Курс лекций по дисциплине “Информационные сети”
Тема 1: Основные понятия информационных сетей
Информационная сеть — это сложная распределенная в пространстве система, состоящая из множества сосредоточенных (локальных) подсистем (информационных узлов), располагающих программно-аппаратными средствами реализации тех или иных составляющих информационных процессов, и множества средств, обеспечивающих соединение и взаимодействие этих подсистем с целью предоставления территориально удаленным пользователям широкого набора услуг из сферы информационного обслуживания. Кроме того, информационные сети характеризуют: наличие прямых, обратных и вообще многоканальных и многонаправленных связей, процессов организации и управляемости; сложность, понимаемая как принципиальная невозможность в полной мере, без дополнительных условий и ограничений иметь адекватное (достаточно точное) формализованное описание; обилие разнообразных составляющих информационного процесса, распределенного в пространстве, непрерывно сменяющих друг - друга во времени.
1.1 Структуризация сетей
1.1.1 Структуризация как средство построения больших сетей
В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна из типовых топологий - общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.
Однако в больших сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:
- ограничения на длину связи между узлами;
- ограничения на количество узлов в сети;
- ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.
Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 компьютеров. Однако, если компьютеры интенсивно обмениваются информацией между собой, иногда приходится снижать число подключенных к кабелю компьютеров до 20, а то и до 10, чтобы каждому компьютеру доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.
Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование - повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Оборудование такого рода также называют коммуникационным.
Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, под логической - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают.
1.1.2 Физическая структуризация сети
Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель (repeater) - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (рис. 1.1). Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.
Рисунок 1.1 – Пример организации сети с повторителями
Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.
Концентраторы повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница между концентраторами разных технологий состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.
Физическая структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности.
Составные компоненты физической структуры ИС.
Любая сеть, а кроме информационных сетей известны, например, транспортные, коммуникальные и другие сети, имеет основные структурные компоненты — внутренние и внешние узлы (оконечные пункты), каналы и линии связи (рис. 1.2).
Структура в общем виде задается схемой связей, т. е. информацией о том, что внутренний узел А, к которому через концентратор К2 подключено nа (для данного случая nА=3) оконечных пунктов, соединен также и с внутренним узлом В. Такая же информация должна быть дана о каждом узле, в том числе В и С, и о каждом элементе.
Рисунок 1.2 - Общая физическая структура ИС
Узлы А, В, С связаны между собой каналами передачи данных КПД и образуют в совокупности одну из важных составных частей ИС – сеть передачи данных СПД. Каждый из узлов через блок сопряжения БС соединен с одним из оконечных абонентских пунктов ОП, в которых размещаются средства информационной и вычислительной техники. По назначению и составу технических средств оконечные пункты сильно различаются друг от друга. В частности, ОПА – это система контроля и управления технологическим объектом. В ее составе управляющая ЭВМ – УЭВМ и устройства сопряжения с объектом УСО. ОПВ – автоматизированный банк данных АБД, построенный на основе большой вычислительной системы, в составе которой так называемая главная вычислительная машина ГВМ с устройствами ввода/вывода УВВ и устройствами накопления информации УНИ. ОПС представляет собой так называемый терминальный комплекс ТК, состоящий из группы терминалов Т и малой ЭВМ - МЭВМ.