Тема 3.1. Основы вычислительных сетей
Основные вопросы построения сетей рассмотрены при изучении дисциплины «системы и сети передачи информации». В качестве напоминания дадим следующие определения.
Компьютерная сеть, или телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС), представляет собой сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов – информационных, программных, аппаратных.
Абонентская система (АС) – система оборудования конечного пользователя сети, включающая сетевой компьютер вместе с периферийными средствами ввода-вывода и программным обеспечением, средства связи с коммуникационной подсетью компьютерной сети, выполняющие прикладные процессы. Абонентскую систему называют также рабочей станцией (РС) сети.
Коммуникационная подсеть, или телекоммуникационная система (ТКС) – это совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.
Прикладной процесс – это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.
1. Классификация компьютерных сетей
Классификация компьютерных сетей осуществляется по наиболее характерным признакам – структурным, функциональным, информационным.
П о с т е п е н и т е р р и т о р и а л ь н о й р а с с р е д о т о ч е н н о с т и основных элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети.
Глобальные компьютерные сети (ГКС) объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи (ТСС), в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи.
Региональные компьютерные сети (РКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и, как правило, имеют выход в ГКС. Взаимодействие абонентских систем осуществляется также с помощью ТСС.
Локальные компьютерные сети (ЛКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории (этаж здания, здание, несколько зданий одного и того же предприятия). К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является наличие своей штатной системы передачи данных.
Отдельный класс представляют корпоративные компьютерные сети (ККС), которые являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т.д. Такая сеть играет ведущую роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации.
Объединение ЛКС, РКС, ККС, ГКС позволяет создавать сложные многосетевые иерархии.
П о с п о с о б у у п р а в л е н и я различают сети с централизованным управлением, когда в сети имеется один или несколько управляющих органов, децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).
П о о р г а н и з а ц и и п е р е д а ч и и н ф о р м а ц и и различают сети с селекцией информации и маршрутизацией информации. Первые строятся на основе моноканала, взаимодействие АС осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. Вторые используют механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к получателю по одному из альтернативных маршрутов. По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.
П о т о п о л о г и и , т.е. по конфигурации элементов в сети, различают широковещательные сети и последовательные. Широковещательные сети и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с «интеллектуальным центром») характерны для ЛКС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология. Основные виды топологий приведены на рис.1.
В сетях с широковещательной конфигурацией характерен широковещательный режим работы, когда на передачу может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции сети – на прием. Это локальные сети с селекцией информации: общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. Основные преимущества ЛКС с общей шиной – простота расширения сети путем подключения к шине новых рабочих станций, простота управления сетью, минимальный расход кабеля. ЛКС с топологией типа «дерево» — это более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛКС с топологией типа «звезда в центре» находится пассивный соединитель или активный повторитель — достаточно простые и надежные устройства. Для защиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.
В сетях с последовательной конфигурацией, в которых осуществляется маршрутизация информации, передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды.
В сетях с кольцевой топологией информация чаще всего передается только в одном направлении, обычно против часовой стрелки. Каждая рабочая станция имеет память объемом до целого кадра. При перемещении кадра по кольцу каждая станция принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной станции, и ретранслирует кадр. Все это замедляет передачу кадра в кольце, причем длительность задержки определяется преимущественно числом РС. Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем: кадр совершает по кольцу полный оборот (при этом станция-получатель снимает копию с кадра) и возвращается к станции-отправителю, которая воспринимает его как квитанцию-подтверждение получения кадра адресатом.
В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций (за исключение кольца) каждый сегмент кабеля должен обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных сетях связи – использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух направлениях, в дуплексных сетях – с помощью двух однонаправленных кабелей; в широкополосных системах – применением различной несущей частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.
Компьютерные сети могут быть как однородными (гомогенными), в которых применяются программно-совместимые компьютеры так и неоднородными (гетерогенными), включающими программно-несовместимые ЭВМ. Глобальные и региональные сети, учитывая их протяженность и большое количество используемых в них компьютеров, являются чаще всего неоднородными.
Информационные модели.
Информационная модель — это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром. Информационные модели представляют объекты в виде словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д. Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации. Ее можно выразить на языке описания (знаковая модель) или языке представления (наглядная модель). Информационные модели во многих случаях опираются на математические модели, так как при решении задач математическая модель исследуемого объекта, процесса или явления неизбежно преобразуется в информационную для её реализации на компьютере. Информационным объектом называется описание реального объекта, процесса или явления в виде совокупности его характеристик (информационных элементов), называемых реквизитами. Информационный объект определённой структуры (реквизитного состава) образует тип (класс), которому присваивают уникальное имя. Информационный объект с конкретными характеристиками называют экземпляром. Каждый экземпляр идентифицируется заданием ключевого реквизита (ключа). Одни и те же реквизиты в различных информационных объектах могут быть как ключевыми, так и описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.
14.Назначение и классификация компьютерных сетей
Компьютерная сеть (КС) представляет собой сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных РС сети и средствами связи. Локальные компьютерные сети (ЛКС) представляет собой систему обмена информацией и распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (этаж, здание, несколько соседних зданий) внутри предприятий и организаций, ориентированных на коллективное использование общесетевых ресурсов. РС формируются на базе персональных компьютеров и используются для решения прикладных задач, выдачи запросов в сеть на обслуживание, приема результатов удовлетворения запросов, обмена информацией с другими PC. Серверы сети — это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа, но могут работать и как обычные РС. Сервер создается на базе более мощного ПК, чем для PC. РС и серверы соединяются с кабелем коммуникационной подсети с помощью интерфейсных плат — сетевых адаптеров.
Глобальные компьютерные сети (ГКС) объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи. Созданием глобальных сетей обычно занимаются крупные телекоммуникационные компании и реже — крупные корпорации для своих внутренних нужд. Компания, поддерживающая нормальную работу сети, называется оператором, а компания, оказывающая платные услуги абонентам сети, — поставщиком услуг, или провайдером. Владелец, оператор и поставщик могут представляться одной компанией.
Региональные компьютерные сети объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона — города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и имеют выход в ГКС. Корпоративные компьютерные сети являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т.д. Процесс переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные и корпоративные сети приобрел практически массовый характер. В связи с этим появился даже специальный термин — Интранет-технологии (Intra — внутренний), обозначающий применение служб вне¬шних (глобальных) сетей во внутренних (локальных, корпоративных).