Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Компьютерные сети»

Введение

1. Компьютерные сети

2. Локальные сети

2.1 Определение локальной сети

2.2 Архитектурный принцип построения сетей

2.3 Топология локальных сетей

3. Глобальные сети

3.1 Характеристика глобальной сети

3.2 Структура глобальной сети

3.3 Типы глобальных сетей

3.4 Пример глобальной сети - Интернет

Список используемой литературы

Введение

Попробуем представить себе мир примерно тридцать пять -- сорок лет назад. Мир без общедоступных компьютерных сетей. Мир, в котором каждый компьютер должен был иметь собственное хранилище данных и собственный принтер. Мир, в котором не было электронной почты и систем обмена мгновенными сообщениями (например, ICQ). Как ни странно это звучит сейчас, но до появления компьютерных сетей все это было именно так.

Компьютеры -- важная часть сегодняшнего мира, а компьютерные сети серьезно облегчают нашу жизнь, ускоряя работу и делая отдых более интересным.

Практически сразу после появления ЭВМ возник вопрос о налаживании взаимодействия компьютеров друг с другом, чтобы более эффективно обрабатывать информацию, использовать программные и аппаратные ресурсы. Появились и первые сети, в то время объединявшие только большие ЭВМ в крупных компьютерных центрах. Однако настоящий "сетевой бум" начался после появления персональных компьютеров, быстро ставших доступными широкому кругу пользователей -- сначала на работе, а затем и дома. Компьютеры стали объединять в локальные сети, а локальные сети -- соединять друг с другом, подключать к региональным и глобальным сетям. В результате за последние пятнадцать-двадцать лет сотни миллионов компьютеров в мире были объединены в сети, и более миллиарда пользователей получили возможность взаимодействовать друг с другом.

топология локальная сеть компьютер

1 . Компьютерные сети

При физическом соединении двух и более компьютеров образуются компьютерные сети.

Компьютерная сеть -- система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило -- различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

1) обеспечением совместной работы компьютеров и других устройств коллективного пользования (принтера, сканера и т.п.);

2) обеспечением доступа и совместного использования аппаратных, программных и информационных ресурсов сети (дискового пространства, коллективных баз данных и др.).

Компьютерные сети распределяются на:

а) вычислительные;

б) информационные;

в) смешанные (информационно-вычислительные).

Вычислительные сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.

2. Локальные сети

2.1 Определение локальной сети

Способов и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет, способной объединить все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводится локальным сетям?

Чаще всего термин " локальные сети " или "локальные вычислительные сети" (LAN, Local Area Network) понимают буквально, то есть это такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, даже целого города.

Неверно и довольно часто встречающееся определение локальной сети как малой сети, которая объединяет небольшое количество компьютеров. Действительно, как правило, локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи.

Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную, такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Еще можно сказать, что локальная сеть должна обеспечивать прозрачную связь. По сути, компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически незаметная для пользователя. При таком определении становится понятно, что ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие локальной сети.

Из данного определения следует, что скорость передачи по локальной сети обязательно должна расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров.

Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой -- высокая скорость передачи информации по сети. Но это еще не все, не менее важны и другие факторы.

В частности, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи, вызванных как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена. Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема. Ему ведь не важно, почему приходится ждать.

Механизм управления обменом может гарантированно успешно работать только в том случае, когда заранее известно, сколько компьютеров (или, как еще говорят, абонентов, узлов), допустимо подключить к сети. Иначе всегда можно включить столько абонентов, что вследствие перегрузки забуксует любой механизм управления. Наконец, сетью можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, сформулировать отличительные признаки локальной сети можно следующим образом:

1) Высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети.

2) Низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи).

3) ?Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети.

4) Заранее четко ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных, прежде всего тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (или могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. А механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей -- городские, региональные сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно по своим характеристикам ближе к глобальным сетям, хотя иногда все-таки имеют некоторые черты локальных сетей, например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть локальной со всеми ее преимуществами.

Правда, сейчас уже нельзя провести четкую границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например, принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают также возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что многократно ускоряет решение сложных математических задач. С их помощью, как уже упоминалось, можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.

2 .2 Архитектурный принцип построения сетей

Архитектурный принцип построения сетей (за исключением одноранговых сетей, в которых компьютеры равноправны) называется "клиент - сервер".

В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как в роли сервера, т. е. предоставлять файлы и аппаратные ресурсы (накопители, принтеры и пр.) другим компьютерам, так и в роли клиента, пользующегося ресурсами других компьютеров. Например, если на вашем компьютере установлен принтер, то с его помощью смогут распечатывать свои документы все остальные пользователи сети, а вы, в свою очередь, сможете работать с Интернетом, подключение к которому осуществляется через соседний компьютер.

Важнейшими понятиями теории сетей "клиент-сервер" являются "абонент", "сервер", "клиент".

Абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер - самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами -- клиентом.

2 .3 Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три, базовые топологии сети:

а) топология шина

Шина (bus) -- все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1).

Рис. 1 Сетевая топология шина

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через которого передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее, из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Рис. 2. Обрыв кабеля в сети с топологией шина

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине L пр, то полная длина шины не может превышать величины L пр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов -- репитеров или повторителей (на рис. 3 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 L пр, так как каждый из сегментов может быть длиной L пр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Рис. 3. Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера

б) топология звезда;

Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 4). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального -- одному или нескольким периферийным.

Рис. 4. Сетевая топология звезда

Звезда -- это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8--16 периферийных абонентов. В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 4, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 5). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство -- концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи.

Рис. 5. Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема

Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN).

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1), то при выборе топологии звезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии шина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.

в) топология кольцо;

Кольцо (ring) (рис. 6).

Рис. 6. Сетевая топология кольцо

Кольцо -- это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие -- позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Рис. 7. Сеть с двумя кольцами

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения -- увеличение (в идеале -- вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

д) др. топологии.

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, но и на характер связей между ними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов) необходимость электрического согласования и многое другое.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбор топологии. Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис. 8).

В том случае, если соединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они могут соединяться, как звезда или шина. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, их допустимо соединить с помощью топологий шина или кольцо.

Наконец когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая длина кабеля.

Рис. 8. Примеры использования разных топологий

Необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.

3. Глобальные сети

3.1 Характеристика глобальной сети

Глобальная сеть соединяет компьютеры, находящиеся в разных частях города, в разных городах и странах, на разных континентах.

Глобальные сети Wide Area Networks, WAN), которые также называют территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большой территории - в пределах области, региона, страны, континента или всего земного шара. Ввиду большой протяженности каналов связи, построение глобальной сети требует очень больших затрат, в которые входит стоимость кабелей и работ по их прокладке, затраты на коммутационное оборудование и промежуточную усилительную аппаратуру, обеспечивающую необходимую полосу пропускания канала, а также эксплуатационные затраты на постоянное поддержание в работоспособном состоянии разбросанной по большой территории аппаратуры сети.

Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Существуют такие понятия, как оператор сети и поставщик услуг сети. Оператор сети (network operator) - это та компания, которая поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг, часто называемый также провайдером (service provider), - та компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети.

Гораздо реже глобальная сеть полностью создается какой-нибудь крупной корпорацией (такой, например, как Dow Jones или "Транснефть") для своих внутренних нужд. В этом случае сеть называется частной.

Ввиду большой стоимости глобальных сетей существует долговременная тенденция создания единой глобальной сети, которая может передавать данные любых типов: компьютерные данные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение, телетекст (передача данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал) и т. д., и т. п. Тем не менее, каждая из технологий, как компьютерных сетей, так и телефонных, старается сегодня передавать "чужой" для нее трафик с максимальной эффективностью, а попытки создать интегрированные сети на новом витке развития технологий продолжаются под преемственным названием Broadband ISDN (B-ISDN), то есть широкополосной (высокоскоростной) сети с интеграцией услуг. Сети B-ISDN будут основываться на технологии АТМ, как универсальном транспорте, и поддерживать различные службы верхнего уровня для распространения конечным пользователям сети разнообразной информации - компьютерных данных, аудио- и видеоинформации, а также организации интерактивного взаимодействия пользователей.

Хотя в основе локальных и глобальных вычислительных сетей лежит один и тот же метод - метод коммутации пакетов, глобальные сети имеют достаточно много отличий от локальных сетей.

3 .2 Структура глобальной сети

Типичный пример структуры глобальной компьютерной сети приведен на рис. 9. Здесь используются следующие обозначения: S (switch) - коммутаторы, К - компьютеры, R (router) - маршрутизаторы, MUX (multiplexor)- мультиплексор, UNI (User-Network Interface) - интерфейс пользователь - сеть и NNI (Network-Network Interface) - интерфейс сеть - сеть. Кроме того, офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ, а маленькими черными квадратиками - устройства DCE,о которых будет рассказано ниже.

Рис. 9. Пример структуры глобальной сети

Сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой. Коммутаторы называют также центрами коммутации пакетов (ЦКП), то есть они являются коммутаторами пакетов.

Коммутаторы устанавливаются в тех географических пунктах, в которых требуется ответвление или слияние потоков данных конечных абонентов или магистральных каналов, переносящих данные многих абонентов. Естественно, выбор мест расположения коммутаторов определяется многими соображениями, в которые включается также возможность обслуживания коммутаторов квалифицированным персоналом, наличие выделенных каналов связи в данном пункте, надежность сети, определяемая избыточными связями между коммутаторами.

Абоненты сети подключаются к коммутаторам в общем случае также с помощью выделенных каналов связи. Эти каналы связи имеют более низкую пропускную способность, чем магистральные каналы, объединяющие коммутаторы, иначе сеть бы не справилась с потоками данных своих многочисленных пользователей. Для подключения конечных пользователей допускается использование коммутируемых каналов, то есть каналов телефонных сетей, хотя в таком случае качество транспортных услуг обычно ухудшается. Принципиально замена выделенного канала на коммутируемый ничего не меняет, но вносятся дополнительные задержки, отказы и разрывы канала по вине сети с коммутацией каналов, которая в таком случае становится промежуточным звеном между пользователем и сетью с коммутацией пакетов.

3 .3 Типы глобальных с етей

Приведенная на рис. 6.2 глобальная вычислительная сеть работает в наиболее подходящем для компьютерного трафика режиме - режиме коммутации пакетов. Оптимальность этого режима для связи локальных сетей доказывают не только данные о суммарном трафике, передаваемом сетью в единицу времени, но и стоимость услуг такой территориальной сети. Обычно при равенстве предоставляемой скорости доступа сеть с коммутацией пакетов оказывается в 2-3 раза дешевле, чем сеть с коммутацией каналов, то есть публичная телефонная сеть.

Поэтому при создании корпоративной сети необходимо стремиться к построению или использованию услуг территориальной сети со структурой, подобной структуре, приведенной на рис. 6.2, то есть сети с территориально распределенными коммутаторами пакетов.

Однако часто такая вычислительная глобальная сеть по разным причинам оказывается недоступной в том или ином географическом пункте. В то же время гораздо более распространены и доступны услуги, предоставляемые телефонными сетями или первичными сетями, поддерживающими услуги выделенных каналов. Поэтому при построении корпоративной сети можно дополнить недостающие компоненты услугами и оборудованием, арендуемыми у владельцев первичной или телефонной сети.

В зависимости от того, какие компоненты приходится брать в аренду, принято различать корпоративные сети, построенные с использованием:

выделенных каналов;

коммутации каналов;

коммутации пакетов.

Последний случай соответствует наиболее благоприятному случаю, когда сеть с коммутацией пакетов доступна во всех географических точках, которые нужно объединить в общую корпоративную сеть. Первые два случая требуют проведения дополнительных работ, чтобы на основании взятых в аренду средств построить сеть с коммутацией пакетов.

а) выделенные каналы;

Выделенные (или арендуемые - leased) каналы можно получить у телекоммуникационных компаний, которые владеют каналами дальней связи (таких, например, как "РОСТЕЛЕКОМ"), или от телефонных компаний, которые обычно сдают в аренду каналы в пределах города или региона.

Использовать выделенные линии можно двумя способами. Первый состоит в построении с их помощью территориальной сети определенной технологии, например frame relay, в которой арендуемые выделенные линии служат для соединения промежуточных, территориально распределенных коммутаторов пакетов, как в случае, приведенном на рис. 10.

Второй вариант - соединение выделенными линиями только объединяемых локальных сетей или конечных абонентов другого типа без установки транзитных коммутаторов пакетов, работающих по технологии глобальной сети (рис. 6.4). Второй вариант является наиболее простым с технической точки зрения, так как основан на использовании маршрутизаторов или удаленных мостов в объединяемых локальных сетях и отсутствии протоколов глобальных технологий. По глобальным каналам передаются те же пакеты сетевого или канального уровня, что и в локальных сетях.

Рис. 10. Использование выделенных каналов

Именно второй способ использования глобальных каналов получил специальное название "услуги выделенных каналов", так как в нем действительно больше ничего из технологий собственно глобальных сетей с коммутацией пакетов не используется.

Выделенные каналы очень активно применялись совсем в недалеком прошлом и применяются сегодня, особенно при построении ответственных магистральных связей между крупными локальными сетями, так как эта услуга гарантирует пропускную способность арендуемого канала. Однако при большом количестве географически удаленных точек и интенсивном смешанном трафике между ними использование этой службы приводит к высоким затратам за счет большого количества арендуемых каналов.

б) глобальные сети с коммутацией каналов;

Сегодня для построения глобальных связей в корпоративной сети доступны сети с коммутацией каналов двух типов - традиционные аналоговые телефонные сети и цифровые сети с интеграцией услуг ISDN. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность, что характерно особенно для аналоговых телефонных сетей.

Телефонные сети, полностью построенные на цифровых коммутаторах, и сети ISDN свободны от многих недостатков традиционных аналоговых телефонных сетей. Они предоставляют пользователям высококачественные линии связи, а время установления соединения в сетях ISDN существенно сокращено.

Однако даже при качественных каналах связи, которые могут обеспечить сети с коммутацией каналов, для построения корпоративных глобальных связей эти сети могут оказаться экономически неэффективными. Так как в таких сетях пользователи платят не за объем переданного трафика, а за время соединения, то при трафике с большими пульсациями и, соответственно, большими паузами между пакетами оплата идет во многом не за передачу, а за ее отсутствие. Это прямое следствие плохой приспособленности метода коммутации каналов для соединения компьютеров.

Тем не менее, при подключении массовых абонентов к корпоративной сети, например сотрудников предприятия, работающих дома, телефонная сеть оказывается единственным подходящим видом глобальной службы из соображений доступности и стоимости (при небольшом времени связи удаленного сотрудника с корпоративной сетью).

в) глобальные сети с коммутацией пакетов.

В 80-е годы для надежного объединения локальных сетей и крупных компьютеров в корпоративную сеть использовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутацией пакетов - Х.25. Сегодня выбор стал гораздо шире. Можно воспользоваться услугами территориальных сетей TCP/IP, которые доступны сегодня как в виде недорогой и очень распространенной сети Internet, так и в виде коммерческих глобальных сетей TCP/IP, изолированных от Internet и предоставляемых в аренду телекоммуникационными компаниями.

В Интернет все данные пересылаются в виде пакетов. Пакет - это специальная последовательность бит, несущих собственно данные, а также служебную информацию об адресах получателя и отправителя информации, номере пакета, коды для проверки его целостности и другие. Общая длина пакета составляет от 100 до 2000 байт.

Каждый пакет может продвигаться по сети своим маршрутом, что делает сеть не зависимой от аварии или блокировки отдельного узла. Перенаправлением пакетов в зависимости от нагрузки сети занимаются маршрутизаторы. А временное хранение пакетов в местах пересылки позволяет выполнить проверку их целостности и перезапросить поврежденные пакеты.

3 .4 Пр имер глобальной сети - Интернет

Интернет - это всемирная информационная компьютерная сеть, которая объединяет в единое целое множество компьютерных сетей и отдельных компьютеров, предоставляющих обширную информацию в общее пользование и не является коммерческой организацией.

Компьютер пользователя с помощью линии связи подключается к компьютеру провайдера, который, в свою очередь подключен к другому компьютеру сети и т.д. Информация в сети хранится как на компьютерах провайдера, так и на специальных компьютерах, которые называются информационными серверами. Компьютеры, к которым подключаются многие другие компьютеры, называют серверами. Провайдером называется организация, через которую рядовые компьютеры подключаются к глобальной сети.

Пользователи в Интернет работают по единым правилам. В качестве общего языка в сети Интернет используются протоколы обмена данными. Протоколы - это стандарты, определяющие формы представления и способы пересылки сообщений, процедуры их интерпретации, правила совместной работы различного оборудования в сетях.

Протокол - это правила взаимодействия. Например, дипломатический протокол предписывает, как поступать при встрече зарубежных гостей или при проведении приемов. Сетевой протокол предписывает правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Стандартные протоколы заставляют разные компьютеры "говорить на одном языке". Таким образом осуществляется возможность подключения к Интернет разнотипных компьютеров (IBM, Macintosh), работающих под управлением различных операционных систем (Windows, UNIX, MS DOS).

Следует отметить децентрализованную структуру этой сети. В мире нет центрального управляющего органа, следящего за размещаемой в Internet информацией. Эту роль выполняют различные подключенные к Internet сети, которые и определяют, какая информация будет в ней размещаться и как она будет передаваться. Такая полностью распределенная структура делает Internet очень гибкой и предоставляет возможность поддерживать неограниченное количество пользователей. Однако подключенные к Internet сети должны удовлетворять определенным стандартам. Эти стандарты утверждаются несколькими добровольными организациями. Например, Совет по архитектуре Internet (Internet Architecture Board -- IAB) рассматривает и утверждает протоколы передачи и стандарты нумерации. Комитент по технологическим нормам Internet устанавливает стандарты повседневной работы сети. Союз Internet публикует различные стандарты и осуществляет координацию между различными контролирующими органами Internet, провайдерами услуг и пользователями.

Основу сети Интернет составляет группа протоколов TCP/IP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) - транспортного уровня, он управляет тем, как происходит передача информации (данные "нарезаются" на пакеты и маркируются).

IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня, добавляет к пакету IP-адреса получателя и отравителя и отвечает на вопрос, как проложить маршрут для доставки информации.

Каждый компьютер, включенный в сеть - хост, имеет свой уникальный IP-адрес. Этот адрес выражается четырьмя байтами, например: 234.049.122.201, и регистрируется в Информационном центре сети- InterNIC или в Network Solutions Inc (NSI). Организация IP-адреса такова, что каждый компьютер, через который проходит TCP-пакет, может определить, кому из ближайших "соседей" его нужно переслать.

Для удобства пользователей в Интернет введена доменная адресация. Домены - группы компьютеров, имеющие единое управление и образующие иерархическую структуру. Доменное имя отражает иерархию доменов и состоит из сегментов, разделенных точкой. Например, interweb.spb.ru - адрес электронной справочной системы в Санкт-Петербурге. Самый последний (справа) называется именем домена верхнего уровня. Среди них различают географические и тематические.

Географические адреса, чаще двухбуквенные, определяют принадлежность владельца имени к сети определенной страны. Например, ru - Россия, de - Германия, us - Соединенные Штаты и др.

Тематические адреса, обычно трех- и четырехбуквенные, позволяют определить сферу деятельности их владельцев. Например,edu - образовательные учреждения, com - коммерческие организации, store - Интернет-магазины.

Для установления соединения между компьютерами в сети нужно знать адрес домена, включающего этот компьютер.

Вывод

Существуют 2 способа передачи информации между компьютерами:

С помощью носителей информации: магнитных дисков и магнитных лент, оптических дисков и т.д. (недостатки - медленный и неудобный).

С помощью линий связи: локальных или глобальных.

Глобальные сети распространяют свое действие по всему миру и используют все каналы связи, включая спутниковые.

В крупных коммерческих и образовательных организациях для ведения работ активно используются локальные сети, построенные на основе единых стандартов, принятых в глобальных сетях. В зависимости от решаемых задач и мероприятий, обеспечивающих безопасность работы и доступ к сети, их разделяют на внутренние (Intranet) и внешние (Extranet) корпоративные сети.

При создании компьютерных сетей является важным обеспечение совместимости по электрическим и механическим характеристикам и совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных.

Список используемой литературы

1. Ю. Шафрин, "Основы компьютерной технологии". М., АБФ, 2002

2. А.М. Кенин, Н.С. Печенкина, "IBM PC для пользователей или как научится работать на компьютере". Екатеринбург, "АРД ЛТД", 1999

3. "Навигатор игрового мира", №№ 3(11), 4(12), 7(15), 2004

4. http://www.dokanet.net/

5. http://ovt.edurm.ru/komseti.htm

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Описание функций и видов (вычислительные, информационные, смешанные) компьютерных сетей. Изучение архитектурного построения и топологии локальных сетей. Характеристика, структура и типы (коммутация каналов, пакетов) глобального соединения компьютеров.

курсовая работа , добавлен 24.02.2010


Классификация компьютерных сетей в технологическом аспекте. Устройство и принцип работы локальных и глобальных сетей. Сети с коммутацией каналов, сети операторов связи. Топологии компьютерных сетей: шина, звезда. Их основные преимущества и недостатки.

реферат , добавлен 21.10.2013


Назначение и классификация компьютерных сетей. Обобщенная структура компьютерной сети и характеристика процесса передачи данных. Управление взаимодействием устройств в сети. Типовые топологии и методы доступа локальных сетей. Работа в локальной сети.

реферат , добавлен 03.02.2009


Создание компьютерных сетей с помощью сетевого оборудования и специального программного обеспечения. Назначение всех видов компьютерных сетей. Эволюция сетей. Отличия локальных сетей от глобальных. Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей.

презентация , добавлен 04.05.2012


Классификация компьютерных сетей. Назначение компьютерной сети. Основные виды вычислительных сетей. Локальная и глобальная вычислительные сети. Способы построения сетей. Одноранговые сети. Проводные и беспроводные каналы. Протоколы передачи данных.

курсовая работа , добавлен 18.10.2008


Основные признаки классификации компьютерных сетей как нового вида связи и информационного сервиса. Особенности локальных и глобальных сетей. Объекты информационных сетевых технологий. Преимущества использования компьютерных сетей в организации.

курсовая работа , добавлен 23.04.2013


Системы пакетной обработки данных. Появление первых глобальных и локальных компьютерных сетей. Классификационные признаки компьютерных сетей. Четыре основных вида компьютерных преступлений, их характеристика. Распространение вирусов через Интернет.

реферат , добавлен 29.03.2014


Основные концепции, определяющие современное состояние и тенденции развития компьютерных сетей. Аспекты и уровни оргаизации сетей, от физического до уровня прикладных программ. Назначение и роли локальных сетей. Сетевые структуры. Бескабельные каналы.

курс лекций , добавлен 15.01.2010


Понятие и структура компьютерных сетей, их классификация и разновидности. Технологии, применяемые для построения локальных сетей. Безопасность проводных локальных сетей. Беспроводные локальные сети, их характерные свойства и применяемые устройства.

курсовая работа , добавлен 01.01.2011


Компьютерные сети и их классификация. Аппаратные средства компьютерных сетей и топологии локальных сетей. Технологии и протоколы вычислительных сетей. Адресация компьютеров в сети и основные сетевые протоколы. Достоинства использования сетевых технологий.

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.

Локальная сеть (LAN – Local Area Network) – сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации.

Региональная сеть (MAN – Metropolitan Area Network) – сеть в пределах города или области.

Глобальная сеть (WAN – Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на:

низкоскоростные сети – до 10 Мбит/с;

среднескоростные сети – до 100 Мбит/с;

высокоскоростные сети – свыше 100 Мбит/с.

По типу среды передачи сети разделяются на:

проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);

беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.

По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят наодноранговые и свыделенным сервером (иерархические сети).

Одноранговая сеть. Все компьютеры равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.

Достоинство – простота установки и эксплуатации.

Недостаток – затруднено решение вопросов защиты информации.

Такой способ организации используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.

Иерархическая сеть. При установке заранее выделяются один или несколькосерверов – компьютеров, управляющих обменом данных и распределением ресурсов сети. Сервер – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называютклиентом сети илирабочей станцией . Сам сервер также может быть клиентом сервера более высокого уровня иерархии. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, винчестерами большой емкости и высокоскоростной сетевой картой.

Достоинство – позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы и обеспечить более высокий уровень защиты данных.

Недостатки :

Необходимость дополнительной ОС для сервера.

Более высокая сложность установки и модернизации сети.

Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера

По технологии использования сервера различают сети с архитектуройфайл-сервер и архитектуройклиент-сервер .

Файл-сервер . На сервере хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.

Клиент-сервер . Хранение данных и их обработка производится на сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса.

Основные характеристики сетей

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени – секунду. Единица измерения – бит в секунду.

Часто используется единица измерения скорости - бод. Бод - число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.

Пропускная способность канала связи . Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду.

Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак. Этот показатель должен лежать в пределах 10 -6 –10 -7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.

Надежность каналов связи коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Единица измерения надежности – час. Как минимум, несколько тысяч часов.

Время реакции сети – время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах.

Объем информации, передаваемой по сети, называется трафиком .

Глава 3. Общие сведения о компьютерных сетях

Материал, изложенный ранее, будет необходим нам для изучения компьютерных сетей, так как компьютерные сети являются дальнейшим развитием ввода-вывода и позволяют пересылать данные между компьютерами, а также использовать общие ресурсы вычислительных систем

Определение, терминология и назначение компьютерных сетей

Человек без общения - что птица без крыльев.

В общем случае сетью связи является распределенная система коммуникаций, служащая для передачи информации на расстоянии. К ним относятся теле- и радиовещательные сети, сети телефонной и сотовой связи, сети кабельного телевидения и т. д. Синоним связи - передача данных. Понятие телекоммуникационная сеть подразумевает территориально распределенную сеть передачи данных.

Отдельный компьютер - пример централизованной вычислительной системы. В отличие от централизованной, вычислительная сеть - распределенная вычислительная система. Это совокупность компьютерной и коммуникационной техники, каналов связи и специального программного обеспечения, управляющего процессом распределенных вычислений между членами данной сети.

Поскольку в последнее время повысилась роль передачи нечисловой информации через вычислительные сети, теперь для них часто используется термин сеть передачи данных. Чтобы избежать путаницы с сетью связи, в которых также передаются данные, для вычислительной сети применяется термин компьютерная сеть.

Компьютерные сети служат для выполнения следующих задач:

o проведения распределенных вычислений;

o организации доступа при централизованной (серверной) обработке информации;

o общего использования аппаратных ресурсов;

o оперативного поиска и получения данных в корпоративных ресурсах;

o оперативного поиска и получения различной информации в глобальных сетях;

o обмена сообщениями, переписки, передачи информации различных видов и т. д

Общие понятия. Сетевые топологии

Любая сеть состоит из узлов и соединяющих их линий связи. Узлы бывают конечными и промежуточными. Конечный узел имеет 1 соединение с линией связи, промежуточный - более одного.

Узлы сети могут быть станциями (хостами, компьютерами-членами сети), либо специальным коммуникационным оборудованием (на рис. 10 узлы, обозначенные символом « »). Простейшая сеть содержит 2 узла-станции (рис. 10, а).

Сетевая топология - это граф связей компьютерной сети, то есть тип соединения узлов и линий связи. Различают следующие основные сетевые топологии (рис. 10):

o типовые: а) точка-точка - содержит 2 узла; б) шина (линейная сеть) - содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами; в) звезда - сеть, в которой имеется только один промежуточный узел; г) дерево (иерархическая звезда) - сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь; д) кольцо - сеть, в которой к каждому узлу присоединены только две ветви;

o производные: е) смешанная (комбинированная) - образована соединением типовых; ж) полносвязная - каждый узел соединен со всеми остальными; з) ячеистая - сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними (вид смешанной, в которой разделение на типовые топологии не просматривается явно);

Рис. 10 Основные сетевые топологии.

Линии, связывающие узлы сети передачи данных, называются каналами передачи данных или каналами (линиями) связи. Физические среды, используемые для каналов связи, будут рассмотрены в этой главе ниже.

Некоторые важные понятия.

Трафиком называется поток данных по каналу связи или через сетевое устройство, а также объем этого потока в байтах.

Протоколом называются правила передачи информации по сети.

Адресом узла сети (сетевым адресом) называется его уникальный идентификатор, описывающий местона-хождение узла сети и позволяющий пересылать информацию именно этому узлу.

Уточненное определение протокола и более подробно об адресации в компьютерных сетях будет рассказано в этой главе при изучении модели OSI.

Классификация и характеристики компьютерных сетей

Диаметром сети называется расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга станциями данной сети.

Компьютерные сети подразделяются в зависимости от диаметра сети и типа используемого оборудования на следующие виды (в скобках указан приблизительный диапазон диаметров):

o локальные (1-3000 м) - объединяют компьютеры в пределах нескольких зданий;

o кампусные (100-10000 м) - локальные сети масштаба «кампуса» - небольшого городка;

o городские (5-20 км) - высокоскоростные каналы связи в пределах большого города;

o региональные (территориальные) (100-1000 км) - объединяют компьютеры географической области;

o глобальные (10000-20000 км) - объединение компьютеров в различных частях света (Интернет).

Важнейшая характеристика компьютерной сети - ее пропускная способность. Пропускная способность (битовая скорость передачи информации) - это количество информации, которое можно передать по данной сети за единицу времени. Пропускная способность измеряется в бит/с. 1 бит/с равен 1 биту информации, переданному за 1 с. Используются кратные единицы: кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.

В зависимости от характера распределения функций различают:

o одноранговые сети - небольшие локальные сети, в которых все компьютеры являются функционально равноправными; обычно включают в себя до 15 станций;

o сети с выделенными серверами (двухранговые сети) - средние и крупные сети, в которых часть выполняемых функций по обслуживанию станций возложена на серверы.

Сети с выделенными серверами характеризуются типами используемых в них сетевых служб (серверов), которые будут описаны ниже.

Среды передачи данных

В качестве носителей информации в современной коммуникационной технике используются электромагнитные сигналы в виде колебаний различных частот. Под средой передачи данных (связи) понимается физическая среда, по которой распространяется сигнал при его прохождении по линии связи.

В линиях связи используются 2 основные технологии: проводниковая и беспроводная.

Проводники , используемые в компьютерных сетях, подразделяются на:

1. 1) Медные электрические проводники . Наиболее распространенная среда передачи. В качестве носителя информации используется переменный электрический ток различных частот и форм сигнала. Наиболее распространенные виды кабелей, используемых в компьютерных сетях:

o коаксиальный кабель - изолированная медная жила, экранированная металлической оплеткой;

o экранированная или неэкранированная витая пара - пара изолированных скрученных проводов;

o телефонные линии общего пользования (ТфОП) - двухжильные изолированные провода абонентских линий и многожильные кабели телефонных коммуникаций.

2. 2) Волоконно-оптические (оптоволоконные) линии связи (ВОЛС) представляют собой полый гибкий проводник (световод), покрытый изнутри отражающим веществом. В качестве носителя используется модулированный световой луч, испускаемый лазером.

При беспроводной связи в качестве среды передачи используется окружающий воздух, вода, вакуум или другая среда, не задерживающая электромагнитные волны, являющиеся в данном случае носителем информации. По частотному диапазону беспроводная связь подразделяется на:

o радиосвязь - используется в спутниковой связи и при удаленном доступе;

o инфракрасную - используется в основном для связи с беспроводными периферийными устройствами;

o оптическую - используется редко из-за наличия помех на пути распространения сигнала;

o сверхвысокочастотную (СВЧ) - используется в локальных сетях.

5. Compose the final formal specification, using algorithm 3.

A sample of formal specification for "Store" particle

shown in figure 5, is specified in figure 7.

In order to verify the usability of the requirements particle networks, we conducted a workshop of developing software functional requirements specification of a small software system. A sample of software requirements for "Video Shop" in is selected. More than 80 attendants with experience in writing data flow diagram are gathered. Five requirements primitives are selected as follows: 1) primitive for registering a new video title in the video stock, 2) primitive for searching video stock for the existing of the video title, 3) primitive for registering a new member, 4) primitive for searching the existing of the member name in the member list, and 5) primitive for keeping the video hiring record of each member.

Average time to accomplish the specification procedure is 50 minutes and more than 90% of the attendants produce the complete requirements particle networks. The final formal specifications are consequently mapped from their requirements particle networks without any major complication.

We have developed an approach to software functional requirements specification using requirements particle networks. Our approach emphasizes that requirements particle is the atomic task and a well-defined formal specification template is relevantly assigned to each requirements parti-

cle. Moreover, we introduce the explicit definition of preconditions in the requirements particle networks so that software analyst is capable to specify when a particular particle is activated in the consequences of preconditions. A number of requirements particles are proposed to deal with store and retrieve functions in software system.

We intend to investigate and define more relevant requirements particles for the another part of software system for business information system. A set of requirements particles to perform calculation is required as well. In addition, the reuse features of several common requirements particle networks will be considered.

J. J. P. Tsai, T. Weigert, M. Aoyama, A Declarative Approach to Software Requirements Specification Languages, Proceedings of International Computer Languages, 1988, 414-421.

H. M. Jarvinen, R. K. Suonio, DisCo Specification Language: Marriage of Actions and Objects, Proceedings of Conference on 11th International Distributed Computing Systems, 1991, 142-151.

B. H. C. Cheng, G. C. Gannod, Abstraction of Formal Specifications from Program Code, Proceedings of IEEE International Conference on Tools for AI, 1991.

L. Jin, H. Zhu, Automatic Generation of Formal Specification from Requirements Definition, Proceedings of First IEEE Format Engineering Methods, 1997, 243-251.

W. Vatanawood and P. Chongstitvatana, A Genetic Algorithm Approach to Software Components Search using Software Functional Requirements Checklist, Proceedings of 3rd Annual National Symposium on Computational Science and Engineering (ANSCSE), 1999.

R. Barden, S. Stepney, D. Cooper, Z in Practice, (Prentice-Hall, 1994).

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОПОТОКОВЫХ СЕТЕЙ

ОБСЛУЖИВАНИЯ

А.А.Алиев, Б.Г.Исмайлов

Рассмотрены модели многопотоковых компьютерных сетей обслуживания. Поставлены задачи минимизации математического ожидания вероятностной функции потерь информации при минимально необходимой производительности сети. Разработаны процедуры анализа характеристик сети и приведены результаты численных экспериментов.

Itistream computer networks of service are considered. The tasks of minimization of expectation of a probability loss function of the information are posed at minimum of necessary productivity of the network. The procedures of the analysis of the characteristics of the network are developed and the results of numerical experiments are indicated.

В современных сетях компьютеры должны обслуживать большое число источников информации. По этой причине им необходимо работать оперативно и выполнять несколь-

ко операций одновременно. Таким требованиям отвечает мультипроцессорная обработка информации. В таких сетях операционная система позволяет добавить дополнительные процессоры, и она позволяет распределять процессы по нескольким компьютерам, управляя выполняемыми ими задачами. Поэтому с целью ее построения в работе дается анализ характеристик многопотоковых сетей.

В рассмотренной многопотоковой сети имеется т очередей и N мест в очереди. Интенсивность потока заявок, количество заявок в группе, время обслуживания заявок заданы. Характеристики такой сети, в частности, вероятность возникновения заявок на обслуживание, вероятность прихода заявок за время цикла, среднее время цикла и т.д. неизвестны. С целью построения сети необ-

ISSN 1607-3274 "Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння" № 2, 2001

ходимо определить ее характеристики при заданных условиях.

Разработка современных компьютерных систем и сетей сопряжена с применением математических методов моделирования. В условиях случайного характера процессов поступления и обслуживания информации необходимо использование моделей и методов теории массового обслуживания.

В работе рассматривается многопотоковая модель, учитывающая мультипроцессорный принцип построения, позволяющий обеспечить высокие характеристики оперативности и надежности компьютерных сетей; приоритетное обслуживание запросов, ориентированное на повышение общей эффективности компьютерной сети.

На выбор типа используемой модели системы массового обслуживания (СМО) существенно влияет структурная организация анализируемой многопотоковой мультипроцессорной сети.

Теория анализа приоритетных процессов обслуживания достаточно полно разработана в [ 1].

Однако в отличие от [ 1 ] здесь исследуются модели многопотоковых систем с ограничением на время ожидания заявки в очереди.

Рассматриваются многопотоковые компьютерные сети, предназначенные для обслуживания потоков информации поступающих от большего числа источников. Основу системы составляют т периферийных компьютеров (ПК;). Эти ПК; объединяются в мультипроцессорные сети (МС) с помощью координирующего компьютера (КК). ПК; организуют сбор и обработку информации. КК соединяет ПК; с линией связи или терминалом. Конструктивная однородность ПК; дает возможность наращивания их числа при увеличении количества источников информации, приближения МС к источникам, реализации широкого набора вычислительных процедур.

При организации СМО имеющей много источников информации одним из основных вопросов может являться выбор дисциплины опроса источников.

В обычном случае (без прерывания) КК опрашивает все источники информации по порядку. Если на входе имеется достаточное количество информации, то выполняются операции по ее обслуживанию. В противном случае КК переходит к опросу следующих источников информации.

МС работает в реальном режиме времени, что характерно для управляющих систем и сетей .

При моделировании МС основной задачей может являться оптимальное распределение ресурсов сети и программное обеспечение ПК;, которое включает средства программирования и пакет прикладных программ. При этом рассматриваются некоторые вопросы моделирования МС, связанные с оптимальным выбором нагрузочных и структурных параметров. Оптимизация ресурса позволяет получать требуемые значения выбранного критерия функционирования сети в зависимости от параметров обрабатываемой информации.

Одним из показателей качества функционирования МС является минимизация потерь информации, полученной от источников. Следует отметить, что сложность методов

оптимизации ресурсов зависит от вида обработки информации. Если на входе ПК; дискретная информация, которая поступает в детерминированный момент времени, и известно время обслуживания, то анализ характеристик сети не является трудным. Анализ характеристик сети значительно усложняется при наличии в МС информационных потоков, составляющие которых случайны по моментам поступления.

Если рассматривать сообщения как заявки, а КК, занимающийся сбором сообщений, как обслуживающий прибор, то МС в целом можно рассматривать как однофазную, однолинейную СМО.

Предполагается, что источники заявок выдают стационарные пуассоновские потоки.

Замечание 1. Кроме упрощения анализа, это предположение позволяет получить верхние оценки параметров сети для других законов распределений.

В случае отсутствия потерь интенсивность потока заявок, поступающего на КК равна X = ^ и считается,

что в установившемся режиме интенсивности входящих и обслуженных заявок одинаковы.

В сети ПК; выступают по отношению к КК как устройства ввода-вывода и с помощью критерия эффективности анализируются потери информации как в СМО, имеющей т источников заявок. В каждом источнике имеется конечная очередь заявок; время обслуживания одной заявки и время переключения КК от источника к источнику являются постоянными величинами и заявки могут обслуживаться группами.

В сети имеется т очередей и N мест в очереди. Время обслуживания заявки обозначается Тобсл, А(- время

переключения прибора, X - интенсивность потока заявок, Б - количество заявок в группе.

Запрос на обслуживание возникает в очереди в том случае, когда в ней находятся не менее Б заявок, после окончания;-ой очереди прибор переходит к опросу (;+1)-ой, цикл работы СМО завершается опросом т-ой очереди.

Заявки, поступившие в очередь, после того как был произведен ее опрос, рассматриваются в данном цикле.

Оценка характеристик сети осуществляется путем минимизации математического ожидания вероятности потерь информации при заданном количестве источников, т.е.

М[ Р(т, N Б, Х,тобсл ш1п, Х<Х0, £ < Ьч < Ь 0, (1)

где X0 , Ь0 - максимальные допустимые значения X , Ьч;

Ьп - количество заявок в очереди. ч

Однако строгое аналитическое выражение для определения потерь Р(т, N Б, X, Тобсл) в таких СМО в настоящее время отсутствует и, следовательно, аналитическое решение постановки (1) представляет большую сложность.

Вместе с тем в таких СМО потери вида (1) могут быть определены с помощью следующих характеристик:

Вероятность возникновения заявок на обслуживание в

п из т очередей как :

Рп + 1 = П^Тобсл + Т)/(1 - П*((п + 1)*Тобсл + Т)) ,

где Т = тАг, (ns"lобсл + Т) - вероятность появления заявок в очереди, с которой начинается цикл;

Заявки на обслуживание заявок появляются при наличии в очереди Б и более заявок, при этом для простейшего потока вероятность прихода заявок, за время цикла

Х (п ^обсл + тА г) " к!

п^Тобсл + тАг);

Среднее время цикла

Тс = I (п*Тобсл + тАг)Рп; п = 0

Вероятность появления заявок в первой очереди

П = I ПЛп*Тобсл + тАг)Рп. п = 0

Следовательно, вероятность потери заявок

Р = 1 - П/^с.

Данное соотношение в нормализованном виде может быть косвенным решением постановки (1). Под нормализацией подразумевается выбор из множества значений

Р лишь тех, при которых для количества заявок Ьч,

ожидающих обслуживания, выполняется условие

£ < Ьч < Ь0 .

Таким образом, при выполнении условия Б < Ь < Ь0 ,

рассмотренная СМО обеспечивает обслуживание потока заявок в пределах допустимых потерь и, следовательно, система имеет минимально необходимую производительность.

В СМО среди источников заявок в первую очередь выделяют приоритетные. Приоритетность в СМО определяется таким образом, что для группы заявок, ожидающих обслуживания |Л,г-, является самой большой по значению, т.е. классы приоритетов упорядочиваются согласно соотношению :

11С1 <12 С2 <-<1кск,

где с{ - стоимость обслуживания за единицу времени.

При решении задачи (1), устанавливая приоритетность по (3), осуществляется выбор из множества значений Р лишь тех, при которых выполняется условие Ь > Б.

Предлагаются прерывания двух типов: прерывания с относительным и абсолютным приоритетами. При этом во

втором случае прерванные заявки вновь поступают в КК и их обслуживание начинается с прерванного места.

Данная задача для небольших значений интенсивностей потоков информации на входе СМО может быть решена при отсутствии приоритетов. Здесь в рассмотренную систему вводятся к различных приоритетных классов (к> 3) , т.е. в системе имеются три крупных приоритетных класса заявок. При функционировании системы внутри потоков может быть дальнейшее разделение на под-потоки. Заявки приоритетного класса К К = 1, 2, ..., к поступают как пуассоновские потоки с интенсивностью Хк, каждая заявка из приоритетного класса К имеет время обслуживания, выбранное независимо из экспоненциального распределения со средним значением 1/|к.

Кроме того, применение приоритетности в данном случае показывает, что значение математического ожидания вероятностной функции потери заявок существенно меньше для прерывания с абсолютным приоритетом, чем для прерывания с относительным приоритетом. Предложенный подход обеспечивает исследование многопотоковых СМО с относительным и абсолютным приоритетами. В его основе лежит решение задачи анализа характеристик компьютерной сети с групповым обслуживанием.

Данная процедура определения характеристик СМО обобщена в виде алгоритма, который имеет следующие шаги:

Для простейших потоков вводятся значения т, N Б с целью определения основных характеристик СМО.

Для количества заявок, ожидающих обслуживания

проверяется условие Ьч > Б. Если данное условие удовле-ч

творяется для относительных и абсолютных приоритетов, то вычисляются и выводятся на печать характеристики СМО.

Если цикл опроса не завершен, осуществляется переход к первому шагу. В противном случае процесс анализа характеристик СМО завершается.

На основе вышеизложенной процедуры анализа для определения характеристик систем проведены объемные вычислительные эксперименты и получены численные результаты. В этих экспериментах при заданном количестве источников информации определены потери информации в зависимости от интенсивности входного потока.

Потери информации в такой СМО могут возрастать засчет появления потерь в ПК;, и МС можно рассматривать как двухфазные СМО . Предполагая что, потоки заявок в обеих фазах пуассоновские, время обслуживания одной заявки, как в первой, так и во второй фазе постоянно. Для оценки параметров СМО можно использовать результаты приведенные здесь для однофазной СМО.

Следует отметить, что при более детальном изучении СМО такого вида целесообразно применять методы имитационного моделирования, так как аналитическое описание двухфазной СМО с не пуассоновскими потоками заявок и ограниченной очередью во второй фазе представляется очень сложным.

1607-3274 "Радюелектрошка. 1нформатика. Управл1ння" № 2, 2001

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 Лто1

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Лто6

I-1-1-1-1-1-1-

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.14 0.16 Лто6сд

Рисунок 1

В качестве примера, для Аt = 0,1 Тобсл: а) т = 4, Б = N = 1 (кривая 1); б) т = 4, Б = N = 2 (кривая 2); в) т = 16, Б = 1 , N = 10 (кривая 3); г) т = 2,5 , Б = 1 , N = 10 (кривая 4); д) т = 16, Б = N = 1 (кривая 5); е) т = 16, Б = N = 2 (кривая 6) исследованы зависимости при различных т, N и Б. Из рисунка 1 видно, что при т = 4, Б = N = 1 и т = 4, Б = N = 2 значения кривых 1, 3 вероятностной функции по сравнению с другими кривыми находятся в пределах допустимых потерь и полученные характеристики СМО считаются оптимальными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Процедура анализа многопотоковых сетей обслуживания позволяет сделать следующие выводы:

1. Разработанная процедура анализа оптимальных характеристик многопотоковых сетей является удобной для описания сети с групповым обслуживанием. Использование разработанного алгоритма вычисления характеристик сетей может значительно облегчить анализ характеристик подобных сетей.

2. Разработка такой модели позволяет определить не только вероятностно-временные характеристики сети в рамках системы массового обслуживания, но и повысить надежность системы в целом.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Меликов А.З., Пономаренко Л.А., Рюмшин H.A. Математические модели многопотоковых систем обслуживания. - К. 1991, - 264 с.

2. Меликов А.З., Исмайлов Б.Г. О моделировании процесса маршрутизации сообщений в распределенных компьютерных сетях обслуживания. Известия АН Азербайджана. Серия физико-технических и математических наук, XVIII том, №1, 1998 г. - с. 54-56.

3. Исмайлов Б.Г. Анализ характеристик взаимодействия компьютеров распределенных сетей обслуживания. Изв. АН Азерб., Серия физико-технических и математических наук, XIX том, №3-4, 1999г.- с.130-136.

Обзор