Обобщенная структура и функции глобальных сетей ЭВМ

Общие сведения о глобальных сетях ЭВМ

Появление и совершенствование глобальных сетей ЭВМ обусловлено необходимостью оперативного обмена большими объемами информации между различными абонентскими системами, расположенными друг от друга на значительных расстояниях. Первые технологии глобальных сетей ЭВМ обеспечивали передачу преимущественно компьютерного трафика с небольшими скоростями. Необходимость обмениваться большими объемами мультимедийной информации привела к появлению новых сетевых технологий и стремительному совершенствованию известных.

Глобальная сеть ЭВМ (Wide Area Networks, WAN) – это компьютерная сеть, обеспечивающая информационное взаимодействие между большим числом разнородных абонентских систем, рассредоточенных на большой территории – в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара.

Ввиду большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммуникационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания каналов связи, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

Типичными абонентами ГКС являются локальные сети организаций (предприятий, компаний и т.д.), расположенных друг от друга на значительных расстояниях и нуждающихся в обмене информацией. Услугами ГКС пользуются и отдельные компьютеры. Созданием глобальных сетей обычно занимаются крупные телекоммуникационные компании и реже – крупные корпорации для своих внутренних нужд.

Компания, поддерживающая нормальную работу сети, называется оператором, а компания, оказывающая платные услуги абонентам сети, – поставщиком услуг, или провайдером.

Владелец, оператор и поставщик могут представляться одной компанией. Кроме ГКС функционируют и другие виды территориальных сетей передачи информации – телефонные, телеграфные, телексные.

На характере развития сетевых структур в большой степени отражаются общие мировые тенденции развития КС. Одна из них – тенденция объединения в той или иной форме различных сетевых структур, обусловленная необходимостью предоставления пользователям возможности связи с ЛКС или компьютером, находящимся в любой точке планеты (в современном мире это важное условие конкурентной способности предприятия, оказывающего телекоммуникационные услуги).

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 странах в настоящее время выпускаются в основном разнообразные аппаратные и программные средства территориальных глобальных и локальных сетей нового типа – открытых сетей, удовлетворяющих требованиям международных стандартов.

В основу архитектуры сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений. Формирование сообщения осуществляется на самом верхнем уровне модели взаимодействия открытых систем. Затем (при передаче) оно последовательно проходит все уровни системы до самого нижнего, где и передается по каналу связи адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые снабжаются дополнительными заголовками, обеспечивающими информацией аналогичные уровни на узле адресата. В этом узле сообщение проходит от нижнего уровня к верхнему, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает сообщение в первоначальном виде.

В ГКС управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего уровня модели взаимодействия открытых систем. Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола верхнего уровня, для них характерно наличие общих функций: инициализация связи, передача и прием данных, завершение обмена. Каждый протокол имеет средства для идентификации любой рабочей станции сети по имени, сетевому адресу или по обоим этим атрибутам. Активизация обмена информации между взаимодействующими узлами начинается после идентификации узла адресата узлом, инициирующим обмен данными. Инициирующая станция устанавливает один из методов организации обмена данными: метод дейтаграмм или метод сеансов связи. Протокол представляет средства для приема/передачи сообщений адресатом и источником. При этом обычно накладываются ограничения на длину сообщений.

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

По мере развития сетей расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

К числу наиболее распространенных услуг, предоставляемых современными ГКС, относятся:

ü телекоммуникационные (транспортные): обмен сообщениями в режиме «электронная почта» как между пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей; обмен сообщениями между участниками телеконференций и телесеминаров; организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок объявлений); организация диалога и обмен сообщениями двух абонентов в режиме «запрос-ответ»; передача больших массивов – файлов; размножение сообщений и передача их по заранее подготовленному списку; приоритетное обслуживание сообщений согласно категориям срочности; организация замкнутых групп абонентов (подсетей) для взаимного обмена информацией только в рамках группы; доставка факсимильных сообщений; переадресация сообщений в случае изменения адреса получателя информации; выдача копий сообщений по запросам абонентов и др.;

ü вычислительные: удовлетворение запросов абонентов сети, требующих больших объемов работ по обработке информации;

ü информационные: поиск информации по вопросам, интересующим абонентов;

ü консультационные: консультации по информационному и программному обеспечению сети; консультации по технологии использования общесетевых ресурсов; обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими средствами и др.;

ü технические: установка программного обеспечения, установка и тестирование модемов и др.;

ü рекламные: размещение рекламы в электронных конференциях и семинарах.

В основном ГКС используется для предоставления транспортных услуг, характерных для трех нижних уровней модели взаимодействия открытых систем. Однако по мере развития глобальных сетей удельный вес других услуг, относящихся к верхним уровням этой модели (эти услуги называются высокоуровневыми), имеет устойчивую тенденцию к повышению. Это связано, в первую очередь, с использованием и развитием сети Internet. Высокоуровневые (прежде всего, информационные и вычислительные) услуги этой сети оказывают громадное влияние на работу как предприятий, так и индивидуальных пользователей сети. Технологии Internet все в большей степени проникают в локальные и особенно в корпоративные сети. Появился даже специальный термин – intranet, применяемый в тех случаях, когда технология Internet переносится в корпоративную сеть.

В отличие от локальных сетей, в составе которых имеются свои высокоскоростные каналы передачи информации, глобальная (а также региональная и, как правило, корпоративная) сеть включает подсеть связи (иначе: территориальную сеть связи, систему передачи информации), к которой подключаются локальные сети, отдельные компьютеры и терминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, коммутации пакетов и реализации ряда других функций с помощью компьютера (одного или нескольких) и соответствующего программного обеспечения, имеющихся в коммуникационном узле. Компьютеры, за которыми работают пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети, предоставляемых пользователям, называются серверами. Такая структура сети получила название узловой.

Типовая структура глобальной сети приведена на рис. 3.

Рис. 3. Структура глобальной КС

Территориальная сеть связи включает ряд коммуникационных узлов (КУ), связанных между собой высокоскоростными магистральными линиями связи – выделенными аналоговыми или цифровыми. Коммуникационные узлы устанавливаются в тех пунктах, где требуются ответвления или слияние потоков данных конечных абонентов. Абоненты обычно подключаются к сети с помощью выделенных каналов связи с меньшей производительностью, чем у магистральных каналов. Допускается использование и коммутируемых каналов, хотя качество транспортных услуг при этом ухудшается.

Глобальные сети отличаются гораздо большим разнообразием конечных узлов по сравнению с ЛКС (основные их типы показаны на рис. 4.1). Конечные узлы вырабатывают данные для передачи в глобальной сети, для которой они являются устройствами типа DTE (Data Terminal Equipment) – портом маршрутизатора или удаленного моста (на рис. 4.1 мосты не показаны). Удаленные мосты строят таблицы МАС-адресов и принимают решение – передавать кадры в ТСС или нет. Маршрутизаторы определяют маршрут для передачи пакета следующему маршрутизатору.

Мультиплексоры обеспечивают совмещение в рамках одной ТСС компьютерного и голосового трафика. При передаче голосовые данные от АТС поступают в мультиплексор, где упаковываются в кадры или пакеты территориальной сети и отправляются в эту сеть. На приемной стороне мультиплексор должен распознать тип данных, находящихся в пакете, – это замеры голоса или компьютерные данные – и отсортировать их по своим выходам. Голосовые данные направляются в АТС, а компьютерные – через маршрутизатор в ЛКС. Если ГКС поддерживают приоритезацию трафика, то кадрам голосового трафика мультиплексор присваивает наивысший приоритет, с тем чтобы эти кадры в коммуникационных узлах обрабатывались в первую очередь.

1.2. Интерфейсы «пользователь-сеть» глобальных сетей ЭВМ

ИНТЕРФЕЙС — это система связей и взаимодействия устройств компьютера.

Для подключения аппаратуры передачи данных (устройства типа DCE) к оконечному оборудованию данных (устройства типа DTE) используется ряд стандартных интерфейсов, которые представляют собой стандарты физического уровня.

Данные интерфейсы позволяют передавать данные со скоростями от 300 бит/с до нескольких десятков мегабит в секунду на небольшие расстояния (от 15-20 м до 1,5-2 км), достаточные для удобного размещения, например, маршрутизатора или модема.

Характеристики основных разновидностей интерфейсов «пользователь-сеть» приведены в таблице 3.

Таблица 3. Интерфейсы «пользователь-сеть»

Характеристики	Интерфейс
RS–232	RS–449	V.35	HSSI	USB
Длина, номинал	15 м	100 м	600 м	15 м	15 м
Скорость, номинальная	64 Кбит/с	20 Кбит/с	64 Кбит/с	52 Мбит/с	12 Мбит/с
Режим работы	Синхр/ асинхр	Синхр/ асинхр	Синхр	Синхр	Синхр

Интерфейс RS-232 является популярным низкоскоростным интерфейсом, обеспечивает скорость передачи данных между компьютером и модемом 64 Кбит/с. Интерфейс поддерживает как асинхронный, так и синхронный режим работы. Особую популярность этот интерфейс получил после его реализации в персональных компьютерах (его поддерживают СОМ-порты), где он работает, как правило, только в асинхронном режиме и позволяет подключать к компьютеру не только коммуникационные устройства (такое, как модем), но и многие другие периферийные устройства – мышь, сканер, принтер и т.д.

Интерфейс RS-449 поддерживает более высокую скорость обмена данными и большую удаленность ООД от АПД. Скорость обмена 20000 бит/с на расстоянии до 100 м. Интерфейс RS-449 поддерживает асинхронный и синхронный режимы обмена между ООД и АПД.

Интерфейс V.35 был разработан для подключения синхронных модемов. Он обеспечивает только синхронный режим обмена между ООД и АПД на скорости 64 Кбит/с. Для синхронизации обмена используются специальные тактирующие линии. Типовое расстояние между ООД и АПД составляет 600 м при скорости обмена 64 Кбит/с.

Интерфейс HSSI разработан для подключения к устройствам АПД, работающим на высокоскоростные каналы. Интерфейс работает в синхронном режиме и поддерживает передачу данных в диапазоне скоростей от 300 Кбит/с до 52 Мбит/с. Максимальная длина кабеля составляет 15 метров.

Интерфейс USB, так же как и HSSI, предназначен для работы с высокоскоростными каналами. Интерфейс обеспечивает скорость обмена данными до 12 Мбит/с. Длина кабеля может составлять от 2 до 15 метров.

Лекция 8: «ГЛОБАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ»