2.5. Методы доступа и протоколы передачи данных в локальных сетях
В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Эти процедуры называют протоколами передачи данных. Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electronics Engineers-IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях — стандарты IЕЕЕ802. Для нашей страны представляют практический интерес стандарты IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных. Метод доступа – набор правил, которые определяют, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю.
Наиболее распространенные методы доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring реализованы соответственно на стандартах IЕЕЕ802.3, IЕЕЕ802.4 и IЕЕЕ802.5. (Для простоты изложения далее используются названия методов доступа, а не стандартов.)
Метод доступа Ethernet. Этот метод, разработанный фирмой Xerox в 1975 г., обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.
Для данного метода доступа используется топология «общая шина». Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.
Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов). Перед началом передачи каждая рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу данных.
Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на короткое время. Для каждой станции его продолжительность своя. После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к снижению быстродействия сети только в том случае, когда работают 80-100 станций.
Метод доступа Arcnet. Этот метод доступа разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией «звезда». Один из компьютеров создает специальный маркер (специальное сообщение), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция должна передать сообщение, она, получив маркер, формирует пакет, дополненный адресами отправителя и назначения. Когда пакет доходит до станции назначения, сообщение «отцепляется» от маркера и передается станции.
Метод доступа Token Ring. Этот метод разработан фирмой IBM; он рассчитан па кольцевую топологию сети. Данный метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet при методе доступа Token Ring предусмотрена возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.
3. Технология обработки данных в локальной сети
В зависимости от используемых технических и программных средств могут быть реализованы различные сетевые технологии. Технология обработки данных в локальных сетях организаций, предприятий во многом зависит от состава и функций серверов.
В ЛВС под сервером понимается компьютер или соответствующая программа. На одном выделенном компьютере-сервере ЛВС может функционировать несколько серверов-программ, например, коммуникационный сервер, сервер приложений. В больших корпоративных сетях с десятками, сотнями рабочих станций могут быть выделены серверы, которые «специализируются» на выполнении той или иной функции.
Сервер ЛВС – мощный, надежный компьютер, предназначенный для обработки запросов от сетевых рабочих станций, предоставляющий им доступ к общим ресурсам. Основные функции сервера ЛВС: «отвечает» за коммуникационные связи сетевых рабочих станций; организует доступ к общим сетевым ресурсам (дисковому пространству, принтеру, модему); выполняет прикладные программы, которые запускают пользователи со своих рабочих станций (технология “клиент-сервер”); обеспечивает одновременную совместную работу пользователей сети.
Сервер баз данных – компьютер, выполняющий функции хранения, обработки и управления файлами баз данных (используется промышленная СУБД).
Коммуникационный сервер – компьютер, предоставляющий клиентским компьютерам (рабочим станциям) сети доступ к модему, факс-модему, к Интернет по выделенной линии.
Сервер приложений – компьютер, используемый для выполнения прикладных программ (решения задач) пользователей сети. Обработка данных (решение задач) ведется не на сетевых рабочих станциях, а на сервере приложений.
Файловый сервер – компьютер, хранящий данные (файлы условно-постоянной и переменной информации) пользователей сети и обеспечивающий доступ к этим данным.
Концентрация в ЛВС баз данных и программ на сервере требует его надежности, достигаемой за счет повторного считывания с диска и сверки информации, выполнения всех операций спасения-восстановления информации при отключении питания без участия оператора, применения источника бесперебойного питания, оперативного обнаружения дефектных участков диска, появившихся в процессе работы, исключения их использования, использования «зеркального» (резервного) диска.
В ЛВС используют в основном две модели (архитектуры) взаимодействия сетевых рабочих станций и серверов: «файл-сервер» и «клиент-сервер».
Компьютер, управляющий ресурсами, называют сервером, а компьютер, желающий ими воспользоваться – клиентом.
В модели «файл-сервер» для получения сведений, например о поставщике, с сервера на рабочую станцию пользователя передается весь файл (справочник) поставщиков.
В модели «клиент-сервер» для получения сведений, например о поставщике, сервер находит сведения о нем и передает на рабочую станцию пользователя.
Передача с сервера на рабочие станции больших объемов информации в модели «файл-сервер» ведет к перегрузке сети. При использовании модели «клиент-сервер» объемы данных, передаваемых в сети, значительно меньше, чем при модели «файл-сервер». Между клиентом и сервером обмен идёт в основном кодами клавиш, событиями «мыши», фрагментами изображения (вводится необходимая информация).
Запрос, например, к базе данных, и получение результатов его обработки называют транзакцией. СУБД посредством механизма транзакций поддерживают одновременный доступ к данным многих пользователей, без возможности влияния каждого на результаты запросов. Каждая транзакция либо выполняется целиком, либо не выполняется вовсе (свойство атомарности). В этом случае производится операция, называемая откатом транзакции. Монитор транзакций и ОС следят за транзакциями и, в случае аварии сервера, при повторном его запуске ликвидируют все действия незавершенной транзакции (производят откат). Транзакции выполняются независимо одна от другой (свойство изолированности).
В локальных сетях с выделенным сервером, работающим под управлением сетевой (серверной) ОС Windows Server 2003/2008, Novell NetWare 5.х/6.х. и др. совместно используемые файлы хранятся на сервере, что облегчает их сопровождение, обеспечение целостности; возможно совместное использование одной копии программы, хранимой на сервере; возможна совместная групповая работа нескольких человек (рабочих станций) при подготовке документов; один модем может использоваться для приема/передачи данных с каждой рабочей станции, на высокоскоростном сетевом принтере выводятся на печать данные со всех или части рабочих станций ЛВС.
В корпоративных сетях для построения единого информационного пространства территориально-распределенного предприятия используются технологии удаленной и распределенной обработки данных. Первый вариант обеспечивает регистрацию, обработку и хранение информации на одном сервере БД всеми пользователями системы, в т.ч. работающими в удаленных филиалах. Он требует использования высокоскоростных каналов связи для передачи большого объема информации. При реализации второго варианта регистрация и обработка информации выполняется на нескольких серверах БД, установленных в каждом филиале. Второй вариант предполагает содержание в каждом филиале высокооплачиваемого администратора БД. Работа с информацией реализуется в рамках клиент-серверной архитектуры. Каждый пользователь запускает на своей рабочей станции клиентское приложение точно так же, как и при работе в локальной сети.
1.2. Среда и методы передачи данных в вычислительных сетях
Необходимо отметить, что в настоящее время кроме компьютерных сетей применяются и терминальные сети. Следует различать компьютерные сети и терминальные сети. Терминальные сети строятся на других, чем компьютерные сети, принципах и на другой вычислительной технике. К терминальным сетям, например, относятся: сети банкоматов, кассы предварительной продажи билетов на различные виды транспорта и т.д. Первые мощные компьютеры 50-годов, так называемые мэйнфреймы, были очень дорогими и предназначались только для пакетной обработки данных. Пакетная обработка данных самый эффективный режим использования процессора дорогостоящей вычислительной машины. С появлением более дешевых процессоров начали развиваться интерактивные терминальные системы разделения времени на базе мэйнфреймов. Терминальные сети связывали мэйнфреймы с терминалами. Терминал — это устройство для взаимодействия с вычислительной машиной, которое состоит из средства ввода (например, клавиатуры) и средств вывода информации (например, дисплея). Сами терминалы практически никакой обработки данных не осуществляли, а использовали возможности мощной и дорогой центральной ЭВМ. Эта организация работы называлась “режимом разделения времени”, так как центральная ЭВМ последовательно во времени решала задачи множества пользователей. При этом совместно использовались дорогие вычислительные ресурсы. Удаленные терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам мощных ЭВМ. Затем мощные ЭВМ объединялись между собой, так появились глобальные вычислительные сети. Таким образом, сначала сети применялись для передачи цифровых данных между терминалом и большой вычислительной машиной. Первые ЛВС появились в начале 70-х годов, когда были выпущены мини-компьютеры. Мини-компьютеры были намного дешевле мэйнфреймов, что позволило использовать их в структурных подразделениях предприятий. Затем появилась необходимость обмена данными между машинами разных подразделений. Для этого многие предприятия стали соединять свои мини-компьютеры и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые ЛВС. Появление персональных компьютеров послужило стимулом для дальнейшего развития ЛВС. Они были достаточно дешевыми и являлись идеальными элементами для построения сетей. Развитию ЛВС способствовало появление стандартных технологий объединения компьютеров в сети: Ethernet, Arcnet, Token Ring. Появление качественных линии связи обеспечили достаточно высокую скорость передачи данных – 10 Мбит/с, тогда как глобальные сети, использовали только плохо приспособленные для передачи данных телефонные каналы связи, имели низкую скорость передачи – 1200 бит/c. Из-за такого различия в скоростях многие технологии, применяемые в ЛВС, были недоступны для использования в глобальных. В настоящее время сетевые технологии интенсивно развиваются, и разрыв между локальными и глобальными сетями сокращается во многом благодаря появлению высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам ЛВС. Новые технологии сделали возможным передачу таких несвойственных ранее вычислительным сетям носителей информации, как голос, видеоизображения и рисунки. Сложность передачи мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных (задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах связи). Но эта проблема решается и конвергенция телекоммуникационных сетей (радио, телефонных, телевизионных и вычислительных сетей) открывает новые возможности для передачи данных, голоса и изображения по глобальным сетям Интернет.