 |
Протоколы передачи данных и методы доступа
|
|
|
|
Тема 3. Операционные оболочки. Локальные и глобальные сети
ЛЕКЦИЯ № 9
«Локальные вычислительные сети»
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Типы и характеристики ЛВС.
2. Протоколы передачи данных и методы доступа к передающей среде в ЛВС.
3. Сетевое оборудование ЛВС.
4. Программное обеспечение ЛВС.
УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
Основная. 1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы/Электр. версия. – Гл. 2. Управление локальными ресурсами, 2.2. Управление памятью.
1. Типы и характеристики ЛВС.
1.1. Принципы организации сетей
Основной причиной создания и использования сетей является их экономическая эффективность. Сети представляют собой системы обмена информацией, состоящие как минимум из четырех основных компонентов:
· источника информации;
· приемника информации;
· передаваемого сообщения;
· среды, в которой это сообщение передается.
Источником и приемником сообщения могут быть персональные компьютеры (ПК), большие управляющие компьютеры, станции спутниковой связи и т.п.
Передаваемое сообщение представляет собой блок информации, передаваемый от источника к приемнику.
Средой, в которой передаются сообщения могут быть коаксиальные кабели, телефонные линии, радиоканалы и т. п.
Компьютерные сети включают в себя кроме самих компьютеров еще оборудование и программное обеспечение, позволяющее устройствам, включенным в сеть, передавать друг другу информацию.
Устройства, общающиеся друг с другом в компьютерных сетях, называют точками, станциями или сетевыми устройствами. Количество точек в компьютерных сетях может колебаться от двух до нескольких тысяч.
Если все устройства, включенные в сеть выполняют почти одинаковые функции с точки зрения обмена информацией и разделения ресурсов, то такие сети называют одноранговыми или равноправными, а сетевые устройства – рабочими станциями или клиентами.
|
|
|
В сетях другого типа, называемых сетями типа клиент-сервер сетевые устройства бывают двух различных типов: одни предоставляют информацию и ресурсы и называются серверами, а другие используют предоставляемые информацию и ресурсы и называются рабочими станциями или клиентами. Уже то, что ресурсы сконцентрированы у серверов, а не распределены по всем точкам сети делает сети типа клиент-сервер более эффективными нежели одноранговые сети.
Рассмотрим кратко принципы построения ЛВС.
Сеть может строиться на основе двух типов сегментов: коаксиального и канального.
Магистральный коаксиальный кабель длиной 500 м с терминаторами на концах образует коаксиальный сегмент. Максимальная задержка распространения сигналов в таком сегменте составляет 2165 мс.
Для построения сети из нескольких коаксиальных сегментов и для взаимосвязи между ними используются повторители. Двухпунктовое звено с повторителями на каждом конце образует канальный сегмент. Максимальная задержка распространения сигналов в канальном сегменте составляет 2570 мс. К канальному сегменту не разрешается подключать станции.
Максимально допустимый тракт между двумя станциями может содержать пять сегментов, в том числе три коаксиальных и два канальных. Суммарная задержка кругового обхода в сети должна быть менее 51,2 мкс. При построении сети и расчете ее характеристик необходимо учитывать, что максимальное расстояние между передатчиком и приемником ИУД составляет 50 м, скорость распространения сигналов по кабелю ИУД – минимум 0,65 С (скорости света), а максимально допустимая задержка в кабеле ИУД – 275 мс.
Таковы основные принципы и правила построения сетей.
|
|
|
1.2. Типы ЛВС и их характеристики
ЛВС представляет собой в общем случае коммуникационную систему, которая принадлежит одной организации и позволяет при помощи единой передающей среды сообщаться друг с другом однотипным или разнородным средствам вычислительной и микропроцессорной техники.
Связь может осуществляться также между различными аппаратными средствами: большими, малыми и микроЭВМ, специализированными процессорами, персональными ЭВМ, терминалами и терминальными станциями, различным периферийным оборудованием, накопителями на МД и МЛ, а также специализированными средствами (регистрирующие и копирующие устройства, графопостроители, устройства связи с объектом и т.д.). При этом ЛВС обеспечивает простое и удобное объединение всех средств в пределах помещения, этажа, здания, производственного комплекса, или группы зданий.
Среди большого разнообразия используемых методов построения ЛВС наибольшее применение находят методы, принятые в качестве международных стандартов, поскольку они в течение многих лет исследовались в научных лабораториях, апробированы во многих странах и учитывают возможности дальнейшего развития ЛВС.
1.3. Топология (конфигурация) ЛВС
Конфигурация, или топология, ЛВС определяет взаимное размещение станций ЛВС и способ соединения между ними. Выделяют следующие топологии ЛВС: шинная, кольцевая, звездообразная, древовидная, петлевая, гибридная и полносвязная. Охарактеризуем кратко их.
Шинная топология ЛВС характеризуется использованием разомкнутого сегмента кабеля, к которому с некоторыми интервалами подключены станции. Передаваемая станцией информация распространяется в обе стороны. Применение шины снижает стоимость проводки, повышает надежность системы, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность широковещательного обращения. На практике используют два метода передачи сигналов по шине ЛВС: временное уплотнение сигналов и частотное разделение шины.
При временном уплотнении каждой станции выделяется определенный временной интервал для ведения передачи. Назначение таких интервалов станциям может осуществляться централизованно или распределенно, что определяется сущностью используемого метода доступа к среде.
|
|
|
При частотном разделении шины в одном кабеле организуется несколько параллельных радиочастотных каналов, передача по которым ведется с помощью модемов. Такой метод передачи уже достаточно давно используется в кабельном телевидении.
В ЛВС кольцевой конфигурации сигналы передаются по замкнутому каналу (кольцу) в большинстве случаев только в одном направлении. Каждая станция непосредственно подсоединяется только к двум соседним узлам и «прослушивает» передачу любой другой станции. Кольцо состоит из нескольких приемопередатчиков, соединенных с физической средой. В кольцевой ЛВС может отсутствовать центральный управляющий узел и все станции имеют равные права доступа к физической среде. Однако во многих таких ЛВС одна из станций выполняет функции активного монитора, осуществляя инициализацию, тестирование кольца, удаление искаженных или дублированных пакетов.
Звездообразная конфигурация характерна, например, для обычной вычислительной сети с терминальными устройствами и для телефонной системы. В ЛВС в центре звезды может находиться пассивный соединитель (коммутатор) или активный повторитель.
Петлевые ЛВС возникли как развитие многопунктовых линий с опросом. По своей конфигурации они сходны с кольцевыми ЛВС, отличаясь от них методом распределения доступа к физической среде. В петлевой ЛВС имеется управляющая станция (или контроллер), которая определяет, какая конкретная станция и для каких целей может использовать физическую среду. Это достигается циклическим опросом всех станций или же посылкой пустых пакетов-контейнеров, доступных любой станции.
Древовидные ЛВС представляют собой более развитые конфигурации шинного типа. Дерево образуется путем подсоединения нескольких простых шин к одной магистральной шине посредством активных повторителей или пассивных размножителей. В таком виде древовидная ЛВС наиболее подходит для передачи модулированных сигналов. При этом выделяются два частотных канала: один для передачи, другой – для приема.
|
|
|
На практике часто встречаются различные варианты смешанных, или гибридных, конфигураций ЛВС.
Полносвязные конфигурации ЛВС обеспечивают выбор наиболее дешевого маршрута между абонентами и выгодны там, где усложнение логики управления окупается удешевлением связей.
Таким образом, существующее многообразие типов конфигурации ЛВС позволяет на практике, исходя из конкретных условий функционирования создаваемой сети выбирать наиболее рациональный.
Протоколы передачи данных и методы доступа
К передающей среде в ЛВС.
Для решения задач стандартизации ЛВС, которые зачастую являются составными элементами сетей регионального и глобального уровня, международный комитет IEEE модифицировал два нижних уровня эталонной модели ВОС, приспособив ее к задачам построения ЛВС.
Согласно модели уровень звена данных делится на два подуровня: управления логическим звеном (УЛЗ) и управления доступом к среде (УДС), а физический уровень – на три подуровня: передача физических сигналов (ПФС), интерфейс с устройством доступа (ИУД), и модуль доступа к среде (МДС), который часто называют также соединительным модулем или соединителем.
В функции подуровня УЛЗ входит передача кадров между станциями, включая исправление ошибок. УЛЗ не зависит от физических особенностей среды и алгоритмов доступа к ней, если не считать временных соотношений. Протокол подуровня УЛЗ определяет три режима работы сети.
В первом режиме передача пакетов между локальной и удаленной станциями происходит без предварительного установления соединения между этими станциями, без подтверждения принятых пакетов, без управления их потоком и без исправления ошибок передачи.
Во втором режиме для передачи пакета между двумя станциями предварительно устанавливается соединение. Нормальный цикл обмена между двумя станциями состоит из передачи пакета данных и выдачи в обратном направлении пакета-подтверждения.
В третьем режиме работы передача данных происходит без предварительного установления соединения, но с подтверждением принятых пакетов.
Подуровень УДС реализует алгоритм доступа к среде и адресацию станций. На него возлагается функция совместного использования физической среды, определяющая основные особенности ЛВС.
Методы совместного использования физической среды делятся на следующие классы: опрос, передача маркера, соперничество (случайный доступ), резервирование времени, сегментированная передача, вставка регистра и радиочастотная модуляция.
|
|
|
В системах с селективной передачей (два первых метода) станции могут осуществлять передачу только после получения соответствующего разрешения. Опросом называется алгоритм выдачи станциям разрешения на передачу по очереди. Передачей маркера (права) называется алгоритм выдачи разрешения на передачу от одной станции к другой.
В системах с соперничеством каждая станция перед началом передачи пытается «захватить» физическую среду с соблюдением определенной дисциплины, минимизирующей возможности и последствия наложения нескольких сигналов.
В системах с резервированием времени любая станция осуществляет передачу только в течение временных интервалов, заранее зарезервированных для нее при генерации системы, в начале соединения и в произвольные моменты времени.
При сегментированной передаче фиксированное число сегментов постоянно циркулирует по кольцу ЛВС и станции заполняют и освобождают их по мере необходимости.
При вставке регистра любая станция может поместить в кольцо между двумя передаваемыми последовательными пакетами регистр, содержащий пакет.
Метод радиочастотной модуляции в коаксиальном кабеле применяется в некоторых системах как основа построения совместно используемой шины передачи дискретных сигналов. Метод позволяет по единственному кабелю обслуживать несколько независимых ЛВС или комбинировать ЛВС с другими типами цифровых коммуникаций. Такие системы называются широкополосными ЛВС.
Физический уровень обеспечивает сопряжение станции с физической средой, кодирование и декодирование сигналов, их буферизацию, поддерживает и восстанавливает побитовую синхронизацию. Он делится на три подуровня, кратко охарактеризуем их.
Подуровень МДС выделяется с целью облегчения схемной интеграции с уровнем звена данных и обеспечивает для подуровня УДС последовательный побитовый интерфейс с физической средой.
Подуровень ИУД представляет собой интерфейсный кабель, позволяющий размещать станцию на некотором удалении от среды. Кабель может иметь на своих концах соединители с ПФС и МДС или же жестко соединяться с ПФС и МДС и иметь соединитель в разрыве кабеля.
Подуровень МДС согласует сигналы, поступающие из ПФС, с характеристиками физической среды, обеспечивая возможность использования определенного подуровня ПФС различными типами физической среды.
В архитектуре ЛВС выделяется также интерфейс, зависящий от среды (ИЗС). Характеристики этого интерфейса определяются свойствами физической среды и способом соединения МДС со средой: в разрыв кабеля, прямым электрическим контактом с кабелем или через специальную (фантомную) цепь.
3. Сетевое оборудование ЛВС.
(на самостоятельную отработку)
4. Программное обеспечение ЛВС.
Большое разнообразие типов компьютеров, используемых в вычислительных сетях, влечет за собой разнообразие операционных систем: для рабочих станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в целом. К ним могут предъявляться различные требования по производительности и функциональным возможностям, желательно, чтобы они обладали свойством совместимости, которое позволило бы обеспечить совместную работу различных ОС.
Сетевые ОС могут быть разделены на две группы: масштаба отдела и масштаба предприятия. ОС для отделов или рабочих групп обеспечивают набор сетевых сервисов, включая разделение файлов, приложений и принтеров. Они также должны обеспечивать свойства отказоустойчивости, например, работать с RAID-массивами, поддерживать кластерные архитектуры. Сетевые ОС отделов обычно более просты в установке и управлении по сравнению с сетевыми ОС предприятия, у них меньше функциональных свойств, они меньше защищают данные и имеют более слабые возможности по взаимодействию с другими типами сетей, а также худшую производительность.
Сетевая операционная система масштаба предприятия прежде всего должна обладать основными свойствами любых корпоративных продуктов, в том числе:
масштабируемостью, то есть способностью одинаково хорошо работать в широком диапазоне различных количественных характеристик сети,
совместимостью с другими продуктами, то есть способностью работать в сложной гетерогенной среде интерсети в режиме plug-and-play.
Корпоративная сетевая ОС должна поддерживать более сложные сервисы. Подобно сетевой ОС рабочих групп, сетевая ОС масштаба предприятия должна позволять пользователям разделять файлы, приложения и принтеры, причем делать это для большего количества пользователей и объема данных и с более высокой производительностью. Кроме того, сетевая ОС масштаба предприятия обеспечивает возможность соединения разнородных систем - как рабочих станций, так и серверов. Например, даже если ОС работает на платформе Intel, она должна поддерживать рабочие станции UNIX, работающие на RISC-платформах. Аналогично, серверная ОС, работающая на RISC-компьютере, должна поддерживать DOS, Windows и OS/2. Сетевая ОС масштаба предприятия должна поддерживать несколько стеков протоколов (таких как TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS, DECnet и OSI), обеспечивая простой доступ к удаленным ресурсам, удобные процедуры управления сервисами, включая агентов для систем управления сетью.
Важным элементом сетевой ОС масштаба предприятия является централизованная справочная служба, в которой хранятся данные о пользователях и разделяемых ресурсах сети. Такая служба, называемая также службой каталогов, обеспечивает единый логический вход пользователя в сеть и предоставляет ему удобные средства просмотра всех доступных ему ресурсов. Администратор, при наличии в сети централизованной справочной службы, избавлен от необходимости заводить на каждом сервере повторяющийся список пользователей, а, значит избавлен от большого количества рутинной работы и от потенциальных ошибок при определении состава пользователей и их прав на каждом сервере.
Важным свойством справочной службы является ее масштабируемость, обеспечиваемая распределенностью базы данных о пользователях и ресурсах.
Такие сетевые ОС, как Banyan Vines, Novell NetWare 4.x, IBM LAN Server, Sun NFS, Microsoft LAN Manager и Windows NT Server, могут служить в качестве операционной системы предприятия, в то время как ОС NetWare 3.x, Personal Ware, Artisoft LANtastic больше подходят для небольших рабочих групп.
Критериями для выбора ОС масштаба предприятия являются следующие характеристики:
· Органичная поддержка многосерверной сети;
· Высокая эффективность файловых операций;
· Возможность эффективной интеграции с другими ОС;
· Наличие централизованной масштабируемой справочной службы;
· Хорошие перспективы развития;
· Эффективная работа удаленных пользователей;
· Разнообразные сервисы: файл-сервис, принт-сервис, безопасность данных и отказоустойчивость, архивирование данных, служба обмена сообщениями, разнообразные базы данных и другие;
· Разнообразные программно-аппаратные хост-платформы: IBM SNA, DEC NSA, UNIX;
· Разнообразные транспортные протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS, AppleTalk;
· Поддержка многообразных операционных систем конечных пользователей: DOS, UNIX, OS/2, Mac;
· Поддержка сетевого оборудования стандартов Ethernet, Token Ring, FDDI, ARCnet;
· Наличие популярных прикладных интерфейсов и механизмов вызова удаленных процедур RPC;
· Возможность взаимодействия с системой контроля и управления сетью, поддержка стандартов управления сетью SNMP.
Конечно, ни одна из существующих сетевых ОС не отвечает в полном объеме перечисленным требованиям, поэтому выбор сетевой ОС, как правило, осуществляется с учетом производственной ситуации и опыта. В таблице приведены основные характеристики популярных и доступных в настоящее время сетевых ОС.
Таблица. 10.1. Основные характеристики сетевых операционных систем
(Таблицы в оригинале нет)
|
|
|
