Для современных вычислительных сетей что характерно
Перейти к содержимому

Для современных вычислительных сетей что характерно

  • автор:

Основные характеристики современных компьютерных сетей.

Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость.

Существуют два основных подхода к обеспечению качества работы сети. Первый — состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сети frame relay и АТМ могут гарантировать пользователю заданный уровень пропускной способности. При втором подходе (best effort) сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.

К основным характеристикам производительности сети относятся: время реакции, которое определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него; пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени, и задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе: коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована; безопасность, то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа; отказоустойчивость — способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Томский межвузовский центр дистанционного образования

  1. Современное применение вычислительных сетей

Компьютерной вычислительной сетью называют совокупность взаимосвязанных через каналы передачи компьютеров, обеспечивающих пользователя средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети. В на­стоящее время вычислительные сети представляют собой высшую организационную форму применения ЭВМ. Для современных вычислительных сетей характерно:

  • объединение многих достаточно удаленных друг от друга ЭВМ и (или) отдельных вычислительных систем в единую распределенную систему обработки данных;
  • применение средств приема-передачи данных и каналов связи для организации обмена информацией в процессе взаимодействия средств ВТ;
  • наличие широкого спектра периферийного оборудования, используемого в виде абонентских пунктов и терминалов пользователей, подключаемых к узлам сети передачи данных;
  • использование унифицированных способов сопряжения технических средств и каналов связи, облегчающих процедуру наращивания и замену оборудования;
  • наличие операционной системы, обеспечивающей надежное и эффективное применение технических и программных средств в процессе решения задач пользователей вычислительной сети.

Особенностью эксплуатации вычислительных сетей является не только, приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования данных, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эф­фективного распределения между несколькими ЭВМ, а также обес­печение надежного и быстрого доступа пользователей к вычисли­тельным и информационным ресурсам и организация коллективного использования этих ресурсов. Вычислительные сети позволяют автоматизировать управление производством, транспортом, материально-техническим снабжением в масштабе отдельных регионов и страны в целом. Возможность концентрации в вычислительных сетях больших объемов данных, общедоступность этих данных, а также программ­ных и аппаратных средств обработки и высокая надежность их функ­ционирования — все это позволяет улучшить информационное об­служивание пользователей и резко повысить эффективность приме­нения ВТ. В условиях вычислительной сети предусмотрена возможность:

  • организовать параллельную обработку данных многими ЭВМ;
  • создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных ЭВМ;
  • специализировать отдельные ЭВМ (группы ЭВМ) для эффектив­ного решения определенных классов задач;
  • автоматизировать обмен информацией и программами между от­дельными ЭВМ и пользователями сети;
  • резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстро­го восстановления нормальной работы сети;
  • перераспределять вычислительные мощности между пользовате­лями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач;
  • стабилизировать и повышать уровень загрузки ЭВМ и дорого­стоящего периферийного оборудования;
  • сочетать работу в широком диапазоне режимов: диалоговом, па­кетном, режимах «запрос-ответ», а также сбора, передачи и обмена информацией.
  1. МетодCSMA/CD

Множественный доступ с контролем несущей и об­наружением коллизий (CSMA/CD,Carrier—SenseMultipleAccesswithCollisionDetection) — метод доступа, используемый в топологиях «шина» и «звезда». При таком доступе все компьютеры в сети — и клиенты, и серверы — «прослушивают» кабель, стремясь обнаружить передаваемые данные (т.е. трафик).(рис.1)

  1. Компьютер «понимает», что кабель свободен (т.е. трафик отсутствует).
  2. Компьютер может начать передачу данных.
  3. Пока кабель не освободится (в течение передачи данных), ни один из сетевых компь­ютеров не может вести передачу.

Рис.1.Компьютер может начать передачу лишь в том случае, когда кабель свободен Если два (или более) компьютера попытаются вести пере­дачу данных одновременно, это приведет к коллизии. Тогда эти компьютеры приоста­навливают передачу на случайный интервал времени, а затем вновь стараются «нала­дить» связь. Компью­теры «прослушивают» кабель, отсюда — контроль несущей. Чаще всего сразу несколько компьютеров в сети «хотят» передать данные, отсюда — множественный доступ. Передавая данные, компьютеры «прослушивают» кабель, чтобы, обнаружив коллизии, некоторое время переждать, а затем возобновить передачу, отсюда — обна­ружение коллизий. В то же время способность обнаружить коллизии — причина, которая ограничи­вает область действия самого CSMA/CD. Из-за ослабления сигнала при расстояниях свыше 2500 м (1,5 мили) механизм обнаружения коллизий не эффективен. Если рас­стояние до передающего компьютера превышает это ограничение, некоторые компь­ютеры могут не «услышать» его и начнут передачу данных, что приведет к коллизии и разрушению пакетов данных. CSMA/CD известен как состязательный метод, поскольку сетевые компьютеры «со­стязаются» (конкурируют) между собой за право передавать данные. Он кажется дос­таточно громоздким, но современные реализации CSMA/CD настолько быстры, что пользователи даже не задумываются над тем, что применяют состязательный метод доступа. Чем больше компьютеров в сети, тем интенсивнее сетевой трафик. При интенсивном трафике число коллизий возрастает, а это приводит к замедлению сети (уменьшению ее пропускной способности). Поэтому в некоторых ситуациях метод CSMA/CD может оказаться недостаточно быстрым. После каждой коллизии обоим компьютерам приходится возобновлять передачу. Если сеть очень загружена, повторные попытки опять могут привести к коллизиям, но уже с другими компьютерами. Теперь уже четыре компьютера (два — от первой не­удачной попытки и два — от второй неудачной попытки первых) будут возобновлять передачу. Результат может оказаться тем же, что и в предыдущем случае, только по­страдавших компьютеров станет еще больше. Такое лавинообразное нарастание по­вторных передач может парализовать работу всей сети. Вероятность возникновения подобной ситуации зависит от числа пользователей, пытающихся получить доступ к сети, и приложений, с которыми они работают. Базы данных, например, сеть используют интенсивнее, чем текстовые процессоры. Сеть с методом доступа CSMA/CD, обслуживающая многих пользователей, кото­рые работают с несколькими системами управления базами данных (критическое чис­ло пользователей зависит от аппаратных компонентов, кабельной системы и сетевого программного обеспечения), может практически «зависнуть» из-за чрезмерного сете­вого трафика.

  1. Сетевой, транспортный и сеансный уровни базовой модели открытых систем – основное назначение

В модели OSI сетевые функции распределены между семью уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы. (рис.2) Рис. 2. Семь уровней моделиOSI По заданию рассмотрим сетевой, транспортный и сеансовый уровни. Сетевой уровень Уровень 3, Сетевой (Network), отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в физические адреса. Одним словом, исходя из конкретных сетевых условий, приоритета услуги и других факторов здесь определяется маршрут от компь­ютера-отправителя к компьютеру-получателю. На этом уровне решаются также такие задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, как коммутация пакетов, марш­рутизация и перегрузки. Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки дан­ных, посланные компьютером-отправителем, на Сетевом уровне эти блоки разбива­ются на меньшие. А Сетевой уровень компьютера-получателя собирает эти данные в исходное состояние. Транспортный уровень Уровень 4, Транспортный (Transport), обеспечивает дополнительный уровень соеди­нения — ниже Сеансового уровня. Транспортный уровень гарантирует доставку паке­тов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне сообщения переупаковываются: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На Транспортном уровне компьютера-получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтвержде­ния приема. Транспортный уровень управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в реше­нии проблем, связанных с отправкой и получением пакетов. Сеансовый уровень Уровень 5, Сеансовый (Session), позволяет двум приложениям на разных компьютерах устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими зада­чами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек (chekpoints). Та­ким образом, в случае сетевой ошибки, потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой. На этом уровне выполняется управле­ние диалогом между взаимодействующими процессами, т.е. регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т.д.

  1. Что такое активный монитор

В сетевой кольцевой топологии не выполняется широковещательная передача данных по сети. Они передаются от узла к узлу, поэтому большое значение имеет синхронизация процессов, гарантирующая, что пересы­лаемые по сети кадры принимаются должным образом. Важно также, чтобы и маркер обеспечивал такую синхронизацию. Из-за важности мар­керов для поддержания порядка в сети, построенной по логической кольцевой топологи, один компьютер специально выделяется для управ­ления маркером. Этот компьютер, называемый активным монитором, определяет потерю маркеров, отслеживает передачу кадров и создает новый маркер, если это необходимо. Активный монитор также генерирует импульсы сигналов времени в сети, синхронизирующие все остальные узлы сети.

  1. Наиболее популярные утилиты, использующиеTCP/IP. Какой именно протокол этого стека они используют.

Поддержка протоколов TCP/IP включена практически во все операционные системы с сетевыми возможностями, и в большинстве случаев в стек TCP/IP входит набор утилит, позволяющих получать информацию о различ­ных протоколах и о сети в целом. По традиции эти утилиты запуска­ются из командной строки, хотя для некоторых из них созданы и ва­рианты с графическим интерфейсом. Часто в разных операционных системах про­граммы TCP/IP имеют один и тот же синтаксис. Рассмотрим назначение основных утилит TCP/IP. Ping Ping — основная утилита TCP/IP, включенная практически во все реализации: ping — в UNIX, PING.EXE— в Microsoft Windows. В NetWare есть ее серверная версия PING.NLM. Суть действия Ping — проверка работы стека TCP/IP на другой системе. С помощью прото­кола ICMP (Internet Control Message Protocol) программа Ping гене­рирует серию сообщений Echo Request и отправляет их компьютеру, имя или IP-адрес которого указывается в командной строке. В про­стейшем варианте вызов Ping выглядит так: pingЗдесь — это IP-адрес или имя компьютера в сети. В команде Ping можно применять имена как DNS, так и Net­BIOS. Перед отправкой сообщения Echo Request программа преобра­зует имя в IP-адрес и выводит этот адрес на экран. В большинстве реализаций Ping предусмотрены также переключатели, позволяющие задавать параметры ее работы, например, количество и объем пере­даваемых сообщений Echo Request. Traceroute Утилита Traceroute похожа на программу Ping, отображающую путь, по которому пакеты добираются до места назначения. Traceroute отображает список маршрутизаторов, которые в настоящий момент пе­ресылают пакеты по направлению к целевой системе (в силу самой природы IP-маршрутизации пути эти от минуты к минуте меняются). В UNIX она называется traceroute, в Windows — Tracert.exe, а в NetWare — Iptrace.nlm. Как и Ping, Traceroute пользуется сообщениями ICMP Echo Re­quest и Echo Reply, но при этом изменяет значение поля TTL в заго­ловке IP. Поле TTL нужно для того, чтобы пакеты в странствованиях по сети не зацикливались и не путешествовали по ней вечно. Компьютер, отправляющий пакет, обычно записывает в поле TTL довольно большое число (в Windows оно по умолчанию равно 128). Каждый маршрутизатор, которому приходится обрабатывать пакет, уменьшает величину TTL на единицу. Если значение на пути к цели достигает нуля, очередной маршрутизатор «выбрасывает» пакет и пе­редает отправителю сообщение ICMP об ошибке. Утилита Traceroute — удобное средство для локализации проблем с коммуникациями в сети. Ping просто сообщает о наличии неис­правности, но не говорит, где именно она произошла. Невозможность установки контакта с удаленным компьютером может означать про­блему на рабочей станции, на удаленном компьютере или на любом маршрутизаторе между ними. Traceroute сообщит Вам, как далеко удалось уйти пакетам, прежде чем они столкнулись с какими-то трудностями.

Лекция 7. Компьютерные сети Базовые понятия

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, которые могут обмениваться между собой информацией.

Компоненты компьютерной сети:

  • компьютер;
  • линии связи (коммуникационное оборудование) – техника, которая реализует возможность обмена информацией (провода, устройства, иногда – компьютер, выполняющий функцию коммуникационного оборудования);
  • операционная система, в особенности, модули ОС, реализующие сетевое взаимодействие;
  • распределенные приложения – программы, которые работают одновременно на разных компьютерах, например, WWW.
  • формат сообщений;
  • очередность сообщений;
  • действия, которые необходимо выполнять при получении, приеме сообщений или при наступлении иных событий.
  • EDGE — до 474 кбит/с
  • ADSL — 8 Mbit/s
  • FastEthernet — 100 Mbit/s
  • WiFi 802.11g — 54 Mbit/s
  • Gigabit Ethernet — 1000 Mbit/s

Особенности терминологии

Internet – Интернет internet — несколько локальных сетей (сетевой комплекс) intranet – частная ceть организации, использующие механизмы Интернета extranet – объединение intranet-сетей различных компаний через Интернет Ethernet – технология локальных сетей Интранет (англ. Intranet) – в отличие от сети Интернет, это внутренняя частная ceть организации. Как правило, Интранет – это Интернет в миниатюре, который построен на использовании протокола IP для обмена и совместного использования некоторой части информации внутри этой организации. Intranet допускает использование публичных каналов связи, входящих в Internet, (VPN – Virtual Private Network), но при этом обеспечивается защита передаваемых данных и меры по пресечению проникновения извне на корпоративные узлы.

1. Классификация вычислительных сетей

Под компьютерными сетями, как правило, понимается система связи различного компьютерного оборудования с целью передачи информации. Неоднозначное понятие компьютерных сетей и их многообразие породило множество вариантов их классификации. В общем случае классификация компьютерных сетей ведется по территориальной распространенности, типу функционального взаимодействия, сетевой топологии или среды передачи, функциональному назначению. По функциональному назначению различают сети информационные, представляющие пользователю в основном информационное обслуживание (сети научно-технической информации, здравоохранения, резервирования билетов на транспорте и т. п.), вычислительные, выполняющие главным образом решение задач с обменом данными и программами между ЭВМ сети, и смешанные информационно-вычислительные, По размещению информации в сети разделяют сети с централизованным банком данных, формируемым в одном из узлов сети, и с распределенным банком данных, состоящим из отдельных локальных банков, расположенных в узлах сети. По степени территориальной рассредоточенности можно выделить:

  • РАN – сеть, принадлежащая одному пользователю и использующаяся для взаимодействия его устройств;
  • Local Area Network (LAN) – сети одной квартиры, дома, организации.
  • САN – компьютерные сети, объединяющие ^АN близко стоящих зданий и объектов;
  • Metropolian Area Network (MAN), городские – высокоскоростные каналы связи в пределах большого города.
  • Региональные – объединяют компьютеры географической области.
  • Wide Area Network (WAN), глобальные вычислительные сети. Используемая сегодня повсеместно компьютерная сеть интернет относится именно к глобальному виду сетей.

По методу передачи данных различают вычислительные сети с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов и со смешанной коммутацией. Для современных Вычислительные сети характерно использование коммутации пакетов. По типу среды передачи

  • Проводные
    • витая пара;
    • коаксильный кабель;
    • оптоволокно.
  • Беспроводные
    • радиосвязь (WiFi, WiMAX, Bluetooth);
    • инфракрасная связь;
    • лазерная связь.

Важным признаком классификации вычислительных сетей является их топология. Топологическая структура вычислительных сетей оказывает значительное влияние на ее пропускную способность, устойчивость сети к отказам ее оборудования, на логические возможности и стоимость сети. В настоящее время наблюдается большое разнообразие в топологических структурах вычислительных сетей. На рис. 1 представлены различные варианты топологий вычислительных сетей. Топология крупных вычислительных сетей может представлять собой комбинацию нескольких топологических решении.

  • Шина. Предполагает использование общего кабеля с подключением к нему всех компьютеров и терминаторами на концах, позволяющими избежать отражение сигнала.
  • Кольцо. Каждый компьютер в сети соединяется с двумя другими устройствами в результате чего образуется замкнутая цепь. Б данном виде компьютерной сети на каждой линии связи функционирует только один приемник и один передатчик. Благодаря этому не приходится использовать внешние терминаторы.
  • Звезда. Все компьютеры подключаются к единому центральному узлу. Топология типа звезда может работать как отдельно, так и являться составляющей более сложной сети. В компьютерной сети вида звезда обмен данными ведется только через центральный компьютер, что возлагает на него очень большую нагрузку. Именно поэтому для подобной компьютерной сети интернет нужен довольно мощный компьютер, но зато он позволит избежать конфликтов в сети благодаря централизованности.
  • Древовидная. Каждый компьютер может соединяться с одним или несколькими компьютерами, что обеспечивает высокую отказоустойчивость, но приводит к избыточному расходу кабеля. Компьютерная сеть этого типа характеризуется весьма сложной настройкой и используется обычно в крупных сетях.
  • Полносвязная топология. Каждый компьютер сети связан с каждым компьютером отдельным дуплексным (двусторонним) физическим каналом связи.

Рис. 1. Виды топологий вычислительных сетей: а – общая шина; б – петлевая (кольцевая) сеть; в – звездообразная сеть; г – полносвязная сеть; д — древовидная сеть

Лекция 6

6. Понятие о сетях ЭВМ, информационных технологиях на сетях. Основы телекоммуникаций и распределенной обработки информации.

6.1. Основы телекоммуникаций и распределенной обработки информации.

6.2. Вычислительные сети. Принципы построение и классификация.

6.3. Программное обеспечение вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети.

Создание высокоэффективных крупных систем обработки данных связано с объединением средств вычислительной техники, обслуживающей отдельные предприятия, организации и их подразделения, с помощью средств связи в единую распределенную вычислительную систему.

Такое комплексирование средств вычислительной техники позволяет повысить эффективность систем обработки информации за счет снижения затрат, повышения надежности и производительности эксплуатируемых ЭВМ, рационального сочетания преимуществ централизованной и децентрализованной обработки информации благодаря приближению средств сбора исходной и выдачи результатной информации непосредственно к местам ее возникновения и потребления, а также комплексного использования единых мощных вычислительных и информационных ресурсов.

Передача информации между территориально удаленными компонентами подобных распределенных систем осуществляется в основном с помощью стандартных телефонных и телеграфных каналов, а также витых пар проводов и коаксиальных кабелей связи. Современный прогресс в области оптоволоконной техники (использование световодов) позволяет резко повысить пропускную способность линий связи. Так, система F6M обеспечивает передачу информации до 6,3 Мбит/с, заменяя до 96 телефонных каналов, а система F400M — передачу до 400 Мбит/с информации, заменяя 5760 телефонных каналов.

Расширение состава и совершенствование аппаратуры приема-передачи, а также резкое снижение стоимости ВТ привели к использованию в качестве абонентских пунктов систем телеобработки данных интеллектуальных терминалов, создаваемых на базе микропроцессоров и микроЭВМ и обеспечивающих частичную обработку информации (главным образом предварительную обработку исходной информации в виде ее логического контроля, агрегирования и т.д.) непосредственно до ее передачи по каналам связи. Использование интеллектуальных терминалов сближает функциональные возможности систем телеобработки данных и вычислительных сетей. В настоящее время вычислительные сети представляют собой высшую организационную форму применения ЭВМ.

Для современных вычислительных сетей характерно:

Ø объединение многих достаточно удаленных друг от друга ЭВМ и (или) отдельных вычислительных систем в единую распределенную систему обработки данных;

Ø применение средств приема-передачи данных и каналов связи для организации обмена информацией в процессе взаимодействия средств ВТ;

Ø наличие широкого спектра периферийного оборудования, используемого в виде абонентских пунктов и терминалов пользователей, подключаемых к узлам сети передачи данных;

Ø использование унифицированных способов сопряжения технических средств и каналов связи, облегчающих процедуру наращивания и замену оборудования;

Ø наличие операционной системы, обеспечивающей надежное и эффективное применение технических и программных средств в процессе решения задач пользователей вычислительной сети.

Особенностью эксплуатации вычислительных сетей является не только приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования данных, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эффективного распределения между несколькими ЭВМ, а также обеспечение надежного и быстрого доступа пользователей к вычислительным и информационным ресурсам и организация коллективного использования этих ресурсов.

Вычислительные сети позволяют автоматизировать управление производством, транспортом, материально-техническим снабжением в масштабе отдельных регионов и страны в целом.

Возможность концентрации в вычислительных сетях больших объемов данных, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность их функционирования — все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения ВТ.

В условиях вычислительной сети предусмотрена возможность:

Ø организовать параллельную обработку данных многими ЭВМ;

Ø создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных ЭВМ;

Ø специализировать отдельные ЭВМ (группы ЭВМ) для эффективного решения определенных классов задач;

Ø автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными ЭВМ и пользователями сети;

Ø резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;

Ø перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач;

Ø стабилизировать и повышать уровень загрузки ЭВМ и дорогостоящего периферийного оборудования;

Ø сочетать работу в широком диапазоне режимов: диалоговом, пакетном, режимах «запрос-ответ», а также сбора, передачи и обмена информацией.

Как показывает практика, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы в целом стоимость обработки данных в вычислительных сетях не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных ЭВМ.

Вычислительные сети классифицируются по различным признакам. Сети, состоящие из программно-совместимых ЭВМ, являются однородными или гомогенными. Если ЭВМ, входящие в сеть, программно несовместимы, то такая сеть называется неоднородной или гетерогенной.

По типу организации передачи данных различают сети: с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов. Имеются сети, использующие смешанные системы передачи данных.

По характеру реализуемых функций сети подразделяются на:

Ø вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;

Ø информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей;

Ø смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции.

По способу управления вычислительные сети делятся на сети с децентрализованным, централизованным и смешанным управлением. В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети. При этом в каждый конкретный момент времени доступ к общему полю памяти предоставляется только для одной ЭВМ. А координация работы ЭВМ осуществляется под управлением единой операционной системы сети.

В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации.

По структуре построения (топологии) сети подразделяются на одноузловые и многоузловые, одноканальные и многоканальные. Топология вычислительной сети во многом определяется структурой сети связи, т.е. способом соединения абонентов друг с другом и ЭВМ. Известны такие структуры сетей: радиальная (звездообразная), кольцевая, многосвязная («каждый с каждым»), иерархическая, «общая шина» и др. (рис. 7.2.1).

Рис. 7.2.1. Основные типы структур сетей ЭВМ:

радиальная (звездообразная) (а); кольцевая (б); многосвязная (в); иерархическая (г); «общая шина» (д);

— узел коммутации; — ЭВМ

СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Основная функция систем передачи данных в условиях функционирования вычислительных сетей заключается в организации быстрой и надежной передачи информации произвольным абонентам сети, а также в сокращении затрат на передачу данных. Последнее особенно важно, так как за прошедшее десятилетие произошло увеличение доли затрат на передачу данных в общей структуре затрат на организацию сетевой обработки информации. Это объясняется главным образом тем, что затраты на техническое обеспечение вычислительных сетей сократились за этот период примерно в десять раз, тогда как затраты на организацию и эксплуатацию каналов связи сократились только в два раза.

Важнейшая характеристика сетей передачи данных — время доставки информации — зависит от структуры сети передачи данных, пропускной способности линий связи, а также от способа соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами сети и способа передачи данных по этим каналам. В настоящее время различают системы передачи данных с постоянным включением каналов связи (некоммутируемые каналы связи) и коммутацией на время передачи информации по этим каналам.

При использовании некоммутируемых каналов связи средства приема передачи абонентских пунктов и ЭВМ постоянно соединены между собой, т.е. находятся в режиме «on-line». В этом случае отсутствуют потери времени на коммутацию, обеспечиваются высокая степень готовности системы к передаче информации, более высокая надежность каналов связи и, как следствие, достоверность передачи информации. Недостатками такого способа организации связи являются низкий коэффициент использования аппаратуры передачи данных и линий связи, высокие расходы на эксплуатацию сети. Рентабельность подобных сетей достигается только при условии достаточно полной загрузки этих каналов.

При коммутации абонентских пунктов и ЭВМ только на время передачи информации (т.е. нормальным режимом, для которых является режим «off-line») принцип построения узла коммутации определяется способами организации прохождения информации в сетях передачи данных. Существуют три основных способа подготовки и передачи информации в сетях, основанных на коммутации: каналов, сообщений и пакетов (рис. 7.2.2).

Рис.7.2.2. Схема организации передачи данных в коммутируемых сетях

Коммутация каналов. Способ коммутации каналов заключается в установлении физического канала связи для передачи данных непосредственно между абонентами сети. При использовании коммутируемых каналов тракт (путь) передачи данных образуется из самих каналов связи и устройств коммутации, расположенных в узлах связи.

Установление соединения заключается в том, что абонент посылает в канал связи заданный набор символов, прохождение которых по сети через соответствующие узлы коммутации вызывает установку нужного соединения с вызываемым абонентом. Этот транзитный канал образуется в начале сеанса связи, остается фиксированным на период передачи всей информации и разрывается только после завершения передачи информации.

Такой способ соединения используется в основном в сетях, где требуется обеспечить непрерывность передачи сообщений (например, при использовании телефонных каналов связи и абонентского телеграфа). В этом случае связь абонентов возможна только при условии использования ими однотипной аппаратуры, одинаковых каналов связи, а также единых кодов.

К достоинствам данного способа организации соединения абонентов сети следует отнести:

Ø гибкость системы соединения в зависимости от изменения потребностей;

Ø высокую экономичность использования каналов, достигаемую за счет их эксплуатации только в течение времени установления связи и непосредственно передачи данных;

Ø невысокие расходы на эксплуатацию каналов связи (на порядок меньше, чем при эксплуатации некоммутируемых линий связи).

Способ коммутации каналов более оперативный, так как позволяет вести двусторонний непрерывный обмен информацией между двумя абонентами.

Недостатками коммутируемых каналов связи является необходимость использования специальных и коммутирующих устройств, которые снижают скорость передачи данных и достоверность передаваемой информации. Использование специальных методов и средств, обеспечивающих повышение достоверности передачи информации в сети, влечет за собой снижение скорости передачи данных за счет:

Ø увеличения объема передаваемой информации, вызванного необходимостью введения избыточных знаков;

Ø потерь времени на кодирование информации в узле-передатчике и декодирование, логический контроль и другие преобразования — в узле-приемнике.

Наконец, сокращение потоков информации ниже пропускной способности аппаратной части и каналов связи ведет к недогрузке канала, а в период пиковой нагрузки может вызвать определенные потери вызовов.

Коммутация сообщений. При коммутации сообщений поступающая на узел связи информация передается в память узла связи, после чего анализируется адрес получателя. В зависимости от занятости требуемого канала сообщение либо передается в память соседнего узла, либо становится в очередь для последующей передачи. Таким образом, способ коммутации сообщений обеспечивает поэтапный характер передачи информации. В этом случае сообщения содержат адресный признак (заголовок), в соответствии, с которым осуществляется автоматическая передача информации в сети от абонента-передатчика к абоненту-приемнику. Все функции согласования работы отдельных участков сети связи, а также управление передачей сообщений и их соответствующую обработку выполняют центры (узлы) коммутации сообщений. Основное функциональное назначение центра коммутации сообщений — обеспечить автоматическую передачу информации от абонента к абоненту в соответствии с адресным признаком сообщения и требованиями к качеству и надежности связи.

Метод коммутации сообщений обеспечивает независимость работы отдельных участков сети, что значительно повышает эффективность использования каналов связи при передаче одного и того же объема информации (которая в этом случае может достигать 80 — 90% от максимального значения). В системе с коммутацией сообщений происходит сглаживание несогласованности в пропускной способности каналов и более эффективно реализуется передача многоадресных сообщений (так как не требуется одновременного освобождения всех каналов между узлом-передатчиком и узлом-приемником). Передача информации может производиться в любое время, так как прямая связь абонентов друг с другом необязательна.

К недостаткам метода следует отнести односторонний характер связи между абонентами сети.

Для более полной загрузки каналов и их эффективного использования возможно совместное применение перечисленных методов коммутации, основой которого служат следующие условия:

Ø использование в одном и том же узле связи аппаратуры для коммутации каналов и для коммутации сообщении (того или иного способа коммутации в узле осуществляется в зависимости от загрузки каналов связи);

Ø организация сети с коммутацией каналов для узлов верхних уровней иерархии и коммутации сообщений для нижних уровней.

Коммутация пакетов. В последние годы появился еще один способ коммутации абонентов сети — так называемая коммутация пакетов. Этот способ сочетает в себе ряд преимуществ методов коммутации каналов и коммутации сообщений. При коммутации пакетов перед началом передачи сообщение разбивается на короткие пакеты фиксированной длины, которые затем передаются по сети. В пункте назначения эти пакеты вновь объединяются в первоначальное сообщение, а так как их длительное хранение в запоминающем устройстве узла связи не предполагается, пакеты передаются от узла к узлу с минимальной задержкой во времени. В этом отношении указанный метод близок методу коммутации каналов.

При коммутации пакетов их фиксированная длина обеспечивает эффективность обработки пакетов, предотвращает блокировку линий связи и значительно уменьшает емкость требуемой промежуточной памяти узлов связи. Кроме того, сокращается время задержки при передаче информации, т.е. скорость передачи информации превышает аналогичную скорость при методе коммутации сообщений.

К недостаткам метода следует отнести односторонний характер связи между абонентами сети.

Различают два основных типа систем связи с коммутацией пакетов:

Ø в системах первого типа устройство коммутации анализирует адрес места назначения каждого принятого пакета и определяет канал, необходимый для передачи информации;

Ø в системах второго типа пакеты рассылаются по всем каналам и терминалам, каждый канал (терминал), в свою очередь, проанализи­ровав адрес места назначения пакета и сравнив его с собственным, осуществляет прием и дальнейшую передачу (обработку) пакета либо игнорирует его.

Первый тип систем коммутации пакетов характерен для глобальных сетей с огромным числом каналов связи и терминалов, второй тип применим для сравнительно замкнутых сетей с небольшим числом абонентов.

Сопряжение ЭВМ и устройств в сетях. Существенное влияние на организацию систем обработки данных оказывают технические возможности средств, используемых для сопряжения (комплексирования) ЭВМ и других устройств. Основным элементом сопряжения является интерфейс, определяющий число линий, используемых для передачи сигналов и данных, а также способ (алгоритм) передачи информации по линиям связи.

Все интерфейсы, используемые в ВТ и сетях, разделяются на три вида: параллельные, последовательные, связные.

Параллельный интерфейс состоит из большого числа линий, по которым передача данных осуществляется в параллельном коде (обычно в виде 8—128 разрядных слов). Параллельный интерфейс обладает большой пропускной способностью: порядка 10 4 —10 5 бод (бит/с). Столь большие скорости передачи данных обеспечиваются за счет ограниченной длины интерфейса (обычно от нескольких метров до десятков (очень редко до сотни) метров).

Последовательный интерфейс состоит, как правило, из одной линии, данные по которой передаются в последовательном коде. Пропускная способность последовательного интерфейса составляет 10 3 — 10 4 бит/с при длине линии интерфейса от десятков метров до километра.

Связные интерфейсы содержат каналы связи, работа которых обеспечивается аппаратурой передачи данных, повышающей (в основном с помощью специальных физических методов) достоверность передачи данных. Связные интерфейсы обеспечивают передачу данных на любые расстояния, однако с небольшой скоростью (в пределах 10 2 —10 3 бит/с). Применение связных интерфейсов экономически целесообразно на расстоянии не менее километра.

В многопроцессорных и многомашинных вычислительных системах используются в основном параллельные интерфейсы для сопряжения отдельных устройств в ЭВМ, и только в отдельных случаях применяются последовательные интерфейсы для подключения периферийных устройств. Параллельные интерфейсы обеспечивают в первую очередь передачу сигналов прерывания, а также отдельных слов (команд) и блоков данных между сопрягаемыми ЭВМ и устройствами.

В распределенных системах из-за значительных расстояний между устройствами применяются последовательные и связные интерфейсы, которые исключают возможность передачи отдельных сигналов прерывания между сопрягаемыми устройствами и требуют представления информации в виде операций ввода-вывода.

От организации интерфейсов между устройствами во многом зависит организация программного обеспечения.

6.1. Программное обеспечение вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Похожие публикации:
  1. Где значок номер на клавиатуре андроид ксиоми
  2. Как удалить прочитанные сообщения
  3. Получать обновления для других продуктов microsoft как включить windows 7
  4. Сколько стоит лента светодиодная на потолок

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *