Е.И. Измайлова Вычислительные машины, системы и сети

20

симо от других портов. Маршрутизатор (router) – устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему. Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют и другие полезные функции. Шлюз – это устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия.

При изучении сетевых служб рассматриваются задачи, решаемые сетевыми службами. Реализация сетевых служб осуществляется программными средствами. При определении степени удобства разделяемого ресурса часто употребляется термин "прозрачность". Прозрачный доступ – это доступ, при котором пользователь не замечает, где расположен нужный ему ресурс – на его компьютере или на удаленном.

Контрольные вопросы

1.Причины объединения ЛВС.

2.Ограничения, возникающие при построении больших сетей с однородной структурой.

3.Что такое физическая структуризация сети?

4.Физическая структуризация сети при помощи повторителя.

5.Физическая структуризация при помощи концентратора.

6.Что такое логическая структуризация сети?

7.Что такое неоднородность потоков?

8.Логическая структуризация при помощи мостов.

9.Типы мостов.

10.Логическая структуризация при помощи коммутаторов.

11.Логическая структуризация при помощи маршрутизаторов.

12.Логическая структуризация при помощи шлюзов.

13.Что такое коммуникационное оборудование?

14.Задачи, решаемые сетевыми службами.

15.При помощи чего реализуются сетевые службы?

16.Что такое прозрачный доступ?

17.Адресация для разделяемых сетевых ресурсов для обеспечения прозрачности.

21

2.11. Организация передачи информации

Методы доступа в локальных сетях: методы детерминированного доступа, методы случайного доступа. Методы доступа в сетях с шинной топологией: множественный доступ с контролем несущей частоты; множественный доступ с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий; методы разделения времени; множественный доступ с передачей полномочий. Методы доступа в локальных кольцевых сетях: метод тактируемого доступа; метод маркерного доступа. Передача информации в глобальных сетях: метод коммутации каналов; метод коммутации пакетов; метод коммутации сообщений.

Литература [3, с.15-21; 4, с.149-179;193-195;222-226].

Методические указания

Эффективность взаимодействия рабочих станций в рамках локальной сети во многом определяется используемым правилом доступа к общей передающей среде. Правило, с помощью которого организуется доступ рабочих станций к передающей среде, называется методом доступа. В зависимости от используемого метода доступа локальные сети делятся на две группы: сети, использующие методы детерминированного доступа; сети, использующие методы случайного доступа. Метод детерминированного доступа предполагает наличие определенного алгоритма, на основании которого рабочим станциям предоставляется доступ к передающей среде. При использовании методов случайного доступа каждая рабочая станция произвольным образом, независимо от других систем, может обращаться к моноканалу. При методе случайного доступа возможно одновременное обращение нескольких рабочих станций к общей передающей среде, поэтому данный метод называют методом множественного доступа.

При изучении методов доступа в сетях с шинной топологией рассматриваются как методы случайного, так и методы детерминированного доступа. При методе случайного доступа в случае одновременной передачи сообщений несколькими станциями происходит столкновение сообщений (коллизия), что приводит к искажению информации. Поэтому кадр данных во избежание приема ошибочной информации дополняется контрольной суммой. Одним из способов снижения кон-

22

фликтов является предварительное прослушивание передающей среды и начало передачи только при наличии свободного канала. Такой режим называется множественным доступом с контролем несущей частоты. Однако в этом случае из-за конечного времени распространения сигналов нельзя полностью избежать конфликтов. С целью своевременного обнаружения конфликтов рабочая станция в процессе передачи информации постоянно контролирует передающую среду и при появлении коллизии прекращает передачу. Такой режим передачи называется множественным доступом с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий. Методы детерминированного доступа можно разделить на методы разделения времени и методы передачи полномочий. Сущность методов разделения времени заключается в разделении времени работы канала связи на отдельные интервалы времени, каждый из которых согласно определенному правилу, предоставляется какой-либо рабочей станции. В локальных сетях с большим числом абонентов используется метод множественного доступа с передачей полномочий (метод маркерного доступа). В этом случае в локальной сети последовательно от одной рабочей станции к другой передается специальная управляющая информация – маркер, при поступлении которого рабочая станция получает разрешение на передачу информации.

При изучении методов доступа в локальных кольцевых сетях рассматриваются метод тактируемого доступа и метод маркерного доступа. Метод тактируемого доступа предполагает разбиение временного цикла кольца на множество равных интервалов – тактов, в каждом из которых помещается по одному кадру данных. При обмене большими сообщениями переменной длины предпочтительным является маркерный доступ. Отличие от маркерного доступа, используемого в сетях с шинной топологией, заключается в том, что кадры маркера и данных передаются по физическому кольцу только в одном направлении.

При изучении методов доступа в глобальных сетях рассматриваются метод коммутации каналов, метод коммутации пакетов, метод коммутации сообщений. Коммутация каналов предусматривает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. В рамках сетей коммутации каналов могут организовываться выделенные каналы, которые коммутируются в определенные, заранее заданные интервалы времени, когда только и допускается передача информации. Коммутация пакетов осуществляется без обра-

23

зования физического соединения между пунктами отправления и получения информации. Между ними устанавливается логическое соединение, а физический канал устанавливается локально между смежными узлами коммутации и только на время передачи данных. Информация передается в виде блока данных фиксированной структуры и длины (пакетов). Пакеты одного сообщения могут передаваться по разным маршрутам, независимо друг от друга. Это дейтаграммный способ передачи данных. Если пакеты следуют по одному, заранее установленному маршруту, то такой способ называется способом виртуальных каналов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера.

Контрольные вопросы

1.Что такое метод доступа?

2.Метод детерминированного доступа.

3.Метод детерминированного доступа с централизованным управлением.

4.Метод детерминированного доступа с децентрализованным управлением.

5.Метод случайного доступа.

6.Метод множественного доступа.

7.Методы доступа, применяемые в сетях с шинной топологией.

8.Что такое коллизия?

9.Множественный доступ с контролем несущей частоты.

10.Множественный доступ с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий.

11.Метод циклического разделения вре6мени.

12.Метод маркерного доступа в сетях с шинной топологией.

13.Методы доступа в локальных кольцевых сетях.

14.Метод тактируемого доступа.

15.Метод маркерного доступа в локальных кольцевых сетях.

16.Коммутация каналов.

17.Выделенные каналы.

18.Коммутация пакетов.

19.Дейтаграммный способ передачи данных.

20.Способ виртуальных каналов.

24

21.Коммутация сообщений.

2.12. Глобальные сети

Определение глобальных сетей. Обобщенная структура и функции глобальной сети: транспортные функции глобальной сети; высокоуровневые услуги глобальных сетей; структура глобальной сети. Сети SNA: основные функции сетевого управления, функциональные уровни системной сетевой архитектуры. Назначение и особенности сети Internet. Сети Х.25: назначение, структура и адресация. Сети Frame Relay: назначение и общая характеристика. Технология АТМ: основные принципы технологии АТМ.

Литература [2, с.234-241; 3, с.68-75;4, с.455-567].

Методические указания

Изучение глобальных сетей целесообразно начинать с основных понятий и определений. Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), которые также называются территориальными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории – в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара.

При рассмотрении транспортных функций глобальной сети рассматриваются основные типы потенциальных потребителей услуг глобальной компьютерной сети. Следует отметить, что большинство глобальных сетей в настоящее время обеспечивают только передачу компьютерных данных, но количество сетей, которые могут передавать остальные типы данных, постоянно растет.

В основном глобальная сеть используется как транзитный транспортный механизм, предоставляющий только услуги трех нижних уровней модели OSI. В последнее время из-за популярности информации, предоставляемой сетью Internet, заметную роль играют и верхние уровни.

При изучении структуры глобальной сети рассматривается типичный пример. Глобальная сеть состоит из: коммутаторов, компьютеров, маршрутизаторов, мультиплексоров, интерфейсов "пользователь-сеть" и интерфейсов "сеть-сеть". Сеть строится на основе выделенных кана-

25

лов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой.

В сетях SNA (System Network Architecture – системная сетевая ар-

хитектура) используется виртуальный телекоммуникационный метод доступа, программно реализованный в главном компьютере. Он обеспечивает интерфейс между главным процессором и абонентами региона, а связь между регионами осуществляется с помощью программы управления сетью. В дополнение к методу доступа и программе управления сетью используются программы сетевого администрирования. В соответствии с обобщенной архитектурой управления сетями сетевое управление делится на пять функций: управление конфигурацией, управление производительностью и учетом использования ресурсов, управление проблемами, управление операциями, управление изменениями.

При изучении функциональных уровней рассматриваются: физический уровень, уровень управления звеном передачи данных, уровень управления маршрутами, уровень управления маршрутами, уровень управления передачей, уровень управления потоком данных уровень служб управления функциями.

Сеть Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть, которая соединяет отдельные сети. Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. Основные ячейки Internet – ЛВС. Важной особенностью сети Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии – все компьютеры, подключенные к сети, равноправны. Internet самостоятельно осуществляет передачу данных. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автоматически, и должен нести информацию о своем владельце. С этой целью для каждого компьютера устанавливается два адреса: цифровой IPадрес и доменный адрес. Наиболее популярным средством организации сети Internet является протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Сети Х.25 являются на сегодняшний день наиболее распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративными сетями. Сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекции

26

ошибок на двух уровнях. При рассмотрении сетей данного типа следует обратить внимание на признаки, отличающие технологию сетей Х.25 от других сетей и на основные функции специального устройства PAD (Packet Assembler Disassembler), предназначенного для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфа- витно-цифровых терминалов в пакеты. Сеть Х.25 состоит из коммутаторов, называемых центрами коммутации пакетов, расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами.

Сети Frame Relay лучше подходят для передачи пульсирующего трафика по сравнению с сетями Х.25. Однако следует учитывать, что в глобальных сетях это преимущество появляется только тогда, когда каналы связи приближаются по качеству к каналам локальных сетей, а такое качество можно достичь только при использовании волоконнооптических кабелей. Преимущество сетей Frame Relay заключается в низкой протокольной избыточности и дейтаграммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Надежную передачу кадров технология Frame Relay не обеспечивает.

Сети с технологией АТМ. Это сети, которые используют технологию асинхронного режима передачи. Технология АТМ может обеспечить следующие возможности: передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного трафика, чувствительного к задержкам; иерархию скоростей передачи данных; общие транспортные протоколы для локальных сетей; сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов; взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей. Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий: коммутации каналов и коммутации пакетов. Поэтому передача данных происходит в виде адресуемых пакетов, которые имеют небольшой фиксированный размер, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. В сети АТМ конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней.

Контрольные вопросы

1. Что такое глобальные сети? Назначение глобальных сетей.

27

2.Транспортные функции глобальной сети.

3.Высокоуровневые услуги глобальных сетей.

4.Структура глобальной сети.

5.Что такое центр коммутации пакетов?

6.Метод доступа, используемый в сетях SNA.

7.При помощи чего осуществляется связь между регионами в се-

тях SNA?

8.Что обеспечивают программы сетевого администрирования в сетях SNA?

9.Функции сетевого управления сетей SNA.

10.Физический уровень сетей SNA.

11.Уровень управления звеном передачи данных сетей SNA.

12.Уровень управления маршрутами в сетях SNA.

13.Уровень управления передачей в сетях SNA.

14.Уровень управления потоком данных в сетях SNA.

15.Уровень служб управления функциями в сетях SNA.

16.Структура и система адресации сети Internet.

17.Назначение сети Х.25.

18.Основные признаки, отличающие сети Х.25 от других технологий.

19.Основные функции PAD.

20.Назначение и общая характеристика сетей Frame Relay.

21.Возможности технологии АТМ.

22.Какие подходы совмещает в себе технология АТМ?

23.Структура технологии АТМ.

2.13.Практические занятия, их наименования и объем в часах

1.Выбор конфигурации сетей Ethernet и Fast Ethernet – 2 часа.

2.IP – адресация – 2 часа.

3.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.1. Цель работы

Цель работы – закрепить полученные теоретические знания и ознакомить студентов-заочников с выбором конфигурации сетей Ethernet и

28

Fast Ethernet; определением классов IP-адресов; корректности IPадресов; присвоением IP-адресов узлам и выявлением проблем, связанных с IP-адресацией.

3.2. Содержание контрольной работы

Контрольная работа содержит 25 вариантов. Вариант контрольной работы студент выбирает согласно порядковому номеру в списке группы.

Каждый вариант контрольной работы состоит из 3 задач. Задача 1. Расчет конфигурации сети Ethernet.

Задача 2. Расчет конфигурации сети Fast Ethernet.

Задача 3. Определение класса IP-адресов, определение класса сети и IP-адреса сети.

3.3. Методические указания

Перед выполнением контрольной работы следует ознакомиться с соответствующими разделами курса "Вычислительные машины, системы и сети". Для этого достаточно воспользоваться учебниками [4, 5, 6], в которых содержатся все необходимые данные для выполнения работы.

Расчеты в работе могут выполняться при помощи ЭВМ или вручную с представлением результатов работы на бумаге.

3.4. Порядок выполнения работы

При выполнении контрольной работы предполагается, что конфигурация сети Ethernet имеет вид, приведенный на рис. 3.1. Конфигурация сети Fast Ethernet имеет вид, приведенный на рис. 3.2.

3.4.1. Задача 1

Для решения необходимо:

•определить по данным из табл. 3.1 в соответствии с заданным вариантом длины соответствующих кабелей;

29

В конфигурацию входят также 8 AUI-кабелей: четыре в сегментах 10BASE5 и четыре в сегментах 10BASE-FL. Принять их длину равной

35м;

•в сети выделить максимальный путь и все дальнейшие расчеты вести для него; если этот путь не очевиден, то расчеты вести для всех возможных путей, и на основании этих расчетов выбирать путь максимальной длины;

Концентратор

Концентратор (репитер)

C

D

B

Концентратор (репитер) Концентратор

(репитер)

E

A F

Рис. 3.1. Пример конфигурации сети Ethernet: A – сегмент кабеля 10BASE2; B, D – сегменты кабеля 10BASE5; C, E – сегменты кабеля

10BASE-FL; F – сегмент кабеля 10BASE-T