Организация информационно-вычислительной сети

37

Введение

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, E - Mail писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС ( информационно-вычислительной сети ) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса отвечающего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Постановка задачи

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 ЛВС 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.

Анализ методов решения данной задачи

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

1. 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.

2. Повышение достоверности информации и надежности ее 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.

3. 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.

4. Обработка документов и построения на базе этого действующей системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оптимального решения и выработки глобальных отчетов.

5. Обеспечивать прозрачный доступ к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

В данной работе на практике рассмотрено решение 1-го пункта “ Задачи ” - Создание единого информационного пространства - путем рассмотрения и выбора лучшего из существующих способов или их комбинации.

Рассмотрим нашу ИВС. Упрощая задачу можно сказать, что это локальная вычислительная сеть ( ЛВС ).

Что такое ЛВС? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест ( рабочих станций ) к единому каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС ( англ. LAN - Lokal Area Network ) относится к географически ограниченным ( территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию.

Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.

Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Все ЛВС работают в одном стандарте принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Базовая модель OSI (Open System Interconnection)

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений.

Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от отправителя к получателю.

Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization).

ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного пояснения расчленим ее на семь уровней.

Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnection (OSI)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных.

Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации;

Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;

Уровень 6: представлении данных - интерпретация передаваемых данных;

Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная ролью в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом.

Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.

С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном уровне.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Уровень 1. Физический.

На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA RS232 и Х.21. Стандарт ISDN ( Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.

Уровень 2. Канальный.

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые "кадры" последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.

Уровень 3. Сетевой.

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, - рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).

Уровень 4. Транспортный.

Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.

Уровень 5. Сеансовый.

Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении 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 нижерасположенных уровнях.

Уровень 6. Представления данных.

Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.

Уровень 7. Прикладной.

В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.

Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в цепочку следующих друг за другом битов (двоичное кодирование с помощью двух состояний:"0" и "1").

Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представляются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.

Количество представленных знаков в ходе зависит от количества битов, используемых в коде: код из четырех битов может представить максимум 16 значений, 5-битовый код - 32 значения, 6-битовый код - 64 значения, 7-битовый - 128 значений и 8-битовый код - 256 алфавитно-цифровых знаков.

При передаче информации между одинаковыми вычислительными системами и различающимися типами компьютеров применяют следующие коды:

На международном уровне передача символьной информации осуществляется с помощью 7-битового кодирования, позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы.

Национальные и специальные знаки с помощью 7-битово кода представить нельзя. Для представления национальных знаков применяют наиболее употребимый 8-битовый код.

Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговорены в протоколе передачи данных.

Протокол передачи данных требует следующей информации:

* Синхронизация

Под синхронизацией понимают механизм распознавания начала блока данных и его конца.

* Инициализация

Под инициализацией понимают установление соединения между взаимодействующими партнерами.

* Блокирование

Под блокированием понимают разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опознавательные знаки начала блока и его конца).

* Адресация

Адресация обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия.

* Обнаружение ошибок

Под обнаружением ошибок понимают установку битов четности и, следовательно, вычисление контрольных битов.

* Нумерация блоков

Текущая нумерация блоков позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию.

* Управление потоком данных

Управление потоком данных служит для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, например, если не хватает места в буфере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (например, принтерах), сообщения и / или запросы накапливаются.

* Методы восстановления

После прерывания процесса передачи данных используют методы восстановления, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации.

* Разрешение доступа

Распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным вменяются в обязанность пункта разрешения доступа (например, "только передача" или "только прием" ).

Сетевые устройства и средства коммуникаций

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

* стоимость монтажа и обслуживания,

* скорость передачи информации,

* ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей(репитеров)),

* безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и бес проблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Еthernet-кабель

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит / с.

При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.

Показатели трех типовых сред для передачи приведены в таблице.

Показатели	Среда передачи данных
	Двух жильный кабель - витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Простое
Защита от прослушивания	Незначительная	Хорошая	Высокая
Показатели	Среда передачи данных
	Двух жильный кабель - витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Проблемы с заземлением	Нет	Возможны	Нет
Восприимчивость к помехам	Существует	Существует	Отсутствует

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями.

Топологии вычислительной сети

Топология типа звезда.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Характеристики	Топология
	Звезда	Кольцо	Шина
Стоимость расширения	Незначительная	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная	Высокая
Характеристики	Топология
	Звезда	Кольцо	Шина
Размеры системы	Любые	Любые	Ограниченны
Защищенность от прослушивания	Хорошая	Хорошая	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Незначительная	Высокая
Поведение системы при высоких нагрузках	Хорошее	Удовлетворительное	Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая	Удовлетворительная	Хорошая
Обслуживание	Очень хорошее	Среднее	Среднее

Древовидная структура ЛВС.

На ряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и / или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимальное возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Типы построения сетей по методам передачи информации

Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:

устройства подключаются к сети по топологии кольцо;

все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Типы пакетов.

В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);

маркер (Token);

пакет сброса (Аbort).

Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть Arknet

Arknet (Attached Resource Computer NETWork ) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Тоken Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные

только получив разрешение на передачу (маркер);

В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Передача каждого байта в Аrcnet выполняется специальной посылкой ISU(Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Аlегt Вurst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В Аrcnet определены 5 типов пакетов:

Пакет IТТ (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

Пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

Пакет АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

Пакет NAK ( Negative AcKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных ( ответ на FBE ) или принят пакет с ошибкой.

В сети Arknet можно использовать две топологии: звезда и шина.

Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.

На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина :

все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени( если передающая среда свободна);

данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Сетевые операционные системы для локальных сетей

Основное направление развития современных Сетевых Операционных Систем (Network Operation System - NOS ) - перенос вычислительных операций на рабочие станции, создание систем с распределенной обработкой данных. Это в первую очередь связано с ростом вычислительных возможностей персональных компьютеров и все более активным внедрением мощных многозадачных операционных систем: OS/2, Windows NТ, Windows 95. Кроме этого внедрение объектно-ориентированных технологий (ОLЕ, DСЕ, IDAPI) позволяет упростить организацию распределенной обработки данных. В такой ситуации основной задачей NOS становится объединение неравноценных операционных систем рабочих станций и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач: обработка баз данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети (directoгу/namе service).

В современных NOS применяют три основных подхода к организации управления ресурсами сети.

Первый - это Таблицы Объектов (Bindery). Используется в сетевых операционных системах NetWare 28б и NetWare v3.1х. Такая таблица находится на каждом файловом сервере сети. Она содержит информацию о пользователях, группах, их правах доступа к ресурсам сети (данным, сервисным услугам и т.п.). Такая организация работы удобна, если в сети только один сервер. В этом случае требуется определить и контролировать только одну информационную базу. При расширении сети, добавлении новых серверов объем задач по управлению ресурсами сети резко возрастает. Администратор системы вынужден на каждом сервере сети определять и контролировать работу пользователей. Абоненты сети, в свою очередь, должны точно знать, где расположены те или иные ресурсы сети, а для получения доступа к этим ресурсам - регистрироваться на выбранном сервере. Конечно, для информационных систем, состоящих из большого количества серверов, такая организация работы не подходит.

Второй подход используется в LANServer и LANMahager - Структура Доменов (Domain). Все ресурсы сети и пользователи объединены в группы. Домен можно рассматривать как аналог таблиц объектов (bindery), только здесь такая таблица является общей для нескольких серверов, при этом ресурсы серверов являются общими для всего домена. Поэтому пользователю для того чтобы получить доступ к сети, достаточно подключиться к домену (зарегистрироваться), после этого ему становятся доступны все ресурсы домена, ресурсы всех серверов и устройств, входящих в состав домена. Однако и с использованием этого подхода также возникают проблемы при построении информационной системы с большим количеством пользователей, серверов и, соответственно, доменов. Например, сети для предприятия или большой разветвленной организации. Здесь эти проблемы уже связаны с организацией взаимодействия и управления несколькими доменами, хотя по содержанию они такие же, как и в первом случае.

Третий подход - Служба Наименований Директорий или Каталогов (Directory Name Services - DNS) лишен этих недостатков. Все ресурсы сети: сетевая печать, хранение данных, пользователи, серверы и т.п. рассматриваются как отдельные ветви или директории информационной системы. Таблицы, определяющие DNS, находятся на каждом сервере. Это, во-первых, повышает надежность и живучесть системы, а во-вторых, упрощает обращение пользователя к ресурсам сети. Зарегистрировавшись на одном сервере, пользователю становятся доступны все ресурсы сети. Управление такой системой также проще, чем при использовании доменов, так как здесь существует одна таблица, определяющая все ресурсы сети, в то время как при доменной организации необходимо определять ресурсы, пользователей, их права доступа для каждого домена отдельно.

В настоящее время по оценке компании IDC наиболее распространенными являются следующие сетевые операционные системы:

NetWare v2.х и vЗ.х, Nowell Inc. 65%

LAN Server, IВМ Согр. 14%

LAN Manager, Microsoft Corp. 3%

VINES, Ваnуаn Systems Inc. 2%

Рассмотрим более подробно возможности этих и некоторых других сетевых операционных систем и требования, которые они предъявляют к программному и аппаратному обеспечению устройств сети.

NetWare 3.11, Nowell Inc

Отличительные черты:

самая эффективная файловая система среди современных NOS;

самый широкий выбор аппаратного обеспечения

Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

Центральный процессор: 38б и выше.

Минимальный объем жесткого диска: 9 МБайт.

Объем ОП (Оперативной Памяти) на сервере: 4 МБайт - 4ГБайт.

Минимальный объем ОП РС (Рабочей Станции) клиента: б40 Кбайт.

Операционная система: собственная разработка Nowell

Протоколы: IРХ/SРХ.

Мультипроцессорность: нет.

Количество пользователей: 250.

Максимальный размер файла: 4ГБайт.

Шифрование данных: нет.

Монитор UPS: есть.

ТТS: есть.

Управление распределенными ресурсами сети: таблицы bindeгу на сервере.

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц bindery и данных.

Компрессирование данных: нет.

Фрагментация блоков ( Block suballocations): нет.

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(доп.), ОS/2(доп.), UNIX(доп.), Windows NT.

LAN Server, IВМ Согр

Отличительные черты

использование доменной организации сети упрощает управление и доступ к ресурсам сети;

обеспечивает полное взаимодействие с иерархическими системами (архитектурой SNА).

Целостная операционная система с широким набором услуг. Работает на базе ОS/2, поэтому сервер может быть невыделенным (nondedicated). Обеспечивает взаимодействие с иерархическими системами, поддерживает межсетевое взаимодействие.

Выпускаются две версии LAN Server: Entry и Advanced. Advanced в отличие от Entry поддерживает высокопроизводительную файловую систему (High Perfomance File System - HPFS). Она включает системы отказоустойчивости (Fail Tolerances) и секретности (Local Security).

Серверы и пользователи объединяются в домены. Серверы в домене работают как единая логическая система. Все ресурсы домена доступны пользователю после регистрации в домене. В одной кабельной системе могут работать несколько доменов. При использовании на рабочей станции OS/2 ресурсы этих станций доступны пользователям других рабочих станций, но только одному в данное время. Администратор может управлять работой сети только с рабочей станции, на которой установлена операционная система OS/2. LAN Server поддерживает удаленную загрузку рабочих станций DOS, OS/2 и Windows (Remote Interface Procedure Load - RIPL).

К недостаткам можно отнести:

сложная процедура установки NOS;

ограниченное количество поддерживаемых драйверов сетевых адаптеров.

Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

Центральный процессор: 38б и выше.

Минимальный объем жесткого диска: 4.6 МБайт для клиента (requestor)/7.2 МБайт для сервера.

Минимальный объем ОП на сервере: 1.3 МБайт - 16 МБайт.

Минимальный объем ОП РС клиента: 4.2 Мбайт для OS/2, 640 КБайт для DOS.

Операционная система: OS/2 2.х.

Протоколы: NetBIOS, ТСР/IР.

Мультипроцессорность: поддерживается.

Количество пользователей: 1016.

Максимальный размер файла: 2 Гбайт.

Шифрование данных: нет.

Монитор UPS: есть.

ТТS: есть.

Управление распределенными ресурсами сети: домены.

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц домена.

Компрессирование данных: нет.

Фрагментация блоков (Block suballocation): нет.

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас (доп.), OS/2, UNIX, Windows NT (доп.).

VINES 5.52, Banyan System Inc

Отличительные черты:

возможность взаимодействия с любой другой сетевой операционной системой;

использование службы имен StreetTalk позволяет создавать разветвленные системы.

До появления NetWare 4 VINES преобладала на рынке сетевых операционных систем для распределенных сетей, для сетей масштаба предприятия (enterprise network). Тесно интегрирована с UNIX.

Для организации взаимодействия используется глобальная служба имен - StreetTalk, во многом схожая с NetWare Directory Services. Позволяет подключиться пользователю, находящемуся в любом месте сети. StreetTalk - база данных, распределенная по всем серверам сети.

Поддержка Х.29 позволяет удаленной рабочей станции DOS подключиться к локальной сети через сети Х.25 или ISDN.

VINES критична к типу компьютера и жестких дисков. Поэтому при выборе оборудования необходимо убедиться в совместимости аппаратного обеспечения и сетевой операционной системы VINES.

Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

Центральный процессор: 386 и выше.

Минимальный объем жесткого диска: 80 Мбайт.

Объем ОП на сервере: 8 Мбайт - 25б Мбайт.

Минимальный объем ОП РС клиента: б40 КБайт.

Операционная система: UNIX.

Протоколы: VINES IР, AFP, NetBIOS, ТСР/IР, IРХ/SРХ.

Мультипроцессорность: есть - SMP(Symmetric MultiProcesing).

Количество пользователей: неограниченно.

Максимальный размер файла; 2ГБайт.

Шифрование данных: нет.

Монитор UPS: есть.

ТТS: нет.

Управление распределенными ресурсами сети: StreetTalk.

Система отказоустойчивости: резервное копирование таблиц StreetTalk и данных.

Компрессирование данных: есть.

Фрагментация блоков (Block suballocation): нет.

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(доп.), ОS/2, UNIX(доп.), Windows NT (доп.).

Windows NT Advanced Server 3.1, Microsoft Corp

Отличительные черты:

простота интерфейса пользователя

доступность средств разработки прикладных программ и поддержка прогрессивных объектно-ориентированных технологий

Всё это привело к тому, что эта операционная система может стать одной из самых популярных сетевых операционных систем.

Интерфейс напоминает оконный интерфейс Windows 3.1, инсталяция занимает около 20 минут. Модульное построение системы упрощает внесение изменений и перенос на другие платформы. Обеспечивается защищенность подсистем от несанкционированного доступа и от их взаимного влияния (если зависает один процесс, это не влияет на работу остальных). Есть поддержка удаленных станций - Remote Access Service (RAS), но не поддерживается удаленная обработка заданий.

Windows NT предъявляет более высокие требования к производительности компьютера по сравнению с NetWare.

Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

Центральный процессор: 386 и выше, MIPS, R4000, DEC Alpha АХР.

Минимальный объем жесткого диска: 90 Мбайт.

Минимальный объем ОП на сервере: 16 Мбайт.

Минимальный объем ОП РС клиента; 12 Мбайт для NТ/512 КБайт для DOS.

Операционная система: Windows NT.

Протоколы: NetBEUI, ТСР/IР, IРХ/SРХ, АррlеТаlk, АsyncBEUI.

Мультипроцессорность: поддерживается.

Количество пользователей: неограниченно.

Максимальный размер файла: неограничен.

Шифрование данных: уровень С-2.

Монитор UPS: есть.

ТТS: есть.

Управление распределенными ресурсами сети: домены.

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, RAID 5, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц домена и данных.

Компрессирование данных: нет.

Фрагментация блоков (Block suballocation): нет.

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас, ОS/2, UNIX, Windows NT.

NetWare 4, Nowell Inc.

Отличительная черта:

применение специализированной системы управления ресурсами сети (NetWare Directory Services - NDS) позволяет строить эффективные информационные системы с количеством пользователей до 1000. В NDS определены все ресурсы, услуги и пользователи сети. Эта информация распределена по всем серверам сети.

Для управления памятью используется только одна область (рооl), поэтому оперативная память, освободившаяся после выполнения каких-либо процессов, становится сразу доступной операционной системе (в отличие от NetWare 3).

Новая система управления хранением данных (Data Storage Managment) состоит из трех компонент, позволяющих повысить эффективность файловой системы:

1. Фрагментация Блоков или Разбиение Блоков Данных на Подблоки (Block Suballocation). Если размер блока данных на томе 64 КБайта, а требуется записать файл размером 65 КБайт, то ранее потребовалось бы выделить 2 блока по б4 Кбайта. При этом 6З Кбайта во втором блоке не могут использоваться для хранения других данных. В NetWare 4 система выделит в такой ситуации один блок размером 64 КБайта и два блока по 512 Байт. Каждый частично используемый блок делится на подблоки по 512 Байт, свободные подблоки доступны системе при записи других файлов.

2. Упаковка Файлов (File Compression). Долго не используемые данные система автоматически компрессирует, упаковывает, экономя таким образом место на жестких дисках. При обращении к этим данным автоматически выполняется декомпрессия данных.

3. Перемещение Данных (Data Migration). Долго не используемые данные система автоматически копирует на магнитную ленту либо другие носители, экономя таким образом место на жестких дисках.

Встроенная поддержка Протокола Передачи Серии Пакетов (Packet-Burst Migration). Этот протокол позволяет передавать несколько пакетов без ожидания подтверждения о получении каждого пакета. Подтверждение передается после получения последнего пакета из серии.

При передаче через шлюзы и маршрутизаторы обычно выполняется разбиение передаваемых данных на сегменты по 512 Байт, что уменьшает: скорость передачи данных примерно на 20%. Применение в NetWare 4 протокола LIP (Large Internet Packet) позволяет повысить эффективность обмена данными между сетями, так как в этом случае разбиение на сегменты по 512 Байт не требуется.

Все системные сообщения и интерфейс используют специальный модуль. Для перехода к другому языку достаточно поменять этот модуль или добавить новый. Возможно одновременное использование нескольких языков: один пользователь при работе с утилитами использует английский язык, а другой в это же время немецкий.

Утилиты управления поддерживают DOS, Windows и OS/2-интерфейс.

Основные характеристики и требования к аппаратному обеспечению.

Центральный процессор: 38б и выше.

Минимальный объем жесткого диска: от 12 Мбайт до 60 Мбайт.

Объем ОП на сервере: 8 Мбайт - 4ГБайт.

Минимальный объем ОП РС клиента: б40 КБайт.

Операционная система: собственная разработка Nowell.

Протоколы: IРХ/SРХ.

Мультипроцессорность: нет.

Количество пользователей: 1000.

Максимальный размер файла: 4 Гбайт.

Шифрование данных: С-2.

Монитор UPS: есть.

ТТS: есть.

Управление распределенными ресурсами сети: NDS.

Система отказоустойчивости: дублирование дисков, зеркальное отражение дисков, SFT II,SFT III, поддержка накопителя на магнитной ленте, резервное копирование таблиц NDS.

Компрессирование данных: есть.

Фрагментация блоков (Block suballocation): есть.

Файловая система клиентов: DOS, Windows, Мас(5), ОS/2, UNIX(доп.), Windows NT.

Техническое решение

В виду рассмотренного материала который дает сравнительное рассмотрение максимального количества всех возможных вариантов решений основанных на существующих технологиях и мировом опыте, а также на существующих и принятых во всем мире стандартах построения ЛВС, мы можем принять следующую концепцию за основу построения сети как максимально отвечающую поставленным требованиям и технико-экономически законченную.