Модель взаимодействия открытых систем

Проблема стандартизации, характерная для современного развития общества в целом, в сфере распространения информации особенно остра в связи с возникновением глобального информационного пространства. Этим занимается Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO). В настоящее время все вычислительные сети работают в стандарте взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnection - OSI). Стандарт OSI включает в себя правила построения информационных пакетов, передаваемых по сети, и последовательность действий, выполняемую при обработке этих пакетов. Стандарт реализуется в форме протоколов – формализованных правил, описывающих взаимодействие на различных уровнях обработки информации. Протоколы могут содержать как нормативную информацию, обязательную к исполнению, так и правила рекомендательного характера в использовании того или иного метода.

Необходимость использования протоколов является следствием значительного разнообразия задач, которые необходимо решать для успешного функционирования сетей, разнообразия условий использования сетей и разнообразия технического и программного обеспечения, выпускаемого фирмами разных стран. Протоколы локализуют сетевые функции, позволяя свести сложные вопросы взаимодействия к отдельным его аспектам.

В соответствии с идеологией OSI передача информации от компьютера к компьютеру может быть представлена как взаимодействие на нескольких уровнях, верхний из которых представляет собой исходную задачу передачи без искажений блока исходной информации от приложения на одном компьютере к приложению на другом компьютере, а самый нижний непосредственно передает данные по физическому каналу связи. Между ними расположены абстрактные (логические) уровни, каждый из которых также обозначает передачу некоторого блока данных от модуля одного компьютера к модулю другого.

Схему передачи информации с использованием нескольких уровней можно изобразить следующим образом. Программа, которая желает послать сообщение другому узлу сети, передает это сообщение сетевому модулю верхнего уровня. Для этого модуля сообщение является просто последовательностью битов большей или меньшей длины. Если размер сообщения слишком велик, модуль разрезает его на части определенного размера, после чего добавляет к каждой части служебную информацию согласно спецификациям того протокола, который реализует данный модуль. Полученные блоки, которые называются пакетами соответствующего уровня, передаются сетевому модулю следующего уровня. Последний поступает с каждым пакетом аналогичным образом и передает образованные пакеты модулю еще более низшего уровня, и т.д., пока процесс не дойдет до физического уровня. В этот момент происходит реальная передача данных от одного узла к другому. Сетевой драйвер узла-получателя по очереди передает модулю низшего уровня получаемые пакеты, тот читает в них служебную информацию и с ее помощью восстанавливает пакет до того вида, который модуль того же уровня получил на узле-отправителе. Затем модуль передает образованный пакет модулям верхнего уровня и т.д.

В результате процесс устроен таким образом, как будто модуль некоторого уровня одного компьютера непосредственно передает пакет модулю того же уровня другого компьютера. Такая технология позволяет устанавливать логические каналы связи на каждом уровне. Благодаря этому можно резко разграничить задачи, решаемые на каждом уровне.

В модели ISO предусматривается максимум семь уровней обработки пересылаемого сообщения. Перечислим эти уровни от нижнего к верхнему:

¨ физический уровень (Physical Layer);

¨ канальный уровень (Data Link);

¨ сетевой уровень (Network Layer);

¨ транспортный уровень (Transport Layer);

¨ сеансовый уровень (Session Layer);

¨ уровень представления данных (Presentation Layer);

¨ прикладной уровень (Application Layer).

Прежде, чем описывать конкретные уровни обработки и их назначение, сделаем одно замечание. При расшифровке сообщения первой задачей является определение начала и конца информационного пакета (эта операция называется синхронизацией пакетов). Всего возможны три способа задания этого механизма: посылать пакеты фиксированной длины, задавать длину пакета в его начале или специфицировать конец блока специальным маркером. На практике используются все три способа. Конкретный способ синхронизации зависит от конкретно используемого протокола. Поэтому в любом случае служебная информация начинается с названия протокола.

Физический уровень занимается реальной передачей данных по каналу связи. Протоколы физического уровня описывают структуру блока информации (в сети Ethernet он называется кадром), передаваемого по сети за один сеанс. Протоколы физического уровня должны задавать:

§ характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена (такие параметры, как напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах и т.п.); для описания этих характеристик используются такие стандарты, как, например, RS232C, V35, IEEE 802.3 и т.п.

§ методы синхронизации пакетов и размер пакета;

§ методы обнаружения ошибок;

§ вид служебных команд, используемых для опроса готовности сетевого адаптера к приему или передаче данных, идентификации сбоев при передаче и иногда (для некоторых протоколов) для передачи сообщений о выявлении ошибок.

Некоторые протоколы физического уровня добавляют к пакетам, полученным от модуля канального уровня, какую-либо служебную информацию, другие передают пакеты канального уровня без изменения. Ответственным за физический уровень является программное обеспечение сетевого адаптера или модема.

Канальный уровень обеспечивает поддержку логической линии связи между двумя компьютерами. В задачу модуля канального уровня входит передача сетевого пакета, полученного от сетевого модуля одного компьютера, соответствующему канальному модулю другого компьютера. Для выполнения этой задачи канальный модуль в случае необходимости разрезает сетевой пакет на пакеты меньшего размера (осуществляет коммутацию пакетов) и добавляет к ним служебную информацию согласно спецификации канального протокола.

Канальный уровень оперирует единицами данных, называемыми кадрами или фреймами (frame). В общем случае каждый протокол канального уровня имеет свой особый формат кадра.

Функции протоколов канального уровня несколько различаются в зависимости от того, предназначен ли данный протокол для передачи информации в локальных или в глобальных сетях. Протоколы канального уровня, используемые в локальных сетях, ориентируются на сети с совершенно определенной топологией, такие как общая шина, кольцо и звезда. В локальных сетях хорошее качество каналов связи, редко искажающее биты в передаваемых кадрах, поэтому многие протоколы канального уровня с целью увеличить скорость передачи не требуют подтверждения безошибочной передачи кадра. Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются протоколы Ethernet или Token Ring,.

В локальных сетях канальный уровень разделяется на два подуровня:

§ уровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC).

§ уровень доступа к среде (Media Access Layer, MAC),

Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. MAC-уровень лежит ниже LLC-уровня и выполняет функции обеспечения доступа к разделяемой между узлами сети общей среде передачи данных. МАС-уровень должен согласовать дуплексный режим работы уровня LLC с полудуплексным режимом работы физического уровня.

В ситуации, когда начальное сообщение предназначено для передачи в глобальной сети, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними компьютерами, соединенными линией связи без уточнения ее типа. К таким протоколам типа "точка-точка" относятся интернетовские канальные протоколы PPP и SLIP. Эти протоколы требуют от соответствующего канального модуля наличия процедур управления потоком кадров и буферизации, так как сетевые адаптеры могут переполниться кадрами при слишком высокой интенсивности трафика. Кроме того, в этих протоколах требуется предварительное установление соединения и повторная передача кадров при их искажениях и потерях.

Протокол канального уровня размещает данные, поступивших с сетевого уровня, в поле данных кадра. Служебную часть кадра составляют контрольная сумма, MAC-адреса отправителя и получателя, отметки о типе протокола сетевого уровня, фрагмент которого упакован в поле данных, и, возможно, некоторая другая информация. Канальные кадры могут быть информационными (содержащими данные сетевого пакета), и служебными, содержащими команды управления сетью. Служебные кадры формируются, например, мостами для реализации необходимых алгоритмов, маршрутизаторами при обмене маршрутной информацией, компьютерами при объявлении выполняемых ими сервисов.

Драйвер сетевого адаптера необходим, чтобы передавать стандартные сетевые команды ОС для сетевого адаптера на языке, понятном конкретному сетевому адаптеру. Описание команд сетевого адаптера составляет часть протокола канального уровня.

Канальный уровень берет на себя все служебные функции, позволяющие безошибочно передавать данные в сети:

¨ на канальном уровне осуществляется управление доступом узла сети к локальной сети;

¨ при помощи канальных протоколов проверяется наличие физического соединения между компьютерами;

¨ при условии наличия физического соединения проверяется готовности сети к передаче информации, то есть готовность передающего и принимающего узла, а также канала связи (для этого предусмотрена процедура опроса канала связи и обработки вариантов его ответа);

¨ канальный уровень следит за правильной последовательностью передаваемых и принимаемых кадров (если один компьютер передаёт другому набор из нескольких кадров, то принимающий компьютер получит эти кадры именно в той последовательности, в какой они были переданы);

¨ канальные протоколы предусматривают контроль правильности передаваемых данных и подтверждение отсутствия ошибок при передаче;

¨ при возникновении ошибок может выполняться повторная посылка кадра;

¨ после окончания передачи данных канал связи переводится в неактивное состояние.

При передаче текстов символы кодируются с помощью определен­ной кодовой таблицы, которая задается используемым протоколом. Семибитовое кодирование позволяет передавать заглавные и строч­ные буквы англий­ского алфавита, а также некоторые спец­символы. Восьмибитовый код позволяет кодировать также знаки национального алфавита и специальные знаки.

Функции канального уровня реализуются установленными в компьютерах сетевыми адаптерами и соответствующими им драйверами, а также различным коммуникационным оборудованием программным обеспечением: мостами, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами. В зависимости от того, какой протокол реализует сетевой адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Аналогично, коммутаторы, мосты и машрутизаторы могут иметь порты, поддерживающие различные канальные протоколы. За канальный уровень отвечает сетевая операционная система.

Сетевой уровень предназначен для передачи сообщений внутри любой локальной сети. Протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией, например топологией иерархической звезды. Это жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Чтобы сохранить простоту процедур передачи данных для произвольных топологий, вводится сетевой уровень.

В задачу модуля сетевого уровня входит передача пакета, полученного от вышестоящего по уровню модуля (транспортного или приложения) одного компьютера, соответствующему сетевому модулю другого компьютера этой же сети. Для выполнения этой задачи сетевой модуль в случае необходимости разрезает полученный пакет на сетевые пакеты меньшего размера (осуществляет коммутацию пакетов) и добавляет к ним служебную информацию согласно спецификации сетевого протокола.

При передаче сообщений в локальной сети промежуточные узлы не только принимают и передают дальше кадры физического уровня, но и собирают их в кадры канального и далее в пакеты сетевого уровня. Это необходимо потому, что каждый промежуточный узел должен выполнить все функции передачи в локальной сети, которые приписаны к сетевому уровню. Однако модули более высокого уровня (например, транспортного) в промежуточных узлах не задействованы. Они будут задействованы только в том узле, который будет использовать пакет в каком-нибудь приложении или передать его в другую сеть..

Маршрутизатор — это программа, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакетысетевого уровня в пункт назначения. Чтобы передать сообщение нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от слова hop — прыжок). Маршрутизатор должен идентифицировать отправителя и получателя пакета, выбрать маршрут передачи пакета в локальной сети и определить первый узел маршрута. Для этого передающий узел должен знать, с какими компьютерами он соединен. Эта информация хранится в виде таблиц либо в самом компьютере, либо в той компоненте сети, которая управляет всей сетью. Благодаря этим таблицам и осуществляется маршрутизация пакета. При этом источником для поиска адресата является внутрисете­вой адрес.

Сетевой уровень также решает задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид — сетевые протоколы (routed protocols) — реализуют продвижение пакетов через сеть. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией или просто протоколами маршрутизации (routing protocols). С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого в сетевых протоколах, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов — ARP (Address Resolution Protocol).

Итак, для успешного информационного обмена в объединенных сетях средства сетевого уровня должны решать следующие задачи:

§ обеспечивать единую систему адресации, не зависящую от сетевой технологии, позволяющую адресовать отдельные сети и узлы;

§ определять маршрут (последовательность сетей), по которому должны пройти данные, чтобы достичь получателя;

§ обеспечивать сквозную передачу данных через каналы связи с разной технологией.

При передаче сообщений в локальной сети промежуточные узлы не только принимают и передают дальше кадры физического уровня, но и собирают их в кадры канального и далее в пакеты сетевого уровня. Это необходимо потому, что каждый промежуточный узел должен выполнить все функции передачи в локальной сети, которые приписаны к сетевому уровню. Однако модули более высокого уровня (например, транспортного) в промежуточных узлах не задействованы. Они будут задействованы только в том узле, который будет использовать пакет в каком-нибудь приложении или передать его в другую сеть..

На сетевом уровне выполняется буферизация данных, обусловленная более низкой (по сравнению с процессами внутри компьютера) скоростью передачи данных по сети. Сетевой модуль по мере обработки сетевых пакетов ставит их в очередь. При этом модуль обеспечивает правильный порядок передаваемых пакетов данных, относящихся к одному пакету высшего уровня..

Поскольку при передаче информации по каналам связи возможны искажения, приводящие к ошибкам, еще одной функцией сетевого модуля является установление ошибок в сетевом пакете и их локализация. Решается этот вопрос следующим образом. К сообщению добавляются дополнительные разряды, вычисленные на основе разрядов сообщения по определенному алгоритму (обычно это биты четности). После передачи сообщения вычисление повторяется, и в случае несовпадения делается вывод о наличии ошибки. Сетевой уровень модуль должен обеспечи­вать обработку ошибок, то есть правила повторения передачи в случае ошибок.

Сетевой уровень должен обеспечи­вать так называемое мультип­лексирование, то есть выбор нужного протокола из нескольких вариантов протоколов канального уровня. Это необходимо, если в локальной сети используется несколько параллельных протоколов для выполнения, например передача данных через сетевой адаптер и через модем.

Отвечает за сетевой уровень сетевая операционная система, включающая сетевые модули передающего и принимающего узлов. Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP семейства TCP/IP

Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням – приложениям, прикладному и сеансовому — передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Протоколы четырех нижних уровней (начиная с транспортного) обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

На транспортном уровне выполняется согласование сетевых уровней сетей с различным сетевым обеспечением. Ответственным за транспортный уровень являются модули сетевых систем передающих узлов, участвующих в передаче информации. Транспортный уровень должен обеспечивать:

§ срочность;

§ возможность восстановления прерванной связи;

§ мультиплексирование нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол;

§ способность к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Выбор протокола транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с другой стороны, зависит от того, насколько надежной является система транспортировки данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного — сетевым, канальным и физическим. Так, например, если качество каналов передачи связи очень высокое, и вероятность наличия ошибок, не обнаруженных протоколами более низких уровней, невелика, стоит воспользоваться одним из облегченных сервисов транспортного уровня, не обремененных многочисленными проверками. Если же транспортные средства нижних уровней изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее развитому сервису транспортного уровня, который работает, используя максимум средств для обнаружения и устранения ошибок, — с помощью предварительного установления логического соединения, отслеживания доставки сообщений по контрольным суммам и циклической нумерации пакетов, установления тайм-аутов доставки и т. п.

Для выполнения своих функций обеспечения доставки информации с требуемым качеством между любыми узлами сети модуль транспортного уровня может выполнять следующие операции:

§ разбивку сообщения сеансового уровня на пакеты, их нумерация;

§ буферизацию принимаемых пакетов;

§ упорядочивание прибывающих пакетов;

§ сборку сообщения из пакетов

§ адресацию прикладных процессов;

§ управление потоком.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов локальной сети — компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP семейства TCP/IP.

Протоколы транспортного уровня поддерживают весь процесс передачи сообщения между двумя взаимодействующими друг с другом узлами вне зависимости от места их расположения. Заголовок протокола транспортного уровня содержит всю необходимую информацию, обеспечивающую надежность и целостность доставки пакетов из любого узла в любой. Заголовок протокола транспортного уровня содержит:

¨ информацию об адресе назначения каждого пакета;

¨ информацию о месте пакета в сообщении;

¨ информацию об адресе того промежуточного узла, который будет непосредственно принимать пакет.

В рамках локальной сети расположение всех компьютеров задано в таблицах, поэтому задача определения маршрута решается однозначно. Однако если сеть состоит из большого количества сегментов, размещенных в разных местах, в проблеме маршрутизации сообщений возникает момент неопределенности. Решение о том, в какую сторону направлять пакет, принимается модулем транспортного уровня в момент прохождения пакета через тот узел, который принимает это решение (такой узел называется мостом или шлюзом). Если некоторый путь от места отправления к месту назначения в данный момент существует, то шлюз может отправить пакет по этому пути. Если же путь по какой-либо причине исчезнет, то шлюз отправит следующий пакет по другому пути. При этом оба пакета могут принадлежать одному и тому же сообщению. В месте назначения пакетов не имеет значения последовательность получения пакетов, т.к. пакеты в себе несут также информацию о своем месте внутри сообщения.

Основа маршрутизации - это таблица маршрутов на каждом из компьютеров в сети и правила изменения этой таблицы в случае изменения состояния самой сети. В маршрутизацию включается собственно прокладка маршрутов и блокирование путей в случае нарушений в сети. Если администратор локальной сети хочет, чтобы информационными ресурсами данной сети можно было пользоваться как внутри сети, так и за ее пределами, он должен данную сеть прописать в таблицах маршрутов провайдеров, к которым данная сеть подключена. Это взаимодействие носит организационный характер и может занимать гораздо больше времени, чем собственно доставка пакета.

В шлюзе пакеты сетевого уровня восстанавливаются до пакетов транспортного уровня. Дальнейшая сборка пакетов не осуществляется. При переходе от шлюза к шлюзу заголовок пакета, вообще говоря, может видоизменяться. В процессе сборки проверяются контрольные суммы и принимается решение о повторной передаче ошибочного транспортного пакета.

Сеансовый уровень используется в тех случаях, когда прикладные программы на разных компьютерах обмениваются информацией несколько раз в рамках одного сеанса связи. В таких случаях кроме собственно данных необходимо передавать запросы на проведение сеанса и подтверждения к установлению сеансовой связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров сеанса связи и устройств, участвующих в передаче информации, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управле­ния паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхрони­зации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в расположенных ниже уровнях. Ответственной за этот уровень является сама прикладная программа.

Уровень представлении данных используется тогда, когда передаваемый блок информации представляет собой данные в одном из стандартных форматов. Это могут быть тексты, таблицы, картинки, аудиоданные и т.д. в этом случае пакет снабжается заголовком, задающим этот формат. Кроме того, часто передаваемая информация сжимается с помощью одного из стандартных архиваторов. Указания подобного рода добавляются к пакету на уровне представления данных. Этот уровеньзадает формат представления данных в сообщении, их кодирование и сжатие. На этих данных будет основываться расшифровка данных принимающей стороной. Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных, а также под­готовки данных для пользовательского прикладного уровня. Так, если в состав сети входят рабочие станции с разным внутренним представлением данных (например, персональные компьютеры и мэйнфреймы), необходимо выполнить преобразование кодов символов.

К прикладному уровню относятся все программы, использующие передачу данных. Общее их количество велико и продолжает постоянно увеличиваться. Некоторые приложения существуют с самого начала развития сетей и Интернета, другие появились позднее. Протоколы прикладного уровня ориентированы на конкретные прикладные задачи. Они определяют как процедуры по организации взаимодействия определенного типа между прикладными процессами, так и форму представления информации при таком взаимодействии.

Подготовка сообщения к передаче начинается с прикладного уровня. Ответственна за этот уровень та прикладная программа, которая посылает сообщение, а служебная информация используется той прикладной программой, которая получает сообщение. Например, к прикладному уровню относится обработка сообщений электронной почты.

5.6.Телекоммуникационные системы – основные функции и компоненты.

Термин «локальная сеть» характеризует масштаб сети: количество компьютеров в сети максимум несколько сотен, длина каналов связи обычно не превышает нескольких сотен метров, пропускная способность каналов связи достаточно высокая. Основным преимуществом работы в локальной сети по сравнению с работой на отдельных компьютерах является использование в многопользовательском режиме общих ресурсов сети: дисков, принтеров, модемов, программ и данных, хранящихся на общедоступных дисках, а также возможность передавать информацию с одного компьютера на другой. Благодаря вычислительным сетям пользователи полу­чают возможность доступа к ресурсам не только своего, но и остальных компьютеров сети. Понятие локальная вычислительная сеть - относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому со­единению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Локальная вычислительная сеть на предприятии должна выполнять следующие функции:

¨ создание единого информационного пространства, которое способно включать и предоставлять всем пользователям информацию, полученную в разное время и из разных источников;

¨ распа­раллеливание и контроль выполне­ния работ и обработки данных по ним;

¨ повышение достоверности информации и надежности ее хранения пу­тем создания устойчивой к сбоям и потерям информации вычислительной системы, а также создание архивов данных, которые можно использовать для аналитической обработки;

¨ обеспечение эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической ин­формации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (ин­формация архива) с помощью создания глобальной базы данных;

¨ обработка документов и построения на базе этого действующей сис­темы анализа, прогнозирования и оценки;

¨ обстановки с целью принятия оп­тимального решения и выработки глобальных отчетов;

¨ обеспечение прозрачного доступа к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

При большой загрузке сети необходимо как можно более полное использование каналов связи, что обеспечивается правильным управлением сетью и возможностью работы в загруженных сетях. В сети иногда возникают конфликты при попытке разных станций передать данные по одному каналу связи. Это приводит к перебоям в передаче и, в конечном счете, к уменьшению пропускной способности сети. Поэтому важной характеристикой сети служат методы разрешения конфликтных ситуаций.

Пользователи локальной сети обычно получают и передают информацию разной степени важности, поэтому более важное сообщение должно иметь возможность передаваться по каналу связи вне очереди. Третьим критерием можно считать систему приоритетов.

Поскольку для ЛВС характерны небольшие значения времени распространения сигналов и высокие скорости работы каналов, а также небольшое количество ошибок, не требуется, чтобы в локальной сети использовались сложные протокольные механизмы соединения, опроса, выбора, положительного (или отрицательного) подтверждения.

Существует два подхода к организации сетевого программного обеспечения - сети с централизованным управлением и одноранговые сети.

В сети с централизованным управлением выделяются одна или несколько выделенных машин, управляющих обменом данными по сети. Диски выделенных машин, которые называются файл-серверами, доступны всем остальным компьютерам сети. На файл-серверах должна работать специальный мультизадачный диспетчер, использующий защищённый режим работы процессора. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам файл-сервера и совместно используемым принтерам, но и только. С одной рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций. С одной стороны, это хорошо, так как пользователи изолированы друг от друга и не могут случайно повредить чужие данные. С другой стороны, для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски файл-сервера, создавая для него дополнительную нагрузку. Есть, однако, специальные программы, работающие в сети с централизованным управлением и позволяющие передавать данные непосредственно от одной рабочей станции к другой, минуя файловый сервер. После её запуска на двух рабочих станциях можно передавать файлы с диска одной станции на диск другой. На рабочих станциях устанавливается специальное программное обеспечение, часто называемое сетевой оболочкой. Это обеспечение работает в среде той операционной системы, которая используется на данной рабочей станции.

Файловый сервер выполняет три важные функции:

¨ хранит часто используемые программы;

¨ принимает информацию, которую нужно переслать от одной рабочей станции к другой рабочей станции;

¨ служит шлюзом (передающим устройством) к другим сетям.

Файловые серверы могут быть выделенными или невыделенными. В первом случае файловый сервер не может использоваться как рабочая станция и выполняет только задачи управления сетью. Во втором случае параллельно с задачей управления сетью файловый сервер выполняет обычные пользовательские программы. Однако при этом снижается производительность файловом сервера и надёжность работы всей сети в целом, так как ошибка в пользовательской программе, запущённой на файловом сервере, может привести к остановке работы всей сети.

Программные средства и данные общего назначения (базы данных и клиентские приложения) хранятся в единственном экземпляре на дисках файлового сервера. Благодаря указанной возможности, во-первых, обеспечивается рациональное использование внешней памяти за счёт освобождения локальных дисков рабочих станций, во-вторых, облегчается поддержка целостности данных, что всегда является проблемой при дублировании информации.

Файловый сервер, связанный с глобальной сетью, может обеспечить доступ пользователя с любого компьютера локальной сети к ресурсам глобальных сетей.

Рабочие станции, входящие в ЛВС, могут быть разделены на рабочие группы. Рабочей группе можно выделить свои ресурсы (накопители, принтеры, программное обеспечение, которые будут недоступны другим рабочим группам).

Одноранговые сети не содержат в своём составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам (и принтерам) других рабочих станций. Такой подход облегчает совместную работу групп пользователей, но в целом производительность сети может понизиться. Одно из достоинств одноранговых сетей - простота обслуживания. Если для обслуживания сети на базе Novel NetWare, как правило, требуется системный администратор, то для поддержания работоспособности одно-ранговой сети не требуется специально выделенный для этого сотрудник.

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля.

Использование в локальных сетях очень простых конфигураций (общая шина и кольцо) наряду с положительными имело и негативные стороны, из которых наиболее неприятными были ограничения по производительности и надежности. По мере расширения сфер применения сетей стали применяться специальные коммуникационные устройства - мосты и маршрутизаторы - которые в значительной мере снимали ограничения единственной разделяемой среды передачи данных. Базовые конфигурации в форме общей шины и кольца превратились в элементарные структуры локальных сетей, которые можно теперь соединять друг с другом более сложным образом, образуя параллельные основные или резервные пути между узлами.

Тем не менее, внутри базовых структур по-прежнему работают все те же протоколы разделяемых единственных сред передачи данных, которые были разработаны более 15 лет назад. Это связано с тем, что хорошие скоростные и надежностные характеристики кабелей локальных сетей удовлетворяли в течение всех этих лет пользователей небольших компьютерных сетей, которые могли построить сеть без больших затрат только с помощью сетевых адаптеров и кабеля. К тому же колоссальная инсталляционная база оборудования и программного обеспечения для протоколов Ethernet и Token Ring способствовала тому, что сложился следующий подход - в пределах небольших сегментов используются старые протоколы в их неизменном виде, а объединение таких сегментов в общую сеть происходит с помощью дополнительного и достаточно сложного оборудования.

Дата добавления: 2014-10-17