На cегодняшний день в мире cуществует более 130 миллионов компьютеров[1] и более 80% из них объединены в различные , начиная от малых локальных сетей в офисах до глобальных cетей типа “Internet”. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений , возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, электронной почты и т. п.), не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а также обмен информацией между компьютерами разных производителей, работающих под управлением различного программного обеспечения .
Среди существующих концепций вычислительных комплексов вышеназванным требованиям наиболее полно отвечают локальные вычислительные сети, или ЛВС (LAN — Local Area Network).
«Локальность» сети определяют некие средние параметры, являющиеся основными характеристиками существующих в настоящее время ЛВС. В основном, это касается расстояний между абонентами (от нескольких десятков до нескольких сотен метров) и случаев максимального удаления абонентов (до нескольких километров).
Понятие локальная вычислительная сеть относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
Основное отличие ЛВС от глобальных систем заключается в том, что для всех абонентов имеется единый высокоскоростной канал передачи данных, к которому ЭВМ и другое периферийное оборудование подключаются через специальные блоки сопряжения. Поэтому схемы соединения ЭВМ по линиям связи, а также системы телеобработки различных конфигураций не могут считаться ЛВС, даже если они обслуживают такую же по размерам территорию.
В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые совместно используют оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.
Беспроводные системы передачи данных
... сети 2G уже имело поддержку передачи коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию передачи данных (CSD - технология передачи данных, ... сетей выжать дополнительные соки из 2.5G сетей, не вкладывая большие деньги в модернизацию оборудования. С помощью мобильного телефона, поддерживающего EDGE, абоненты ... приходила услуга передачи данных так как это были чисто аналоговые системы, придуманные и ...
ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
История развития ЛВС
Работы по созданию ЛВС начались еще в 60-х годах с попытки внести новую технологию в телефонную связь. Эти работы не имели серьезных результатов вследствие дороговизны и низкой надежности электроники. В начале 70-х годов в исследовательском центре компании «Xerox», лабораториях при Кембриджском университете и ряде других организаций было предложено использовать единую цифровую сеть для связи мини-ЭВМ. Использовалась шинная и кольцевая магистрали, данные передавались пакетами со скоростью более 2 Мбит/с.
В конце 70-х годов появились первые ЛВС: компания «Prime» представила ЛВС «RingNet», компания «Datapoint» — ЛВС «Attached Resourse Computer» (ARC) с высокоскоростным коаксиальным кабелем. В 1980 году в институте инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Eleсtrical and Eleсtronic Engeneers) организован комитет «802» по стандартизации ЛВС. В дальнейшем темпы развития ускорились, и на сегодняшний день имеется большое количество коммерческих реализаций ЛВС.
Преимущества использования ЛВС
Oбъединение персональных компьютеров в виде локальной вычислительной сети дает ряд преимуществ:
Требования к ЛВС
Общие требования
Архитектура локальных сетей
На аппаратном уровне локальная вычислительная сеть представляет из себя совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т. п.), объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под управлением сетевой операционной системы. Каждое устройство в сети оснащается сетевым адаптером, адаптеры соединяются с помощью специальных кабелей и тем самым связывают оборудование в единую сеть. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, называется рабочей станцией или сервером, в зависимости от выполняемых им функций. Эффективно использовать ресурсы ЛВС позволяет применение технологии «клиент-сервер».
“Клиент-сервер” — это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет свою роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие компьютеры имеют возможность обращаться к этим ресурсам, пользуясь услугами первых. Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им пользоваться, — клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, который обслуживает запросы клиентов, связанные с обработкой данных. Если ресурс — файловая система, то говорят о файловом сервере (файл-сервере), и т. п. В сети один и тот же компьютер может выполнять роль как клиента, так и сервера.
Архитектура серверов корпоративных баз данных
... управления базами данных (СУБД). Серверы СУБД значительно более сложны, чем, например, серверы сетевых файловых систем ... определяет архитектуру для взаимодействия нескольких "узлов" SMP. Узлом может быть компьютер в ... также UNIX-сервер компаний Sun, HP, IBM и DEC. По уровню общесистемной ... или иного сервера. Под масштабируемостью понимается возможность для модернизации сети или вычислительной ...
Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть клиентами.
Различают сети с одним или несколькими выделенными серверами и сети без выделенных серверов, называемые одноранговыми сетями.
Классификация ЛВС
В качестве классифицирующих признаков ЛВС используются такие категории, как сфера применения, функциональное назначение, размеры, вид трафика, топология, физическая среда, метод доступа к среде, используемое программное обеспечение.
КОМПОНЕНТЫ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Адаптер
Адаптер (network adapter) — устройство, соединяющее компьютер (терминал) с сегментом сети. Сетевые адаптеры, как правило, принадлежат к одному из двух типов — с обнаружением или с передачей маркера. Адаптеры имеют достаточный набор аппаратных средств для определения возможности передачи пакета в физическую среду или приема адресованного к нему сообщения. Оба типа адаптеров при поддержке программных средств производят семь основных опе-раций при приеме или передаче сообщений.
Сетевые адаптеры вместе с соответствующим программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования. Большинство сетевых адаптеров занимают один из слотов материнской платы ПК.
Типы сетевых адаптеров
Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только ме-тодами доступа к среде, но и следующими параметрами:
МОСТ
Мост (bridge) — устройство, соединяющее локальные или удаленные сегменты сети. Мосты функционируют на канальном уровне (втором в модели OSI) и прозрачны для протоколов более высоких уровней, т. е. принимают решения о передаче кадра из одного сегмента в другой только на основании информации из заголовка канального уровня, в частности, физического адреса станции-получателя. В отличие от повторителей мост анализирует целостность кадров и испорченные фильтрует.
МАРШРУТИЗАТОР
Маршрутизатор (router) — многофункциональное устройство, предназначенное для ограничения широковещательного трафика посредством разбиения сети на сегменты, обеспечения , управления и организации резервных путей между областями широковещания.
Маршрутизатор действует на сетевом уровне (третьем в модели OSI) и обладает следующими особенностями: 1. Учитывает специфику протоколов, используя маршрутную информацию сетевого уровня. 2. Может обмениваться с другими маршрутизаторами информацией для сбора данных о топологии и состоянии сети. На основе анализа информации выбирается наилучший путь для передачи пакета. 3. Определяет логические границы между группами сетевых сегментов.
Маршрутизаторы прозрачны для протоколов физического уровня и используются, как правило, для соединения разнородных сетей, каждая из которых может быть административно независимой. Маршрутизаторы отвечают за создание и поддержку для каждого протокола сетевого уровня маршрутных таблиц, которые могут быть статическими или динамическими. Кроме того, они идентифицируют протокол в заголовке каждого пакета, находят адрес получателя сетевого уровня и выбирают путь передачи данных, содержащийся в маршрутной таблице соответствующего протокола.
Современные системы хранения данных
... с одного уровня управления на другой и сокращает общее время обработки данных. Модель обмена данными включает в себя формальное описание процедур, выполняемых в вычислительной сети: передачи, маршрутизации, ... экономичные диски SATA большой емкости) и подключение внешних систем хранения данных. В сочетании с широким выбором уровней аппаратной защиты (RAID10, RAID5, RAID6) и возможностью разделения ...
Достоинства маршрутизаторов:
- обеспечивают большую гибкость, чем мосты;
- выбирают наилучший путь передачи на основе адреса, скорости, стоимости, загрузки линии;
- используют альтернативные пути, равномерно распределяя нагрузку;
- создают защитный барьер между подсетями;
- защищают информацию с помощью фильтров пакетов;
- могут разбивать длинные сообщения на несколько коротких, позволяя соединять сети, в которых используются пакеты различной длины;
- облегчают поддержку больших интерсетей.
Недостатки маршрутизаторов:
- более сложны в установке и конфигурировании, чем мосты; при перемещении компьютера из одной подсети в другую требуется сменить его сетевой адрес.
КОММУТАТОР
Коммутатор — это устройство узкого назначения, который эффективно сегментирует сеть, уменьшает области столкновений и увеличивает пропускную способность каждой оконечной станции. Работает с протоколами второго уровня модели OSI. Прозрачность по отношению к протоколам позволяет устанавливать коммутаторы в многопротокольных сетях. Коммутация не ограничивает широковещательного трафика.
Различают два способа коммутации: без промежуточного накопления (коммутация на лету) и с промежуточным накоплением.
Коммутация без промежуточного накопления
Передача начинается, как только декодирован адрес назначения, содержащийся в заголовке кадра. Основной недостаток — появление испорченных кадров. Способ дает наибольший эффект, если трафик коммутируется между портами с одинаковой скоростью обмена.
Архитектура коммутации на лету реализуется двояко:
1. Cross-bar («перекрестный»).
Коммутатор читает адрес назначения и незамедлительно начинает продвижение пакета по маршруту к ожидающему выходному буферу. Возможно возникновение задержки, если другой кадр уже загружается в выходной буфер. 2. Cell-backplane («снабженный шиной, передающей ячейки»).
Кадр фрагментируется на несколько небольших ячеек фиксированной длины. Каждая ячейка помечается специальным заголовком, который содержит адрес назначения. Ячейки накапливаются в буфере порта назначения и вновь объединяются в исходный кадр, который передается в сегмент назначения. Коммутаторы этого типа являются более предпочтительными в сетях с особо напряженным трафиком.
Коммутация с промежуточным накоплением
Передача кадра осуществляется только после его полного приема и проверки. При выборе коммутатора данного типа важно учесть размер таблицы коммутатора.
Достоинство: обеспечивает более надежное обнаружение ошибок, чем устройства, коммутирующие на лету.
Недостаток: увеличивается задержка пропорционально размеру пакета.
СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
Большой вред работе сети может нанести отключение электропитания или значительное падение напряжения в сети. Если сбой электропитания произойдет во время записи данных на диск, файл может оказаться испорченным. Для защиты данных в случае возникновения таких ситуаций в ЛВС применяются источники бесперебойного питания. ИБП — это устройство, основным элементом которого является . При отключении питания или при резком падении напряжения необходимый уровень напряжения поддерживается ИБП. Батареи ИБП непрерывно подзаряжаются от внешней электросети. Даже в случае отключения питания ИБП способен сохранять работоспособность компьютера в течение длительного периода времени. Этот период зависит от мощности, потребляемой компьютером, и от мощности ИБП, которая измеряется в вольтамперах.
ИБП обычно поставляется вместе со специальными платами-адаптерами, которые устанавливаются в свободный слот на материнской плате. Сетевая ОС взаимодействует с адаптером ИБП, и в случае сбоя в системе электропитания оповещает об этом рабочие станции, закрывает все открытые файлы и выдает сообщение о необходимости отключения сервера.
Выделяют два типа ИБП: Back-UPS и Smart-UPS. Основное отличие моделей Smart-UPS — наличие встроенного микропроцессора. Благодаря этому они обладают расширенными возможностями самодиагностики и обеспечивают более интеллектуальный интерфейс с программно-техническими средствами контроля и управления сетью.
В ЛВС имеет смысл снабжать ИБП только серверы сети. Целесообразно также обеспечить стабилизированное питание и для наиболее важного сетевого оборудования: концентраторов, маршрутизаторов, коммутаторов и рабочей станции администратора сети.
Наличие источника бесперебойного питания (ИБП), однако, еще недостаточно для надежной работы сети при нарушениях электро-питания, поскольку после отказа электросети необходимо до исчерпания заряда батареи предупредить пользователей, сохранить данные на сервере и отключить его.
Для автоматического контроля и диагностики состояния ИБП рекомендуется использовать специальное программное обес-печение (например, PowerChute Plus).
При переходе ИБП на питание от аккумулятора программа периодически предупреждает пользователей о приближающемся отключении сервера, что позволяет им закончить работу и выйти из сети. Если электропитание восстановилось, пользователи получают сообщение об этом и могут продолжать работу, в противном случае сервер автоматически закрывается. Программа PowerChute Plus в сочетании со Smart-UPS позволяет также постоянно контролировать и выводить на экран в числовом и графическом виде характеристики системы электропитания: напряжение и частоту электросети, напряжение и температуру аккумуляторной батареи, текущую мощность подключенных потребителей и др. Анализ этих данных позволяет обнаружить потенциальные проблемы с электропитанием.
ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТИ
В 70-е годы в связи с расширяющимися масштабами разработки и внедрения телекоммуникационных и вычислительных сетей было решено сформулировать единую модель взаимодействия систем и се-тей. Это было поручено Комитету по вычислительной технике и обработке информации Международной организации по стандартизации (ISO — International Standards Organization).
В 1979 году эта организация опубликовала модель архитектуры вычислительной сети, так называемую «семиуровневую модель взаимодействия открытых систем» (OSI — Open System Interconnection).
Эта модель является международным стандартом для передачи данных.
Семиуровневая модель является основой как для анализа существующих систем, так и для создания новых стандартов и систем. Под открытостью системы понимается возможность расширения и реконфигурации.
СЕМИУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ
Модель ISO содержит семь отдельных уровней:
1) физический — битовые протоколы передачи информации;
2) канальный — формирование кадров, управление доступом к среде;
3) сетевой — маршрутизация, управление потоками данных;
4) транспортный — обеспечение взаимодействия удаленных процессов;
5) сеансовый — поддержка диалога между удаленными процессами;
6) представления данных — интерпретация передаваемых данных;
7) прикладной — пользовательское управление данными.
Первые четыре уровня образуют транспортную сеть, а три последних — сеть обработки данных.
Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легкообозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше и нижерасположенными называют протоколом. Стандартизируются не интерфейсы между уровнями, а протоколы связи соответствующих устройств между уровнями.
Рисунок 1 Семиуровневая модель
Физический уровень
На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. Физический уровень обеспечивает интерфейс между машиной и средой передачи дискретных сигналов. Он определяет, как кабель должен быть подключен к сетевой карте, то есть, например, количество контактов у коллектора и функциональную нагрузку контактов. Также он определяет, какая техника передачи используется, распознает бит синхронизации, осуществляет достоверный прием битов, определяет амплитуду и длительность импульса.
Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 MKKTT (CCITT), EIA RS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.
Канальный уровень
Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые «кадры» и последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
Стандарт канального уровня — HDLC (High Data Link Control).
Сетевой уровень
Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, — рекомендация Х.25 MKKTT (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).
Сетевой уровень реализует дополнительные функции маршрутизации по переводу логических адресов и имен в физические. Это делается для того, чтобы обеспечить возможность передачи по нескольким кана-лам одной или нескольких сетей.
Транспортный уровень
Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.
Транспортный уровень реализует взаимодействие процессов в подключенных машинах и сквозное управление движением пакетов, то есть упаковку и распаковку пакетов для увеличения эффективной передачи.
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.
Сеансовый уровень поддерживает диалог между процессами определенного типа. Он позволяет двум приложениям на разных машинах использовать соединение, называемое сеансом, реализует функции защиты и т. п. Он обеспечивает синхронизацию между заданиями поль-зователей путем размещения так называемых «контрольных точек» в потоке данных. В случае сбоя сети повторно передаются данные только после последней контрольной точки.
Уровень представления данных
Уровень представления данных предназначен для интерпретации передаваемых во время диалога данных, а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. Он может быть назван «сетевым переводчиком». На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных, в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.
Прикладной уровень
В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Прикладной уровень реализует функции обслуживания сети, управления заданиями и протоколами обмена.
ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
На канальном уровне компьютеры в сети обмениваются информацией друг с другом пакетами сообщений. Эти пакеты составляют фундамент, на котором базируется работа ЛВС. Сетевой адаптер ЛВС осуществляет прием и передачу пакетов под управлением соответствующего программного обеспечения. Пакеты адресуются рабочим станциям, каждая из которых должна иметь уникальный адрес в ЛВС.
Пакеты несут различную информацию в ЛВС:
- начало сеанса обмена данными;
- передача данных другой рабочей станции или серверу;
- подтверждение приема пакета данных;
- передача широковещательного сообщения всем адаптерам;
- конец сеанса обмена данными.
На рис. 2 показано, как выглядит типичный пакет. В зависимости от типа сети пакеты определяются по-разному, но общими для всех являются следующие элементы:
|
Адрес Отправителя |
Адрес получателя |
Тип пакета |
Данные |
CRC |
Рисунок 2 Типичный Пакет Сообщений
Каждый уровень базовой модели OSI обслуживает уровни, расположенные выше, и пользуется услугами нижних уровней. Данные проходят в направлении вниз от источника данных (от седьмого уровня к первому) и в направлении вверх от приемника данных (от первого уровня к седьмому уровню).
Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.
На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. Принцип формирования пакета при переходе от одного уровня модели OSI к другому показан на схеме.
Приложение
7. Название приложения Ø Данные
6. Название представления данных Ø НП Ø Данные
5. Название сеанса Ø НПД Ø НП Ø Данные
4. Транспортное название Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные
3. Название сети Ø ТН Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные Ø Сетевое дополнение
2. Название канала Ø НСт Ø ТН Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные Ø СД Ø Канальное дополнение
1. Преамбула Ø НК Ø НСт Ø ТН Ø НС Ø НПД Ø НП Ø Данные Ø СД Ø КД Ø Постамбула
Физическая среда (кабель)
КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ
Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний:»0″ и «1»).
Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.
Количество представленных знаков в ходе зависит от количества битов, используемых в коде: код из четырех битов может представить максимум 16 значений, 5-битовый код — 32 значения, 6-битовый код — 64 значения, 7-битовый — 128 значений и 8-битовый код — 256 алфавитно-цифровых знаков.
Передача символьной информации между одинаковыми вычислительными системами и различающимися типами компьютеров на международном уровне осуществляется с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы.
Национальные и специальные знаки с помощью 7-битового кода представить нельзя. Для представления национальных знаков применяют 8-битовый код.
Заключение
Целью моей работы было лучше узнать для себя устройство и применение Локальных Вычислительных Сетей, ведь мы их очень часто встречаем в повседневной жизни и используем их. Именно с помощью ЛВС у нас есть возможность к более легкому доступу в интернет.
[1] С каждым днем их становится все больше и больше.
