Реферат: Локально-вычислительные сети

Основные области применения локальных сетей

1.   Автоматизация административной управленческой деятельности, организация «электронных офисов», в которых вместо бумажного документооборота используется электронная почта;

2.   Автоматизация производства – автоматизация технологических процессов, информационное обеспечение  оперативного управления производством, планово-экономическое управление производством;

3.   Автоматизация научных исследований и разработок;

4.   Автоматизация обучения, подготовки и переподготовки кадров;

5.   Автоматизация учрежденческой деятельности.

Структура функционирования сети.

Структура локальной сети определяется принципом управления и типом связи. Нередко она отображает в определенных пределах структуру обслуживаемой организации. В локальных сетях могут быть реализованы различные виды топологии: шинная, кольцевая, радиальная, древовидная. Однако наиболее распространенными являются два первых типа структур, отличающихся простотой методов управления, возможностью расширения и изменения конфигурации сети без заметного усложнения средств управления сетью, высокой эффективностью использования каналов связи. Абонентские устройства сети подключаются в различных структурах или к общей шине или к кольцу с помощью сетевых адаптеров, состоящих из приемопередатчиков и контроллеров адаптера.

Контроллеры адаптера, называемые также блоками доступа, выполняют следующие функции: прием данных из канала, выдачу их в канал, и др. Приемопередатчики осуществляют согласование электрических сигналов канала и абонентских станций.

В шинной локальной сети все абонентские станции подключаются к общей сети параллельно, поэтому принципиальной особенностью сети такого типа является параллельная во времени передач информации всем абонентам. Абонентская станция получившая в свое распоряжение шину, передает по ней снабженное адресом сообщение или пакет(кадр). Кадр практически одновременно воспринимается всеми станциями, распознается одной из них как ей адресованной и принимается ею.

Преимущества шинной сети:

-     возможность добавления или исключения узлов без повторной инициализации сети;

-     обеспечение работоспособности сети при выходе из строя одного или нескольких узлов;

-     возможность распределённого управления работой сети через узловые интерфейсы;

-     значительное повышение надежности работы сети за счет использования коаксиального кабеля.

Основной недостаток шинной сети – невозможность одновременной передачи информации несколькими станциями.

В кольцевой локальной сети, кольцо образуют несколько каналов, которые связываются последовательно друг с другом при помощи приемопередающих блоков. К приемопередатчикам через адаптеры присоединяются абонентские станции. Таким образом принципиалной особенностью таких сетей является последовательная во времени передача информации абонентам.

Преимущества кольцевых локальных сетей:

-     при использовании соответствующих детерминированных методов доступа в таких сетях не только гарантируется доступ каждого абонента через определенные интервалы времени независимо от нагрузки сети, но и допускается одновременная передача информации несколькими абонентами;

-     невысокая стоимость сетевых интерфейсов, реализующих прямые методы передачи и управления доступом в сеть;

-     сравнительная простота использования волоконно-оптической линии связи.

Недостатки кольцевых сетей:

-     при добавлении или замене узла необходимы остановка в работе сети и временный разрыв кольца;

-     выход из строя узла сети прерывает работу всей сети.

В шинной и кольцевой сетях проблема маршрутизации сообщений практически отсутствует, так как маршруты передач фиксированы. 

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения. Эти правила называются протоколом. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов:, например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д.. Многоуровневая структура спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели – субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями, виртуально – только в аналогичным уровнем на другом конце линии.

Под реальным взаимодействием понимается непосредственное взаимодействие, непосредственную передачу информации, например пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программы, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время.

Под виртуальным взаимодействием понимается опосредованное взаимодействие и передачу данных, данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным способом видоизменяться. Такое взаимодействие аналогично схеме цепи посылки одним директором фирмы другому.

Все локально-вычислительные сети работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей – в стандарте Open Systems Interconnection (OSI). Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (анг. ISO – International Standards Organization). ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговорены в протоколе передачи данных.

Современное положение локальных сетей

На текущем этапе развития объединения сложилась ситуация когда:

1.       В объединении имеется большое количество компьютеров работающих отдельно от всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с другими компьютерами информацией.

2.       Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при существующих объемах и различных методах обработки и хранения информации.

3.       Существующие локально-вычислительные сети объединяют в себе небольшое количество компьютеров и работают только над конкретными и узкими задачами.

4.       Накопленное программное и информационное обеспечение не используется в полном объеме и не имеет общего стандарта хранения.

5.       При имеющейся возможности подключения к глобальным вычислительным сетям типа Internet необходимо осуществить подключение к информационному каналу не одной группы пользователей, а всех пользователей с помощью объединения в группы.

Для решения данной проблемы предложено создать единую информационную сеть предприятия. Она должна выполнять следующие функции:

-         создание единого информационного пространства, которое способно охватить и применять для всех пользователей информацию созданную в разное время и под разными типами хранения и обработки данных, распараллеливание и контроль выполнения работ и обработки данных по ним.

-         Повышение достоверности информации и надежности её хранения путем создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а так же создание архивов данных, которые можно использовать, но на текущий момент необходимости в них нет.

-         Обеспечения 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.

-         Обеспечивать прозрачный доступ к информации авто-ризованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

Методы доступа, применяемые в локальных сетях

Основной проблемой при построении локальных сетей является выбор правил, которые регламентируют порядок передачи станций на общей среде. Сложность проблемы заключается в том, что отдельные станции должны осуществлять передачу таким образом, чтобы не мешать друг другу, поскольку при одновременной передаче сигналов от двух и большего числа станций происходит наложение и взаимное искажение сигналов, происходит так называемый конфликт. При этом локальные сети стремятся строить таким образом, чтобы на сети не было какого-либо координирующего центра ( диспетчера) и все станции могли работать автономно. Для решения этой задачи разработан ряд методов регламентации передачи, или методов множественного доступа.

Все методы доступа, применяемые в локальных сетях, можно подразделить на две категории: методы, базирующиеся на централизованном управлении сетью, и распределенные методы доступа.

Для практического применения в условиях обеспечения высокой надежности наибольший интерес предоставляют распределенные методы доступа, в которых центральный управляющий орган отсутствует и все станции сети функционируют автономно. При таких методах доступа сеть более надежна, поскольку в ней отсутствует критический пункт – центральная станция, отказ которой выводит из строя всю систему. Распределенные методы доступа для локальных сетей с топологией типа можно подразделить на четыре основные категории.

1.   Случайные методы доступа, когда момент выхода на среду передачи определяется с использованием механизма случайного выбора. Впервые этот метод был предложен в системе ALOHA, в которой узел начинал передачу своего пакета в момент его появления независимо от наличия передачи в канале связи от других узлов. Такой режим может приводить к конфликтам, когда два или большее число узлов осуществляют одновременную передачу и тем самым взаимно искажают передаваемые пакеты. Искаженные в процессе конфликта пакеты повторно передаются через случайно выбранный интервал времени и могут попадать в повторные конфликты.

 Исследование  эффективности использования пропускной способности среды передачи показало, что максимальный коэффициент использования (отношение максимальной скорости передачи к пропускной способности) не превышает 0,184. При увеличении нагрузки вероятность конфликта возрастает и время задержки до успешной передачи увеличивается.

Для уменьшения вероятности появления конфликта использования пропускной способности был разработан ряд модификаций этого метода. Случайный множественный доступ с контролем несущей(CSMA), случайный множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD), используемый в одной из первых локальных сетей Ethernet.

Отличие метода CSMA от ALOHA состоит в том, что в нем каждый узел контролирует наличие передачи в среде от других узлов и в момент поступления пакета в узел: передача начинается лишь в том случае, если в данный момент среда свободна. Если в момент передачи возник конфликт, делается попытка его разрешения, например задержка передачи на случайный интервал времени. Новая попытка может привести к успешной передаче или повторению конфликта. Известны и более сложные процедуры разрешения конфликта, обеспечивающие увеличение пропускной способности сети.

Метод CSMA/CD отличается от CSMA тем, что узел, осуществляющий передачу, контролирует возникновение конфликта в процесе передачи, и если он обнаруживает появление конфликта, передача прекращается и реализуется та или иная процедура попытки выхода из конфликтной ситуации.

Эффективность использования среды передачи в таких системах существенно зависит от интервала времени между началом передачи пакета и тем моментом, когда все узлы узнают о занятии среды.

Достоинством случайных методов доступа является простота реализации и низкое время задержки при малых нагрузках на сеть. Однако они обладают и серьезными недостатками, в числе которых можно указать отсутствие гарантированного верхнего предела времени задержки до успешной передачи пакета, что исключает возможность применения этого метода в системах, требующих передачи в реальном масштабе времени с заданными предельными задержками; нестабильную работу при увеличении входной нагрузки, при которой частота успешной передачи пакетов снижается, а задержка резко увеличивается; резкое снижение эффективности использования среды передачи.

Несмотря на это, метод CSMA/CD получил достаточно широкое распространение и предусматривается в числе международных стандартов.

2.   Маркерные методы доступа, при которых право на занятие среды передается от узла к узлу в определенной последовательности(по логическому кольцу) или по приоритетам в форме специальных сообщений(маркеров).

Узел, получивший маркер, может осуществлять передачу в течении определенного времени, после чего обязан передать маркер следующему узлу. Достоинствами этого метода являются гарантированное предельное время задержки передачи пакета и отсутствие нестабильного режима передачи, характерного для случайных методов доступа. Недостаток – сложность реализации процедур инициализации логического кольца, включения – исключения узлов из логического кольца, процедуры восстановления работы сети после отказов или при потере маркера, и т.д. кроме того, сама передача маркера требует передачи определенного объема служебной информации, что приводит к снижению эффективности использования среды передачи.

3.   Интервальные методы доступа характеризуются использованием в процедуре доступа временных интервалов, связанных с моментом освобождения среды после передачи пакета. Узел имеет право на передачу, если он наблюдает свободную среду после передачи пакета каким-либо узлом в течении определенного интервала времени, который зависит от конкурентной процедуры доступа.

Интервальные методы доступа в зависимости от способа расположения узлов на среде передачи можно подразделить на две категории: для сетей с упорядоченным и с произвольным расположением. При упорядоченном расположении узлов последовательность передачи права на занятие среды совпадает с последовательностью размещения узлов на среде передачи. Для сетей с произвольным расположением последовательность подключения узлов на сети не связана с последовательностью передачи права на занятие среды.

Методы доступа подразделяются также по виду информации, которая используется в процессе принятия решения о возможности передачи с данного узла. В простейшем случае в процедуре доступа используется только информация о времени освобождения среды передачи в данном узле, номере данного узла и максимальном времени распространения сигнала между наиболее удаленными узлами сети. В более сложных процедурах может использоваться также информация о номере узла, который последним вел передачу, о времени распространения между парами узлов и о других параметрах.

4.   Интервально-маркерные методы доступа, при которых право на занятие среды определяется временными интервалами после передачи пакета или специального маркера. Если сеть достаточно загружена, то в ней идет непрерывная  передача пакетов с интервалами, определяемыми процедурой доступа. Если же в сети пакетов нет, осуществляется передача синхромаркеров, которые служат опорными временными метками для отсчета временных интервалов, определяющих право занятия среды передачи узлами сети при появлении у них пакетов.

Еще одной характеристикой, по которой могут различаться методы доступа, является порядок передачи между узлами права на занятие среды, то есть порядок передачи управления, или режим приоритетов. По этому критерию можно выделить следующие возможные режимы:

-     последовательный циклический доступ, при котором все узлы в определенной последовательности получают право на передачу пакетов. Ни один из узлов не обладает какими-либо преимуществами по сравнению с другими узлами. При таком методе передачи управления для каждого узла гарантировано конечное предельное время задержки пакета, не зависящее от активности других узлов;

-     приоритетный циклический доступ, при котором управление последовательно передается между всеми узлами сети, однако узел, ведущий передачу, обладает приоритетом по отношению к другим узлам – он может продолжать передачу до тех пор, пока у него имеются пакеты. В этом случае возможен захват среды отдельными узлами и вследствие этого предельное время задержки не гарантировано;

-     частично-приоритетный циклический доступ, при котором узел, ведущий передачу, обладает приоритетом лишь над частью узлов, например над узлами с меньшими номерами, если узлы с большими номерами не имеют пакетов для передачи. Если все узлы имеют пакеты, то этот метод доступа обеспечивает последовательный обход всех узлов. Предельное время задержки для всех узлов сети в этом случае не гарантируется;

-     приоритетный доступ, при котором после передачи любым узлом управление переходит к узлу с наибольшим приоритетом, если этот узел не имеет пакетов ,- к узлу следующего приоритета и т.д.. Предельное время задержки в этом случае гарантируется лишь для узлов с наибольшим приоритетом;

-     доступ с приоритетным распределением пропускной способности, при котором в условиях, когда все узлы имеют пакеты для передачи, пропускная способность среды распределяется пропорционально заданным приоритетам. Предельное время задержки при этом методе гарантируется всем узлам.

Список использованных источников:

1 С.И. Казаков «Основы сетевых технологий»

2 Токанов « Теория экономического анализа» глава «Информационные системы на предприятии»

3 Бертсекас, Галлагер « Сети передачи данных»

4 Лорин  « Операционные системы/ пер. с англ. Райкова» – М.: Финансы и статистика 1984 г.