вычислительные сети

Рис. 1 – Структура звездообразной сети с распределенным управлением.

В сетях с шинной топологиейвсе абонентские системы с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали (рис.2). Обязательным элементом является терминатор, с помощью которого устраняется эффект отраженной волны на концах коаксиального кабеля.

Рис. 2 – Шинная топология сети

В процессе работы сети информация от передающей абонентской системы поступает на адаптеры всех абонентских систем, но воспринимается только адаптером той абонентской системы, которой она адресована. Использование абонентскими системами общей передающей среды предполагает решения задачи организации поочередного доступа к ней. Правило, с помощью которого организуется бесконфликтный доступ абонентских систем к передающей среде, называется метод доступа. Наиболее характерным представителем сетей с шинной топологией является сеть Ethernet.

Кольцевая локальная сеть характеризуется наличием замкнутого однонаправленного канала передачи данных, в виде кольца или петли – рис.3.

Рис. 3 – Кольцевая топология сети

В этом случае информация передается последовательно между адаптерами абонентских систем до тех пор, пока не будет принята получателем и затем удалена из сети. Обычно за удаление информации отвечает ее отправитель. Последовательность передачи информации абонентскими системами регулируется с помощью определенного метода доступа.Один из существенных недостатков кольцевых сетей - выход из строя при разрыве кольца, который можно устранить за счет использования "двойного кольца". Для этого в состав локальной сети включают дополнительные линии связи и устройства реконфигурации, которые представляют собой переключательные устройства.

На рис. 4 – схема переключения с одного кольца на другое при неисправности

сегментов кольца.

Рис. 4 – Переключение колец

При необходимости может быть изолирована одна или несколько абонентских систем – рис. 5.

Рис. 5 – Обход абонентской системы

Звездообразные, кольцевые и шинные сетевые топологии были характерны для первых локальных сетей.

Современные высокоскоростные сети используют древовидную топологию и являются более "живучими". Отключение или выход из строя одной из линий не оказывает влияния на работу всей сети. В качестве узлов коммутации выступают высокоскоростные коммутаторы. Наиболее характерные представители сетей с подобной архитектурой: сеть 100VG Any LAN, Fast Ethernet.

На рис. 6 – древовидная топология сети.

Рис. 6 – Древовидная топология сети

Рассмотренные сетевые топологии являются базовыми, на основании которых формируются конкретные структуры реальных сетей, представляя собой объединение нескольких различных базовых топологий.

По методам передачи информации локальные сети делятся на сети с

маршрутизацией и селекцией информации. Маршрутизация используется в звездообразных и древовидных локальных сетях. В отличии от глобальных сетей маршрутизация в локальных сетях имеет ограниченное количество возможных маршрутов. Ее результатом является формирование виртуальных каналов между абонентскими системами. Селекция представляет собой процесс выбора очередной

абонентской системы, которой предоставляется возможность передачи информации. Локальные сети с селекцией классифицируются в зависимости от используемого метода доступа абонентских систем к моноканалу. Таким образом, для локальных компьютерных сетей можно выделить характерные признаки:

•простота конфигурации;

•использование высокоскоростных цифровых каналов передачи данных;

•высокий уровень функционального взаимодействия пользователей сети;

•размещение сети на ограниченной территории;

•невысокая стоимость сетевого оборудования.

4.2Физическая среда локальных сетей

Вкачестве среды передачи информации в локальных сетях используются:

• коаксиальный кабель

• витые пары проводников

• оптоволоконные среды

Коаксиальный кабель – широкополосное средство связи, позволяет передавать информацию в большом частотном диапазоне. Физически коаксиальный кабель представляет собой двухпроводную линию связи, в которой один проводник (центральный) находится внутри другого. Диаметр центрального проводника оказывает существенное влияние на электрические параметры кабеля. Высокочастотный сигнал распространяется по внешнему диаметру проводника. При большом диаметре проводника затухание высокочастотного сигнала меньше. Затухание сигналов является частью интенсивности сигнала или мощности, которую электрический сигнал теряет при прохождении по соединительному проводу. При очень высоком затухании приемник может потерять способность надежной дешифрации данных. Центральный проводник может быть как одножильным, так и многожильным медным проводником. Кабель с центральным многожильным проводником более гибкий и надежный, однако, стоимость его несколько выше. Внешний проводник выполнен в виде цилиндра, сплетенного из медного провода. Центральный и внешний проводники разделены между собой изоляцией. Внешняя оболочка кабеля выполняется из поливинилхлорида или флуорополимера. Для достижения максимального уровня сигнала размер сегмента коаксиального кабеля должен быть кратен длине волны передаваемого сигнала. С целью определения места подключения абонентских систем коаксиальный кабель маркируется по всей длине через определенное расстояние. Качество функционирования локальной сети во многом определяется электрическими и механическими характеристиками кабеля. Электрические параметры оказывают влияние на реальное значение скорости передачи информации устойчивость работы сети, механические - удобство монтажа и надежность сетевых соединений.

Кабели на базе витых пар проводников представляют собой жгуты из 25 и более пар

неэкранированных или экранированных проводов. Разработан ряд стандартов,

определяющих электрические и монтажные параметры кабеля. Например, для неэкранированного кабеля из 4 витых пар определены категории с номерами 3, 4, 5. Основное их различие заключается в частотных характеристиках: неэкранированный кабель 3 категории представляет собой стандартный телефонный кабель с полосой частот в 15 MHz, 4 категории - 20 MHz, 5 категории - 100 MHz. В зависимости от категории кабеля определяется максимально допустимая длина сегмента кабеля между двумя активными устройствами, например, между абонентской системой и концентратором. Для кабеля категории 3 длина сегмента не должна превышать 100 м. Кабели более высоких категорий могут обеспечивать связь на большие расстояния, например, кабель категории 5 обеспечивает связь на расстоянии до 150 м. Экранированные кабели обладают более высокими параметрами передачи сигналов. Для данного типа кабелей определены

основные категории: 1, 2, 6, и 9, ориентированные на высокочастотное исполнение до частоты 300 МГц.

Для подключения витых пар проводников используются разъемы, применяемые в телефонных системах – RG-45 (8-миконтактные) или Telko (50-тиконтактные). Стандартом определяется распределение контактов и цветовая кодовая маркировка проводов. На рис. 1 – стандартное распределение контактов между парами проводников 4- хпарного неэкранированного кабеля.

Рис. 1 – Распределение контактов между витыми парами

Первая пара проводников маркируется белым и синим цветами, вторая – оранжевым и белым, третья – зеленым и белым, четвертая – коричневым и белым. Также за стандартными типами проводников закреплены определенные пары проводников и распределение контактов. Для сети Token Ring используются пары 1 и 3, для сети 10Base- T - пары 2 и 3. Сети 100VG-AnyLAN требует использования всех четырех пар. Общее затухание кабельного тракта между концентратором и оконечным узлом составляет 11,5 дБ на частотах 5 МГц, 10 МГц, и 14 дБ на частоте 15 МГц. При использовании многопарного кабеля необходимо учитывать межпарные перекрестные помехи, представляющие собой воздействие сигналов одной пары на сигналы соседней пары. Затухание перекрестных помех между любыми двумя парами одного и того же кабельного жгута должно быть не менее 30,5 дБ на частоте 5 МГц, 26 дБ на частоте 10 МГц и 23 дБ на частоте 15 МГц.

Наиболее перспективная передающая среда – оптоволоконный кабель – обеспечивает скорость передачи в несколько Гбит/с. В качестве передающей среды в нем используется оптическое волокно (световод), представляющий собой тонкую стеклянную нить толщиной 50…100 мкм. Информация по оптоволоконному кабелю передается помощью световых сигналов. В качестве источников света используются светодиоды или лазерные диоды. Прозрачность оптического волокна на несколько порядков выше прозрачности обычного стекла, что позволяет передавать световой сигнал на десятки километров без существенного снижения уровня сигнала. К преимуществам оптоволоконной среды следует отнести невосприимчивость к электрическим помехам.

4.3Методы доступа в сетях шинной топологии

Вкомпьютерных сетях доступ абонентских систем к передающей среде определяется методами доступа. В качестве критерия метода рассматривается время доступа к передающей среде. Время доступа к передающей среде – это промежуток времени между появлением запроса на передачу данных и началом передачи информации. При методе случайного доступа каждая абонентская система произвольным образом, независимо от других систем, обращается к моноканалу. В результате этого может возникнуть "столкновение" сообщений – рис.1.

Рис. 1 – Столкновение сообщений

Для устранения этих конфликтов в сетях с шинной топологией применяется метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением столкновений (МДКНОС), с помощью которого осуществляется предварительное прослушивание абонентской системы передающей среды, а начало передачи возможно лишь при наличии свободного канала.

Вначальный момент времени T1 абонентская система В начала передавать информацию. В этот же момент система А прослушивает среду, однако из-за конечного времени распространения сигнала ей не удается обнаружить сообщение, посылаемое абонентской системой В.

Вмомент Т2 абонентская система А начинает передавать информацию, и в момент Т3 сообщения "сталкиваются". Дальнейшая передача сообщения теряет смысл. В процессе передачи сообщения абонентская система контролирует передающую среду и при появлении столкновения прекращает передачу. Через некоторый промежуток времени обе системы опять прослушивают среду и осуществляют повторную попытку передачи информации.

Метод детерминированного доступа предполагает наличие определенного алгоритма, в соответствии, с которым абонентской системе предоставляется доступ к передающей среде.

Метод множественного доступа с передачей полномочий (метод маркерного доступа) осуществляет последовательную передачу управляющей информации-маркера от одной абонентской станции к другой. При поступлении маркера абонентская станция получает разрешение на передачу информации. При отсутствии необходимости в передачи информации абонентская система передает маркер другой абонентской системе, образуя логическое кольцо передачи маркера – рис. 2.

Рис. 2 – Организация логического кольца передачи полномочий

Передача кадров данных осуществляется в обоих направлениях, а их прием осуществляется только получателем на основании сравнение адреса, указанного в передаваемом кадре с адресом абонентской системы.

4.4 Методы доступа в кольцевых сетях

Основными методами, используемыми в этих сетях, являются:

•метод множественного доступа с введением задержки

•метод циклического доступа

•метод маркерного доступа

В методе доступа с введением задержки информация между абонентскими системами передается в виде кадров фиксированной длины – рис.1. Новый кадр данных из абонентской системы "вклинивается" в поток кадров, проходящих по каналу передачи данных. В результате этого последующие кадры данных задерживаются на время передачи одного кадра.

Рис. 1 – Схема доступа к передающей среде методом доступа с введением задержки

Взаимодействие абонентских систем с передающей средой осуществляется с помощью блока доступа (рис.2), в составе которого:

•приемник;

•линия задержки;

•переключатель;

•передатчик;

•буферный регистр.

Рис. 2 – Структурная схема блока доступа

Приемник осуществляет анализ поступающих кадров данных. Если кадр адресован данной абонентской системе, то его копия заносится в буферный регистр для последующей передачи в абонентскую систему. Сам же кадр данных через переключатель

Рпередается в передатчик, в котором к нему добавляется служебная информация о состоянии абонентской системы и результате приема данных. Линия задержки служит для хранения информации, поступающей из сети. В регистре признака формируется информация о состоянии абонентской системы и принятом кадре данных. Первоначально переключатель Р находится в положении 1 и информация поступающая на вход блока доступа, без задержки передается на его выход.

Кадр данных находится в буферном регистре, и как только появляется промежуток между двумя кадрами, следующими по кольцу, переключатель переходит в состояние 3, подключая буферный регистр к передатчику. В результате этого кадр данных попадает в выходной поток данных. В это время кадр из входного потока находится в линии задержки. После окончания сеанса передачи кадра из буферного регистра переключатель

Рпереходит в положение 2 и все последующие кадры поступают на выход блока доступа. Метод тактируемого доступа предполагает разбиение временного цикла кольца

на множество равных интервалов времени – тактов, в каждый из которых помещается по одному кадру. Таким образом, одновременно может передаваться несколько кадров. Абонентская система может передавать информацию в кольцо только при наличии свободного кадра. В свободных кадрах в заголовке контрольный bit равен 0, в занятых – 1. На рис.3 в текущий момент времени проходит занятый кадр, и она не может передавать информацию. Через вторую абонентскую систему проходит свободный кадр, однако, эта система не передает информацию. Третья абонентская система распознает свободный кадр, изменяет контрольный бит на единицу и заполняет текущий кадр данных. Адресат, получив кадр, копирует его и освобождает.

Рис. 3 – Организация тактируемого доступа

Маркерный метод доступа в кольцевых сетях отличается от сетей с шинной топологией, тем, что кадры маркера передаются по кольцу в одном направлении. Абонентская система может начать передачу только после получения маркера от предыдущей абонентской системы. Получив маркер, станция посылает кадр данных в кольцо. Передача маркера следующей абонентской станции может осуществляться сразу же после передачи данных от предыдущей абонентской станции.

4.5 Принципы организации глобальных компьютерных систем. Internet

Территориальные компьютерные сети (глобальные, региональные, корпоративные), появление которых обусловлено достижениями научно-технического прогресса и объясняется потребностью в обмене информацией, стали неотъемлемой частью осуществления программ сотрудничества между странами. В настоящее время функционирует множество компьютерных сетей, используемых в научных и образовательных целях, в бизнесе, в финансово-экономической деятельности, в реализации совместных научно-технических программ и т. д.

Следует, прежде всего, выделить глобальную сеть Internet, объединяющую множество других сетей и позволяющую войти в мировое сообщество. Internet предоставляет пользователям практически неограниченные информационные ресурсы. Процессу объединения сетей способствует развитие их архитектуры в направлении создания национальных и международных ассоциаций систем компьютерной связи, в которых используются ЭВМ, изготовленные различными производителями и управляемые различными ОС. Это стало возможно, так как в основу моделей и архитектуры сетей положены международные стандарты. В результате во всех развитых странах в настоящее время выпускаются в основном разнообразные технические и программные средства территориальных и локальных сетей нового типа – открытых сетей, удовлетворяющих требованиям международных стандартов.

Возможности и конкурентоспособность любой ТВС определяются, прежде всего, ее информационными ресурсами – знаниями, данными, программами, которые предоставляют пользователям. Естественно, что эти ресурсы должны как можно шире охватывать те области, в которых работают пользователи сети. Кроме того, они должны непрерывно обновляться и добавляться.

Современный информационный рынок можно разделить на четыре взаимодействующие области:

•электронная информация;

•электронные сделки;

•системы сетевых коммуникаций;

• программное обеспечение.

Рынок электронной информации, в свою очередь, включает четыре сектора:

•деловая информация;

•юридическая информация;

•информация для специалистов;

•массовая (потребительская) информация. Основными поставщиками на этом рынке выступают:

•центры – генераторы баз данных;

•центры – распределители информации на основе БД;

•информационные брокеры.

Базы данных, представляющие собой организованную совокупность однородных записей в машиночитаемой форме, – основа любых видов услуг, оказываемых на современном информационном рынке. В сетях используются две формы доступа пользователей к БД: диалоговый доступ (режим on-line) и разовые запросы в режиме offline (например, через электронную оплату выдаваемой справки по результату информационного запроса, что связано с задержками по времени получения информации).

Сектор деловой информации (в рамках рынка электронной информации):

•биржевая и финансовая информация, генераторами которой являются банки, биржи, брокерские компании, – это информация о котировках ценных бумаг, валютных курсах, учетных ставках и капиталов, инвестициях, ценах;

•экономическая и статистическая информация (числовая, экономическая, демографическая, социальная информация в виде рядов динамики, программных моделей, оценок и т. д.);

•коммерческая информация (о предприятиях и фирмах, их продукции и ее цене, о руководителях предприятий и т. п.);

•информация коммерческих предложений (о купле/продаже по определенным товарным группам);

•деловые новости в области экономики и бизнеса.

Сектор юридической информации включает системы доступа к электронным сборникам указов, постановлений, инструкций и других документов, выпущенных органами государственной и местной власти.

Сектор информации для специалистов:

•профессиональная информация, дифференцируемая по различным областям науки

итехники;

•доступ к первоисточникам (библиографическую и реферативную информацию).

Сектор массовой (потребительской) информации включает информацию служб

новостей и агентств прессы и потребительскую информацию (программы радио- и телепередач, местные новости, погоду, расписание транспорта, справочники по гостиницам и т. д.).

Рынок электронных сделок (операций) включает системы банковских и международных операций, электронных торгов, системы резервированных товаров, услуг и т. п. В рамках этого рынка большое значение имеет электронный обмен данными, которых обеспечивает возможность безбумажного документооборота, т. е. автоматизированной циркуляции официальных документов как внутри предприятия, так и между различными организациями. При этом велика роль служб безопасности, обеспечивающих, в частности, предотвращение несанкционированного доступа к циркулирующей информации.

Безбумажная информационная технология базируется на принятом ООН международном стандарте EDIFACT (Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Transport), которых обеспечивает сокращение объема передаваемой информации и автоматическую генерацию принимаемых документов на основных языках мира, в том числе стран СНГ. Преобразование исходного документа в электронный вид на