 |
Техническое обеспечение компьютерных сетей
|
|
|
|
Вопрос 49
Понятие компьютерной сети.
Компьютерные сети – это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.
Информационные системы, использующие возможности компьютерных сетей, обеспечивают выполнение следующих задач:
· Хранение и обработка данных
· Организация доступа пользователей к данным
· Передача данных и результатов обработки пользователям
Эффективность решения перечисленных задач обеспечивается:
· Дистанционным доступом пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам
· Высокой надежностью системы
· возможностью оперативного перераспределения нагрузки
· специализацией отдельных узлов сети для решения определенного класса задач
· решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети
· возможностью осуществления оперативного контроля всех узлов сети
Виды компьютерных сетей.
Компьютерные сети, в зависимости от охватываемой территории, подразделяются на:
· локальные (ЛВС,LAN-Local Area Network)
· региональные (РВС,MAN – Metropolitan Area Network)
· глобальные(ГВС, WAN – Wide Area Network)
В локальной сети абоненты находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии. К ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д.
РВС связывают абонентов города, района, области.
Глобальные сети соединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, расположенных в разных странах, или разных континентах.
Классифицируя сети по территориальному признаку, различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети.
|
|
|
· LAN - сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.
· WAN - объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор предоставляемых услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.
· MAN - занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.
· К локальным сетям - Local Area Networks (LAN) - относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.
|
|
|
· Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) - объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.
· Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN) - являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города - мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов осуществлялось местными телефонными компаниями. Исторически сложилось так, что местные телефонные компании всегда обладали слабыми техническими возможностями и из-за этого не могли привлечь крупных клиентов. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять достойное место в мире локальных и глобальных сетей, местные предприятия связи занялись разработкой сетей на основе самых современных технологий, например технологии коммутации ячеек SMDS или АТМ. Сети мегаполисов являются общественными сетями, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построение собственной (частной) сети в пределах города.
|
|
|
В зависимости от масштаба производственного подразделения, в пределах которого действует сеть, различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.
· Сети отделов используются небольшой группой сотрудников в основном с целью разделения дорогостоящих периферийных устройств, приложений и данных; имеют один-два файловых сервера и не более тридцати пользователей; обычно не разделяются на подсети; создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии; могут работать на базе одноранговых сетевых ОС.
· Сети кампусов объединяют сети отделов в пределах отдельного здания или одной территории площадью в несколько квадратных километров, при этом глобальные соединения не используются. На уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции и управления неоднородным аппаратным и программным обеспечением.
· Корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Для корпоративной сети характерны:
O масштабность - тысячи пользовательских компьютеров, сотни серверов, огромные объемы хранимых и передаваемых по линиям связи данных, множество разнообразных приложений;
o высокая степень гетерогенности - типы компьютеров, коммуникационного оборудования, операционных систем и приложений различны;
o использование глобальных связей - сети филиалов соединяются с помощью телекоммуникационных средств, в том числе телефонных каналов, радиоканалов, спутниковой связи.
|
|
|
Вопрос 49
Архитектура ЛВС - общая логическая организация цифровой вычислительной системы, определяющая процесс обработки данных в конкретной вычислительной системе и включающие методы кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.
Топология сети - общая схема сети, отображающая физическое расположение узлов и соединений между ними.
Типы топологий ЛВС:
- РС - РС - псевдосеть. Два ПК, связанных друг с другом с помощью специального кабеля (НУЛЬ-Модем) через разъемы последовательного интерфейса.
- Одноранговая сеть. Не имеет центрального процессора и работает без резервирования файлов. Некоторые аппаратные средства используются совместно на всех рабочих станциях.
- Сети типы клиент-сервер. Достоинства такой сети: повреждения кабеля не отражается на работе всей сети; простота подключения, так как рабочая станция; против несанкционнированого доступа является оптимальным; высокая скорость передачи данных сервер - рабочая станция, поскольку они соединены не посредственно.
Недостатки: если территориально сервер находится не в центре сети, то подключение к нему отдельных удаленных станций может быть технологически затруднительным и дорогостоящим; малая скорость передачи данных рабочая станция - рабочая станция; эффективность работы сети полностью зависит от возможностей сервера; передача данных меду рабочими станциями возможна только при участии сервера.
- Кольцевая топология. Информация, снабженная адресом получателя посылается по кольцу. Рабочая станции получают данные, анализируя адрес.
Достоинства:
- Достигается наивысшая эффективность использования тракто-передачи данных, поскольку по кольцу передается информация ото всех рабочих станций.
- Нет ограничений на длину кольца, поскольку рабочие станции являются усилителями сигнала.
- Кабели, соединяющие рабочие станции могут быть разными, поскольку выходные усилители рабочий станций настраиваются на физические возможности кабелей.
Недостатки:
- Время передачи данных увеличивается пропорционально количеству рабочих станций.
- повреждение кабеля отражается на работе всей сети.
- Подключение новых рабочих станций требует приостановки работы всей сети.
- Шинная топология.
Достоинства:
· Небольшие затраты на кабели.
· Рабочие станции могут подключаться и отключаться без прерывания работы сети.
Вопрос 51
Техническое обеспечение компьютерных сетей
Техническое обеспечение компьютерных сетей включает следующие компоненты:
|
|
|
* серверы, рабочие станции;
* каналы передачи данных;
* интерфейсные платы и устройства преобразования сигналов;
* маршрутизаторы и коммутационное оборудование.
Рабочая станция — компьютер, через который пользователь получает доступ к ресурсам сети. Часто рабочую станцию, так же как и пользователя сети, называют клиентом сети.
Сервер — это предназначенный для обработки запросов от всех рабочих станций сети многопользовательский компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Сервер работает под управлением сетевой операционной системы. Наиболее важным требованием, которое предъявляется к серверу, является высокая производительность и надежность работы.
Сервер приложений — это работающий в сети компьютер большой мощности, имеющий программное обеспечение (приложения), с которым могут работать клиенты сети.
Специализированные серверы применяют для создания и управления базами данных и архивами данных, поддержки многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управления многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и т. д. Можно привести следующие примеры специализированных серверов: файл-сервер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, серверы-шлюзы.
Файл-сервер. Основное назначение — работа с базами данных, сервер имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на отказоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до терабайта.
Факс-сервер. Это выделенная рабочая станция для организации многоадресной факсимильной связи, с несколькими факс-модемными платами. Поддерживает защиту информации от несанкционированного доступа в процессе передачи, обладает системой хранения электронных факсов.
Почтовый сервер. Это выделенная рабочая станция для организации электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.
Сервер печати предназначен для эффективного использования системных принтеров.
Серверы-шлюзы в Интернете играют роль маршрутизаторов. Практически всегда совмещают функции почтового сервера и сетевого брандмауэра, обеспечивающего безопасную работу в сети.
Хост-компьютерами называют такие компьютеры, которые имеют непосредственный доступ в глобальную сеть.
Узлы коммутации предназначены для приема, анализа и отправки данных по выбранному направлению. В сетях с маршрутизацией узлы коммутации осуществляют выбор маршрута.Устройства коммутации являются наиболее важным оборудованием систем передачи информации в вычислительных сетях. Применение таких устройств значительно сокращает протяженность каналов связи в сетях с несколькими взаимодействующими абонентами.
Узлы коммутации могут осуществлять один из трех возможных видов коммутации при передаче данных: коммутацию каналов, коммутацию сообщений, коммутацию пакетов.
При коммутации каналов используются сообщения или пакеты, которые часто называют дейтаграммами.
Вопрос 50 (стр.172-174)
По топологии сети делятся на шинные, кольцевые, радиальные,
полносвязные, иерархические и смешанные (рис. 5.1)..
Рис. 5.1. Типовые топологии сетей
Шинная (магистральная) топология (рис. 5.1 а) имеет в качестве центрального
элемента пассивный кабель, к которому подключаются все компьютеры. На чертеже условно не изображены терминаторы сети, используемые для подключения на свободные выводы кабеля для предотвращения искажения его волнового сопротивления. Данные от передающего компьютера направляются одновременно всем компьютерам сети, но воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом сообщении. При этом вести передачу данных в каждый момент может только один компьютер. Пассивность этой топологии заключается в том, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Достоинства шинной топологии - дешевизна и простота наращивания (при
соединении новых узлов сети). Недостатки: низкая надежность (любой дефект кабеля или
повреждение одного из разъемов парализует сеть); низкая производительность, так как в
любой момент времени данные может передавать только один компьютер.
Кольцевая (петлевая) топология (рис. 5.1 б) осуществляется за счет подключения
компьютеров таким образом, что каждый компьютер подключен к своему повторителю
(репитеру), а последние связаны в однонаправленное кольцо.
По методу доступа к каналу связи (среде передачи данных) различают два основных
типа кольцевых сетей - маркерное и тактированное кольцо. В маркерных кольцевых сетях
по кольцу передается управляющий сигнал метки (маркера), разрешающий передачу
сообщений из компьютера, который им «владеет». Если компьютер получил маркер и у
него есть сообщение для передачи, то он «захватывает» маркер и передает сообщение в
кольцо. Данные проходят через все повторители, пока не окажутся на том повторителе, к
которому подключен компьютер с адресом, указанным в данных. Получив подтверждение,
передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть. При отсутствии у
компьютера сообщения для передачи он пропускает движущийся по кольцу маркер.
В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая
последовательность тактов - закодированных интервалов фиксированной длины. В каждом такте имеется бит - указатель занятости. Свободные такты могут заполняться
передаваемыми сообщениями по мере необходимости либо за каждым узлом могут
закрепляться определенные такты. Достоинства кольцевых сетей - равенство компьютеров
по доступу к сети и высокая расширяемость. Недостатки - выход из строя всей сети при
появлении неисправностей одного из повторителей или при изменении конфигурации сети.
Радиальная (звездообразная) топология образуется в случае, когда каждый
компьютер подключается отдельным кабелем к общему центральному устройству -
концентратору (рис. 5.1 в). В качестве этого устройства может использоваться компьютер,
многопортовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. Достоинства —
экономичность и удобство с точки зрения организации управления взаимодействием
компьютеров (абонентов); звездообразную сеть легко расширить, так как для добавления
нового компьютера нужен только один канал связи. Низкая надежность обуславливается
выходом из строя центрального узла.
Полносвязная топология (рис. 5.1 г) соответствует сети, в которой каждый
компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую
простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. В данном случае
каждый компьютер сети должен иметь большое количество коммуникационных портов и
должны выделяться отдельные физические линии связи. Частным вариантом является
ячеистая структура, получаемая в результате удаления некоторых возможных связей из
полносвязной топологии. Ячеистая топология допускает соединение большого количества
компьютеров и характерна для крупных сетей.
Иерархическая топология (рис. 5.1 д) образуется связями нескольких топологий типа
звезда. Это достигается за счет использования нескольких концентраторов. В настоящее
время эта топология является распространенной как в ЛВС, так и в глобальных типах сетей.
Вопрос 52
Вопрос 52
Телекоммуникационное оборудование. Эти виды элементов ЛВС представляют
собой разные группы устройств. Для выполнения дальней компьютерной связи между
отдельными пользователями или ЛВС используются устройства модемов (см. гл. 4). Для
расширения структуры сетей используются такие устройства телекоммуника-ционного
оборудования, как мультиплексоры передачи данных; связные процессоры; повторители;
концентраторы; мосты; маршрутизаторы; шлюзы.
Мультиплексоры передачи данных - это многоканальные устройства сопряжения
(групповые адаптеры), выполняющие комплексы функций по сравнению с линейными
адаптерами:
• поочередное подключение к ЭВМ разных групп терминальных устройств и работу с
ними;
• использование команд ЭВМ для обмена информации;
• промежуточное накопление (буферизация) данных;
• преобразование форматов и кодов данных;
• обнаружение и автоматическое исправление ошибок в данных;
• контроль работоспособности аппаратуры сопряжения.
Используя стандартные устройства управления, интерфейсные блоки, запоминающие и
арифметические устройства, мультиплексоры выполняют функции физического и логического
согласования данных как аппаратным (в примере применения линейных адаптеров), так и
программным путем (с использованием принципа программируемое™ мультиплексоров).
Связные процессоры - это компьютеры, оснащенные специальными программными
средствами для выполнения функций логического и организационного согласования,
обслуживания и управления определенным сегментом ИЛС.
Повторители (репитеры) - это устройства, предназначенные для восстановления
электрических (или иных видов сигналов) в линиях связи для увеличения расстояния, на
который сигнал может распространяться с заданным соотношением сигнал/шум.
Повторители предназначены для повышения надежности работы сети и конструктивно
представляют собой либо отдельные блоки со встроенным питанием, либо отдельные
платы, вставляемые в слоты расширения материнской платы ПК. Работа их описывается
протоколами канального уровня модели OSI и могут объединять сети только на физическом уровне.
Концентраторы (хабы) - это устройства, связывающее различные компоненты сети. В качестве таких компонент могут использоваться различные элементы, начиная от простых коммутационных панелей. Концентраторы широко используются в сетях Ethernet.
Устройство, выполняющее аналогичные функции в сетях Token Ring, называется
устройством многодистанционного доступа (MAU). Почти все типы концентраторов
подразделяются на: а) автономные с источниками питания; б) наращиваемые, используемые средства для подсоединения к другим концентраторам; в) модульные, имеющие встроенную объединительную плату для подключения дополнительных плат. По сложности функционирования они подразделяются на следующие три категории:
• пассивные в виде коммутирующих блоков, пропускающие через себя сигналы без
изменений и не использующие источников питания при стыковке кабелей внутри
зданий;
• активные, регенерирующие сигналы подобно репитерам; иногда их называют
многопортовыми репитерами (имеют 8... 10 портов подключения к PC); обычно они
содержат индикаторы состояния, сигнализирующие о возможных неисправностях;
• интеллектуальные (или управляемые) концентраторы позволяют не только
перемещать данные, но и оказывать помощь в поиске неисправностей.
Управляемые концентраторы имеют специфичные черты при работе с протоколами
сетевого управления, состоящими (подобно простому протоколу.сетевого управления SNTP) из двух частей. На управляющем сервере запускается программа-монитор, а на тех устройствах, которые допускают управление - имеются программы-посредники. Они взаимосвязаны друг с другом. В протоколе SNMP монитор запрашивает посредников и собирает поступающую от них информацию, содержащую: состояние концентратора и/или порта, а также информацию об их активности; статистику производительности работы по каждому порту; сетевую схему имеющихся аппаратных средств, совместимых с SNMP; журнал регистрации сетевых ошибок и сетевой активности. При использовании специальных программных средств устанавливается возможность выполнения следующих задач: 1) вносить изменения в систему защиты сети, устраняя несанкционированный доступ пользователей к концентратору; 2) устанавливать границы допустимой активности, уровней ошибок и производительности работы с тем, чтобы в
случае выхода параметра за установленные границы получить об этом информацию.
Наличие управляемых концентраторов не является строгой необходимостью, например,
если сеть имеет один легкодоступный концентратор, то его может проконтролировать
системщик с помощью диагностической программы. Причем, чем больше ПК в сети, тем
сложнее доступ к концентратору. Еще большее усложнение получается при увеличении самих концентраторов.
Концентраторы подключаются к сетевому оборудованию по физической топологии
звезды. Важной составной частью концентратора являются так называемые порты в виде
разъемов, с которыми сочленяется кабель для подключения ПК. Порты определяют параметры составных компонент сети: 1)тип кабеля для подключения к концентратору; 2)количество одновременно подключаемых ПК; 3)возможности наращивания средствами дистанционного управления.
Мосты (коммутаторы) ЛВС предназначены для разбиения сетей и изоляции
трафика в случае возникновения сетевых проблем. В отличие от повторителя, мост
выполняет развязку присоединенных к нему сегментов сети, то есть одновременно
поддерживает несколько процессов обмена данными для каждой пары станций разных
сегментов. Они подразделяются на локальные и удаленные (на основе модемной связи),
позволяют соединять сети разных топологий, но функционируют под управлением единой
сетевой ОС. Принцип работы моста заключается в считывании МАС-адреса места
назначения кадра. В получаемой информации он определяет принадлежность ее пакета
определенному сегменту. Если пакет не принадлежит определенному сегменту, то в
последнем осуществляется умалчивание действий. Исключением является групповая передача кадров, посылаемая всей сети или нескольким абонентам. Рассылка пакетов может осуществляться по всем сегментам в так называемой лавинной маршрутизации моста.
Маршрутизаторы - это устройства, функционирующие на более высоком уровне по
сравнению с мостами, поэтому могут определять доступ к дополнительным данным.
Маршрутизаторы анализируют сообщение, определяют его наилучший путь, выполняют
некоторое его протокольное преобразование для согласования и передачи в другую сеть,
создают нужный логический канал и передают сообщение по назначению. Кроме этого, они могут выполнять соединение сетей с разными методами доступа по одному протоколу
обмена данными, перераспределять нагрузки в линиях связи, направляя сообщения в обход загруженных линий и другие операции.
Шлюзы - это устройства, объединяющие сети при использовании различных
протоколов обмена данными. Кроме функций маршрутизаторов они выполняют также и
преобразование формата информационных пакетов и их перекодирование (что важно при
объединении неоднородных сетей).
Перечисленные устройства телекоммуникационного оборудования функционируют на
разных уровнях организации сети. Мосты просматривают и извлекают информацию из
пакета, просматривают адреса источника и места назначения, а затем передают пакет в
требуемое местоположение. Маршрутизаторы просматривают информацию в пакете и
передают пакет от одного маршрутизатора к другому, изменяя адреса канала связи
источника и места назначения вдоль пути, но не изменяя информации внутри пакета.
Шлюзы эффективно трансформируют информацию, записанную в формате одного
стандартного протокола в формат другого. Все эти три компонента являются выделенными ПК со специальным ПО и связной аппаратурой.
Вопрос 53
Вопрос 53 (стр. в учебнике189-191)Основным направлением стандартизации в области сетевых технологий является
стандартизация коммуникационных протоколов. К настоящему времени используется
большое количество стеков коммуникационных протоколов: TCP/IP; IPX/SPX;
NetBIOS/SMB; DECnet; SNA; OSI. Стеком коммуникационных протоколов является
иерархически созданный набор протоколов, достаточный для взаимодействия узлов в сети.
На рис. 5.9 приведены сличительные характеристики основных стеков коммуникационных
протоколов на основе семиуровневой модели организации компьютерных сетей.
|
|
|
