Глава 6. Компьютерные сети

Наконец, н а д е ж н о с т ь коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безот­казной работы. Вторая характеристика позволяет более эффективно оценить надежность системы.

Запомните! Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы — час.

Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть доста­точно большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов.

ЗВЕНЬЯ ДАННЫХ

Понятие звена данных

Пользователи вычислительных сетей работают с прикладными задачами, расположенными на абонентских ЭВМ, либо имеют доступ к сети с терминалов. Абонентские ЭВМ и тер­миналы объединяются понятием о к о н е ч н о е об ору д о в а н и е д а н н ы х (ООД). Для работы друг с другом абоненты вычислительной сети должны быть соединены каналом связи и между ними должно быть установлено логическое соединение.

Звено данных — два или более абонентов вычислительной сети, соеди­ненных каналом связи.

Задача коммуникационной сети — установить звено данных и обеспечить управление звеном данных при обмене информацией между абонентами сети. Существуют два типа звеньев данных: двухпунктовые, многопунктовые. В двухпунктовом звене данных к каждой точке канала связи подключена либо одна ЭВМ, либо один терминал (рис. 6.12).

В л/ н о г о пу н кто в ом звене данных к одной точке канала связи может быть под­ключено несколько ЭВМ или терминалов (рис. 6.13). Многопунктовое звено позволяет сэкономить на каналах связи, но требует в процессе установления связи между абонентами выполнения дополнительной процедуры идентификации абонента. В двухпунктовом звене эта процедура не нужна, так как один канал соединяет только двух абонентов.

61 к-ПММУНИКАЦИОННАЯ СРЕДА И ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ

управление звеньями данных

При организации взаимодействия между абонентами в звене данных необходимо решить проблему управления процессом обмена сообщениями.

Используются два основных режима управления в звеньях данных: режим подчи­нения, режим соперничества.

В режиме подчинения одна из ЭВМ, входящих в звено данных, имеет преиму­щество в установлении соединения. Эта ЭВМ обладает статусом центральной и иниции­рует прооцесс обмена сообщениями путем посылки другим абонентам управляющих последовательностей опроса.

Применяются два типа управляющих последовательностей. Если центральная ЭВМ хочет прочитать сообщения от другого абонента, то ему передается вначале управляющая последовательность опроса. Для организации такого режима управления звеном данных используются специальные списки опроса: либо циклический, либо открытый.

При работе с циклическим списком после опроса последнего абонента осущест­вляется автоматический переход к началу списка.

При работе с открытым списком опрос заканчивается на последнем абоненте из списка. Для перехода к началу списка необходимо выполнить дополнительную процедуру.

Режим подчинения удобен в сетях с централизованным управлением, прост в прог­раммной реализации и не создает в сети ситуации столкновения запросов — одновре­менной попытки установить связь со стороны двух абонентов. В то же время этот режим не удовлетворяет требованиям свойственного для сетей диалогового режима (посылка сооб­щений в любой момент времени любому абоненту).

Пример 6.6. С центральной ЭВМ соединены отдельными каналами связи перифе­рийные ЭВМ. Обмен информацией между абонентами сети осуществляется через центральную ЭВМ, которая периодически опрашивает их для получения сообщений или передает им свои сообщения. В каждый отдельный момент времени устанавли­вается двухпунктовое звено данных — "центральная ЭВМ — периферийная ЭВМ".

В сетях типичным режимом управления в звеньях данных является режим сопер­ничеств а. Он предусматривает для всех абонентов равный статус в инициативе начала обмена сообщениями. Таким образом обеспечивается высокая оперативность работы, но возникает проблема столкновения запросов в передающей среде. Если два абонента сети пытаются одновременно установить связь друг с другом, то происходит столкновение за­просов. Эту ситуацию необходимо каким-то образом разрешить. В сетях с такой дисципли­ной управления в звеньях данных вначале производится сброс состояния запроса на обеих ЭВМ, а затем посылаются повторные запросы, но с разной временной задержкой для каж­дого абонента.

Для локальных вычислительных сетей основным режимом управления в звеньях Данных является режим соперничества.

Основные формы взаимодействия абонентских ЭВМ

амое существенное в работе вычислительной сети — определение набора функций, Доступных ее абоненту.

Как как пользователи сети работают в определенных предметных областях и ис-исльзуют сеть для решения своих прикладных задач, напомним, что такое процесс, и определим понятие прикладной процесс.

218

гллвл 6. компьютерные; сити

Процесс — некоторая последовательность действий для решения задачи" определяемая программой. '

Прикладной процесс — некоторое приложение пользователя, реализовав ное в прикладной программе.

Отсюда следует, что взаимодействие абонентских ЭВМ в сети можно рассматривать как взаимодействие прикладных процессов конечных пользователей через коммуникаци­онную сеть.

Коммуникационная сеть обеспечивает физическое соединение между абонентскими ЭВМ — передачу сообщений по каналам связи. Для того чтобы могли взаимодействовать процессы, между ними должна существовать и логическая связь (процессы должны быть инициированы, файлы данных открыты).

Анализ работы вычислительных сетей позволяет установить следующие формы взаи­модействия между абонентскими ЭВМ:

терминал — удаленный процесс;

терминал — доступ к удаленному файлу;

терминал — доступ к удаленной базе данных;

терминал — терминал;

электронная почта.

Взаимодействие т е р м и н а л — у с) а л е н н ы й п р о ц е с с предусматривает обра­щение с терминала одной из абонентских ЭВМ к процессу, находящемуся на другой або­нентской ЭВМ сети. При этом устанавливается логическая связь с процессом и проводится сеанс работы с ним. Можно запустить удаленный процесс, получить результаты обработки данных этим процессом. Возможна также работа в режиме консоли — трансляция команд сетевой операционной системы на удаленную ЭВМ.

При взаимодействии терминал — доступ к удаленному файлу можно открыть удаленный файл, модифицировать его или произвести транспортировку этого файла на любое внешнее устройство абонентской ЭВМ для дальнейшей работы с ним в локальном режиме.

Работа в режиме терминал — доступ к удаленной базе данных аналогична преды­дущей форме взаимодействия. Только в этом случае производится работа с базой данных в ее полном объеме в соответствии с правами доступа, которыми обладает данный пользо­ватель вычислительной сети.

Взаимодействие т ерм и и ал — т ерм и н ал предусматривает обмен сообщениями между абонентами сети в диалоговом режиме. Сообщения могут посылаться как отдель­ным абонентам, так и группам абонентов сети. Длина сообщения не должна превышать не­которой установленной для данной сети величины (обычно — строка на экране терминала).

Форма взаимодействия э л с к т р о н н а я п о ч т а в последнее время стала очень рас­пространенной. Каждый абонент имеет на своей ЭВМ "почтовый ящик". Это специальный файл, в который записываются все поступающие в его адрес сообщения. Конечный пользо­ватель может проверять в начале работы свой "почтовый ящик", выводить сообщения на печать и передавать сообщения в адрес других абонентов вычислительной сети.

Структурная схема, иллюстрирующая основные формы взаимодействия между або­нентскими ЭВМ в сети, приведена на рис. 6.14.

Примечание. Понятие термина.!, используемое при изложении материала тгого раздела, включает в себя и конечного пользователя абонентской ЭВМ, гак как доступ к сети без терминала для него невозможен, без пользователя теряет смысл само существование сети.

219

6.2. АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Эталонные модели взаимодействия систем Протоколы компьютерной сети

ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ

Модель взаимодействия открытых систем

Для определения задач, поставленных перед сложным объектом, а также для выделения главных характеристик и параметров, которыми он должен обладать, создаются общие модели таких объектов. Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

Архитектура вычислительной сети — описание ее общей модели.

Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных про­дуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения МОС разработала модель архитектуры открытых систем.

Открытая система — система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Предложенная модель архитектуры открытых систем служит базой для производи­телей при разработке совместимого сетевого оборудования. Эта модель не является неким физическим телом, отдельные элементы которого можно осязать. Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

В настоящее время модель взаимодействия открытых систем (ВОС) является наибо­лее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель рассматривает общие функции, а не специальные решения, поэтому не все реальные сети абсолютно точно ей следуют. Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней (рис. 6.15).

7-й уровень — при клади о й — обеспечивает поддержку прикладных процес­сов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реали­зуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вы­несены некоторые задачи сетевой операционной системы.

6-й уровень — предстаем т ел ъ н ы й — определяет синтаксис данных в мо­дели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и фор­матах, принятых в данной системе. В некоторых системах этот уровень может быть объединен с прикладным.

5-й уровень — сеансовый — реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет воз­можность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи.

Три верхних уровня объединяются под общим названием — процесс или прикладной процесс. Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы.

4-й уровень — тр а н с п орт и ы й — обеспечивает интерфейс между процес­сами и сетью. Он устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов, которыми обмениваются процессы. Логические каналы, устанавливаемые транспортным уровнем, называются транспорт­ными каналами.

Пакет -— группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу.

3-й уровень — се т е в о й — определяет интерфейс оконечного оборудования данных пользователя с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями — реализует межсетевое взаимодействие.

- АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

221

Рис. 6.16. Обработка сообщений уровнями модели ВОС

Примечание. В технике коммуникаций используется термин оконечное оборудование данных. Он определяет любую аппаратуру, подключенную к каналу связи, в системе обработки данных (компьютер, терминал, специальная аппаратура).

2-й уровень — канальный — уровень звена данных — реализует процесс пе­редачи информации по информационному каналу. Информационный канал — логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом. Каналь­ный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упако­вываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных.

1-й уровень — физический — выполняет все необходимые процедуры в ка­нале связи. Его основная задача — управление аппаратурой передачи данных и подключен­ным к ней каналом связи.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка Уровнями модели взаимодействия открытых систем (рис. 6.16). Смысл этой обработки зак­лючается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголо­вок — служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик — контрольную последовательность, которая используется для проверки пра­вильности приема сообщения из коммуникационной сети.

Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками и концевиком, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентские ЭВМ вычисли­тельной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрирует адреса и оп­ределяет, предназначено ли ей данное сообщение.

?^^^f

222