Мандрыкин А.В. Информационные технологии в экономике

Подождите немного. Документ загружается.

140

сохранен интерфейс NetBIOS. Протокол NetBEUI разрабаты-

вался как эффективный протокол, потребляющий немного ре-

сурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не бо-

лее 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много по-

лезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому,

транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его

помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничи-

вает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не

разделенными на подсети, и делает невозможным его исполь-

зование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI

снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI

Frame), которая включена в операционную систему Microsoft

Windows NT.

Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функ-

ции сеансового, представительного и прикладного уровней. На

основе SMB реализуется файловая служба, а также службы пе-

чати и передачи сообщений между приложениями.

Стеки протоколов SNA фирмы IBM, DECnet корпора-

ции Digital Equipment и AppleTalk/AFP фирмы Apple приме-

няются в основном в операционных системах и сетевом обо-

рудовании этих фирм.

Как видно из приведенных спецификаций, при разработ-

ке большинства стеков отдавалось предпочтение скорости ра-

боты в ущерб модульности. Ни один стек, кроме стека OSI, не

разбит на 7 уровней. Чаще всего в стеке явно выделяются 3-4

уровня: уровень сетевых адаптеров, в котором реализуются

протоколы физического и канального уровней, сетевой уро-

вень, транспортный уровень и уровень служб, вбирающий в

себя функции сеансового, представительского и прикладного

уровней.

7.7. Классификация вычислительных сетей

Классификация по территориальному признаку

В настоящее время информационно-вычислительные

системы принято делить на 3 основных типа:

141

- LAN (Lokal Area Network) - локальная сеть в пределах

предприятия, учреждения, одной организации. Размер локаль-

ной сети не превышает нескольких километров. Пропускная спо-

собность современных локальных сетей достигает нескольких

Гбит/с. Время обращения к сетевым ресурсам соизмеримо со вре-

менем обращения к локальным ресурсам рабочей станции. Ло-

кальные сети обладают плохой масштабируемостью, так как ис-

пользуемые технологии накладывают жесткие ограничения на

длину линий связи и количество компьютеров.

- MAN (Metropolitan Area Network) - городская или ре-

гиональная сеть, т.е. сеть в пределах города, области и т.п..

Обычно они используют цифровые магистральные линии свя-

зи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и

предназначены для связи локальных сетей в масштабах города

и соединения локальных сетей с глобальными.

- WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, соеди-

няющая абонентов страны, континента, всего мира. Так как

прокладка высококачественных линий связи на большие рас-

стояния обходится очень дорого, то, обычно, при организации

WAN-сетей используются уже существующие линии связи, на-

пример, телефонные линии. Скорость обмена данными сущест-

венно ниже, чем в LAN-сетях. Глобальные сети обладают хорошей

масштабируемостью. Подключение дополнительных компьютеров

практически не влияет на общие показатели всей сети.

Сейчас наблюдается взаимное проникновение технологий

LAN и WAN. Процесс переноса технологий глобальных сетей в

локальные сети получил в последнее время широкое развитие.

Появилось понятие intranet-технология, которое обозначает при-

менение служб глобальных сетей для реализации целей локальных

сетей. Масштабы локальных сетей перестали определяться лишь

территориальными признаками.

Классификация по масштабу сети

Еще одним популярным способом классификации сетей

является их классификация по масштабу производственного

подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают

сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

142

Сети отделов – это сети, которые используются сравни-

тельно небольшой группой сотрудников, работающих в одном

отделе предприятия.

Главной целью сети отдела является разделение локаль-

ных ресурсов, таких как приложения, данные, принтеры и т.п.

Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и

не более 30 пользователей. Сети отделов обычно не разделя-

ются на подсети. В этих сетях локализуется большая часть

трафика предприятия.

Существует и другой тип сетей, близкий к сетям отделов,

- сети рабочих групп. К таким сетям относятся совсем не-

большие сети (до 10 – 20 компьютеров). Характеристики сетей

рабочих групп практически не отличаются от описанных выше

характеристик сетей отделов.

Сети кампусов – это название используют сейчас для

обозначения сетей любых предприятий и организаций.

Сети этого типа объединяют множество сетей различных

отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или

в пределах одной территории, покрывающей площадь в не-

сколько квадратных километров. При этом глобальные соеди-

нения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети

включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к

общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-

модемам и т.п.

Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы ин-

теграции неоднородного аппаратного и программного обеспе-

чения, которое может отличаться в каждом отделе.

Информационные системы, в которых средства передачи

данных принадлежат одной компании и используются только

для нужд этой компании принято называть Сеть Масштаба

Предприятия или Корпоративная Сеть (Enterprise Network).

Они могут покрывать город, регион или даже континент. Чис-

ло пользователей и компьютеров может измеряться тысячами,

а число серверов – сотнями, расстояния между сетями отдель-

ных территорий могут оказаться такими, что становится необ-

ходимым использование глобальных связей.

143

Классификация по способу передачи информации

Вычислительные сети по способу передачи информации

подразделяются на сети коммутации каналов, сети коммута-

ции сообщений, сети коммутации пакетов и интегральные се-

ти.

Метод коммутации каналов используется в сетях в том

случае, если между двумя станциями необходимо установить

непосредственное физическое канальное соединение. Это со-

единение устанавливается в коммуникационных узлах сети до

начала передачи данных. Типичным примером использования

коммутации каналов является обычная телефонная сеть.

Предварительное резервирование сетевых каналов на всем

пути от передатчика к приемнику при коммутации каналов пре-

дусматривает, что узлы должны обладать способностью распре-

делять ресурсы и выбирать маршруты при установке соедине-

ний.

Предварительное резервирование всего пути имеет суще-

ственные недостатки, к основным из которых относятся:

− неэффективность использования ресурсов (каналы ре-

зервируются даже на то время, когда данные не передаются);

− высокая вероятность получения отказа при резервиро-

вании пути, включающего много транзитных узлов;

− значительная задержка при установлении соедине-

ния и склонность сети к перегрузке;

− лавинообразный рост отказов установления соеди-

нений в случае перегрузки сети.

Однако данный способ имеет и некоторые преимущества.

Так, после установления соединения в сети с коммутацией кана-

лов передача данных идет очень эффективно и практически без

задержек.

Метод коммутации сообщений представляет собой реали-

зацию принципа поэтапной передачи данных с промежуточным

хранением. Здесь нет необходимости заранее резервировать весь

путь между двумя станциями. Сообщение (связанный блок дан-

ных) последовательно передается по сети от узла к узлу, которые

144

в этом случае являются компьютерами, организующими проме-

жуточное хранение транзитных сообщений и их маршрутизацию

при передаче по сети. Для маршрутизации каждое сообщение

снабжается заголовком с сетевыми адресами станции-

передатчика и станции-приемника.

Коммутация сообщений увеличивает эффективность ис-

пользования линий связи; позволяет избежать блокировок сети

при увеличении сетевого трафика; обеспечивает возможности

установления приоритетного обслуживания сообщений, и т.д. В

то же время задержки передачи, которые связаны, в первую

очередь, с ожиданием длинных сообщений в очередях узлов,

значительно возрастают при увеличении нагрузки, что не под-

ходит для интерактивного сетевого взаимодействия в режиме

реального времени.

Пакетная коммутация подразумевает обмен неболь-

шими пакетами (часть сообщения фиксированного размера),

которые не дают возможности образования очередей в узлах

коммутации. Достоинства: быстрое соединение, надежность,

эффективность использования сети. При данном методе про-

блема передачи пакета решается способом фиксированной

маршрутизации.

Метод пакетной коммутации в настоящее время исполь-

зуется в двух модификациях: в режиме дейтаграмм и в ре-

жиме виртуальных каналов.

Режим дейтаграмм является прямым развитием коммута-

ции сообщений, где сообщения предварительно разбиваются на

пакеты. Каждый пакет при передаче по коммуникационной

сети является полностью независимой единицей. Для этого он

снабжается своим заголовком, где указываются сетевые адре-

са отправителя и получателя сообщения, а также порядковый

номер отдельного пакета во всем сообщении.

Уменьшение размера передающихся порций информации

и возможность одновременной передачи нескольких пакетов

одного сообщения по альтернативным путям при данном подхо-

де существенно уменьшают сетевые задержки при передаче

данных. Кроме того, коммутационные узлы могут иметь не

145

столь большие, как при коммутации сообщений, размеры бу-

феров для временного размещения транзитных пакетов, поэто-

му скорость обработки информации в этих узлах может быть

повышена. На уменьшение задержек влияет и то, что при обна-

ружении ошибок передачи в режиме коммутации пакетов по-

вторно передаются лишь отдельные пакеты, а не целые сооб-

щения.

Пакетная коммутация, однако, имеет и негативные сто-

роны. С одной стороны, при ее использовании увеличивается

объем дополнительной, служебной информации, передающей-

ся по сети (заголовки отдельных пакетов). С другой стороны, в

режиме дейтаграмм существует проблема организации сборки

переданного сообщения в узле назначения. Эта проблема связа-

на с тем, что отдельные пакеты, проходя различными маршру-

тами по подсети связи, будут приходить в конечный узел назна-

чения в неупорядоченной последовательности.

Режим виртуальных каналов является попыткой соединить

воедино преимущества метода коммутации каналов и метода

коммутации сообщений. При этом подходе, еще до посылки по

сети первого информационного пакета, между двумя конечными

точками организуется логическое соединение, связанное с реали-

зацией трех фаз, присущих методу коммутации каналов. Вызы-

вающая станция сначала посылает по сети служебный пакет за-

проса на установление виртуального канала, связывающего

станцию-инициатор с вызываемой станцией. Подсеть связи

маршрутизирует этот пакет как обычную дейтаграмму, содер-

жащую в заголовке сетевые адреса двух конечных станций. Пе-

редвигаясь по сети, пакет закрепляет за пройденным маршрутом

номер устанавливаемого виртуального канала. Номер логиче-

ского канала, запоминаемый в транзитных узлах, закрепляется за

двунаправленным маршрутом для каждого конкретного вызова

обмена данными.

После установления логического соединения, т.е. после

получения вызывающей станцией пакета-ответа на запрос, по

установленному виртуальному каналу начинается пересылка

информационных пакетов сообщения. Последовательная пере-

146

дача пакетов по установленному логическому каналу полно-

стью обеспечивает их получение в правильной последователь-

ности. Поэтому заголовок каждого информационного пакета

уже не нуждается в порядковом номере, а также и в указании

сетевых адресов обеих станций-абонентов (достаточно лишь

указания номера логического канала). Следовательно, при

коммутации виртуальных каналов не только уменьшается объ-

ем передачи дополнительной служебной информации, но и

обеспечивается интерактивный режим взаимодействия двух

станций-абонентов.

Заметим, что весь путь целиком между двумя станция-

ми-абонентами здесь не резервируется. Пакеты передаются от

узла к узлу с промежуточным хранением и ожидают в общих

очередях к каналам, связывающим эти транзитные узлы. Од-

нако маршрутизация осуществляется только один раз при ус-

тановлении соединения.

Конечно, если отдельной станции необходимо передать по

сети всего несколько пакетов, то режим дейтаграмм будет более

быстрым и предпочтительным. Однако, если между станциями

необходим обмен данными на протяжении значительного пе-

риода времени, предпочтение следует отдать виртуальным со-

единениям. Поэтому в вычислительных сетях на практике при-

меняются сочетания различных методов коммутации в зависи-

мости от требований приложений, количественных и качест-

венных характеристик узлов, линий связи и трафика.

Сети, одновременно осуществляющие коммутацию кана-

лов, сообщений и пакетов, называются интегрированными. К

таким сетям относится сетевая технология АТМ.

АТМ - это коммуникационная технология, объединяю-

щая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи

информации различного типа. Режим передачи асинхронный.

АТМ предусматривает интегрированную передачу речи, дан-

ных и видеоинформации в едином цифровом виде по одному и

тому же каналу связи.

Объединяемые в рамках АТМ информационные потоки

от источников информации различной природы резко отлича-

147

ются друг от друга требованиями к полосе пропускания. Про-

цедура установления соединения в АТМ-сети предусматривает

предварительное определение типа передаваемой информации,

требуемой полосы пропускания и приоритета на занятие кана-

ла связи, что минимизирует загрузку межузловых каналов свя-

зи и обеспечивает предоставление услуг с заданным качест-

вом.

Скорость передачи информации до 10 Гбит на канал свя-

зи.

Основным отличием АТМ от традиционных ЛВС-

технологий является то, что АТМ по своей природе ориенти-

рована на установление виртуальных соединений.

Топология АТМ сети может быть любой. Коммутаторы

при этом могут быть соединены в шину, кольцо или звезду, но

чаще - это смесь всех возможных соединений. Это дает воз-

можность реализовывать резервирование связей, что повышает

надежность сети.

Перед передачей каких-либо сообщений в АТМ станция-

источник проверяет доступность станции назначения и только

после этого устанавливается соединение. Только этим двум

станциям виден поток информации.

В настоящее время появилась возможность создания на

базе технологии АТМ единой телекоммуникационной систе-

мы.

7.8. Топологии вычислительной сети

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе

разных типов и модификаций соединений. Такие принципы

еще называют топологиями. Топология определяется физиче-

скими связями между компьютерами, которые могут отли-

чаться от логических связей, представляющих собой маршру-

ты передачи данных между узлами сети.

Полносвязная топология

В сети, построенной по данному принципу, каждый ком-

пьютер сети связан со всеми остальными. При этом для каж-

дой пары компьютеров сети должна быть выделена отдельная

148

линия связи. Очень неэффективная и дорогая топология, по-

этому чаще всего она используется в глобальных сетях при не-

большом количестве компьютеров.

Файловый сервер

Рис. 19. Полносвязная топология

Ячеистая топология

Получается из полносвязной путем удаления некоторых

возможных связей. В подобной топологии непосредственно

связываются только те компьютеры, между которыми проис-

ходит интенсивный обмен данными, а остальные используют

транзитную передачу через промежуточные узлы.

Топология типа звезда

Здесь вся информация между двумя периферийными ра-

бочими местами проходит через центральный узел вычисли-

тельной сети.

Пропускная способность сети определяется вычисли-

тельной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей

станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, т.к. каждая ра-

бочая станция связана с узлом. Однако затраты на прокладку

кабелей высокие, особенно когда центральный узел географи-

чески расположен не в центре топологии. При расширении

вычислительных сетей не могут быть использованы ранее вы-

149

полненные кабельные связи: к новому рабочему месту необхо-

димо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Файловый сервер

Рис. 20. Звездообразная топология

Топология в виде звезды является наиболее быстродей-

ствующей из всех топологий вычислительных сетей, посколь-

ку передача данных между рабочими станциями проходит че-

рез центральный узел по отдельным линиям, используемым

только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи

информации от одной станции к другой невысокая, по сравне-

нию с достигаемой в других топологиях.

Главное преимущество топологии «звезда» - большая на-

дежность, т.к. дефект кабеля касается только того компьютер,

к которому он подсоединен, и только неисправность концен-

тратора может вывести из строя всю сеть. К преимуществам

также относится возможность реализации оптимального меха-

низма защиты против несанкционированного доступа к ин-

формации, т.к. вся сеть может управляться из ее центра.

К недостаткам топологии типа «звезда» относится более

высокая стоимость оборудования. Также, недостатком являет-

ся то, что возможности по наращиванию количества узлов в

сети ограничиваются количеством портов концентратора.