Саак А.Э., Пахомов Е.В., др. Информационные технологии управления

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 8. Компьютерные сети 179

Данные передаются через каждый компьютер, пока не окажутся

у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Далее принима-

ющий компьютер посылает передающему сообщение — подтвержде-

ние о приеме данных. Получив сообщение — подтверждение, переда-

ющий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Топология полносвязной вычислительной сети представлена на

рис. 8.5. В структуре такой сети можно выделить коммуникационную

и абонентскую подсети. Коммуникационная подсеть — это ядро вычис-

лительной сети, которое связывает рабочие станции и серверы сети

друг с другом. Звенья абонентской подсети (серверы, рабочие станции)

подключаются к узлам коммутации абонентскими каналами связи.

8.5. Модель взаимодействия открытых систем

Передача и обработка данных в разветвленной сети является слож-

ным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру

Источник: Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуни-

кации. - СПб.: Питер, 2002.

180 Информационные технологии управлени?

процессом, требующим формализации и стандартизации следующих

процедур [12]:

» управление и контроль ресурсов компьютеров и системы теле-

коммуникаций;

* установление и разъединение соединений;

* контроль соединений;

* маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;

» контроль правильности передачи;

* исправление ошибок и т. д.

Необходимо применение стандартизированных протоколов и для

обеспечения понимания сетями друг друга при их взаимодействии.

Указанные выше задачи решаются с помощью применения системы

протоколов и стандартов, которые определяют процедуры взаимодей-

ствия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол представляет собой набор правил и методов взаимодей-

ствия объектов вычислительной сети, регламентирующий основные

процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие

корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети.

Выполнением протокольных процедур управляют специальные про-

граммы, реже аппаратные средства.

Международной организацией по стандартизации (ISO — Interna-

tional Organisation for Standardization) разработана система стандарт-

ных протоколов — модель взаимодействия открытых систем (Open

System Interconnection — OSI), которую также называют эталонной

семиуровневой моделью открытых систем.

Открытая система — система, доступная для взаимодействия с дру-

гими системами в соответствии с разработанными стандартами [52].

Модель OSI содержит общие рекомендации для построения стан-

дартов совместимых сетевых программных продуктов и служит осно-

вой для разработчиков совместимого сетевого оборудования. Эти ре-

комендации должны быть реализованы как в технических, так и в

программных средствах вычислительных сетей. Для обеспечения упо-

рядочения функций управления и протоколов вычислительной сети

вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть включает

семь функциональных уровней (см. табл. 8.1) [12].

Условно уровни приложения и представления данных можно от-

нести к функциям взаимодействия с приложением, а более низкие

уровни — к функциям связи (см. табл. 8.2).

Прикладной уровень регламентирует процесс управления термина-

лами сети и прикладными процессами, которые являются источника-

ми и потребителями информации, передаваемой в сети. Отвечает за

запуск программ пользователя, их выполнение, ввод-вывод данных,

управление терминалами, административное управление сетью. На

данном уровне применяются технологии, являющиеся надстройкой

над инфраструктурой передачи данных: электронной почты, теле- и

видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в Интер-

нете.

Уровень представления интерпретирует и преобразовывает данные,

передаваемые в сети, в вид, удобный для прикладных процессов.

182 Информационные технолсм ии управления

Согласует форматы представления данных, синтаксис, трансляцию

и интерпретацию программ с разных языков. Многие функции этого

уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому предоставля-

емые им протоколы не получили развития и во многих сетях практи-

чески не используются.

Сеансовый уровень — обеспечение организации и проведения сеан-

сов связи между прикладными процессами, такими как инициализа-

ция и поддержание сеанса между абонентами сети, управление оче-

редностью и режимами передачи данных. Многие функции этого

уровня в части установления соединения и поддержания упорядочен-

ного обмена данными реализуются на транспортном уровне, поэтому

протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.

Транспортный уровень — отвечает за управление сегментировани-

ем данных (сегмент — блок данных транспортного уровня) и сквозной

передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю

На данном уровне оптимизируется использование услуг, предостав-

ляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропуск-

ной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортно-

го уровня (сегментирующие и дейтаграммные) развиты очень широко

и интенсивно используются на практике. Сегментирующие протоко-

лы разбивают исходное сообщение на блоки данных — сегменты. Ос-

новной функцией таких протоколов транспортного уровня является

обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восста-

новление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют со-

Глава 8 Компьютерные сети 183

общение и отправляют его одним куском, ко горый называется «дей-

таграмма».

Сетевой уровень. Назначением данного уровня является управление

логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрути-

зация данных, коммутация каналов, сообщений, пакетов и мульти-

плексирование). На данном уровне реализуется главная телекомму-

никационная функция сетей, заключающаяся в обеспечении связи ее

пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует

протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, ис-

пользуемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне передава-

емые данные разбиваются на пакеты. Для того чтобы пакет был доставлен

до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответ-

ствие известный передатчику сетевой адрес.

Канальный уровень. Формирование и управление физическим ка-

налом передачи данных между объектами сетевого уровня, обеспече-

ние прозрачности физических соединений, контроля и исправления

ошибок передачи.

Физический уровень отвечает за установление, поддержание и рас-

торжение соединений с физическим каналом сети. На данном уровне

определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, па-

раметры этих сигналов — временные, электрические — и последова-

тельность формирования этих сигналов при выполнении процедуры

передачи данных.

8.6. Техническое обеспечение компьютерных сетей

Техническое обеспечение компьютерных сетей включает следу-

ющие компоненты [52]:

» серверы, рабочие станции;

* каналы передачи данных;

* интерфейсные платы и устройства преобразования сигналов;

* маршрутизаторы и коммутационное оборудование.

Рабочая станция — компьютер, через который пользователь полу-

чает доступ к ресурсам сети. Часто рабочую станцию, так же как и поль-

зователя сети, называют клиентом сети.

Сервер — это предназначенный для обработки запросов от всех ра-

бочих станций сети многопользовательский компьютер, предоставля-

ющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам. Сервер

работает под управлением сетевой операционной системы. Наиболее

184 Информационные технологии управления

важным требованием, которое предъявляется к серверу, является вы-

сокая производительность и надежность работы.

Сервер приложений — это работающий в сети компьютер большой

мощности, имеющий программное обеспечение (приложения), с кото-

рым могут работать клиенты сети.

Специализированные серверы применяют для создания и управ-

ления базами данных и архивами данных, поддержки многоадресной

факсимильной связи и электронной почты, управления многопользо-

вательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и т. д. Можно при-

вести следующие примеры специализированных серверов: файл-сер-

вер, факс-сервер, почтовый сервер, сервер печати, серверы-шлюзы.

Файл-сервер. Основное назначение — работа с базами данных, сер-

вер имеет объемные дисковые запоминающие устройства, часто на от-

казоустойчивых дисковых массивах RAID емкостью до терабайта.

Факс-сервер. Это выделенная рабочая станция для организации

многоадресной факсимильной связи, с несколькими факс-модемными

платами. Поддерживает защиту информации от несанкционирован-

ного доступа в процессе передачи, обладает системой хранения элек-

тронных факсов.

Почтовый сервер. Это выделенная рабочая станция для организа-

ции электронной почты, с электронными почтовыми ящиками.

Сервер печати предназначен для эффективного использования си-

стемных принтеров.

Серверы-шлюзы в Интернете играют роль маршрутизаторов. Прак-

тически всегда совмещают функции почтового сервера и сетевого

брандмауэра, обеспечивающего безопасную работу в сети.

Хост-компьютерами называют такие компьютеры, которые имеют

непосредственный доступ в глобальную сеть.

Узлы коммутации предназначены для приема, анализа и отправки

данных по выбранному направлению. В сетях с маршрутизацией узлы

коммутации осуществляют выбор маршрута.

Устройства коммутации являются наиболее важным оборудовани-

ем систем передачи информации в вычислительных сетях. Примене-

ние таких устройств значительно сокращает протяженность каналов

связи в сетях с несколькими взаимодействующими абонентами.

Узлы коммутации могут осуществлять один из трех возможных ви-

дов коммутации при передаче данных: коммутацию каналов, комму-

тацию сообщений, коммутацию пакетов.

При коммутации каналов используются сообщения или пакеты,

которые часто называют дейтаграммами.

Глава 8 Компьютерные сети 185

Дейтаграмма — это пакет данных (сообщение), который содержит

в своем заголовке информацию, необходимую для передачи его от ис-

точника к получателю независимо от всех предыдущих и последу-

ющих сообщений [12].

Между пунктами отправления и приема сообщения устанавливает-

ся непосредственное физическое соединение на основе формирования

составного канала из последовательно соединенных отдельных участ-

ков каналов связи. Такой канал организуется в начале сеанса связи,

поддерживается в течение всего сеанса и разрывается только после

окончания передачи. Основные достоинства метода заключаются в сле-

дующем [12]:

* возможность работы в диалоговом режиме и в режиме реального

времени;

* обеспечение полной прозрачности канала.

Метод коммутации применяется чаще всего при дуплексной пере-

даче аудиоинформации (телефонная связь).

При коммутации сообщений данные передаются в виде дискретных

порций разной длины (сообщений). Между источником и адресатом

сквозной физический канал не устанавливается и ресурсы коммуни-

кационной системы предварительно не распределяются. Отправитель

только указывает адрес получателя. Узлы коммутации анализируют

адрес, текущую занятость каналов и передают сообщение по доступ-

ному в данный момент времени каналу на ближайший узел сети в

сторону получателя. В узлах коммутации имеются коммутаторы,

управляемые связным процессором, которые также обеспечивают вре-

менное хранение данных в буферной памяти, контроль достоверности

информации и исправление ошибок, преобразование форматов дан-

ных, формирование сигналов подтверждения получения сообщения.

Применяется этот вид коммутации в электронной почте, телеконфе-

ренциях [12].

Метод коммутации пакетов был разработан в современных систе-

мах для повышения оперативности, надежности передачи и уменьше-

ния емкости запоминающих устройств узлов коммутации. Длинные

сообщения разделяются на несколько более коротких, которые назы-

вают пакетами. Данный вид коммутации обеспечивает наибольшую

пропускную способность сети и наименьшую задержку при передаче

данных. Недостатком коммутации пакетов является сложность его

применения для систем, работающих в интерактивном режиме и в ре-

жиме реального времени [12].

TJB6

Информационные технологии

управление

В узлах коммутации применяются также концентраторы и удален

ные мультиплексоры. Их назначение заключается в объединении

и уплотнении входных потоков данных, поступающих от абонентом

по низкоскоростным каналам связи, в один или несколько более ско-

ростных каналов связи, и наоборот.

Концентраторы (хабы) используются для коммутации каналом

в компьютерных сетях. Основные функции концентратора заключа-

ются в повторении сигналов и концентрировании в себе функций

объединения компьютеров в единую сеть.

Модем — устройство прямого (модулятор) и обратного (демодуля-

тор) преобразования сигналов в вид, принятый для использования

в определенном канале связи.

Модемы бывают разные (рис. 8.6), но в первую очередь их можно

разделить на аналоговые и цифровые.

Аналоговые модемы самые распространенные и предназначены для

выполнения следующих функций [12]:

* при передаче для преобразования широкополосных импульсом

(цифрового кода) в узкополосные аналоговые сигналы;

* при приеме для фильтрации принятого сигнала от помех и детек

тирования, то есть обратного преобразования узкополосного апа

логового сигнала в цифровой код.

Преобразование, выполняемое при передаче данных, обычно связа

но с их модуляцией.

Модуляция — это изменение какого-либо параметра сигнала в ка-

нале связи (модулируемого сигнала) в соответствии с текущими зпа

чениями передаваемых данных (модулирующего сигнала) [12].

Демодуляция — это обратное преобразование модулированного с Hi-

нала в модулирующий сигнал.

Протокол передачи данных представляет собой совокупность пра-

вил, определяющих формат данных и процедуры их передачи в канале

связи. В протоколе подробно указывается, как представить данньи

какой способ модуляции данных избрать с целью ускорения и защиты

188 Информационные технологии управления

каждом компьютере должны быть установлены программные средства

администрирования сетью. Каждая станция сети может быть как кли-

ентом, так и сервером. Каждый компьютер, работающий в одноранговой

сети, имеет свои собственные сетевые программные средства. Досто-

инства одноранговых сетей: низкая стоимость, высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей: возможность подключения неболь-

шого числа рабочих станций (не более 10), сложность управления

сетью, трудности обновления и изменения программного обеспечения

станций, сложность обеспечения защиты информации.

В серверных сетях один из компьютеров, который называют серве-

ром, реализует процедуры, предназначенные для использования все-

ми рабочими станциями, управляет взаимодействием рабочих стан-

ций и выполняет ряд сервисных функций. В процессе обработки

данных клиент формирует запрос на сервер для выполнения тех или

иных процедур: чтение файла, поиск информации в базе данных, пе-

чать файла и т. п.

В качестве межсетевого интерфейса для соединения сетей между

собой используются повторители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы [12].

Источник: Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуни-

кации. - СПб.: Питер, 2002.