Лекция 7. Протоколы и стандарты локальных сетей §1. Общая характеристика протоколов локальных сетей
Первые локальные вычислительные сети появились в 70-х годах 20 века. Целью тогда было нахождение простого и дешевого способа объединения нескольких десятков компьютеров в пределах одного здания. Для упрощения и удешевления тогда остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. В 1976 году в исследовательском центре Xerox была создана сеть Ethernet, в которой канал физически представлял собой неделимый коаксиальный кабель, а к нему с помощью приемопередатчиков (трансиверов) подключались компьютеры. Система называлась моноканалом, длина кабеля могла достигать 2,5 км (с повторителями через каждые 500 м), число компьютеров – до 256, скорость – 2,94 Мбит/с.
Со временем Ethernet развивался: были введены другие типы кабелей, наметился отказ от разделяемых сред и переход к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи.
В 1983 году появился стандарт IEEE 802.3, описывающий технологию Ethernet.
Ethernet – это не единственный стандарт ЛВС.
«Маркерная шина» (IEEE 802.4, предложена General Motors) повторяет линейную шину, но имеет особый способ определения очередности передачи. От компьютера к компьютеру пересылается специальный короткий пакет, называемый маркером. Начать передачу мог только тот, кто захватил маркер. Так решался вопрос коллизий в моноканале.
«Маркерное кольцо» (IEEE 802.5, разработана в IBM) – шина имеет кольцевую структуру, используется маркеры.
Однако, маркерная шина и маркерное кольцо не получили широкого распространения.
§2. Структура стандартов ieee 802.X
Стандарты семейства IEEE 802.x охватывают только два нижних уровня модели OSI – физический и канальный (уровень передачи данных). Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.
Канальный уровень в локальных сетях делят на два подуровня, которые часто также называют уровнями:
- логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
- управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).
Протокол llc
В основу протокола LLC положен протокол HDLC, входящий в стандарт ISO (см. лекцию 3). Протокол LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур: LLC1 – процедура без установления соединения и без подтверждения. Дает пользователю средства передачи данных с минимумом издержек. Используется, если восстановление от ошибок и упорядочение данных осуществляется на более высоких уровнях. LLC2– процедура с установлением соединения и с подтверждением. Протокол LLC2 работает в режиме скользящего окна. LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением. Используется, когда временные издержки на установление соединения неприемлемы, но подтверждение корректности приема данных необходимо (например, в системах реального времени, управляющими промышленными объектами). Все кадры уровня LLC, называемые блоками данных – Protocol Data Unit, PDU, подразделяются на информационные, управляющие, ненумерованные. Информационные кадры (Information) предназначены для передачи информации, поэтому обязательно содержат поле информации. Управляющие кадры (Supervisory) предназначены для передачи команд и ответов в процедурах с установлением логического соединения LLC2, в том числе запросов на повторную передачу искаженных информационных блоков. Ненумерованные кадры (Unnumbered) предназначены для передачи ненумерованных команд и ответов, выполняющих в процедурах без установления соединения передачу информации, идентификацию и тестирование, а в процедурах с установлением соединений – установление и разъединение соединения, а также информирование об ошибках. Все типы кадров имеют формат:
| Флаг 01111110 | Адрес точки входа службы назначения (DSAP) | Адрес точки входа службы источника (SSAP) | Управляющее поле (Control) | Данные (Data) | Флаг 01111110 |
Флаги используются на уровне MAC для определения границ кадра. Кадр LLC вкладывается в кадр уровня MAC: кадр Ethernet, Token Ring и т.д. Адресные поля DSAP (Destination Service Access Point) и SSAP (Source Service Access Point) занимают по 1 байту. Они позволяют указать, какая служба верхнего уровня пересылает данные с помощью этого кадра. Для всех протоколов введены адреса точек входа SAP. Поле данных может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных.
6.3. Стандарты протоколов вычислительных сетей
Для протоколов физического уровня стандарты определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование протоколов Х.21 и Х.21- бис.
Канальный уровень определяют протокол HDLC и его подмножества, а также протокол Х.25/3.
Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике — ИИЭР (IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующйе стандарты:
802.1 — верхние уровни и административное управление;
802.2 — управление логическим звеном данных (LLC);
802.3 — случайный метод доступа к среде (CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений);
Взаимодействие двух узлов из различных сетей схематически показано на рис. 11. Обмен информацией между одноименными уровнями определяется протоколами, речь о которых шла выше.
Узлы соединены с помощью канала связи. Это та среда, по которой распространяются сообщения от одного узла сети до другого. Пакеты и кадры, о которых шел разговор, в виде последовательности электрических сигналов приходят из одного узла в другой. Взаимодействие одноименных уровней модели показано пунктирными стрелками.
Рис. 11. Взаимодействие узлов сети на базе эталонной модели
7. Локальные вычислительные сети. Особенности организации лвс.
Локальные вычислительные сети. Особенности организации ЛВС.
Локальная вычислиительная сеть (ЛВС, англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.
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.
Функциональные группы устройств в сети.
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.
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.
Управление взаимодействием устройств в сети
Информационные системы, построенные на базе компьютерных сетей, обеспечивают решение следующих задач: хранение данных, обработка данных, организация доступа пользователей к данным, передача данных и результатов обработки данных пользователям.
В системах централизованной обработки эти функции выполняла центральная ЭВМ (Mainframe, Host).
Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.
Клиент — задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.
В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д.
Сервер выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.
Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины — системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.
Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.
Одноранговая сеть. В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть.
Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).
Достоинства одноранговых сетей: низкая стоимость и высокая надежность.
Недостатки одноранговых сетей:
- зависимость эффективности работы сети от количества станций;
- сложность управления сетью;
- сложность обеспечения защиты информации;
- трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.
Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операционных систем LANtastic, NetWare Lite.
Сеть с выделенным сервером. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.
Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства — жесткие диски, принтеры и модемы.
Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляется через сервер. Логическая организация такой сети может быть представлена топологией звезда. Роль центрального устройства выполняет сервер.
Достоинства сети с выделенным сервером:
- надежная система защиты информации;
- высокое быстродействие;
- отсутствие ограничений на число рабочих станций;
- простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.
- высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер;
- зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;
- меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.
Сети с выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей — LANServer (IBM), Windows NT Server версий 3.51 и 4.0 и NetWare (Novell).