Материал. Литература по теме Тема Циклические и узловые подсети Вопрос Циклическое кольцо
 Скачать 3.12 Mb.
|
|
Тема 2. Модели и структуры информационных сетей Цели и задачи изучения темы: Получить представление об ЛВС и ГВС. Сформировать знания о различных архитектурах в ЛВС. Понять характерные особенности и различия между различными структурами сетей. Получить представление о виртуальных сетях – нового поколения сетей. Вопросы темы: 1. Локальная сеть. 2. Глобальная сеть. 3. Территориальная сеть. 4. Виртуальная сеть. 5. Искусственные нейронные сети. Вопрос 1. Локальная сеть. В зависимости от расстояния между абонентскими системами, информационные сети подразделяются на глобальные, территориальные и локальные. Различают универсальные и специализированные информационные сети. Иерархия компьютерных сетей может быть представлена на рисунке 7. Рис. 7. Иерархия компьютерных сетей Локальная сеть – это сеть, системы которой расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Она охватывает небольшое пространство, как правило, одно здание и характеризуется высокими скоростями передачи данных. Каналы такой сети имеют высокое качество и принадлежат одной организации. Применяются две архитектуры локальных сетей: архитектура «клиент-сервер» (позволяет эффективно использовать ресурсы сетей). В них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений; одноранговая архитектура предполагает взаимодействие равноправных абонентских систем. Все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги. Поэтому каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера. В зависимости от используемых физических средств соединения выделяют: кабельные локальные сети; беспроводные локальные сети. Технология удалённого доступа обеспечивает подключение систем к локальной сети через территориальную сеть либо радиоканал. Такие задачи возникают при работе сотрудников на дому и в командировках, а также при взаимодействии локальных сетей. Удалённый доступ обеспечивается серверами удалённого доступа (рис. 8). Рис. 8. Технология удалённого доступа С одной стороны, серверы удалённого доступа подключены к локальной сети, с другой – к территориальной коммутационной сети. Он обеспечивает маршрутизацию блоков данных при их передаче через территориальную сеть. Коммутируемая локальная сеть (КЛС) – это локальная сеть, состоящая из сегментов, которые с помощью коммутирующего комплекса соединяются в единое целое. Деление локальной сети на сегменты позволяет: отключать от сети повреждённые сегменты; не пропускать блоки данных в другие сегменты, если они адресованы системе того же сегмента; создавать коммуникационную локальную сеть. Объединение сетей друг с другом позволяет создавать крупные ассоциации локальных сетей. Ассоциация создаётся благодаря включению между локальными сетями ретрансляционных систем, которые часто должны обеспечивать преобразование форматов блоков данных, изменение порядка передачи в них битов управления и пересчёт проверочной суммы. Ассоциация создается благодаря включению между локальными сетями ретрансляционных систем, в том числе - коммутаторов, маршрутизаторов, концентраторов. Так, ассоциация шести сетей (1-6), может быть соединена тремя ретрансляционными системами (а, с, е), как показано на рисунке 9. Рис. 9. Соединение тремя ретрансляционными системами (а, с, е), ассоциации шести сетей (1-6) Каждая из последних связывает две или более сетей. Тип используемой ретрансляционной системы зависит от того, в какой степени отличаются стандарты соединяемых сетей. Задача соединения большого числа разнотипных ЛС упрощается, если имеется одна базовая сеть, обеспечивающая их взаимодействие (сеть АТМ, ЦСИО). Ассоциация локальных сетей используется для решения разнообразных задач в науке, промышленности и бизнесе. Соединение – это ассоциация функциональных блоков, устанавливаемая для передачи данных. В соответствии с семью уровнями области взаимодействия открытых систем, существует 7 видов соединений, которые обозначаются в соответствии с названием уровня. Каждое соединение i-го уровня обеспечивает взаимодействие объектов этого уровня через логические каналы. Указанные каналы проходят через все уровни, расположенные ниже i-го уровня, и физические средства соединения. Соединения создаются только на время сеанса взаимодействия объектов, при этом согласуются процедуры подтверждения передаваемых блоков данных, а также происходит управление их потоком, чтобы скорости работы соответствовали возможностям партнеров. Вместе с этим нередко экономически целесообразно обойтись и без организации соединений. В этом случае, передача данных между объектами происходит без предварительной договоренности между ними. Объект отправитель отправляет по логическому каналу объекту адресату блоки данных сразу же , как только появиться необходимость. Если же адресат не готов к приему, то эти блоки выбрасываются. Отправитель, не получив подтверждение о приеме блоков, хранит из копии и, если нужно, вновь отправляет их к адресату. При взаимодействии с установлением соединения осуществляется резервирование средств в сети для поддержки исходящего диалога во время существования соединения. При взаимодействии без установления соединения эти средства не резервируются. Физические средства соединений – это совокупность физической среды аппаратных и программных средств, обеспечивающие передачу сигналов между системами. Их основой является используемая физическая среда: витая пара, плоский кабель, коаксиал, оптический кабель, эфир, и т.д. Они делятся на 2 вида: пассивные – именуются соединения, предназначенные только для передачи сигналов; активные – не только передают сигналы, но и обеспечивают несложные виды их обработки: модуляцию, демодуляцию, контроль занятости канала, и т.д. Канал – средство или путь, по которому передаются сигналы, либо данные. Современная технология передачи данных, исходя из экономических посылок, обеспечивает по одному физическому каналу одновременные взаимодействия группы пар систем, которые ведут передачу данных независимо друг от друга. Это приводит к необходимости рассмотрения пути, по которому данные передаются от источника к адресату. Этот путь определятся логическим каналом, которые может использовать частотную полосу или интервалы времени, выделенные в физическом канале. Виртуальные каналы являются важным звеном в общей классификации каналов. Они прокладываются через физический уровень, канальный уровень, и в ряде случаев сетевой уровень, а также последовательности физических каналов коммуникационной сети. Каждому из них присваивается номер. В блоках, отправляемых по виртуальному каналу, может не быть явных адресов отправителя и получателя, они заключены в номерах виртуальных каналов, что позволяет значительно сократить адресный блок. Различают асинхронный и синхронный каналы. В синхронном канале обеспечивается синхронизация процесса передачи, а в асинхронном она отсутствует. Различают симплексные (сигналы передаются в одном направлении), полудуплексные (сигналы передаются в двух направлениях, но по очереди), дуплексные каналы. Общая классификация каналов представлена на рисунке 10. Рис. 10. Виды каналов передачи данных Порт – точка доступа к устройству, либо программе. Различают физические и логические порты. Первые из них являются местами подключения физических объектов. Логические порты создаются на границах программных уровней, прикладных процессов, функциональных блоков. В портах начинаются и заканчиваются логические каналы и соединения, проложенные на любом уровне области взаимодействия. Вопрос 2. Глобальная сеть. Глобальная сеть — это сеть, абонентские системы которой расположены в разных странах. Они были созданы, как объединение территориальных сетей. Стремление к предоставлению сетевых служб и ресурсов большому числу пользователей привело к объединению территориальных сетей и созданию глобальных сетей. Благодаря своим большим размерам каждая из них предоставляет своим пользователям тысячи Баз Данных (БД), межконтинентальную электронную почту, возможность обучения практически любым специальностям. Кроме этого, глобальная сеть является связующим звеном большого числа небольших сетей. Глобальную сеть, состоящую из группы взаимодействующих территориальных сетей, называют также метасетью. Пример: сеть Internet. Создание глобальных сетей привело к появлению архитектуры компьютер-сеть, в которой простые и высокоэффективные сетевые компьютеры стали компонентами этих сетей и предназначены для использования их больших возможностей. Абонентские системы, позволили их обладателям интегрироваться в мировую информационную инфраструктуру. Вопрос 3. Территориальная сеть. Территориальная сеть — это сеть, системы которой расположены в различных географических точках. Она охватывает большое пространство (от района до группы стран). В случае, если она охватывает континенты, то используется название глобальной сети. Характерной особенностью является применение протяжённых широкополосных каналов, большого числа узлов коммутации или спутников связи. Она должна удовлетворять следующим основным требованиям: включать большое число абонентских систем (до нескольких тысяч); покрывать большой географический район; гарантировать безопасность данных; обеспечивать широковещание и доставку сообщений группам и отдельным адресатам; иметь высокую пропускную способность (до десятков Гбит/с); обладать большой надёжностью в работе; передавать разнообразные виды данных. Классификация территориальных сетей представлена на рисунке 11. Рис. 11. Классификация территориальных сетей Вопрос 4. Виртуальная сеть. Виртуальная сеть – это сеть, характеристики которой в основном определяются её программным обеспечением. Причины создания виртуальных сетей: необходимость создания оперативных изолированных от других пользователей рабочих групп. Рабочая группа – это совокупность пользователей, имеющих общие ресурсы и права использования этих ресурсов. Рабочая группа создаётся в сети для выполнения комплекса задач, определяемых функциональными обязанностями пользователей (разработка проекта, проведение электронного маркетинга и т.д.); желание облегчить процедуры перемещения, удаления объектов сети; стремление предоставить оперативную возможность смены ролей, чтобы клиент, когда это необходимо, мог выступать в роли сервера; возможность обеспечения безопасности данных путём локализации трафика в рамках изолированной группы. Для этого в коммуникационной сети устанавливается интеллектуальное устройство (узлы коммутации, концентраторы, мосты и т.д.), которое в соответствии с указаниями административной системы соединяет друг с другом логические каналы, образуя закрытую для других абонентов локальную сеть. В одной большой ассоциации физических сетей может быть создано значительное число виртуальных сетей, функционирующих независимо друг от друга. Виртуальная технология обладает большой гибкостью, позволяющей динамически менять число и состав виртуальных сетей сколько угодно раз. Можно выделить четыре основных варианта построения сети VPN, которые используются во всем мире. Данная классификация предлагается компанией Check Point Software Technologies, которая считается законодателем моды в области VPN. Вариант «Intranet VPN», который позволяет объединить в единую защищенную сеть несколько распределенных филиалов одной организации, взаимодействующих по открытым каналам связи. Именно этот вариант получил широкое распространение во всем мире, и именно его в первую очередь реализуют компании-разработчики. Вариант «Remote Access VPN», который позволяет реализовать защищенное взаимодействие между сегментом корпоративной сети (центральным офисом или филиалом) и одиночным пользователем, который подключается к корпоративным ресурсам из дома (домашний пользователь) или через notebook (мобильный пользователь). Данный вариант отличается от первого тем, что удаленный пользователь, как правило, не имеет статического адреса, и он подключается к защищаемому ресурсу не через выделенное устройство VPN, а прямиком со своего собственного компьютера, на котором и устанавливается программное обеспечение, реализующее функции VPN. Компонент VPN для удаленного пользователя может быть выполнен как в программном, так и в программно-аппаратном виде. В первом случае программное обеспечение может быть как встроенным в операционную систему (например, в Windows 2000), так и разработанным специально (например, АП «Континент-К»). Во втором случае для реализации VPN используются небольшие устройства класса SOHO (Small Office\Home Office), которые не требуют серьезной настройки и могут быть использованы даже неквалифицированным персоналом. Такие устройства получают сейчас широкое распространение за рубежом. Вариант «Client/Server VPN», который обеспечивает защиту передаваемых данных между двумя узлами (не сетями) корпоративной сети. Особенность данного варианта в том, что VPN строится между узлами, находящимися, как правило, в одном сегменте сети, например, между рабочей станцией и сервером. Такая необходимость очень часто возникает в тех случаях, когда в одной физической сети необходимо создать несколько логических сетей. Например, когда надо разделить трафик между финансовым департаментом и отделом кадров, обращающихся к серверам, находящимся в одном физическом сегменте. Последний вариант «Extranet VPN» предназначен для тех сетей, к которым подключаются так называемые пользователи «со стороны» (партнеры, заказчики, клиенты и т.д.), уровень доверия к которым намного ниже, чем к своим сотрудникам. Хотя по статистике чаще всего именно сотрудники являются причиной компьютерных преступлений и злоупотреблений. Вопрос 5. Искусственные нейронные сети. Искусственные нейронные сети чрезвычайно разнообразны по своим конфигурациям. Несмотря на такое разнообразие, сетевые парадигмы имеют много общего. Развитие искусственных нейронных сетей вдохновляется биологией. То есть рассматривая сетевые конфигурации и алгоритмы, исследователи мыслят их в терминах организации мозговой деятельности. Искусственный нейрон имитирует в первом приближении свойства биологического нейрона. На вход искусственного нейрона поступает некоторое множество сигналов, каждый из которых является выходом другого нейрона. Каждый вход умножается на соответствующий вес, аналогичный синаптической силе, и все произведения суммируются, определяя уровень активации нейрона. На рисунке представлена модель, реализующая эту идею. Хотя сетевые парадигмы весьма разнообразны, в основе почти всех их лежит эта конфигурация. Здесь множество входных сигналов, обозначенных x 1 , x 2 , … ,x n , поступает на искусственный нейрон. Эти входные сигналы, в совокупности обозначаемые вектором X, соответствуют сигналам, приходящим в синапсы биологического нейрона. Каждый сигнал умножается на соответствующий вес w 1 , w 2 ,…, w n , и поступает на суммирующий блок, обозначенный Σ. Каждый вес соответствует «силе» одной биологической синаптической связи. (Множество весов в совокупности обозначается вектором W.) Суммирующий блок, соответствующий телу биологического элемента, складывает взвешенные входы алгебраически, создавая выход, который мы будем называть NET. Запись этого в векторных обозначениях представлена на рисунках 12 и 13. Рис. 12. Однослойные и многослойные искусственные нейронные сети Рис. 13. Однослойная нейронная сеть Хотя один нейрон и способен выполнять простейшие процедуры распознавания, сила нейронных вычислений проистекает от соединений нейронов в сетях. Простейшая сеть состоит из группы нейронов, образующих слой, как показано в правой части рисунка 13. Отметим, что вершины-круги слева служат лишь для распределения входных сигналов. Они не выполняют каких- либо вычислений, и поэтому не будут считаться слоем. По этой причине они обозначены кругами, чтобы отличать их от вычисляющих нейронов, обозначенных квадратами. Каждый элемент из множества входов Х отдельным весом соединен с каждым искусственным нейроном. А каждый нейрон выдает взвешенную сумму входов в сеть. В искусственных и биологических сетях многие соединения могут отсутствовать, все соединения показаны в целях общности. Могут иметь место также соединения между выходами и входами элементов в слое. Удобно считать веса элементами матрицы W. Матрица имеет т строк и п столбцов, где m – число входов, а n – число нейронов. Например, w 2,3 – это вес, связывающий третий вход со вторым нейроном. Таким образом, вычисление выходного вектора N, компонентами которого являются выходы OUT нейронов, сводится к матричному умножению N =XW, где N и Х – векторы-строки. Возможности сети встречного распространения, превосходят возможности однослойных сетей. Время же обучения по сравнению с обратным распространением может уменьшаться в сто раз. Встречное распространение не столь общо, как обратное распространение, но оно может давать решение в тех приложениях, где долгая обучающая процедура невозможна. Будет показано, что помимо преодоления ограничений других сетей встречное распространение обладает собственными интересными и полезными свойствами. Во встречном распространении объединены два хорошо известных алгоритма: самоорганизующаяся карта Кохонена и звезда Гроссберга Их объединение ведет к свойствам, которых нет ни у одного из них в отдельности. Методы, которые подобно встречному распространению, объединяют различные сетевые парадигмы как строительные блоки, могут привести к сетям, более близким к мозгу по архитектуре, чем любые другие однородные структуры. Похоже, что в мозгу именно каскадные соединения модулей различной специализации позволяют выполнять требуемые вычисления. Сеть встречного распространения функционирует подобно столу справок, способному к обобщению. В процессе обучения входные векторы ассоциируются с соответствующими выходными векторами как это показано на рисунке 14. Рис. 14. Сеть с встречным распознаванием без обратных связей Эти векторы могут быть двоичными, состоящими из нулей и единиц, или непрерывными. Когда сеть обучена, приложение входного вектора приводит к требуемому выходному вектору. Обобщающая способность сети позволяет получать правильный выход даже при приложении входного вектора, который является неполным или слегка неверным. Это позволяет использовать данную сеть для распознавания образов, восстановления образов и усиления сигналов. Оптические нейронные сети. Взаимное соединение нейронов с помощью световых лучей не требует изоляции между сигнальными путями, световые потоки могут проходить один через другой без взаимного влияния. Более того, сигнальные пути могут быть расположены в трех измерениях. Плотность путей передачи ограничена только размерами источников света, их дивергенцией и размерами детектора. Потенциально эти размеры могут иметь величину в несколько микрон. Наконец, все сигнальные пути могут работать одновременно, тем самым обеспечивая огромный темп передачи данных. В результате система способна обеспечить полный набор связей, работающих со скоростью света. Оптические нейронные сети могут также обеспечить важные преимущества при проведении вычислений. Величина синаптических связей может запоминаться в голограммах с высокой степенью плотности; некоторые оценки дают теоретический предел в 10 12 бит на кубический сантиметр. Хотя такие значения на практике не достигнуты, существующий уровень плотности памяти очень высок. Кроме того, веса могут модифицироваться в процессе работы сети, образуя полностью адаптивную систему. Вопросы для самопроверки: 1. Что такое локальная сеть? 2. Чем отличаются глобальные от территориальных сетей? 3. Изобразите схематически иерархию компьютерных сетей. 4. Расскажите о классификации территориальных сетей. 5. Какие виды каналов передачи данных Вы знаете? 6. Что из себя представляет глобальная сеть? 7. Что такое виртуальная сеть? 8. Какие виды нейронных сетей Вы знаете? 9. Какой протокол описывает свойства беспроводных сетей? 10. Что такое порт? Литература по теме: Основная литература: 1. Компьютерные сети. / А.В. Кузин, Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ФОРУМ, 2013. 192 с. 2. Таненбаум Э.С. Компьютерные сети. 5-е изд, – СПб.: Питер, 2013. – 960с. Дополнительная литература: 1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005. – 703 с.: ил. 2. Гайсина Л.Ф. Сети ЭВМ и телекоммуникации: Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 160 с. 3. Компьютерные сети. / Н.В. Максимов, И.И. Попов. Учебное пособие. 5-е изд., перераб. и доп. М.: ФОРУМ, 2012. 464 с. 4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. СПб: Питер, 2013, 944 с. Интернет-ресурсы: 1. Основы локальных сетей // http://www.intuit.ru/department/network/baslocnet/ 2. Учебник по компьютерным сетям. Сетям // http://kompset.narod.ru/siteunior.html |