Мандрыкин А.В. Информационные технологии в экономике

Подождите немного. Документ загружается.

130

тельной сетью. Среди основных показателей можно выделить

следующие:

− Производительность. Важным показателем производи-

тельности сети является время реакции системы - это время между

моментом возникновения запроса и моментом получения ответа.

Время реакции зависит от многих факторов, таких как используе-

мая служба сети, степень загруженности сети или отдельных сег-

ментов и др. Поэтому при оценке производительности работы се-

ти определяется среднее время реакции. Пропускная способность

сети определяется количеством информации, переданной через

сеть или ее сегмент в единицу времени. Пропускная способность

сети характеризует, насколько быстро сеть может выполнить

свою основную задачу передачи информации. Пропускная спо-

собность определяется в битах в секунду.

− Надежность и безопасность. Надежность работы вы-

числительной сети определяется надежностью работы всех ее

компонентов. Для повышения надежности работы аппаратных

компонентов обычно используют дублирование, когда при отказе

одного из элементов функционирование сети обеспечат другие.

При работе вычислительной сети должна обеспечиваться сохран-

ность информации и ее защита от искажений как при хранении,

так и при передаче.

Важное значение имеет другая сторона надежности — безо-

пасность. Это способность сети обеспечить защиту информации от

несанкционированного доступа. Задачи обеспечения безопасно-

сти решаются применением как специального программного

обеспечения, так и соответствующих аппаратных средств.

− Управляемость. Система управления сетью должна пре-

доставлять возможность воздействовать на работу любого элемен-

та сети. Должна быть обеспечена возможность осуществлять ме-

роприятия по управлению с любого элемента сети. Управлением

сетью занимается администратор сети или пользователь, которо-

му поручены эти функции. Обычный пользователь, как правило, не

имеет административных прав.

131

− Расширяемость и масштабируемость. Любая вычис-

лительная сеть является развивающимся объектом, и не только в

плане модернизации ее элементов, но и в плане ее физического

расширения, добавления новых элементов сети (пользователей,

компьютеров, служб). Существование таких возможностей, тру-

доемкость их осуществления входят в понятие расширяемости.

Другой похожей характеристикой является масштабируемость

сети, которая определяет возможность расширения сети без суще-

ственного снижения ее производительности.

− Прозрачность. Прозрачность вычислительной сети яв-

ляется ее характеристикой с точки зрения пользователя. Прозрач-

ность сети предполагает скрытие особенностей сети от конечно-

го пользователя. Пользователь обращается к ресурсам сети как к

обычным локальным ресурсам компьютера, на котором он рабо-

тает. Другой важной стороной прозрачности сети является воз-

можность распараллеливания работы между разными элементами

сети. Вопросы назначения отдельных параллельных заданий от-

дельным устройствам сети также должны быть скрытыми от поль-

зователя и решаться в автоматическом режиме.

− Интегрируемость (совместимость). Интегрируе-

мость означает возможность подключения к вычислительной се-

ти разнообразного и разнотипного оборудования, программного

обеспечения от разных производителей.

Основным направлением развития интегрируемости вычис-

лительных сетей является стандартизация сетей, их элементов и

компонентов.

Все стандарты можно разделить на следующие виды:

• стандарты отдельных фирм;

• стандарты специальных комитетов и объединений, созда-

ваемых нескольким фирмами;

• стандарты национальных организаций по стандартизации;

• международные стандарты.

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся

большим количеством организаций. Среди них необходимо выде-

лить Международную организацию по стандартизации

132

(International Organization for Standardization — ISO). Эта орга-

низация известна разработкой модели взаимодействия открытых

систем Open Systems Interconnection (OSI), которая в настоящее

время является основной, своего рода «эталонной» моделью вы-

числительной сети. Эта модель является основой стандартизации

в области вычислительных сетей.

7.6. Модели построения ЛВС

На основе модели OSI вычислительная сеть предстает

как распределенная вычислительная среда, включающая в себя

большое число разнообразных аппаратных и программных

средств.

По вертикали данная среда представляется рядом логиче-

ских уровней, на каждый из которых возложена одна из задач

сети. По горизонтали информационно-вычислительная среда

делится на локальные части (открытые системы), отвечающие

требованиям и стандартам структуры открытых систем.

Часть открытой системы, выполняющая некоторую оп-

ределенную функцию и входящая в состав того или иного

уровня, называется объектом.

Правила, по которым осуществляется взаимодействие

объектов одного и того же уровня, называются протоколом

(методика связи).

Протоколы определяют порядок обмена информацией

между сетевыми объектами. Они позволяют взаимодействую-

щим рабочим станциям посылать друг другу вызовы, интер-

претировать данные, обрабатывать ошибочные ситуации и вы-

полнять множество других различных функций.

Иерархически организованный набор протоколов, доста-

точный для организации взаимодействия узлов в сети, называ-

ется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы

как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней

часто реализуются комбинацией программных и аппаратных

средств, а протоколы верхних уровней – чисто программными

средствами.

133

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и

находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с дру-

гом в соответствии с четко определенными правилами и с по-

мощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила

принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор

сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уров-

ню.

Каждый уровень подразделяется на две части:

- спецификацию услуг, которая определяет, что делает

уровень;

- спецификацию протокола, которая определяет, как он

это делает. Причем, каждый конкретный уровень может иметь

более одного протокола.

Модель OSI представляет собой семиуровневую модель,

которой соответствует и программная структура:

1. Физический

(Physical Layer) - осуществляет как соеди-

нения с физическим каналом, так и расторжение, управление

каналом; также на этом уровне определяется скорость переда-

чи данных и топология сети.

2. Канальный

(Data Link) - осуществляет обрамление пе-

редаваемых массивов информации вспомогательными симво-

лами и контроль передаваемых данных.

3. Сетевой

(Network Layer) - определяет маршрут пере-

дачи информации между сетями (ПЭВМ), обеспечивает обра-

ботку ошибок, а так же управление потоками данных.

Специальные маршрутизаторы (Router) определяют, для

какой сети предназначено то или другое сообщение, и направ-

ляет эту посылку в заданную сеть. Для определения абонента

внутри сети используется Адрес Узла (Node Address). Для оп-

ределения пути передачи данных между сетями на маршрути-

заторах строятся Таблицы Маршрутов (Routing Tables), содер-

жащие последовательность передачи данных через маршрути-

заторы. Каждый маршрут содержит адрес конечной сети, адрес

следующего маршрутизатора и стоимость передачи данных по

этому маршруту. Для построения таблиц маршрутов наиболее

часто используют либо Метод Векторов либо Статический

134

Метод. При выборе оптимального маршрута применяют ди-

намические или статические методы.

4. Транспортный (Transport Layer) - связывает нижние

уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровня-

ми, которые реализуются программными средствами. Здесь

осуществляется разделение информации по определенной

длине и уточняется адрес назначения. Транспортный уровень

позволяет мультиплексировать передаваемые сообщения или

соединения.

5. Сеансовый (Session Layer) - управляет представлением

данных в необходимой для программы пользователя форме,

генерацию и интерпретацию взаимодействия процессов, коди-

рование/декодирование данных (для защиты информации от

перехвата), в том числе компрессию и декомпрессию данных

(сокращает время передачи данных). Предоставляет возмож-

ность организовать обмен данными между станциями, на ко-

торых используются разные операционные системы.

6. Представительский (Presentation Layer) - управляет

представлением данных в необходимой для программы поль-

зователя форме, генерацию и интерпретацию взаимодействия

процессов, кодирование/декодирование данных, в том числе

компрессию и декомпрессию данных (сокращает время пере-

дачи данных). Предоставляет возможность организовать обмен

данными между станциями, на которых используются разные

операционные системы.

7. Прикладной (Application Layer) - в его ведении нахо-

дятся прикладные сетевые программы, обслуживающие фай-

лы, а также выполняет вычислительные, информационно-

поисковые работы, логические преобразования информации,

передачу почтовых сообщений и т.п. Главная задача этого

уровня - обеспечить удобный интерфейс для пользователя. С

этим может справиться системное и пользовательское при-

кладное программное обеспечение.

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены

к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от кон-

135

кретной технической реализации сети, либо к функциям, ори-

ентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня: физический, канальный и сетевой -

являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней

тесно связаны с технической реализацией сети и используе-

мым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня – прикладной, представительский и

сеансовый – ориентированы на приложения и мало зависят от

технических особенностей построения сети. На протоколы

этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в то-

пологии сети, замена оборудования или переход на другую се-

тевую технологию.

Транспортный уровень является промежуточным, он

скрывает все детали функционирования нижних уровней от

верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зави-

сящие от технических средств непосредственной транспорти-

ровки сообщений.

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но толь-

ко одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и свя-

занные с ними стеки протоколов могут отличаться количест-

вом уровней, их функциями, форматами сообщений, служба-

ми, поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими пара-

метрами.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вы-

числительный сетей является стандартизация коммуникацион-

ных протоколов. В настоящее время в сетях используется

большое количество стеков коммуникационных протоколов.

Стек OSI. Стек OSI полностью соответствует модели

OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи

уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На

нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring,

FDDI, протоколы глобальных сетей X.25 (самая распростра-

ненная сеть с коммутацией пакетов, используемая для по-

строения корпоративных сетей - отличается высокой надежно-

стью даже в случае снижения показателей качества работы фи-

136

зических каналов) и ISDN (цифровая сеть с интегральными

услугами), – то есть использует разработанные вне стека про-

токолы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы

сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI спе-

цифицированы и реализованы различными производителями,

но распространены пока мало. Наиболее популярными прото-

колами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним от-

носятся: протокол передачи файлов FTAM (File Transfer, Ac-

cess and Management), протокол эмуляции терминала VTP,

протоколы справочной службы X.500, электронной почты

X.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличает большая сложность и не-

однозначность спецификаций. Поэтому протоколы OSI требу-

ют больших затрат вычислительной мощности центрального

процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных

машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек OSI – международный, независимый от производи-

телей стандарт. Его поддерживает правительство США. Одна-

ко сейчас большинство организаций только планируют пере-

ход к этому стеку.

Из тех, кто работает в этом направлении, можно назвать

Военно-морское ведомство США и сеть NSFNET. Одним из

крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является

компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на

этом стеке.

Стек TCP/IP. Стек TCP/IP (Transmission Control Proto-

col/Internet Protocol) был разработан по инициативе Министерства

обороны США более 20 лет назад. Сегодня этот протокол использу-

ется в Интернет и большинстве корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все попу-

лярные стандарты физического и канального уровней: для ло-

кальных сетей – это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобаль-

ных – протоколы работы на аналоговых коммутируемых и вы-

деленных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных се-

тей X.25 и ISDN.

137

Основными протоколами стека являются протоколы IP и

TCP. В модели OSI эти протоколы относятся к сетевому и

транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает про-

движение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надеж-

ность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран

и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество

протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие попу-

лярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP,

протокол эмуляции терминала Telnet, почтовый протокол

SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипер-

текстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из са-

мых распространенных стеков транспортных протоколов вы-

числительных сетей. Причем процесс становления стека TCP/IP

в качестве стека номер один в любых типах сетей продолжается

и сейчас любая промышленная операционная система обя-

зательно включает программную реализацию этого стека в сво-

ем комплекте поставки.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и

каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet ра-

ботает на основе этого стека, существует большое количество

локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосред-

ственно не являющихся непосредственными частями Internet, в

которых также используют протоколы TCP/IP. Чтобы отличать

их от Internet, эти сети называют сетями TCP/IP или просто IP-

сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для гло-

бальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему

преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о

построении сетей, включающих глобальные связи. В частности,

очень полезным свойством, делающим возможным применение

этого протокола в больших сетях, является его способность

фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная

сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных

принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена

138

собственная величина максимальной длины единицы передавае-

мых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети,

имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей мак-

симальной длиной может возникнуть необходимость деления пе-

редаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека

TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гиб-

кая система адресации, позволяющая более просто по сравне-

нию с другими протоколами аналогичного назначения включать

в интерсеть сети других технологий. Это свойство также спо-

собствует применению стека TCP/IP для построения больших

гетерогенных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможно-

сти широковещательных рассылок. Это свойство необходимо

при работе на медленных каналах связи, характерных для терри-

ториальных сетей.

Однако, как и всегда, за получаемые преимущества надо пла-

тить, и платой здесь оказываются высокие требования к ресурсам

и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функцио-

нальные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для сво-

ей реализации высоких вычислительных затрат. Гибкая система

адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к

наличию в IP-сети различных централизованных служб типа

DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб направлена на облег-

чение администрирования сети, в том числе и на облегчение

конфигурирования оборудования, но в то же время сама требу-

ет пристального внимания со стороны администраторов.

Стек IPX/SPX. Этот стек является оригинальным стеком

протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой опера-

ционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы

сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange

(IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали назва-

ние стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS

(очень большой и медленный протокол, который использует

большое количество широковещательных сообщений, что уве-

личивает трафик сети) фирмы Xerox, распространенных в го-

139

раздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX. Популярность сте-

ка IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой

Novell NetWare, которая еще сохраняет мировое лидерство по

числу установленных систем, хотя в последнее время ее попу-

лярность несколько снизилась и по темпам роста она отстает

от Microsoft Windows NT.

Протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо

работали в локальных сетях и не очень — в больших корпора-

тивных сетях, так как они слишком перегружали медленные

глобальные связи широковещательными пакетами, которые ин-

тенсивно используются несколькими протоколами этого стека

(например, для установления связи между клиентами и серве-

рами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX

является собственностью фирмы Novell и на его реализацию

нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации

не поддерживались), долгое время ограничивали распростра-

ненность его только сетями NetWare. Однако с момента вы-

пуска версии NetWare 4.0 Novell внесла и продолжает вносить

в свои протоколы серьезные изменения, направленные на их

адаптацию для работы в корпоративных сетях. Сейчас стек IPX/

SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других

популярных сетевых ОС, например SCO UNIX, Sun Solaris,

Microsoft Windows NT.

Стек NetBIOS/SMB. Этот стек широко используется в

продуктах компаний IBM и Microsoft. На физическом и ка-

нальном уровнях этого стека используются все наиболее рас-

пространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие.

На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System)

появился в 1984 году как сетевое расширение стандартных

функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) IBM PC для

сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем

этот протокол был заменен так называемым протоколом рас-

ширенного пользовательского интерфейса NetBEUI — Net-

BIOS Extended User Interface. Для обеспечения совместимости

приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был