Компьютерные сети

Для повышения надежности и пропускной способности сети применяется  двойное кольцо. Сообщения в кольцах  курсируют в разных направлениях. При нарушениях одного кольца уменьшается  только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближайшие  к нарушению автоматически восста-навливают циркуляцию информации в одном кольце.

Пример кольцевой  сети: Token Ring Network (филиал фирмы IBM в Цюри-хе). Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и об-служивает до 256 абонентов. 
 
 
 

2.4.3 Магистральные  сети

2.4.3.1 Магистральные  моноканалы 

Все абоненты подключены к одной физической среде, представляющей со-бой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через блок данных ко всем абонентам сети.

Достоинства сети:

• более высокая  надежность, чем у кольцевых сетей, так как отказ абонента не влияет на работу сети;

• возможность подключения  и отключения абонентов без остановки  ра-боты сети в случае неразрушающего физическую среду подключения абонентов;

• наименьшая длина  физической среды.

Для повышения надежности и пропускной способности применяются  двой-ные моноканалы.

Примером магистральной  моноканальной структуры является сеть Ethernet, представляющая собой отраслевой стандарт фирм Intel, DEC и Xerox. Сеть поло¬жена в основу международного стандарта, обслуживает до 1000 абонен-тов при длине сети до 10 км, доступ к сети осуществляется по протоколам CSMA/CD. 

2.4.3.2 Магистральные  поликаналы 

Поликаналом называют группу средств коммуникаций, работающих на од-ной физической среде и предназначенных для организации нескольких сетей различного назначения. Для этого применяется широкополосная физическая, среда, например широкополосный коаксиальный или оптоволоконный кабель.

Достоинства сети:

• высокая пропускная способность, позволяющая передавать большие пото-ки разнообразной информации;

• возможность организации  на одной физической среде нескольких сетей различного назначения (например, в крупных финансовых орга-низациях, информационных и многопрофильных фирмах).

Недостатки сети:

• сложность эксплуатации;

• высокая стоимость  оборудования.

Магистральные поликаналы разрабатываются и производятся по конкрет-ным заказам. 

2.4.4 Комбинированные  сети 

Каждая из приведенных  структур сетей обладает определенными  достоинствами и недостатками. Преодолеть некоторые недостатки и повы-сить эффективность сетей можно путем комбинирования (структурирова-ния) различных топологий.

Достоинства сетей:

• возможность легкого  наращивания абонентов и ресурсов сети;

• изменение конфигурации сетевой структуры;

• повышение надежности сети;

• продление жизненного цикла.

Недостатком таких  систем является более высокая их стоимость за счет дополнительного  технического и программного сетевого оборудования. 
 

2.5 Характеристика  физических средств передачи  данных в локальных компьютерных  сетях

В качестве физической среды передачи сигналов в ЛКС  применяются ви-тые (скрученные) пары проводов (ВП), коаксиальные (КК), оптоволоконные (ОВК) кабели и радиоканалы (РК).

Учитывая эксплуатационные характеристики и стоимость различных  сред пе-редачи сигналов, наибольшее применение в ЛКС средней протяженности (офисы, небольшие фирмы, предприятия и организации) нашли витые пары и коаксиаль-ные кабели. Витая пара – это телефонный провод европейского стандарта, включающий два изолированных проводника. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, окруженного слоем изолирующего материала, прово-дящего электрический ток экрана, и внешней оболочки.

В ЛКС большой  протяженности применяются оптоволоконные кабели. По ОВК передаются не электрические  сигналы, а световая энергия. Внутрен-нюю часть ОВК составляют тонкие нити кварцевого волокна с низким ко-эффициентом затухания и высоким коэффициентом отражения. Внутреннюю часть ОВК окружает стеклянная пленка, имеющая меньший коэффициент отражения, чем кварц. В связи с этими физическими свойствами кварца и стекла ОВК могут передавать информацию на значительные расстояния.

В радиоканальных ЛКС применяются в основном радиочастотные, инфракрасные и микроволновые радиостанции на дальности прямой видимо-сти. 
 
 
 

Глава 3. Глобальные компьютерные сети

3.1 Классификация  глобальных компьютерных сетей 

Глобальные компьютерные сети можно классифицировать по следующим  признакам:

1. по типу средств  коммуникаций:

• наземные многоузловые сети

• спутниковые радиосети

• комбинированные  сети

2. по способу коммутации  сообщений

• коммутация каналов

• коммутация сообщений

• коммутация пакетов

• адаптивная коммутация

3. по выбору маршрута  передачи сообщения:

• фиксированные  пути

• направленный выбор  пути

• случайные пути

• лавинный способ 

3.2 Наземные многоузловые сети

3.2.1. Общая структура  сети 

Рабочими компьютерами сети могут быть все классы компьютеров  от пер-сональных до суперкомпьютеров. Используются также отдельные терминалы (Т). Абоненты подключаются к сети посредством телефонных и телеграфных каналов связи в точках подключения (ТП). Доступ пользователей к ресурсам се-ти осуществля¬ется через узлы коммутации. Каждый узел коммутации (УК) об-служивает определенное число пользователей, обычно наиболее близко распо-ложенных к узлу. Архитектуру УК составляют компьютеры со специаль-ным сетевым программным обеспечением и коммуникационное оборудование. УК могут быть обслуживаемыми и необслуживаемыми, т. е. работающими в ав-томатическом режиме. УК выполняют важные сетевые функции: анализ и фор-мирование сетевых адресов абонентов, кодирование сообщений, контроль и коррекцию ошибок, появившихся в процессе передачи информации, управление потоками сообщений, выбор оптимального для данной ситуации маршрута пе-редачи сообщения и др. Один из УК выполняет роль шлюза или моста.

С одним из УК совмещается  центр управления сетью (ЦУС), на котором  ра-ботает администратор сети. В ЦУС, как правило, входит наиболее мощный компьютер сети со специальным программным обеспечением.

Между УК прокладываются, как правило, магистральные скоростные каналы передачи данных (МСКПД) на основе коаксиальных, многожильных и оптоволоконных кабелей. В крайнем случае используются телефонные линии связи, обладающие средней скоростью передачи данных.

Достоинства многоузловой сети:

• возможно использование  ранее приложенных каналов связи

• допустимо применение в разных частях сети различных физических средств и скоростей передачи данных

• возможность применения различных способов коммутации и  выбора путей передачи сообщений

Недостатки многоузловой сети:

• сложность прокладки  в труднодоступных местах

• невозможность  связи с движущимися абонентами 

3.2.2. Принцип модемной  связи

Чтобы передать дискретный двоичный сигнал с выхода одного компьютера на вход другой по аналоговой телефонной линии связи, этот сигнал должен быть преобразован в стандартную форму  передачи сигнала по телефонной линии. Такое преобразование называется модуляцией, а устройство, осуществляющее преобразование модулятором. На входе компьютера - получателя сообщения должно быть сделано  обратное преобразование, которое называется демодуляци-ей, а устройство — демодулятором. Так как компьютер передает и принимает сообщение, то модулятор и демодулятор объединяют в одном устройстве под названием модем. Модемы выпускаются как в виде отдельных блоков, так и встроенными в компьютерах. В зависимости от качества модемов и линий связи скорость передачи данных через модемы составляет 2400,4800,9600 бит/с.

Для того чтобы два  компьютера могли обмениваться информацией, кроме модема и физической среды  передачи сигналов необходимо специальное  про-граммное обеспе¬чение для согласования работы компьютера и поддержки средств коммуникаций. Большинство модемов автоматически определяют, с какой скоростью поступает информация, проводят тестирование качества линии связи, а также кодируют сообщения специальными помехоустойчивы-ми кодами.

Обычный тип модема позволяет передавать только текстовую  информа-цию, в связи с чем его иногда называют телефонным. Кроме телефонного мо-дема выпуска¬ются факс-модемы, которые могут передавать графическую ин-формацию: деловые письма с подписями и печатями, чертежи, эскизы, ри-сунки, фотографии. Для разносторонней работы пользователя в сети к ком-пьютеру должен быть подключен сканер. 
 
 
 

3.2.3. Способы коммутации  и выбор пути передачи сообщения

Коммутация каналов  устанавливает физическое соединение между або-нентом-отправителем сообщения (Отпр.) и получателем (Пол.). Отправитель посылает специальный сигнал, который перемещается от одного УК к другому и устанавливает физический прямой канал связи между отправителем и полу-чателем. После установления физического канала связи получатель посылает об этом отправителю специальный сигнал. Получив сигнал, отправитель посы-лает сообщение. После передачи всего сообщения канал связи разъединяется. Способ коммутаций каналов прост в реализации, но дает наибольшую задерж-ку при передаче сообщения и снижает пропускную способность сети.

Коммутация сообщений  не устанавливает физический канал  связи между абонентами. Определяется логический канал связи, т. е. указывается  адрес по-лучателя сообщения, адрес отправителя и путь передачи сообщения. Посту-пившее в УК сообщение запоминается и ждет до тех пор, пока не освобо-дится канал к следующему УК. Сообщение в каждый момент времени зани-мает только канал между двумя соседними УК. Это повышает пропускную спо-собность сети и уменьшает задержку передачи сообщения.

Коммутация пакетов. На транспортном уровне ЭМВОС сообщение  разбивается на одинаковой длины фрагменты. На более нижних уровнях фраг-мент сообщения снабжается заголовком и концевиком. В заголовке записыва-ется: адрес получателя, порядковый номер фрагмента, маршрут его движения и информация для управления каналом связи. В концевик пишется информа-ция (код) для контроля правильности передачи сообщения по каналу связи. Фрагмент сообщения с заголовком и концевиком называется пакетом. Пакеты передаются по сети независимо друг от друга и могут проходить по разным пу-тям.

Преимущества способа  коммутации пакетов:

• увеличение пропускной способности сети

• уменьшение задержки передачи сообщений

• увеличение скрытности передачи, т.к. пакеты могут передаваться по разным путям 

Недостатком способа  является усложнение программных и  техниче-ских средств коммутации.

Адаптивная коммутация учитывает достоинства и недостатки различ-ных способов коммутации. Так как при длинных сообщениях более экономич-ным является коммутация каналов, а при коротких - коммутация пакетов, то в реальных сетях целесообразно совмещение обоих способов. Поэтому наиболее эффективным способом коммутации каналов является адаптивная коммутация, которая предполагает автоматическое переключение способов коммутации ка-налов и пакетов в зависи¬мости от загрузки сети. Правильный выбор пути пе-редачи сообщения уменьшает задержку в передаче, увеличивает пропуск-ную способность сети и повышает надежность передачи сообщения.

Фиксированные пути устанавливают постоянные маршруты передачи сообщений между каждой парой абонентов в сети. С этой целью составляет-ся таблица маршрутов, т. е. конкретные УК, через которые должно пройти со-общение при передаче между абонентами. При видимой простоте метод имеет недостатки: низкая надежность ввиду отсутствия резервных путей и неадап-тивность сети к перегрузкам на отдельных участках.

Направленный выбор  пути является развитием метода фиксированных пу-тей. В таблице маршрутов кроме основных путей указываются резервные пути в порядке их приоритетности. Выбор пути делается с учетом его приорите-та, а также состояния отдельных участков сети (наличия отказов и перегрузок).