13.2. Принципы построения компьютерных сетей
Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:
1) территориальная распространенность;
2) ведомственная принадлежность;
3) скорость передачи информации;
По территориальной распространенности сети могут быть локаль-ными, региональными и глобальными. Локальные — это сети, пере-крывающие территорию не более 10 км 2 ; региональные — располо-женные на территории города или области; глобальные — на террито-рии государства или группы государств, например всемирная сеть Internet.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные сети принадлежат одной организации и распо-лагаются на ее территории. Это может быть локальная сеть предпри-ятия. Несколько отделений одной кампании, расположенные на территории города, области, страны или государства, образуют корпора-тивную компьютерную сеть. Государственные сети — сети, используе-мые в государственных структурах.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне-, высокоскоростные.
По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиокана-лам, в инфракрасном диапазоне и т.д. Следует заметить, что основ-ные отличия в принципах построения сетей определяются средой передачи.
Компьютеры, включаемые в компьютерные сети, выполняют функ-ции либо серверов, либо рабочих станций. Серверы — это достаточно мощные ЭВМ, предоставляющие свои ресурсы менее мощным маши-нам, выполняющим роль рабочих станций. В качестве последних ис-пользуются персональные компьютеры. Серверы различают по ос-новным функциям, которые они выполняют: файловые, печати, при-ложений и т.д. Файловый сервер служит для хранения файлов и пре-доставления их для использования рабочим станциям сети. Сервер печати производит функции сетевой печати. На сервере приложений выполняются задачи, которые могут быть запущены с любой рабочей станции, имеющей доступ к данному серверу.
Если компьютеры находятся на территории одного предприятия (организации) и включены в одну локальную сеть, то рабочие станции подключаются к серверам через сетевое оборудование локальных сетей. Компьютеры, подключенные к разным локальным сетям, удаленным друг от друга на существенное расстояние, соединяются с использованием средств региональных или глобальных компьютерных сетей. Возможен доступ к серверам локальных сетей с использованием сетей связи общего пользования, например, телефонной или региональных (глобальных) сетей передачи данных.
Структуры перечисленных сетей могут быть разнообразными. Для локальных более характерны регулярные структуры: шина, кольцо, звезда. Не исключены комбинации указанных структур сетей. Для ре-гиональных и глобальных сетей более характерны иерархические структуры.
13.3. Международные стандарты на аппаратные и программные средства компьютерных сетей
Для организации эффективного взаимодействия между разнотип-ными компьютерами в компьютерных сетях был разработан междуна-родный стандарт, в котором описана архитектура взаимодействия открытых систем (см. гл. 9).
Вычислительная система, отвечающая стандартам, принятым в концепции взаимодействия открытых систем, будет открыта для взаимосвязи с любой другой системой, отвечающей этим же стандар-там. Стандарт по взаимодействию вычислительных систем принят международной организацией по стандартизации (МОС, английская аббревиатура ISO) под номером 7498, а позднее — Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ). Современное название этой организации Международный союз элек-тросвязи (МСЭ-Т), под номером Х.200. В нем предусматривается раз-биение функций сложной системы, реализующей организацию взаи-модействия абонентских систем (терминального оборудования) на N простых функций, т.е. разбиение сложной системы на подсистемы. Подсистемы одной системы связаны друг с другом через межуров-невые интерфейсы, а подсистемы разных систем — через протоколы N-го уровня. Подробнее термины и определения были описаны. Здесь же рассмотрим конкретные реализации наиболее распростра-ненных, стандартов. Не всегда в стандартах рассматривается прото-кол, соответствующий какому-то определенному уровню. Часто в одном стандарте описываются протоколы, соответствующие нескольким уровням модели ISO. К таким стандартам относится, например, стандарт Х.25.
Помимо вышеупомянутых МОС и МСЭ-Т, стандартизацией в об-ласти электросвязи занимаются также:
1) ANSI — American National Standards Institute (Американский нацио-нальный институт стандартов);
2) EIA — Electronic industries Association (Ассоциация электронной ин-дустрии);
3) ЕСМА — European Computer Manufactures Association (Европейская ассоциация производителей ЭВМ);
4) IEEE — Institute of Electronic and Electrical Engineers (Институт ин-женеров по электронике и электротехнике);
5) Госстандарт Российской Федерации.
Стандарты протоколов физического уровня. Функции протоко-лов физического уровня (уровень 1) обеспечивают взаимодействие процедур канального уровня с физической средой передачи, по кото-рой передается сигнал. В этих стандартах, как правило, описываются принципы построения устройств преобразования сигналов (модемов) и межуровневых интерфейсов, описывающих как уровень 1 связыва-ется с уровнем 2, предоставляя ему свои услуги.
Наибольшее количество стандартов физического уровня и интер-фейсов между физическим и канальным уровнем опубликовано МККТТ (МСЭ-Т). Перечислим некоторые из них:
1) V.21 -дуплексный модем со скоростью передачи 300 бит/с, пред-назначенный для использования в общей коммутируемой теле-фонной сети;
2) V.22 — дуплексный модем со скоростью передачи 1200 бит/с, пред-назначенный для использования в общей коммутируемой теле-фонной сети и выделенных каналах;
3) V.23 — модем со скоростью передачи 600/1200 бит/с, предназна-ченный для использования в общей коммутируемой телефонной сети;
4) V.26 — модем со скоростью передачи 2400 бит/с, предназначен-ный для использования в четырехпроводных каналах выделен-ного типа;
5) V.27 — модем со скоростью передачи данных 4800 бит/с с ручным корректором, предназначенный для использования в выделенных каналах телефонного типа.
Имеются стандарты интерфейсов с модемами, например, V.24 -«Перечень обозначений цепей обмена между оконечным оборудова-нием данных (ООД) и аппаратурой окончания канала данных».
Известны также стандарты МСЭ-Т, в которых описывается физи-ческий уровень серии X, например, Х.21 — «Интерфейс между оконеч-ным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой окончания канала данных (АКД) для синхронной работы в сетях передачи данных обще-.го пользования», эта серия стандартов относится к сетям передачи данных общего пользования.
Кроме МСЭ-Т, стандарты физического уровня разрабатывались и другими организациями. Например, всемирно-известный стандарт RS-232C, разработанный EIA и используемый в устройствах подклю-чения к персональным компьютерам периферийных устройств. Большинство стандартов, опубликованных разными организациями, дублируют друг друга. Например, стандарты МСЭ-Т V.24 и стандарт EIA RS-232C [5, 6].
Стандарты протоколов канального уровня. В качестве основ-ных функций канального уровня можно перечислить следующие:
1) синхронизация по кодовым комбинациям (по байтам);
2) разбиение потока информации, поступающего из физического уровня, на сегменты (блоки информации), которые называются кадрами канального уровня, и формирование кадров канального уровня из протокольных единиц (для сетей с коммутацией пакетов — это пакеты), поступающих на канальный уровень с вышеле-жащего сетевого уровня;
3) распознавание кадров, передаваемых между станциями компью-терных сетей (каждый кадр имеет адрес станции его передавшей);
4) обеспечение возможности передачи информации любым кодом (прозрачности по кодам);
5) обеспечение коррекции ошибок, возникающих при передаче ин-формации.
Протоколы канального уровня можно разделить на две группы: байт- и бит-ориентированные протоколы, информация, передаваемая с их помощью, рассматривается соответственно на уровне одного байта или бита, и наименьшей обрабатываемой единицей информа-ции является байт или бит.
Байт-ориентированные протоколы — это процедуры управления каналом передачи данных, в которых для функции управления при-меняются структуры определенных знаков первичного кода, напри-мер, стандартного американского национального кода ASCII.
В бит-ориентированных протоколах управление каналом произ-водится посредством анализа битовых последовательностей, пред-ставляющих собой поля кадра канального уровня.
При передаче через канал связи информация представляется в виде кадра, состоящего из собственно блока данных и служебной части, в которую входят поля, определяющие начало кадра, адресную часть, и поле управления. В качестве примера рассмотрим несколько протоколов канального уровня.
1. Байт-ориентированный протокол BSC (Binary Synchronous Communication) разработан фирмой IBM в 1968 г. Формат кадра при-веден на рис. 13.1.
Контрольная сумма получается на передающей стороне путем суммирования всех знаков кадра. На приемной стороне вновь рассчи-тывается контрольная сумма. Принятая в составе кадра и посчитан-ная на приемной стороне контрольные суммы должны совпадать, в противном случае кадр считается принятым неверно.
Для обеспечения прозрачности по кодам перед каждым символом, встречающимся внутри информационного блока, совпадающим по виду со служебным, передается символ DLE.