МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Д.В. Груздев
КОМПЬЮТЕРНЫЕ НАУКИ: СЕТИ
Учебно-методическое пособие для вузов
Издательско-полиграфический центр
Воронежского государственного университета
2011
1
Стр.1
Сегодня вычислительные сети развиваются достаточно быстро. Разрыв
между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во
многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов
связи. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие
же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры
в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная
сеть — Internet.
Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры
пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное
коммуникационное оборудование — коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы.
Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения
больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и
имеющих сложную структуру.
Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной
степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться
несвойственная ранее вычислительным сетям информация — голос,
видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу
протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования.
Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана
с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных —
задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах
сети. Так как традиционные службы вычислительных сетей — такие как
передача файлов или электронная почта — создают малочувствительный к
задержкам трафик и все элементы сетей разрабатывались в расчете на него,
то появление трафика реального времени привело к большим проблемам.
Вычислительная сеть — это сложный комплекс взаимосвязанных и
согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.
Изучение сети в целом предполагает знание принципов работы ее отдельных
элементов:
• компьютеров;
• коммуникационного оборудования;
• операционных систем;
• сетевых приложений.
В основе любой сети лежит аппаратный слой компьютерных платформ.
В настоящее время в сетях широко и успешно применяются компьютеры
различных классов –– от персональных компьютеров до суперЭВМ.
Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных
задач, решаемых сетью.
Второй слой –– это коммуникационное оборудование. Хотя компьютеры
и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее
время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства.
Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрути3
Стр.3
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 краткосрочного 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.
Пассивный
Файловый сервер
Пассивный
концентратор
Активный
концентратор
концентратор
Активный
концентратор
Структура логической кольцевой цепи
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.
6
Стр.6
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 для 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.
Файловый сервер
Шинная топология
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.
7
Стр.7
В ВС 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 ВС 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.
Древовидная структура ВС
Файловый сервер
Древовидная структура
8
Стр.8