В распределенных сетях компонентами служат не отдельные компьютеры а отдельные локальные сети
Основными компонентами сети являются компьютеры (включая необходимые периферийные устройства), сетевое программное обеспечение и средства коммуникаций.
Все компьютеры, объединенные в сеть, делятся на основные и вспомогательные. Основные – это абонентские ПЭВМ (клиенты). Они выполняют все необходимые информационно-вычислительные работы и определяют ресурсы сети. Вспомогательные ЭВМ (серверы) служат для преобразования и передачи информации от одной ЭВМ к другой по каналам связи и коммутационным машинам (host-ЭВМ). Host-ЭВМ - это компьютеры, установленные в узлах сети и решающие вопросы коммутации в сети. К качеству и мощности серверов предъявляются повышенные требования, а в роли хост-машины могут выступать любые ПЭВМ.
Серверы в сети часто специализируются. Специализированные серверы используются для устранения наиболее узких мест в работе вычислительной сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтерами, плоттерами) и др.
Сервер - выделенный для обработки запросов клиентов вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный сервер часто называют сервером приложений.
Файл-сервер (File Server) используется для работы с файлами данных, имеет объемные дисковые запоминающие устройства (часто на отказоустойчивых дисковых массивах).
Архивационный сервер (сервер резервного копирования) служит для резервного копирования информации в крупных многосерверных сетях, использует накопители на магнитной ленте (стриммеры) со сменными картриджами и обычно выполняет ежедневное автоматическое архивирование со сжатием информации с серверов и рабочих станций по сценарию, заданному администратором сети (с составлением каталога архива).
Факс-сервер (Net SatisFaxiori) - выделенный компьютер для организации эффективной многоадресной факсимильной связи с системой защиты информации от несанкционированного доступа в процессе передачи и системой хранения электронных факсов.
Почтовый сервер (Mail Server) - то же, что и факс-сервер, но для организации работы электронной почты. На таком сервере хранятся электронные почтовые ящики.
Сервер печати (Print Servert) предназначен для эффективного использования системных принтеров.
Коммутационная сеть (см. рис. 3.1) образуется множеством серверов и host-ЭВМ, соединенных физическими каналами связи, которые называют магистральными. В качестве магистральных каналов используют кабели типа "витая пара", коаксиальные и оптоволоконные кабели. В качестве магистральных в компьютерных сетях могут также использоваться телефонные и спутниковые каналы связи. Кроме кабелей в состав средств коммуникаций входит специализированное сетевое оборудование.
Важнейшей характеристикой локальной вычислительной сети является топология, определяемая способом объединения компьютеров в сеть. В современных ЛВС используются несколько топологических структур сетей: шинная, звездообразная, кольцевая и многосвязная (некоторое сочетание перечисленных структур). Топология "звезда" предполагает, что каждый компьютер подключен с помощью отдельного кабеля к объединяющему устройству. Топология "общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которому подключены все компьютеры сети. В топологии "кольцо" данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете.
Различают два уровня топологии - физический и логический. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической - структура маршрутов потоков данных между узлами. Физическая и логическая топологии не всегда совпадают.
Помимо адаптеров, модемов и коммуникационных кабелей в состав коммуникационного оборудования компьютерной сети могут входить и другие технические устройства. Устройство связи, позволяющее соединять ЛВС с одинаковыми и разными системами сигналов, называется мостом. Устройство связи, аналогичное мосту (маршрутизатор), выполняет передачу пакетов в соответствии с определенными протоколами, обеспечивает соединение ЛВС на сетевом уровне. Шлюз - устройство соединения ЛВС с глобальной сетью.
Сетевое ПО включает несколько типов программных приложений. Клиент- приложение, посылающее запрос к серверу. Оно отвечает за обработку, вывод информации и передачу запросов серверу. Сервер - виртуальная ЭВМ, выполняющая функции по обслуживанию клиента и распределяющая ресурсы системы: совместно используемые несколькими пользователями принтеры, базы данных, программы, внешнюю память и др. Сетевой сервер поддерживает выполнение функций сетевой операционной системы. Сервер баз данных обеспечивает обработку запросов к базам данных в многопользовательских системах. Он является средством решения сетевых задач, в которых локальные сети используются для совместной обработки данных, а не просто для организации коллективного использования удаленных внешних устройств.
К сетям, как и к отдельным персональным компьютерам, приложимо понятие "архитектура", под которой понимается конструирование сложных объединений ПК, предоставляющих пользователям широкий набор различных информационных ресурсов. Архитектура сетей имеет на6op характеристик.
Открытость. Заключается в обеспечении возможности подключения в контур сети любых типов современных персональных компьютеров.
Ресурсы. Значимость и ценность сети должны определяться набором хранимых в ней знаний, данных и способностью технических средств оперативно их представлять либо обрабатывать.
Динамичность. Заключается в минимизации времени отклика сети на запрос пользователя.
Интерфейс. Предполагается, что сеть обеспечивает широкий набор сервисных функции по обслуживанию пользователя и предоставлению ему запрашиваемых информационных ресурсов.
Автономность. Понимается как возможность независимой работы сетей различных уровней.
Коммуникации. К ним предъявляются особые требования, связанные с обеспечением четкого взаимодействия ПК по любой принятой пользователем конфигурации сети. Сеть обеспечивает защиту данных от несанкционированного доступа, автоматическое восстановление работоспособности при аварийных сбоях, высокую достоверность передаваемой информации и вычислительных процедур.
Процесс взаимодействия взаимосвязанных и взаимовлияющих рыночных субъектов называется коммуникацией.
Существует достаточное число определений понятия «коммуникация», но в основном они сводятся к следующему. Во-первых, коммуникация – это процесс передачи информации, а во-вторых, – процесс, посредством которого некоторая идея передаётся от источника к получателю с целью изменить поведение этого получателя. Таким образом, основная цель коммуникации заключается в убеждении, контроле и общении.
Технология – это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям.
Информационная технология (а телекоммуникационная технология относится к информационным) – это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоёмкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.
Телекоммуникационные технологии АИС
телекоммуникационная технология топология сеть
Идея расширения функциональных возможностей и масштабов реализации АИС привели к созданию так называемых телекоммуникационных технологий, основанных на организации сетевого взаимодействия вычислительных ресурсов ЭВМ. Сеть ЭВМ – это совокупность технических, программных и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов.
В структурном плане сеть ЭВМ состоит из двух основных элементов, взаимодействующих между собой, – сервера и рабочих станций. В роли сервера выступает центральная ЭВМ (хост-ЭВМ) – узел сети. Сервер располагает и управляет использованием разделяемых ресурсов – БД, внешней памяти, принтеров и др. Рабочие (клиентские) станции представляют собой профессиональные ЭВМ, предназначенные для работы пользователей в интерактивном режиме с центральной ЭВМ. Это могут быть АРМ, имеющие скромные по сравнению с центральной ЭВМ вычислительные и информационные ресурсы.
В организации сетевого обмена данными существует несколько схем взаимодействия рабочих станций и сервера. В схеме «клиент – сервер» рабочая станция (клиент) получает от сервера те функции и те ресурсы, которые необходимы клиенту для решения его задачи. В подобных случаях состав и объём ресурсов обычно обусловлены содержанием запроса клиента к серверу. Это могут быть прикладные программы, сервис печати документов, файлы, которые соответствуют условию, указанному в запросе. Подобная схема широко используется в современных локальных вычислительных сетях. Схема «файл – сервер» представляет собой многопользовательскую систему управления данными. Здесь данные размещаются централизованно, в одном узле вычислительной сети под управлением сервера, а СУБД и другие программные ресурсы имеются на каждой рабочей станции. СУБД ведёт обработку данных, а сервер выполняет роль управляющей программы (драйвера) магнитного диска, на котором хранятся БД.
Значительное место в сетевом обмене принадлежит серверам БД. К числу основных функций сервера БД относятся: организация размещения данных на магнитных носителях, хранение БД, обеспечение доступа пользователей к БД, поддержка БД в актуальном состоянии, реорганизация БД и др.
Несколько сложнее поддерживать актуальность распределённых БД. Здесь применяется приём репликации. Репликация – это процесс синхронного приведения данных нескольких распределённых БД в идентичное состояние. Задача репликации возникает тогда, когда несколько пользователей, работая с набором распределённых БД, вносят свои коррективы в соответствующие БД. Для обеспечения непротиворечивости необходимо синхронно проводить корректировки по всей структуре распределённых БД.
В организации ведения распределённых БД существует несколько видов репликации. По уровню распространения различают одностороннюю и многостороннюю репликации. При односторонней репликации данные изменяются только в одной БД, а в других данные не изменяются. При многосторонней репликации данные корректируются во всех БД. По времени проведения можно выделить репликации реального времени и отложенные репликации. Репликации реального времени выполняются непосредственно после изменения состояния объектов. Отложенные репликации выполняются по определённому условию или событию, например, пункту в графике администратора БД.
Сетевая технология обеспечивает:
• построение распределённых хранилищ информации;
• расширение перечня решаемых задач по обработке информации;
• повышение надёжности АИС за счёт дублирования работы набора ЭВМ;
• создание новых видов задач и услуг в направлении информационного взаимодействия, например, электронной почты;
• снижение стоимости обработки информации.
В общем случае структура сетевой технологии должна обладать совокупностью определённых свойств, к ним относятся:
• открытость – возможность включения в сеть дополнительных модификаций современных ЭВМ и других сетевых устройств;
• ресурсоёмкость – способность технических и аппаратных средств хранить, оперативно обрабатывать и представлять широкий набор данных;
• динамичность – минимизация времени ответа ЭВМ сети на запрос пользователя;
• эргономичность – развитый интерфейс по взаимодействию с ЭВМ, широкий набор сервисных функций по информационному обеспечению пользователя и создание адекватной ему информационной среды;
• автономность – относительно независимая работа сетей различных уровней;
• адаптивность – обеспечение совместимости и взаимодействия технических и программных средств при изменении требований надсистемы и изменении конфигурации сети;
• самоорганизация – защита данных от несанкционированного доступа, автоматическое восстановление работоспособности в случае аварийных сбоев, высокая достоверность передаваемой информации.
Вычислительные сети принято подразделять на два класса – ЛВС и ГВС. Локальная вычислительная сеть – это распределённая вычислительная система, в которой передача данных между компьютерами проводится на небольшие расстояния в пределах одного здания или нескольких зданий одной организации. ЛВС требует минимум специальных устройств, достаточно электрического соединения компьютеров с помощью кабелей и разъёмов. Так как электрический сигнал при передаче по кабелю ослабевает (уменьшается его мощность) тем сильнее, чем протяжённее кабель, то, естественно, длина проводов, соединяющих компьютеры, ограничена. По этой причине ЛВС объединяют компьютеры, локализованные на весьма ограниченном пространстве. Обычно длина кабеля, по которому передаются данные между компьютерами, не должна превышать 1 км. Указанные ограничения обусловливают расположение компьютеров ЛВС в одном здании или в рядом стоящих зданиях. Обычно службы управления предприятий так и расположены, что и определило широкое использование в них ЛВС для реализации процессов обмена. Вместе с тем при построении определенных ЛВС применяются и дополнительные устройства, в частности репитеры, усиливающие сигналы в канале связи, и др.
ГВС объединяют ресурсы компьютеров, расположенных на значительном удалении. Глобальная вычислительная сеть – это распределённая сеть ЭВМ, имеющая развитый состав технических устройств, расположенных на межматериковом географическом пространстве. При создании ГВС необходимо применение специальных устройств, позволяющих передавать данные без искажения и по назначению. Эти устройства коммутируют (соединяют, переключают) между собой компьютеры сети и, в зависимости от её конфигурации, могут быть как пассивными коммутаторами, соединяющими кабели, так и достаточно мощными ЭВМ, выполняющими логические функции выбора наименьших маршрутов передачи данных. В ГВС, помимо кабельных линий, применяют и другие среды передачи данных. Большие расстояния, через которые передаются данные в глобальных сетях, требуют особого внимания к процедуре передачи цифровой информации с тем, чтобы посланные в сети данные дошли до компьютера-получателя в полном и неискажённом виде. В глобальных сетях компьютеры отделены друг от друга расстоянием не менее 1 км и объединяют ресурсные возможности компьютеров в рамках определённой территории.
Отдельные ЛВС и ГВС могут объединяться, и тогда возникает сложная сеть, которую называют распределённой. Таким образом, в общем виде вычислительные сети представляют собой систему компьютеров, объединённых линиями связи и специальными устройствами, позволяющими передавать без искажения и перенаправлять потоки данных между компьютерами. Линии связи вместе с устройствами передачи и приёма данных называют каналами связи, а устройства, производящие переключение потоков данных в сети, можно определить общим названием – узлы коммутации.
Топология вычислительных сетей
Важнейшей характеристикой сети является топология. Она определяет способ соединения ЭВМ в сети. Различают два вида топологии – физическую и логическую. Физическая топология – это реальная схема соединения технических устройств сети посредством каналов связи. Логическая топология – это установленная схема потоков данных между техническими устройствами сети. Термин «топология сетей» характеризует физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети.
Построение топологии ЛВС выполняется по нескольким топологическим структурам. Базовыми топологиями являются: звездообразная – «звезда», кольцевая – «кольцо», магистральная – «шина». На основе этих структур могут быть построены более сложные, разветвлённые и многосвязные сети.
Топология «звезда» характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом коммутации (ЦУК) (рис. 1).
Рис. 1. Звездообразная топология сети
Достоинство подобной структуры в экономичности и удобстве с точки зрения организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии можно назвать низкую надёжность – при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть.
Кольцевая топология характерна тем, что компьютеры в этой сети подключаются к повторителям (репитерам) сигналов, связанным в однонаправленное кольцо (рис. 2).
Рис. 2. Кольцевая топология сети
К достоинствам кольцевых сетей относится равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость. К недостаткам следует отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации.
Магистральная топология («шина»), в локальных сетях применяется очень широко. Здесь все компьютеры подключены к единому каналу связи с помощью трансиверов (приёмопередатчиков) (рис. 3).
Рис. 3. Магистральная топология сети
С двух сторон канала имеются пассивные терминаторы, которые служат для поглощения передаваемых сигналов. От передающего компьютера данные направляются всем компьютерам сети, однако воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом ансамбле данных. Причём в каждый момент только один компьютер может вести передачу. Если один компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе остальных, что относится к достоинствам шинной топологии. Другие достоинства шины – высокая расширяемость и экономичность в организации каналов связи. Как недостаток расценивается уменьшение пропускной способности сети при значительных объёмах трафика – объёма передаваемых по сети данных.
В настоящее время часто используются топологии, основанные на сочетании достоинств и нивелировании недостатков базовых топологий – «звезда – шина», «звезда – кольцо». Топология «звезда – шина» чаще всего выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей. При топологии «звезда – кольцо» несколько звездообразных сетей соединяется своими центральными узлами коммутации в кольцо.
Развитие локальных и комбинированных топологий при условии удлинения линий связи приводит к необходимости их разделения и создания распределённых сетей. Это обусловливает особенности топологии ГВС. В распределённых сетях компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, или сегменты. Узлами коммутации таких сетей становятся активные концентраторы и мосты – устройства, обеспечивающие коммутацией линии связи неоднородного класса и усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты, кроме того, ещё и управляют потоками данных между сегментами сети.
При соединении удаленных на большие расстояния компьютеров или сетей используются каналы связи и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами и шлюзами. Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределённый магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными компонентами включаются устройства сопряжения. При подключении к магистральному каналу вычислительных сетей (например, мэйнфреймов), которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределённые сети, через маршрутизаторы подключенные к магистральному каналу. Таким образом, возникает ГВС, типовая топология которой приведена на рис. 4.
Сеть обмена данными
Рис. 4. Типовая топология ГВС: К – концентратор; Мст – мост; М – маршрутизатор; Ш – шлюз; У – устройство сопряжения
Глобальные сети могут объединяться между собой путём соединения через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой информационно-вычислительной сети. Эти сети относятся к классу открытых систем и создаются на основе эталонной модели.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.019)
5.9. Компьютерные сети
Системы, состоящие из двух и более компьютеров, разнесенных в пространстве и объединенных линиями связи, называют распределенными вычислительными системами или сетями ЭВМ. Именно в таких системах процесс обмена данными реализуется в наиболее полном виде и составляет основу функционирования открытых систем. Под открытыми системами в современном мире понимается концепция объединения с помощью процессов обмена данными информационного ресурса мирового сообщества. В более узком смысле - это информационно-вычислительные сети, к которым может подключиться через компьютер любой человек Земли, любая организация, корпорация, фирма и т.д. и воспользоваться информационными ресурсами этой системы или предложить ей свой информационный ресурс. Наиболее ярким представителем такой системы является мировая вычислительная сеть Интернет. Ее еще называют сеть сетей, так как она объединяет многие открытые системы (сети) на всех континентах нашей планеты.
Понятие вычислительных сетей. Распределенные вычислительные сис-темы (вычислительные сети) создаются в целях объединения информационных ресурсов нескольких компьютеров (под словом "несколько" понимается от двух до нескольких миллионов компьютеров). Ресурсы компьютера - это прежде всего память, в которой хранится информация, и производительность процессора (процессоров), определяющая скорость обработки данных. Поэтому в распределенных системах общая память и производительность системы как бы распределены между входящими в нее ЭВМ. Совместное использование общих ресурсов сети породило такие понятия и методы, как распределенные базы и банки данных, распределенная обработка данных. В концептуальном плане вычислительные сети, как и отдельные компьютеры, являются средством реализации информационных технологий и их процессов.
Вычислительные сети принято подразделять на два класса: локальные вычислительные сети (ЛВС) и глобальные вычислительные сети (ГВС).
Под локальной вычислительной сетью понимают распределенную вычис-лительную систему, в которой передача данных между компьютерами не тре-бует специальных устройств, а достаточно электрического соединения компью-теров с помощью кабелей и разъемов. Так как электрический сигнал ослабевает (уменьшается его мощность) при передаче по кабелю, и тем сильнее, чем про-тяженнее кабель, то, естественно, длина проводов, соединяющих компьютеры, ограничена. Поэтому ЛВС объединяют компьютеры, локализованные на весьма ограниченном пространстве. Обычно длина кабеля, по которому передаются данные между компьютерами, не должна превышать в лучшем случае 1 км. Указанные ограничения обусловили расположение компьютеров ЛВС в одном здании или в рядом стоящих зданиях. Обычно службы управления предприятий так и расположены, что и определило широкое использование в них для реализации процессов обмена локальных вычислительных сетей.
Глобальные сети объединяют ресурсы компьютеров, расположенных на значительном удалении, таком, что простым кабельным соединением не обойтись и приходится добавлять в межкомпьютерные соединения специальные устройства, позволяющие передавать данные без искажения и по назначению. Эти устройства коммутируют (соединяют, переключают) между собой компьютеры сети и в зависимости от ее конфигурации могут быть как пассивными коммутаторами, соединяющими кабели, так и достаточно мощными ЭВМ, выполняющими логические функции выбора наименьших маршрутов передачи данных. В глобальных вычислительных сетях, помимо кабельных линий, применяют и другие среды передачи данных. Большие расстояния, через которые передаются данные в глобальных сетях, требуют особого внимания к процедуре передачи цифровой информации с тем, чтобы посланные в сети данные дошли до компьютера-получателя в полном и неискаженном виде. В глобальных сетях компьютеры отдалены друг от друга на расстояние не менее 1 км и объединяют ресурсные возможности компьютеров в рамках района (округа) города или сельской местности, региона, страны и т.д.
Отдельные локальные и глобальные вычислительные сети могут объеди-няться, и тогда возникает сложная сеть, которую называют распределенной сетью.
Таким образом, в общем виде вычислительные сети представляют собой систему компьютеров, объединенных линиями связи и специальными устройствами, позволяющими передавать без искажения и переключать между компьютерами потоки данных. Линии связи вместе с устройствами передачи и приема данных называют каналами связи, а устройства, производящие переключение потоков данных в сети, можно определить одним общим названием -узлы коммутации.
Базовые топологии локальных компьютерных сетей. Термин тополо-гия сетей характеризует физическое расположение компьютеров, узлов комму-тации и каналов связи в сети.
Проблема синтеза структуры (топологии) сети является одной из важнейших, но до конца не решенной, в связи с чем при решении задач определения числа и взаимосвязи компонентов сети используются приближенные, эмпирические методы.
Все сети строятся на основе трех базовых топологий: "звезда" (star), "кольцо" (ring), "шина" (bus).
Топология звезда характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом (рис.5.39).
Достоинства подобной структуры состоят в экономичности и удобстве с точки зрения организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии является низкая надежность: при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть.
Рис. 5.39. Звездообразная топология сети.
В топологии кольцо компьютеры подключаются к повторителям (репитерам) сигналов, связанным в однонаправленное кольцо (рис.5.40).
Рис. 5.40. Кольцевая топология сети.
По методу доступа к каналу связи (среде передачи данных) различают два основных типа кольцевых сетей: маркерное и тактированное кольца.
Достоинствами кольцевых сетей являются равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость. К недостаткам можно отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации.
В топологии шина, широко применяемой в локальных сетях, все компьютеры подключены к единому каналу связи с помощью трансиверов (приемопередатчиков) (рис.5.41).
Рис. 5.41. Шинная топология сети.
В настоящее время часто используются топологии, комбинирующие базовые: "звезда-шина", "звезда-кольцо".
Рис. 5.42. Топология звезда – шина.
Топология звезда - шина чаше всего выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей (рис.5.42).
При топологии звезда - кольцо несколько звездообразных сетей соединяется своими центральными узлами коммутации в кольцо (рис.5.43).
Рис. 5.43. Топология звезда – кольцо.
Топология глобальной вычислительной сети. Расширение локальных сетей как базовых, так и комбинированных топологий из-за удлинения линий связи приводит к необходимости их расчленения и создания распределенных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, иногда называемые сегментами. Узлами коммутации таких сетей являются активные концентраторы (К) и мосты (Мет) - устройства, коммутирующие линии связи (в том числе разного типа) и одновременно усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты, кроме того, еще и управляют потоками данных между сегментами сети. При соединении компьютеров или сетей (локальных или распределенных), удаленных на большие расстояния, используются каналы связи и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами (М) и шлюзами (Ш). Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределенный магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными компонентами включаются устройства сопряжения (УС). При подключении к магистральному каналу вычислительных сетей (например, мэйнфреймов), которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределенные сети, через маршрутизаторы подключенные к магистральному каналу. Таким образом, возникает глобальная вычислительная сеть, типовая типология которой приведена на рис.5.44. Глобальные сети могут объединяться между собой путем соединения через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой (действительно глобальной) информационно-вычислительной сети.
Спецификация Ethernet – самая популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию шина, а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля - CSMA/CD (МДПН/ОС).
Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т.е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.
Сеть Ethernet имеет следующие характеристики:
• традиционная топология - линейная шина;
• другие топологии - звезда - шина;
• тип передачи - узкополосная;
• метод доступа - CSMA/CD;
• скорость передачи данных - 10 и 100 Мбит/с;
• кабельная система - тонкий и толстый коаксиальный, UTP (Unshielded Twisted-Pair - неэкранированная витая пара).
Ethernet разбивает данные на пакеты (кадры), формат которых отличается от формата пакетов, используемого в других сетях. Кадры представляют собой блоки информации, передаваемые как единое целое. Кадр Ethernet может иметь длину от 64 до 1518 байт, но сама структура кадра Ethernet использует по крайней мере 18 байт, поэтому размер блока данных в Ethernet - от 46 до 1500 байт. Каждый кадр содержит управляющую информацию и имеет общую с другими кадрами организацию.
Рис. 5.44. Типовая топология глобальной
Глобальная сеть Интернет. В настоящее время существует два созвуч-ных термина - internet и Internet (INTERNET - system of INTERconnected compu-ter NETworks).
Под internet понимают технологию обмена данными, основанную на использовании протоколов TCP/IP, а под Internet - глобальное сообщество мировых сетей, которые используют интернет для обмена данными. Internet (далее - Интернет) начинался аналогично большинству современных технологий как военная программа, направленная на повышение устойчивости системы обороны США.
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Существует достаточное число определений понятия «коммуникация», но в основном они сводятся к следующему. Во-первых, коммуникация - это процесс передачи информации, а во-вторых, - процесс, посредством которого некоторая идея передаётся от источника к получателю с целью изменить поведение этого получателя. Таким образом, основная цель коммуникации заключается в убеждении, контроле и общении.
Технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям.
Информационная технология (а телекоммуникационная технология относится к информационным) - это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоёмкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.
Идея расширения функциональных возможностей и масштабов реализации АИС привели к созданию так называемых телекоммуникационных технологий, основанных на организации сетевого взаимодействия вычислительных ресурсов ЭВМ. Сеть ЭВМ - это совокупность технических, программных и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов.
В структурном плане сеть ЭВМ состоит из двух основных элементов, взаимодействующих между собой, - сервера и рабочих станций. В роли сервера выступает центральная ЭВМ (хост-ЭВМ) - узел сети. Сервер располагает и управляет использованием разделяемых ресурсов - БД, внешней памяти, принтеров и др. Рабочие (клиентские) станции представляют собой профессиональные ЭВМ, предназначенные для работы пользователей в интерактивном режиме с центральной ЭВМ. Это могут быть АРМ, имеющие скромные по сравнению с центральной ЭВМ вычислительные и информационные ресурсы.
В организации сетевого обмена данными существует несколько схем взаимодействия рабочих станций и сервера. В схеме «клиент - сервер» рабочая станция (клиент) получает от сервера те функции и те ресурсы, которые необходимы клиенту для решения его задачи. В подобных случаях состав и объём ресурсов обычно обусловлены содержанием запроса клиента к серверу. Это могут быть прикладные программы, сервис печати документов, файлы, которые соответствуют условию, указанному в запросе. Подобная схема широко используется в современных локальных вычислительных сетях. Схема «файл - сервер» представляет собой многопользовательскую систему управления данными. Здесь данные размещаются централизованно, в одном узле вычислительной сети под управлением сервера, а СУБД и другие программные ресурсы имеются на каждой рабочей станции. СУБД ведёт обработку данных, а сервер выполняет роль управляющей программы (драйвера) магнитного диска, на котором хранятся БД.
Значительное место в сетевом обмене принадлежит серверам БД. К числу основных функций сервера БД относятся: организация размещения данных на магнитных носителях, хранение БД, обеспечение доступа пользователей к БД, поддержка БД в актуальном состоянии, реорганизация БД и др.
Несколько сложнее поддерживать актуальность распределённых БД. Здесь применяется приём репликации. Репликация - это процесс синхронного приведения данных нескольких распределённых БД в идентичное состояние. Задача репликации возникает тогда, когда несколько пользователей, работая с набором распределённых БД, вносят свои коррективы в соответствующие БД. Для обеспечения непротиворечивости необходимо синхронно проводить корректировки по всей структуре распределённых БД.
В организации ведения распределённых БД существует несколько видов репликации. По уровню распространения различают одностороннюю и многостороннюю репликации. При односторонней репликации данные изменяются только в одной БД, а в других данные не изменяются. При многосторонней репликации данные корректируются во всех БД. По времени проведения можно выделить репликации реального времени и отложенные репликации. Репликации реального времени выполняются непосредственно после изменения состояния объектов. Отложенные репликации выполняются по определённому условию или событию, например, пункту в графике администратора БД.
Сетевая технология обеспечивает:
* построение распределённых хранилищ информации;
* расширение перечня решаемых задач по обработке информации;
* повышение надёжности АИС за счёт дублирования работы набора ЭВМ;
* создание новых видов задач и услуг в направлении информационного взаимодействия, например, электронной почты;
* снижение стоимости обработки информации.
В общем случае структура сетевой технологии должна обладать совокупностью определённых свойств, к ним относятся:
* открытость - возможность включения в сеть дополнительных модификаций современных ЭВМ и других сетевых устройств;
* ресурсоёмкость - способность технических и аппаратных средств хранить, оперативно обрабатывать и представлять широкий набор данных;
* динамичность - минимизация времени ответа ЭВМ сети на запрос пользователя;
* эргономичность - развитый интерфейс по взаимодействию с ЭВМ, широкий набор сервисных функций по информационному обеспечению пользователя и создание адекватной ему информационной среды;
* автономность - относительно независимая работа сетей различных уровней;
* адаптивность - обеспечение совместимости и взаимодействия технических и программных средств при изменении требований надсистемы и изменении конфигурации сети;
* самоорганизация - защита данных от несанкционированного доступа, автоматическое восстановление работоспособности в случае аварийных сбоев, высокая достоверность передаваемой информации.
Вычислительные сети принято подразделять на два класса - ЛВС и ГВС. Локальная вычислительная сеть - это распределённая вычислительная система, в которой передача данных между компьютерами проводится на небольшие расстояния в пределах одного здания или нескольких зданий одной организации. ЛВС требует минимум специальных устройств, достаточно электрического соединения компьютеров с помощью кабелей и разъёмов. Так как электрический сигнал при передаче по кабелю ослабевает (уменьшается его мощность) тем сильнее, чем протяжённее кабель, то, естественно, длина проводов, соединяющих компьютеры, ограничена. По этой причине ЛВС объединяют компьютеры, локализованные на весьма ограниченном пространстве. Обычно длина кабеля, по которому передаются данные между компьютерами, не должна превышать 1 км. Указанные ограничения обусловливают расположение компьютеров ЛВС в одном здании или в рядом стоящих зданиях. Обычно службы управления предприятий так и расположены, что и определило широкое использование в них ЛВС для реализации процессов обмена. Вместе с тем при построении определенных ЛВС применяются и дополнительные устройства, в частности репитеры, усиливающие сигналы в канале связи, и др.
ГВС объединяют ресурсы компьютеров, расположенных на значительном удалении. Глобальная вычислительная сеть - это распределённая сеть ЭВМ, имеющая развитый состав технических устройств, расположенных на межматериковом географическом пространстве. При создании ГВС необходимо применение специальных устройств, позволяющих передавать данные без искажения и по назначению. Эти устройства коммутируют (соединяют, переключают) между собой компьютеры сети и, в зависимости от её конфигурации, могут быть как пассивными коммутаторами, соединяющими кабели, так и достаточно мощными ЭВМ, выполняющими логические функции выбора наименьших маршрутов передачи данных. В ГВС, помимо кабельных линий, применяют и другие среды передачи данных. Большие расстояния, через которые передаются данные в глобальных сетях, требуют особого внимания к процедуре передачи цифровой информации с тем, чтобы посланные в сети данные дошли до компьютера-получателя в полном и неискажённом виде. В глобальных сетях компьютеры отделены друг от друга расстоянием не менее 1 км и объединяют ресурсные возможности компьютеров в рамках определённой территории.
Отдельные ЛВС и ГВС могут объединяться, и тогда возникает сложная сеть, которую называют распределённой. Таким образом, в общем виде вычислительные сети представляют собой систему компьютеров, объединённых линиями связи и специальными устройствами, позволяющими передавать без искажения и перенаправлять потоки данных между компьютерами. Линии связи вместе с устройствами передачи и приёма данных называют каналами связи, а устройства, производящие переключение потоков данных в сети, можно определить общим названием - узлы коммутации.
Важнейшей характеристикой сети является топология. Она определяет способ соединения ЭВМ в сети. Различают два вида топологии - физическую и логическую. Физическая топология - это реальная схема соединения технических устройств сети посредством каналов связи. Логическая топология - это установленная схема потоков данных между техническими устройствами сети. Термин «топология сетей» характеризует физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети.
Построение топологии ЛВС выполняется по нескольким топологическим структурам. Базовыми топологиями являются: звездообразная - «звезда», кольцевая - «кольцо», магистральная - «шина». На основе этих структур могут быть построены более сложные, разветвлённые и многосвязные сети.
Топология «звезда» характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом коммутации (ЦУК). Звездообразная топология сети. Достоинство подобной структуры в экономичности и удобстве с точки зрения организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии можно назвать низкую надёжность - при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть.
К достоинствам кольцевых сетей относится равенство компьютеров по доступу к сети и высокая расширяемость. К недостаткам следует отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации.
Магистральная топология («шина»), в локальных сетях применяется очень широко. Здесь все компьютеры подключены к единому каналу связи с помощью трансиверов (приёмопередатчиков) Магистральная топология сети. С двух сторон канала имеются пассивные терминаторы, которые служат для поглощения передаваемых сигналов. От передающего компьютера данные направляются всем компьютерам сети, однако воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом ансамбле данных. Причём в каждый момент только один компьютер может вести передачу. Если один компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе остальных, что относится к достоинствам шинной топологии. Другие достоинства шины - высокая расширяемость и экономичность в организации каналов связи. Как недостаток расценивается уменьшение пропускной способности сети при значительных объёмах трафика - объёма передаваемых по сети данных.
В настоящее время часто используются топологии, основанные на сочетании достоинств и нивелировании недостатков базовых топологий - «звезда - шина», «звезда - кольцо». Топология «звезда - шина» чаще всего выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей. При топологии «звезда - кольцо» несколько звездообразных сетей соединяется своими центральными узлами коммутации в кольцо.
Развитие локальных и комбинированных топологий при условии удлинения линий связи приводит к необходимости их разделения и создания распределённых сетей. Это обусловливает особенности топологии ГВС. В распределённых сетях компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, или сегменты. Узлами коммутации таких сетей становятся активные концентраторы и мосты - устройства, обеспечивающие коммутацией линии связи неоднородного класса и усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты, кроме того, ещё и управляют потоками данных между сегментами сети.
При соединении удаленных на большие расстояния компьютеров или сетей используются каналы связи и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами и шлюзами. Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределённый магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными компонентами включаются устройства сопряжения. При подключении к магистральному каналу вычислительных сетей (например, мэйнфреймов), которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределённые сети, через маршрутизаторы подключенные к магистральному каналу. Таким образом, возникает ГВС, типовая топология. Типовая топология ГВС: К - концентратор; Мст - мост; М - маршрутизатор; Ш - шлюз; У - устройство сопряжения. Глобальные сети могут объединяться между собой путём соединения через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой информационно-вычислительной сети. Эти сети относятся к классу открытых систем и создаются на основе эталонной модели.
Базовая эталонная модель (OSI - Open System Interconnection) - стандарт 7498 ISO. Модель OSI можно назвать гибкой в том смысле, что она допускает эволюцию сетей в зависимости от развития теории и новых технических достижений, а также обеспечивает постепенность перехода от существующих реалий к новым стандартам. Основное понятие модели - система. Система - автономная совокупность вычислительных средств, осуществляющих обработку данных прикладных задач пользователей.
Прикладной процесс, реализующий определённую задачу пользователя - важнейший компонент системы, обеспечивающий обработку информации. Роль прикладного процесса в системе выполняет человек-оператор, программа или группа программ. Основная задача сети состоит в обеспечении взаимодействия прикладных процессов, проходящих в различных системах. При этом система считается открытой, если она выполняет стандартное множество функций взаимодействия, принятое в сети.
Область взаимодействия открытых систем определяется последовательно-параллельными группами функций или модулями взаимодействия, реализуемыми программными или аппаратными средствами. Модули, образующие область взаимодействия прикладных процессов и физических средств соединения, делятся на семь иерархических уровней. Каждый из них выполняет определённую функциональную задачу (табл. 1). В системе передачи физический, канальный и сетевой уровни вместе с прикладными процессами образуют область обработки данных, реализующих информационные процессы, выполняемые в системе. Процессы этой области используют сервис по транспортировке данных транспортного уровня, который осуществляет процедуры передачи информации от системы-отправителя к системе-адресату. Транспортный, сеансовый, представительный и прикладной уровни образуют область передачи данных между множеством взаимодействующих систем, реализуют коммуникационные процессы по транспортировке данных. Протоколы ОС сети реализуют единый интерфейс между ОС разнотипных ЭВМ. Основополагающим в этом случае становится принцип виртуальности, определяющий общность процессов через виртуальный терминал, виртуальный файл, виртуальное задание и т. д.
Существенно для прикладных процессов включение в систему обмена таких каналов связи, которые оптимизируют время прохождения данных. Важной здесь становится также и реализация взаимодействия процессов удалённых ЭВМ с управляющими блоками сети. В логическом отношении единую ОС должен образовывать набор программных и аппаратных протоколов информационного обмена и процедур, осуществляющих интерфейс управляющих сигналов и данных сети, вне зависимости от способа и места их реализации.
Таблица 1 - Характеристика уровней взаимодействия открытых систем
Основные задачи и реализуемые функции
Сопряжение физического канала. Установление, поддержка и разъединение физического канала
Расширение локальных сетей как базовых, так и комбинированных топологий из-за удлинения линий связи приводит к необходимости их расчленения и создания распределенных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, иногда называемые сегментами [31].
Узлами коммутации таких сетей являются активные концентраторы (К) и мосты (Мст) — устройства, коммутирующие линии связи (в том числе разного типа) и одновременно усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты, кроме того, еще и управляют потоками данных между сегментами сети.
При соединении компьютеров или сетей (локальных или распределенных), удаленных на большие расстояния, используются каналы связи и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами (М) и шлюзами (Ш). Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределенный магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными абонентами включаются устройства сопряжения (УС). Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределенные сети, подключенные через маршрутизаторы к магистральному каналу. При подключении к магистральному каналу вычислительных сетей (например, мейнфреймов), которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Таким образом возникает глобальная вычислительная сеть, типовая топология которой приведена на рис. 6.6.
- БАЗОВАЯ ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ
Координация разработок сетей осуществляется на основе базовой эталонной модели OSI (Open System Interconnection), являющейся стандартом 7498 Международной организации стандартов (ISO — International Organization for Standardization). Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем — ВОС (рис. 6.7) является гибкой в том смысле, что допускает эволюцию сетей в зависимости от развития теории и новых технических достижений, а также обеспечивает постепенность перехода от существующих реализаций к новым стандартам.
Основным понятием модели является система — автономная совокупность вычислительных средств, осуществляющих обра-
Компьютер А Компьютер В
ботку данных прикладных процессов пользователей. Прикладной процесс — важнейший компонент системы, обеспечивающий обработку информации. Роль прикладного процесса в системе выполняет человек-оператор, программа или группа программ. Основная задача сети состоит в обеспечении взаимодействия прикладных процессов, расположенных в различных системах. При этом система считается открытой, если она выполняет стандартное множество функций взаимодействия, принятое в сети.
Область взаимодействия открытых систем определяется последовательно-параллельными группами функций, или модулями взаимодействия, реализуемыми программными или аппаратными средствами. Модули, образующие область взаимодействия прикладных процессов и физических средств соединения, делятся на семь иерархических уровней. Каждый из них выполняет определенную функциональную задачу (табл. 6.1).
Три верхних уровня (прикладной, представительный и сеансовый) вместе с прикладными процессами образуют область обработки данных, реализующих информационные процессы, выполняемые в системах. Процессы этой области используют сервис по транспортировке данных четвертого уровня, который осуществляет процедуры передачи информации от системы-отправителя к системе-адресату.
Три нижних уровня (сетевой, канальный и физический) образуют область передачи данных между множеством взаимодействующих систем, реализуют коммуникационные процессы по транспортировке данных.
Протоколы операционной системы сети реализуют интерфейс между операционными системами разнотипных ЭВМ. Основополагающим в этом случае является принцип виртуальности, определяющий общность процессов через виртуальный терминал, виртуальный файл, виртуальное задание и т.д. Существенным для прикладных процессов здесь является включение в систему обмена каналов связи, увеличивающих время реакции, а также реализация взаимодействия процессов удаленных ЭВМ с управляющими системами сети.
Совокупность программно- и аппаратно-реализованных протоколов информационного обмена и процедур, осуществляющих интерфейс управляющих сигналов и данных, должна образовывать в логическом смысле единую операционную систему сети вне зависимости от способа и места ее реализации.
Вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы.
Функции, выполняемые протоколами уровней в различных системах, принято объединять в группы, именуемые службами. Транспортная служба обеспечивает выполнение задач, связанных с передачей информации через (сквозь) коммуникационную подсеть. Она охватывает транспортный, сетевой, канальный и физический уровни. Над ней находится абонентская служба. Эта служба располагается на прикладном, представительном и сеансовом
уровнях и предназначена для обеспечения соединения прикладных процессов с транспортной службой.
Соответственно семи уровням области взаимодействия открытых систем вводится иерархия семи групп протоколов. Протоколы именуются так же, как и уровни (см. рис. 6.7). В соответствии с точками приложения иерархия протоколов делится на три специфические группы.
Первую группу определяет нижняя пара протоколов — физический (стандартный физический интерфейс Х.21) и канальный (стандарт HDLC — High level Data Link Control — высший уровень управления каналом данных).
Вторая группа протоколов определяется парой сетевого и транспортного уровней, которые реализуют сквозное взаимодействие абонентских сетей. Здесь сетевые уровни и сетевой процесс коммуникационных систем инициируют компоненты, связывающие последовательность канальных соединений в единую сквозную систему коммуникационной подсети. При этом для соединения оконечного оборудования с сетью передачи данных очень часто используют протоколы Х.25 (стандарт МККТТ — Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии, CCITT — Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony). Рекомендация Х.25 включает в себя протоколы трех нижних уровней эталонной модели: на физическом уровне — стандартный физический интерфейс Х.21, на канальном уровне — процедуру управления каналом LAPB — Link Access Procedure Balanced (которая является подмножеством HDLC) и на сетевом уровне — протокол X. 25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных.
Последовательность канальных соединений предоставляется трем верхним уровням — прикладному, представительному и сеансовому, протоколы которых образуют третью группу (связанную с прикладными процессами).
Читайте также: