2017-12-14
3887
Технология соединения удаленных терминалов с ЭВМ явилась основой для создания компьютерных сетей. Позже появился другой тип сетей, которые обеспечивают взаимодействие удаленных друг от друга компьютеров.
Компьютерная (вычислительная) сеть – это совокупность компьютеров и другого периферийного оборудования (принтеров, графических устройств, мощных накопителей на магнитных и магнитооптических дисках, модемов и др.), соединенных с помощью каналов связи в единую систему так, что они могут связываться между собой и совместно использовать ресурсы сети. В зависимости от территории, охватываемой сетью, компьютерные сети подразделяются на три основных класса:
глобальные сети (WAN – Wide Area Network);
региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network);
локальные сети (LAN – Local Area Network).
Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.
Региональная вычислительная сеть связывает абонентов внутри большого города, экономического региона, страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки – сотни километров.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) включает абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков и т. д. Протяженность такой сети обычно ограничена пределами 2–2,5 километра. Есть и другие способы классификации вычислительных сетей: по типу передающей среды, по однородности сети, по топологии и др.
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии, обеспечивающие мощные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. Локальные сети могут входить как компоненты в состав региональных сетей, региональные – в глобальные, и, наконец, глобальные сети могут образовывать сложные структуры.
Из глобальных наиболее популярной является сеть Internet. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей, причем каждая внутренняя сеть может обладать собственной структурой и способами управления. Основными ячейками Internet являются локальные вычислительные сети. В локальных сетях работа пользователя с сетевыми ресурсами происходит так же, как с локальными ресурсами, но применение ЛВС дает следующие преимущества:
· предоставление в распоряжение пользователей общего доступа к разделяемым сетевым ресурсам: мощным накопителям (в том числе дисководам со сменными дисками), быстродействующим лазерным принтерам, графическим устройствам;
· обеспечение потребностей многих пользователей в дорогостоящих программных средствах, располагающихся на сетевых дисках. Так как необходимые данные и программы могут быть доступны с каждого рабочего места, возрастает производительность труда;
· более эффективная защита централизованных баз данных, чем для автономного компьютера. При необходимости для наиболее важных данных могут создаваться резервные копии;
· обеспечение эффективных средств взаимодействия пользователей друг с другом, например, посредством электронной почты. Возможно проведение конференций;
· повышение надежности всей информационной системы, поскольку при отказе одного компьютера другой, резервный, может взять на себя его функции и рабочую нагрузку.
Архитектура связей
Компьютерные сети обладают некоторыми чертами почты, некоторыми чертами телеграфа и некоторыми чертами телефона. Так же как в телеграфе, в компьютерных сетях используется цифровая передача информации. Как в телефонной сети каждому телефону присваивается телефонный номер, так каждому компьютеру в сети присваивается свой номер. Наиболее глубокая аналогия существует между сетями и обычной почтой. В данном случае речь идет не о том, что в компьютерных сетях существует электронная почта, а о том, что информация по сетям передается в виде отдельных пакетов.
Если нужно передать длинное сообщение, оно разбивается на нужное число кусочков (пакетов, кадров), и каждый из них снабжается адресом отправителя, адресом получателя и некоторой служебной информацией.
Каждый пакет передается по сети независимо от всех остальных, и, в принципе, они могут следовать разными маршрутами. По прибытии пакетов на место из них собирается исходное сообщение. Этот процесс называется коммутацией пакетов.
Напротив, в телефонной сети используется коммутация каналов. Это значит, что сначала вы дозваниваетесь, причем можете и не дозвониться, если противоположный конец занят или один из промежуточных коммутаторов перегружен. Когда вы дозвонились, то между вами и вашим абонентом устанавливается постоянный канал связи. Если вы молчите в трубку, этот канал все равно больше никем не используется.
В компьютерных сетях, как и в обычной почте, нет понятия «занято»: каждый компьютер может одновременно принимать пакеты от большого количества других компьютеров. Если на почте сортировочный пункт перегружен работой в канун праздника, ваше письмо с небольшой задержкой все равно дойдет до адресата. Точно так же в компьютерных сетях перегрузка сказывается в виде роста времени отклика и поровну ложится на всех пользователей. И если в данный момент вы ничего не посылаете, то вы не потребляете никаких ресурсов сети.
Эффективное использование общих ресурсов – это главное преимущество коммутации пакетов.
Поэтому за дальние телефонные разговоры вы платите отдельно, а подключаясь к Internet, вы получаете без дополнительной оплаты связь со всем миром.
Второе важное достоинство коммутации пакетов – это легкость объединения в единую сеть разных по скорости каналов связи.
Для передачи данных в сетях используется Международный стандарт – базовая модель открытых систем OSI, разработанная Международной организацией по стандартизации (ISO). Она представляет собой самые общие рекомендации для разработчиков совместимых сетевых программных продуктов и сетевого оборудования.
Модель содержит семь уровней. Основная идея модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Поэтому общая задача передачи данных формализуется и расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменения отдельных компонентов, а так как интерфейсы между уровнями определены однозначно, можно изменить функции одного или нескольких из них, сохраняя возможность безошибочной работы сети в целом. В сетях происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных компьютерах. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам, называемым протоколом.
Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских компьютерах.
Описание уровней модели:
· седьмой – прикладной. Определяет набор прикладных задач, реализуемых в данной сети, и все сервисные элементы для их выполнения. На этом уровне пользователю предоставляется уже переработанная информация;
· шестой – уровень представления данных. Передаваемые данные преобразуются в экранный формат или в формат для печатающих устройств оконечной системы;
· пятый – сеансовый. Организует сеанс связи (установление, поддержка и завершение сеанса) между абонентами через сеть;
· четвертый – транспортный. Поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом процессами пользователей;
· третий – сетевой. Устанавливает связь между абонентами и осуществляет маршрутизацию пакетов в сети, т. е. передачу информации по определенному адресу;
· второй – канальный. Формирует кадры, обрабатывает ошибки;
· первый – физический. Определяет электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах.
Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх в приемнике данных (от первого к седьмому). Пользовательские данные передаются кадрами (пакетами) в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для каждого уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.
Формат кадра данных для разных типов сетей различен. Например, для сети с физическим методом доступа Ethernet формат кадра показан на рис 61.
| 64 бит | 48 бит | 48 бит | 16 бит | 368–12000 бит | 32 бита |
| Заголовок | Адрес назначения | Адрес источника | Тип кадра | Данные кадра | Значение CRC |
Рисунок 61. Формат кадра данных
Код CRC (контрольная сумма, вычисленная по определенному алгоритму) – обеспечивает достоверность передачи данных, аналогичен контрольной сумме, но более сложный. Компьютер, посылающий данные, помещает значение CRC в конец каждого кадра данных. Принимающая сторона еще раз вычисляет это значение и сравнивает его с тем, что хранится в кадре. При совпадении передача достоверна с высокой степенью вероятности.
Тип кадра идентифицирует тип данных в кадре. По нему операционная система определяет программу для обработки данных такого типа.
Заголовок для каждого уровня свой.
На приемной стороне поступающие данные анализируются и передаются далее в вышерасположенный уровень, пока не будут переданы в пользовательский прикладной уровень. При несовпадении кодов CRC в кадре и на приемной стороне следует автоматический запрос на повторную передачу этого неправильно принятого кадра.
В разных сетях отдельные уровни могут отсутствовать.
Функции, выполняемые каждым уровнем, должны быть реализованы либо аппаратурой, либо программами. Функции физического уровня всегда реализуются аппаратурой (адаптерами, мультиплексорами передачи данных, сетевыми платами и т. д.), а функции остальных уровней – как правило, программными модулями (драйверами).
