СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
По принадлежности сети ЭВМ делятся на: • офисные – сети, расположенные на территории офиса компании, ограниченной обычно пределами одного здания, и построенные на технологиях LAN; • корпоративные (ведомственные) – сети, представляющие собой объединение нескольких офисных сетей компании, расположенных в разных территориально разнесенных зданиях, находящихся возможно в разных городах и регионах, и построенные на технологиях МAN или WAN; • частные – сети, построенные обычно на технологии виртуальной частной сети (Virtual Private Network, VPN), позволяющей обеспечить одно или несколько сетевых соединений, которые могут быть трёх видов: узел-узел, узел-сеть и сеть-сеть, образующих логическую сеть поверх другой сети (например, Интернет). 3. По назначению сети ЭВМ делятся на: • вычислительные, предназначенные для решения задач пользователей, ориентированных, в основном, на вычисления; • информационные, ориентированные на предоставление информационных услуг; примерами таких сетей могут служить сети, предоставляющие справочные и библиотечные услуги; Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 19 • информационно-вычислительные, предназначенные для решения задач пользователей и предоставления информационных услуг; • информационно-управляющие, предназначенные для управления реальными объектами и процессами. 4. По области применения сети можно разделить на: • сети хранения данных; • серверные фермы. Сеть хранения данных (СХД) (Storage Area Network, SAN) представляет собой множество внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические накопители, подключённые к серверам, при этом операционная система рассматривает подключённые ресурсы, как локальные. Следует не путать сеть хранения данных с сетевой системой хранения данных (Network Attached Storage, NAS), представляющей собой компьютер с дисковым массивом, подключенный обычно к локальной сети и поддерживающий работу по принятым в этой сети протоколам. Часто диски в NAS объединены в RAID массив. Несколько таких компьютеров могут быть объединены в одну систему, обеспечивая надёжность хранения данных, простой доступ для пользователей и хорошую масштабируемость. Серверная ферма – это множество серверов, соединенных сетью передачи данных и работающих как единое целое. Серверная ферма обычно является ядром крупного центра обработки данных (ЦОД), обеспечивающего распределенную обработку данных. К перечисленным типам сетей следует добавить: • беспроводные ЛВС; • виртуальные локальные вычислительные сети; • иерархические сети; Беспроводная ЛВС (wireless LAN – WLAN)– локальная сеть, использующая для передачи данных инфракрасное излучение или чаще всего радиоволны. Виртуальная локальная вычислительная сеть (ВЛВС) (virtual LAN – VLAN) – логическое объединение узлов локальной сети, позволяющее выделить пользователей одной рабочей группы с общими интересами в отдельный сетевой сегмент. При этом объединяемые узлы могут принадлежать различным физическим сегментам. Иерархическая сеть (hierarchical network)– сеть, в которой главным вычислительным центром является одна хост-машина, а терминалами – остальные сетевые устройства. Это традиционная архитектура, противоположная современной архитектуре распределенных вычислений, в которых интеллектуальные рабочие станции играют более активную роль в вычислительном процессе. Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 20 1.2.3. Администрирование компьютерных сетей Важным требованием к любой компьютерной сети, обеспечивающим эффективное функционирование, является её управляемость, заключающаяся в возможности: • централизованного наблюдения и контроля состояния основных элементов сети, отдельных подсистем и сети в целом; • выявления и устранения возникающих в процессе функционирования сети проблем, таких как сбои и отказы отдельных устройств сети, определение и устранение перегрузок и т.д.; • сбора и анализа данных для оценки производительности сети и планирования развития сети; • обеспечения информационной безопасности и защиты данных и т.п. Для реализации перечисленных возможностей необходимо в сети иметь специальные автоматизированные средства администрирования, взаимодействующие с техническими и программными средствами сети с помощью коммуникационных протоколов. Поддержка и обеспечение эффективного функционирования компьютерной сети за счет принятия своевременных организационных решений по управлению сетью на основе анализа характеристик функционирования и текущего состояния сети реализуется в рамках администрирования компьютерной сети сетевым администратором. К основным функциям администрирования сети относятся: • наблюдение за потоками данных; • установка новых версий программного обеспечения; • создание и поддержание таблиц маршрутизации и коммутации; • диагностика состояния компонентов сети; • контроль ошибок и устранение простых отказов; • замена отказавших узлов резервными; • реконфигурация сети; • поддержка отказоустойчивости компьютерной сети; • добавление новых пользователей; • определение прав пользователей сети при их обращении к разным ресурсам: файлам, каталогам, принтерам и т.д.; • ограничение возможностей пользователей в выполнении тех или иных системных действий. 1.2.4. Типы данных Первоначально сети ЭВМ строились для обработки и передачи компьютерных данных, представляемых в цифровой (дискретной) форме. Современные компьютерные сети ориентированы на передачу и обработку самых разнообразных данных, которые могут быть разделены на следующие типы (рис.1.15). Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 21 1. Телеграфные данные – дискретные данные, представляемые в виде импульсов постоянного или переменного тока, передаваемые по телеграфным каналам связи (ТгКС). 2. Телефонные (голосовые) данные – речь в спектре частот от 80 до 12000 Гц, передаваемая по телефонным КС (ТфКС), называемым также каналами тональной частоты (ТЧ). Речь по таким каналам передаётся в ограниченной полосе частот от 300 Гц до 3400 Гц, что обеспечивает разборчивость фраз более 99%. 3. Факсимильные данные – неподвижные изображения. 4. Аудиоданные (звуковое вещание) – в отличие от телефонных, кроме речи передается музыка, пение и т.п. в спектре частот от 20 Гц до 20 кГц. Для качественной передачи аудио данных достаточна полоса частот от 30 Гц до 15 кГц. 5. Видеоданные (телевизионное вещание) – совокупность движущихся изображений и звукового сопровождения в спектре частот от 40 Гц до 6 МГц. В современных компьютерных сетях различают видеоданные трёх типов, отличающиеся требованиями к качеству передачи: • видеоконференцсвязь, представляющая собой медленно изменяющиеся изображения и характеризующаяся невысокими требованиями к качеству передачи; • телевизионное вещание обычного качества; • телевизионное вещание высокой чёткости. 6. Символьные (цифровые, компьютерные) данные – совокупность символов, например двоичных символов в компьютерах. Телеграфные и цифровые данные по своей природе относятся к дискретным данным, остальные – к непрерывным данным, но которые могут быть представлены (закодированы) в цифровой форме. Телефонные, аудио- и видеоданные относятся к так называемым мультимедийным данным, к которым предъявляются специфические требования к качеству передачи по сравнению с обычными компьютерными (цифровыми) данными. Типы данных Дискретные (цифровые) Непрерывные (аналоговые) Телеграфные Символьные Телефонные Факсимильные Аудио Видео 1.15 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 22 1.3. Многоуровневая организация вычислительных сетей 1.3.1. Требования к организации компьютерных сетей Для обеспечения эффективного функционирования к компьютерным сетям предъявляются требования, основными среди которых являются (рис.1.16): 1) открытость – возможность добавления в сеть новых компонентов (узлов и каналов связи, средств обработки данных) без изменения существующих технических и программных средств; 2) гибкость – сохранение работоспособности при изменении структуры сети в результате сбоев и отказов отдельных компонентов сети или при замене оборудования; 3) совместимость – возможность работы в сети оборудования разного типа и разных производителей; 4) масштабируемость – способность сети увеличивать свою производительность при добавлении ресурсов (узлов и каналов связи); 5) эффективность – обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей, задаваемого в виде показателей производительности, временных задержек, надежности и т.д., при минимальных затратах. Указанные требования реализуются за счет многоуровневой организации управления процессами в сети, в основе которой лежат понятия процесса, уровня, интерфейса и протокола (рис.1.17). Понятия многоуровневой организации Уровень Протокол Процесс прикладной системный Интерфейс схемный программный 1.17 Требования к организации компьютерных сетей открытость гибкость совместимость масштабируемость эффективность 1.16 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 23 1.3.2. Понятия процесса и уровня Функционирование вычислительных систем и сетей удобно описывать в терминах процессов. Процесс – динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки или передачи данных. Процессы делятся на: 1) прикладные – обработка данных в ЭВМ и терминальном оборудовании, а также передача данных в СПД; 2) системные – обеспечение прикладных процессов (активизация терминала для прикладного процесса, организация связи между процессами и др.). Данные между процессами передаются в виде сообщений через логические программно-организованные точки, называемые портами. Порты разделяются на входные и выходные. Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом или сессией. В каждом узле обработки данных (компьютере) могут одновременно выполняться несколько независимых прикладных процессов, связанных, например, с обработкой данных (такие процессы называются вычислитель- ными процессами). Эти процессы путём обмена сообщениями через соответствующие порты могут взаимодействовать с прикладными процессами, протекающими в других узлах вычислительной сети так, как это показано на рис.1.18. Здесь в узле 1 и 2 выполняются по 3 прикладных процесса А 1 , А 2 , А 3 и В 1 , В 2 , В 3 соответственно, а в узле 3 выполняется один прикладной процесс С. Эти процессы через соответствующие порты обмениваются сообщениями, причем процесс С обменивается сообщениями через два порта: входной, через который поступают сообщения от процесса В 3 , и выходной, который служит для передачи сообщений от процесса С к процессу А 1 Одним из основных понятий многоуровневой организации управления процессами в компьютерных сетях является понятие уровня, которое лежит в основе моделей всех сетевых технологий. Узел 3 Процесс С Порты Сообщения 1.18 Узел 1 Процесс: А 1 А 2 А 3 Узел 2 Процесс: В 1 В 2 В 3 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 24 Уровень (layer) – понятие, позволяющее разделить всю совокупность функций обработки и передачи данных в вычислительной сети на несколько иерархических групп. На каждом уровне реализуются определенные функции обработки и передачи данных с помощью аппаратных и/или программных средств сети. Каждый уровень обслуживает вышележащий уровень и, в свою очередь, пользуется услугами нижележащего. 1.3.3. Модель взаимодействия открытых систем (OSI- модель ) Международная Организация по Стандартам (МОС, International Standards Organization – ISO) предложила в качестве стандарта открытых систем семиуровневую коммуникационную модель (рис.1.19), известную как OSI-модель (Open Systems Interconnection) – модель Взаимодействия Открытых Систем (ВОС). Узел (система) А Узел (система) В 7 – прикладной 7 – application layer 6 – представления 6 – presentation layer 5 – сеансовый 5 – session layer 4 – транспортный 4 – transport layer 3 – сетевой 3 – network layer 2 – канальный 2 – data link layer 1 – физический 1 – physical layer Передающая среда Каждый уровень OSI-модели отвечает за отдельные специфические функции в коммуникациях и реализуется техническими и программными средствами вычислительной сети. 1.3.3.1. Физический уровень Уровень 1 – физический (physical layer) – самый низкий уровень OSI-модели, определяющий процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами (узлами сети). .Реализует управление каналом связи: • подключение и отключение канала связи; • формирование передаваемых сигналов и т.п. Описывает: • механические, электрические и функциональные характеристики среды передачи; • средства для установления, поддержания и разъединения физического соединения. Обеспечивает при необходимости: • кодирование данных; • модуляцию сигнала, передаваемого по среде. 1.19 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 25 Данные физического уровня представляют собой поток битов (последовательность нулей или единиц), закодированные в виде электрических, оптических или радио сигналов. Из-за наличия помех, воздействующих на электрическую линию связи, достоверность передачи, измеряемая как вероятность искажения одного бита, составляет 10 -4 – 10 -6 . Это означает, что в среднем на 10000 – 1000000 бит передаваемых данных один бит оказывается искажённым. 1.3.3.2. Канальный уровень Канальный уровень или уровень передачи данных (data link layer) является вторым уровнем OSI-модели. Реализует управление: • доступом сетевых устройств к среде передачи, когда два или более устройств могут использовать одну и ту же среду передачи; • надежной передачей данных в канале связи, позволяющей увеличить достоверность передачи данных на 2-4 порядка. Описывает методы доступа сетевых устройств к среде передачи, основанные, например, на передаче маркера или на соперничестве. Обеспечивает: • функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разрыва соединения; • управление потоком для предотвращения переполнения приемного устройства, если его скорость меньше, чем скорость передающего устройства; • надежную передачу данных через физический канал с вероятностью искажения данных 10 -8 – 10 -9 за счёт применения методов и средства контроля передаваемых данных и повторной передачи данных при обнаружении ошибки. Таким образом, канальный уровень обеспечивает достаточно надежную передачу данных через ненадежный физический канал. Блок данных, передаваемый на канальном уровне, называется кадром (frame). На канальном уровне появляется свойство адресуемости передаваемых данных в виде физических (машинных) адресов, называемых также MAC-адресами и являющихся обычно уникальными идентификаторами сетевых устройств. Как будет показано в разделе 3, универсальные МАС-адреса в ЛВС Ethernet и Token Ring являются 6-байтными и записываются в шестнадцатеричном виде, причём байты адреса разделены дефисом, например: 00-19-45-A2-B4-DE . К процедурам канального уровня относятся: • добавление в кадры соответствующих адресов; • контроль ошибок; • повторная, при необходимости, передача кадров. На канальном уровне работают ЛВС Ethernet, Token Ring и FDDI. Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 26 1.3.3.3. Сетевой уровень Сетевой уровень (network layer), в отличие от двух предыдущих, отвечает за передачу данных в СПД и управляет маршрутизацией сообщений – передачей через несколько каналов связи по одной или нескольким сетям, что обычно требует включения в пакет сетевого адреса получателя. Блок данных, передаваемый на сетевом уровне, называется |