Локальные сети

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.
Сети ЭВМ являются системами коллективного пользования. Сети принято делить на локальные и глобальные, в некоторой литературе выделен также класс корпоративных сетей, которые являются как бы промежуточным звеном между локальными и глобальными сетями.
Локальные вычислительные сети – ЛВС (LAN – Local Area Networks) – единая система компьютеров, расположенных в пределах небольшой ограниченной территории (комнате, здании, в соседних зданиях) (не более 10 – 15 км.) или принадлежащих одной организации, связанных между собой, имеющих единую специализированную базу данных, высокую пропускную способность (10, 16, 100 Мбит/с и более до нескольких Гбит/с) и функционирующих на единых программных принципах.
Глобальные (территориальные) сети (WAN – Wide Area Networks) – единая система компьютеров, охватывающая большую территорию (в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара) и обслуживающая большое число разнородных пользователей (используются телеграфные и телефонные линии 2400 бит/с – 64 Кбит/с, до 2 Мбит/с (магистральные линии)).
Сначала сети применялись для передачи цифровых данных между терминалом (дисплей и клавиатура) и компьютером. Современные сети способны передавать огромные объёмы информации, факсимильные сообщения, речь, динамические изображения.
Следует различать компьютерные сети и сети терминалов (терминальные сети). Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (мэйнфреймы ), а в отдельных случаях и ПК с устройствами (терминалами), которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. Примером терминальных устройств и сетей может служить сеть банкоматов или касс продажи авиабилетов. Хотя терминальные сети достаточно распространены, строятся они на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой вычислительной технике.
Мэйнфрейм – крупный, мощный, надежный компьютер, универсального назначения.
Наряду с локальными сетями существуют распределенные сети, или MAN (Metropolitan Area Net). По своей идеологии и назначению они близки к локальным, но отдельные компьютеры такой сети могут быть размещены на удаленном расстоянии и связываться специальными телефонными каналами. Распределенные сети используются, например, для связи центральных офисов или банков со своими филиалами (в том числе в других странах), в государственных информационных системах и др. Распределенная сеть, в которой организована специальная коммуникационная система обмена сообщениями (электронная почта, факс, совместная работа над документами), называется корпоративной. (10-ки, 100-ни км, в пределах мах - страны)
Термин корпоративная сеть также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.
Существуют способы объединения локальных сетей с помощью радиоканалов
3) Связь с помощью локальной вычислительной сети (ЛВС).
Самая простая сеть (англ. Network) cостоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем через сетевые адаптеры (называемые также сетевыми картами или платами). Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью иметь возможность для совместного использования ресурсов.
Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированные и объединяются в единую систему.
Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.
• Разделение ресурсов.
Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и так далее со всех подключённых рабочих станций.
• Разделение данных.
Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.
• Разделение программных средств.
Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств с других рабочих станций (РС – компьютер, подключенный к сети).
• Разделение ресурсов процессора.
При разделении ресурсов процессора возможное использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.
• Многопользовательский режим.
Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию прикладных программных средств, обычно заранее установленных на сервере приложения (англ. Application server).
История стандартизации ЛВС.
В последние годы среди вычислительных комплексов и вычислительных сетей во всех развитых странах мира наиболее широкое развитие получили локальные вычислительные сети (ЛВС).
Их возможности и преимущества перед традиционными средствами передачи и обработки данных весьма многообразны: они позволяют объединить в единую сеть устройства самых разных типов от микро- и персональных до суперЭВМ; обеспечивают значительные скорости передачи данных. Любое из подключенных устройств может использовать сеть для отправления и получения информации.
К настоящему времени в различных странах мира созданы и находятся в эксплуатации многие десятки типов ЛВС с различными физическими средами, топологией, размерами, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией.
К ЛВС предъявляют следующие требования:
1) Высокая скорость . Скорость является важной характеристикой ЛВС - она позволяет быстро передавать данные. В идеале при посылке и получении данных через ЛВС время отклика должно быть почти таким же, как будто они получены от этой конкретной машины, а не из некоторого места вне сети . Для достижения такого небольшого времени отклика большинство ЛВС работают при скорости передачи данных от 1 Мбит/сек до нескольких Гбит/с.
2) ЛВС должны быть не только быстрыми, но и адаптируемыми . Они должны иметь гибкую архитектуру, которая позволяла бы располагать станции на базе ПК там, где это потребуется. А у пользователей должна быть возможность добавлять и переставлять ПК или внешние устройства в сети или отключать их, не вызывая при этом прерывания работы сети .
3) ЛВС также должна быть надежной . Одно из главных преимуществ автономного ПК состоит в том, что влияние его поломки или сбоя ограничено. Остальные работы в организации не прерываются. При объединении ПК в ЛВС система должна сохранять такую надежность.
4) И наконец, одной из существенных черт ЛВС является то, что она разработана для работы c интеллектуальными рабочими станциями. ПК, включенные в сеть, должны уметь использовать потенциальные возможности других интеллектуальных устройств. Однако в большинстве прикладных программ ПК используют только свои собственные вычислительные возможности.
Обычно термин локальная вычислительная сеть может использоваться в более широком смысле. ЛВС может обозначать все от больших корпоративных терминальных сетей до сетей, базирующихся на телефонных системах.
Эволюция локальных сетей в значительной степени способствовала появлению стандартов ЛВС. В начале появления сетей их пользователи и разработчики попытались подвести под стандарт сетевые аппаратные средства
Фирма Xerox одной из первых приняла участие в стандартизации локальных сетей. Ее участие заключалось в активном протежировании изготавливаемой ею сети Еthernet. Чтобы добиться превращения сети Ethernet в промышленный стандарт для возможно большего числа потенциальных клиентов, фирма Xerox учредила консорциум Ethernet, куда вошли фирма Intel и фирма Digital Equipment . В 1980 г. этот консорциум выпустил документацию на сеть Ethernet. С тех пор сеть Ethernet усиленно навязывается в качестве стандарта для локальных сетей.
В то время, как разработчиками отыскивался стандарт для аппаратных средств, пользователи стали замечать недостатки такого стандарта. Наличие стандарта означает, что все используют одинаковый тип кабеля, одну топологию, один метод доступа к кабелю, одинаковые коммуникационные устройства для построения различных сетей (от сетей на 2 компьютера до крупных корпоративных сетей). Если бы такой стандарт стал реальностью, то каждый бы использовал некоторый стандартный набор аппаратных средств, а все другие средства, не включенные в стандарт, исчезли бы.
Проблема заключается в том, что аппаратные средства для ЛВС не могут быть оптимизированы из-за наличия нескольких критериев (скорость, стоимость, качество и др.). Единственный набор аппаратных средств не может быть наилучшим во всех ситуациях.
Например, для офиса врача потребуется локальная сеть из трех или четырех ПК; в этом случае наилучшей будет система с кабелем со скрученными парами проводов. Такой кабель нельзя использовать для передачи данных на большие расстояния, но он недорогой. В этой ситуации использование многоканального коаксиального кабеля или оптической системы было бы расточительством. В то же время, крупное учреждение нуждается в больших скоростях передачи данных на большие расстояния; в этой ситуации кабель со скрученными парами проводов непригоден. Аналогично, в других ситуациях наилучшее решение проблемы дадут другие системы аппаратных средств ЛВС.
2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) – Open System Interconnection (OSI).
Появление стандартов на программные средства разрешило дилемму стандартизации. При помощи этих стандартов операционная система обеспечивает стандартное взаимодействие между аппаратными средствами и прикладными программами сетей. Международная Организация по Стандартам (ISO) учредила Эталонную модель взаимодействия открытых систем (OSI), которая является основой при проектировании большинства сетей.
Модель OSI делит коммуникационный процесс на иерархию функциональных уровней, которые зависят друг от друга:
Уровень 7. Прикладные программы Абонентская служба (лог. взаимодействие Уровень 6. Представление данных прикладных процессов)
Уровень 5. Сеансовый (уровень сессии) Уровень 4. Транспортный Транспортная служба Уровень 3. Сетевой (передача информации между РС) Уровень 2. Канальный (уровень звена передачи данных)
Уровень 1. Физический
Каждый уровень имеет встроенный интерфейс для связи с примыкающими уровнями. Уровень 2 может передавать данные на Уровень 1 или Уровень 3, но Уровень 1 не может напрямую связываться с Уровнем 3 .
Модель OSI не учреждает и не поощряет какую-либо конкретную технику, методику связи (протокол). Ее определения достаточно широки, чтобы включить в себя множество протоколов.
Полное описание модели составляет более 1000 стр. текста.
Функции уровней
1. Физический уровень отвечает за передачу данных по физическим каналам (в том числе - по кабелю). На этом уровне работают сетевые адаптеры, концентраторы (модемы, порты ПК).
Три подуровня:
1) интерфейс с устройством доступа;
2) подключение к физической среде;
3) передача физических сигналов.
Характеристики физ. сред: полоса пропускания, помехозащищенность, волнов. сопрот-ие и др.; характеристики эл. сигналов: крутизна фронтов, уровни U и I, тип кодирования, скорость. Тип разъемов, назначение выводов.
Пример протокола физического уровня – спецификация 10Base-T – неэкранированная витая пара категории 3 (Rволновое=100 Ом, RJ-45), максимальная длина физического сегмента – 100 м, манчестерский код для представления данных в кабеле.
2. Канальный уровень обеспечивает доступ к среде передачи данных – к каналу (МАС - подуровень), обнаружение и коррекцию ошибок (по контрольной сумме, используется повторная передача) (исправления может и не быть (Ethernet, FR)), определение работоспособности сети (LLC- подуровень).
Протоколы канального уровня: Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN, PPP, LAP-B (протокол «точка-точка»), SNMP над Ethernet.
На этом уровне определено понятие «кадр данных» - данные с заголовками физического и канального уровней (контрольная сумма, нач. и кон. биты).
Сетевые адаптеры с драйверами и мосты/коммутаторы реализуют функции этого уровня.
3. Сетевой уровень обеспечивает связь сетей с различными топологиями, передачу между ними информации с выбором оптимального маршрута.
Протоколы сетевого уровня: сетевые протоколы, протоколы маршрутизации (т. е. обмена маршрутной информацией), протоколы разрешения адресов (ARP), протоколы межсетевого взаимодействия (например, IP, IPX).
На этом уровне вводится понятие номер сети, номер узла, «пакет данных» - данные с заголовками физического, канального и сетевого уровней.
Функции этого уровня реализуют маршрутизаторы.
4. Транспортный уровень обеспечивает исправление ошибок передачи: искажение, потерю, дублирование информации (пакетов) (используется контрольная сумма, нумерация пакетов, тайм-аут).
Поддерживает 5 классов сервиса, которые обеспечивают срочность доставки, возможность восстановления прерванной связи, наличие средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное – способность к обнаружению и исправлению ошибок. Классы сервиса реализуются с помощью средств сетевых операционных систем.
На этом уровне организуется деление сообщений на пакеты (см. п. Коммутация пакетов), обеспечение целостности блока данных во время передачи, предоставление приоритетов в передаче данных, подтверждение о принятых данных, ликвидация тупиковых ситуаций. Протоколы: TCP, UDP, SPX.
5. Сеансовый уровень организует сеансы связи между прикладными процессами различных РС, обеспечивает выбор активной станции, поддерживает средства синхронизации приёмника и передатчика (для осуществления прерванной передачи с момента прерыва с помощью контрольных точек ), организует выбор способа связи (дуплексная, полудуплексная, симплексная), передачу данных в диалоговом режиме. 3 этапа: создание сеанса связи, управление передачей и приемом пакетов сообщений в течении сеанса, завершение сеанса.
6. Представительный уровень обеспечивает представление данных от различных процессов в общем формате для разных систем (т.е. в понятном для получателя виде) - преобразование из внутреннего формата компьютера в формат сети – для объединения в сеть разнородных
компьютеров , напр. IBM и Macintosh (определяет «открытость» систем, позволяя общаться независимо от внутр. языка), шифрование/дешифрование, синтаксис, сжатие/восстановления.
Протокол: SSL (Secure Socket Layer) – секретный обмен сообщениями для протоколов Различные кодировки символов (ASCII, EBCDIC) Заголовок ур. 6 содержит указания для протоколов ур. 6 адресата.
7. Прикладной уровень (уровень пользователя) обеспечивает доступ к разделённым ресурсам, электронную почту; вычислительные, информационно-поисковые, справочные работы, осуществляет логическое преобразование данных.
Функции этого уровня реализуют шлюзы. Протоколы: NFS, FTP, TFTP (в TCP/IP).
На этом уровне вводится понятие «сообщение» - данные с заголовками всех семи уровней модели OSI. Заголовок ур. 7 содержит информацию о том, что необходимо сделать и с чем (напр., место нахождения файла и, что с ним необходимо сделать (локально или на сетевое устройство)).
Приложение может выполнять функции нескольких уровней, наприм. некот. СУБД со средствами удаленного доступа к файлам.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами.
На узле отправителе каждый уровень модели (вернее протокол каждого уровня) добавляет к исходным данным свои заголовки, т.е. свою служебную информацию. Таким образом, данные «обрастают» служебной информацией – заголовками, начиная от заголовков 7 уровня, кончая –1. На узле-приёмнике процесс идёт в обратном направлении – протокол более высокого уровня извлекает данные с заголовками, поступающие от протокола рядом находящегося нижестоящего уровня (т.е. информация поступает от уровня 1 к уровню 2, далее 3 и т. д. до 7).

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию