Информатика в техническом университете / Информатика в техническом университете. Телекоммуникации и сети

2. Основы телекоммуникации

ATD9,1234567;<CR>

Точка с запятой после номера возвращает модем после набора номера в командный режим. Это полезно, когда модем используется как автоматичес­ кое наборное устройство для последующего телефонного разговора. После ввода этой командной стоки в динамике модема прослупшвается сигнал вызова. Когда вызываемый абонент снимет трубку, необходимо поднять трубку своего теле­ фонного аппарата, а модему послать команду АТН (положить трубку). После этого можно разговаривать по телефону.

ATD1234567 @ 12345<CR>

При выполнении командной строки после набора первого номера вьщерживается 5 с. Набор второго номера продолжается только в том случае, если в течение этого времени сохраняется «пауза молчания».

ATD1,234567 ! 123<CR>

В этом примере модем набирает 1, выжидает 2 с паузу, далее на 0,5 с «кла­ дет трубку», поднимает ее и продолжает набор оставшихся цифр 123. Кратков­ ременная операция «положить трубку» применяется в некоторых системах для передачи вызова.

ATDP&1234567<CR>

Модем автоматически в режиме PULSE будет повторять набор номера до установления соединения. Пауза между наборами определяется содержимым регистра S7.

AT&Z1234567<CR>

Модем сохраняет в ячейке программируемой памяти, отведенной под пер­ вую командную строку номер 1234567 и вьщает сообщение ОК.

ATDS<CR>

Модем осуществляет набор номера из памяти, записанного в нее в преды­ дущем примере.

Иногда при подключении модема к местной АТС возникает ситуация, при которой модем не различает длинного гудка при поднятии трубки и по истече­ нии времени ожидания не осуществляет вьшолнение команды набора номера, а вьщает сообщение N0 DIALTONE.

В этом случае необходимо отключить реакцию модема на эту ситуацию, прописав в строке инициализации модема команду X1 или ХЗ.

160

3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭВМ

Эта глава посвящена принципам построения и основным технологиям локальных сетей. Здесь приведена классификация локальных сетей и методов доступа к среде пере­ дачи данных, а также рассмотрены особенности применения модели OSI к локальным сетям. Дано описание практически всех основных технологий локальных сетей. Пред­ ставлены основные типы оборудования и устройств локальных сетей, их функциональ­ ное назначение и характеристики. Проведен сравнительный анализ сетевыхустройств.

3.1. Классификация локальных сетей и методов доступа

Локальная сеть - это коммуникационная система, поддерживающая в пре­ делах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколь­ ко высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, предоставляе­ мых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования.

Классификация локальных сетей

Все многообразие существующих в мире локальных сетей можно класси­ фицировать по следующим основным признакам: область применения, тополо­ гия, методы управления доступом к среде передачи данных, программное и техническое обеспечение.

В классификации по применению необходимо вьщелить два основных клас­ са локальных сетей: локальные вычислительные сети ЛВС (LCN ~ Lokal Computing Network) и локальные информационно-вычислительные сети ЛС (LAN - Lokal Arrea Network).

Локальные вычислительные сети призваны решать задачи рационального использования ресурсов ЭВМ, распределенных на небольшой территории, в автоматизированньпс системах научных исследований, системах автоматизи­ рованного проектирования и других системах, требующих доступа в реальном масштабе времени к локально-распределенным вычислительным ресурсам.

161

3. Принципы построения локальных сетей ЭВМ

Рис. 3.1. Базовые топологии локальных сетей

Локальные информационно-вычислительные сети в основном решают за­ дачи информационного обслуживания пользователей, реализуя функции досту­ па к удаленным файлам, электронной почты, передачи и обработки текстов и изображений.

По топологическим признакам локальные сети можно представить тремя базовыми топологиями: звезда, общая шина, кольцо (рис. 3.1). Метод конфи­ гурации типа «звезда» является частным случаем иерархической структуры. В этой структуре центральный узел (Hub) локальной сети выполняет роль ком­ мутатора, он производит однонаправленное соединение одной рабочей станции (WS - work Station) с другой после обнаружения вызова со стороны инициатора соединения.

Основными преимуществами звездной топологии являются относительная простота их логической и программной структуры, а также возможность со­ единения двух абонентов на физическом уровне; а основными недостатками - низкая эффективность использования канала связи, сложность реализации в цен­ тральном узле кодового и скоростного преобразова1ШЯ при создании неодно­ родных сетей.

Наибольшая эффективность использования канала связи достигается при конфигурации «общая шина», в которой значительно упрощаются логическая и программная структура локальной сети. Топология «общая шина» обеспечива­ ет простоту расширения сети посредством добавления дополнительного числа рабочих станций, подключаемых к магистрали, сохраняя простоту методов управления, возможность работы в параллельном коде. Данная конфигурация позволяет осуществлять широковещательную передачу, когда информация, пе­ редаваемая одним абонентом, воспринимается всеми, подключенными к сети абонентами, одновременно.

Недостатком такой конфигурации является последовательный характер ис­ пользования магистрали (по «общей шине» может передаваться в определен­ ный момент времени только один кадр).

К структурам со слабой централизацией управления наряду с конфигураци­ ей «общая шина» относится и кольцевая структура, обеспечивающая контроль работоспособности канала посьшкой по кольцу «эхо»-сигнала, и возможность использования однонаправленных усилителей сигналов, т. е. применять воло­ конно-оптические линии связи (ВОЛС).

Классификация локальных сетей по методам управления доступом к среде передачи данных приведена на рис. 3.2. С развитием локальных сетей будут развиваться и методы доступа, поэтому приводимый перечень не полный.

162

3.1. Классификация локальных сетей и методов доступа

Рис. 3.2, Классификация методов доступа

Все сети независимо от топологии и реализуемого метода доступа к среде передачи даьшых имеют некоторые общие компоненты, функции и характерис­ тики. В их числе:

•серверы (server) - компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

•среда (media) - способ соединения компьютеров;

•совместно используемые данные - файлы, предоставляемые серверами по сети;

•совместно используемые периферийные устройства (принтеры, библиоте­ ки CD-ROM и т. д.) - ресурсы, предоставляемые серверами;

•ресурсы - файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети. По принципу предоставления ресурсов в совместное использование сети

разделяются на три типа: одноранговые (peer-to-peer), на основе сервера (server based) и комбинированные. Различия между ними имеют принципи­ альное значение, поскольку определяют разные возможности этих типов сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов: размера предприятия; необходи­ мого уровня безопасности; уровня доступности административной поддержки; объема сетевого трафика; потребностей сетевых пользователей, финансовых затрат.

Одноранговые сети. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; Ршаче говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем ком-

163

3. Принципы построения локальных сетей ЭВМ

пьютере сделать общедоступными по сети. Одноранговые сети назьюают так­ же рабочими группами. Рабочая группа - это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях бывает чаще всего не более 10 компьютеров.

Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более слож­ ных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

Водноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Вьщеленные серверы функщюнируют исключительно

вкачестве серверов, но не клиентов или рабочих сташщй (workstation),

Втакие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополни­ тельного программного обеспечения не нужно.

Одноранговая сеть характеризуется рядом стандартных решений:

•компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;

•пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации;

•для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная си­ стема.

Одноранговую сеть удобно использовать в коллективах до 10 человек, где пользователи расположены компактно, вопросы зашиты данньпс не критичны, кроме того, в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

Несмотря на то, что однорангоные сети вполне удовлетворяют потребнос­ тям небольших организаций и предприятий, при решении вопроса об их исполь­ зовании необходимо учитывать, что:

• в типичной одноранговой сети системный администратор, контролирую­ щий всю сеть, не выделяется, и каждый пользователь сам администрирует свой компьютер (сетевое администрирование (administration) решает ряд за­ дач, в том числе: управление работой пользователей и защитой данных; обес­ печение доступа к ресурсам; поддержка приложений и данных; установка и модернизация прикладного программного обеспечения);

•все пользователи могут «поделиться» своими ресурсами с другими (к со­ вместно используемым ресурсам относятся каталоги, принтеры, факс-моде­ мы и т. п.);

•в одноранговой сети каждый компьютер должен большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному пользователю, а для под­ держки доступа к ресурсам удаленного пользователя (обращающегося к сер­ веру по сети) подключать дополнительные вычислительные ресурсы (сеть на основе сервера требует более мощных серверов, поскольку они должны обрабатьшать запросы всех клиентов сети);

164

3.1.Классификация локальных сетей и методов доступа

•централизоваьшо управлять защитой (защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например, на каталог, файл) в одноранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоя­ тельно (такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того, некоторые пользователи могут вообще не установить защиту);

•поскольку в однораьп^овой сети каждый компьютер фушащонирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего ком­ пьютера.

Сети на основе сервера. Выделенным называется такой сервер, кото­ рый фушащонирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей сташщи). Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на осно­ ве сервера являются промьшшенным стандартом.

В сети может быть подключено несколько серверов. Круг задач, которые должны вьшолнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными (specialized). Распределение задач среди специализи­ рованных серверов гарантирует, что каждая задача будет вьшолняться самым эффективным способом из всех возможных. Например, в сети Windows NT работают различные типы серверов:

•файл-серверы и принт-серверы, управляющие доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с тексто­ вым процессором, вы прежде всего должны запустить его на своем компьюте­ ре. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружает­ ся в память вашего компьютера, и таким образом вы можете работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназна­ чен для хранения файлов и данных;

•серверы прилоэ/сений, выполняющие прикладные части клиент-сервер­ ных приложений, в них также находятся данные, доступные клиентам. Напри­ мер, чтобы упростить получение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл- и принт-серверов. В последних на запрашивающий компьютер пересылают только результаты запроса. Приложение-клиент на удаленном компьютере по­ лучает доступ к данным на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на удаленный компьютер с сервера загружаются только результаты запроса в виде экранных форм;

•почтовые серверы, управляющие передачей электронных сообщений меж­ ду пользователями сети;

•факс-серверы, управляющие потоком входящих и исходящих факсимиль­ ных сообщений через один или несколько факс-модемов;

•коммуникационные серверы, управляющие потоком данных и почтовых сообщений между вашей сетью и другими сетями или удале1шыми пользова­ телями через модем и телефонную линию.

165

3.Принципы построения локальных сетей ЭВМ

Влокальных сетях на основе выделенного сервера существует специаль­ ная служба, предназначенная для поиска, хранения и зашиты информации в сети. Например, Windows NT Server объединяет компьютеры в логические группы - домены (domain), система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

Таким образом, можно вьщелить ряд преимуществ, которыми обладают локальные сети с вьщеленным сервером:

•разделение ресурсов. Сервер проектируют таким образом, чтобы предо­ ставить доступ к множеству файлов и принтеров, обеспечивая при этом высо­ кую производительность и защиту. Администрирование и управление досту­ пом к данным осуществляется централизованно. Ресурсы, как правило, расположены также централизованно, что облегчает поиск и поддержку;

•защита данных. Основным аргументом при выборе сети на основе сер­ вера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например, как NetWare Novell или Windows NT Server, проблемами безопасности может за­ ниматься один администратор: он формирует политику безопасности (security policy) и применяет ее в отношении каждого пользователя сети;

•резервное копирование данных. Поскольку жизненно важная информа­ ция расположена централизованно, т.е. сосредоточена на одном или несколь­ ких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование (backup);

•избыточность. Благодаря избыточным системам данные на любом сер­ вере можно дублировать в реальном времени, поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна - легко вос­ пользоваться резервной копией;

•количество пользователей. Сети на основе сервера способны поддержи­ вать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, было бы невозможно управлять;

•аппаратное обеспечение. Так как компьютер пользователя не выполня­ ет функций сервера, требования к его характеристикам зависят от потребнос­ тей самого пользователя.

Комбинированные сети. Такие сети совмещают лучшие качества одно­ ранговых сетей и сетей на основе сервера.

Многие администраторы считают, что подобная сеть наиболее полно удов­ летворяет запросы, так как в ней могут функционировать оба типа операцион­ ных систем. Операционные системы для сетей на основе сервера, например Microsoft Windows NT Server или Novell® NetWare®, в этом случае отвечают за совместное использование основных приложений и данных. На компьюте­ рах-клиентах могут вьшолняться операционные системы Microsoft Window^s NT Workstation или Window^s 95, которые будут управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставлять в совместное использова­ ние свои жесткие диски, а по мере необходимости разрешать доступ и к своим данным.

166

3.1. Классификация локальных сетей и методов доступа

Особенности применения эталонной модели взаимодействия открытых систем к локальным сетям

Для применения эталонной модели МОС в задачах локальных сетей коми­ тет по локальным сетям в проекте ШЕЕ 802 вьшолнил дальнейшую декомпо­ зицию физического и канального уровней (рис. 3.3). Канальный уровень делит­ ся на два подуровня: управление логическим звеном УЛЗ (LLC - Logical Link Control) и управление доступом к передающей среде УДС (MAC - Medimn Access Control),

В функции подуровня УЛЗ входит передача кадров между станциями, уста­ новление логического соединения, контроль ошибок. Подуровень УДС реали­ зует алгоритм доступа к среде и адресацию станций.

Физический уровень делится на три подуровня: физической сигнализации ФС (PS - Physical Signalling), интерфейса с устройством доступа (AUI - Access Unit Interface), подключения к физической среде (РМА - Physical Medium Attachment). Подуровень физической сигнализации выделяется для об­ легчения схемной интеграции с канальным уровнем и вьшолняет функции ко­ дирования и передачи двоичных символов, их приема и декодирования. Сред­ ства подключения к физической среде согласуют сигналы из уровня передачи физических сигналов с требованиями передающей среды. Интерфейс с уст­ ройством доступа представляет собой кабель и позволяет размещать подклю­ чаемую станцию локальной сети на некотором расстоянии от физического но­ сителя информации.

Уровни OSI

Верхние уровни

Управление логическим

звеном (LLC)

Канальный

Управление доступом к среде (MAC)

Передача физических сигналов (PS)

Физический

Интq)фeйc с

устройством

доступа (AUI) Средства подключения к физической среде (РМА)

Интерфейс, зависящий от среды Физическая среда

(DMI)

Рис. 3.3. Декомпозиция уровней модели OSI ISO для локальных сетей

167

3. Принципы построения локальных сетей ЭВМ

Рассмотрим последовательность действий по преобразованию информации в форму, пригодную для транспортировки по моноканалу локальной сети.

Сборка пакета осуществляется последовательно под управлением протоко­ лов процессов пользователя, сеанса, передачи и пересылки пакетов. Обычно пакет формируется в среде ЭВМ, которая помимо этого осуществляет обра­ ботку прикладных программ пользователей. Для локальной сети протокол пе­ ресылки пакетов не содержит средств оптимизации маршрутов пакетов и ис­ пользуется в полную силу лишь в маишнах-шлюзах (маршрутизаторах).

Характеристики, относящиеся к этапам формирования пакетов, представ­ ляют интерес, в основном, для глобальных сетей, поэтому они рассмотрены в соответствующем разделе учебного пособия. Специфичными же для локаль­ ных сетей являются характеристики, определяющие процессы сборки кадра и его транспортировки на канальном и физическом уровнях модели ВОС.

Формирование кадра из пакета информации осуществляется в адаптере ло­ кальной сети источника, реализующего два базовых протокола управления ка­ налом УЛЗ (LLC) и уде (MAC). Сформированный кадр передается по моно­ каналу в приемник, где подвергается разборке в адаптере локальной сети приемника. Вьщеленный из кадра пакет передается в зону действия ЭВМ стан­ ции локальной сети, в которой при помощи протоколов высокого уровня из паке­ та вьщеляется информация пользователя.

Методы доступа к среде передачи данных

Разделяемым ресурсом в локальных сетях является пропускная способ­ ность канала передачи данных. Существуют различные способы разделе1шя пропускной способности канала, основанные на методах детерминированного доступа и методах случайного доступа (см. рис. 3.2).

В зависимости от способа предоставления права на пользование каналом методы первой группы способов бьгоают централизованными и децентрализо­ ванными. В первом случае санкцию на пользование каналом в соответствии с запросами дает центральный узел, во втором каждый узел сам определяет право на пользование каналом.

Аналогично и методы второй группы способов подразделяют на централи­ зованные и децентрализованные. В первом случае центральный узел управле­ ния выполняет исключительно функцию управления коммутацией и в соответ­ ствии с его указаниями остальные узлы передают либо принимают информацию из канала. Во втором случае каждый узел индивидуально оценивает ситуацию управления, передает или принимает информацию, направленную по его адре­ су. Этот метод широко используют в системах с коммутацией пакетов.

Методы опроса. Разделение пропускной способности каналов на основе опроса является самым простым методом при коммутации пакетов. При этом первичный (управляющий) узел периодически опрашивает по списку вторич­ ные (подчиненные) узлы последовательно один за другим на предмет наличия запроса на передачу. Право на пользование каналом предоставляется узлу, у которого имеется такой запрос. После окончания сеанса связи первичный узел начинает циклический опрос остальных узлов из списка о наличии запроса на

168

3.1. Классификация локальных сетей и методов доступа

передачу. Описанный метод наиболее часто используют в недорогих системах с невысоким быстродействием, имеющих звездообразную структуру или об­ щую шину. Примерами стандартов, регламентирующих протоколы для таких систем, являются BSC и ШМ 2848.

Рассмотрим подробнее один из способов реализации метода опроса на при­ мере системы с опросом/выбором. Назначение команды Опрос (Polling) со­ стоит в передаче данных первичному узлу. Назначение комады Выбор (Selecting) противоположное - передавать данные из первичного узла во вто­ ричный. Эти команды являются основными для передачи данных в любой узел канала или сети. Прежде всего команда Опрос посьшается из первичного узла во вторичный узел. Если во вторичном узле имеются данные, готовые к пере­ даче, они посьшаются в опрашивающий узел. Первичный узел осуществляет контроль ошибок и посьшает положительный ответ АСК (при отсутствии оши­ бок) и отрицательный ответ NAC (при обнаружении ошибки). Эти два события (передача данных и ACK/NAC) могут происходить много раз до тех пор, пока у вторичного узла не останется данных, которые необходимо передать. В этом случае вторичная станция должна послать уведомление EOT (End Of Trans­ mission) о том, что она закончила передачу.

Посьшка команды Выбор вторичному узлу фактически означаетпроверку готовности вторичного узла принять данные от первичного. Подтверждение АСК в ответ на выбор означает положительный ответ. Данные передаются, проверяются на наличие ошибок, и их прием подтверждается. Процесс повто­ ряется до окончания данных. В конце сеанса передачи посьшается управляю­ щее уведомление EOT. В более совершенньпс системах при установлении свя­ зи в узлах резервируются ресурсы для приема данньпс. Поэтому считается, что приемник в любой момент может получить данные, и необходимость в командах выбора отпадает.

Иногда на команду выбора вторичный узел отвечает'отрицательным под­ тверждением NAC. Существует множество причин, почему узел не может ве­ сти прием данных. Он может быть занят вьшолнением других задач или не иметь необходимого пространства в буфере для приема данных; у него могут иметься данные для передачи в первичный узел. Система опроса/выбора ре­ шает проблему таким образом, что первичный узел инициирует опрос, который позволяет вторичному узлу послать данные и очистить свои буферы.

Система опроса/выбора может быть использована в режиме соединения «точка-многоточка» для разделения пропускной способности канала между двумя вторичными станциями. Например, устройство В хочет обменяться дан­ ными с устройством А. Чтобы это произошло, необходимо, чтобы первичный узел опросил В. Для чего данные посьшаются непосредственно не в А, а в первичный узел. В первичном узле данные проверяются на наличие ошибок, и посьшается подтверждение АСК. Завершается процесс посьшкой EOT от уст­ ройства В. После этого данные, поступившие в первичный узел, транслируют­ ся по тому же каналу в узел А. Этот процесс осуществляется процедурой вы­ бора узла А.

169