Сетевая операционная система и архитектура сетей

При разработке сетей ЭВМ возникают задачи согласования взаимодействия ЭВМ клиентов, серверов, линий связи и других устройств. Они решаются путем установления определенных процедур, называемых протоколами. Реализацию протоколов совместно с реализацией управления серверами называют сетевой операционной системой (ОС). Часть протоколов реализуется программно, часть – аппаратно. Для стандартизации протоколов была создана международная организация протоколов ISO (MOC). Она ввела понятие архитектуры открытых систем, что означает возможность взаимодействия систем по определенным правилам, хотя сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. Основой архитектуры открытых систем является понятие уровня. Система разбивается на ряд уровней (подсистем), каждый из которых выполняет свои функции.

ISO установила следующие уровни сетей:

1. Физический – определяет некоторые физические характеристики канала. Это требования к характеристикам кабелей, разъемов (RS, ЕIA, X.21) и электрическим характеристикам сигнала. Единицей обмена является бит.

2. Канальный – управляет передачей данных между двумя узлами сети. Он обеспечивает контроль корректности передачи сблокированной информации посредством проверки контрольной суммы блока. Для повышения скорости обмена осуществляется сжатие данных. При получении сообщение разворачивается. Длина передаваемого блока может меняться в зависимости от качества канала. Единицей обмена является кадр, или пакет, на который пока отсутствует стандарт. На рынке в последнее время конкурируют технологии передачи данных SMDS, Frame Realy и АТМ-коммутаторов.

3. Сетевой – обеспечивает управление маршрутизацией пакетов. Он распространяется на соглашения о блокировании данных и их адресации. По одному каналу может передаваться информация с нескольких модемов для увеличения его загрузки. К этому уровню относятся протоколы Х.25 и Х.75 (космический). Единицей обмена является пакет, оформленный по стандарту.

Для объединения неоднородных сетей различных технологий используются протоколы IP, TCP/IP и др. IP-технология (протокол TCP/IP) обеспечивает работу с почтовыми серверами, с сетевыми интерактивными приложениями.

4. Транспортный – отвечает за стандартизацию обмена данными между портами разных ЭВМ сети. Используются протоколы ТРО, ТР1. Единицей обмена является сеансовое сообщение.

5. Сеансовый – определяет правила диалога прикладных программ, рестарта, проверки прав доступа к сетевым ресурсам. Единицей обмена этого и следующих уровней является пользовательское сообщение.

6. Представления – определяет форматы данных, алфавиты, коды представления специальных и графических символов (ASCII, EBCDIC, ASN.1, Х.500, Х.409). Здесь же определяется стандарт на форму передаваемых документов. В банковской системе распространен стандарт Swift. Он определяет расположение и назначение полей документа. Принципиальным моментом при использовании этого и других компьютерных стандартов на документацию является официальное признание (де-юре) документа, передаваемого по каналам связи, юридически полноценным.

7. Прикладной – управляет выполнением прикладной программы.

Каждый уровень решает свои задачи и обеспечивает сервисом расположенный над ним уровень. Правила взаимодействия разных систем одного уровня называют протоколом, правила взаимодействия соседних уровней в одной системе – интерфейсом. Каждый протокол должен быть прозрачным для соседних уровней. Прозрачность – свойство передачи информации, закодированной любым способом, понятным взаимодействующим уровням.

Локальные сети делятся на централизованные и одноранговые.

Централизованные используют файл-сервер. Рабочие станции не контактируют друг с другом. Число пользователей более десяти. В одноранговых сетях сетевое управление таково, что каждый узел может выступать и как рабочая станция, и как файл-сервер. Рабочие станции можно объединить и совместно использовать базы на файл-сервере. Такие сети недорогие, но число пользователей невелико. К наиболее распространенным локальным сетевым ОС относят Unix для создания средних и больших сетей с сотнями пользователей, NetWare 3.11 для создания средних сетей – от 20 до 100 пользователей в пределах одного здания, Vines для создания больших распределенных ЛВС, LAN Manager для средних и больших сетей с числом пользователей от 25 до 200 и др.

В последнее время большой популярностью стали пользоваться виртуальные локальные сети VLAN. Их отличие от обычных ЛВС заключается в том, что они не имеют физических ограничений. Виртуальные ЛВС определяют, какие рабочие станции включаются в конкретные физические группы на основе протокольной адресации, что позволяет располагать их в любом месте сети.

Виртуальные сети предоставляют пользователям большие преимущества, но порождают ряд проблем, решениями которых заняты ведущие фирмы.

Объединение нескольких ЛВС на основе протоколов TCP/IP и HTTP в пределах одного или нескольких зданий одной корпорации получило название интрасети. На принципе интрасети формируются корпоративные сети, подсоединяемые к глобальным сетям. Особое распространение интрасети получили в сети Internet, обеспечивающей так называемую технологию intranet/internet.

Всю сеть передачи данных можно разделить на несколько сетевых «островов», или функциональных классов, каждый из которых имеет собственные характеристики надежности и функционирования. Это личный офис, рабочая группа, учреждение (здание или группа зданий, район), удаленный офис, крупномасштабная сеть WAN (региональная или территориальная).

Разнообразные сетевые «острова» коррелируют с большинством крупных банковских, финансовых и других учреждений. Совместная работа этих «островов» должна быть незаметной для пользователя.

Особое внимание уделяется switch-технологии – одному из самых современных методов построения высокоскоростных сетей. Под switch-технологией подразумевается коммутация пакетов данных с созданием виртуальных каналов (КВК). Среди высокоскоростных сетей можно назвать FDDI, Fast Ethernet (100-Basex), Switched Ethernet, ATM, Fibre Cannel.

FDDI и Fast Ethernet используются для построения сетей протяженностью до 200 км.

Switched Ethernet позволяет связывать коммутационные узлы (host-серверы) виртуальными каналами с гарантированной пропускной способностью, которая предоставляется «по требованию» вне зависимости от нагрузки сети. Построение подобных систем не требует модификации кабельной проводки, соевых адаптеров и позволяет подключать серверы, рабочие станции. Каждый switch-порт локальной сети поддерживает группу пользователей и обеспечивает скорость до 10 Мбит/с.

Данные сети не обеспечивают протоколов TCP/IP, DecNet, IPX и т.д., что не позволяет объединять сети с разными стандартами.

Решением является появление АТМ-технологии, которая вскоре может стать всемирным стандартом для высокоскоростных телекоммуникаций, позволяющим как подключать отдельных пользователей, так и создавать глобальные высокоскоростные магистральные линии.

К современным сетям, передающим большие объемы видео-, аудио- и других видов информации, предъявляются следующие требования: большая пропускная способность (до 15 Мбит/с), предсказуемость и малые задержки, так как видеоизображение резко ухудшается при задержках даже в несколько миллисекунд, масштабируемость передачи данных, иначе требуются скорости передачи до 100 Мбит/с.

Всем этим требованиям удовлетворяет АТМ-технология.

Технология Fibre Channel разработана комитетом ANSI X3T9.3. Она осуществляет пять скоростей передачи данных в диапазоне от 266 Мбит/с до 4 Гбит/с, что обеспечивает малую задержку ответа, надежное управление потоками информации, отсутствие потерь даже при перегрузках и обеспечивает переменный размер кадра. Кроме того, она работает на расстоянии до 10 км по оптоволоконным кабелям. Сегодня Fibre Channel представляет собой единственный гигабитовый стандарт. Однако в нем не предусматривается связь с территориальными сетями.