5 итЛЕКЦИИ. 1. информационные технологии

• Название: 1. информационные технологии
• Дата: 30.11.2021
• Размер: 356 Kb.
• Имя файла: 5 итЛЕКЦИИ.doc
• Тип: Документы; #286788
• страница: 11 из 12

7.4 Локальные компьютерные сети

Локальные сети делятся на учрежденческие (офис­ные сети фирм, сети организационного управления и другие сети, отличающиеся по терминологии, но прак­тически одинаковые по своей идеологической сути) и сети управления технологическими процессами на пред­приятиях.

Локальные сети характерны тем, что расстояния между компонентами сети сравнительно невелики, как правило, не превышают нескольких километров. Локальные сети различаются по роли и значению ПЭВМ в сети структуре, методам доступа пользователей к сети, способам передачи данных между компонентами сети и др.

7.4.1 Классификация сетей

Локальные сети, широко используемые в научных, управленческих, организационных и коммерческих тех­нологиях, можно классифицировать по следующим при­знакам:

1. По роли ПЭВМ в сети:

• сети с сервером;

• одноранговые (равноправные) сети.

Сети с сервером

Компонентами сети являются рабочие ПЭВМ (рабо­чие станции) и серверы.

Сервер - это специально выделенная в сети ПЭВМ, в задачу которой входит управление всей сетью или час­тью сети (например, в комбинированных сетях), прием, хранение, обновление и выдача пользователям общей информации, управление высококачественными принте­рами и графопостроителями. Поэтому к серверу предъяв­ляются более высокие требования по производительнос­ти, объему памяти и надежности.

Рабочие станции (клиенты, абоненты) — это ме­нее мощные ПЭВМ, которые могут использовать ресурсы (например, дисковое пространство) сервера.

Достоинства сети:

• более эффективное централизованное управление сетью;

• рабочие станции могут быть достаточно простыми и дешевыми;

• операционная система, поддерживающая работу сети (например. Windows95/98), может устанавливаться только на сервере.

Недостатки:

• более высокая стоимость установки;

• сложная настройка системы.

Одноранговые сети

Все ПЭВМ в сети равноправны. Каждый пользователь предоставляет в сеть какие-то ресурсы: жесткий диск, вы­сококачественный принтер, графопостроитель и др.

Достоинства:

• меньшие затраты на установку сети;

• возможность использования каждым пользователем ресурсов других ПЭВМ;

• удобство и простота работы пользователей в сети

Недостатки:

• число ПЭВМ в сети не превышает 25-30;

• операционная система, поддерживающая работу сети (например, Windows 95/98), устанавливает­ся на каждой ПЭВМ.

2. По структуре (топологии) сети:

• одноузловые («звезда»);

• кольцевые («кольцо»);

• магистральные («шина»);

• комбинированные. -

3. По способу доступа пользователей к ресурсам и абонентам сети:

• сети с подключением пользователя по указан­ным адресам абонентов по принципу коммутации каналов («звезда»);

• сети с централизованным (программным) управлением подключения пользователей к сети («кольцо» и «шина»);

• сети со случайной дисциплиной обслуживания пользователей («шина»),

4. По виду коммуникационной среды передачи информации:

• сети с использованием существующих учрежденческих телефонных сетей;

• сети на специально проложенных кабельных линиях связи;

• комбинированные сети, совмещающие кабельные линии и радиоканалы.

5. По дисциплине обслуживания пользователей (способу доступа пользователей к сети):

• приоритетные, задающиеся ЦУС, когда пользова­тели получают доступ к сети в соответствии с присвоенными им приоритетами (постоянными или изменяющимися);

• неприоритетные, когда все пользователи сети име­ют равные права доступа к сети.

6. По размещению данных в компонентах сети:

• с центральным банком данных;

• с распределенным банком данных;

• с комбинированной системой размещения данных.

7.4.2 Структуры сетей

7.4.2.1 Одноузловые сети

В локальных сетях применяются в основном одно­узловые (звездообразные) сети. В качестве средств ком­муникаций могут использоваться телефонные линии свя­зи и АТС организаций, предприятий, фирм и др., специально проложенные кабельные линии и каналы пе­редачи сигналов по радио.

1. Сети с проводными линиями связи

Одна из ПЭВМ может выполнять функции центра управ­ления сетью (ЦУС).



Метод доступа к сети - вызов абонента по его сетевому имени с коммутацией каналов в узле коммутации (УК). Способ коммутации каналов обеспечивает соединение абонентов через УК на время передачи сообщения. При этом в УК возможна организация приоритетного доступа к сети абонентов.

Достоинства сети:

• простота и низкая стоимость подключения пользователей к сети;

• простота управления сетью;

• возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети.

Недостатки:

• скорость передачи сообщений зависит от количества абонентов, интенсивности приема и передачи сообщений и технических возможностей УК;

• надежность сети определяется надежностью УК;

• большая суммарная длина и низкая эффективность использования физической среды передачи сигналов.

Для повышения надежности УК строятся по мо­дульному принципу, который предусматривает рабочие и резервные модули. Система диагностики оценивает функционирование рабочего модуля и в случае, необходимости переключает сеть на работу с резервным модулем.

2. Радиоканальные сети

Структура сети похожа на одноузловую сеть, только сообщения в сети передаются не по провод­ным линиям связи, а по радиолиниям. Для этого каж­дая ЭВМ снабжена абонентской радиостанцией (АРС). Абонентские радиостанции связаны между собой через центральную радиостанцию (ЦРС).



ЦРС

Методы доступа к сети случайные. Наиболее про­стым является метод ALOHA - захват абонентом канала и выдача сообщения независимо от того, есть ли в сети другие сообщения или нет. Это может привести к столк­новению сообщений в сети и взаимному их искажению. Искаженные сообщения повторно передаются через случайные промежутки времени. При столкновениях сообщений теряется активное время работы сети, равное сумме времени передачи обоих сообщений.

Метод прост и дешев в реализации, но может применяться только при низких нагрузках на сеть.

Для уменьшения вероятности появления столкно­вений применяются модификации этого метода: доступ с контролем несущей (CSMA) и доступ с контролем несу­щей и обнаружением столкновений (CSMA/CD). Доступ с контролем несущей заключается в том, что абонент «слушает» сеть и передает сообщение только в свободную сеть. Столкновения возможны, когда два или более абонентов начинают передачу одновременно. Искаженные сообщения передаются повторно.

При доступе с контролем несущей и обнаружением столкновений абонент «слушает» сеть, передает сообщение в освободившуюся сеть и контролирует возможность столкновения сообщений. Если абоненты начинают передачу одновременно, то столкнувшиеся сообщения сразу уничтожаются, не занимая времени передачей искаженных сообщений. Методы CSMA и CSMA/CD применяются при более высоких нагрузках на сеть, чем метод ALOHA.

Достоинства сети:

• возможность связи с движущимися абонентами;

• возможность подключения и отключения абонен­тов без остановки сети.

Недостатки:

• возможность прослушивания всех абонентов;

• воздействие промышленных и атмосферных помех;

• наличие «мертвых зон», обусловленных конст­рукциями зданий и помещений.

7.4.2.2 Кольцевые сети

Средства ком­муникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего ПЭВМ, блоки доступа и повторители.




Блок доступа (БлД) - это техническое устройство для подключения ПЭВМ к физической среде. БлД делят­ся на две группы: доступ без разрыва целостности физи­ческой среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и восстановлением ее с помощью БлД. Например, без разрыва физической среды можно осуще­ствить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное або­нентом, поступает через БлД в физическую среду и дви­жется по кольцу. Повторитель (П) задерживает сооб­щение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ос­лабленные и искаженные электрические сигналы сооб­щения. Участок физической среды между двумя соседни­ми повторителями называется сегментом.

Методы доступа к сети.

В кольцевой структуре применяются централизован­ные методы доступа.

Разделение времени (временное сегментирование). ЦУС через определенные промежутки времени по очере­ди разрешает абонентам передачу сообщений. Время пе­редачи также определено.

Передача полномочия (маркерный доступ). ЦУС формирует служебный пакет-полномочие (маркер), кото­рый циркулирует по кольцу. Приход полномочия к або­ненту означает разрешение на передачу сообщения этим абонентом. Время передачи определено. Все остальные абоненты работают только на прием. После выдачи со­общения в сеть абонент-отправитель посылает полно­мочие следующему абоненту. Абонент-получатель при­нимает сообщение, проверяет его правильность и посылает дальше по кольцу с добавлением, что сообще­ние принято без искажения или с искажением. Отправитель принимает свое сообщение, которое прошло по всему кольцу, в качестве подтверждения о приеме сообщения по­лучателем. Если сообщение получателем принято с иска­жением, то отправитель повторяет передачу сообщения.

В централизованных методах доступа может быть реализовано приоритетное обслуживание абонентов. По­скольку централизованные методы доступа организуют­ся единственным в сети ЦУС, то их надежность меньше, чем у случайных методов.

Достоинства сети:

• простота реализации двухточечной линии связи, в каждый момент соединены только две точки и два абонента), что снижает требования к физической среде;

• простота организации подтверждения о приеме сообщения;

• небольшая общая длина физической среды.

Недостатки:

•низкая надежность, так как выход из строя учас­тка физической среды или повторителя приводит к остановке работы всей сети;

• невозможность подключения и отключения абонентов без остановки сети;

• максимальная задержка передачи сообщения за­висит от количества абонентов.

Для повышения надежности и пропускной способ­ности сети применяется двойное кольцо. Сообщения в кольцах курсируют в разных направлениях. При нару­шениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближай­шие к нарушению БлД автоматически восстанавливают циркуляцию информации в одном кольце.

7.4.2.3 Магистральные сети.

1. Магистральные моноканалы

Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей собой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через БлД ко всем абонентам сети.



Методы доступа к сети:

1. Централизованные методы доступа, аналогич­ные методам кольцевых структур: разделение времени и передача полномочия.

2. Случайные методы доступа, аналогичные методам, характерным для радиоканальных ЛКС.

Достоинства сети:

• более высокая надежность, чем у кольцевых сетей, так как отказ абонента не влияет на работу сети;

• возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети в случае неразруша­ющего физическую среду подключения абонентов;

• наименьшая длина физической среды.

Для повышения надежности и пропускной способ­ности применяются двойные моноканалы.

2. Магистральные поликаналы

Поликаналом, называют группу средств коммуника­ций, работающих на одной физической среде и предназ­наченных для организации нескольких сетей различного назначения. Для этого применяется широкополосная фи­зическая среда, например широкополосный коаксиаль­ный или оптоволоконный кабель.

М етоды, доступа к сети: централизованные и случайные, аналогичные магистральному моноканалу.

Достоинства сети:

• высокая пропускная способность, позволяющая передавать большие потоки разнообразной информации;

• возможность организации на одной физической среде нескольких сетей различного назначения (например, в крупных финансовых организациях, информационных и многопрофильных фирмах).

Недостатки:

• сложность эксплуатации;

• высокая стоимость оборудования.

• Магистральные поликаналы разрабатываются и производятся по конкретным заказам.

7.4.2.4 Комбинированные сети

Каждая из приведенных структур сетей обладает определенными достоинствами и недостатками. Преодолеть некоторые недостатки и повысить эффективность сетей можно путем комбинирования (структурирования) различных топологий.

Достоинства сетей:

• возможность легкого наращивания абонентов и ресурсов сети;

• изменение конфигурации сетевой структуры;

• повышение надежности сети;

• продление жизненного цикла.

Недостатком таких систем является более высо­кая их стоимость за счет дополнительного технического и программного сетевого оборудования.

В зависимости от конструктивных особенностей по­мещений фирмы, расположения сотрудников в помеще­ниях, приоритета абонентов сети, допустимой задержки передачи сообщений и других факторов могут использо­ваться и другие структуры сетей.

7.5 Физическая среда передачи сигналов

В качестве физической среды передачи сигналов в локальных компьютерных сетях применяются:

• 
  витые (скрученные) пары проводов (телефонный провод европейского стандарта);
  
• 
  коаксиальные кабели (от лат. Co – совместно и axis – ось; состоит из центрального проводника, окруженного изолирующим материалом, проводящего электронный ток экрана и внешней изоляционной оболочки);
  
• 
  оптоволоконные кабели (тонкие нити кварцевого волокна, передающие не электрическую, а световую энергию);
  
• 
  в радиоканальных сетях применяются радиочастотные, микроволновые радиостанции.
  

7.6 Способы коммутации и выбор пути передачи сообщения

Способами коммутации при передаче сообщений являются:

Коммутация каналов устанавливает физическое соединение между абонентом—отправителем со­общения и получателем. Отправитель по­сылает специальный сигнал, который перемещается от одного УК к другому и устанавливает физический пря­мой канал связи между отправителем и получателем. После установления физического канала связи получа­тель посылает об этом отправителю специальный сиг­нал. Получив сигнал, отправитель посылает сообщение. После передачи всего сообщения канал связи разъединя­ется. Способ коммутации каналов прост в реализации, но дает наибольшую задержку при передаче сообщения и снижает пропускную способность сети.

Коммутация сообщений не устанавливает физический канал связи между абонентами. Определяется логический канал связи, т. е. указывается адрес получателя сообщения, адрес отправителя и путь передачи сообще­ния. Поступившее в УК сообщение запоминается и ждет до тех пор, пока не освободится канал к следующему УК. Сообщение в каждый момент времени занимает только канал между двумя соседними УК. Это повыша­ет пропускную способность сети и уменьшает задержку передачи сообщения.

Коммутация пакетов. Сообщение разбивается на одинаковой длины фрагменты. На более нижних уровнях фрагмент сообще­ния снабжается заголовком и концевиком. В заголовке записывается: адрес получателя, порядковый номер фрагмента, маршрут его движения и информация для управления каналом связи. В концевик пишется инфор­мация (код) для контроля правильности передачи сооб­щения по каналу связи. Фрагмент сообщения с заголов­ком и концевиком называется пакетом. Пакеты передаются по сети независимо друг от друга и могут проходить по разным путям.

Преимущества способа коммутации пакетов:

• увеличение пропускной способности сети;

• уменьшение задержки передачи сообщений;

• увеличение скрытности передачи, так как пакеты могут передаваться по разным путям.

Недостатком способа является усложнение про­граммных и технических средств коммутации.

Адаптивная коммутация учитывает достоинства и недостатки различных способов коммутации. Так как при длинных сообщениях более экономичным является коммутация каналов, а при коротких - коммутация па­кетов, то в реальных сетях целесообразно совмещение обоих способов. Поэтому наиболее эффективным способом коммутации каналов является адаптивная коммутация, которая предполагает автоматическое переключение способов коммутации каналов и пакетов в зависимости от загрузки сети.

Правильный выбор пути передачи сообщенияуменьшает задержку в передаче, увеличивает пропускную способность сети и повышает надежность передачи сообщения.

Фиксированные пути устанавливают постоянные маршруты передачи сообщений между каждой парой абонентов в сети. С этой целью составляется таблица маршрутов, т. е. конкретные УК, через которые должно пройти сообщение при передаче между абонентами. При видимой простоте метод имеет недостатки: низкая надежность ввиду отсутствия резервных путей и неадаптивность сети к перегрузкам на отдельных участках.

Направленный выбор пути является развитием метода фиксированных путей. В таблице маршрутов кроме основных путей указываются резервные пути в порядке их приоритетности. Выбор пути делается с учетом его приоритета, а также состояния отдельных участков сети (наличия отказов и перегрузок).

Случайный выбор пути. Сообщение из УК посыла­ется по случайно выбранному маршруту, лишь бы канал был свободен. Будучи простым по реализации, метод дает самое большое среднее время задержки сообщения.

Лавинный метод. Сообщение из каждого УК посы­лается по всем направлениям. Достоинством метода яв­ляется его высокая надежность и наименьшая задержка передачи сообщения. Однако при этом резко возрастают нагрузки на сеть и снижается пропускная способность.