Введення
Необхідність вивчення студентами економічній спеціальності "Інформаційні системи в економіці" основ інформаційно-обчислювальних мереж (ІТТ) пояснюється місцем, яке займають ІТТ в інформатизації сучасного суспільства. Інформаційне забезпечення фірм, акціонерних товариств, вищих навчальних закладів, банків базується на локальних мережах, які пов'язані між собою в регіональні і глобальні мережі.
Предметом дисципліни "Обчислювальні мережі та системи телекомунікацій" є виклад основ побудови, вибору і забезпечення надійності інформаційно-обчислювальних мереж. У пропонованому посібнику зроблено акцент на особливості використання сучасних технічних і програмних засобів при побудові локальних і глобальних мереж. Певне місце в посібнику відведено методиці вибору Локальної мережі. Особливостям забезпечення надійності локальних мереж присвячена спеціальна лекція.
Викладений у посібнику навчальний матеріал базується на рішеннях комітету з стандартизації IEEE, Міжнародної організації стандартів, Міжнародного консультативного комітету по телеграфії і телефонії та кращих прикладах побудови локальних мереж.
Навчальний посібник призначений для студентів економічних вузів, слухачів курсів підготовки та підвищення кваліфікації фахівців у галузі інформаційних систем і практичних працівників.
Тема 1. Загальна характеристика інформаційно-обчислювальних мереж
1 питання.
Значне підвищення ефективності ЕОМ може бути досягнуто об'єднанням їх в обчислювальні мережі (ВС). Під НД ми будемо розуміти будь-яка множина ЕОМ, пов'язаних між собою засобами передачі даних (засобами телекомунікацій). Розвиток ЗС пов'язано як з розвитком власне ЕОМ, що входять до складу мережі, так і з розвитком засобів телекомунікацій.
Роботи зі створення НД почалися ще в 60-х роках. Прообразом НД з'явилися системи телеобробки даних (СТД), побудовані на базі великих (а пізніше і мініЕВМ). Як засоби передачі даних використовувалася існуюча телефонна мережа. Структура СТД представлена на рис. 1.1. СТД складається з: абонентських пунктів (АП); модемів, мультиплексора передачі даних (МПД) і ЕОМ. Телефонна мережа орієнтована на передачу мовної (аналогової) інформації, тому одні з елементів мережі з'явилися досить повільні аналогові комутатори.
Рис. 1.1. Структура системи телеобробки.
Основним недоліком СТД є невисока швидкодія (9600 біт / с, реально 2400 біт / с). Тому одним з напрямків вдосконалення СТД є розробка цифрових телефонних комутаторів. Аналогову мова при цьому пропонувалося переводити в дискретну форму.
Другим істотним недоліком СТД є можливість передачі даних по каналу зв'язку в один і той самий момент часу тільки з однією швидкістю. Цей недолік був переборений використанням вперше в 70-х роках у США комунікацій кабельного телебачення, що дозволяють вести широкосмугову передачу (ШП). ШП дозволяє по одному кабелю вести передачу даних одночасно з різними швидкостями.
Третім напрямком переходу до мереж була розробка високошвидкісних шин для забезпечення взаємодії декількох великих ЕОМ.
Четвертим напрямком розвитку ІТТ була реалізація розподіленої обробки даних. Для цього в середині 70-х років з'явилися технічні засоби і програмне забезпечення, що дозволяють зв'язати ЕОМ у вигляді кільця або шини.
У 80-х роках з'явилися мікроЕОМ. Істотно не відрізняючись від великих і мініЕВМ за швидкістю обробки інформації та обсягом ВП, мікроЕОМ мали в десятки разів меншу зовнішню пам'ять. Тому п'ятий напрямком створення ІТТ була розробка спеціальних дискових мультиплексорів.
Рис. 1.2. Напрямок розвитку мереж.
До середини 80-х років усі зазначені тенденції розвитку мереж почали зближуватися, що призвело до розробки сучасних інформаційних мереж (рис. 1.2).
2 питання.
Загальна структура ІТТ представлена на рис.1.3. Основними компонентами мережі є:
канали;
системи: абонентська (АБС) і асоціативна (АСС);
мережа передачі даних.
Рис.1.3. Структура ІТТ.
Є істотні відмінності у функціональному призначенні абонентських та асоціативних систем, класифікація яких представлена на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Класифікація систем мережі.
У залежності від виконуваних функцій асоціативні системи поділяються на два види: міжмережеві і мережеві.
Асоціативна система, призначена для забезпечення взаємодії двох або більше ІТТ, називається міжмережевий (на рис. 1.3 це система АсС5). Асоціативна система, яка пов'язує абонентські системи всередині однієї мережі, отримала назву мережевий.
Абонентські системи залежно від виконуваних функцій поділяються на 4 види: робочі, термінальні, змішані, адміністративні.
Робоча система призначена для надання користувачу інформаційно-обчислювальних ресурсів: банку даних, результатів обробки завдань по підсистемах АСУ і т.д.
Термінальна система надає абонентам (користувачам) ІТТ через один або декілька терміналів інформаційно-обчислювальні ресурси робочих систем. Часто функції робочої та термінальної систем суміщені.
Система, на яку покладаються функції управління всієї або будь-якою частиною ІТТ, називається адміністративною.
Змішаної система називається в тому випадку, якщо вона виконує функції двох, а іноді навіть трьох, розглянутих вище видів абонентських систем.
Рис. 1.5. Класифікація ІТТ за їх протяжності.
Крім класифікації систем мережі є і розподіл самих мереж. Основною ознакою їх відмінності є класифікація ІТТ за їх розмірами. У залежності від протяжності ІТТ прийнято ділити на три види: локальні, регіональні та глобальні (рис. 1.5).
Локальної називається мережа, абоненти якої знаходяться на невеликій відстані один від одного. Зазвичай локальні мережі охоплюють одне або декілька розташованих поряд будинків. Саме на базі локальної ІТТ розробляються сучасні АСУ фірми, банку, ВНЗ, і т.д.
Регіональна мережа пов'язує абонентів, розташованих на значній (від 10 до 1000 км) відстані один від одного. Вона може включати абонентів міста, району, області і навіть невеликої країни.
Третім видом є глобальна ІТТ, яка об'єднує абонентів, розташованих на території великої країни, різних країн і навіть континентів. Побудова цієї мережі можливо за допомогою супутників.
Останнім часом для характеристики ІТТ все частіше стали використовувати поняття корпоративні мережі. Ці мережі об'єднують ряд підприємств однієї фірми, в залежності від взаєморозташування підприємств вони можуть бути регіональними або глобальними.
3 питання.
Основними вимогами, яким повинна задовольняти організація ІТТ, є наступні:
Відкритість - можливість включення додаткових абонентських, асоціативних ЕОМ, а також ліній (каналів) зв'язку без зміни технічних і програмних засобів існуючих компонентів мережі. Крім того, будь-які дві ЕОМ повинні взаємодіяти між собою, незважаючи на розходження в конструкції, продуктивності, місце виготовлення, функціональне призначення.
Гнучкість - збереження працездатності при зміні структури в результаті виходу з ладу ЕОМ або лінії зв'язку.
Ефективність - забезпечення необхідної якості обслуговування користувачів при мінімальних витратах.
Для забезпечення відкритості, гнучкості та ефективності ІТТ Міжнародною організацією стандартів затверджені певні вимоги до організації взаємодії між системами мережі. Ці вимоги отримали назву OSI (Open System Interconnection) - "еталонна модель взаємодії відкритих систем". Згідно з вимогами еталонної моделі, кожна система ІТТ повинна здійснювати взаємодію посредствам передачі кадру даних, процедура утворення якого представлена на рис. 1.6. Згідно рис. 1.6 освіту і передача кадру здійснюється за допомогою 7-ми послідовних дій, які отримали назву "рівень обробки".
Процес взаємодії між АБС виникає при необхідності передачі прикладної програмою користувача (рівень 7) даних по каналу зв'язку. Однак, щоб друга АБС могла розібрати ці дані, необхідно вказати спосіб їх подання. Ця інформація вказується в заголовку процесу, який додається до даних за допомогою спеціальної програми, що реалізує представницький рівень (рівень 6). При отриманні інформації від іншої АБС, зазначена програма здійснює також перетворення даних до єдиної форми подання. Дії виконуються програмою на рівнях 6 і 7 названі процесом.
Рис. 1.6. Процедура освіти кадру даних у процесі взаємодії АБС.
Сеансовий рівень (рівень 5) призначений для організації сеансів зв'язку на період взаємодії процесів. На цьому рівні за запитами процесу створюються порти для прийому передачі повідомлень. Крім того, для виявлення помилок після передачі даних користувачеві, використовуються перевірочні символи, які додаються до даних користувача (кінцевик процесу). Дані користувача, забезпечені заголовком і кінцевиків процесу, одержали назву блоку даних.
Рівень 4 (транспортний) реалізує процедуру сполучення абонентських систем з мережею передачі даних. З цією метою спеціальна програма рівня 4 додає в передане повідомлення заголовок передачі. Блок даних із заголовком передачі утворюють фрагмент даних.
Рівень 3 (мережевою) забезпечує передачу даних через мережу. Управління мережею, що реалізовується на цьому рівні, полягає у виборі маршруту передачі даних по лініях, що зв'язує вузли мережі. Для цієї мети до фрагмента даних додається заголовок пакета. Фрагмент даних розширюється і перетворюється в пакет даних.
Рівень 2 (канальний) призначений для забезпечення передачі даних з інформаційного (логічного) каналу мережі. З цією метою до пакету даних додається заголовок кадру, що містить адресу необхідного інформаційного каналу, і кінцевик кадру з інформацією для перевірки спотворення пакету на приймальній стороні. Пакет даних із заголовком і кінцевиків кадру утворює кадр даних.
Рівень 1 (фізичний) реалізує управління фізичним каналом зв'язку, що зводиться до підключення і відключення каналу зв'язку і формування сигналів, що представляють передані дані.
Завданням всіх семи рівнів є забезпечення надійної взаємодії систем мережі. При цьому кожен рівень виконує покладену на нього завдання. Однак рівні працюють так, щоб у потрібних ситуаціях підстраховувати і перевіряти роботу інших рівнів. Так, якщо канальний рівень випадково пропустить помилку, що з'явилася при передачі інформації, то її "зрозуміє" і виправить транспортний рівень і т.д.
Тема 2. Загальна характеристика локальних мереж
1 питання.
Основними характеристиками локальної мережі є:
Поділ ресурсів. ЛВС забезпечує колективне використання (поділ між декількома користувачами) різних периферійних пристроїв: лазерних принтерів, графопостроителей і т.д.
Поділ даних. ЛВС забезпечує колективне використання загальних баз даних.
Поділ програмних засобів. ЛВС забезпечує колективне використання спільних програм.
Електронна пошта. ЛВС забезпечує обмін інформацією між АБС мережі.
Існує велика різноманітність ЛВС, які можна об'єднати в декілька груп за такими критеріями:
спосіб організації: реальні (однорангові і з центральним управлінням), штучні;
наявність дротових з'єднань: провідні бездротові;
топологія: зірка
шина
кільце;
технологія: Ethernet
Token Ring
Arcnet
FDDI.
За способом організації мережі поділяються на реальні та штучні. Реальні мережі поділяються на однорангові і з центральним управлінням. Більш докладно вони будуть описані у 2-му питанні.
Штучні мережі дозволяють зв'язувати комп'ютери разом через послідовні або паралельні порти і не потребують спеціальних мережевих адаптерах. Іноді зв'язок у такій мережі називають зв'язком по нуль-модему (не використовується модем) або через нуль-слот (оскільки ні один слот машини не зайнятий мережевою платою). Самі мережі називають мережами на нуль-модем або нуль-слоті. Мережа на нуль-слоті надає ті ж можливості, що й інші мережі, але при цьому вона дуже повільна. Штучні мережі використовуються коли необхідно перекачати інформацію з одного комп'ютера на інший. MS DOS 6.0 та 6.2 забезпечені програмою INTER LINK, яка забезпечує можливість такої перекачки. Проте ця програма працює одночасно тільки з двома комп'ютерами і не може зв'язати три або більше машин. Якщо це необхідно, то потрібне спеціальне програмне забезпечення Laplink.
Найбільшого поширення в наш час отримали провідні мережі. Саме вони будуть у подальшому розглянуті більш докладно. Однак більш перспективними є бездротові мережі. При цьому використовуються інфрачервоні промені (хвилі в інфрачервоному діапазоні) при невеликій відстані між АБС і хвилі радіочастот для регіональних і глобальних мереж. Незабаром модеми стільникового (бездротової) телефонного зв'язку та переносні комп'ютери з живленням від батарей можуть послужити основою для створення віртуальних мереж, користувачі яких можуть переміщатися в просторі, не втрачаючи при цьому зв'язку один з одним. У наш час віртуальні мережі дуже дороге задоволення. Однак у майбутньому цей вид мереж повинен набути широкого поширення.
2 питання.
Реальні ЛВС поділяються на однорангові мережі та мережі з централізованим управлінням.
Однорангові мережі містять у своєму складі АБС ідентичні за своїми функціями: виконання користувацьких програм, збереження і друк даних та інше. В умовах даного виду мережі одна абонентська система має доступ до дисків і принтерів інший АБС, варто лише зробити цей комп'ютер АДС (сервером).
Переваги однорангових мереж:
Найбільш прості в установці і експлуатації.
У мережі будь-який комп'ютер, що має ресурси для спільного використання, може бути сервером.
Для сервера мережі не потрібна спеціальна ОС. Він працює під керуванням звичайної DOS.
Недоліки:
в умовах однорангових мереж утруднено вирішення питань захисту інформації. Тому такий спосіб організації мережі використовується для мереж з невеликою кількістю комп'ютерів і там, де питання захисту даних не є принциповим.
У мережі з централізованим управлінням при установці мережі заздалегідь виділяються одна чи кілька машин, керуючих обміном даних по мережі (адміністративні АБС). Диски виділених машин (серверів) доступні всім іншим комп'ютерам мережі. Інші комп'ютери (робочі станції) мають доступ до дисків файл-сервера і спільно використовуваних принтерів. З однієї робочої станції не можна працювати з дисками інших станцій.
Основною перевагою мережі з централізованим управлінням є більш високий рівень захисту даних.
До недоліків централізованої мережі, в порівнянні з одноранговими мережами, відносяться:
Необхідність додаткової ОС для сервера.
Складність установки і модернізації мережі.
Необхідність попереднього визначення файл-сервера.
3 питання.
Топологія (topology) - ідентифікує схему дротових з'єднань в мережі.
В умовах зіркоподібною (радіальної) структури (рис.2.1) організовується центральний вузол (хаб, концентратор), через який посилаються всі повідомлення від АБС. Для під'єднання АБС до хабу використовується вита пара проводів. Хаб являє собою маленьку коробочку, до якої підключено пучок кабелів. Таким чином хаб забезпечує зв'язок комп'ютерів (АБС) один з одним (аналогічно комутатора на телефонній мережі).
Основною перевагою зіркоподібною структури є незалежність кожного радіального напряму від інших, тобто неполадки на одній з ділянок кабелю ніяк не вплинуть на роботу інших користувачів.
Недоліки:
Для кожної АБС потрібна прокладка "свого" кабелю.
Залежність від надійності хаба (концентратора).
Невисока швидкість роботи.
Рис.2.1. Зіркоподібна структура мережі.
Найбільш поширеною топологією мережі є топологія типу "шина". У цьому випадку всі мережеві комп'ютери (АБС) пов'язані лінійно (рис.2.2) за допомогою коаксіального кабелю.
Рис.2.2. Шинна архітектура мережі.
Відносно висока надійність і швидкість передачі.
Мережа можна легко розвивати, додаючи нові розгалуження.
Рис.2.3. Шинна архітектура мережі з розгалуженням.
Недоліки:
при розриві кабелю мережа втрачає працездатність.
ІТТ на базі кільцевого каналу передачі даних представлена на рис.2.4. Як точок підключення АБС в кільце вставляються найпростіші апарати, звані повторювачами. Завданням повторювача є невелика затримка проходить через нього пакету і посилення сигналів, що передають інформацію. Зазначена затримка необхідна для того, щоб станція могла, прочитавши заголовок інформації в що проходить повз неї пакеті, зробити в цьому пакеті необхідні позначки.
Рис.2.4. ІТТ на базі кільцевого каналу.
Існує кілька способів передачі інформації через кільце. Суть найбільш поширеного полягає в наступному. По кільцю в одному напрямку рухаються один за іншим електронні "конверти". Кожен з "конвертів" є групою електронних сигналів, що чергуються з паузою. Посилаючи сигнали під час паузи, можна заповнити "конверт" і перетворити його в пакет або блок інформації.
Структура циклічного кільця проста, але має суттєвий недолік. При обриві кільця припиняється робота всієї інформаційної мережі. Тому в реальних мережах перевага віддається модернізованим кільцям.
Перша модернізація полягає в тому, що в ЛВС використовуються 2 циклічних кільця. У нормальному режимі передача інформації ведеться по обох кільцям, але в різні сторони.
Рис.2.5. ІТТ з 2 циклічними кільцями в аварійному режимі.
При обриві два кільця замикаються в єдине ціле кільце.
Наприклад, при обриві в точках "аа" АБС, розташовані поруч з точками розриву, переходять в аварійний режим. У цьому режимі, крім виконання своїх функцій, кожна з АБС замикає один з одним зовнішнє і внутрішнє тепер вже півкільце в одне єдине кільце.
На наступному малюнку представлений ще один вид модернізації кільця. Друга модернізація циклічного кільця полягає в зміні топології так, як це показано на рис.2.6. У центрі встановлюється комутатор. Від комутатора до всіх повторителям проведені промені кільцевого каналу.
Рис.2.6 Променеве циклічне кільце.
Комутатор має стільки перемикачів, скільки може працювати систем в ІТТ. Коли перемикачі перебувають у такому становищі, як представлено на рис. 2.6, пакети проходять через кожну систему. Якщо в одному з променів стався обрив, кільце розривається. У цьому випадку відповідний перемикач комутатора замикається, відновлюючи рух по кільцю, але вже повз який вийшов з ладу променя і пов'язаної з ним системи. Пошкоджений промінь відключається від кільця для ремонту.
Основна перевага циклічного кільця - висока швидкість передачі даних. Проте слід мати на увазі, що час передачі інформації по кільцю залежить не тільки від швидкості роботи каналу, але й числа систем включених в мережу. Це пов'язано з тим, що біля кожної системи конверт повинен зробити зупинку. Основним недоліком циклічного кільця є його висока вартість і складність включення систем.
Тема 3. Технічні засоби реалізації фізичного та канального рівнів локальної мережі
1 питання.
Комітет з стандартизації ЛВС IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) уточнив структуру рівнів 1 і 2 взаємодії відкритих систем, затверджену Міжнародною організацією стандартів (рис.3.1).
Канальний рівень ділиться на два підрівня:
Управління логічним каналом LLC (Logical Link Control). На цьому рівні здійснюється передача кадрів між станціями, включаючи виправлення помилок.
Управління доступом до передавальної середовищі MAC (Medium Access Control). Цей рівень визначає технологію роботи мережі, яка була описана в розділі 2.
Фізичний рівень ділиться на три підрівні:
Передача фізичних сигналів PS (Physical Signaling).
Інтерфейс з пристроєм доступу AUI (Access-Unit Interface). Інтерфейс являє собою кабель, що дозволяє розміщувати пристрої PS на деякій відстані від носія інформації.
Підключення до фізичного середовища PMA (Physical Medium Attachment).
Рис.3.1. Еталонна модель IEEE.
2 питання.
В якості фізичного середовища передачі найбільш часто використовуються: кручена пара проводів (рис.3.2), коаксіальний кабель (рис.3.3), оптоволоконні лінії (рис.3.4).
Рис.3.2 двухпроводная лінія (вита пара проводів).
Рис.3.3 Коаксіальний кабель.
Рис.3.4 Оптоволоконний провідник
з перетворювачем (дешифратором).
Двухпроводная лінія TP (Twisted Pair) є найбільш дешевим носієм даних, що застосовувались для забезпечення телефонних комунікацій.
Основні переваги:
Низька вартість.
Простота монтажних робіт з підключення абонента до ЛВС.
Недоліки:
Обов'язково потрібно hub (концентратор) при побудові мережі.
Погана захищеність від електричних перешкод (без екранування). Можливо екранування (екранування - металева оплетка навколо окремо скручених дротів), але від цього збільшується вартість.
Простота несанкціонованого підключення.
Жорсткі обмеження на дальність (до 100 м між хабом і ПК, реально всього 23 м) і швидкість передачі (до 10 Мбіт / с).
Вита пара може бути використана тільки в зіркоподібних ЛВС.
Коаксіальний кабель (Coaxial cable, позначення: 10base2 - тонкий, 10base5-товстий) має середню ціну, добре помехозащіщен і застосовується для зв'язку на великі відстані. У ЛВС застосовуються два основних види коаксіального кабелю:
Широкосмуговий товстий (10base5 - протяжність 500 м).
Широкосмуговий тонкий (10base2 - протяжність 200 м).
У будь-якому випадку коаксіальний кабель складається з чотирьох частин (рис.3.3):
Внутрішній провідник.
Шар ізолюючого покриття.
Екран.
Зовнішнє пластикове покриття.
Оптоволоконні лінії передають світлові сигнали або сигнали в інфрачервоному діапазоні. Кабель складається з светопроводящий наповнювача на кремнієвій або пластмасовій основі, укладеного в матеріал з низьким коефіцієнтом заломлення. Завдяки цьому світлові промені відбиваються від внутрішньої поверхні кабелю, і втрати світлової енергії скорочуються до мінімуму.
Для обміну інформацією по оптоволоконному кабелю необхідно перетворювати електричні сигнали в світлові при передачі інформації і, навпаки - світлові в електричні при прийомі. У першому випадку використовуються світлодіоди, у другому випадку - фотодіоди.
Гідність:
Невелика маса.
Швидкість передачі більше 1Гбіт / с.
Несприйнятливість до електричних перешкод.
Повністю пожежо-і вибухобезпечні.
Дальність передачі більше 50 км.
Мають протівоподслушівающімі властивостями, тому що техніка відгалужень дуже складна.
Недоліки:
висока вартість;
сигнал може передаватися тільки в одному напрямку.
Застосовується там, де виникають електромагнітні поля перешкод або потрібно передача даних на дуже великі відстані без використання повторювачів. Оптоволоконні лінії використовуються при організації мережі типу кільце.
Кожен із зазначених носіїв відрізняється за низкою показників, порівняльна характеристика значень яких представлена в табл. 3.1
Таблиця 3.1
Зведена характеристика передавальних середовищ
Середовище передачі інформації | |||
Показники | вита пара | коаксіальний кабель | оптоволоконний кабель |
1 | 2 | 3 | 4 |
Ціна | невисока | відносно висока | висока |
Нарощування | дуже просте | проблематично | просте |
Захист від прослуховування | незначна | хороша, проте легко відгалужується | висока |
Швидкість передачі | до 10 Мбіт / с | до 10 Мбіт / с | декілька Гбіт / с |
Сприйнятливість до перешкод | існує | існує | відсутня |
Відстань передачі | 100 | 500 м 200 м | 50000 м |
Вплив відстані на швидкість передачі даних | є | немає | немає |
Дуплексная передача | є | є | немає |
Широко-полосность | немає | є | є |
3 питання.
Принцип передачі сигналів в ЛВС багато в чому визначається фізичним середовищем. Одним з важливих моментів процесу передачі є кодування інформації. Приклад кодування представлений на рис.3.5.
0 1 1 0 1 1 0
інтервал часу для передачі сигналу
Рис.3.5. Диференціальне манчестерское кодування.
При манчестерському кодуванні зміна рівня сигналу проводиться по одному разу для кожного біта в середині інтервалу часу, відведеного для передачі:
для "1" - "вгору";
для "0" - "вниз".
У процесі передачі сигналів, а також їх прийому на фізичному рівні вирішуються питання синхронізації роботи передавача і приймача сигналів. Передача може відбуватися синхронним і асинхронним способом.
Синхронний спосіб має наступні характеристики. Припустимо, що деяка система передає інформацію з постійною швидкістю. Для другої системи це буде сума фіксованого числа одиниць і нулів у секунду. У такій системі в приймальному терміналі повинні знати швидкість передачі для того щоб зафіксувати вхідні біти. Описаний режим передачі, при якому інформація приймається весь час з постійною швидкістю, названий синхронним.
Реально в багатьох ситуаціях не потрібно, щоб інформація передавалася постійно. У таких випадках, на передавальному кінці апаратура періодично не працює. Такий режим передачі називається асинхронним. Є два способи керування таким режимом:
Протягом періоду, коли не передається значимої інформації постійно надсилаються заздалегідь певні символи або комбінації нулів і одиниць. У цьому випадку приймач повинен мати можливість виявляти і розпізнавати ці не несуть інформацію символи і виключити їх. Постійна швидкість повинна підтримуватися незважаючи на те, що інформація передається асинхронно. Цей спосіб дозволяє задовольнити вимоги асинхронної передачі інформації синхронної передачею.
Передавач і приймач знаходяться в стані повного спокою, поки не виникне необхідність в такій передачі. З початком передачі в лінії ініціюється передача нової послідовності інформаційних бітів і приймач інтерпретує їх як прийняті дані.
Даний спосіб в реальності не може бути реалізований з наступних причин:
приймач повинен відстежувати сигнали передавача після періоду часу, званого затримкою передачі;
повинен бути забезпечений захист від помилкових послідовностей, викликаних помилками, перепустками, повтореннями.
Реальний процес асинхронної передачі побудований таким чином: у системах з асинхронної передачею кожен символ супроводжується стартовим і стоповим бітами. Стартові біти повідомляють приймачу про швидкість передачі даних, стопові - служать для контролю правильності даних.
Розвитком асинхронного способу передачі є передача блоків, помічених стартовими і стоповими бітами.
4 питання.
Для реалізації фізичного та канального рівня використовується технічний пристрій, зване мережним адаптером (СА). З технічної точки зору СА підключається до шини ПЕОМ та забезпечує фізичну зв'язок абонентської системи і передавальної фізичного середовища (ПС). Головним призначенням СА є прийом інформаційних кадрів, що надходять в АБС з ПС безперервно або з малими проміжками часу, без втрат інформації.
Технічна реалізація СА різна, залежно від особливостей управління доступом до ПС. Однак структурна схема СА в будь-якому випадку приблизно однакова і представлена на рис.3.6. СА містить схеми, необхідні для прийому / передачі даних з / в ПС і пам'ять, що використовується для буферизації вхідних / вихідних інформаційних кадрів.
Рис.3.6. Структурно-узагальнена схема СА.
СА містить один або більше каналів прямого доступу до пам'яті (Direct Memory Access - DMA), використовуваних для обміну даними між ПС та пам'яттю СА.
Крім того, конфігурація СА включає процесор, що керує роботою пам'яті і роботою каналом DMA, а також забезпечує керування взаємодією користувача з системою.
При прийомі кадру він надходить в буфер, де виробляється порівняння адреси призначення кадру з адресою СА з метою встановлення необхідності копіювання надійшов кадру. Якщо адреси збігаються, то кадр пересилається в пам'ять СА за умови, що канал DMA попередньо ініціалізованим для цього процесором. Вступники кадри можуть губитися, якщо приймальний буфер недоступний або, якщо процесор не зумів досить швидко проініціалізувати канали DMA. В кінці кожної операції пересилки даних в DMA генерується переривання роботи процесора. Під час обробки цього переривання процесор виконує пошук вільного приймального буфера, після чого ініціалізує канал DMA для прийому даних в знайдений буфер.
При прийомі даних від АБС вони спочатку потрапляють в пам'ять.
5 питання.
Для організації деревовидних і зіркоподібних структур в АБС використовуються активні та пасивні концентратори (АІПК). АІПК служать для підключення великої кількості АБС (роб. станцій) до мережевих адаптерів. Активний концентратор виконує функції підсилювача переданих сигналів і комутатора. Він дозволяє під'єднати до 16 станцій, в т.ч. пасивний концентратор.
Пасивний концентратор дозволяє під'єднати 3 станції і виконує функції тільки підсилювача. Приклад мережі з АК та ПК представлений на рис.3.7.
Рис.3.7. Приклад мережі з АК та ПК.
Тема 4. Програмні засоби підтримки сеансового, транспортного та мережевого рівня локальних обчислювальних мереж (ЛВС)
oman ">
1 питання.
Для функціонування комплексу ПЕОМ, об'єднаних в ЛВС, необхідно як додаткове технічне забезпечення (мережеві адаптери (СА), кабелі, концентратори), так і програмне забезпечення (редиректор, NetBIOS; програмне забезпечення драйвера мережного адаптера). Взаємодія цих компонентів в умовах IBM показано на рис. 4.1.
Рис.4.1
Функції рівнів 6 і 7 виконуються відповідно ОС MS - DOS версія 3.0 і вище, а також мережними прикладними програмами.
Редиректор забезпечує перехоплення програмних переривань, що генеруються у випадках, коли прикладна програма запитує сервісні функції DOS типу доступу до файлів, на звернення до NetBIOS. Засоби NetBIOS * обробляють отримані запити та організують сеанси взаємодії з програмним забезпеченням іншого СА.
Програмне забезпечення драйвера СА забезпечує пересилання даних з мережного рівня в СА. В умовах найбільш розповсюдженою ОС NetWare функції драйвера мережного адаптера виконують протоколи IPX / SPX **.
Протоколи IPX і SPX, виконуючи одні і ті ж функції з пересилання пакетів по мережі, мають ряд відмінностей.
Робота протоколів IPX аналогічна роботі пошти з пересилання звичайних листів (тут листи аналогічні пакетів у мережі). Відправник (АБС) не одержує повідомлення про те, чи отримав адресат (др. АБС) лист (пакет) або не отримав. Крім того, пакети можуть досягати адресата в довільному порядку (не обов'язково в тому, в якому вони були передані). Протокол IPX працює швидко і є найбільш дешевим.
Робота протоколів SPX аналогічна роботі з пересилання рекомендованих листів. Тут відправник отримує повідомлення про отримання адресатом необхідної інформації (пакетів). Крім того, адресат отримує пакети саме в тій послідовності, в якій їх послав відправник. Протоколи SPX найбільш надійні, проте вони працюють повільніше ніж IPX (за рахунок великої кількості надлишкової інформації, що додається, у пакети) і дорожче IPX.
На відміну від робочої станції сервер ЛВС працює під управлінням Мережевий ОС. ОС ЛВС забезпечує прийом і наступну обробку до ресурсів мережі з боку багатьох користувачів одночасно.
Найбільш поширеною ОС ЛВС є ОС NetWare фірми NOVELL, яка орієнтована на мережі з централізованим управлінням.
2 питання.
NetWare забезпечує роботу мережі будь-якої топології. Вихідна версія NetWare з'явилася в 1980 році, вона була орієнтована на ОС PC / M, а файл-сервер був побудований на процесорі 6800. Розглянута версія мережі називалася ShareNet або NetWare 68. Саме до цієї версії мережної ОС в 1984 році вперше була підключена стандартна мережева плата ARCNET, що забезпечує максимальну швидкість роботи мережі 2,5 Мбіт / сек.
Чергова версія мережевої ОС (1986 р.) була пов'язана з появою IBM PC XT, вона орієнтувалася на ОС DOS і отримала назву NetWare 86.
Паралельно з NetWare 86 з'явилася версія мережевої ОС ADVANCED NetWare, орієнтована на IBM PC AT (80286). Ця ОС безперервно удосконалювалася і мала ряд версій 1.0, 2.0, 2.11, 2.12, 2.15.
Бажання збільшити надійність мережної ОС призвело до створення нового сімейства версій під загальною назвою SFT NetWare. Збільшення надійності цього сімейства досягалося завдяки введенню дзеркальних дисків (рис.4.2) і дублювання дисків (рис.4.3).
SFTNETWARE
Рис.4.2. Дзеркальне відображення
Рис.4.3. Дублювання дисків
Дзеркальні диски (ЗД) припускають паралельне зберігання даних на 2-х жорстких магнітних дисках, що мають один пристрій управління (контролер).
Дублювання дисків (ДД) передбачає паралельне зберігання даних на 2-х жорстких магнітних дисках, що мають різні пристрої керування.
Крім ЗД та ДД SFT NetWare припускала наявність джерел безперебійного живлення. У 1989 році з урахуванням кращих елементів версій 2.0-2.15 ADVANCED NetWare і SFT NetWare з'явилася версія 2.2. На сьогоднішній день ця версія є нижнім ступенем сімейства мережевих ОС NetWare.
Основні відмінні характеристики V 2.2:
шестнадцатіразрядная ОС;
підтримка DOS, OS / 2, Macintosh і робочих станцій Windows;
розпорядженні інструментальними засобами для розробки програм (драйверів, утиліт і ін) прикладними користувачами. При додаванні програм вимагає перезапуску файл-сервера;
підтримка максимально 100 користувачів;
Переваги:
Мінімальна вартість, можливість використання невиділеного сервера.
Недоліки:
Версія не розвивається.
У 1990 році з'явилися перші представники версії Net Ware 3.x, які були орієнтовані на процесор 80386. Найбільшого поширення набула версія сімейства 3.11, має такі відмінні характеристики:
. 32-х розрядна ОС.
. Дозволяє розширювати функціональні можливості ОС програмами прикладних користувачів без перезавантаження системи.
3. Підтримка протоколів IPX, TCP / IP (глобальна мережа INTERNET).
4. Підтримка до 250 користувачів.
В даний час ОС 3.11 і 3.12 є найбільш поширеними.
Версія Net Ware 4.0 (4.01) з'явилася в 1993 році. Її відмітні характеристики:
Поставляються версії можуть підтримувати 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 і 1000 користувачів на один сервер.
Є вбудоване засіб стиснення інформації на дисках.
Поліпшені можливості для організації глобальних мереж.
Можливість інсталяції ОС (установки) з CD - ROM.
Дублювання серверів (рис.4.4).
Рис.4.4. Дзеркальне відображення серверів.
Так як ОС NetWare будь-якої версії забезпечує одночасний доступ великої кількості користувачів до загальних ресурсів на файловому сервері, особливе місце відведено функції мережевої ОС - захист мережі.
Захист файлового серверу здійснюється на 5 рівнях:
1. Захист входу.
2. Захист привілеїв.
3. Захист каталогу.
4. Захист атрибутів файлу.
5. Захист атрибутів каталогу.
Захист входу застосовна до всіх користувачів. Для того, щоб увійти у файловий сервер, користувачі повинні знати "ім'я користувача" і відповідний пароль.
Захист привілеїв використовується для регулювання специфічних прав користувачів в будь-якому каталозі. Будь-якому привілейованому користувачу можуть бути дані вісім різних прав:
R - зчитувати з відкритих файлів;
W - писати у відкриті файли;
O - відкривати існуючі файли;
C - створювати файли;
D - видаляти існуючі файли;
P - право володіння (створювати, перейменовувати, прати підкаталоги каталогу; встановлювати права на привілеї і каталоговий права в каталозі і його підкаталогах);
S - шукати каталог;
M - модернізувати файлові атрибути.
Захист каталогу застосовується для управління правами всіх привілейованих користувачів в даному каталозі. Даний рівень захисту визначає, якими з встановлених прав на рівні "захист привілеїв" не може користуватися конкретний користувач.
Захист атрибутів файлу дозволяє управляти модифікацією або спільним використанням окремого файлу. Цей рівень захисту може мати чотири значення:
читати, писати / тільки читати;
загальний / не загальний (одночасно не може бути використана декількома користувачами);
Існує чотири атрибуту каталогу, що забезпечують його захист:
NORMAL (нормальний) - ніякі атрибути не були встановлені (за умовчанням);
HIDDEN (прихований) - ховає каталог, щоб його не міг побачити будь-який користувач;
SYSTEM (системний) - використовується для роботи системи;
PRIVATE (приватний) - дозволяє користувачеві бачити каталог, але не його зміст.
3 питання.
Установка ЛВС для АСУ РГЕА зажадала рішення, перш за все, трьох питань:
вибір архітектури мережі;
вибір технології мережі;
вибір способу організації мережі.
На першому кроці здійснюється вибір архітектури мережі: зірка, кільце або шина? Поставлена задача вирішувалася виходячи з особливості будівлі РГЕА та розташування в рамках його підрозділів, в яких будуть встановлені АБС мережі. В якості основного критерію, виступав критерій - мінімум витрат кабелю, монтажних робіт і вартісних витрат. З огляду на це, була спроектована архітектура мережі, представлена на рис.4.5. Як випливає з малюнка для побудови мережі з урахуванням перерахованих критеріїв була обрана топологія - шина. Беручи до уваги, що як у новому, так і в старому корпусі довжина шини більше 185 м, був використаний Репітер для посилення сигналів. Файл сервер (IBM 486 DX4, част. 100 Мгц, ВП-16 Мбайт, диск-1 Гбайт) мережі встановлений в 211ауд. До нього через 3 мережевих адаптера підключені чотири локальних мережі. АБС мережі встановлені на випускаючих кафедрах, деканатах, бібліотеці, навчальному відділі та інших підрозділах РГЕА старого і нового корпусів (близько 50 АБС). Для зв'язку систем мережі був використаний коаксіальний кабель.
На другому кроці побудови мережі визначалася технологія мережі: Ethernet, Token Ring, Arcnet. Для ЛВС АСУ РГЕА була вибрана технологія Ethernet. Чим же обумовлений вибір саме цієї технології? Справа в тому, що в результаті обстеження об'єкту було встановлено, що незважаючи на великі обсяги інформації, які циркулюють у ВУЗі, частота передачі інформації по каналах зв'язку і періодичність надходження даних є невисокими. Завдяки цьому мережа ніколи не буде занадто завантаженою. Крім того, вимоги до швидкості передачі інформації по мережі також невеликі і, таким чином, швидкодія не грає вирішальної ролі при виборі технології.
Технологія Token Ring є дуже дорогою, а висока швидкість забезпечувана нею, для вирішення завдань РГЕА не потрібно, що й визначило її непридатність для інституту.
Технологія Arcnet, також як і Ethernet, характеризується низькою вартістю. Проте вона дуже медленнодействующая. Крім того, ця технологія поступово застаріває, тому що останнім часом не зазнає жодних змін.
На третьому кроці побудови мережі визначався спосіб організації мережі: централізована або однорангова. Враховуючи, що однорангові мережі орієнтовані на невелику кількість АБС (до 10-ти), вибір був зроблений на користь мережі з централізованим управлінням. У якості ОС для мережі була обрана NetWare 4.0.
Рис.4.5. Схема організації мережі РГЕА