3. ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

3. ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

58
0

3.1. Понятие информационно-вычислительной сети

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) — два или более
компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной
или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена
информацией. Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные
средства.

Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие
основные возможности:

> Объединение ресурсов — возможность резервировать
вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя
отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.

> Разделение ресурсов — возможность стабилизировать и
повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования,
управлять периферийными устройствами.

> Разделение данных — возможность создавать
распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и
управлять ими с периферийных рабочих мест

> Разделение программных средств — возможность совместного
использования программных средств.

> Разделение вычислительных ресурсов — возможность
организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных
другие системы, входящие в сеть.

> Многопользовательский режим.

В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в
вычислительных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей
загрузки

92

ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не
менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на
автономных компьютерах.

При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять
надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить к остановке
работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций
отказавшего компьютера на другой компьютер сети.

На сегодняшний день более 130 млн компьютеров, т.е. более 80
%, объединены в информационно-вычислительные сети, начиная от малых локальных
сетей до глобальных сетей типа Internet. Тенденция к объединению компьютеров в
сети обусловлена рядом причин, таких как:

• необходимость получения и передачи сообщений не отходя от
рабочего места;

• необходимость быстрого обмена информацией между
пользователями;

• возможность быстрого получения разнообразной информации,
вне зависимости от ее местонахождения.

Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все
большего числа персональных компьютеров к глобальным сетям привело в последние
десятилетие к формированию основ концепции «сетевого компьютера». Суть ее
заключается в том, что ПК, работающий в сети, получает определенные
преимущества перед автономным ПК:

• программы загружаются непосредственно из сети;

• нет необходимости иметь на ПК жесткий диск;

• экономятся время и средства на покупку и обновление ПО,
так как оно устанавливается и обновляется через сеть;

• имеется доступ к электронной почте и ресурсам Internet.

Все функции по установке и обновлению программного
обеспечения сетевого компьютера, наряду с другими функциями по поддержке
функционирования сети, берут на себя провайдеры, обслуживающие сеть за
небольшую абонентскую плату.

93

3.2. Классификация ИВС

Вычислительные сети классифицируют по различным признакам:
> По территории.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) охватывают небольшие
территории диаметром до 5–10 км внутри отдельных контор (офисов), бирж, банков,
учреждений, вузов, научно-исследовательских организаций и т.п. При помощи
общего канала связи ЛВС может объединять от десятков до сотен абонентских
узлов, включающих персональные компьютеры, внешние запоминающие устройства,
дисплеи и др.

Современная стадия развития ЛВС характеризуется почти
повсеместным переходом от отдельных сетей к сетям, которые охватывают все
предприятие (фирму, компанию), объединяют разнородные вычислительные ресурсы в
единой среде. Такие сети получили название корпоративных.

Региональные и глобальные ИВС образуются путем объединения
локальных ИВС на отдельных территориях или по всей планете. Наиболее крупной
глобальной компьютерной сетью является сеть Internet.

> По способу управления,

Сети с централизованным управлением, в которых выделяется
одна или несколько машин, управляющих процессом обмена данных по сети. Эти
машины называются серверами. Остальные компьютеры называются рабочими
станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам сервера и совместно
используемым принтерам, однако с рабочей станции нельзя работать с дисками
других рабочих станций и для обмена данными пользователи вынуждены использовать
диски сервера.

Примером сети с централизованным управлением может служить
сеть Novell NetWare. Выделенный компьютер-сервер поддерживает и отвечает за все
сетевые ресурсы, в то время как любой клиент имеет доступ к этим ресурсам
только через сетевую оболочку, имеющуюся на каждой рабочей станции.

94

Децентрализованные (одноранговые) сети не содержат в своем
составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от
одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к
дискам и принтерам других рабочих станций.

Пример одноранговой сети — сети Windows for Workgroups и
Windows 95. Нажатием кнопки мыши вы можете предоставить свой диск или принтер в
коллективное пользование.

> По характеру выполняемых функций:

• вычислительные;

• информационные.

> По составу вычислительных средств:

• однородные — объединяют однородные вычислительные
средства;

• неоднородные — объединяют различные вычислительные
средства.

> По типу организации передачи данных:

• коммутация каналов;

• коммутация сообщений;

• коммутация пакетов.

3.3. Базовая модель взаимодействия открытых систем

Процесс передачи данных в сети требует единого представления
данных в линиях связи, по которым передается информация. Все сети работают в
одном принятом для компьютерных сетей стандарте — стандарте взаимодействия
открытых систем (Open Systems Interconnection — (OSI)).

Базовая модель взаимодействия открытых систем разработана
Международной организацией по стандартизации (International Standards
Organization – (ISO)). Эта модель является международным стандартом для
передачи данных. Модель содержит семь уровней:

1) физический формации;

– битовые протоколы передачи ин-

95

2) канальный — управление доступом к среде, формирование
кадров;

3) сетевой – маршрутизация, управление потоками данных;

4) транспортный – обеспечение взаимодействия удаленных
процессов;

5) сеансовый — поддержание диалога между удаленными
процессами;

6) представительский – интерпретация передаваемых данных;

7) прикладной – пользовательское управление данными.

Основная идея базовой модели заключается в том, что каждому
уровню отводится конкретное место в процессе передачи данных в сети, т.е. общая
задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. В
результате, вычислительная сеть представляется как комплексная система, которая
координирует взаимодействие задач пользователей.

Протоколами называются соглашения, необходимые для связи
одного уровня модели с выше- и нижерасположенными уровнями.

Уровни базовой модели проходятся в направлении вверх от
источника данных (от уровня 1 к уровню 7) и в направлении вниз от приемника
данных (от уровня 7 к уровню 1). В первом случае на каждом уровне поступающие
данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в
вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский
прикладной уровень. Во втором случае пользовательские данные передаются в
нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех
пор, пока не будет достигнут последний уровень.

Далее мы подробнее рассмотрим функции каждого уровня.

> Физический уровень. На этом уровне определяются электрические,
механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в
сетевых системах. Установление физической связи является основной функцией
первого уровня. Протоколы физического

96

уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA RS232 и
Х.21. В будущем определяющую роль для функций передачи данных будет играть
стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network).

> Канальный уровень. Канальный уровень организует канал
для передачи данных и формирует из данных, передаваемых физическим уровнем, так
называемые последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление
доступом к передающей среде, используемой несколькими компьютерами,
синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.

> Сетевой уровень. На сетевом уровне устанавливается
связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит
благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в
пакете. Сетевой уровень должен обеспечивать обработку ошибок,
мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный протокол этого
уровня – рекомендация Х.25 МККТТ для сетей общего пользования с коммутацией
пакетов.

> Транспортный уровень. Транспортный уровень поддерживает
непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом
пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность
передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в
конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и
безошибочную передачу данных.

> Сеансовый уровень. Сеансовый уровень координирует
прием, передачу и организацию одного сеанса связи. Для координации необходимы
контроль рабочих параметров сети, управление потоками данных промежуточных
накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу имеющихся в
распоряжении данных. Сеансовый уровень содержит функции управления паролями,
подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом,
синхронизации и отмены связи в сеансе передачи в случае возникновения сбоя
вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

4 Информатика и математика для юристов

97

> Представительский уровень. Уровень представления данных
предназначен для интерпретации данных, а также подготовки данных для
пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование
данных из кадров, используемых для передачи данных, в экранный формат или
формат для печатающих устройств.

> Прикладной уровень. На прикладном уровне необходимо
предоставить в распоряжение пользователей переработанную информацию, что
является задачей системного и прикладного программного обеспечения
пользователя.

3.4. Некоторые вопросы организации работы сети

Для передачи информации по коммуникационным линиям данные
преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов. Алфавитно-цифровые
символы представляются с помощью битовых комбинаций. Существуют специальные
кодовые таблицы, содержащие 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды символов.

При передаче информации в сетях на практике применяют
следующие кодировки:

ASCII (American Standard Code for
Information Interchange) — передача символьной информации с помощью 7-битового
кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского
алфавита, а также некоторые спецсимволы;

8-битовые коды (например, КОИ-8 и др.) — для представления
символов национальных алфавитов и специальных знаков (например, символов
псевдографики).

Для обмена информацией в сетях используется принцип пакетной
коммутации. При этом информация перед передачей разбивается на блоки, которые
представляются в виде пакетов определенной длины, содержащих кроме информации
пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и
выявлять возникающие при передаче ошибки.

Для правильной, т.е. полной и безошибочной передачи блоков
данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил, которые
называются протоколами передачи данных.

98

Протоколами передачи данных оговариваются следующие моменты:

• синхронизация — механизм распознавания начала и конца
блока данных;

• инициализация — механизм установления соединения между
взаимодействующими партнерами;

• пакетирование — механизм разбиения передаваемой информации
на блоки определенной длины, включая опознавательные знаки начала блока и его
конца;

• адресация — способ формирования адреса, что обеспечивает
идентификацию компьютера в сети для установления взаимодействия;

• обнаружение ошибок — установка битов четности и вычисление
контрольных сумм;

• нумерация — механизм присвоения номеров последовательным
блокам с целью сборки сообщения;

• управление потоком — механизм распределения и
синхронизации информационных потоков в сети;

• восстановление — способ восстановления процесса передачи
данных в сети после его прерывания.

Для доставки пакетов используются коммутируемые и
некоммутируемые каналы. Для понимания принципов коммутации можно привлечь
аналогию с телефонной и почтовой связью.

Компьютер пользователя может работать в режиме, когда он
непосредственно присоединен к сети (режим ON LINE). Однако часто приходится
обращаться к сетевым ресурсам по коммутируемым каналам (режим OFF LINE). В этом
случае помогают серверы доступа. Серверы доступа обеспечивают удаленную связь
пользователя с удаленной ЛВС с помощью программы дистанционного управления.
Каждый сервер доступа соединен с ЛВС и может извлекать прикладные программы с
жесткого диска сетевого сервера и загружать их для выполнения. В результате
удаленные пользователи имеют возможность работать с этими программами, т.е.
проверять сообщения электронной почты, передавать файлы, распечатывать информацию
на принтере и т.п.

99

Обязанность поддержания функционирования сети возлагается на
администратора или супервизора. Он обеспечивает контроль работы с любой рабочей
станции, а также сохранение информации от несанкционированного доступа. Высокая
степень конфиденциальности достигается за счет ограниченного доступа к
определенным файлам, рабочим станциям, ограничения времени доступа, а также
системы паролей и приоритетов

Соединение компьютера через телефонную линию осуществляется
с помощью модема. Телефонная линия предназначена для передачи только аналоговых
звуковых сигналов. Чтобы передать по ней цифровые импульсы, их нужно
промодулировать, т.е. преобразовать в колебания звуковой частоты.

Еще один метод доступа к ЛВС основан на использовании
электронных досок объявлений. При вызове электронной доски объявлений на экране
появляется меню сообщений и функции. Пользователь может прочитать нужное
сообщение, отправить свое сообщение, загрузить или выгрузить файл.

Электронная почта – при установке специального программного
обеспечения любой персональный компьютер может обмениваться сообщениями с любым
компьютером другой ЛВС.

3.5. Локальные вычислительные сети

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное
подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных.
Понятие ЛВС (англ. LAN – Lokal Area Network) относится к географически
ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным
комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с
помощью соответствующих средств коммуникаций.

ЛВС предоставляет возможность одновременного использования
программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность
взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством
ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих
удаленных рабо-

100

чих местах, которые используют совместно оборудовав ние,
программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть
изолированными и объединяются в единую систему.

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи
информации. В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика
должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а
не из другого места сети. Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и
выше. Реально достигаются следующие скорости:

• коаксиальный кабель — 10 — 50 Мбод;

• витая пара — до 10 Мбод;

• специальная витая пара 5 категории — до 100 Мбод;

• оптическое волокно – до 1Гбод;

• телефонная линия – от 2400 бод до 56 Кбод;

• спутник (10 000 компьютеров одновременно) около 1 Мбод.

Компоненты ЛВС: сетевые устройства и средства коммуникаций.

В ЛВС реализуется принцип модульной организации, который
позволяет строить сети различной конфигурации с различными функциональными
возможностями. Основные компоненты, из которых строится сеть, следующие:

• передающая среда — коаксиальный кабель, телефонный кабель,
витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;

• рабочие станции — ПК, АРМ или собственно сетевая станция.
Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни
винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходим сетевой адаптер —
специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;

• платы интерфейса — сетевые платы для организации
взаимодействия рабочих станций с сетью;

• серверы – отдельные компьютеры с программным обеспечением,
выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

• сетевое программное обеспечение.

101

Рассмотрим некоторые из перечисленных компонентов сети более
подробно.

> Серверы. Сеть может иметь один или несколько серверов.
Различные серверы могут использоваться для управления работой сети (серверы
сети), хранения информации в виде файлов (файл-серверы), поиска и извлечения
информации из баз данных (серверы баз данных), рассылки информации (почтовые
серверы), сетевой печати (серверы печати) и др. Диски серверов доступны со всех
остальных рабочих станций сети, если у пользователей есть соответствующие
полномочия.

Взаимодействие сервера с рабочими станциями происходит
примерно по следующей схеме. По мере необходимости рабочая станция отправляет
серверу запрос на выполнение каких либо действий: прочитать данные, напечатать
документ, передать электронное письмо и т.п. Сервер выполняет затребованное
действие и выдает подтверждение.

> Передающая среда. Передающие среды характеризуются
скоростью и дальностью передачи информации и надежностью.

В качестве средств коммуникации в ЛВС чаще всего
используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе
передающей среды необходимо учитывать следующие показатели:

• скорость передачи информации;

• дальность передачи информации;

• защищенность передачи информации;

• надежность передачи информации;

• стоимость монтажа и эксплуатации.

Одновременное выполнение требований, предъявляемых к
передающей среде, является трудноразрешимой задачей. Так, например, большая
скорость передачи данных часто ограничена предельно допустимым расстоянием
надежной передачи данных, при обеспечении необходимого уровня защиты
передаваемых данных. Стоимость средств коммуникации сказывается на возможности
наращивания и расширения сети.

Рассмотрим подробнее свойства некоторых передающих сред.

> Витая пара – витое двухжильное проводное соединение
(twistedpair), наиболее дешевое среди передающих сред. Позволяет передавать
информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, помехозащищенность
низкая. Длина кабеля не превышает 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Для повышения помехозащищенности информации используют экранированную витую пару,
помещенную в оболочку, аналогичную экрану коаксиального кабеля. Цена такой пары
близка к цене коаксиального кабеля.

> Коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель применяется
для связи на расстояния до нескольких километров, имеет хорошую
помехозащищенность при средней цене. Скорость передачи информации от 1 до 10
Мбит/с, в некоторых случаях достигает 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель может
использоваться для широкополосной передачи информации.

> Широкополосный коаксиальный кабель. Такой коаксиальный
кабель слабовосприимчив к помехам, легко наращивается, однако имеет высокую
цену. Скорость передачи информации достигает 500 Мбит/с. Для передачи
информации на расстояние более 1,5 км в базисной полосе частот необходим
репитер (усилитель), при этом расстояние устойчивой передачи увеличивается до 10 км. Для ЛВС с топологией «шина» или «дерево» кабель должен иметь на конце терминатор (согласующий
резистор).

> Ethernet-кабель.

Толстый Ethernet. Коаксиальный кабель с волновым
сопротивлением 50 Ом (thick Ethernet или желтый кабель yellow cable).
Использует 15-контактное стандартное включение. Максимально допустимое
расстояние передачи без репитера не превышает 500 м, а общая длина сети Ethernet — 3000 м. Толстый Ethernet, вследствие магистральной топологии
использует на конце лишь один терминатор. По параметрам помехозащищенности
является дорогой альтернативой обычному коаксиальному кабелю.

102

103

Тонкий Ethernet. Коаксиальный кабель с волновым противлением
50 ом (thin Ethernet) и скоростью передачи информации 107 бит/с, более дешевый,
чем толстый Ethernet.

ЛВС с кабелем thin Ethernet характеризуются низкой
стоимостью, минимальными затратами при наращивании и не требуют дополнительного
экранирования. Кабель присоединяется к сетевым платам рабочих станций с помощью
тройниковых соединителей (T-connectors) с малогабаритными байонетными разъемами
(СР-50). При соединении сегментов thin Ethernet требуются репитеры. Расстояние
между рабочими станциями без репитеров не может превышать 300 м, а общая длина сети — 1000 м

> Оптоволоконный кабель. Наиболее дорогостоящей
передающей средой для ЛВС является оптоволоконный кабель, называемый также
стекловолоконным кабелем. Скорость передачи информации по нему достигает
нескольких гигабит в секунду при допустимой длине более 50 км. Помехозащищенность оптоволоконного кабеля очень высокая, поэтому ЛВС на его основе применяются
там, где возникают электромагнитные помехи и требуется передача информации на
большие расстояния без использования репитеров. Сети устойчивы против
подслушивания, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень
сложна. Обычно ЛВС на основе оптоволоконного кабеля строятся по звездообразной
топологии. Характеристики типовых передающих сред приведены в табл 3.1.

Таблица 3 1 Характеристики типовых передающих сред

Показатели

Передающая среда

Витая пара

Коаксиальный кабель

Оптоволоконный кабель

Цена

Невысокая

Средняя

Высокая

 

Очень

 

 

Наращивание

простое

Проблематично

Проблематично

Защита

 

 

 

от прослушивания

Плохая

Хорошая

Очень хорошая

Заземление

Нет

Требуется

Нет

Помехозащищенность

Низкая

Высокая

Очень высокая

104

3.5.1. Топология ИВС

Топология, те. конфигурация соединения элементов в ЛВС,
привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети.
Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные
свойства сети, такие, например, как надежность и производительность.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС.
Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных
класса: широковещательные и последовательные.

> В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает
сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям
относятся «общая шина», «дерево» (соединение нескольких общих шин с помощью
репитеров), «звезда с пассивным центром». Преимущество конфигураций этого
класса -простота организации сети.

> В последовательных конфигурациях каждый физический
подуровень передает информацию только одному ПК. К таким конфигурациям
относятся «звезда с интеллектуальным центром», «кольцо», «иерархическое
соединение», «снежинка» Основное достоинство — простота программной реализации
соединения.

Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего
применяется временной метод разделения, согласно которому каждой подключенной
рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное
право на использование канала передачи информации. Поэтому требования к
пропускной способности сети при повышенной нагрузке, т.е. при вводе новых
рабочих станций, снижаются

В различных топологиях реализуются различные принципы
передачи информации. В широковещательных это селекция информации, в
последовательных -маршрутизация информации

В ЛВС с широкополосной передачей информации рабочие станции
получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию.
Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Тех-

105

ника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать
в коммуникационной среде довольно большой объем информации.

3.5.1.1. Звездообразная топология

Топология сети в виде звезды с активным центром (рис. 3.1)
унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и
обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки
данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через
центральный узел вычислительной сети.

Сервер

Рис 3.1. Топология в виде звезды

Пропускная способность сети определяется вычислительной
мощностью центрального узла и гарантируется для каждой рабочей станции.
Коллизий, т.е. столкновений в передаче данных не возникает.

Кабельное соединение топологии относительно простое,
постольку поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако
затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел
географически расположен не в центре топологии.

При расширении ЛВС невозможно использовать ранее выполненные
кабельные связи: к новой рабочей 106

станции необходимо прокладывать отдельный кабель от
центрального узла сети.

Звездообразная топология при хорошей производительности
центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС,
поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным
линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на
передачу информации от одной станции к другой – невысокая по сравнению с
другими топологиями.

Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую
очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в
качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из
строя центрального узла нарушается работа сети в целом.

В ЛВС с центральным узлом управления можно реализовать
оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.

3.5.1.2. Кольцевая топология

В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между
собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, т.е.
коммуникационная связь замыкается в кольцо (рис. 3.2).

Прокладка линий связи между рабочими станциями может
оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции
расположены далеко от основного кольца.

Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция
посылает по определенному адресу информацию, предварительно получив из кольца
запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как
сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать
кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации
увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.

Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что
каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае
выхода из строя хотя бы

107

одной из них вся сеть парализуется. Неисправности кабельной
системе локализуются легко.

Рис. 3.2. Кольцевая топология

Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки
работы сети, так как кольцо должно быть разорвано. Специальных ограничений на
размер ЛВС не существует.

Особой формой кольцевой топологии является логическое
кольцо.

Физически такая топология монтируется как соединение
звездных топологий. Отдельные звезды включают-«ся с помощью специальных
коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют
«хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими
станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные
концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16
рабочих станций. Пассивный кон-

108

центратор является исключительно разветвительным устройством
(максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в
логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети.
Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому
передается управление (от старшего–к младшему и от самого младшего – к самому
старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного
(ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может
нарушаться работа всей сети.

3.5.1.3. Шинная топология

В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина} —
общая для всех рабочих станций (рис. 3.3). Функционирование ЛВС не зависит от
состояния отдельной рабочей станции, т.е. рабочие станции в любое время могут
быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.

Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в
качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым
соединителем (Г-коннектором), поэтому расширение такой сети требует разрыва
шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие
решения предполагают установку вместо Г-коннекторов пассивных штепсельных
коробок.

Сервер

Шина

Рис. 3.3. Шинная топология

109

Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить
без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод
информации из ЛВС и, соответственно, прослушивание информации осуществляются
достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.

Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в
табл. 3.2.

Таблица 3 2. Характеристики топологий вычислительных сетей

Характеристика

Топология

Звезда

Кольцо

Шина

Стоимость

 

 

 

расширения

Низкая

Средняя

Средняя

Присоединение абонентов

Пассивное

Активное

Пассивное

Защита

 

 

 

от отказов

Низкая

Низкая

Высокая

Защита

 

 

 

от прослушивания

Хорошая

Хорошая

Плохая

Повеление

 

 

 

при высоких нагрузках

Хорошее

Плохое

Плохое

Работа в режиме реального времени

Хорошая

Хорошая

Плохая

Разводка кабеля

Хорошая

Плохая

Хорошая

3.5.1.4. Древовидная топология

Образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше
топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой
собираются коммуникационные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где
невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для
подключения рабочих станций применяют устройства, называемые концентраторами.

Существует две разновидности таких устройств. Устройства, к
которым можно подключить максимум три станции, называют пассивными
концентраторами. Для подключения большего количества устройств необходимы
активные концентраторы с возможностью усиления сигнала.

НО

3.5.2. Типы построения ЛВС по методам передачи информации

3.5.2.1. Сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей
среды применяются неэкранированная или экранированная витая пара или
оптоволокно. Скорость передачи данных от 4 до 16 Мбит/с. В качестве метода
управления доступом рабочих станций к передающей среде используется маркерное
кольцо (Token Ring). Основные положения метода:

• кольцевая топология ЛВС;

• рабочая станция может передавать данные, только получив
маркер, т.е разрешение на передачу информации;

• в любой момент времени только одна станция в сети обладает
таким правом.

В ЛВС Token Ring используются три основных типа пакетов:

• пакет Управление/Данные (Data/Command Frame);

• маркер (Token);

• пакет сброса (Abort).

> Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета
выполняется передача данных или команд управления работой сети.

> Маркер. Станция может начать передачу данных только
после получения такого пакета. В кольце может быть только один маркер и,
соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

> Пакет Сброса. Посылка такого пакета вызывает
прекращение передачи информации.

Сеть Token Ring допускает подключение компьютеров по
звездообразной топологии.

i

}

f 3.5.2.2. Локальная сеть Arknet

Arknet (Attached Resource Computer NEJWork) — npo-[стая,
недорогая, надежная и гибкая архитектура ЛВС. [ Разработана корпорацией
Datapomt в 1977 г. Впоследст-

111

вии лицензию на Arcnet приобрела корпорация SMC (Standard
Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем
оборудования для сетей Arcnet. В качестве передающей среды используются витая
пара, коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный
кабель. Скорость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении
устройств применяют топологии шина и звезда.

Метод управления доступом станций к передающей среде —
маркерная шина (Token Bus). Метод предусматривает следующие правила:

• устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только
получив разрешение на передачу (маркер);

• в любой момент времени только одна станция в сети обладает
таким правом;

• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем
станциям сети.

Принципы работы:

Передача каждого байта в Arcnet выполняется посылкой ISU
(Information Symbol Unit — единица передачи информации), состоящей из трех
служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета
передается начальный разделитель АВ (Alert Burst), который состоит из шести
служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В Arcnet определены пять типов пакетов:

1. Пакет ITT
(Information To Transmit) — приглашение к передаче. Эта
посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая
пакет ITT, получает право на передачу данных.

2. Пакет FBE (Free Buffer Enquiries) — запрос о готовности к
приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

3. Пакет данных. С помощью этой посылки производится
передача данных.

4. Пакет АСК (ACKnowledgments) — подтверждение приема.
Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных
без ошибок, т.е. ответ на FBE и пакет данных.

112

5. Пакет NAK (Negative AcKnowledgments) неготовность к
приему. Неготовность узла к приему данных в ответ на FBE или принятие пакета с
ошибкой.

3.5.2.3. Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце 70-х гг. предложила компания
Xerox. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment
Corporation (DEC) и Intel. В 1982 г. была опубликована спецификация на Ethernet
версии 2.0. На базе Ethernet разработан стандарт IEEE 802.3.

Основные принципы работы:

• шинная топология на логическом уровне;

• все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е.
любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая
среда свободна);

• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем
станциям сети.

3.6. Операционные системы ЛВС

Для сетей с централизованным управлением важным компонентом
является сетевая операционная система, которая устанавливается на сервере сети,
и клиентские части, устанавливаемые на рабочих станциях.

Основное направление развития современных сетевых
операционных систем (Network Operation System) -поддержка систем с
распределенной обработкой данных и перенос операций обработки на рабочие
станции. Это в основном связано с ростом вычислительных возможностей ПК и
внедрением многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NT, Windows 95.
Внедрение объектно-ориентированных технологий обработки данных (OLE, DCE,
IDAPI) также позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В
такой ситуации основной задачей сетевой операционной системы становится
объединение разнородных операционных систем рабочих станций и поддержка
протоколов транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных,

ИЗ

передача сообщений, управление распределенными ресурсами
сети (Directory Name Service).

В современных сетевых операционных системах применяются три
подхода к организации управления ресурсами сети.

> Таблицы Объектов (Bindery). Используются в операционных
системах Novell NetWare vS.lx. Таблицы находятся на каждом файловом сервере
сети. Они содержат информацию о пользователях, группах, их правах доступа к
ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т.п.). Такая организация работы
удобна, если в сети имеется только один сервер. В этом случае требуется
определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении
сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко
возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и
контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны
знать, где расположены те или иные ресурсы сети, и для получения доступа к этим
ресурсам регистрироваться на выбранном сервере. Для информационных систем,
состоящих из большого количества серверов, такая организация работы сети
неэффективна.

> Структура Доменов (Domain). Используется в LANServer и
LANMahager. Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно
рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только в данном случае
такая таблица является общей для нескольких серверов, а ресурсы серверов
являются общими для всего домена. Поэтому пользователю, для того чтобы получить
доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после
чего ему становятся доступны все ресурсы домена, т.е. ресурсы всех серверов и
устройств, входящих в состав домена. Однако и при использовании этого подхода
также возникают проблемы при построении информационной системы с большим
количеством пользователей, серверов и доменов, например, сети масштаба
предприятия. Проблемы связаны с организацией управления несколькими доменами.

114

> Служба Каталогов (Directory Name Service). В данном
подходе все ресурсы сети: серверы, пользователи, сетевая печать, хранение
данных и т.п. рассматриваются как ветви или директории одной общей
информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере.
Это, во-первых, повышает надежность операционной системы и, во-вторых, упрощает
обращение к ресурсам сети. Пользователю, зарегистрированному на одном сервере,
доступны все ресурсы сети. Управление такой системой проще, чем при
использовании доменов, так как существует одна таблица, характеризующая все ресурсы
сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы,
пользователей, их права доступа отдельно для каждого домена.

Рассмотрим более подробно характеристики некоторых сетевых
операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и
аппаратному обеспечению ЛВС.

3.6.1. Novell NetWare 3.11

> Отличительные черты:

• эффективная файловая система;

• самый широкий выбор аппаратного обеспечения.

> Основные характеристики и требования к аппаратному
обеспечению:

• центральный процессор: 386 и выше;

• минимальный объем жесткого диска: 9 Мбайт;

• объем ОП (Оперативной Памяти) на сервере: 4 МБайт – 4
Гбайт;

• минимальный объем ОП PC (Рабочей Станции) клиента: 640
Кбайт;

• операционная система: собственная разработка Novell;

• протоколы: IPX/SPX;

• мультипроцессорность: нет;

• количество пользователей: 250;

• максимальный размер файла: 4 Гбайт;

• шифрование данных: нет;

• монитор UPS: есть;

• TTS: есть;

115

• управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindery
на сервере;

• система отказоустойчивости: дублирование дисков,
зеркальное отражение дисков, SFT H,SFT III, поддержка накопителя на магнитной
ленте, резервное копирование таблиц bindery и данных;

• компрессирование данных: нет;

• фрагментация блоков (Block suballocations): нет;

• файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac (доп.), OS/2
(доп.), UNIX (доп.), Windows NT.

3.6.2. Windows NT Advanced Server 3.1,
Microsoft Corp.

> Отличительные черты:

• простота интерфейса пользователя;

• доступность средств разработки прикладных программ и
поддержка прогрессивных объектно-ориентированных технологий.

Все это привело к тому, что эта операционная система может
стать одной из самых популярных сетевых операционных систем.

Интерфейс напоминает оконный интерфейс Windows 3.1, время инсталяции
– около 20 мин. Модульное построение системы упрощает внесение изменений и
перенос на другие платформы. Обеспечивается защищенность подсистем от
несанкционированного доступа и от их взаимного влияния (если зависает один
процесс, это не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленных станций –
Remote Access Service (RAS), но не поддерживается удаленная обработка заданий.

Windows NT предъявляет более высокие требования к
производительности компьютера по сравнению с NetWare.

> Основные характеристики и требования к аппаратному
обеспечению:

• центральный процессор: 386 и выше, MIPS, R4000, DEC Alpha
AXP;

• минимальный объем жесткого диска: 90 Мбайт;

• минимальный объем ОП на сервере: 16 Мбайт;

• минимальный объем ОП PC клиента: 12 Мбайт для NT/512 КБайт
для DOS;

116

• операционная система: Windows NT;

• протоколы NetBEUI-, TCP/IP, IPX/SPX, Ap-pleTalk,
AsyncBEUI;

• мультипроцессорность: поддерживается;

• количество пользователей: не ограничено;

• максимальный размер файла: не ограничен;

• шифрование данных: уровень С-2;

• монитор UPS: есть;

• TTS: есть;

• управление распределенными ресурсами сети: домены;

• система отказоустойчивости: дублирование дисков,
зеркальное отражение дисков, RAID 5, поддержка накопителя на магнитной ленте,
резервное копирование таблиц домена и данных;

• компрессирование данных: нет;

• фрагментация блоков (Block suballocation): нет;

• файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac, OS/2, UNIX,
Windows NT.

3.6.3. NetWare 4, Nowell Inc.

> Отличительная черта: применение специализированной
системы управления ресурсами сети (NetWare Directory Services – NDS) позволяет
строить эффективные информационные системы с количеством пользователей до 1000.
В NDS определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта информация
распределена по всем серверам сети.

Для управления памятью используется только одна область
(pool), поэтому оперативная память, освободившаяся после выполнения каких-либо
процессов, становится сразу доступной операционной системе (в отличие от
NetWare 3).

Новая система управления хранением данных (Data Storage
Managment) состоит из трех компонент, позволяющих повысить эффективность
файловой системы:

1. Фрагментация Блоков или Разбиение Блоков Данных на
Подблоки (Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 Кбайта, а
требуется записать файл размером 65 Кбайт, то ранее потребовалось бы выделить 2
блока

117

по 64 Кбайта. При этом 63 Кбайта во втором блоке не могут
использоваться для хранения других данных. В NetWare 4 система выделит в такой
ситуации один блок размером 64 Кбайта и два блока по 512 Байт. Каждый частично
используемый блок делится на подблоки по 512 Байт, свободные подблоки доступны
системе при записи других файлов.

2. Упаковка Файлов (File Compression). Долго не используемые
данные система автоматически компрессирует, упаковывает, экономя таким образом
место на жестких дисках. При обращении к этим данным автоматически выполняется
декомпрессия данных.

3. Перемещение Данных (Data Migration). Долго не
используемые данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо
другие носители, экономя таким образом, место на жестких дисках.

Встроенная поддержка Протокола Передачи Серии Пакетов
(Packet-Burst Migration). Этот протокол позволяет передавать несколько пакетов
без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Подтверждение передается
после получения последнего пакета из серии.

При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выполняется
разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 байт, что уменьшает скорость
передачи данных примерно на 20%. Применение в NetWare 4 протокола LIP (Large
Internet Packet) позволяет повысить эффективность обмена данными между сетями,
так как в этом случае разбиение на сегменты по 512 байт не требуется.

Все системные сообщения и интерфейс используют специальный
модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять этот модуль или
добавить новый. Возможно одновременное использование нескольких языков: один
пользователь при работе с утилитами использует английский язык, а другой в это
же время русский.

Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и
OS/2-интерфейс.

> Основные характеристики и требования к аппаратному
обеспечению:

• центральный процессор: 386 и выше;

• минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 МбШт;

118

• объем ОП на сервере: 8 Мбайт – 4Гбайт;

• минимальный объем ОП PC клиента: 640 Кбайт;

• операционная система: собственная разработка Novell;

• протоколы: IPX/SPX;

• мультипроцессорное^: нет;

• количество пользователей: 1000;

• максимальный размер файла: 4 Гбайт;

• шифрование данных: С-2;

• монитор UPS: есть;

• TTS: есть;     V.

• управление распределенными ресурсами сети: NDS;

• система отказоустойчивости: дублирование дисков,
зеркальное отражение дисков, SFT II, SFT III, поддержка накопителя на магнитной
ленте, резервное копирование таблиц NDS;

• компрессирование данных: есть;

• фрагментация блоков (Block suballocation): есть;

• файловая система клиентов: DOS, Windows, Mac (5), OS/2,
ЦМХ(доп.), Windows NT.

3.7. Глобальная компьютерная сеть Internet

3.7.1. История создания Internet

Около 20 лет назад Министерство обороны США создало сеть,
которая явилась прародительницей Internet — она называлась ARPAnet и
создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, в
частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным
повреждениям и способных в критических условиях продолжать нормальное
функционирование. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер мог
связаться как «равный с равным» с любым другим компьютером.

Передача данных в сети была организована на основе протокола
Internet (IP). Протокол IP – это свод правил по работе сети. Сеть задумывалась
и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации
о конкретной структуре сети.

119

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились
Локальные Вычислительные Сети, такие как Ethernet и др. На большинстве рабочих
станций ЛВС была установлена Операционная Система UNIX, которая имела
возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). Появились организации,
которые начали создавать свои собственные сети, использующие протокол IP.
Возникла потребность: подключения ЛВС к ARPAnet.

Одной из сетей была NSFNET, разработанная по инициативе
Национального Научного Фонда (NSF) США. В конце 80-х гг. NSF создал пять
суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых
научных учреждениях. Однако попытка использовать для организации связи
коммуникации ARPAnet потерпела крах, столкнувшись с бюрократией оборонной
отрасли и проблемой обеспечения персоналом. В результате NSF построил
собственную сеть, основанную на IP технологии. Центры были соединены
специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Kbps. Совместное
использование суперкомпьютеров позволяло использовать множество других вещей,
не относящихся к суперкомпьютерам. Поток сообщений в сети нарастал и в конечном
итоге перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные
линии.

В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан
компании Merit’Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана
совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми
(примерно в 20 раз) телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и
управляющие суперкомпьютеры.

Потребности пользователей Internet продолжаю расти.
Большинство высших учебных заведений США Западной Европы уже подсоединено к
Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и
начальные школы. Пользователи сети прекрасно понимают преимущества, которые
дает Internet. Вся это приводит к непрерывному росту сети, развитию технологий
и системы безопасности сети. 120

I

3.7.2. Основы устройства и функционирования Internet

Это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый
этап в развитии информационной революции конца 20-го столетия. Сеть позволяет
решить следующие проблемы:

• практически неограниченные возможности передачи и
распространения информации;

• удаленный доступ к огромным массивам накопленных
информационных ресурсов;

• общение между пользователями компьютерных сетей в
различных странах мира.

Число пользователей Internet в мире строго подсчитать
невозможно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколько десятков
миллионов человек. По одной из методик подсчета количество хост-компьютеров,
подключенных к Internet, в январе 1996 г. превысило 9,5 млн., и этот показатель в последнее время ежегодно удваивался. Число пользователей в России,
работающих в режиме on-line, п

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ