Календарь
Май
Пн   7 14 21 28
Вт 1 8 15 22 29
Ср 2 9 16 23 30
Чт 3 10 17 24 31
Пт 4 11 18 25  
Сб 5 12 19 26  
Вс 6 13 20 27  

2.2 Принципы построения локальных вычислительных систем



2.2.1 Локальные вычислительные сети как массовые компьютерные системы.

Локальные вычислительные сети представляют собой системы распределенной обработки данных и, в отличие от глобальных и региональных вычислительных сетей, охватывают небольшие территории (диаметром 5 - 10 км) внутри отдельных контор, банков, бирж, вузов, учреждений, научно-исследовательских организаций и т.п.. При помощи общего канала связи ЛВС может объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих персональные компьютеры (ПК), внешние запоминающие устройства (ЗУ), дисплеи, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, интерфейсные схемы и др.. ЛВС могут подключаться к другим локальным и большим (региональным, глобальным) сетям ЭВМ с помощью специальных шлюзов, мостов и маршрутизаторов, реализуемых на специализированных устройствах или на ПК с соответствующим программным обеспечением.

Относительно небольшая сложность и стоимость ЛВС, использующих в основном ПК, обеспечивают широкое применение сетей в автоматизации коммерческой, банковской и других видов деятельности, делопроизводства, технологических и производственных процессов, для создания распределнных управляющих, информационно-справочных, контрольно-измерительных систем, систем промышленных роботов и гибких производственных производств. Во многом успех использования ЛВС обусловлен их доступностью массовому пользователю, с одной стороны, и теми социально-экономическими последствиями, которые они вносят в различные виды человеческой деятельности, с другой стороны. Если в начале своей деятельности ЛВС осуществляли обмен межмашинной и межпроцессорной информацией, то на последующих стадиях в ЛВС стала передаваться, в дополнение к этому, текстовая, цифровая, изобразительная (графическая), и речевая информация.

Благодаря этому стали появляться центры машинной обработки деловой (документальной) информации (ЦМОДИ) -- приказов, отчетов, ведомостей, калькуляций, счетов, писем и т.п.. Такие центры представляют собой совокупность автоматизированных рабочих мест (АРМ) и являются новым этапом на пути создания в будущем безбумажных технологий для применения в управляющих, финансовых, учетных и других подразделениях. Это позволяет отказаться от громоздких, неудобных и трудоемких карточных каталогов, конторских и бухгалтерских книг и т.п., заменив их компактными и удобными машинописными носителями информации -- магнитными и CD-ROM дисками, магнитными лентами и т.д.. В случае необходимости в таких центрах можно получить твердую копию документа, а с твердой копии -- машиночитаемую запись.

Как следует из названия, локальная вычислительная сеть является системой, которая охватывает относительно небольшие расстояния. Международный комитет IEEE802 (Институт инженеров по электронике и электротехнике, США), специализирующийся на стандартизации в области ЛВС, дает следующее определение этим системам: “Локальные вычислительные сети отличаются от других видов сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью, такой, как группа рядом стоящих зданий, и, в зависимости от каналов связи осуществляют передачу данных в диапазонах скоростей от умеренных до высоких с низкой степенью ошибок... Значения параметров области, общая протяженность, количество узлов, скорость передачи и топология ЛВС могут быть самыми различными, однако комитет IEEE802 основывает ЛВС на кабелях вплоть до нескольких километров длины, поддержки нескольких сотен станций разнообразной топологии при скорости передачи информации порядка 1-2 и более Мбит/с”.

Современная стадия развития ЛВС характеризуется почти повсеместным переходом от отдельных, как правило, уже существующих, сетей, к сетям, которые охватывают все предприятие (фирму, компанию) и объединяют разнородные вычислительные ресурсы в единой среде. Такие сети называются корпоративными .

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть таким же как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из некоторого места вне сети. Это требует скорости передачи данных от 1 до 10 Мбит/с и более.

Локальные сети ПК должны не только бытро передавать информацию, но и легко адаптироваться к новым условиям, иметь гибкую архитектуру, которая позволяла бы располагать АРМ (или рабочие станции) там, где это потребуется. У пользователя должна быть возможность добавлять или перемещать рабочие места или другие устройства сети, а также, отключать их в случае надобности без прерывания в работе сети.

Удовлетворение перечисленных требований достигается модульным т -- сетевых адаптеров. построением ЛВС, которая позволяет строить компьютерные сети различной конфигурации и различных возможностей. Основными компонентами ЛВС являются: кабели (передающие Среды), рабочие станции (АРМ), платы интерфейса сети, серверы сети.

Каждое устройство ЛВС подключено к кабелю передачи данных, что позволяет им взаимодействовать. Кабели могут быть как простыми двужильными телефонными, так и дорогими оптоволоконными. Устройства сети соединяются кабелями с помощью интерфейсных платформ.

Специфическими компонентами ЛВС являются серверы. Они управляют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Серверы -- это аппаратно-программные системы. Аппаратным средством обычно является достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большая ЭВМ или компьютер, спроектированный специально как сервер. ЛВС может иметь несколько серверов для управления сетевыми ресурсами, однако всегда должен быть один или более файл-сервер или сервер без данных. Он управляет внешними запоминающими устройствами общего доступа и позволяет организовать определенные базы данных.

Рабочими станциями в ЛВС служат, как правило, персональные компьютеры. Отдельные пользователи (различные должностные лица подразделений фирмы) реализуют на рабочих станциях свои прикладные системы. В основном это определенные функциональные задачи (ФЗ) или комплексы задач (Функциональные подсистемы). Выполнение любой ФЗ связано с понятием вычислительного процесса или просто процесса .

Такие территориально разрозненные и взаимодействующие процессы в ЛВС могут быть реализованы на основе двух глобальных концепций: первая устанавливает произвольные связи между процессами без функциональной среды между ними, вторая определяет связь только через функциональную среду. Очевидно, что в первом случае процесс А пользователя отвечает за правильность понимания другого процесса В, связанного в данный момент с процессом А. Обеспечение правильности понимания, например, диктует необходимость иметь в составе операционных систем средства теледоступа в каждом из соединяемых процессов, достаточные для взаимодействия процессов А и В. Поскольку предусмотреть такие средства на все виды процессов нереально, то процессы в ЛВС (и других сетях ЭВМ) соединяются с помощью функциональной среды, обеспечивающей выполнение определенного свода правил -- протоколов связи процессов.

Реализация протоколов связи процессов ЛВС, как правило, предполагает использование принципа пакетной коммутации для обмена информацией между взаимодействующими процессами. При пакетной коммутации информация перед передачей разбивается на сегменты (блоки), которые представляются в виде пакетов определенной длины, содержащих кроме информации пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и выявлять возникающие при передаче ошибки.  

2.2.2 Классификация ЛВС

Сейчас в мире насчитываются десятки тысяч различных ЛВС и для их рассмотрения полезно иметь систему классификации. Установившейся классификации ЛВС пока не существует, однако можно выявить определенные классификационные признаки ЛВС. К ним можно отнести классификацию по назначению, типам используемых ЭВМ, организации управления, организации передачи информации, по топологическим признакам, методам теледоступа, физическим носителям сигналов, управлению доступом к физической передающей среде и др..

По назначению ЛВС можно разделить на следующие: управляющие (организационными, технологическими, административными и другими процессами), информационные (информационно-поисковые), расчетные, информационно-расчетные, обработки документальной информации и др..

По типам используемых в сети ЭВМ их можно разделить на однородные и неоднородные. Примером однородной ЛВС служит сеть ДЕКНЕТ, в которую входят ЭВМ только фирмы ДЕК. Часто однородные ЛВС характеризуются и однотипным составом абонентских средств, например, только комплексами машинной графики или только дисплеями и т.п..

Неоднородные ЛВС содержат различные классы (микро-, мини-, большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование.

По организации управления однородные ЛВС в зависимости от наличия (или отсутствия) центральной абонентской системы делятся на две группы. К первой группе относятся сети с централизованным управлением. Для таких сетей характерны обилие служебной информации и приоритетность подключаемых к моноканалу станций (по расположению или принятому приоритету). В общем случае ЛВС с централизованным управлением (не обязательно на основе моноканала) имеет централизованную систему (ЭВМ), управляющую работой сети. Прикладной процесс центральной системы организует проведение сеансов, связанных с передачей данных, осуществляет диагностику сети, ведет статистику и учет работы. В ЛВС с моноканалом центральная система реализует, также, общую степень защиты от конфликтов. При выходе из строя центральной системы вся ЛВС прекращает работу.

Сети с централизованным управлением отличаются простотой обеспечения функций взаимодействия между ЭВМ ЛВС и, как правило, характеризуются тем, что большая часть информационно-вычислительных ресурсов сосредоточивается в центральной системе. Применение ЛВС с централизованным управлением целесообразно при небольшом числе абонентских систем. Когда информационно-вычислительные ресурсы ЛВС равномерно распределены по большому числу абонентских систем, централизованное управление малопригодно, так как не обеспечивает требуемой надежности сети и приводит к резкому увеличению служебной (управляющей) информации. В данном случае более целесообразны ЛВС второй группы — с децентрализованным или распределенным управлением. В этих сетях все функции управления распределены между системами сети. Однако, для проведения диагностики, сбора статистики и проведения других административных функций, в сети используется специально выделенная абонентская система (или прикладной процесс в такой системе).

В децентрализованных ЛВС на основе моноканала по сравнению с централизованными усложняются проблемы защиты от конфликтов, для этого применяются многоступенчатые тракты, учитывающие противоречивые требования надежности и максимальной загрузки моноканала.

Одна из наиболее распространенных децентрализованных форм управления предусматривает две ступени защиты от конфликтов. На первой сосредоточены функции МАС-логики, определяющие активность моноканала и блокирующие передачу в случае обнаружения любой активности. На второй ступени выполняются более сложные функции анализа системных задержек, управляющих моментом начала передачи информации какой-либо из систем ЛВС.

По организации передачи информации ЛВС делятся на сети с маршрутизацией информации и селекцией информации. Взаимодействие абонентских систем маршрутизацией информации обеспечивается определением путей передачи блоков данных по адресам их назначения. Этот процесс выполняется всеми коммуникационными системами, имеющимися в сети. При этом абонентские системы могут взаимодействовать по различным путям (маршрутам) передачи блоков данных и для сокращения времени передачи осуществляется поиск кратчайшего по времени маршрута.

В сетях с селекцией информации взаимодействие абонентских систем производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных. При этом всем абонентским системам доступны все блоки данных, передаваемые в сети. Как правило, это связано с тем, что ЛВС с селекцией информации строятся на основе моноканала.

Механизм передачи данных, допустимый в той или иной ЛВС, во многом определяется топологией сети. По топологическим признакам ЛВС делятся на сети с произвольной, кольцевой, древовидной конфигурацией, сети типа “общая шина” (моноканал, “звезда”) и др..

Кроме топологии ЛВС процесс передачи данных во многом определяется программным обеспечением ЭВМ абонентских систем, в основном их операционными системами, поскольку каждая из них поддерживает соответствующий метод теледоступа со стороны терминалов. Моноканал рассматривается тоже как один из терминалов, поэтому очень важно знать, насколько различаются операционные системы и методы теледоступа всех абонентских комплексов, подключенных к сети. Различают ЛВС с единой операционной поддержкой и едиными методами теледоступа, ориентированными на ЛВС, и ЛВС с различными использоваться различные физические носители сигналов . Тип носителя определяет основные свойства устройства, которое подключается к передающей среде для обмена сигналами.

Простейшей физической средой является витая пара. Их использование снижает стоимость ЛВС, во-первых, по причине дешевизны самого носителя, а во-вторых, благодаря наличию на многих объектах резервных пар в телефонных кабелях, которые могут быть выделены для передачи данных. К недостаткам витой пары как среды передачи данных относятся плохая защищенность от электрических поьех, простота несанкционированного подключения, ограничения на дальность (сотни метров) и скорость передачи данных (несколько сотен килобит в секунду).наборами тех или других компонентов операционной поддержки. Единая операционная поддержка, включая метод теледоступа, предусмотрена в однородных ЛВС. Сложнее обстоит дело с ЛВС, использующих ЭВМ различных классов и моделей, например мири-ЭВМ и большие вычислительные машины.

Методы теледоступа поддерживают многоуровневые системы интерфейсов. Различают многоуровневые (модель открытых систем) и двухуровневые ЛВС. К двухуровневым примыкают закрытые терминальные комплексы со стандартными методами теледоступа (базисный телекоммуникационный метод доступа — БТМД).

В любых классах рассмотренных нами ЛВС могут

Многожильные кабели значительно дороже чем витая пара, хотя и обладают приьерно такими же свойствами, и позволяют удаленной станции и получения ответа. Этот интервал времени T, называемый тактом, определяется по формуле: несколько повысить скорость передачи (за счет параллельности).

Наиболее распространенной средой передачи данных в современных ЛВС является коаксиальный кабель. Он прост по конструкции, имеет небольшую массу и умеренную стоимость, и в то же время обладает хорошей электрической изоляцией, допускает работу на довольно больших расстояниях (сотни метров — километры) и высоких скоростях (десятки мегабит в секунду). Эти характеристики, однако, находятся в противоречивой взаимосвязи. Лучшие электрические характеристики имеют биаксиальные и триаксиальные кабели.

В последнее время все большее применение находят оптоволоконные кабели (световоды), которые обладают рядом преимуществ. Они имеют небольшую массу, способны передавать информацию с очень высокой скоростью (свыше 1 тыс. Мбит/с), невосприимчивы к электрическим помехам, сложны для несанкционированного подключения и полностью пожаро- и взрывобезопасны. По этим причинам световоды нашли применение в системах военного разначения, в авиации и химии. В то же время с ними связан ряд проблем: сложность технологии сращивания, возможность передачи данных только по одному направлению, высокая стоимость модемов, ослабление сигнала при подключении осветителей и др..

Радиосреда в ЛВС используется мало из-за экранированности зданий, ограничений юридического плана и низких скоростей передачи, характерных для этой среды. Основное достоинство радиоканала — отсутствие кабеля и, следовательно, возможность обслуживания мобильных станций.

В восьмидесятые годы были проведены опыты по применению ирфра-красных лучей в ЛВС. Можно ожидать, что в ближайшем будущем эта Среда передачи данных обеспечит распространение цифровых сигналов в пределах одного помещения. Установленная на потолке “интеллектуальная лампочка” могла бы служить интерфейсом с сетью здания, а также управлять сигналами на локальной “инфракрасной шине”.

Важным классификационным признаком ЛВС является метод управления средой передачи данных . Применительно к ЛВС с моноканалом можно выделить методы детерминированного и случайного доступа к моноканалу. К первой группе относятся метод вставки регистра, метод циклического опроса, централизованный и децентрализованный маркерный метод и другие, ко второй группе (случайные методы доступа) — методы состязаний с прослушиванием моноканала до передачи, с прогнозированием столкновений и некоторые другие.

2.2.3 Топология ЛВС

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет многие важные свойства сети, например, такие, как надежность (живучесть), производительность и др..

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый ПК (приемопередатчик физических сигналов) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром (см. рис.). В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК (см. рис.). Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации — это, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные — ЛВС с маршрутизацией информации.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать с сигалами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей (аналоговых усилителей). Поскольку в широковещательных ЛВС в любой момент времени может работать только одна станция (абонентская система), передаваемая служебная информация используется для установления контроля станции над сетью на время распространения сигнала по сети, его обработки в самой

T = KL + Tп + Tр, где

L — протяженность сети, км;

Тп — время передачи управляющего сообщения, мкс;

Тр — время реакции на сообщение удаленной станции, мкс;

K = 10 мкс/км.

Например, ЛВС протяженностью 2 КМ при скорости передачи 10 Мбит/с имеет такт длительностью около 30 мкс, что соответствует времени передачи 300 бит. Поскольку служебная информация присутствует в каждой передаче, желательно, чтобы средняя продолжительность передачи много превышала длительность такта. В связи с этим, обычно в широковещательных ЛВС используются пакеты объемом не менее 2 — 4 Кбит.

Основной тип широковещательной конфигурации — общая шина (см. рис. ). Программная обработка блоков данных (пакетов) может шиной являются: простота расширения сети; простота используемых методов управления; возможность работы в параллельном коде (при наличии дополнительных линий связи); отсутствие необходимости в централизованном управлении; минимальный расход кабеля. вестись на уровне Х.25. Основными достоинствами ЛВС с общей

Общая шина представляет собой пассивную среду и поэтому обладает очень высокой надежностью. Кабель шины очень часто прокладывается в фальшпотолках зданий, а к каждой сетевой стации делаются специальные ответвления. Желательно, чтобы соединения ответвлений выполнялись пассивными, так как в этом случае уменьшается интенсивность физического доступа к главной шине. Для повышения надежности, вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который станции переключаются в случае неисправности основного.

Конфигурация типа дерево представляет собой более развитый вариант конфигурации типа шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями (“хабами”). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разветвляется на два поддерева или на две шины.

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа дерево часто имеют так называемый корень — управляющую позицию, в которой размещаются самые важные компоненты сети. К надежности этого оборудования предъявляются высокие требования, поскольку от него зависит работа всей сети. По этой причине оборудование часто дублируется.

Развитие конфигурации типа “дерево” — сеть типа “звезда”, которую можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. В ЛВС в центре звезды может находиться пассивный соединитель или активный повторитель — достаточно простые и надежные устройства. Звездообразные ЛВС обычно менее надежны, чем сети с топологией типа “шина” или “дерево”, но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Заметим, что топология типа “звезда” требует большее количество кабеля, чем “шина” или “ кольцо”.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному из ПК. К передатчикам или приемникам ПК здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях, и на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей Среды.

Наиболее простой путь построения ЛВС — непосредственное соединение всех устройств, которые должны взаимодействовать друг с другом, посредством линии связи от устройства к устройству. Каждая линия может использовать в принципе различные методы передачи и различные интерфейсы, выбор которых зависит от сруктуры и характеристик соединяемых устройств. Такой способ соединения устройств вполне удовлетворителен для ЛВС с ограниченным числом соединений. Основные преимущества данного метода заключаются в необходимости соединения узлов только на физическом уровне, в простоте программной реализации соединения, в простоте структуры интерфейсов. Однако, есть и недостатки, такие как высокая стоимость, большое число каналов связи, необходимость маршрутизации информации.

Другой распространенный способ соединения абонентских систем в ЛВС при их небольшом числе — иерархическое соединение. В нем промежуточные узлы работают по принципу “накопи и передай”. Основные преимущества данного метода заключаются в возможности оптимального соединения ЭВМ, входящих в сеть. Недостатки связаны в основном со сложностью логической и программной структуры ЛВС. Кроме того, в таких ЛВС снижается скорость передачи информации между абонентами различных иерархических уровней.

В системах, где пакет совершает по кольцу полный круг,

Наиболее распространенные последовательные конфигурации — “кольцо”, “цепочка”, “звезда с интеллектуальным центром”, “снежинка”.

В конфигурациях “кольцо” и “цепочка” для правильного функционирования ЛВС необходима постоянная работа всех блоков РМА. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый из блоков включается реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения разработки РМА и ПК сигналы обычно передаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция ЛВС располагает памятью объемом от нескольких битов до целого пакета. Наличие памяти замедляет передачу данных в кольце и обусловливает задержку, длительность которой зависит от числа станций. возвращаясь снова к станции - отправителю, отправитель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор подтверждения. Этот индикатор может служить для управления потоком и (или) квитирования, и должен как можно быстрее вернуться к источнику. Управление потоком предполагает удаление пакетов из кольца станцией - получателем или после завершения полного круга — станцией - отправителем. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, обычно бывает необходим специальный “сборщик мусора”, который опознает и уничтожает такие “заблудившиеся” пакеты.

Как последовательная конфигурация, кольцо особенно уязвимо в отношении отказов. Выход из строя сегментов кабеля или блоков РМА прекращает обслуживание всех пользователей, поэтому разработчики новых ЛВС приложили немало усилий, чтобы справиться с этой проблемой. В то же время, кольцевая структура обеспечивает многие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости и достаточной надежности ЛВС. В кольцевой структуре сохраняются достоинства шины: простота расширения ЛВС, простота методов управления, высокая пропускная способность при малых энергозатратах и среднем быстродействии элементов и узлов ЛВС. Кроме того, в кольцевой ЛВС устраняется ряд недостатков общей шины за счет возможности контроля работоспособности моноканала посылкой по кольцу.

Следует отметить, что в широковещательных конфигурациях и в большинстве последовательных конфигураций (исключение составляет кольцо) каждый элемент кабеля должен обеспечивать передачу разных направлениях; с помощью двух направленных кабелей; применение в широкополосных системах различной несущей частоты для передачи сигналов в двух различных направлениях.

Наличие единственного кабеля обусловливает дополнительную загрузку системы в связи с необходимостью “реверса” направления передачи в кабеле. В больших системах при рабрте на больших скоростях этот недостаток может стать весьма существенным. При дуплексной передаче должны поддерживаться одинаковые характеристики передачи, что может вызвать определенные технические сложности. Например, усилители кабельного телевидения и оптоволоконные соединители обычно

обеспечивают подачу информации только в одну сторону. В этом отношении ЛВС кольцевой топологии имеют преимущество, так как дают возможность использовать однонаправленные усилители сигналов и однонаправленные оптоэлектронные каналы информации в обоих направлениях. Этого можно достичь тремя путями: использование одного кабеля поочередно для передачи в связи.

  © Реферат плюс


Поиск

  © REFERATPLUS.RU  

Яндекс.Метрика