Гаев А.В. Сети ЭВМ. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

процессами и средств синхронизации этих процессов.

В составе РОС сети имеется набор расположенных по функциональным

уровням модели ВОС управляющих и обслуживающих программ, главные

функции которых состоят в следующем:

- распределение общесетевых ресурсов с целью удовлетворения запросов

пользователей, т.е. обеспечение доступа отдельных прикладных программ к

этим ресурсам;

- обеспечение межпрограммных методов доступа, т.е. организация связи

между отдельными прикладными программами комплекса пользовательских

программ, реализуемыми в различных АС сети;

- синхронизация работы пользовательских программ при их

одновременном обращении к одному и тому же пользователю или ресурсу;

- удаленный ввод заданий с любой АС сети и их выполнение в любой

другой АС сети в оперативном или пакетном режиме;

- передача текстовых сообщений пользователям в порядке реализации

функций службы электронной почты, телеконференций, электронных досок

объявлений, дистанционного обучения;

- обмен файлами между АС сети, доступ к файлам, хранимым в удаленных

компьютерах, и их обработка;

- защита информации и ресурсов сети от несанкционированного

доступа, т.е. реализация функций служб безопасности сети;

- выдача справок, характеризующих состояние сети и использование ее

ресурсов;

- планирование использования общесетевых ресурсов.

В рамках планирования использования общесетевых ресурсов

осуществляется: планирование сроков и очередности получения и выдачи

информации пользователям, распределение решаемых задач по компьютерам

сети, распределение информационных ресурсов для этих задач, присвоение

приоритетов задачам и выходным сообщениям, формирование и рассасывание

очередей запросов пользователей с учетом или без учета приоритетов этих

запросов, изменение конфигурации сети и т.д. При этом используются

современные методы планирования.

Кроме того, различают статическое планирование, которое осуществляется

заранее, до начала решения поступившей в сеть к данному времени группы

задач, и динамическое планирование, выполняемое в процессе

функционирования сети непосредственно перед началом решения группы

задач, причем с поступлением каждой новой задачи составленный план

корректируется с учетом складывающейся ситуации по свободным и занятым

ресурсам сети, наличию очередей задач и т.д. Основным показателем

эффективности организации вычислительного процесса в сети, планирования

общесетевых ресурсов является время решения комплекса задач.

Оперативное управление процессами удовлетворения запросов

пользователей и обработки информации с помощью РОС сети позволяет

организовать учет выполнения запросов и заданий, выдачу справок об их

прохождении в сети, сбор данных о выполняемых в сети работах.

§ 6. Показатели функционирования компьютерной сети

Создание и внедрение компьютерной сети является сложной комплексной

задачей, требующей согласованного решения ряда вопросов. К ним относятся:

- формирование рациональной структуры сети, соответствующей ее

назначению и удовлетворяющей определенным требованиям;

- проектирование телекоммуникационной системы сети, выбор типа линий

и каналов связи, оценка их пропускной способности и т.д.;

- обеспечение способности доступа пользователей к общесетевым

ресурсам, в частности, за счет оптимального решения задач маршрутизации;

- распределение информационных, аппаратных и программных ресурсов

по звеньям сети;

- разработка системы обеспечения безопасности информации в сети;

разработка мероприятий по обеспечению требуемого уровня эргономичности

сети и др.

Все эти вопросы решаются с учетом требований, предъявляемых к сети по

главным показателям:

- временным - для оценки оперативности и своевременности

удовлетворения запросов пользователей;

- надежностным - для оценки надежности функционирования сети;

- экономическим – для оценки экономической эффективности капитальных

вложений на создание и внедрение сети и текущих затрат

при эксплуатации и использовании.

Самым главным требованием, предъявляемым к сетям, является

выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям

потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех

компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования -

производительность, надежность, совместимость, управляемость,

защищенность, расширяемость и масштабируемость - связаны с качеством

выполнения этой основной задачи.

Качество работы сети характеризуют следующие свойства:

производительность, надежность, совместимость, управляемость,

защищенность, расширяемость и масштабируемость.

Существуют два основных подхода к обеспечению качества работы сети:

1) первый состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение

некоторой числовой величины показателя качества обслуживания;

2) второй подход (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,

- 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 которо-

го 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.

§ 7. Классификация компьютерных сетей

Классификация компьютерных сетей осуществляется по наиболее

характерным признакам: структурным, функциональным, информационным.

По степени территориальной рассредоточенности основных элементов

сети (абонентских систем, узлов связи) различают:

1) Глобальные компьютерные сети (ГКС) или Wide Area Networks (WAN) -

объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории,

охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему

объединения информационных ресурсов всего человечества и организации

доступа к ним. Взаимодействие АО осуществляется на базе различных

территориальных сетей связи (ТСС), в которых используются телефонные

линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи.

2) Региональные или городские компьютерные сети (РКС или ГорКС) или

Metropolitan Area Networks (MAN) - объединяют абонентские системы,

расположенные в пределах отдельного региона - города, административного

района, функционируют в интересах организаций и пользователей региона и,

как правило, имеют выход в ГКС. Взаимодействие абонентских систем

осуществляется также с помощью ТСС.

3) Локальные компьютерные сети (ЛКС) или Local Area Networks (LAN) -

объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой

территории (этаж здания, здание, несколько зданий одного итого же

предприятия). К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков,

офисов, учебных заведений и т.д.

Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является

наличие своей штатной системы передачи данных.

По масштабу производственного подразделения, в пределах которого

действует сеть, различают:

1) Сети отделов — это сети, которые используются сравнительно

небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия.

Эти сотрудники решают некоторые общие задачи, например ведут

бухгалтерский учет или занимаются маркетингом. Считается, что отдел может

насчитывать до 100-150 сотрудников.

Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов,

таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно сети

отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати

пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети. В этих сетях

локализуется большая часть трафика предприятия. Сети отделов обычно

создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии — Ethernet, Token

Ring. Для такой сети характерен один или, максимум, два типа операционных

систем. Чаще всего — это сеть с выделенным сервером, например NetWare,

хотя небольшое количество пользователей делает возможным использование

одноранговых сетевых ОС, таких, например, как Windows 95.

Задачи управления сетью на уровне отдела относительно просты:

добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция

новых узлов и установка новых версий программного обеспечения. Такой

сетью может управлять сотрудник, посвящающий обязанностям

администратора только часть своего времени. Чаще всего администратор сети

отдела не имеет специальной подготовки, но является тем человеком в отделе,

который лучше всех разбирается в компьютерах, и само собой получается так,

что он занимается администрированием сети.

Существует и другой тип сетей, близкий к сетям отделов, — сети рабочих

групп. К таким сетям относят совсем небольшие сети, включающие до 10-20

компьютеров. Характеристики сетей рабочих групп практически не отличаются

от описанных выше характеристик сетей отделов. Такие свойства, как простота

сети и однородность, здесь проявляются в наибольшей степени, в то время как

сети отделов могут приближаться в некоторых случаях к следующему по

масштабу типу сетей — сетям кампусов.

2) Сети кампусов получили свое название от английского слова campus —

студенческий городок. Именно на территории университетских городков часто

возникала необходимость объединения нескольких мелких сетей в одну

большую сеть. Сейчас это название не связывают со студенческими городками,

а используют для обозначения сетей любых предприятий и организаций.

Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного

предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории,

покрывающей площадь в несколько квадратных километров. Отсюда вытекают

сложности управления сетями кампусов. Администраторы должны быть в этом

случае более квалифицированными, а средства оперативного управления сетью

- более совершенными.

3) Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия,

что соответствует дословному переводу термина «enterprise-wide networks»,

используемого в англоязычной литературе для обозначения этого типа сетей.

Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое

количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они

могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент.

Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число

серверов — сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут

оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных

связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров

в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные

средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь.

Корпоративную сеть можно представить в виде «островков локальных сетей»,

плавающих в телекоммуникационной среде.

Непременным атрибутом такой сложной и крупномасштабной сети

является высокая степень гетерогенности — нельзя удовлетворить потребности

тысяч пользователей с помощью однотипных программных и аппаратных

средств. В корпоративной сети обязательно будут использоваться различные

типы компьютеров — от мэйнфреймов до персоналок, несколько типов

операционных систем и множество различных приложений. Неоднородные

части корпоративной сети должны работать как единое целое, предоставляя

пользователям по возможности прозрачный доступ ко всем необходимым

ресурсам.

Объединение различных сетей позволяет создавать сложные многосетевые

иерархии.

По способу управления различают сети с централизованным управлением,

когда в сети имеется один или несколько управляющих органов,

децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и

смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы

принципы централизованного и децентрализованного управления.

По организации передачи информации различают сети с селекцией

информации и маршрутизацией информации.

Первые строятся на основе моноканала, взаимодействие АС

осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных

(кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию

кадра снимают только АС, которым они предназначены. Вторые используют

механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к

получателю по одному из альтернативных маршрутов. По типу организации

передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с

коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В

эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы

передачи данных.

По топологии, т.е. по конфигурации элементов в сети, различают

широковещательные сети и последовательные. Широковещательные сети и

значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с

«интеллектуальным центром») характерны для ЛКС.

Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной

является произвольная (ячеистая) топология.

В сетях с широковещательной конфигурацией характерен

широковещательный режим работы, когда на передачу может работать только

одна рабочая станция, а все остальные станции сети - на прием. Это локальные

сети с селекцией информации: общая шина, дерево, звезда с пассивным

центром.

Основные преимущества ЛКС с общей шиной - простота расширения сети

путем подключения к шине новых рабочих станций, простота управления

сетью, минимальный расход кабеля. ЛКС с топологией типа «дерево» - это

более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем

соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными

размножителями («хабами»), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент.

Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛКС с

топологией типа «звезда в центре» находится пассивный соединитель или

активный повторитель - достаточно простые и надежные устройства. Для

защиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое

отключает вышедшие из строя кабельные лучи.

В сетях с последовательной конфигурацией, в которых осуществляется

маршрутизация информации, передача данных производится последовательно

от одной станции к соседней, причем на различных участках сети могут

использоваться различные виды физической передающей среды.

В сетях с кольцевой топологией информация чаще всего передается только

в одном направлении, обычно против часовой стрелки. Каждая рабочая станция

имеет память объемом до целого кадра. При перемещении кадра по кольцу

каждая станция принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию

кадра, если он адресован данной станции, и ретранслирует кадр. Все это

замедляет передачу кадра в кольце, причем длительность задержки

определяется преимущественно числом PC. Удаление кадра из кольца

производится обычно станцией-отправителем: кадр совершает по кольцу

полный оборот (при этом станция-получатель снимает копию с кадра) и

возвращается к станции-отправителю, которая воспринимает его как

квитанцию-подтверждение получения кадра адресатом.

В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций

(за исключением кольца) каждый сегмент кабеля должен обеспечивать

передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных

сетях связи - использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух

направлениях, в дуплексных сетях - с помощью двух однонаправленных

кабелей; в широкополосных системах - применением различной несущей

частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.

Компьютерные сети могут быть как однородными (гомогенными), в

которых применяются программно совместимые компьютеры, так и

неоднородными (гетерогенными), включающими программно несовместимые

ЭВМ.

В заключение рассмотрим основные отличия локальных сетей от

глобальных более детально:

1) Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Класс ЛВС

по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим

расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным

использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального

кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-

за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных

глобальным сетям. В глобальных сетях часто применяются уже существующие

линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они

прокладываются заново.

2) Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой

надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные,

чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее

оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция,

асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования,

квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны,

качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры

передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от

обязательного подтверждения получения пакета.

3) Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей

от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными

между компьютерами, скорость которых (4, 10, 16, 100, 1000 Мбит/с) сравнима

со скоростями работы устройств и узлов компьютера — дисков, внутренних

шин обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети,