12
для управления сетевыми ресурсами, однако всегда имеется один (или более)
файл-сервер (или другими словами сервер баз данных) для управления
внешними ЗУ общего доступа и организации распределенных баз данных
сети(РБД)[8].
Рабочие станции и серверы, как правило, имеют соединение кабелем
коммуникационной подсети с помощью интерфейсных плат, которые
называются сетевыми адаптерами (СА). Главными функциями СА являются
следующие: организация приема (передачи) данных из (в) PC, формирование
пакета данных, согласование скорости приема (передачи) информации
(буферизация), параллельно-последовательное преобразование
(конвертирование), проверка правильности передачи, кодирование
(декодирование) данных, организация собственно обмена данными,
установление соединения с требуемым абонентом сети. В ряде случаев
перечень функций СА существенно увеличивается, и тогда они строятся на
основе микропроцессоров и встроенных модемов.
В сети в качестве кабельных передающих сред обычно применяются
витая пара, оптоволоконный кабель и коаксиальный кабель.
Помимо описанного в ЛВС применяется также следующее сетевое
оборудование, представленное ниже:
1. приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры),
которые служат для объединения сегментов локальной сети с шинной
топологией;
2. концентраторы (хабы), которые служат для формирования сети
произвольной топологии (используются активные и пассивные
концентраторы);
3. мосты, которые служат для объединения локальных сетей в единое
целое и повышения производительности этого целого путем регулирования
трафика (данных пользователя) между отдельными подсетями;
4. маршрутизаторы и коммутаторы, которые служат для реализации
функций коммутации и маршрутизации при управлении трафиком в
13
сегментированных (состоящих из взаимосвязанных сегментов) сетях. В
отличие от мостов, которые обеспечивают сегментацию сети на физическом
уровне, маршрутизаторы позволяют выполнять рад «интеллектуальных»
функций при управлении трафиком, стоит отметить. Коммутаторы, которые
выполняют практически те же функции, что и маршрутизаторы, имеют
превосходство их по производительности и обладают меньшей латентностью
(данный термин обозначает аппаратную временную задержку между
получением и пересылкой информации)[9];
5. модемы (модуляторы — демодуляторы), которые служат для
согласования цифровых сигналов, которые генерируются компьютером, с
аналоговыми сигналами типичной современной телефонной линии;
6. анализаторы, которые служат для контроля качества
функционирования сети;
7. сетевые тестеры, которые служат для проверки кабелей и
отыскания неисправностей в системе установленных кабелей.
К наиболее типичным областям использования ЛВС относятся
следующие, представленные ниже
Обработка текстов является одной из наиболее распространенных
функций средств обработки информации, которые используются в ЛВС.
Организация собственных информационных систем, которые содержат
автоматизированные базы данных, которые бывают общие и
индивидуальные, распределенные и сосредоточенные. Такие базы данных
имеют возможность быть в каждой фирме или организации.
Организация электронной почты является одним из видов услуг ЛВС,
которые позволяют всем сотрудникам и руководителям предприятия
оперативно получать всевозможные сведения, которые требуются в его
производственно-хозяйственной, коммерческой и торговой деятельности.
Коллективное использование и применение дорогостоящих ресурсов
является необходимым условием снижения стоимости работ, которые
выполняются в порядке реализации вышеуказанных применений сетей. Речь
14
идет о таких ресурсах, как запоминающие устройства большой емкости,
высокоскоростные печатающие устройства, мощные средства обработки
информации, базы данных, базы знаний, прикладные программные системы.
В сетях с централизованным управлением выделяются одна или
несколько машин (центральных систем или органов), которые управляют
работой сети. Диски выделенных машин, которые называются файл-
серверами или серверами баз данных, доступны всем другим компьютерам
(рабочим станциям) сети. На серверах работает сетевая ОС, как правило она
является мульти задачной. Рабочие станции имеют доступ к дискам серверов
и совместно используемым принтерам, но, как правило, не могут работать
непосредственно с дисками других PC.
Теперь перейдем к рассмотрению протоколов передачи данных и
методов доступа к передающей среде в ЛВС, что сделано ниже.
Протоколы передачи данных нижнего уровня, которые получили
распространение в ЛВС представлены ниже.
Типичные методы доступа к передающей среде в современных ЛВС
есть следующие:
• множественный доступ с контролем несущей и обнаружением кон-
фликтов (CSMA/CD), другими словами называемый методом доступа
Ethernet, так как именно в этой сети он получил широкое распространение;
• маркерное кольцо (или метод доступа Token Ring другими словами);
• маркерная шина (или метод доступа Arcnet другими словами).
Все эти указанные методы доступа реализованы соответственно на
следующих стандартах IEEE802.3, IEEE802.5, IEEE802.4[10].
15
Рисунок 1.1 - Протоколы передачи данных нижнего уровня в ЛВС
Метод доступа Ethernet(метод случайного доступа) применяется в ЛВС
с шинной топологией, он дает возможность обеспечивать высокую скорость
передачи данных и надежность. Данный метод -это метод множественного
доступа с прослушиванием несущей и разрешением конфликтов (коллизий).
Каждая PC перед началом передачи определяет, свободен или занят канал.
Если канал свободен, PC начинает передачу данных, которую осуществляет
пакетами, которые упакованы в кадры. Из-за различных системных задержек
имеют возможность к возникновению коллизии. В таком случае станция
задерживает передачу на определенное время. Для каждой PC
устанавливается свое время ожидания перед повторной передачей кадра.
Коллизии приводят к снижению и уменьшению быстродействия сети только
при сравнительно большом количестве активных PC (до 80—100)[ 11].
Метод доступа Token Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на
кольцевую топологию сети. Данный метод - это селективный метод доступа в
кольцевой моноканал, который именуется «маркерное кольцо». В качестве
маркера применяется уникальная последовательность битов. Маркер не
имеет адреса и может находиться в одном из двух состояний, а именно либо
в занятом, либо в свободном. Если ни одна PC не готова к передаче данных,
16
свободный маркер циркулирует по кольцу. Станция, которая имеет кадр для
передачи, ждет подхода свободного маркера, захватывает его, изменяет
состояние маркера на «занятый» и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с
кадром перемещается по кольцу и возвращается к станции-отправителю,
причем при прохождении через узел назначения снимается копия кадра.
Станция-отправитель удаляет свой кадр из кольца, может изменить
состояние маркера на «свободный» и передает его дальше по кольцу. С этого
момента любая станция может изменить состояние маркера на «занятый» и
начать передачу данных[12].
Метод доступа Arcnet был разработан фирмой Data point Corporation и
используется в ЛВС с топологией «звезда» и «общая шина». Это
селективный метод доступа в моноканал, который называется «маркерная
шина». Данный маркер создается одной из станций сети и имеет адресное
поле, где указывается номер (адрес) станции, владеющий маркером.
Передачу может производить только та станция, владеющая в данный
момент маркером (эстафетной палочкой). Остальные станции работают на
прием.
В отличие от протоколов нижнего уровня, которые обеспечивают
доступ к передающей среде, протоколы верхнего уровня (которые также
называются протоколами среднего уровня, так как они реализуются на 4-м и
5-м уровнях модели ВОС) служат для обмена данными в сети. Данные
протоколы предоставляют программам интерфейс для передачи данных
методом, который называется дейтаграмм, когда пакеты адресуются и
передаются без подтверждения получения, и методом под названием сеансов
связи, при котором устанавливается логическая связь между
взаимодействующими станциями (адресатом и источником) и доставка
сообщений в данном случае должна подтверждаться [13].
Теперь перейдем к рассмотрению сетевого оборудования и
программного обеспечения ЛВС.
17
Указанные основные функции адаптеров и их технические
характеристики определяются поддерживаемым уровнем протокола ЛВС в
соответствии с архитектурой семиуровневой эталонной модели ВОС[14].
По выполняемым функциям СА можно разделить на две группы,
представленные ниже:
1. Функции СА, которые реализуют функции физического и канального
уровней.
Такие адаптеры, которые выполнены в виде интерфейсных плат, могут
отличаться технической простотой и невысокой стоимостью. Сетевые
адаптеры применяются в сетях с простой топологией, где почти отсутствует
необходимость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов,
согласование протоколов различных сетей, формирование из поступающих
пакетов сообщений, и другие[15].
2. Функции СА, которые реализуют первые четыре уровня модели ВОС
– то есть физического, канального, сетевого и транспортного уровня. Эти
адаптеры, кроме функций СА первой группы, имеют возможность для
выполнения функции маршрутизации, ретрансляции данных, сборки пакетов
сообщение (при приеме), формирования пакетов из передаваемого
сообщения (при передаче), согласования ПДД различных сетей, сокращая
таким образом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию
сетевого обмена. Технически они могут быть выполнены на базе
микропроцессоров. Само собой разумеется, что такие адаптеры в ЛВС, где
имеется необходимость в реализации перечисленных функций[16].
Адаптеры как правило бывают ориентированными на определенную
архитектуру ЛВС и ее технические характеристики, поэтому по топологии
сети адаптеры разделяются на следующие группы, представленные ниже:
поддерживающие шинную топологию, звездообразную, древовидную,
кольцевую, комбинированную (звездно-кольцевую, звездно-шинную).
Концентраторы (хабы) являются устройствами удобными для
формирования сети произвольной топологии. Сейчас промышленностью
18
выпускается ряд типов концентраторов, а именно активных и пассивных с
автономным питанием, которые выполняют роль повторителя.
Концентраторы отличаются по количеству, типу и длине подключаемых
кабелей и имеют возможность автоматически управлять подсоединенными
сегментами, то есть обеспечивают включение и выключение их в случае
обнаружения сбоев и обрывов в сети [17].
Приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры) являются
устройствами с помощью которых можно объединить несколько сегментов
сети с шинной топологией, производя увеличение таким образом общей
протяженности локальной сети.
Приемопередатчик является устройством, которое предназначено для
приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в шину.
Приемопередатчик также дает разрешение коллизии в шине. Конструктивно
приемопередатчик и контроллер имеют возможность быть объединёнными
на одной плате или находиться в различных узлах, стоит отметить[18].
Повторителем называется устройство с автономным питанием, которое
обеспечивает передачу данных между сегментами сети определенной длины.
Мосты и шлюзы применяются для соединения как правило идентичных
сетей, которые имеют некоторые физические различия на физическом и
канальном уровнях. Для примера, с помощью моста имеют возможность
соединяться на 3-м (сетевом) уровне две сети с различными более низкими
уровнями, но одинаковыми более высокими уровнями, стоит отметить[19].
Шлюзы используются как правило для соединения различных сетей.
Они имеют возможность выполнять протокольное преобразование для всех
семи уровней модели ВОС, в частности маршрутизацию пакетов,
преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной
системы кодирования в другую. Следует иметь ввиду, что, по мере того как
взаимная связь будет установлена на все более высоких уровнях модели
ВОС, задача поддержания такой связи усложняется в сети, и для ее
реализации в сети необходимо иметь более мощный процессор[20].
19
Маршрутизаторами или роутерами называются устройства
устанавливающие соединение на 4-м (транспортном) уровне, при этом
верхние уровни сети (5-й, 6-й и 7-й) должны быть одинаковыми в таком
случае. Они позволяют обеспечивать достаточно сложный уровень сервиса,
так как могут выполнять «интеллектуальные» функции: выбор наилучшего
маршрута для передачи сообщения, которое адресовано другой сети; защиту
данных; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного
распределения потоков данных; различные протокольные преобразования;
буферизацию передаваемых данных. Такие возможности маршрутизаторов
являются очень важными при построении и разработке базовых сетей
крупных организаций и предприятий[21].
Применение маршрутизаторов при объединении ряда небольших
локальных сетей в единую сеть дает следующие плюсы (по сравнению с
большой ЛВС, которая имеет такое же количество абонентских систем),а
именно следующие:
• имеется возможность обеспечивать большую безопасность
информации, которая циркулирует в сети.
• имеется возможность увеличения производительности сети в
пределах каждой индивидуальной сети, которая входящих в состав единой
сети.
• имеется возможность повышения надежности работы сети: выход из
строя одной ЛВС не отражается на работе других взаимосвязанных сетей, так
как маршрутизаторы, которые осуществляют множественное
взаимодействие, изолируют отказавшие сети;
• имеется возможность увеличения диапазона действия сети:
выполняя функции усилителей сигнала, маршрутизаторы устраняют
ограничение по допустимой протяженности длины кабеля в сети.
Коммутаторы имеют большую пропускную способность, что важно
для интерактивного трафика между взаимодействующими рабочими
станциями в сети. В сети Ethernet коммутаторы обрабатывают полученный
20
пакет в реальном масштабе времени, при этом имея обеспечения низкой
латентности и высокой скорости коммутации в сети.
При формировании больших сетей масштаба предприятия или
компании наиболее удачный –это комбинированный вариант применения
мостов, маршрутизаторов и коммутаторов, умелое их сочетание, которое
позволяет создавать и проектировать действительно гибкие сетевые
архитектуры и структуры.
Модемы и факс-модемы являются устройствами обеспечивающими
согласование цифровых сигналов компьютера с аналоговыми сигналами
телефонной линии, при передаче данных осуществляет модулирование
аналоговых сигналов цифровой информацией, а при приеме осуществляется
демодулирование. Главным отличием между данными устройствами
является способ модуляции сигнала. Все модемы можно разделить на
следующие виды: с частотной, фазовой и амплитудной модуляцией
сигнала[22].
При создании и проектировании модемов как правило
придерживаются определенных стандартов передачи сигналов в сети. Можно
выделить ряд стандартов по ряду признаков, рассмотрим их ниже.
Первый стандарт - есть модемы которые разработаны по скорости
передачи данных.
Второй стандарт – есть модемы, которые связаны с применяемыми
протоколами коррекции ошибок в них.
Третьим стандартом является тот, который определяет реализуемый
метод сжатия данных. Здесь также стандарт MNP5, который
предусматривает сжатие информации всего лишь вдвое, стоит отметить.
Теперь рассмотрим конструктивное исполнение модемов, которые
имеют возможность быть как внутренними (встроенными), так и внешними.
Внутренний модем создается в виде отдельной платы, которая вставляется в
слот на материнской плате компьютера. Внешний модем создается в виде
отдельного устройства с блоком питания, который подключается к
21
последовательному асинхронному порту компьютера.
Факс-модемы имеют возможность обеспечивать скоростную передачу
данных только в одном направлении и применяют свои собственные
стандарты. Они лучше справляются с передачей информации, чем с приемом.
В настоящий момент выпускаются также комбинированные модемы (модем
данных/факс-модем)[23].
Теперь рассмотрим анализаторы ЛВС, которые являются мощным
диагностическим инструментом, который предназначен для контроля
качества функционирования сети. Контроль дает возможность наблюдать за
работой сети в режиме реального времени и регистрировать события,
имеющие возможность означать возникновение проблемы в сети. Контроль
сопровождается как графическим, так и цифровым отображением
информации. Анализаторы ЛВС имеют возможность накапливать и хранить
информацию о состоянии сети с целью последующего его воспроизведения и
анализа.
Теперь рассмотрим сетевые тестеры, которые являются приборами,
входящими в состав контрольно-измерительной аппаратуры, облегчающей
установку и техническое обслуживание локальных сетей, стоит отметить
Тестеры линий передачи есть хорошие средства проверки нового
кабеля и отыскания неисправностей в системе установленных кабелей в сети.
Тестеры способны не только обнаруживать неисправность, но и сообщать
сведения о ее характере и месте расположения на участке сети[24].
Программное обеспечение для работы с сетью
Программное обеспечение или сокращенно ПО ЛВС как правило
представляет собой иерархическую структуру, которая соответствует
семиуровневой модели ВОС. Это позволяет существенно облегчить задачу
стандартизации программного обеспечения в соответствии с общепринятыми
в мире протоколами. Стоит отметить, что основной и главной задачей ЛВС
является обеспечение функционирования прикладных процессов, которые
реализуются АС сети. Для того чтобы выполнялись прикладные процессы