9. Организация и технологии компьютерных сетей.

Архитектура взаимодействия открытых систем ISO/OSI. Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается инфо, сформи­рована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization).

ISO предназначена для разработки модели международного комму­никационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems In­terconnection (OSI)). Эта модель явля­ется международным стандартом для передачи данных. Модель содержит семь отдельных уровней: уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации; уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде; уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных; уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процес­сов; уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными про­цессами; уровень 6: представление данных - интерпретация передаваемых данных; уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными. Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится кон­кретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи дан­ных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют про­токолом. Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычис­лительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей. С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с админи­стративными функциями, выполняющимися в пользова­тельском прикладном уровне. Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от прием­ника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные переда­ются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень. На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надоб­ности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока инфо не будет передана в пользо­вательский прикладной уровень. Уровень 1. Физический. На физическом уровне определяются электрические, механические, функ­циональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней экс­плуатационная готовность явля­ются основной функцией 1-го уровня. В качестве среды передачи данных исполь­зуют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коакси­аль­ный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию. Уровень 2. Канальный. Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уров­нем, так на­зываемые "кадры" последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхро­низация, обнаружение и исправле­ние ошибок. Уровень 3. Сетевой. Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сете­вого адреса в пакете. Уровень 4. Транспортный. Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Уровень 5. Сеансовый. Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу имеющихся в распоряжении данных. Уровень 6. Представления данных. На этом уровне происходит преоб­разование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или фор­мат для печатающих устройств оконечной системы. Уровень 7. Прикладной. В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользовате­лей уже пе­реработанную инфо. Компоненты компьютерных сетей. Сеть в полной мере появляется лишь тогда, когда имеется два и более альтернативных пути передачи информации. Именно поэтому сети часто изображаются в виде облака, для которого существенно лишь то, в какие места и с каким адресом мы подключаемся к «облаку», а все процессы по передаче внутри облака – внутренние проблемы сети. Каждая из ЭВМ выполняет некоторое приложение конечного пользователя (ПКП). В качестве ПКП могут выступать программа, пакет программ или файл данных. Небольшая компьютерная сеть, работающая в пределах одного помещения или предприятия, называется локальной. Простейшие локальные сети используются для обслуживания рабочих групп. Один из компьютеров объявляется главным компьютером сети, его называют файловым сервером сети. Файловый сервер – специальный компьютер локальной сети, выделенный для выполнения только сетевых операций. Все остальные компьютеры в сети называют рабочими станциями. Топология компьютерных сетей – конфигурация сети, или схема соединения объектов в сети. Топология сети – одна из важнейших ее характеристик. Существует «звездная» топология, «кольцевая», «шинная», или «древовидная». Технологии компьютерных сетей: 1) Многие организации, фирмы отличаются большой территориальной рассредоточенностью своих подразделений, что особенно характерно для нашей огромной страны. Если ПЭВМ этих подразделений включены в единую сеть, то у них появляется возможность общения и связи независимо от расстояния между ними. 2) Объединение ЭВМ предприятия в единую сеть позволяет осуществить общий доступ к БД или оборудованию. 3) Использование сетей ЭВМ позволяет создать достаточно гибкую рабочую среду. Так, сотрудники фирмы, используя ПЭВМ, подключенные к сети ЭВМ своего учреждения при помощи процедуры «удаленного доступа», могут работать дома или находясь в командировке в другом городе. 4) Ранее в России сотрудник любого города для получения серьезных данных вынужден был вылетать в Москву, непосредственно обращаться, например, в библиотеку им. В.И. Ленина, ВИНИТИ и т.д. Беспроводные компьютерные сети. В них инфо между ЭВМ передается в СВЧ-диапазоне либо с помощью инфракрасных лучей. В первом случае пользователи сети могут располагаться на значительном удалении друг от друга. Недостатком этого способа является наличие помех, создаваемых другими источниками той же частоты, а также сложность защиты данных от несанкционированного доступа, поскольку передаваемые сообщения в таком случае может воспринимать любой приемник, настроенный на ту же частоту. Сети, использующие инфракрасное излучение, свободны от указанных недостатков, но ЭВМ-приемник и ЭВМ-передатчик должны находиться в пределах прямой видимости, т.е. в одной комнате. Бесконтактный способ связи целесообразен, например, при объединении в сеть портативных ЭВМ типа Notebook или при необходимости развернуть сеть в сжатые сроки в неприспособленном для этого помещении. Примерами подобных сетей являются сети AirLAN, Altair Plus. Отметим, что существуют ЛС, в которых роль каналов связи играет обычная электрическая сеть, например Carriernet. Положения сетевой передачи информации. В компьютерных и вообще коммуникационных сетях обычно передается цифровая инфо – данные. Они представляют собой числа и коды, передаваемые в определенные моменты времени электрическими сигналами – импульсами.

Различают синхронную и асинхронную последовательную передачу данных. При синхронной передаче данных моменты времени на передающем и приемном конце линии передачи строго фиксируются и распределены, как правило, равномерно. В сетях используются специальные устройства – синхронизаторы для обеспечения синхронной работы сетевых устройств. При асинхронной передаче данных эти моменты могут (но не обязательно) быть распределены произвольно. Для выделения он обычно имеет какой-то признак, например отличную от сигнальных импульсов длительность. Параллельная передача обеспечивает высокую скорость передачи данных, которая задается в битах в секунду (или байтах/с). Однако шина передачи при этом сложна, т.к. содержит большое число проводов – оно соответствует разрядности двоичных чисел. При последовательном способе передачи достаточно иметь только один сигнальный провод (надо помнить и об общем проводе). На практике высокая скорость передачи достигается в последовательном способе даже проще, чем в параллельном, за счет применения высокоскоростных одиночных линий на основе коаксиальных кабелей или световолокна (в световолокне луч света распространяется за счет многократных отражений от стенок). В зависимости от способа управления различают сети: «клиент-сервер» - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети специальные управляющие или обслуживающие функции, а остальные узлы – клиенты явл. терминальными, в них работают пользователи. Эти сети различаются по характеру распределения функций м-у сереврами, т.е. по типам серверов (файл-серверы, серверы БД); одноранговые – в них все узлы равноправны, т.к. в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером – объект, предоставляющий эти услуги. Каждый узел может выполнять функции и клиента и сервера. В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяются в сети, различают сети однотипных ЭВМ, назывемых однородными, и разнотипных – гетерогенные. Каналы передачи данных. Физическая среда передачи информации – основа всей сети. Основная характеристика канала связи – пропускная способность, Кабельные линии связи: представляют собой пучок проводов, заключенных в одну или несколько защитных трубок. В ЛС используются следующие виды каналов связи (канал связи – физическая среда и аппаратурные средства, осуществляющие передачу информации между узлами коммутации). 1) Витая пара – проводной канал связи, содержащий 2 пары скрученных попарно проводников. Обладает малой пропускной способностью (около 1 Мб/с). Однако витая пара так называемой 5-й категории обеспечивает скорость 10 Мб/с и даже до 100 Мб/с. Расстояние – до 150 м в 10м случае и до 80-90 м во 2-м. 2) Коаксиальный кабель (BNC) обладает средней пропускной способностью, однако он обеспечивает в 1,5 – 2 раза большую дальность по сравнению с витой парой. Без дополнительного усиления расстояние может быть до 180 – 200 м, а иногда и чуть более. 3) Оптоволоконный кабель обладает самой высокой пропускной способностью. В настоящее время по магистральным каналам из оптоволокна передают данные со скоростью до 40 Гб/с, и это не предел. 4) Существуют и беспроводные локальные сети. В зависимости от типа промежуточной аппаратуры каналы связи делятся на: аналоговые (промеж. аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, применяемых в телефонных сетях АТС для связи между собой) и цифровые (передаваемые сигналы имеют конечное число состояний). Исп. главным образом аналоговые каналы связи.