Классификация сетей ЭВМ. Программно - аппаратный комплекс сетей ЭВМ

Функциональный состав и структура сетей ЭВМ

Полный перечень функций, реализуемых любой сетью ЭВМ, можно представить двумя компонентами ‑ обработка и передача данных .

Вычислительные средства (ЭВМ, вычислительные комплексы и системы) абонентских систем и их программное обеспечение (сетевые операционные системы и приложения) являются основными функциональными элементами сетей ЭВМ, выполняющих обработку данных. Их главная задача состоит в реализации функций предоставления, потребления и распределения ресурсов сети. Вычислительные средства, реализующие весь комплекс перечисленных функций относятся к универсальным и составляют основу универсальных абонентских систем (УАС). Вычислительные средства, специализированные на предоставлении ресурсов, называются серверами и составляют основу сервисных абонентских систем (САС). Специализированные на потреблении сетевых ресурсов ‑ называются клиентами и составляют основу клиентских абонентских систем (КАС). Специализированные на управлении вычислительной сетью ‑ называются административными и составляют основу административных абонентских систем (ААС). Классификация сетевых абонентских систем по функциональному признаку представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Классификация сетевых абонентских систем

Универсальные абонентские системы используются для построения одноранговых сетей ЭВМ. Остальные виды абонентских систем используются для построения сетей типа «клиент - сервер».

Вычислительные средства узлов коммутации, совместно с каналами связи, образуют телекоммуникационную сеть с определенной топологической структурой и реализуют функции передачи данных между всеми абонентскими системами сети.

Таким образом, в составе любой сети ЭВМ можно выделить следующие основные функциональные компоненты:

Абонентские системы различного назначения (УАС, САС, КАС, ААС) в совокупности образующие абонентскую сеть;

Узлы коммутации и каналы связи, образующие телекоммуникационную сеть.

В общем виде структура сети ЭВМ представлена на рис. 1.6.

Отдельные сети ЭВМ посредством специального межсетевого оборудования (МСО) могут объединяться между собой, образуя одноуровневые или многоуровневые иерархические структуры (рис. 1.7).

По такому принципу могут объединяться локальные, региональные и глобальные сети ЭВМ.

Классификация сетей ЭВМ

Сети ЭВМ относятся к разряду сложных вычислительных систем, поэтому для их классификации используется не один, а целый ряд признаков, наиболее характерные из которых представлены на рис. 1.8.

На информационные сети;

Вычислительные сети;

По функциональному назначению сети ЭВМ подразделяются:

На информационные сети;

Вычислительные сети;

Информационно-вычислительные сети.

Рис. 1.6. Обобщенная структура сети ЭВМ

Рис. 1.7. Объединение сетей ЭВМ

Рис. 1.8. Классификация сетей ЭВМ

Информационные сети предоставляют пользователям в основном информационные услуги. К таким сетям относятся сети научно-технической и справочной информации, резервирования и продажи билетов на транспорте, сети оперативной информации служб специального назначения и т.д.

Вычислительные сети отличаются наличием в своем составе более мощных вычислительных средств, запоминающих устройств повышенной емкости для хранения прикладных программ, банков данных и знаний, доступных для пользователей, возможностью оперативного перераспределения ресурсов между задачами.

На практике наибольшее распространение получили смешанные информационно-вычислительные сети, в которых осуществляются хранение и передача данных, а также решение различных задач по обработке информации.

По размещению основных информационных массивов (банков данных) сети подразделяются на следующие типы:

Сети с централизованным размещением информационных массивов;

Сети с локальным (абонентским) размещением информационных массивов.

В сетях с централизованным размещением информационные массивы формируются и хранятся на главном файловом сервере сети. В сетях с локальным размещением информационные массивы могут находиться на различных файловых серверах.

По степени территориальной рассредоточенности компонентов сети различают:

Глобальные сети, охватывающие территорию страны или нескольких стран с расстояниями между отдельными узлами сети в несколько тысяч километров;

Региональные сети, расположенные в пределах определенного территориального региона (города, района, области и т.п.);

Локальные вычислительные сети, охватывающие сравнительно небольшую территорию (в радиусе до 10 км).

По типу используемых вычислительных средств сети могут быть:

Однородными (ЭВМ всех абонентских систем сети аппаратно и программно совместимы);

Неоднородными (ЭВМ абонентских систем сети аппаратно и программно несовместимы).

Локальные сети ЭВМ обычно являются однородными, а региональные и глобальные ‑ неоднородными.

По методу передачи данных различают сети:

С коммутацией каналов;

Коммутацией сообщений;

Коммутацией пакетов;

Со смешанной коммутацией.

Для современных сетей ЭВМ наиболее характерным является использование метода коммутации пакетов. Особенности каждого из методов передачи данных более подробно будут рассмотрены в дальнейшем.

Важным признаком классификации сетей ЭВМ является их топология, т.е. структура связей между элементами сети. Топология оказывает существенное влияние на пропускную способность, на устойчивость сети к отказам ее оборудования, на качество обслуживания запросов пользователей, на логические возможности и стоимость сети.

Для построения сетей ЭВМ используются следующие топологические структуры (рис. 1.9):

Радиальная (звездообразная);

Кольцевая;

Полносвязная;

Древовидная (иерархическая);

Смешанная.

Рис. 1.9. Топологические структуры сетей ЭВМ: а – радиальная; б – кольцевая; в – шинная; г – полносвязная; д – древовидная; е – смешанная

Основу сетей с радиальной (звездообразной) топологией (рис. 1.9, а) составляет главный центр, который может быть как активным (выполняется обработка информации), так и пассивным (выполняется только ретрансляция информации). Такие сети довольно просты по своей структуре и организации управления. К недостаткам сетей с радиальной топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя центрального узла коммутации, отсутствие свободы выбора различных маршрутов для установления связи между АС, увеличение задержек в обслуживании запросов при перегрузке центра обработки, значительное возрастание общей протяженности линий связи при размещении АС на большой территории.

В сетях с кольцевой топологией (рис. 1.9, б) информация между абонентскими станциями передается только в одном направлении. Кольцевая структура обеспечивает широкие функциональные возможности сети при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала. К недостаткам сетей с кольцевой топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя хотя бы одного сегмента канала передачи данных.

В сетях с шинной топологией (рис. 1.9, в) используется моноканал передачи данных, к которому подсоединяются абонентские системы. Данные от передающей АС распространяются по каналу в обе стороны. Информация поступает на все АС, но принимает сообщение только та АС, которой оно адресовано. Шинная топология ‑ одна из наиболее простых. Она позволяет легко наращивать и управлять сетью ЭВМ, является наиболее устойчивой к возможным неисправностям отдельных абонентских систем. Недостатком шинной топологии является полный выход из строя сети при нарушении целостности моноканала.

В полносвязной сети (рис. 1.9, г) информация может передаваться между всеми АС по собственным каналам связи. Такое построение сети требует большого числа соединительных линий связи. Оно эффективно для малых сетей с небольшим количеством центров обработки, работающих с полной загрузкой каналов связи.

В сетях с древовидной топологией (рис. 1.9, д) реализуется объединение нескольких более простых сетей с шинной топологией. Каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных сегментов.

Топология крупных сетей обычно представляет собой комбинации нескольких топологических решений. Примером такой сети может служить сеть со смешанной радиально ‑ кольцевой топологией, представленной на рис. 1.9, е.

Правильный и рациональный выбор основных функциональных, технических и программных компонентов сетей ЭВМ, их топологической структуры оказывают непосредственное влияние на все технические характеристики и общую эффективность функционирования сетей ЭВМ в целом. Это особенно важно для вычислительных сетей военного назначения, предназначенных для обработки и передачи больших информационных массивов данных в условиях жесткого лимита времени и высоких требований к достоверности информации.

Структуризация сети ЭВМ.

Различают топологию физических связей (физическую структуру сети) и топо­логию логических связей сети (логическую структуру сети).

Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компью­теров и может быть представлена в виде графа, узлами которого являются компьютеры и коммуникационное оборудование, а ребра соответствуют отрезкам кабеля, связывающим пары узлов.

Логические связи представляют собой пути прохождения информационных потоков по сети; они образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Цель физической струк­туризации - обеспечить построение сети не из одного, а из нескольких физиче­ских отрезков кабеля.

Основными средствами физической структуризации локальных сетей являются повторите­ли (repeater) и концентраторы (concentrator)/ или хабы (hub)/

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети.

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физиче­ских сегментов, часто называют концентратором, или хабом.

ВНИМАНИЕ

Добавление в сеть повторителя всегда изменяет ее физическую топологию, но при этом оставляет без изменения логическую топологию.

Концентраторы являются необходимыми устройствами практически во всех ба­зовых технологиях локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. В работе концентраторов любых тех­нологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входной сигнал на всех своих портах, кроме того, с которого этот сигнал поступил. А концентратор Token Ring повторяет входной сигнал только на одном, соседнем порту.

Логическая структуризация сети на разделяемой среде

Физическая структуризация сети не позволяет справиться с дефицитом пропускной способности, невозможностью использова­ния в разных частях сети линий связи разной пропускной способности. В таком случае может помочь логическая структуризация сети.

Типовые физические топологии сети (шина, кольцо, звезда), которые ограничи­вают все сетевые устройства, предоставляя им для обмена данными только одну разделяемую среду, оказываются неадекватными структуре информационных потоков в большой сети.

Логическая струк­туризация сети - зто процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Логическая структуризация позволяет дифференцировать дос­тупную пропускную способность в разных частях сети.

Логическая структуризация сети проводится путем использования мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов.

Мост делит единую среду передачи на части, передавая инф. из одного сегмента в др. только в том случае, если такая передача действительно необходима. Тем самым мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность сети. Мосты используют аппаратные адреса компьютеров.

Коммутатор (switch) функционально подобен мосту и отличается от моста в ос­новном более высокой производительностью. Каждый интерфейс коммутатора оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по ал­горитму моста независимо от процессоров других портов. Можно сказать, что коммутаторы - это усовершенствованные мосты, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Маршру­тизаторы(router ) более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик от­дельных частей сети друг от друга. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они обеспечивают вы­бор наиболее рациональных маршрутов. Другой важной функцией маршрутиза­торов является их способность связывать в единую сеть сети, построенные на базе разных сетевых технологий, например Ethernet и ATM.

Помимо перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway ). Шлюз позволяет объединять сети, построенные на существенно раз­ных программных и аппаратных платформах. Традиционно в Интернете термины «шлюз» и «маршрутизатор» используются как синоним.

Программно - аппаратный комплекс сетей ЭВМ. Классификация сетей ЭВМ.

Весь комплекс аппаратно- программных средств ЭВМ включает:

1)Аппаратные средства: - компьютеры пользователей (конечное устройство);

Коммутаторы;

Маршрутизаторы;

Коммутаторы, маршрутизаторы и мосты являются промежуточными узлами сети, которые обеспечивают передачу информации по сети.

2) Коммутационное оборудование.

3) Операционные системы – программное обеспечение, которое осуществляет управлению сетью ЭВМ.

4)Сетевые приложения пользователя.

Вся компьютерная сеть разделена на 2 большие части:

1)Сети доступа – объединяет компьютеры пользователей и через точку доступа обеспечивает обмен информации с другими сетями.

2)Магистральная сеть – объединяет сети доступа и обеспечивает передачу больших потоков информации с высокой скоростью.

Точка доступа (место подключения сети доступа к магистральной сети)

Промежуточные узлы (узлы, которые обеспечивают коммутацию передаваемых потоков информации)

Центры управления сервисами (промежуточные узлы, в которых хранится информация (услуги- e-mail, гипертекст, база данных)).

Основные классификационные признаки:

1) территориальный признак

Глобальные

Региональные

Локальные

2) Сети по предоставлению услуг:

Сети поставщики услуг

Корпоративные сети.

Требования к сетям ЭВМ

Требования:

1. Производительность

2. Надежность

3. Расширяемость

4. Масштабируемость

5. Прозрачность

6. Поддержка разных видов трафиков

7. Совместимость

8. По качеству обслуживания

1)Производительность
Потенциально высокая производительность - это одно из основных преимуществ распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается распределения работ между несколькими компьютерами сети.

Основные характеристики производительности сети:

Время реакции;

Скорость передачи трафика;

Пропускная способность;

Задержка передачи и вариация задержки передачи.
В общем случае время реакции определяется как интервал между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на него.
Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих:

Время подготовки запросов на клиентском компьютере;
- время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование;
- время обработки запросов на сервере;
- время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.
Скорость передачи трафика может быть мгновенной, максимальной и средней.
- средняя скорость вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается длительный промежуток времени - час, день или неделя;
- мгновенная скорость отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени - например, 10 мс или 1 с;
- максимальная скорость - это наибольшая скорость, зафиксированная в течение периода наблюдения.
Пропускная способность - максимально возможная скорость обработки трафика, определенная стандартом технологии, на которой построена сеть. Пропускная способность отражает максимально возможный объем данных, передаваемый сетью в единицу времени.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления данных на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления их на выходе.
2)Надежность и безопасность
Важно различать несколько аспектов надежности. Для сравнительно простых технических устройств используются следующие показатели надежности:
- среднее время наработки на отказ; - вероятность отказа; - интенсивность отказов.

Для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик: -готовность или коэффициент готовности; -сохранность данных; -согласованность (непротиворечивость) данных; -вероятность доставки данных; -безопасность; - отказоустойчивость.
3,4) Расширяемость и масштабируемость
Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.
Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.
5)Прозрачность
Прозрачность сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая традиционная вычислительная машина с системой разделения времени.
Прозрачность может достигаться на 2 различных уровнях - на уровне пользователя и на уровне программиста.
На уровне пользователя прозрачность означает работу с удаленными ресурсами, используя те же команды и процедуры, что и для работы с локальными ресурсами.
На программном уровне прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным.
Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали внутреннего устройства, что упрощает работу в сети.

Похожая информация.

28.1. Архитектура сети

Сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами передачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.

Архитектура сети ЭВМ определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без коммутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т.д.), видам среды передачи и т.д.

В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, например, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние.

В локальных вычислительных сетях (ЛВС) компьютеры расположены па расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называюткорпоративными системами илисетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) иуправление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенно изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.

Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем Международная Организация по Стандартизации (International Standart Organization - ISO) разработала Эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection - OSI).

Эталонная модель OSI определяет следующие семь функциональных уровней:

физический (physical layer);

управления линией (звеном) передачи или канальный (data link);

сетевой (network layer);

транспортный (transport layer);

сеансовый (session layer);

представительный (presentation layer);

прикладной, или уровень приложений (application layer).

Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Стандарты физического уровня включают рекомендации Х.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (деактивизации) физических соединений.

Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемыекадры

Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях),полудуплексным (попеременно в обоих направлениях) илисимплексным (в одном направлении).

Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки пли конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т.д. Основная функция сетевого протокола - прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транспортных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующихшлюзов (согласование сетевых объектов принципиальноразличных сетей)и мостов (согласование сетевых объектоводнотипных сетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций - квитирование. Квитанции, подтверждающие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме "окна". Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.

В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспортным протоколом (О, 1... 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).

Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользователям и программам.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. Па этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколом называется свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сообщений). Примерами протоколов звена данных являются протокол HDLC (Higher-level Data Link Control), принятый ISO, и протокол SDLC (Synchronous Data Link Control) фирмы IBM.

Интерфейсы описывают процедуры взаимодействия объектов смежных уровней и форматы информации, передаваемой между этими объектами. Примером одного из интерфейсов является интерфейс Х.25 подключения пользователей к сетям передачи данных общего пользования. Этот интерфейс описан в соответствующих рекомендациях (Х.25), где определяется порядок и правила взаимодействия оконечного оборудованияобработки данных DTE (Data Terminal Equipment) и оконечного оборудования цепейпередачи данных DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Роль DTE выполняет модем или цифровое устройство сопряжения для подключения к сети передачи данных. В качестве DCE может выступать хост-машина (Host), контроллер или концентратор, обслуживающий удаленные терминалы, интерфейсный компьютер для подключения к другой сети и т.д.

Разработка силами ISO множества рекомендаций по организации сетевого обмена между компьютерами внесла существенный вклад в теорию создания как глобальных, так и локальных сетей. Однако следует заметить, что принятие международных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реальных существующих сетей.

Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т.д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.

Более интенсивный обмен информацией происходит в локальных сетях, нежели в глобальных. В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ресурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компьютерами является обмен сообщениями.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы организации распределенных вычислений в среде ЛВС. Вопросы построения и функционирования глобальных сетей на примере сети Internet излагаются в следующем разделе.

Понятие сети ЭВМ

Под сетью ЭВМ понимают соединение двух и более ЭВМ с целью совместного использования их ресурсов (процессоров, устройств памяти, устройств ввода/вывода, данных). По степени охвата территории различают сети:

· локальные (местные) - в пределах одного учреждения, помещения (или при максимальном удалении ЭВМ не более 1км.)

· региональные - внутри населенного пункта, района

· национальные - внутри государства

· глобальные

По степени доступности различают корпоративные и общедоступные сети.

По топологии (способу объединения ЭВМ) различают:

· звездообразную топологию

При таком способе обмен данными между ЭВМ осуществляется через более мощную ЭВМ - сервер. Недостатком такого соединения является низкая живучесть сети - выход из строя сервера означает прекращение функционирование сети. Однако, простота и дешевизна реализации сделала эту структуру популярной в локальных сетях.

· топологию с общей шиной

При этом способе обмен данными происходит через общую шину, которую используя механизм прерывания может "захватывать" тот или иной компьютер. Характерной особенностью здесь является отсутствие сервера. Очень часто используется в локальных сетях, а уж в "домашних" повсеместно.

· кольцевая топология

В этой структуре каждая ЭВМ используя механизм прерывания работает в качестве ретранслятора. Обратите внимание, живучесть сети повышена - при одиночном обрыве связи между соседними ЭВМ сеть продолжает функционировать.

· полная топология

Соединение ЭВМ "каждая с каждой" позволяют получить сеть самую дорогую, но и обладающую максимальной живучестью.

Характеристики сетей ЭВМ

Операционные возможности - это перечень основных услуг предоставляемых сетью пользователю по обработке, хранению и передачи данных.

Время реакции сетей - Это интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо услуге сети и моментом получения ответа на данный запрос.

Время реакции сети (Т) состоит:

· Время подготовки запроса пользователя

· Время доступа запроса к средствам передачи данных

· Время передачи запроса до адресата через промежуточные средства телекоммуникации

· Время обработки запроса и подготовки ответа

· Время передачи ответа

· Время обработки ответа источником запроса

Пропускная способность - это объем данных (бит/с) передаваемых сетью в единицу времени и является наряду с задержкой передачи характеристикой, показывающей непосредственно качество передачи данных.

Надежность – эта характеристика складывается из:

· Коэффициент готовности сети – это доля времени в течении которого сеть выполняет возложенные на нее функции

· Вероятность доставки данных без искажений (вероятность потери данных)

· Безопасность – защита данных от несанкционированного доступа

· Отказоустойчивость – способность сети работать при отказе отдельных структурных функциональных элементов сети

Расширяемость и маштабируемость сети.

Расширяемость – характеризует степень легкости замены или добавления / удаления отдельных элементов сети.

Маштабируемость – возможность расширения сети в широких пределах без заметного ухудшения качества функционирования сети.

Производительность сети - Это суммарная производительность всех вычислительных систем, входящих в сеть, характеризует вычислительную мощность всей сети.

Прозрачность, управляемость и совместимость.

Прозрачность – характеризует степень простоты работы пользователя в сети

Управляемость – это возможность контроля состояния сети и ее отдельных компонентов, возможность разрешения возникающих в сети проблем, возможность анализа качества функционирования сети.

Совместимость – возможность сети включать в себя разнообразное программное, техническое обеспечение, произведенное самыми разными производителями (интегрируемость). Она достигается соблюдением разными производителями единых правил производства продукции (стандартов).

Стоимость обработки данных - Характеризует эффект и целесообразность построения и использования сети. Определяется из стоимости средств используемых для обработки, передачи и хранения данных с учетом их объема.

Модель ISO OSI

В 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (International Standard Organization, ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI).

Модель представляет собой международный стандарт для проектирования сетевых коммуникаций и предполагает уровневый подход к построению сетей. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Посредством деления на уровни сетевая модель OSI упрощает совместную работу оборудования и программного обеспечения.

Модель OSI разделяет сетевые функции на семь уровней: прикладной, уровень представления, сессионный, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Классифицировать сети можно по различным признакам – однородности компонентов, иерархичности, территориального размещения, принадлежности, среде передачи.

Однородность компонентов. Сеть может состоять как из однотипных устройств (гомогенные), так и из устройств различного типа (гетерогенные). Гомогенные сети были распространены в 70-80 годы, когда была характерна поставка "под ключ" единого комплекта сети от одного производителя. В настоящее время практически не встречаются.

Иерархичность . Одноранговые сети, все компьютеры в которых имеют одинаковые права, и иерархические (сети с выделенными серверами и управляющими устройствами). Применяются сети обоих типов, например, сеть небольшого офиса часто состоит из равноправных компьютеров без выделенного сервера, сетью здания удобнее управлять из единого центра, сеть Интернет – формально одноранговая.

Территориальное размещение. Чёткого критерия нет, особенно в настоящее время, когда сети всех типов строятся на общих принципах семейства протоколов TCP/IP, но принято различать локальные (комната, здание, типичное расстояние между компьютерами – от единиц до сотен метров), территориальные (крупное предприятие, небольшой город, типичные расстояния – единицы километров) и глобальные сети (сотни и тысячи километров). Также иногда выделяют городские сети (десятки километров) и личные сети (десятки метров).

Принадлежность. Частные, корпоративные, государственные и публичные сети. Классификация ясна из названия.

Среда передачи . Сети с общей средой передачи, когда все участники сети общаются через единое физическое пространство, или сети с коммутируемой средой передачи, когда в сети поддерживается множество отдельных каналов связи. Также по среде передачи можно различать проводные (электрические, оптические) и беспроводные (радио) сети.

1. Эталонная модель взаимодействия открытых систем osi. Основные функции уровневых подсистем.

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием - декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.

Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями.

В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены. Средства сетевого взаимодействия тоже могут быть представлены в виде иерархически организованного множества модулей.

Без принятия всеми производи­те­ля­ми общих правил построения оборудования прогресс в деле строительства сетей был бы невозможен. Поэтому всё развитие компьютерной отрасли отражено в стандартах – любая новая технология только тогда может широко использоваться, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте, а пока стандарта нет – это не технология, а всего лишь экспериментальная разработка.

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная модель взаимодействия OSI (Open Systems Interconnection) – абстрактная сетевая модель коммуникации и разработки сетевых протоколов. Модель рассматривает сеть по уровням, каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

Уровни нумеруются от низшего (физического) до высшего (прикладного), но рассмотрим мы их сверху вниз – по порядку использования.

7. Прикладной уровень (Application layer)

Верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских программ – то есть собственно то, что нужно пользователю от сети.

6. Представительский уровень (Presentation layer)

Отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

5. Сеансовый уровень (Session layer)

Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.

4. Транспортный уровень (Transport layer)

Предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом не важно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает.

3. Сетевой уровень (Network layer)

Предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети.

2. Канальный уровень (англ. Data Link layer)

Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.

1. Физический уровень (Physical layer)

Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов.

Семиуровневая модель OSI является теоретической , непосредственно на основе этой модели сети не строят, но она очень полезна для понимания построения сети.