Области применения локальных сетей

Локальные сети находят множество применений, важнейшими из которых являются:

  • ? сети персональных компьютеров',
  • ? сети баз данных и сети-хранилища, используемые для связи больших систем, таких как мэйнфреймы, суперкомпьютеры и запоминающие устройства большой емкости;
  • ? высокоскоростные офисные сети, способные поддерживать большое число и более широкое распределение офисных систем по сравнению с системами машинных залов;
  • ? магистральные ЛС — ряд дешевых ЛС с низкой пропускной способностью в отдельных зданиях или отделах, связанные локальной сетью с высокой пропускной способностью.

Многоуровневая организация сетей

Вычислительная сеть представляет собой сложную иерархическую систему из большого числа разнообразных элементов (разнотипных ЭВМ, узлов связи и другой реальной физической аппаратуры), взаимодействующих с помощью каналов связи. Каналом связи называют физическую среду (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконная линия, эфир) и аппаратные средства, осуществляющие передачу информации от одного узла коммутации к другому либо к абоненту связи.

Одной из наиболее острых проблем организации сети является проблема совместимости элементов. Выпускаемое производителями оборудование должно отвечать соответствующим стандартам. В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. На его основе была создана стандартная многоуровневая архитектура, использующая универсальный модульный принцип организации управления процессами в сети. Сложная задача организации взаимодействия между устройствами в сети разбивается на более простые задачи- модули. Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними. Все множество модулей разбивают на уровни, образующие соответствующую иерархию. При этом модули каждого из уровней решают соответствующие задачи. На нижнем, например, уровне осуществляется надежная передача электрических сигналов между соседними узлами, на более высоком — транспортировка сообщений в пределах всей сети с использованием при этом средств нижнего уровня и т.п.

В вычислительной сети связь в действительности устанавливается не между отдельными машинами, а между прикладными программами, или, более точно, между прикладными вычислительными процессами, протекающими в машинах. При этом под прикладным процессом следует понимать прикладную программу вместе с ее наборами данных и выделенными ей ресурсами машины.

Процесс порождается программой или пользователем и связан с данными. Ввод и вывод данных производится в форме сообщений (последовательности данных, имеющих законченное смысловое значение) через входные и выходные порты — программно-организованные точки (рис. 3.61).

Модель процесса

Рис. 3.61. Модель процесса

Как объект процесс представляется совокупностью портов, через которые он взаимодействует с другими процессами, т.е. обменивается сообщениями, которые передаются по каналам, создаваемым средствами сети (рис. 3.62).

Взаимодействие процессов

Рис. 3.62. Взаимодействие процессов

Этот обмен реализуется с помощью целого ряда специальных процессов и обслуживающих их аппаратных и программных средств: процессов установления маршрута передачи сообщения, управления передачей, установления соединения, интерпретации принятого сообщения и др. Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называют сеансом.

С учетом сказанного будем рассматривать вычислительную сеть как совокупность систем (ЭВМ, узлов связи и др.), в каждой из которых существует некоторая совокупность процессов, взаимодействующих через передающую среду путем обмена сообщениями. Организация вычислительных сетей должна удовлетворять следующим основным требованиям:

  • ? открытости — возможности взаимодействия систем с различными техническими характеристиками и логической структурой, возможности включения дополнительных ЭВМ, терминалов и др.;
  • ? гибкости — сохранению работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя ЭВМ, линий и узлов связи;
  • ? эффективности — обеспечению требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.

Для обеспечения открытости, гибкости и эффективности управление процессами организуется на основе модели взаимодействия открытых систем — модели OSI (Open System Interconnection), стандартизующей их взаимодействие. Модель определяет различные уровни взаимодействия, приписывает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

В каждой из систем программные и аппаратные модули, реализующие определенные функции обработки и передачи данных в соответствии с моделью OSI, распределены по уровням 1—7. Уровень 1 является нижним, а уровень 7 — верхним (рис. 3.63). Уровню могут быть поставлены в соответствие некоторые процессы, аппаратурные и программные средства (объекты управления). Каждый уровень обслуживает соседний старший уровень.

Модель OSI

Рис. 3.63. Модель OSI

Связь между объектами соседних уровней одной системы реализуется межуровневым интерфейсом. Организация взаимодействия между одинаковыми уровнями различных систем (процессов) определяется соответствующим протоколом — формализованными правилами, определяющими тип и структуру сообщений, их последовательность и процедуры обработки.

Функции всех уровней модели OSI можно отнести к одной из двух

групп:

  • ? зависящие от конкретной технической реализации сети (три нижних уровня — физический, канальный и сетевой)',
  • ? ориентированные на работу с приложениями (три верхних уровня — прикладной, представительный, сеансовый) и мало зависящие от технических особенностей построения сети; на протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних, что позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.

Уровень 1 — физический — обеспечивает передачу дискретной информации через передающую среду (телефонная линия, коаксиальный кабель, спутниковая связь и др.). На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию (крутизна фронтов импульсов, тип кодирования, скорость передачи сигналов и др.). Здесь также стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Уровень 2 — канальный — обеспечивает надежную передачу данных на физическом уровне. Для обеспечения надежности используются средства контроля принимаемых данных, позволяющие выявлять ошибки в поступающих данных. При обнаружении ошибки производится повторный запрос данных. Уровень управления каналом обеспечивает передачу данных с достоверностью, необходимой для нормальной работы системы, по недостаточно надежному физическому каналу.

Уровень 3 — сетевой — обеспечивает передачу данных через базовую систему передачи данных (маршрутизация, коммутация и адресация информации, управление потоками данных). Сетевые протоколы реализуют продвижение пакетов через сеть. Одной из главных задач сетевого уровня является маршрутизация — проблема выбора наилучшего пути.

Уровень 4 — транспортный — реализует процедуры сопряжения объектов сети (ЭВМ и др.) с базовой сетью передачи данных (СПД). Назначение транспортной службы — организация единого для всей вычислительной сети интерфейса между процессами. Это система, состоящая из транспортных модулей, связывающих ЭВМ с СПД.

Уровень 5 — сеансовый — организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. Управляет ведением диалога между модулями своего уровня путем синхронизации сообщений. На этом уровне по запросам процессов создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения — логические каналы.

Уровень 6 — представительный — имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. На этом уровне выполняются преобразование и сжатие передаваемой информации, управление форматами и ряд других операций.

Уровень 7 — прикладной — это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, — сообщение.

Передача информации от компьютера 1 к компьютеру 2 — адресату реализуется на основе модели OSI следующим образом. Пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, состоящее из заголовка и поля данных (см. рис. 3.63). Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата (компьютер 2), чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. В рассматриваемом случае заголовок, очевидно, должен содержать информацию о месте нахождения файла и типе операции, которую необходимо над ним выполнить. Поле данных может быть пустым или содержать, например, данные, которые необходимо записать в удаленный файл.

Прикладной процесс А в системе (уровень 7) формирует сообщение прикладному процессу В, сообразуясь только с линией взаимодействия этих двух процессов, но не с организацией сети. Фактически сообщения, формируемые процессом А, проходят последовательно через уровни 7—1, подвергаясь процедурам последовательного обрамления (каждый уровень добавляет к сообщению собственную служебную информацию — заголовок своего уровня, в котором содержатся указания для протокола этого же уровня машины-адресата). Затем сообщения передаются по каналу связи и через уровни 1—6 через систему интерфейсов достигают прикладного уровня и поступают к процессу В. При этом каждый из уровней 1—7 анализирует и обрабатывает свой заголовок, выполняет соответствующие ему функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов.

В настоящее время в сетях используется большое количество наборов протоколов для разнородной вычислительной среды — стеков коммуникационных протоколов: TCP/IP, SMB и др.

На нижних уровнях — физическом и канальном — применяются одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. На верхних уровнях все сети работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем.

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. Если модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, то стек OSI — это набор вполне конкретных спецификаций протоколов.

Стек OSI, в отличие от других стеков протоколов, полностью соответствует модели OSI и включает в себя спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных этой моделью. Протоколы стека OSI достаточно сложны, что требует больших затрат вычислительной мощности центральных процессоров, поэтому они больше подходят для мощных машин, а не для сетей ПК. В связи с этим в модели OSI используются различные стеки, поддерживающие популярные стандарты различных уровней — физического, канального и др.

Каждому из семи уровней модели OSI соответствуют свои протоколы.

Функции представительного и прикладного уровней выполняет протокол SMB (Server Message Block). На его основе реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Соответствие некоторых наиболее распространенных протоколов уровням модели OSI приведено в табл. 3.10.

Распространенные протоколы и уровни модели OSI

Таблица 3.10

Уровень модели OSI

Стек

IBM/

Microsoft

TCP/IP

Novell

Стек

X.25

Прикладной

SMB

Telnet, FTP, SNMP, SMTP,WWW

NCP,

SAP

X.339

Представительный

X.226

Сеансовый

Net-

BIOS

TCP

X.225

Транспортный

X.224

Сетевой

IP, RIP, OSPF

X.25

Канальный

802.3 (Ethernet). 802.5 (Token Ring), FDDI, PPP, Fast Ethernet, SLIP, 100VG-AnyLAN, ATM, LAP-B, LAP-D

HDLC

Физический

Экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, радиоволны

X.21

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >