Лекция 5 Телекоммуникационные технологии
Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. По мере эволюции вычислительных систем сформировались следующие разновидности архитектуры компьютерных сетей:
• классическая архитектура «клиент – сервер»;
• архитектура «клиент – сервер» на основе Web-технологии.
Правильно выбранная архитектура компьютерной сети позволяет достигнуть выдвинутых требований по общей производительности, надежности защиты сетевых ресурсов, гибкости настройки сети, а также минимизации денежных затрат на ее построение и администрирование.
Одноранговая сеть – это сеть, в которой отсутствует выделенный сервер, а клиентские компьютеры могут использовать ресурсы друг друга. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, что на своем компьютере можно сделать общедоступным по сети.
Централизованно управлять защитой в одноранговой сети сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и «общие» ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети.
Явные недостатки, свойственные одноранговой архитектуре и развитие инструментальных средств привели к появлению вычислительных систем с архитектурой «клиент – сервер».
Клиент – серверная технология – это стиль работы приложений, где клиентский процесс запрашивает обслуживание у процесса сервера. Сервер – это программа, предоставляющая доступ к каким-либо услугам, например к электронной почте, файлам, ftp, Web, или данным (в качестве сервера баз данных). Клиент – это приложение, которое соединяется с сервером, чтобы воспользоваться предоставляемыми им услугами.
Компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер. ). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находится как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.
5.2. Модели архитектуры «клиент – сервер»
Основной принцип технологии «клиент–сервер» заключается в разделении функций приложения на три группы:
• ввод и отображение данных (взаимодействие с пользователем);
• прикладные функции, характерные для данной предметной области;
• функции управления ресурсами (файловой системой, базой данных и т.д.).
Поэтому, в любом приложении выделяются следующие компоненты:
• компонент представления данных;
• компонент управления ресурсом.
На основе распределения перечисленных компонентов между рабочей станцией и сервером сети выделяют следующие модели архитектуры «клиент–сервер»:
• модель доступа к удаленным данным;
• модель сервера управления данными;
• модель комплексного сервера;
• трехзвенная архитектура «клиент – сервер».
Модель доступа к удаленным данным, при которой на сервере расположены только данные, имеет следующие особенности:
• невысокая производительность, так как вся информация обрабатывается на рабочих станциях;
• снижение общей скорости обмена при передаче больших объемов информации для обработки с сервера на рабочие станции.
При использовании модели сервера управления данными кроме самой информации на сервере располагается менеджер информационных ресурсов (например, система управления базами данных). Компонент представления и прикладной компонент совмещены и выполняются на компьютере-клиенте, который поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (например, SQL в случае использования базы данных), либо вызовами функций специализированных программных библиотек. Запросы к информационным ресурсам направляются по сети менеджеру ресурсов (например, серверу базы данных), который обрабатывает запросы и возвращает клиенту блоки данных. Наиболее существенные особенности данной модели:
• уменьшение объемов информации, передаваемых по сети, так как выборка необходимых информационных элементов осуществляется на сервере, а не на рабочих станциях;
• унификация и широкий выбор средств создания приложений;
• отсутствие четкого разграничения между компонентом представления и прикладным компонентом, что затрудняет совершенствование вычислительной системы.
Модель сервера управления данными целесообразно использовать в случае обработки умеренных, не увеличивающихся со временем объемов информации. При этом сложность прикладного компонента должна быть невысокой.
Модель комплексного сервера строится в предположении, что процесс, выполняемый на компьютере-клиенте, ограничивается функциями представления, а собственно прикладные функции и функции доступа к данным выполняются сервером.
Преимущества модели комплексного сервера:
Модель комплексного сервера является оптимальной для крупных сетей, ориентированных на обработку больших и увеличивающихся со временем объемов информации.
Архитектура «клиент—сервер», при которой прикладной компонент расположен на рабочей станции вместе с компонентом представления (модели доступа к удаленным данным и сервера управления данными) или на сервере вместе с менеджером ресурсов и данными (модель комплексного сервера), называют двухзвенной архитектурой.
При существенном усложнении и увеличении ресурсоемкости прикладного компонента для него может быть выделен отдельный сервер, называемый сервером приложений. В этом случае говорят о трехзвенной архитектуре клиент-сервер. Первое звено – компьютер – клиент, второе – сервер приложений, третье – сервер управления данными. В рамках сервера приложений могут быть реализованы несколько прикладных функций, каждая из которых оформляется как отдельная служба, предоставляющая некоторые услуги всем программам. Серверов приложения может быть несколько, каждый из них ориентирован на предоставление некоторого набора услуг.
Архитектура и технологии компьютерных сетей
Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин и блоку дисциплин, обеспечивающих специальную подготовку магистров в области как создания, так и эксплуатации компьютерных сетей и средств телекоммуникаций. Дисциплина базируется на материале следующих ранее изученных дисциплин: «Системное программное обеспечение», «Базы данных», «Организация ЭВМ, комплексов и систем», «Моделирование», «Периферийные устройства», «Основы теории управления», «Теория автоматов», «Электроника», «Схемотехника», «Сети и телекоммуникации». Знания и навыки, полученные в результате изучения дисциплины, должны быть использованы при дальнейшем изучении дисциплин специализаций.
Цель освоения дисциплины
Цель — изучение современных компьютерных и телекоммуникационных технологий, вычислительных систем, сетей, их структур, функций, протоколов, реализаций.
Планируемые результаты обучения
знать и уметь использовать: — современные технические и программные средства, входящие в состав аппаратного и программного обеспечения систем и сетей ЭВМ; — принципы многоуровневой организации и проектирования глобальных и локальных сетей ЭВМ на основе концепции открытых систем; — архитектуру и стандартные протоколы систем и сетей ЭВМ; — методы и технологии проектирования сетей ЭВМ и систем телекоммуникаций.
знать и уметь использовать: — методы и средства защиты информации в сетях ЭВМ, обеспечения надежности и живучести систем и сетей; — методы и средства организации вычислений в сетевых системах, организации баз данных и баз знаний в системах и сетях ЭВМ; — методы администрирования в системах и сетях ЭВМ; — тенденции развития систем и сетей ЭВМ.
владеть: — современными технологиями разработки и анализа систем и сетей ЭВМ, систем телекоммуникаций и соответствующих информационных технологий, — методами контроля и эксплуатации аппаратных средств и программного обеспечения.
Содержание учебной дисциплины
Основные виды информационно-вычислительных систем. Типы и основные Характеристик компьютерных сетей. Типы и основные характеристики транспортных сетей. Архитектура компьютерных и транспортных сетей. Модели взаимодействия открытых систем и их сравнительный анализ. Протоколы и интерфейсы. Стеки протоколов. Программное обеспечение компьютерных и транспортных сетей (обзор).
Типы глобальных сетей. Выбор типа глобальных связей. Измерение глобального трафика. Этапы выполнения запроса. Компрессия. Способы коммутации.
Общая характеристика протоколов ЛВС. Структура стандартов IEEE 802.1-802.5. Функции уровня управления логическим каналом (LLC). Стандарты Ethernet 10Base-5, -2,-Т и -F. Метод случайного доступа. Форматы кадров Ethernet. Спецификации физической среды Ethernet. Методика расчета конфигурации сети Ethernet Стандарт Fast Ethernet (100Base-T/X). Gigabit Ethernet. Стандарт Token Ring (802.5). Стандарт FDDI. Стандарт 100VG-AnyLAN. Сравнение протоколов канального уровня по производительности.
Аналоговые телефонные сети. Модемы для работы на телефонных коммутируемых сетях. Сети с интеграцией услуг ISDN. Примеры оборудования для работы через сети ISDN.
Сети Х.25. Сети frame relay. Сети SMDS. Сети ATM. Спутниковые цифровые сети. Устройства доступа к сетям X.25 и frame relay.
Основы технологий. Стеки протоколов. Классы сервиса. Стандарты физического уровня, используемые в сетях.
Функциональное назначение основных видов коммуникационного оборудования. Требования, предъявляемые к коммуникационному оборудованию современных вычислительных сетей. Стандартизация коммуникационного оборудования. Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI.
Компоненты удаленного доступа. Различные варианты удаленного доступа. Режимы Dial-in и Dial-out. Защита данных. Многопротокольность серверов удаленного доступа. Реализации серверов удаленного доступа. Обзор продуктов удаленного доступа.
Архитектуры систем управления сетями. Стандарты в области управления сетями. Структура МIВ. Именование переменных MIB. Формат сообщений SNMP. Спецификация RMON. Примеры программных систем управления сетями: HP Open View, Sun Net Manager, Novell NetWare Management System.
Классификация алгоритмов маршрутизации. Протокол межсетевого взаимодействия IP. Структура пакета протокола IP. Фрагментация IP-пакетов. Структура и типы IP-адресов. Использование масок и подсетей. Типы адресов в сетях стека TCP/IP.
Novell IPX. Не маршрутизируемые протоколы NetBIOS, SNA LU6.2. Протоколы маршрутизации. Типы алгоритмов маршрутизации. Дистанционно-векторный протокол RIP. Протоколы GGP, EGP и BGP сети Internet. Протокол «состояния связей» OSPF. Протокол IGRP. Маршрутизация в сетях АТМ на основе протокола PNNI. Маршрутизация протоколов локальных сетей через АТМ-сети. Модель пограничных маршрутизаторов. Модель виртуального маршрутизатора.
Функционирование сетевого адаптера. Три поколения сетевых адаптеров. Примеры сетевых адаптеров. Концентраторы. Основные функции концентраторов. Дополнительные функции концентраторов. Конструктивное исполнение концентраторов. Примеры концентраторов.
Функции и алгоритмы прозрачных мостов. Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm). Основные определения. Инициализация топологии. Изменения топологии. Состояния порта. Пример установления и изменения активной конфигурации. Мосты с маршрутизацией от источника. Основные параметры мостов. Дополнительные функции мостов. Коммутаторы. Спецификация АТМ LAN emulation. Построение виртуальных сегментов с помощью коммутаторов. Примеры LAN-коммутаторов.
Типы и основные характеристики. Примеры многопротокольных маршрутизаторов. Корпоративные модульные концентраторы. Примеры модульных многофункциональных концентраторов. Структуризация сетей с помощью коммуникационного оборудования различных типов. Распределенная магистраль. Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone). Виртуальные сети.
Модемы, их типы и характеристики. Аналоговые и цифровые способы обработки (модуляции) сигналов данных. Протоколы физического уровня.
Аналоговые выделенные линии. Цифровые выделенные линии. Протоколы «точка-точка». MLPPP — развитие PPP. Примеры оборудования для связи локальных сетей через выделенные линии.
Определение и преимущества структурированной кабельной системы. Основные электромагнитные характеристики кабельных систем. Выбор кабеля для различных подсистем. Стандарты и технические характеристики кабельных систем. Примеры промышленных структурированных кабельных систем. Средства диагностики кабельной системы локальных вычислительных сетей.
Термины. Частотные спектры. Методы передачи. Стандарты. Канальный уровень. Радиоантенны. Беспроводное оборудование.