernet (IEEE 802.3u) со скоростью передачи 100 Мбит/с,
имеющая три модификации:
100Base-TX, использующая экранированную и неэкранированную витую пару с длиной сегмента не более 100 м;
100Base-T4, использующая четырехпроводную неэкранированную витую пару с длиной сегмента не более 100 м;
100Base-FX, использующая волоконно-оптический кабель с длиной сегмента не более 410 м при полудуплексе и до 2000 м при дуплексе.
Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) со скоростью передачи 1000 Мбит/с
использует в качестве линий связи коаксиальный кабель, экранированную витую пару и волоконно-оптический кабель с максимальной длиной сегмента в разных модификациях от 200 до 5000 м.
Существуют следующие модификации:
1000Base-LX, использующая волоконно-оптический кабель с длиной волны света 1,3 мкм;
1000Base-SX, использующая волоконно-оптический кабель с длиной волны света 0,85 мкм;
1000Base-CX, использующая экранированную витую пару;
1000Base-T, использующая неэкранированную витую пару.
192
Ethernet поддерживает случайный метод доступа (метод состязаний) и ее популярность объясняется надежными, простыми и недорогими технологиями.
Технология IEEE 802.5/Token Ring поддерживает кольцевую (основная) и радиальную (дополнительная) топологии сетей, для доступа к моноканалу использующих метод передачи маркера (его называют также детерминированным маркерным методом). Маркеры по сети продвигаются по кольцу в одном направлении (симплексный режим), и им может присваиваться до 8 уровней приоритета. Размер маркера при скорости передачи данных 4 Мбит/с – 4 Кбайта, а при скорости 16 Мбит/с – 20 Кбайт. По умолчанию время удержания маркера каждой станцией 10 мс. Скорость передачи данных по сети не более 155 Мбит/с. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и волоконно-оптический кабель. Максимальная длина кольца – 4000 м, а максимальное число узлов на кольце – 260.
Реализация этой технологии более сложная и дорогая, нежели технологии Ethernet, но она тоже достаточно распространена.
Литература
Список основной литературы
1.Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.
2.Информатика: учебник / под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2004.
3.Локальные вычислительные сети: учеб. пособие / Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов. – СПб.: СПбГУВК, 2002.
4.Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. – М.: Эком, 2000.
5.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2005.
6.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2008.
Список дополнительной литературы
1.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.
2.Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2003.
3. Компьютерные сети. Устройство, подключение и использование / М. Левин. – М.: Оверлей, 2000.
193
4.Мочалов В.П. Современные и перспективные технологии передачи данных: учеб. пособие / В.П. Мочалов, В.А. Галкина, С.В. Яковлев. – Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2009.
5.Олифер В.Г. Основы сетей передачи данных / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий», 2005.
6.Основы современных компьютерных технологий: учебник / под ред. проф. А.Д. Хомоненко. – СПб.: КОРОНА принт, 2005.
7.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика,
2005.
8.Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002.
9.Семѐнов Ю.А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. Ч. 1, 2, 3. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий»,
2007.
10.Танненбаум Э. Компьютерные сети. – СПб.: Питер, 2003.
Лекция № 15. ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
15.1. Принципы организации глобальных компьютерных сетей
Одна из тенденций развития ТКС– объединение различных сетевых структур. Процессу объединения сетей способствует развитие их архитектуры в направлении создания национальных и международных систем компьютерной связи. Возможности ТКС определяются ее информационными ресурсами. Эти ресурсы должны охватывать области, в которых работают пользователи сети, и непрерывно обновляться [6, 9, 17, 18, 23, 28].
Современный информационный рынок можно разделить на 4 взаимодействующие области:
электронная информация;
электронные сделки;
системы сетевых коммуникаций;
программное обеспечение.
Рынок электронной информации в свою очередь включает 4 сектора: деловая информация, юридическая информация, информация для специалистов, массовая (потребительская) информация. Основными поставщиками информации на этом рынке выступают: центры баз данных, центры – распределители информации на основе БД и информационные брокеры.
Базы данных являются основой любых видов услуг, оказываемых на современном информационном рынке. В сетях используются обе формы доступа пользователей к БД: диалоговый доступ и разовые запросы.
Сектор деловой информации охватывает:
биржевую и финансовую информацию;
экономическую и статистическую информацию;
коммерческую информацию;
информацию коммерческих предложений;
деловые новости в области экономики и бизнеса.
Сектор юридической информации включает системы доступа к электронным сборникам указов, постановлений, инструкций и т.п.
Сектор информации для специалистов охватывает:
профессиональную информацию;
доступ к первоисточникам.
Сектор массовой (потребительской) информации включает потребительскую информацию служб новостей и агентств прессы.
Рынок электронных сделок (операций) включает системы банковских и межбанковских операций, электронных торгов и т.п. В рамках этого рынка большое значение имеет электронный обмен данными, который обеспечивает возможность безбумажного документооборота.
195
Безбумажная информационная технология базируется на принятом ООН международном стандарте EDIFACT (Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Transport), который обеспечивает автоматическую генерацию принимаемых документов на основных языках народов мира, в том числе на языках стран СНГ.
Рынок программного обеспечения включает все виды программной продукции для делового применения: обеспечение административнохозяйственной и финансовой деятельности.
Рынок систем сетевых коммуникаций охватывает системы электронной почты, телеконференций, электронные сетевые доски объявлений и др.
К наиболее распространенным услугам, предоставляемым современными ТВС, относятся:
телекоммуникационные услуги;
информационные услуги;
консультационные услуги;
технические услуги;
рекламные услуги.
Глобальная сеть включает подсеть связи, к которой подключаются локальные сети, отдельные компоненты и терминалы. Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, коммутации пакетов и реализации ряда других функций и соответствующего программного обеспечения. Компьютеры, за которыми работают пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети, предоставляемых пользователям, называются серверами. Такая структура сети получила название узловой.
С появлением гипертекстовой системы WWW (World Wide Web) всемирная глобальная сеть Internet превратилась в коммерческую сеть. Теперь Internet имеет узловую структуру. В ней выделяются поставщики услуг, поддерживающие необходимую информацию на серверах, и потребители этих услуг – клиенты. Взаимодействие поставщиков с клиентами осуществляется через коммуникационную систему.
Организация обмена данными в сети Internet осуществляется двумя способами: без установления логического соединения между передающим и принимающим узлами и с установлением логического соединения.
Способ связи без установления логического соединения характеризуется следующим:
используется в сетях с коммутацией пакетов;
отправитель может передавать пакеты в произвольные моменты одновременно многим адресатам по различным маршрутам;
сквозная связь между отправителем и получателем заранее не устанавливается;
196
из-за занятости отдельных участков маршрута может осуществляться буферизация пакетов в промежуточных узлах связи;
передача сигнала отправителю от адресата о получении информации
не производится.
Способ связи с установлением логического соединения относится к более поздней технологии и обеспечивает более высокий уровень сервиса. Особенности организации обмена данными с установлением логического соединения:
перед передачей информации между отправителем и получателем устанавливается логический (виртуальный) канал;
после завершения обмена данными адресат посылает пакет подтверждения этого события отправителю.
При использовании этого способа связи выделяются 3 этапа: установление канала, обмен данными, разъединение канала.
Связь с установлением логического канала применяется в виртуальных сетях, где используются протоколы информационного обмена типа виртуального соединения. Такая связь может быть многоканальной, и тогда каждая пара взаимодействующих абонентов, обмениваясь данными по своему виртуальному каналу, воспринимает его как выделенный канал, в распоряжение которого предоставлены все ресурсы связи. В действительности эти ресурсы распределяются между всеми одновременно работающими виртуальными каналами данной линии связи.
При передаче по виртуальному каналу длинных сообщений они разбиваются на одинаковые пакеты, которые отправляются в канал в порядке их размещения в сообщении. Передача пакетов в естественной последовательности облегчает задачу формирования первоначального сообщения из пакетов на приемном пункте.
Каждый из режимов связи имеет свои особенности и свои области применения. Режим с соединением целесообразно использовать для тех применений, где взаимодействие имеет долговременный характер, конфигурация взаимодействующих объектов постоянна, а поток данных не имеет больших пауз. Режим без соединения больше подходит там, где взаимодействие имеет кратковременный характер, при котором объем передаваемых данных невелик, а интервалы между передачами значительны, а также в системах с повышенными требованиями к надежности доставки данных адресату.
В основу архитектуры сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений. Формирование сообщения осуществляется на самом верхнем (прикладном) уровне модели ВОС. Затем при передаче оно последовательно проходит все уровни системы до самого нижнего (физического), где передается по каналу связи адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые снабжаются дополнительными заголовками, обеспечивающими информацией
197
аналогичные уровни на узле адресата. На приѐмном узле сообщение проходит от нижнего уровня к верхнему, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает сообщение в первоначальном виде.
Главное отличие сети Internet от других сетей заключается в использовании протокола TCP/IP, охватывающего целое семейство протоколов взаимодействия между компьютерами сети. Технически протокол TCP/IP состоит из двух частей – IP и TCP.
Протокол IP (Internet Protocol – межсетевой протокол) реализует распространение информации в IP-сети и выполняется на третьем (сетевом) уровне модели ВОС. Протокол IP обеспечивает дейтаграммную доставку пакетов, его основная задача – маршрутизация пакетов. Он не отвечает за надежность доставки информации, за ее целостность, за сохранение порядка потока пакетов. Сети, в которых используется протокол IP, называются IPсетями. Они работают в основном по аналоговым каналам и являются сетями с коммутацией пакетов. Пакет здесь называется дейтаграммой.
Высокоуровневый протокол TCP (Transmission Control Protocol –
протокол управления передачей) работает на транспортном уровне и частично – на сеансовом уровне. Это протокол с установлением логического соединения между отправителем и получателем. Он обеспечивает сеансовую связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации, осуществляет контроль целостности передаваемой информации, сохраняет порядок потока пакетов.
Протокол TCP/IP основывается на концепции одноранговых сетей. Все рабочие станции, соединенные при помощи этого протокола, имеют одинаковый статус. Однако любая из них, располагая соответствующими средствами, может временно выполнять дополнительные функции, связанные, например, с управлением ресурсами сети. Ключевую часть протокола составляет схема маршрутизации пакетов, основанная на уникальных адресах сети Internet. Каждая рабочая станция, входящая в состав локальной или глобальной сети, имеет уникальный адрес, который включает две части, определяющие адрес сети и адрес станции внутри с ети. Такая схема позволяет передавать сообщения как внутри данной сети, так и во внешние сети.
15.2.Системы сетевых коммуникаций
Кчислу наиболее популярных и распространенных систем сетевых коммуникаций [6, 9, 17, 18, 23, 28] относится электронная почта (ЭП). Если локальная сеть через шлюз связана с сетью более высокого уровня, то можно
пользоваться услугами ЭП.
Microsoft Mail обеспечивает создание почтового отделения (ПчО) для: управления почтовыми услугами; регистрации и подключения пользователей к ПчО; формирования сообщений пользователями, их пересылки, обслуживания и т.д.
198
Все пользователи в сети разделяются на обычных пользователей (Users) и распорядителей сети (Manager). Соответственно различают и их компьютеры: обычные и «почтовое отделение». Создание ПчО предполагает организацию на сервере определенной структуры каталогов и размещения в них программных компонентов системы ЭП.
Каждый пользователь созданной рабочей группы ЛКС получает имя и пароль и регистрируется в ПчО этой группы. Пользователь, подготовив свое сообщение и сделав запрос в ПчО на его пересылку, помещает это сообщение в буфер-папку отправлений на своем компьютере. Специальная программа «Спулер» периодически опрашивает буферы входных и выходных сообщений. Как только в буфере отправлений появляется сообщение, оно перемещается в ПчО, где регистрируется и ставится в очередь на дальнейшую пересылку адресату. С помощью Диспетчера почты сообщение доставляется пользователям и разносится по соответствующим каталогам. Предусматривается информирование пользователей о процессах передачи сообщений путем изменения внешнего вида значка почтового ящика на экране дисплея: наличие корреспонденции в буфере отображается значком открытого почтового ящика, значок закрытого ящика свидетельствует о переправке сообщения в ПчО, исчезновение значка – о получении сообщения адресатом. При получении сообщения адресат оповещается звуковым сигналом и видеоизображением почтового ящика с выглядывающим из него конвертом.
Доступ пользователей в ПчО обеспечивается через диспетчер файлов, при обращении к которому указывается имя каталога ПчО. Список пользователей формируется по специальной команде, причем этот список может изменяться и пополняться. Личные карточки пользователей заполняются или самими пользователями, или управляющим ПчО. Для доступа в ПчО пользователю необходимо ввести имя своего почтового ящика и пароль входа.
Прием-передача сообщений производятся в среде Mail автоматически. Программа Спулер опрашивает исходящий и входящий буферы с заранее установленной периодичностью, причем динамику процессов можно наблюдать по изменению вида значков – этикеток сообщений на экране дисплея. Для формирования ответа – уведомления необходимо, чтобы полученное сообщение было открытым или выделено в папке «Входящие». При желании такой ответ можно разослать циркулярно.
15.3. Характеристика сети Internet
Internet – это всемирная компьютерная сеть, объединяющая посредством шлюзов многие сети, поддерживающие протокол TCP/IP [6, 9, 17, 18, 23, 28]. Некоторые сети, входящие в состав Internet, сами по себе велики, другие имеют свои подсети.
С технической точки зрения Internet – объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам,
199