Берри Нанс. Компьютерные сети
Подождите немного. Документ загружается.
Существуют два типа межкомпьютерного обмена данными - датаграммы
и сеансы. Датаграмма - это сообщение, которое не требует подтверждения о
приеме от принимающей стороны. Если такое подтверждение необходимо, то
адресат должен сам послать специальное сообщение. Для осуществления
обмена этим способом принимающая и передающая стороны должны
придерживаться определенного протокола во избежание недоразумений.
Каждая датаграмма является самостоятельным сообщением, и при наличии
нескольких датаграмм в ЛВС порядок их доставки не гарантируется. В
некоторых случаях максимальный размер датаграмм гораздо меньше, чем
длина сообщений в сеансах. Зато в большинстве ЛВС скорость передачи
датаграмм гораздо выше, чем сообщений в сеансах.
В противоположность датаграммам, в сеансе предполагается создание
логической связи для обмена сообщениями между рабочими станциями и
гарантируется получение сообщений. В то время как датаграммы могут
передаваться в произвольные моменты времени, в сеансе для передачи
сообщений сначала необходимо выполнить некоторую подготовительную
работу: сеанс должен быть сначала установлен, после этого происходит обмен
сообщениями, и наконец, после окончания обмена данными сеанс должен быть
закрыт.
NETBIOS
Требования на обмен сообщениями, поступающие от модулей сетевой
ОС, выполняющих перенаправление файлов, или от прикладных программ
(таких как электронная почта) попадают на уровень NetBIOS. Эти требования
можно разделить на четыре категории:
Поддержка имен. Каждая из рабочих станций в ЛВС имеет одно или
несколько имен. Эти имена хранятся NetBIOS в таблице, в первом столбце
которой записывается уникальное и неизменное имя сетевого адаптера.
Дополнительные имена пользователей (например, BARRY) могут быть
добавлены в таблицу для удобства идентификации каждой рабочей станции.
Пользовательские имена могут быть уникальными или, в специальных случаях,
относиться к группе пользователей.
Поддержка сеанса. NetBIOS осуществляет управление процессами
установки связи, обмена и окончания связи между любыми двумя узлами
(рабочими станциями) в ЛВС. Это происходит следующим образом. Сначала
одна станция начинает прослушивать сеть в ожидании вызова. Другая станция
ее вызывает. Устанавливается сеанс, в течение которого оба компьютера на
равных основаниях посылают и принимают сообщения. Закончив, обе станции
извещают друг друга об этом и закрывают сеанс.
Поддержка датаграмм. Сообщения могут передаваться для какого-то
имени, группе имен или всем именам в ЛВС. Диалога между двумя машинами
при этом не устанавливается и прием сообщений при этом не гарантируется.
Статус адаптера/сеанса. С помощью NetBIOS прикладная программа
имеет возможность получить информацию о локальном сетевом адаптере, о
других адаптерах в сети и обо всех текущих сеансах в ЛВС.
Прежде фирма IBM поставляла NetBIOS как отдельный программный
продукт, реализованный в виде резидентной программы NETBEUI.СОМ.
Теперь эта программа уже устарела. Поэтому, если у вас есть старая версия ОС
Token Ring, то нужно заменить в ней эту программу на драйверы поставляемые
в комплекте современных сетевых программ для IBM PC.
ПРОТОКОЛЫ IPX/SPX
Фирма Novell в сетевой ОС NetWare применяет протокол IPX для обмен
датаграммами и протокол SPX для обмена в сеансах.
Протокол IPX
Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange - Межсетевой обмен
пакетами) применяется модулями перенаправления файлов в ОС NetWare.
Протокол IPX является упрощенным вариантом протокола XNS (Xerox Network
Standard), разработанного фирмой Xerox, и поддерживает только обмен дата-
граммами (его иногда называют безсеансным). Он соответствует сетевому
уровню по модели OSI и выполняет функции адресации, маршрутизации и
переключения в процессе передачи пакетов сообщений. Протокол IPX является
более быстродействующим, чем протокол SPX для поддержки сеансов.
Несмотря на отсутствие гарантий доставки сообщений, по данным фирмы
Novell, в 95 процентах случаев сообщения доставляются безошибочно.
Именно протокол IPX (а не SPX) используется модулями
перенаправления файлов в ОС NetWare при обмене служебными сообщениями
с файловым сервером. Этот метод оказывается надежным потому, что каждый
такой запрос от рабочей станции требует ответного сообщения со стороны
сервера. Таким образом, модули перенаправления файлов подразумевают, что
реакция сервера на служебный запрос (например, записать данные в файл)
последует только после соответствующего ответного подтверждения от
сервера. Протокол IPX имеется во всех версиях NetWare, в отличие от SPX.
Протокол SPX
Протокол SPX (Sequenced Packet Exchange - Последовательный обмен
пакетами) предназначен для установления диалога и применяется в течение
сеанса. Для обмена данными по этому протоколу прежде всего необходимо
установить логическую связь между двумя участниками диалога. После этого
сообщения могут циркулировать в обоих направлениях с гарантией их
безошибочной доставки. Протокол SPX также гарантирует, что сообщения
будут передаваться в правильной последовательности (в случае одновременной
передачи нескольких пакетов). Протокол SPX работает на сетевом уровне по
модели OSI и имеет некоторые из характеристик сеансного уровня. В ОС
NetWare протокол IPX используется для обмена пакетами, предназначенными
для обслуживания файлов, а протокол SPX используется для доступа к
внутренним функциям управления и диагностики сети.
Протокол SPX находится над IPX и фактически использует IPX для
обмена пакетами сообщений. Он не применялся в ранних версиях NetWare я
имеется только в версиях ОС NetWare, начиная с 2.0.
ПРОТОКОЛ TCP/IP
Протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) сходен с
NetBIOS, IPX и SPX в различных отношениях. Протокол TCP/IP
разрабатывался Министерством Обороны для глобальной (а не локальной) сети
ARPANET, предназначенной для связи территориально разнесенных
организаций, работавших в рамках ARPA (Advanced Research Project Agency-
Агентства по передовым исследовательским проектам). Протокол TCP/IP
является набором протоколов, а не сетевой ОС. Часть этого набора IP
обеспечивает обмен датаграммами между узлами сети (подобно IPX). Протокол
TCP (подобно NetBIOS) обеспечивает связь между двумя узлами с
гарантированной доставкой сообщений. Кроме этого, существует ряд
стандартных утилит для передачи файлов (FTP), для дистанционного запуска
программ (TELNET) и для обмена электронной почтой (SMTP). Эти утилиты не
производят перенаправления файлов. Для этого необходимы продукты типа
NFS (Network File System) фирмы Sun Microsystems или PC Interface фирмы
Locus Computing (продаваемая фирмой IBM под названием AIX Access for DOS
Users).
Так как протокол TCP/IP находится в общем пользовании и не является
собственностью какой-то фирмы, то он стал очень популярным при обмене
информацией между различными ЛВС. Однако, по-видимому, эта
популярность может со временем сойти на нет, так как Федеральным
правительством принят закон, по которому после августа 1990 года все
федеральные системы должны будут перейти на единую систему GOSIP
(Government OSI Profile). Правительство планировало, что протоколы OSI
должны были заменить TCP/IP не позднее 1990 года, но при этом не
учитывалась большая популярность TCP/IP. Кроме того, существует несколько
OSI-совместимых сетевых продуктов, и поэтому программисты продолжают
использовать в своих системах протокол TCP/IP.
ИМЕНОВАННЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ
Канал связи (pipe) - это поток данных между двумя программами. Одна из
программ открывает канал и записывает в него данные, другая программа
открывает канал для чтения из него этих данных. Это выглядит слишком
просто, но и в самом деле не слишком сложно. Именованным каналом
называется файл, имя которого имеет специальный формат:
\Р1РЕ\путь\имя.расширение
Система OS/2 предоставляет ряд функций для открытия, использования
и
закрытия поименованных каналов связи. Прикладная программа, открывающая
канал (называется сервером - не путайте с файловым сервером), Начинает сеанс
обмена данными, другая прикладная программа (клиент) присоединяется к ней.
Прикладная программа, по усмотрению программиста может трактовать
именованный канал связи просто как поток данных или как канал сообщений. В
последнем случае каждая операция чтения извлекает по одному сообщению из
канала.
Применение понятия канала связи сильно упрощает процесс
программирования в OS/2 и потому нашло широкое применение в ЛВС на базе
OS/2.
ПРОТОКОЛЫ ДЛЯ ПЕРЕНАПРАВЛЕНИЯ ФАЙЛОВ
Модули перенаправления файлов в различных сетевых ОС используют
для этого свои собственные высокоуровневые протоколы. Фирмы IBM и
Microsoft в программных продуктах LAN Manager и LAN Server применяют
протокол SMB (Server Message Block - Блоки сообщений сервера). Фирма Novell
в ОС NetWare использует протокол NCP (NetWare Core Protocol - Протокол
ядра NetWare). В одноранговых ЛВС иногда используется протокол SMB, но
чаще применяют свои собственные протоколы.
БЛОКИ СООБЩЕНИЙ СЕРВЕРА (SMB)
Сетевые ОС LAN Manager и LAN Server перехватывают обращение
прикладных программ на рабочих станциях к функциям ввода/вывода и
направляют их в файл-сервер. Производится это следующим образом.
Программные модули на рабочих станциях, использующие протокол SMB и
называемые DLR (DOS LAN Requester), открывают сеанс связи NetBIOS с
программным обеспечением LAN Manager или LAN Server, работающим на
сервере. После этого DLR и сервер обмениваются SMB-блоками. Фирма IBM
определила четыре категории SMB-блоков: управление сеансом, доступ к
файлам, обслуживание принтера и сообщения.
ПРОТОКОЛ ЯДРА NETWARE (NCP)
В ЛВС NetWare, программные модули на рабочих станциях,
выполняющие функции перенаправления файлов, называются оболочкой
(shell). До недавнего времени для каждой версии DOS требовалась своя версия
оболочки. Так, для версии DOS 3 требовалась оболочка NET3.COM, для версии
4 - NET4.COM, а для версии 5 - NET5.COM. В настоящее время создана не
зависящая от версий DOS программа, называемая NETX.COM.
Все версии NETX.COM используют протокол NCP для обмена пакетами
сообщений при работе с файлами. Несмотря на то, что фирма IBM
опубликовала протокол SMB, протокол NCP продается фирмой Novell
разработчикам программного обеспечения только по лицензии.
КАБЕЛИ ЛВС
Существует большое разнообразие кабелей для ЛВС, отличающихся Я°
внешнему виду, назначению, характеристикам и цене. В этой главе
рассматриваются три наиболее популярные системы организации кабельных
соединений в ЛВС, предложенные фирмами IBM, AT&T и DEC (DECconnect).
В следующих разделах приводится описание кабельных систем, в
которых используются кабели одного из трех типов: витые пары
(экранированная и неэкранированная), коаксиальный кабель (тонкий и
толстый) и оптоволоконный кабель.
ВИТЫЕ ПАРЫ
Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара
проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины.
Скручивание проводников уменьшает электрические помехи извне при
распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более
увеличивает степень помехозащищенности сигналов. С неэкранированными
витыми парами вы, вероятно, уже знакомы, так как они широко используются в
телефонной связи, а экранированные витые пары заметно от них отличаются и
внешне несколько напоминают силовые электрокабели, используемые в быту.
Однако это сходство чисто внешнее, так как экранированная витая пара имеет
дело с низким напряжением, и толстая оболочка нужна для уменьшения помех,
а не для электробезопасности.
На рис. 5.14 показано, как выглядят неэкранированные витые пары, а на
рис. 5.15 показаны экранированные витые пары.
Рис. 5.14 Кабель - неэкранированная витая пара
КОАКСИАЛЬНЫЕ КАБЕЛИ
С коаксиальными кабелями вам приходится часто иметь дело в
повседневной жизни. Они используются в бытовой радио- и телевизионной
аппаратуре. Слова толстый или тонкий относятся, естественно, к их шине.
Стандартный кабель Ethernet (толстый Ethernet) имеет толщину пальца руки.
Более современный тонкий кабель Ethernet (иногда сзывается CheaperNet)
имеет толщину с мизинец. Толстый кабель имеет большую степень
помехозащищенности, большую механическую прочность, требует
специального приспособления для прокалывания кабеля, чтобы создать
ответвление для подключения к ЛВС. Хотя тонкий кабель Ethernet позволяет
передачу на меньшие расстояния, чем толстый, но для соединений с тонким
кабелем применяются стандартные байонетные разъемы типа BNC, и ввиду его
небольшой стоимости он становится фактическим стандартом в офисных ЛВС.
На рис. 5.16 показан разъем типа BNC, а на рис. 5.17 схематично показано, как
устроен коаксиальный кабель.
Рис. 5.15. Кабель - экранированная витая пара
Рис. 5.16. Разъем для коаксиального кабеля типа Ethernet
ОПТОВОЛОКОННЫЙ КАБЕЛЬ
В оптоволоконном кабеле, как это следует из названия, для передачи
сигналов используется свет, а не электричество. Волокно, применяемое в
качестве световода, позволяет передачу сигналов на большие расстояния с
огромной скоростью, но оно дорого, и с ним трудно работать. Для установки
разъемов, создания ответвлений, поиска неисправностей в
оптоволоконном
кабеле необходимы специальные приспособления и высокая квалификация.
Рис. 5.17. Коаксиальный кабель
Оптоволоконный кабель устроен просто. Он обычно состоит из
центральной стеклянной нити толщиной в несколько микрон, покрытой
сплошной стеклянной оболочкой. Все это в свою очередь спрятано во внешнюю
защитную оболочку. В первых оптоволоконных кабелях в качестве материала
для световода использовалось стекло. В современных разработках используется
также пластик. Оптоволоконные линии очень чувствительны к плохим
соединениям в разъемах. В качестве источников света в таких кабелях
применяются светодиоды (LED - Light Emitting Diode), а информация
кодируется путем изменения интенсивности света. На приемном конце кабеля
детектор преобразует световые импульсы в электрические сигналы.
Существуют два типа оптоволоконных кабелей - одномодовые и многомо-
Довые. Одномодовые кабели имеют меньший диаметр, большую стоимость и
позволяют передачу информации на большие расстояния. На рис. 5.18
показаны оптоволоконные кабели с разъемами.
КАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ФИРМЫ IBM
По иронии судьбы кабельная система фирмы IBM никогда не
производилась и не продавалась самой фирмой IBM. Эта система основана на
опубликованных фирмой IBM стандартах для проводных соединений в зданиях
офисов и определяет компоненты кабельных систем и различные типы целей.
Эта система, впервые опубликованная в 1984 году, была предназначена для
использования в качестве основы для ЛВС Token Ring фирмы IBM. Впервые
кабели по такому стандарту были произведены третьими фирмами. Фирма IBM
лишь произвела тестирование этих кабелей и присвоила им свои
номенклатурные номера. В настоящее время изготовители кабелей должны
обращаться в независимые лаборатории ETL или UL или к изготовителям
кабелей промышленных стандартов (например, в фирму АМР) для проверки
соответствия своей продукции спецификациям фирмы IBM.
Рис. 5.18. В оптоволоконных кабелях для передачи сообщений ЛВС
'ДД используется свет. С оптоволоконными кабелями обычно
используются разъемы типа ST
В спецификациях фирмы IBM определены типы розеток для подключения
рабочих станций к ЛВС, адаптеров/разъемов, терминаторов и т.п. В стандарте
предусмотрено использование кабелей следующих типов:
Кабель типа 1 для передачи данных. Кабель с медной основой,
предназначенный только для обмена данными. Выпускаются модификации
такого кабеля для использования как на открытом воздухе, так и в помещениях,
а также модификации, которые не выделяют при горении токсичных газов.
Кабель состоит из двух витых пар, изготовленных из жесткого проводника и
размещенных в двойном экране из фольги и оплетки из тонких медных
проводов, а сверху все это покрыто поливинилхлоридной оболочкой. Кабели
этого типа используются для соединения терминалов, расположенных в
производственных помещениях, с распределительными панелями в
специальных помещениях. Модификации кабеля, предназначенные для
эксплуатации на открытом воздухе, кроме того, имеют экран из гофрированной
стали с полиэтиленовым покрытием, а изнутри заполнены желеобразным
компаундом для защиты от попадания влаги.
Кабель типа 2 для данных и телефонной связи. Этот тип предназначен
как для обмена данными, так и для передачи речи (в телефонии). Кабель типа 2
аналогичен предыдущему типу, но имеет дополнительно еще четыре витые
пары. Он выпускается в обычном и особо защищенном исполнении.
Телефонный кабель типа 3 на базе витых пар. Этот кабель состоит из
четырех витых пар с поливинилхлоридной изоляцией. Он выпускается в
защищенном исполнении. Из-за отсутствия экрана кабель этого типа менее
защищен от помех при обмене данными, чем кабель типа 1.
Оптоволоконный кабель типа 5. Состоит из двух 100/140 микронных
многомодовых оптических волокон (100 микронная сердцевина окружена 140
микронной оболочкой). Этот кабель детально не определен фирмой IBM.
Кабель типа 6 монтажный. Этот кабель предназначен для соединения
рабочих станций с настенными розетками и для монтажа внутри
распределительных коробок. Он состоит из двух витых пар на основе
стандартного проводника и более гибок, чем кабель типа 1.
Кабель типа 8 для прокладки под коврами. Этот кабель удобен для
применений в офисах или рабочих помещениях, где нет капитальных стен.
Кабель состоит из двух витых пар с жесткими проводниками в плоской
оболочке.
Удешевленный кабель типа 9. Более дешевая версия кабеля типа 1 с
уменьшенным на одну треть предельным расстоянием для обмена данными.
Кабель состоит из двух витых пар гибких проводников. Этот тип детально не
определен фирмой IBM.
КАБЕЛЬНАЯ СИСТЕМА PDS ФИРМЫ AT&T
Во многих отношениях система PDS (Premise Distribution System)
аналогична системе фирмы IBM, но в большей степени базируется на
неэкранированных витых парах, применяемых в телефонии. Вместе с передачей
данных эта система допускает также передачу речевых сигналов. Она
ориентирована на широкое использование стандартных телефонных разъемов и
огромного количества кабельных коммуникаций телефонных компаний. В
целом компоненты системы фирмы AT&T оказываются дешевле, чем для
стандарта IBM, но требуют больших трудозатрат при установке.
СИСТЕМА DECCONECT ФИРМЫ DEC
Эта концепция базируется на применении тонкого 50-Омного
коаксиального кабеля ThinNet, обычно применяемого в ЛВС Ethernet. Система
DECconect вобрала в себя многие аппаратные средства, используемые в
системах на базе ЭВМ VAX фирмы DEC, к числу которых можно отнести
конвертеры протоколов, ретрансляторы, терминаторы линий,
распределительные коробки и каркасы для них. Основу системы DECconect в
большинстве случаев составляет центральный кабель, пронизывающий все
здание и имеющий ответвления для присоединения компьютеров VAX и
распределительных коробок.
СОЕДИНЕНИЕ КАБЕЛЕЙ
В ЛВС с передачей маркера рабочие станции соединяются кабелями с
центральным устройством, называемым устройством множественного доступа
(MSAU или иногда просто MAU - Multistation Access Unit). В этом устройстве
аппаратно определены соседство и последовательность в кольце подключенных
к нему рабочих станций. Обычно MSAU устроено очень просто и даже не
требует подключения к источнику питания, за исключением тех случаев, когда
необходима регенерация сигналов при передаче на большие расстояния или
при использовании неэкранированных витых пар типа 3 в высокоскоростных
сетях.
Устройство MSAU фирмы IBM имеет восемь входов для подключения от
одной до восьми рабочих станций к ЛВС Token Ring. Каждый вход выполнен в
виде симметричного разъема (согласно спецификации IBM). Кроме этого,
имеется два порта, обозначаемые RI (вход кольца) и RO (выход кольца), для
организации цепи из нескольких устройств MSAU в случае, когда число
рабочих станций в ЛВС превышает восемь.
Процедура включения нового узла в ЛВС с устройством MSAU занимает
несколько секунд. В течение этого времени производится диагностический
контроль подключаемого адаптера и устройства MSAU, после чего узел
считается новой активной рабочей станцией, обретает своих соседей по
логическому кольцу и включается в процесс передачи маркеров и пакетов по
ЛВС.
В ЛВС Ethernet ограничивающим фактором является число ответвлений
шины к рабочим станциям и расстояния между ответвлениями. Поэтому
необходимо применение через каждые 500 метров устройств, называемых
повторителями сигналов - репитерами. Отсутствие таких устройств может
вызвать появление в кабелях стоячих волн (дополнительных отражений
сигнала), вследствие которых возникнут ошибки при передаче. Так как для
устранения коллизий в Ethernet используются временные задержки, то число
повторителей сигналов ограничено четырьмя, а число пятисотметровых
сегментов - пятью. При большем количестве сегментов задержки
распространения сигнала становятся слишком большими, и наиболее
удаленные рабочие станции не смогут использовать критерий обнаружения
коллизий.
Локальные вычислительные сети называются локальными потому, что
сетевые адаптеры и другие компоненты не могут послать сообщения дальше,
чем на несколько сотен метров. В таблице 5.1 указаны ограничения на
расстояние для различного типа сетевых кабелей. Кроме этих ограничений,
необходимо помнить, что к одному сегменту Thinnet можно подключить не
более 30 компьютеров, к сегменту Thicknet - не более 100 компьютеров, к
неэкранированной витой паре Token Ring - не более 72 машин, и наконец, к
экранированной витой паре Token Ring - не более 260 компьютеров.