22
5) для добавления/удаления новой рабочей станции в сеть
требуется временная остановка работы сети [39].
В сетях с кольцевой топологией доступа право на доступ к среде
передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцо
образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции.
Топология вычислительных сетей считается одной из самой критичных
характеристик, оказывающих влияние на производительность.
В случае надобности основные типы топологий (звездообразная,
кольцевая и шинная) можно произвольным образом комбинировать.
Сравнительный анализ рассмотренных топологий приведен в таблице
2.
Таблица 2 - Сравнительный анализ рассмотренных топологий
Топология
Преимущества
Недостатки
Шина
Вся информация находится в сети и
доступна каждому компьютеру.
Рабочие станции можно подключать
независимо друг от друга, т.е. при
подключении нового абонента нет
необходимости останавливать
передачу информации в сети.
Сеть обладает высокой надежностью,
т.к. работоспособность сети не
зависит от работоспособности
отдельных компьютеров.
Низкая скорость передачи данных,
т.к. вся информация циркулирует
по одному каналу (шине).
Быстродействие сети зависит от
числа подключенных
компьютеров.
Кольцо
Пересылка сообщений является очень
эффективной, т.к. можно отправлять
несколько сообщений друг за другом
по кольцу.
Протяженность сети может быть
значительной, компьютеры могут
подключаться к сети без
использования специальных
усилителей сигнала.
Низкая надежность сети, так как
отказ любого компьютера влечет
за собой отказ всей системы.
Для подключения нового клиента
необходимо отключить работу
сети.
Общая производительность сети
определяется
производительностью самого
медленного компьютера.
Звезда
Высокое быстродействие сети, так как
общая производительность сети
зависит только от производительности
центрального узла.
Низкая надежность, так как
надежность всей сети определяется
надежностью центрального узла.
Если центральный компьютер
выйдет из строя, то работа всей
сети прекратится.
23
1.3. Принципы построения вычислительных сетей по способу передачи
данных
Коммутация – это процесс соединения абонентов коммуникационной
сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать
связь своих абонентов между собой.
Основные задачи коммутации:
Определение информационных потоков, для которых требуется
прокладывать пути;
Сообщение о найденных маршрутах узлам сети;
Продвижение – распознавание потоков и локальная коммутация
на каждом транзитном узле;
Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.
Основными способами коммутации в сети являются: коммутация
пакетов, коммутация каналов, коммутация сообщений (рисунок 7).
Рисунок 7 – Основные способы коммутации
24
1.3.1. Сети коммутацией каналов
Коммутация каналов - это способ соединения, при котором
коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный
составной физический канал из последовательно соединенных
коммутаторами промежуточных канальных участков.
Условием того, что несколько физических каналов при
последовательном соединении образуют единый физический канал, является
равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих
физических каналов.
Поток непрерывных составных физических каналов из
последовательно соединяющихся отдельных участков для непосредственной
передачи информационных данных между узлами (рисунок 8).
Рисунок 8 – Коммутация каналов
Коммутаторы и соединяющие их линии обеспечивают одновременную
передачу информационного потока нескольких коммутируемых каналов.
Поэтому они бывают высокоскоростными и поддерживают всякую технику
для мультиплексирования каналов абонентов.
Преимущества сетей с коммутаций каналов:
1) предопределенная и статичная скорость передачи данных;
2) упорядоченная последовательность поступления данных;
3) статический уровень задержек при передаче информации.
25
Недостатки сетей с коммутаций каналов:
1) возможны отказы сети в обслуживании при запросе на
соединения;
2) нерациональная эксплуатация пропускных способностей
физических каналов, и невозможность использования абонентской
аппаратуры, работающей в режимах разной скорости;
3) частая задержка перед отправкой данных с шагом фазы
установки соединения.
С целью минимизации недостатков сетей с коммутацией каналов
используются технологии уплотнения каналов (мультиплексирование),
которые позволяют разделять среду передачи данных на несколько каналов.
Мультиплексирование (multiplexing, muxing) — это процесс
уплотнение канала связи, другими словами, передача нескольких потоков
(каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по
одному каналу связи, с использованием специального устройства,
называемого мультиплексором.
Существует две основные технологии мультиплексирования каналов:
технология частотного мультиплексирования (FDM);
технология мультиплексирования с разделением по времени
(TDM).
Мультиплексирование с разделением по частоте предполагает
размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с
меньшей шириной.
Мультиплексирование с разделением по времени предполагает
кадровую передачу данных.
Переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на
каналы с большей шириной предоставляет резерв для передачи в пределах
одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.
26
1.3.2. Сети коммутацией сообщений
Коммутация сообщений – это способ взаимодействия, при котором
создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений
через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.
При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память,
обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в
следующий узел [4].
В сетях с коммутацией сообщений данные разбиваются на сообщения,
каждый из которых формируется из информации и заголовка (рисунок 9).
Рисунок 9 - Механизм реализации коммутации сообщений
В этом способе взаимодействия, создаются логические каналы, путем
передачи сообщений последовательно через узел связи по адресам
указанным в заголовках сообщений.
Каждый из узлов получает сообщения, записывает данные в память,
обрабатывает заголовок, выбирает маршруты и выдает сообщения из памяти
в следующие узлы [11].
На сегодняшний день коммутация сообщений практически не
используется [13].
Преимущества метода коммутации сообщений:
27
1) отсутствие надобности в преждевременной установки сквозных
каналов связи между станциями;
2) возможность формирования маршрутов из отдельного участка с
разной пропускной способностью;
3) учет приоритетов при реализации на разных системах
обслуживания запросов;
4) сглаживания пиковых нагрузок с помощью сохранения в памяти
низкоприоритетного потока в период нагрузок;
5) запросы на обслуживание не генерируют потери.
Недостатки метода коммутации сообщений:
1) для приема больших сообщений необходима реализация
достаточно серьезных требований к объемам буферных ЗУ в узле связи;
2) недостаточная возможность реализации диалоговых режимов и
работы в реальном отрезке времени при передаче информации;
3) отказ коммутатора провоцирует выход из строя сети;
4) потенциальное узкое место по пропускной способности является
коммутатор сообщений;
5) менее эффективная эксплуатация каналов передачи данных по
сравнению с промежуточным хранением и остальными методами
коммутации.
1.3.3. Сети коммутации пакетов
Коммутация пакетов - это особый способ коммутации узлов сети,
который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного
трафика (пульсирующего трафика) [29].
Для наилучшего способа передачи компьютерного трафика специально
создавалась коммутация узлов сети с коммутацией пакетов.
Вся информация в исходном узле разбивается на отдельные части,
которые называются пакетами. Сообщение может иметь произвольный
28
размер, до многих мегабайт. Пакеты же, как правило, тоже могут
непостоянный размер, но в узком диапазоне 46 - 500 байт (технология
Ethernet). Пакеты снабжены заголовками, в которых указана информация
адреса, использующаяся для доставки пакетов в узел назначения, а также
номеров пакета, который используется узлом адресата для принятия
сообщений (рисунок 10).
Рисунок 10 – Механизм реализации коммутации пакетов
Пакетные сети отличаются от сетей коммутации каналов
используемыми коммутаторами с буферной памятью для временного
хранения пакетов, выходные порты которых в момент принятия пакета
заняты передачами других пакетов.
Обычно выделяют три вида маршрутизации:
1) простая маршрутизация, при которой на этапе определения
маршрута во внимание не берется ни изменение топологии сети, ни
изменение её состояния, нагрузки.
Имеет невысокую эффективность, главное преимущество - простота
создания алгоритма маршрутизации.
29
На базе простой маршрутизации реализованы на практике случайная и
лавинная маршрутизации;
2) фиксированная маршрутизация подразумевает учет изменений
топологии сети при выборе маршрута и игнорирование изменений её
нагрузки.
Обычно разделяют однопутевую и многопутевую фиксированные
маршрутизации;
3) адаптивная маршрутизация, при которой все решения о направлении
передачи пакетов реализуются с учётом изменения не только самой
топологии, но и нагрузки на сеть.
Существуют разные модификации адаптивной маршрутизации,
которые отличны друг от друга первичной информацией, которая
используется при выборе маршрута.
К такому виду маршрутизации обычно относят локальную,
распределённую, централизованную, и гибридную.
Достоинства сетей с коммутации пакетов:
1) устойчивость к сбоям;
2) высокая скорость сетей при передачах пульсирующего трафика;
3) динамическое изменение пропускной способности канала связи.
Недостатки сетей с коммутации пакетов:
1) неопределенная скорость обмена данных между участниками
сети;
2) непостоянные величины задержек пакетов данных;
3) потери данных в результате переполнения буферов;
4) нарушенная последовательность поступления пакетов.
Сравнительный анализ сетей по методу передачи данных представлен в
таблице 3.
30
Таблица 3 - Сравнительный анализ сетей по методу передачи данных
Метод
передачи
данных
Достоинства
Недостатки
Коммутация
каналов
постоянная и известная скорость
передачи данных;
правильная последовательность
прихода данных;
низкий и постоянный уровень
задержки передачи данных через
сеть.
возможен отказ сети в
обслуживании запроса на
установление соединения;
нерациональное использование
пропускной способности
физических каналов, в
частности невозможность
применения пользовательской
аппаратуры, работающей с
разной скоростью.
Коммутация
пакетов
более устойчива к сбоям;
высокая общая пропускная
способность сети при передаче
пульсирующего трафика;
возможность динамически
перераспределять пропускную
способность физических каналов
связи.
неопределенность скорости
передачи данных между
абонентами сети;
переменная величина задержки
пакетов данных;
возможны потери данных из-за
переполнения буферов;
возможны нарушения
последовательности прихода
пакетов.
Коммутация
сообщений
Время доставки сообщения
определяется временем обработки в
каждом узле, числом узлов и
пропускной способности сети, более
эффективное использование каналов
Более сложная маршрутизация
В первой главе выпускной квалификационной работы рассмотрены
классификация и основные принципы построения локальных
вычислительных сетей.
В результате для реализации офисной сети выбраны топология звезда и
технология Ethernet.
Проведенные исследования и полученные авторские выводы
позволяют перейти к рассмотрению второй главы, посвященной анализу
сетевого и автономного программного обеспечения, а также программным
методам защиты информации.
31
ГЛАВА 2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОСТРОЕНИЕ
БАЗОВЫХ ТОПОЛОГИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
2.1. Автономные и сетевые операционные системы
Операционная система (ОС) является главной частью всего
программного обеспечения персонального компьютера (ПК).
ОС представляет собой совокупность служебных и системных средств,
которые реализуют взаимодействие пользователя с компьютером и
выполняют все другие программы.
С одной стороны, ОС опирается на базовое программное обеспечение
компьютера, которые входит в систему BIOS, с другой стороны, она сама
является основой для программного обеспечения более высокого уровня –
прикладных ПО и множества служебных приложений.
Операционные системы отличаются особенностями реализации
алгоритмов управления ресурсами ПК, а также областями использования.
В зависимости от алгоритмов управления процессором, ОС можно
разделить на:
• Однозадачные и многозадачные;
• Многопользовательские и однопользовательские;
• Многопроцессорные и однопроцессорные;
• Сетевые и локальные.
По числу выполняемых одновременно задач Ос можно разделить на
два класса:
• Однозадачные (например, MS-DOS);
• Многозадачные (например, Windows, Unix).
Однозадачные системы используют средства управления
периферийными устройствами, средства контроля файлов, средства
взаимодействия с пользователем.