1. Типы многомашинных ассоциаций, их основные особенности. +++
основные особенности
Многомашинная система - это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров, у каждого компа своя ОС. Если происходит отказ одного компа, его задачи выполняет другой. Имеется возможность параллельных вычислений.
Многотерминальный комплекс - взаимодействие пользователей с вычислительной установкой, через телефонную (или другую) сеть. Назначение ввод, вывод инф., доступ к ней через терминалы, обработка инф. на гл. ЭВМ. Структура дерево, звезда. (в начале 60-х). Вкл. в себя главную ЭВМ (mainframe) - блок (по обработке, хранению инф-и) + совок-ть малых ЭВМ - терминалов, взаимодейств. с глав. ЭВМ. Для взаимод. исп. либо выделенные каналы связи, либо многоточечный канал.
Топологии:
а) звезда - от глав. ЭВМ идут терминалы с двусторон. связью.
б) мультиплексор MUX- от глав. ЭВМ идет линия с последов. соедин. терминалов.
Многомашин. вычисл. комплексы (ММВК) - это объединение машин для увеличения вычислительной мощи, в которых: на каждой машине своя ОС, задачи решаются в едином инф-м процессе, тип обработки конвейерный, параллельный. В ММВК имеются общие ресурсы. (в начале 60-х).
Многопроцессорная выч. машина - единая ОС, память.
Вычислительные сети - группа вычислительных машин, которые могут взаимодействовать друг с другом через коммутационную среду, как угодно далеко географически удалены друг от друга.
Многопроцессор. ВС - работают под единой ОС, содержит любое число процессоров.
2. Основные характеристики вычислительных сетей (ВС), их назначение и достоинства Цели проектирования ВС. +++
Большое число взаимодейств друг с другом ЭВМ, каждая может осущест. сбор, хран., перед., обр. инф.
Совместное использование ресурсов.
Возможн. распределенной обр. инф-и.
Обеспечение высокой надежности за счет резервирования.
Мобильность.
Большая вычислительная мощность.
Симметрич. интерфейс обмена инф-ей между ЭВМ.
Экономия средств за счет малой стоимости малых ЭВМ в отличии от больших.
Масштабируемость - способность к постепенному наращиванию мощности сети, путем добавления компьютеров в сети.
Гибкая среда для взаимодействия пользователей.
Цель создания - разделения локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети.
3. Классификация ВС по способам передачи данных Понятие моноканала. Режимы передачи и адресации в ВС. Особенности их реализации в ВС с различной средой передачи. +++
Выделяют 2 техн. передачи в сетях:
1) селекция инф-и - исп. в сети, кот. пердстав. собой разделяемую среду. Разд. среда строится па базе моноканалов, в ней есть 1 путь передачи инф. между всеми абонентами. В 1момент времени через моноканал(шину) инф-ю может передавать только 1 абонент. Пакет распростр. по всему моноканалу и поступает на вход всех абонентов. Сети с разделяемой средой (Передача основана на селекции информации. Имеется единственный канал связи, который исп всеми компьютерами сети(моноканал).При получении инф каждая оконечная ЭВМ должна осуществлять селекцию пакета, предназначенную ей из общего потока данных).
ВС с коммутируемой средой (коммутация информации. Пакет от источника до адресата должен пройти несколько или множество промежуточных машин или узлов, каждая из которых выполняет коммутацию из одного входного порта на др. выходной порт. При этом имеется несколько маршрутов, поэтому могут выполняться алгоритмы маршрутизации. Ячеистая топология).
Селекция исп. в LAN(в небольш. сетях). Коммутация - большие сети (WAN). Коммутационные элементы должны решать задачу маршрутизации - выбора направления.
4. Классификация ВС по методам коммутации информации. Общая характеристика методов. +++
Сеть коммутации каналов - при связывании двух абонентских машин (АМ), соединение будет существовать до конца взаимодействия. + - скорость взаимодействия = скорости самого медленного компонента сети (maxскорость). - - такая связь блокирует другие соединения (необходимо организовать дополнительные каналы) (со времен создания телефонных линий).
Сеть коммутации сообщений - весь сеанс разделяется на передачу сообщений, коммутация происходит на период передачи сообщения. В связи с неравномерной скоростью передачи на разных участках сети, на коммуникационные машины ложатся большие нагрузки, они должны обладать возможностью буферизации сообщений. + - простота логическая и физическая. - - снижение скорости работы в сети, и потери, связанные с буферизацией.
Сеть коммутации пакетов - сеанс разбивается на сообщения ,сообщения на порции данных одинакового объема - пакеты. По сети перемещаются не сообщения, а пакеты. Пакеты одинакового объема, нет проблем с буферизацией. Имеется возможность оптимизации обработки ошибок при передаче данных (если ошибка в режиме коммутации каналов, то надо повторить весь сеанс, сообщений - то повторить все сообщение, а здесь только одного пакета) (в 60-х годах).
Можно разделить на сети с:
динамич. коммутацией - соединение устанавливается по инициативе пользователя (разрывается тоже), на время сеанса связи. Период соединения от нескольких секунд до часов) (телефонные сети, TCP/IP).
постоянной коммутацией - соединение заказывается на длительный срок, устанавливается персоналом обслуживающим сеть. Период - несколько месяцев. (SDH).
5.Особенности коммутации каналов, блок-схемы и временные диаграммы. +++
При коммутации каналов коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Условием того, что несколько физических каналов при последовательном соединении образуют единый физический канал, является равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов. Равенство скоростей означает, что коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные.
В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.
Достоинства коммутации каналов
Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу. Это дает пользователю сети возможности на основе заранее произведенной оценки необходимой для качественной передачи данных пропускной способности установить в сети канал нужной скорости.
Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет качественно передавать данные, чувствительные к задержкам (называемые также трафиком реального времени) — голос, видео, различную технологическую информацию.
Недостатки коммутации каналов
Отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения. Такая ситуация может сложиться из-за того, что на некотором участке сети соединение нужно установить вдоль канала, через который уже проходит максимально возможное количество информационных потоков. Отказ может случиться и на конечном участке составного канала — например, если абонент способен поддерживать только одно соединение, что характерно для многих телефонных сетей. При поступлении второго вызова к уже разговаривающему абоненту сеть передает вызывающему абоненту короткие гудки — сигнал "занято".
Нерациональное использование пропускной способности физических каналов. Та часть пропускной способности, которая отводится составному каналу после установления соединения, предоставляется ему на все время, т.е. до тех пор, пока соединение не будет разорвано. Однако абонентам не всегда нужна пропускная способность канала во время соединения, например в телефонном разговоре могут быть паузы, еще более неравномерным во времени является взаимодействие компьютеров. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности представляет собой принципиальное ограничение сети с коммутацией каналов, так как единицей коммутации здесь является информационный поток в целом.
Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.
Общая структура сети с коммутацией абонентов
Установление составного канала
6. Особенности метода коммутации сообщений, блок-схемы и временные диаграммы. Области применения. +++
Коммутация сообщений по своим принципам близка к коммутации пакетов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение.
Транзитные компьютеры могут соединяться между собой как сетью с коммутацией пакетов, так и сетью с коммутацией каналов. Сообщение (это может быть, например, текстовый документ, файл с кодом программы, электронное письмо) хранится в транзитном компьютере на диске, причем довольно продолжительное время, если компьютер занят другой работой или сеть временно перегружена.
По такой схеме обычно передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты. Режим передачи с промежуточным хранением на диске называется режимом "хранения-и-передачи" (store-and-forward).
Режим коммутации сообщений разгружает сеть для передачи трафика, требующего быстрого ответа, например трафика службы WWW или файловой службы.
Количество транзитных компьютеров обычно стараются уменьшить. Если компьютеры подключены к сети с коммутацией пакетов, то число промежуточных компьютеров уменьшается до двух. Например, пользователь передает почтовое сообщение своему серверу исходящей почты, а тот сразу старается передать его серверу входящей почты адресата. Но если компьютеры связаны между собой телефонной сетью, то часто используется несколько промежуточных серверов, так как прямой доступ к конечному серверу может быть в данный момент невозможен из-за перегрузки телефонной сети (абонент занят) или экономически невыгоден из-за высоких тарифов на дальнюю телефонную связь.
Техника коммутации сообщений появилась в компьютерных сетях раньше техники коммутации пакетов, но потом была вытеснена последней, как более эффективной по критерию пропускной способности сети. Запись сообщения на диск занимает достаточно много времени, и кроме того, наличие дисков предполагает использование в качестве коммутаторов специализированных компьютеров, что влечет за собой существенные затраты на организацию сети.
Сегодня коммутация сообщений работает только для некоторых не оперативных служб, причем чаще всего поверх сети с коммутацией пакетов, как служба прикладного уровня.
7. Особенности коммутации пакетов, блок-схемы и временные диаграммы. Области применения.+++
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т.д. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета на узел назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются по сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге — узлу назначения.
Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов связи) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и с помощью имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока ее выполнение не завершится. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной.
Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, но повышает пропускную способность сети в целом.
Задержки в источнике передачи:
время на передачу заголовков ;
задержки, вызванные интервалами между передачей каждого следующего пакета.
Задержки в каждом коммутаторе:
время буферизации пакета ;
время коммутации, которое складывается из:
времени ожидания пакета в очереди (переменная величина);
времени перемещения пакета в выходной порт.
Достоинства коммутации пакетов
Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.
Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.
Недостатки коммутации пакетов
Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети.
Переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети.
Возможные потери данных из-за переполнения буферов.
8. Сравнительный анализ задержек при методах коммутации каналов и пакетов. +++
Одним из отличий метода коммутации пакетов от метода коммутации каналов является неопределенность пропускной способности соединения между двумя абонентами. В случае коммутации каналов после образования составного канала ; пропускная способность сети при передаче данных между конечными узлами известна — это пропускная способность - канала. Данные после задержки, связанной с установлением канала, начинают передаваться на максимальной для канала скорости (рис. 7.1). Время передачи сообщения в сети с коммутацией каналов Тк.к. равно сумме задержки распространения сигнала по линии связи и задержки передачи сообщения. Задержка распространения сигнала зависит от скорости распространения электромагнитных волн в конкретной физической среде, которая колеблется от 0,6 до 0,9 скорости света в вакууме. Время передачи сообщения равно V/C, где V — объем сообщения в битах, а C — пропускная способность - канала в битах в секунду.
В сети с коммутацией пакетов картина совсем иная.
Задержки передачи данных в сетях с коммутацией каналов.
Процедура установления соединения в этих сетях, если она используется, занимает примерно такое же время, как и в сетях с коммутацией каналов, поэтому будем сравнивать только время передачи данных.
Рис. 7.2. Задержки при передаче данных в сетях с коммутацией пакетов.
На рис. 7.2 показан пример передачи данных в сети с коммутацией пакетов. Предполагается, что по сети передается сообщение того же объема, что и сообщение, передаваемое на рис. 7.1 однако оно разделено на пакеты, каждый из которых снабжен заголовком. Время передачи сообщения в сети с коммутацией пакетов обозначено на рисунке Тк.п. При передаче этого разбитого на пакеты сообщения по сети с коммутацией пакетов возникают дополнительные задержки. Во-первых, это задержки в источнике передачи, который, помимо передачи собственно сообщения, тратит дополнительное время на передачу заголовков tп.з., к тому же добавляются задержки tинт, вызванные интервалами между передачей каждого следующего пакета (это время уходит на формирование очередного пакета стеком протоколов).
Во-вторых, дополнительное время тратится в каждом коммутаторе. Здесь задержки складываются из времени буферизации - пакета tб.п. ( коммутатор не может начать передачу пакета, не приняв его полностью в свой буфер) и времени коммутации tк. Время буферизации равно времени приема пакета с битовой скоростью протокола. Время коммутации складывается из времени ожидания пакета в очереди и времени перемещения пакета в выходной порт. Если время перемещения пакета фиксировано и, как правило, невелико (от нескольких микросекунд до нескольких десятков микросекунд), то время ожидания пакета в очереди колеблется в очень широких пределах и заранее неизвестно, так как зависит от текущей загрузки сети.
Проведем грубую оценку задержки при передаче данных в сетях с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов на простейшем примере. Пусть тестовое сообщение, которое нужно передать в обоих видах сетей, имеет объем 200 Кбайт. Отправитель находится от получателя на расстоянии 5000 км. Пропускная способность линий связи составляет 2 Мбит/c.
Время передачи данных по сети с коммутацией каналов складывается из времени распространения сигнала, которое для расстояния 5000 км можно оценить примерно в 25 мс (принимая скорость распространения сигнала равной 2/3 скорости света), и времени передачи сообщения, которое при пропускной способности 2 Мбит/c и длине сообщения 200 Кбайт равно примерно 800 мс. При расчете корректное значение К (210), равное 1024, округлялось до 1000, аналогично значение М (220), равное 1048576, округлялось до 1000000. Таким образом, передача данных оценивается в 825 мс.
Ясно, что при передаче этого сообщения по сети с коммутацией пакетов, обладающей такой же суммарной длиной и пропускной способностью - каналов, пролегающих от отправителя к получателю, время распространения сигнала и время передачи данных будут такими же — 825 мс. Однако из-за задержек в промежуточных узлах общее время передачи данных увеличится. Давайте оценим, на сколько возрастет это время. Будем считать, что путь от отправителя до получателя пролегает через 10 коммутаторов. Пусть исходное сообщение разбивается на пакеты в 1 Кбайт, всего 200 пакетов. Вначале оценим задержку, которая возникает в исходном узле. Предположим, что доля служебной информации, размещенной в заголовках пакетов, по отношению к общему объему сообщения составляет 10%. Следовательно, дополнительная задержка, связанная с передачей заголовков - пакетов, составляет 10% от времени передачи целого сообщения, то есть 80 мс. Если принять интервал между отправкой пакетов равным 1 мс, то дополнительные потери за счет интервалов составят 200 мс. Таким образом, в исходном узле из-за пакетирования сообщения при передаче возникла дополнительная задержка в 280 мс.
Каждый из 10 коммутаторов вносит задержку коммутации, которая может составлять от долей до тысяч миллисекунд. В данном примере будем считать, что на коммутацию в среднем тратится 20 мс. Кроме того, при прохождении сообщений через коммутатор возникает задержка буферизации пакета. Эта задержка при величине пакета 1 Кбайт и пропускной способности линии 2 Мбит/c равна 4 мс. Общая задержка, вносимая 10 коммутаторами, составляет примерно 240 мс. В результате дополнительная задержка, созданная сетью с коммутацией пакетов, составила 520 мс. Учитывая, что вся передача данных в сети с коммутацией каналов заняла 825 мс, эту дополнительную задержку можно считать существенной.
Хотя приведенный расчет носит очень приблизительный характер, он объясняет, почему процесс передачи для определенной пары абонентов в сети с коммутацией пакетов является более медленным, чем в сети с коммутацией каналов.
Неопределенная пропускная способность - сети с коммутацией пакетов — это плата за ее общую эффективность при некотором ущемлении интересов отдельных абонентов. Аналогично, в мультипрограммной операционной системе время выполнения приложения предсказать невозможно, так как оно зависит от количества других приложений, с которыми данное приложение делит процессор.
На эффективность работы сети влияют размеры пакетов, которые передает сеть. Слишком большие размеры пакетов приближают сеть с коммутацией пакетов к сети с коммутацией каналов, поэтому эффективность сети падает. Кроме того, при большом размере пакетов увеличивается время буферизации на каждом коммутаторе. Слишком маленькие пакеты заметно увеличивают долю служебной информации, так как каждый пакет содержит заголовок фиксированной длины, а количество пакетов, на которые разбиваются сообщения, при уменьшении размера пакета будет резко расти. Существует некоторая "золотая середина", когда обеспечивается максимальная эффективность работы сети, однако это соотношение трудно определить точно, так как оно зависит от многих факторов, в том числе изменяющихся в процессе работы сети. Поэтому разработчики протоколов для сетей с коммутацией пакетов выбирают пределы, в которых может находиться размер пакета, а точнее его поле данных, так как заголовок, как правило, имеет фиксированную длину. Обычно нижний предел поля данных выбирается равным нулю, что дает возможность передавать служебные пакеты без пользовательских данных, а верхний предел не превышает 4 Кбайт. Приложения при передаче данных пытаются занять максимальный размер поля данных, чтобы быстрее выполнить обмен, а небольшие пакеты обычно используются для коротких служебных сообщений, содержащих, к примеру, подтверждение доставки пакета.
При выборе размера пакета необходимо также учитывать интенсивность битовых ошибок канала. На ненадежных каналах необходимо уменьшать размеры пакетов, так как это сокращает объем повторно передаваемых данных при искажениях пакетов.
9. Классификация ВС по масштабам. Диаграмма Эйлера-Венна. Примеры сетевых технологий. +++
Характерной чертой глоб. ВС явл. большая протяженность каналов связи, из-за чего эти каналы хар-ся высоким ур-м помех, поэтому при их реализ. уделяется внимание спец. средствам защиты от ошибок.
Межпроцессорное расстояние Эквивалентное пространство
Масштаб Эквивал. простр-во Тип сети
0,1 м Монтажная плата Параллельная вычислительная машин
1 м Стойка Многопроцессорная система
10 м Комната Локальная вычислительная сеть LAN
100 м Здание, корпус LAN
1 км неск. корпусов LAN
10 км Город MAN(Городская вычислительная сеть)
100 км Регион Глобальная вычислительная сеть WAN
1 000 км Континент WAN
10 000 км Планета объединения ВС, Internetwork
Объединенная сеть
LAN– локальные вычисл. сети;WAN– глобальные ВС.
Ethernet - это имя, данное популярной технологии локальной сети с коммутацией пакетов, разработанной в Xerox PARC в начале 1970 года.
Token Ring ProNET это имя коммерческого сетевого продукта для ЛВС, который является интересной альтернативой Ethernet. Основанный на сетевых исследованиях в университетах, и созданный Proteon Incorporated, proNET-10 состоит из пассивной кабельной системы, которая соединяет компьютеры. Как и Ethernet, низкоскоростная версия работает со скоростью 10 Мбит/с, ограничена короткими расстояниями, и требует, чтобы присоединяемые компьютеры имели активные интерфейсы с ЭВМ.
В отличие от Ethernetа или других аналогичных шинных технологий, proNET-10 требует, чтобы компьютеры были соединены кабелями в одиночное кольцо, и использует технологию доступа, известную как передача маркера. Системы с передачей маркера отличает от других то, что в них доступ осуществляется путем последовательного использования всеми машинами сети. В любой момент времени ровно одна машина имеет маркер, который дает право этой машине передать пакет. После посылки этого пакета, машина передает маркер следующей машине по порядку. Поэтому, когда ни одна из машин ничего не посылает, они непрерывно передают маркер по кольцу; когда им всем нужно послать пакеты, они ждут своей очереди, чтобы послать их.
10. Состав вычислительных сетей. Организация взаимодействия прикладных процессов в вс. Технология «клиент-сервер».
Приклад процесс– некоторое приложение пользователя оконечной системы. Прикл. проц взаимодействуют с др прикл процессами. Это взаимодействие делится на 3 типа: запуск Пр.п; обмен сообщениями; синхронизация выполнения.
Абонентская подсистема – ЭВМ с соответст. Пр.п с её лок-ми терминалами, или терминальное оборудованными их польз-лями. Абон ПС – является главным ресурсом сети, поскольку в них выполняется основная полезная работа по обработке инф.
Сеть передачи данных –комплекс программно – технических средств обеспечивающих взаимодействие абонентский подсистем, предоставляя или определяя сервис. Основа этого сервиса явл. передача данных.
Взаимодействие Пр п
Клиент – сервер
11. Особенности структуры локальных вычислительных сетей. +++
Топологии
Полносвязная; + - высокая надежность; - - каждый комп должен иметь большое количество коммуникацион. портов, громоздкая и неэффективная. Используется редко.
Ячеистая; получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными. Допускает большое количество компьютеров, хорактерна для глобальных сетей.
Общая шина; К коаксиалу(кабелю) ; + - дешевизна и простота; - - низкая надежность (дефект в кабеле и кранты), низкая производительность (коллизии).
Звезда; компы подключаются к концентратору( центр. узел сети) + - выше надежность чем у шины; - - высокая стоимость (концентратор); ограничение по наращиванию (<= кол-во портов у Swich).
Кольцо - сообщения в кольце циркулируют по кругу в строго заданном направлении. Кажд. станция должна активно участв. в пересылке инф. Подкл. новых станций требует откл. сети.
Смешанная топология;
12. Классификация методов доступа в ЛВС. Особенности случайных методов. +++
Как уже было отмечено, все станции одной локальной сети имеют общую среду передачи (например, кабель). При этом могут возникнуть попытки доступа к среде более чем одной станции, когда две и более станции пытаются послать данные в одно и то же время. В результате возможен конфликт (collision). Чтобы избежать этой ситуации, используются методы управления доступом к среде (Medium Access Control). Эти методы определяют процедуры, которым должны следовать станции при передаче информации, и тем самым гарантируют, что конфликты между станциями не возникнут.
Методы доступа к среде разделяются на две категории:
методы случайного доступа ;
методы управляемого доступа.
Методы управляемого доступа разделяются на фиксированный и по требованию.
Методы случайного доступа
При случайных методах (иногда их называют методы состязаний) станции не имеют приоритетов. При каждой попытке передачи данных станция использует протокол, который позволяет определить состояние среды (свободно или занято), чтобы принять решение, посылать информацию или нет.
Имеется две процедуры. Первая управляет временем предоставления станциям возможности передачи. Это расписание предоставляет время передачи по случайному закону. Поэтому эти методы называются методами случайного доступа ;.
Вторая группа методов не определяет, какая станция будет передавать данные в следующий момент времени. Станции сами определяют доступ к сети. Эти методы называются методами состязания.
При методах случайного доступа станция не управляет другими станциями. Однако если две и более станции пытаются послать информацию, то возникает конфликт и передаваемый кадр может быть нарушен или искажена полезная информация. Чтобы избежать конфликта или выйти из него, когда это случится, каждая станция должна использовать процедуру, которая должна дать ответы на следующие вопросы:
Когда станция имеет доступ к среде?
Что должна делать станция, если среда занята?
Как должна станция определить успешное прохождение информации или ошибку при передаче?
Что должна делать станция, если возник конфликт?
все узлы имеют равные возможности доступа к сетевой среде, а при одновременной попытке фиксируется столкновение и сеанс передачи повторяется позднее. Здесь нет возможности приоритетного доступа и по этой причине такие сети плохо приспособлены для задач управления в реальном масштабе времени
При управляемом доступе применяется механизм решения, который указывает, какая станция в данный момент времени может передавать информацию. Основное преимущество метода — ограниченное время прохождения кадра, мало зависящее от нагрузки. Сети с большой нагрузкой требуют более эффективных методов доступа. Один из способов повышения эффективности — перенос управления доступом от узлов в кабельные центры. При этом узел посылает кадр в коммуникационное устройство. Задача этого устройства — обеспечить прохождение кадра к адресату с оптимизацией общей производительности сети и обеспечением уровня качества обслуживания,, требуемого конкретным приложением.
13. Характеристика случайного метода доступа CSMA/CD и особенности его реализации в сети Ethernet. +++
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных , называемый методом множественного доступа с распознаванием несущей и обнаружением коллизий (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection).
Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной. Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине , поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно получать данные , которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину.
Чтобы получить возможность передавать кадр , станция должна убедиться ,
что разделяемая среда свободна . Это достигается прослушиванием основной
гармоники сигнала , которая также называется несущей частотой (CS - Carrier-Sense).
Признаком незанятости среды передачи является отсутствие в ней
несущей частоты , которая при манчестерском способе кодирования равна 5-
10 МГц , в зависимости от последовательности единиц и нулей , передаваемых в
данный момент .
Если среда свободна , то узел имеет право начать передачу кадра .
В классической сети Ethernet на коаксиальном
кабеле сигналы передатчика узла 1 распространяются в обе стороны , так что
все узлы сети их получают . Кадр с данными всегда сопровождается преамбулой
(preamble), которая состоит из семи байтов , имеющих значение 10101010, и
восьмого байта , равного 10101011.
14. Детерминированные методы доступа в ЛВС. Работа сети Token Ring с приоритетами. +++
В соответствии с
названием протокол Token Ring работает в топологии, представляющей собой логическое кольцо,
а не шину, как это имеет место для технологии Ethernet. В технологии Token Ring для доступа к
среде передачи данных используется метод захвата маркера. Эта технология реализована для двух
скоростей передачи данных: 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.
Заложенный в этот протокол алгоритм относительно прост для
понимания. Устройство, находящееся в сети Token Ring, должно
захватывать специальный пакет называемый маркером.
Маркер передается по логическому кольцу в направлении противоположном
направлению вращения часовой стрелки. Если у устройства есть
данные, которые необходимо отправить, и оно видит проходящий
по кольцу маркер, то оно может осуществить захват этого маркера.
Захватив маркер, устройстве передает кадр по кольцу. В процессе
прохождения кадра по кольцу система-получатель копирует
данные из этого кадра. Когда кадр, посланный устройством
возвращается обратно, отправитель удаляет его из сети и
высвобождает маркер, который вновь начинает передаваться по
кольцу. В 16-мегабитных сетях Token Ring устройство-отправитель
высвобождает маркер раньше, чем получает назад свой отосланный
кадр, используя функцию, именуемую ранним высвобождением
маркера (early token release). В отличие от протокола CSMD/CD, протокол захвата маркера делает
невозможными конфликты при передаче, так как передать кадр в сеть Token Ring может только то
устройство, которое захватило маркер. Кроме того, здесь возможен расчет максимального времени
ожидания, которое будет необходимо устройству, прежде чем оно сможет отправить кадр. Это
позволяет сделать технологию Token Ring детерминированной. Для некоторых сетевых приложений,
например, обработки транзакций в реальном времени, такой детерминизм является очень важным
требованием для протокола локальной сети
!!!!!!!!!!15. Характеристика ограничений, преодолеваемых при различных способах структуризации ЛВС. Состав структурообразующего оборудования. ---------------------
16. Физическая структуризация сети, ее особенности. Работа коммутационных устройств, ее обеспечивающих. Типы концентраторов Ethernet. Структура концентраторов Ethernet и Token Ring. +++
Повторитель действует на чисто электрическом уровне для соединения двух сегментов. Все, что он делает - это усиливает и заново формирует форму аналогово сигнала на расстояние другого сегмента.
В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Среди концентраторов выделяются активные (active) и пассивные (passive). Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами - они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Некоторые типы концентраторов являются пассивными, например монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.
Коммутатор (Swich)
В этом случае конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров, то есть ребрам графа соответствуют отрезки кабеля, связывающие пары узлов.
Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub). Эти названия (hub — основа, центр деятельности) отражают тот факт, что в данном устройстве сосредоточены все связи между сегментами сети.
Использование концентраторов характерно практически для всех базовых технологий локальных сетей
Нужно подчеркнуть, что в работе любых концентраторов много общего — они повторяют сигналы, пришедшие с одного из их портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают.
А концентратор Token Ring повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту — на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер.
Существует два основных типа концентраторов для Ethernet: управляемые и неуправляемые. В рабочих группах и домашних сетях используются неуправляемые концентраторы, а в корпоративных сетях чаще всего используются управляемые концентраторы, т.е. устройства с комплектом программного обеспечения для поддержки и настройки его функций.
Повторитель действует на чисто электрическом уровне для соединения двух сегментов. Все, что он делает - это усиливает и заново формирует форму аналогого сигнала на расстояние другого сегмента.
В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Среди концентраторов выделяются активные (active) и пассивные (passive). Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами - они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Некоторые типы концентраторов являются пассивными, например монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.
17.Логическая структуризация сети. Понятие логической сегментации и ее назначение. Определение домена коллизии. Пропускная способность сети с логической структуризацией. +++
Здесь в качестве логических связей выступают маршруты передачи данных между узлами сети, которые образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования .
Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика . Логическая сегментация сети — это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.
Домен коллизии – это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла. ЛВС Ethernet, построенная на концентраторах, всегда образует один домен коллизий, так как домен коллизий соответствует одной разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько логических сегментов, т.е. на несколько разделяемых сред, в каждой из которых одновременно могут иметь место разные коллизии. В этом смысле домен коллизий совпадает с логическим сегментом.
Пропускная способность сети с логической структуризацией может достигать величины количество сегментов умножить на скорость протокола.
18. Функции коммутационных устройств, обеспечивающих логическую сегментацию ЛВС. Особенности фильтрации пакетов. Микросегментация. +++
19. Городские ВС, их назначение. Работа MAN на основе двойной шины с очередями.
Городские сети (или сети мегаполисов) — Metropolitan Area Networks (MAN) -
являются менее распространенными. Появились недавно. Предназначены для обслуживания территории крупного города -мегаполиса. Они занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Используют цифровые магистральные линии. Предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными.
DQDB– двойная шина распределенных очередей. Стандарт дляMAN.
Головной блок генерирует 53-байтовый поток ячеек. Достигая конца шины поток пропадает. Данные помещаются в поле полезной нагрузки ячейки (44 байта). В ячейке есть бит занятости (1 – ячейка занята, 0 – свободна). Если получатель справа, используется шина А…
20. Структура глобальных ВС. Аналоговые и цифровые линии передачи. Состав ГВС. Назначение маршрутизатора. Понятие сетевого адреса. +++
Сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой.
Коммутаторы устанавливаются в тех географических пунктах, в которых требуется ответвление или слияние потоков данных конечных абонентов или магистральных каналов, переносящих данные многих абонентов.
При передаче данных через глобальную сеть мосты и маршрутизаторы работают в соответствии с той же логикой, что и при соединении локальных сетей. Мосты (удаленные), строят таблицу МАС-адресов ( адрес не привязан к компу - адрес входа в сеть, назначается производителем), и по данным этой таблицы принимают решение – передавать кадры в удаленную сеть или нет.
Маршрутизаторы на основании номера сети пакета, упаковывают в кадр этой сети, снабжают соответствующим адресом следующего маршрутизатора и отправляют в глобальную сеть.
Аналоговые линии (аналоговый сигнал, непрерывный диапазон значений) связи применялись в телефонных сетях для связи АТС между собой. Для создания высокоскоростных каналов используется техника частотного мультиплексирования FDM. В цифровых линиях (дискретный сигнал) связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний. Как правило 2 – 3 состояния, которые передаются в виде прямоугольной формы (компьютерные данные, речь, изображение). Аппаратура образования высокоскоростных цифровых каналов (мультиплексоры, демультиплексоры, коммутаторы) работает по принципу временного мультиплексирования каналов TDM, когда каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (тайм-слот) высокоскоростного канала.
На цифровых линиях связи протокол физического уровня определен (т.к. передаются только 1 и 0), а на аналоговых линиях — нет (т.к. сигнал произвольной формы).
Абоненты сети подключаются к коммутаторам также с помощью выделенных каналов связи. У них скорость ниже, чем у магистральных каналов, объединяющие коммутаторы, чтобы сеть справлялась с многочисленными потоками данных пользователей. Конечные пользователи подключаются также и с помощью коммутируемых каналов (телефонных сетей, низкое качество)
Сетевой адрес - IP. Сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.
- Каждый хост в сети должен иметь собственный (уникальный) IP-адрес.
Каждое из четырех десятичних чисел, выраженное в двоичном виде, будет представлено 8-разрядным числом, которое называется октетом. Использование 32-разрядных двоичных чисел позволяет создать более 4 милиардов уникальных IP-адресов. Значение первого октета в IP-адресе определяет, к какому классу (А, В, С, D,E) относится данный адрес.
IP-адреса первых трех классов предназначены для адресации отдельных узлов и отдельных сетей. Такие адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла. Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные – почтовое отделение внутри региона.
Преимущества двухуровневой схемы очевидны: она позволяет, во-первых, адресовать целиком отдельные сети внутри составной сети, что необходимо для обеспечения маршрутизации, а во-вторых – присваивать узлам номера внутри одной сети независимо от других сетей. Естественно, что компьютеры, входящие в одну и ту же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети.
IP-адреса разных классов отличаются разрядностью номеров сети и узла, что определяет их возможный диапазон значений. Следующая таблица отображает основные характеристикиIP-адресов классовA,BиC.
21. Организация спутниковой сети связи. Понятие слота. Формат кадра TDMA. +++
TDMA (англ. Time Division Multiple Access — множественный доступ с разделением по времени) — способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. Является приложением мультиплексирования канала с разделением по времени (TDM — Time Division Multiplexing) к радиосвязи.
Таким образом, TDMA предоставляет каждому пользователю полный доступ к интервалу частоты в течение короткого периода времени (в GSM один частотный интервал делится на 8 временных слотов). TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136), PDC.
Таймслот — в системах связи, где применяется множественный доступ с разделением по времени (TDMA) или временное уплотнение (мультиплексирование) (TDM) — единица разделения канала. Означает одно место в каждом суперкадре при мультиплексировании с разделением по времени. Как правило, в цифровой технике связи под тайм-слотом понимается канальный интервал, занимаемый одним каналом 64 кбит/с. Ввиду наличия разных скоростей передачи, протяженность одного тайм-слота во времени может сильно варьировать, неизменным остается лишь объем информации, который в нем умещается.
22. Объединенная сеть и особенности ее образования. Структура объединенной сети. Понятия internetworking и Internet. Назначение шлюза. +++
Совокупность взаимосвязанных вычислительных сетей называется объединенной сетью (internetwork или internet). Компонентами объединенной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети.
Когда две или более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking)
Машины под названием шлюзы (gateways) – служат для объединения вычислительных сетей с различной архитектурой или протоколами.
Сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.