Локальная сети

ПЛАН Введение 1. Классификация локальных вычислительных сетей (ЛВС) 2. Особенности организации локальных сетей. 3. Методы доступа к передающей среде
Заключение Список литературы Введение Прогресс в развитии микропроцессорной техники сделал ее доступ­ной массовому потребителю, а высокая надежность, относительно низ­кая стоимость, простота общения с пользователем-непрофессионалом в области вычислительной техники послужили основой для организации систем распределенной обработки данных, включающих от десятка до сотен ПЭВМ, объединенных в вычислительные сети. В отличие от вычислительных сетей, создаваемых на базе больших ЭВМ и охваты­вающих значительную территорию, сети на базе ПЭВМ получили на­звание локальных, так как они ориентированы в первую очередь на объ­единение вычислительных машин и периферийных устройств, сосредо­точенных на небольшом пространстве (например, в пределах одного по­мещения, здания, группы зданий в пределах нескольких километров). Появление локальных вычислительных сетей (ЛВС) позволило значи­тельно повысить эффективность применения ВТ за счет более рацио­нального использования аппаратных, программных и информационных ресурсов вычислительной системы, значительного улучшения эксплуатационных характеристик (в первую очередь повышения надежности) и создания максимальных удобств для работы конечных пользователей. Сравнительно низкая стоимость, высокая живучесть и простота комплексирования эксплуатации ЛВС, оснащенность современными операционными системами различного назначения, высокоскоростными сред­ствами передачи данных, оперативной и внешней памятью большой ем­кости способствовали их быстрому распространению для автоматизации управленческой деятельности в учреждениях, на предприятиях, а также для создания на их основе информационных, измерительных и управляющих систем автоматизации технологических и производственных процессов. Одной из главных проблем создания локальных вычислительных сетей является проблема аппаратной совместимости ВТ. В настоящее время вычислительные средства ЛВС в основном объединя­ются с помощью высокоскоростных либо низкоскоростных каналов пе­редачи данных. Такие вычислительные сети получили название свободносвязанных, так как протекание вычислительных процессов в них может осуществляться асинхронно. При незначительной удаленности вычислительного оборудования наиболее эффективным средством связи между отдельными аппаратны­ми компонентами ЛВС является последовательный интерфейс. Его дос­таточно высокая пропускная способность позволяет иметь единствен­ный канал передачи данных — моноканал; при этом работа всей систе­мы осуществляется в режиме мультиплексирования. 1. Классификация локальных сетей (ЛВС) Все множество видов ЛВС можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся ЛВС, ориентированные на массового поль­зователя. Такие ЛВС объединяют в основном персональные ЭВМ с по­мощью систем передачи данных, имеющих низкую стоимость и обес­печивающих передачу информации на расстояние 100 — 500 м со скоро­стью 2400— 19200бод. Ко второй группе относятся ЛВС, объединяющие, кроме ПЭВМ, мик­ропроцессорную технику, встроенную в технологическое оборудование (средства автоматизации проектирования, обработки документальной информации, кассовые аппараты и т.д.), а также средства электронной почты. Система передачи данных таких ЛВС обеспечивает передачу ин­формации на расстояние до 1 км со скоростью от 19200 бод до 1 Мбод. Стоимость передачи данных в таких сетях примерно на 30% превышает стоимость этих работ в сетях первой группы. К третьей группе относятся ЛВС, объединяющие ПЭВМ, мини-ЭВМ и ЭВМ среднего класса. Эти ЛВС используются для организации управ­ления сложными производственными процессами с применением робототехнических комплексов и гибких автоматизированных модулей, а также для создания крупных систем автоматизации проектирования, систем управления научными исследованиями и т.п. Системы передачи данных в таких ЛВС имеют среднюю стоимость и обеспечивают пере­дачу информации на расстояние до нескольких километров со скоро­стью 120 Мбод. Для ЛВС четвертой группы характерно объединение в своем составе всех классов ЭВМ. Такие ЛВС применяются в сложных системах управ­ления крупным производством и даже отдельной отраслью: они включают в себя основные элементы всех предыдущих групп ЛВС. В рамках данной группы ЛВС могут применяться различные системы пе­редачи данных, в том числе обеспечивающие передачу информации со скоростью от 10 до 50 Мбод на расстояние до 10 км. По своим функцио­нальным возможностям ЛВС этой группы мало, чем отличаются от региональных вычислительных сетей, обслуживающих крупные города, районы, области. В своем составе они могут содержать разветвленную сеть соединений между различными абонентами — отправителями и по­лучателями информации. По топологическим признакам ЛВС делятся на сети сле­дующих типов: с общей шиной, кольцевые, иерархические, радиальные многосвязные. В ЛВС с общей шиной одна из машин служит качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам. ЛВС данного типа приобрели большую популярность благодаря низкор стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкость расширения сети (подключение новых абонентов к сети не сказывается на ее основных характеристиках). К недостаткам шинной тополога следует отнести необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля. Кольцевая топология характеризуется тем, что инфор­мация по кольцу может передаваться только в одном направлении и все подключенные ПЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче. При этом абонент-получатель должен пометить полученную информацию специальным маркером, иначе могут появиться «заблудившиеся» дан­ные, мешающие нормальной работе сети. Как последовательная конфигурация кольцо особенно уязвимо в от­ношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей. Разработчики ЛВС приложили немало усилий, чтобы справиться с этой проблемой. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное коль­цо. И в том, и в другом случае сохраняется общая кольцевая топология. Иерархическая ЛВС (конфигурация типа «дерево») представляет со­бой более развитой вариант структуры ЛВС, построенной на основе общей шины. Дерево образуется путем соединения не­скольких шин с корневой системой, где размещаются самые важные компоненты ЛВС. Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или не­сколько зданий на одной территории, и реализуется, как правило, в сложных системах, насчитывающих десятки и даже сотни абонентов. Радиальную (звездообразную) конфигурацию можно рассматривать как дальнейшее развитие структуры «дерево с корнем» с ответвлением к каждому подключенному устройству. В центре сети обычно размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жиз­неспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находят наиболее частое применение в автоматизированных учрежденческих системах
управления, использующих центральную базу данных. Звездообразные ЛВС, как правило, менее надежны, чем сети с общей шиной или иерар­хические, но эта проблема решается дублированием аппаратуры цен­трального узла. К недостаткам можно также отнести значительное по­требление кабеля (иногда в несколько раз превышающее расход в анало­гичных по возможностям ЛВС с общей шиной или иерархических).
Наиболее сложной и дорогой является многосвязная топология, в ко­торой каждый узел связан со всеми другими узлами сети. Эта топология в ЛВС применяется очень редко, в основном там, где тре­буются исключительно высокие надежность сети и скорость передачи данных. На практике чаще встречаются гибридные ЛВС, приспособленные к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты шинной, звездообразной и других топологий. Методы доступа в ЛВС. По методам доступа в сети выделяются та­кие наиболее распространенные сети, как Ethernet, ArcNet, Token Ring. Метод доступа Ethernet, пользующийся наибольшей попу­лярностью, обеспечивает высокую скорость передачи данных и надеж­ность. Для него используется топология «общая шина», поэтому сообще­ние, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но по­скольку сообщение включает адреса станций отправителя и адресата, то другие станции это сообщение игнорируют. Это метод множественного доступа. При нем перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если свободен, то станция начинает передачу. Метод доступа ArcNet получил распространение в силу де­шевизны оборудования. Он используется в ЛВС со звездообразной топо­логией. Одна из ПЭВМ создает специальный маркер (сообщение специ­ального вида), который последовательно передается от одной ПЭВМ к другой. Если станция передает сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет отделено от маркера и передано станции. Метод доступа Token Ring рассчитан на кольцевую топо­логию и также использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. Но при нем имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. При этом методе маркер перемещается по кольцу, давая последовательно расположенным на нем компьютерам право на передачу. Если компьютер получает пустой маркер, он может заполнить его сообщение кадром любой длины, однако лишь в течение того промежутка времени, который отводит специальный таймер для нахождения маркера в одной точке сети. Кадр перемещается по сети, и каждая ПЭВМ регенерирует его, но только принимающая ПЭВМ копи­рует тот кадр в свою память и отмечает его как принятый, однако не выводит сам кадр из кольца. Эту функцию выполняет передающий ком­пьютер, когда его сообщение возвращается к нему обратно. Тем самым обеспечивается подтверждение факта передачи сообщения. Вернемся к вопросу о способах соединения персональных компьюте­ров в единый вычислительный комплекс. Самый простой из них — соединить компьютеры через последовательные порты. В этом случае име­ется возможность копировать файлы с жесткого диска одного компью­тера на другой, если воспользоваться программой из операционной оболочки Norton Commander. Для получения прямого доступа к жест­кому диску другого компьютера разработаны специальные сетевые пла­ты (адаптеры) и программное обеспечение. В простых локальных сетях функции выполняются не на серверной основе, а по принципу соедине­ния рабочих станций друг с другом, поэтому пользователю можно не приобретать специальные файловые серверы и дорогостоящее сетевое ПО. Каждая ПЭВМ такой сети может выполнять функции, как рабочей станции, так и сервера. В ЛВС с развитой архитектурой функции управления выполняет се­тевая операционная система, устанавливаемая на более мощном, чем рабочие станции, компьютере (файловом сервере). Серверные сети де­лятся на сети среднего класса (до 100 рабочих станций) и мощные (корпоративные), объединяющие до 250 рабочих станций и более. Ос­новным разработчиком сетевых программных продуктов для сервера ЛВС является фирма Novell. Здесь следует отметить, что наблюдается тенденция ускорения пере­дачи данных до гигабитовых скоростей. К тому же требуется передавать данные типа высококачественного звука, речи и изображения. Все это приводит к постепенному вытеснению таких «старых» ЛВС как Token Ring, ArcNet, но позволяющих использовать новые ИТ. Операционная система Windows NT фирмы Microsoft вытесняет с рынка ОС Unix. В последние годы большой популярностью стали пользоваться «виртуальные» ЛВС VLAN. Их отличие от обычных ЛВС заключаются в том, что они не имеют физических ограничений. Виртуальные ЛВС определяют, какие рабочие станции включаются в физические группы на основе протокольной адресации, что позволяет располагать их в любом месте сети. Модели взаимодействия в ЛВС. В серверных ЛВС реализованы две модели взаимодействия пользователей с рабочими станциями: модель файл-сервер и модель клиент-сервер. 2. Особенности организации локальных сетей. Основное назначение любой компьютерной сети — предоставление информационных и вы­числительных ресурсов подключенным к ней пользователям. С этой точки зрения локальную вычислительную сеть можно рассматривать как сово­купность серверов и рабочих станций. Сервер — компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользо­вателей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, уда­ленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер — источник ресурсов сети. Рабочая станция — персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режи­ме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспе­чивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач. Особое внимание следует уделить одному из типов серверов — файловому серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название — файл-сервер. Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим дан­ным. Это компьютер с большой емкостью оперативной памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопителями на магнитной ленте (стриммерами). Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечи­вает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным. Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование дан­ных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных. Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.
3. Методы доступа к передающей среде Передающая среда является общим ресурсом для всех узлов сети. Чтобы получить возмож­ность доступа к этому ресурсу из узла сети, необходимы специальные механизмы — мето­ды доступа. Метод доступа к передающей среде — метод, обеспечивающий выпол­нение совокупности правил, по которым узлы сети получают доступ к ресурсу.
Существуют два основных класса методов доступа: детерминированные, недетерми­нированные. При детерминированных методах доступа передающая среда распределяется между узлами с помощью специального механизма управления, гарантирующего передачу данных узла в течение некоторого, достаточно малого интервала времени. Наиболее распространенными детерминированными методами доступа являются метод опроса и метод передачи права. Метод опроса рассматривался ранее. Он использует­ся преимущественно в сетях звездообразной топологии. Метод передачи права применяется в сетях с кольцевой топологией. Он основан на передаче по сети специального сообщения — маркера. Маркер — служебное сообщение определенного формата, в которое або­ненты сети могут помещать свои информационные пакеты. Маркер циркулирует по кольцу, и любой узел, имеющий данные для передачи, поме­щает их в свободный маркер, устанавливает признак занятости маркера и передает его по кольцу. Узел, которому было адресовано сообщение, принимает его, устанавливает признак подтверждения приема информации и отправляет маркер в кольцо. Передающий узел, получив подтверждение, освобождает маркер и отправляет его в сеть. Существуют методы доступа, использующие несколько маркеров. Недетермин up о ванные — случайные методы доступа предусматривают кон­куренцию всех узлов сети за право передачи. Возможны одновременные попытки передачи со стороны нескольких узлов, в результате чего возникают коллизии. Наиболее распространенным недетерминированным методом доступа является мно­жественный метод доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий (CSMA/CD). В сущности, это описанный ранее режим соперничества. Контроль несущей частоты заключается в том, что узел, желающий передать сообщение, "прослушивает" пере­дающую среду, ожидая ее освобождения. Если среда свободна, узел начинает передачу. Следует отметить, что топология сети, метод доступа к передающей среде и метод передачи тесным образом связаны друг с другом. Определяющим компонентом является топология сети. Заключение Локальные вычислительные сети за последнее пятилетие получили широкое распростране­ние в самых различных областях науки, техники и производства. Особенно широко ЛВС применяются при разработке коллективных проектов, на­пример сложных программных комплексов. На базе ЛВС можно создавать системы ав­томатизированного проектирования. Это позволяет реализовывать новые технологии проектирования изделий машиностроения, радиоэлектроники и вычислительной техники. В условиях развития рыночной экономики появляется возможность создавать конкурентоспо­собную продукцию, быстро модернизировать ее, обеспечивая реализацию экономической стратегии предприятия. ЛВС позволяют также реализовывать новые информационные технологии в системах организационно-экономического управления. В учебных лабораториях университетов ЛВС позволяют повысить качество обучения и внедрять современные интеллектуальные технологии обучения. Список литературы 1. Учебник «Информатика», А.П.Алексеев, Москва «Солон-р», 2002 год. 2. Крейг Хант, "Персональные компьютеры в сетях TCP/IP", "BHV-Kиев", 384 стр., 1997 г. 3. Лоу Д., "Компьютерные сети для "чайников", "Диалектика", 256 стр., 1996 г. 4. Нанс Б., "Компьютерные сети", "Бином", 400 стр., 1996 г. 5. Стен Шатт, "Мир компьютерных сетей", "BHV-Kиeв", 288 стр., 1996 г. 6. Косарев В.П. и др. Компьютерные системы и сети: Учебное пособие. Под ред. В.П. Косарева и Л.В. Еремина – М.: Финансы и статистика, 1999. 7. В.П. Леонтьев «Новейшая энкциплпедия персонального компьютера 2002» Издатель Москва «ОЛМА – ПРЕСС» 2002 г.