Администрирование сети

Как уже указывалось в предыдущих разделах главы операционная система, управляющая обработкой, управлением и передачей информации подразделяется на два основных типа: пользовательская и сервера. Соответственно назначение, функции и управление таких операционных систем различно.

Рабочая станция под управлением пользовательской операционной системы, как правило, может поддерживать: выполнение нескольких процессов, создавать, хранить и обновлять список конфигурации компьютера, средства доступа в Интернет, службу сообщений, службу локальной безопасности и защиты файлов, папок и других локальных ресурсов компьютера, надежность функционирования приложений в операционной системе (каждое приложение выполняется в отдельном адресном пространстве).

Серверная операционная система, например Windows NT Server, оптимизирована для работы в качестве сервера файлов, печати, а также для приложений с широким спектром применений: от администрирования нескольких рабочих групп до корпоративных сетей. Основными функциями операционной системы сервера являются: поддержка многопроцессорной обработки задач, управление и администрирование сервера и сети, отслеживание входящего и исходящего трафика сервера, поддержку Web-сервера, интеграцию с клиентами других фирм производителей, например Macintosh и др.

Адресация компьютеров в Интернет

Под Internet

подразумевается совокупность сетей, базирующихся на IP-технологии обмена данными (IP -Internet Protocol) и обеспечивающих пользователям наивысшую степень удобства на коммутируемых или выделенных линиях: максимально высокие скорости, работу с электронной почтой и предоставление самых современных услуг, в числе которых центральное место занимает WWW-технология (World Wide Web - Всемирная информационная паутина).

Каждый узел в объединенной сети, как указывалось выше, должен иметь свой уникальный IP адрес и состоит из двух частей - номера сети и номера узла. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, а остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126 (рис 5.5). В таких сетях количество узлов должно быть больше 216, но не превышать 224.

Если первые два бита адреса равны 1, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28-216.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28 (см. рис. 5.5).

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которые образуют группу номером, указанным в поле адреса.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений(рис 5.5).

В общем случае, такие числовые адреса могут иметь некоторое разнообразие трактовок, из которых приведем здесь следующую:

<класс сети><номер сети><номер компьютера>.

Такая комбинация подразумевает, что множество представимых числовых номеров делится на сети разного масштаба, а именно (рис. 5.5, 5.6):

С помощью специального механизма маскирования любая сеть, в свою очередь, может быть представлена набором более мелких сетей.

Определение номеров сети по первым байтам адреса не вполне гибкий механизм для адресации. На сегодняшний день получили широкое распространение маски. Маска - это тоже 32-разрядное число, она имеет такой же вид, как и IP-адрес. Маска используется в паре с IР-адресом, но не совпадает с ним.

Принцип определения номера сети и номера узла IP-адреса с использованием маски состоит в следующем: двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые в IP-адресе должны представляться как номер сети и нули, в тех разрядах, которые представляются как номер хоста. Кроме того, поскольку номер сети является целой частью адреса, единицы в маске должны представлять непрерывную последовательность.

Каждый класс IP-адресов (А, В, С) имеет свою маску, используемую по умолчанию:

Класс А - 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0)

Класс В - 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0)

Класс С - 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0)

Например, если адресу 190.215.124.30 задать маску 255.255.255.0, то номер сети будет 190.215.124.0, а не 190.215.0.0, как это определяется правилами системы классов.

Доменные адреса

С ростом объемов информации в Internet, увеличилось и количество его узлов. В результате путешествие по глобальной сети с помощью адресов, представленных в виде чисел стало неудобным. На смену им пришли так называемые доменные адреса.

Домен (domain) -- - территория, область, сфера, - фрагмент, описывающий адрес в текстовой форме. Адрес конечного узла представляется в виде не цифрового кода как было указано выше, а в виде набора текстовой информации формата:

domain4.domain3.domain2.domain1

где domain 1 - буквенное обозначение страны, например ru, eng и др., или одной из следующих спецификаций:

com - коммерческие организации

edu - учебные и научные организации

gov - правительственные организации

mil - военные организации

net - сетевые организации разных сетей

org - другие организации

domain4, domain3, domain2 - описывают как правило, более низшие уровни адреса, например, наименование города, отдела, раздела и т.д.

Алгоритмы маршрутизации

Алгоритм маршрутизации - совокупность действий, которая выполняется активными компонентами сети, для того чтобы обеспечить возможность корректной доставки данных абонентам данной сети.

В сложных сетях всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя станциями. Под маршрутом будем понимать последовательность маршрутизаторов, которую должен пройти пакет от станции отправителя до станции получателя.

При выполнении алгоритма маршрутизации узел должен получать информацию от соседних узлов, выполняющих такой же алгоритм маршрутизации, о сетях, которые могут быть достижимы при передаче данных через каждый соседний узел (рис. 5.2). Концентрируя такую информацию в так называемых таблицах маршрутизации, каждый узел может определить направление - маршрут передачи данных для каждой из доступных сетей. В том случае, если таких маршрутов оказалось несколько, алгоритм маршрутизации предусматривает возможность использования специального критерия для выбора оптимального маршрута - например, задержка прохождения маршрута отдельным пакетом, количество пройденных промежуточных маршрутизаторов и др. Чтобы по адресу назначения в сети можно было выбрать маршрут движения пакета, каждая станция анализирует таблицу маршрутизации.

Таблица маршрутизации представляет собой некую базу данных составных элементов сети (сетевых адресов маршрутизаторов, сетей, расстояние до сети назначения, флаг канала и др.) (Рис. 5.2 и таблица 5.1). Флаг U свидетельствует о том, что маршрут в настоящее время занят.

Таблица маршрутизации строится и для станций сети, передающих и принимающих пакеты и для самих маршрутизаторов, отвечающих за пересылку пакетов между различными сетями.

Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, из него извлекается адрес сети, который сравнивается с адресами сети в таблице маршрутизации. Строка с совпавшим адресом указывает, на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет.

С увеличением количества маршрутизаторов, а, следовательно, и числа подсетей в больших корпоративных сетях, число записей в таблице маршрутизации также увеличивается.
Это приводит к возрастанию времени поиска в ней нужной информации, что в свою очередь уменьшает скорость передачи данных и приводит к снижению пропускной способности сети в целом. Рациональным решением данной проблемы является следующий принцип построения таблицы: в нее вносятся только адреса маршрутизаторов, связывающих данную сеть с "соседними" сетями, а все остальные сети идентифицируются в таблице специальной записью - "маршрутизатор по умолчанию", через который пролегает путь ко всем остальным сетям. Пример построения таблицы маршрутизации для сети 1 (рис.5.2) представлен в таблице 5.1

Таблица 5.1. Пример построения таблицы маршрутизации

Наименование сети - получателя пакета	Адрес маршрутизатора	Расстояние до сети получателя	Флаг состояния канала
Сеть 2	1	1	U
По умолчанию	3	-

В зависимости от способа, который используется для обеспечения обмена информацией о маршрутах в сети между узлами при выполнении алгоритма маршрутизации, различают два типа протоколов маршрутизации:

протоколы distant vector, предусматривающие передачу информации о маршрутах периодически, через установленные интервалы времени. Одним из примеров реализации такой технологии является протокол маршрутизации RIP (Routing Information Protocol), применяемый в сетях небольшого размера;

протоколы link state, предусматривающие передачу информации о маршрутах в момент первоначального включения или возникновения изменений в структуре информационных каналов.

Прежде чем пакет будет передан через сеть, необходимо установить виртуальное соединение

между абонентами сети. Существует два типа виртуальных соединений - коммутируемый виртуальный канал Switched Virtual Circuit, SVC) и постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC). При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически, по запросу абонента, а создание постоянного виртуального канала происходит заранее.

Необходимость создания виртуальных каналов заключается в том, что маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц коммутации происходит только один раз - при создании виртуального канала. После создания виртуального канала передача пакетов коммутации происходит на основании идентификаторов виртуальных каналов.

Беспроводные каналы связи

В дополнение к традиционным физическим носителям, методы беспроводной передачи данных могут являться удобной, а иногда и неизбежной альтернативой кабельным соединениям. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию передачи. Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне и инфракрасная связь.

Радиосвязь

Технологии радиосвязи (Radio Waves) пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость, подлежит государственному регулированию и крайне чувствительна к электронному и атмосферному наложению. Она также подвержена перехвату, поэтому требует шифрования или другой модификации при передаче, чтобы обеспечить разумный уровень безопасности.

Связь в микроволновом диапазоне

Передача данных в микроволновом диапазоне (Microwaves) использует высокие частоты и применяется как на коротких расстояниях, так и в глобальных коммуникациях. Их главное ограничение заключается в том, что передатчик и приемник должны быть в зоне прямой видимости друг друга. Передача данных в микроволновом диапазоне обычно используется для соединения локальных сетей в отдельных зданиях, где использование физического носителя затруднено или непрактично. Связь в микроволновом диапазоне также широко используется в глобальной передаче с помощью спутников и наземных спутниковых антенн, обеспечивающих выполнение требования прямой видимости (рис. 3.8). Спутники в системах связи могут находиться на геостационарных (высота 36 тысяч км) или низких орбитах. При геостационарных орбитах заметны задержки на прохождение сигналов (туда и обратно около 520 мс). Возможно покрытие поверхности всего земного шара с помощью четырех спутников. В низкоорбитальных системах обслуживание конкретного пользователя происходит попеременно разными спутниками.
Чем ниже орбита, тем меньше площадь покрытия и, следовательно, нужно или больше наземных станций, или требуется межспутниковая связь, что естественно утяжеляет спутник. Число спутников также значительно больше (обычно несколько десятков). Например, глобальная спутниковая сеть Iridium, имеющая и российский сегмент, включает 66 низкоорбитальных спутников, диапазон частот 1610-1626,5 МГц.

Инфракрасная связь

Инфракрасные технологии (infrared transmissions), функционирующие на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света, могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. Они обычно используют светодиоды (LED, light-emitting diode) для передачи инфракрасных волн приемнику. Поскольку они могут быть физически заблокированы и испытывать интерференцию с ярким светом, инфракрасная передача ограничена малыми расстояниями в зоне прямой видимости. Инфракрасная передача обычно используется в складских или офисных зданиях, иногда для связи двух зданий. Другим популярным использованием инфракрасной связи является беспроводная передача данных в портативных компьютерах.

Драйверы файловой системы

Драйверы файловой системы служат для доступа к файлам. Всякий раз, когда Вы делаете запрос на чтение или запись файла, в работу включается драйвер файловой системы. Несколько основных сетевых компонентов реализованы в виде драйверов файловой системы, например службы Workstation (Рабочая станция) и Server (Сервер).

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КОРПОРАТИВНОЙ

Рассмотрим организационно-штатную структуру подразделения. Во главе подразделения стоит генеральный директор предприятия. В структуру предприятия входят 4 отдела. Каждый отдел имеет в подчинении разное количество сотрудников. На предприятии существует 3 типа потоков информации: распоряжения, доклады, оперативная информация (информация, изменяющаяся во время работы предприятия, т.е. количество заказов, наличие товаров на складе и т.п.).

В структуре предприятия существует 4 отдела (рис. П.1):

Демонстрационный отдел (3 человека). Данный отдел занимается демонстрацией образцов предлагаемой продукции клиентам.

Отдел оформления заказов (8 человек). Данный отдел занимается составлением заказа клиента и выдачей оформленного и оплаченного заказа, т.е. непосредственно работает с клиентами.

Отдел информационной и технической поддержки (2 человека). Данный отдел занимается поддержкой работоспособности программно-аппаратного комплекса.

Финансовый отдел (4 человека). Этот отдел состоит из 3 служб (бухгалтерская, кадровая, касса).

Всего в подразделении задействовано 18 человек, каждому из которых предполагается выделить в пользование персональный компьютер.

Основные технические характеристики

2.1. Показатели качества информационно-вычислительных сетей

2.2. Классификация каналов связи

2.3. Типы цифровых каналов

Контрольные вопросы к главе 2

Глава 3. Линии связи сетей ЭВМ....................................................

3.1. Типы линий связи......................................................................

3.2. Характеристики линий связи....................................................

3.3. Беспроводные каналы связи......................................................

3.4. Системы мобильной связи.........................................................

Контрольные вопросы к главе 3

Глава 4. Локальные вычислительные сети...................................

4.1. Характеристики локальных сетей.............................................

4.2. Методы доступа к среде передачи данных..............................

4.2.1. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов

4.2.2. Приоритетный доступ.........................................................

4.2.3. Маркерные методы доступа................................................

4.3. Локальные сети на основе маркерной шины............................

4.4. Сети на основе маркерного кольца..........................................

4.5. Сети Ethernet..............................................................................

4.6. Сети FDDI..................................................................................

4.7. Высокоскоростные локальные сети..........................................

4.8. Структурированные кабельные системы.................................

4.9. Общие подходы к выбору тополоогии сети.............................

Контрольные вопросы к главе 4......................................................

Глава 5. Организация корпоративных сетей................................

5.1. Общие сведения.........................................................................

5.2. Алгоритмы маршрутизации.....................................................

Характеристики линий связи

К основным характеристикам линий связи относятся:

амплитудно-частотная характеристика;

полоса пропускания;

затухание;

помехоустойчивость;

перекрестные наводки на ближнем конце линии;

пропускная способность;

достоверность передачи данных;

удельная стоимость.

В первую очередь разработчика вычислительной сети интересуют пропускная способность и достоверность передачи данных, поскольку эти характеристики прямо влияют на производительность и надежность создаваемой сети.

Амплитудно-частотная характеристика (рис. 3.2) показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала.

Знание амплитудно-частотной характеристики реальной линии позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники.

На практике вместо амплитудно-частотной характеристики применяются другие, упрощенные характеристики, например, полоса пропускания и затухание.

Полоса пропускания (bandwidth) - это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, обычно 0,5 (рис. 3.2). То есть, полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений.

Затухание (attenuation) определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты. Таким образом, затухание представляет собой одну точку из амплитудно-частотной характеристики линии.

Затухание А обычно измеряется в децибелах (дБ, decibel - dB) и вычисляется по следующей формуле:

А = 10 log10 Рвых

/Рвх,

где Рвых - мощность сигнала на выходе линии, Рвх - мощность сигнала на входе линии.

Так как мощность выходного сигнала кабеля без промежуточных усилителей всегда меньше, чем мощность входного сигнала, затухание кабеля всегда является отрицательной величиной.

Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности.

Пропускная способность (throughput) линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду - бит/с, а также в производных единицах, таких как килобит в секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т. д.

Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью выражается формулой Шеннона:

С = F log2 (1 + Рс/Рш),

где С - максимальная пропускная способность линии в битах в секунду, F - ширина полосы пропускания линии в герцах, Рс - мощность сигнала, Рш - мощность шума.

Помехоустойчивость линии определяет ее способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде, на внутренних проводниках. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной - волоконно-оптические линии, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению. Обычно для уменьшения помех, появляющихся из-за внешних электромагнитных полей, проводники экранируют и/или скручивают.

Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk - NEXT) определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним источникам помех, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Если ко второй паре будет подключен приемник, то он может принять наведенную внутреннюю помеху за полезный сигнал. Показатель перекрестных наводок NEXT, выраженный в децибелах, представляется формулой

NEXT=10 log Рвых/Рнав,

где Рвых - мощность выходного сигнала, Рнав

- мощность наведенного сигнала.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Величина этого показателя для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокорректирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило,10-4 - 10-6, в оптоволоконных линиях связи - 10-9. Значение достоверности передачи данных, например, в 10-4 говорит о том, что в среднем из 10000 бит искажается значение одного бита.

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и по причине искажений формы сигнала ограниченной полосой пропускания линии. Поэтому для повышения достоверности передаваемых данных нужно повышать степень помехозащищенности линии, снижать уровень перекрестных наводок в кабеле, а также использовать более широкополосные линии связи.

Стандарты кабелей

В компьютерных сетях применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных устройств разных производителей.

Кабели на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair - UTP)

Стандартом определено пять категорий UTP. Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки (рис. 3.3). Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса.

Таблица 3.1 Категории кабелей на основе неэкранированной витой пары

Категория	Характеристики
1	Телефонный кабель для передачи аналоговых сигналов
2	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 4 Мбит/с
3	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 10 Мбит/с
4	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 16 Мбит/с
5	Кабель из 4 витых пар, способный передавать данные со скоростью 100 Мбит/с

Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5 имеют следующие значения:

полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом, волновое сопротивление – сопротивление переменному току);

величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;

затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);

активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;

емкость кабеля не должна превышать 5,6 нф на 100 м.

Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45, представляющие 8-контактные разъемы, похожие на обычные телефонные разъемы RJ-11 (рис. 3.4).

Кабели на основе экранированной витой пары (Shielded Twisted Pair - STP)

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, голос по нему не передают.

Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM. В этом стандарте кабели делятся не на категории, а на типы: Type I, Type 2,..., Type 9.

Основным типом экранированного кабеля является кабель Type 1 стандарта IBM. Он состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Электрические параметры кабеля Type 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5, однако волновое сопротивление кабеля Type 1 равно 150 Ом.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM.

Коаксиальные кабели

Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа - телефонных, телевизионных и компьютерных.

Для организации компьютерных сетей используются два типа коаксиальных кабелей (рис. 3.5):

тонкий коаксиальный кабель;

толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром примерно 0,5см. Он способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием. Волновое сопротивление кабеля составляет 50 Ом.

Таблица 3.2. Таблица кодировки тонких коаксиальных кабелей

Кабель	Характеристики кабеля
RG58 /U	Сплошная медная жила
RG58 A/U	Переплетенные провода
RG58 C/U	Военный стандарт для RG58 A/U
PK50	Отечественный аналог

Для подключения кабеля используются специальные разъемы типа BNC (Bayonet Naval Connector) (рис. 3.6).

Кабель RG58 позволяет реализовать топологии шина и кольцо и был до последнего времени самым распространенным при построении сетей.

Толстый коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель диаметром около 1 см. Медная жила кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля и, следовательно, сопротивление меньше. Поэтому толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, до 500 м.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер. Трансивер снабжен специальным коннектором, который “прокусывает” изоляционный слой и осуществляет контакт с проводящей жилой.

Волоконно-оптические кабели

Волоконно-оптические линии предназначены для перемещения больших объемов данных на высоких скоростях. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки (рис. 3.7).

Данные передаются по кабелю с помощью лазерного (laser transmitter) или светодиодного (LED, light-emitting diode transmitter) передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. Сигнал принимается на другом конце фотодиодным приемником (photodiode receiver), преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который сможет использовать получающий компьютер.

Конструкций световодов и оптических волокон очень много, но основных типов два:

многомодовый;

одномодовый.

Диаметр сердцевины у многомодовых волокон в десятки раз превышает длину волны передаваемого излучения, из-за чего по волокну распространяется несколько типов волн (мод). Стандартные диаметры сердцевины многомодовых волокн – 50 и 62,5 мкм.

У одномодового волокна диаметр сердцевины находится обычно в пределах 5–10 мкм. Диаметр кварцевой оболочки световода тоже стандартизован и составляет 125 мкм.

Скорость передачи данных для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с, а данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 километров без повторителя. Оптоволоконный кабель может поддерживать передачу видео и голосовой информации так же, как и передачу данных. Поскольку световые импульсы полностью закрыты в пределах внешней оболочки, оптоволоконный носитель фактически невосприимчив к внешней интерференции и подслушиванию. Эти качества делают оптоволоконный кабель привлекательным выбором для защищенных сетей или сетей, которые требуют очень быстрой передачи на большие расстояния.

Поскольку световые импульсы могут двигаться только в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента, который будет посылать и получать данные. Волоконный кабель также жесток и сложен в установке, что делает его самым дорогим типом сетевого носителя. Волоконный носитель требует специальных соединителей - коннекторов и высококвалифицированной установки. Эти факторы в дальнейшем приведут к высокой стоимости внедрения. Одним способом снижения расходов является ограничение использования волоконного кабеля сетевыми магистралями: или теми областями, где имеют значение влияние электромагнитного наложения, возгораемость или другие вопросы окружения.

При проектировании или расширении сетей нужно принимать во внимание факторы, перечисленные в таблице.

Таблица 3.3. Сравнительные характеристики кабелей

Тип кабеля	Скорость передачи, Мбит/с	Длина передачи, м	Простота установки	Подверженность помехам	Стоимость
Неэкранированная витая пара	100	100	Прост в установке	Подвержен помехам	Самый дешевый
Тонкий коаксиальный	10	185	Прост в установке	Хорошая защита от помех	Дороже витой пары
Толстый коаксиальный	10	500	Прост в установке	Хорошая защита от помех	Дороже тонкого коаксиального кабеля
Оптоволоконный	100-2000	2000	Труден в установке	Не подвержен помехам	Самый дорогой

Характеристики локальных сетей

Локальными сетями называют частные сети, размещающиеся в одном здании или на территории какой-либо организации размерами до нескольких километров. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для обмена информацией и предоставления совместного доступа к ресурсам сети (принтерам, сканерам и др.).

Локальные вычислительные сети (ЛВС) применяются и при разработке коллективных проектов, например сложных программных комплексов. На базе ЛВС можно создавать системы автоматизированного проектирования. Это позволяет реализовывать новые технологии проектирования изделий машиностроения, радиоэлектроники и вычислительной техники. В условиях развития рыночной экономики появляется возможность создавать конкурентоспособную продукцию, быстро модернизировать ее, обеспечивая реализацию экономической стратегии предприятия. Кроме того, ЛВС позволяют реализовывать новые информационные технологии в системах организационно-экономического управления, а в учебных лабораториях вузов они позволяют повысить качество обучения и внедрять современные интеллектуальные технологии обучения.

Локальные сети характеризуются: размерами, технологией передачи данных и топологией их построения.

Под размерами локальных сетей понимают длину сетевого кабеля, соединяющего компьютеры. Они могут находиться в пределах от 10м до 1 км.

По технологии

организации локальные сети подразделяют на широковещательные и сети с передачей от "точки к точке"

(point-to-point).

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Пакеты, передаваемые одной машиной, получают все компьютеры сети. Пакет имеет поле "адрес", по которому, благодаря дешифратору адреса, только одна машина, которой предназначается сообщение, считывает его, а затем обрабатывает. Остальные машины игнорируют это сообщение. Такие технологии с успехом используются в небольших локальных сетях.

Сети с передачей от "точки к точке" состоят из большого числа соединенных машин и используются, в отличие от предыдущей технологии, в больших корпоративных сетях.
Передаваемые пакеты проходят через ряд промежуточных машин по некоему ранее вычисленному алгоритму пути от источника к получателю.

Существует три основные топологии сети, рассмотренные в разделе 1.5: шинная, кольцевая и топология типа "звезда", которые, обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют равные права в отношении доступа к другим компьютерам. Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети. Однако, при этом в таких сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:

ограничения на длину связи между узлами;

ограничения на количество узлов;

ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные структуризации

сети и специальное

структурообразующее оборудование - повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы.

Языки и средства создания Web-приложений

Бурное развитие глобальной сети Internet оказывает огромное влияние на все сферы деятельности человека. Internet вызвал революционные изменения в индустрии программного обеспечения. Появилась новая категория приложений, специально разработанных для Интернета и учитывающих особенность серверов Web. Поэтому программы для Интернета часто называют приложениями Web. Например, организация образования через Интернет требует специальной организации учебных пособий, которые могут быть подготовлены в формате HTML, рассчитанном на просмотр учебника в одном из браузеров (Internet Explorer, Netscape Navigator). Для создания документов в формате HTML существуют различные программные средства. Например, текстовый редактор Word позволяет сохранять документ и отдельные его части в формате HTML и даже организовывать гиперсвязи между HTML-файлами. Для получения более сложного HTML-документа требуются навыки программирования на языке HTML.

Язык HTML - гипертекстовый язык, описывающий структуру документа, вид которого на экране определяется браузером.

Описание на HTML - это текст в формате ASCII и последовательность включенных в него команд (управляющих кодов, называемых также дескрипторами, или тегами). Эти команды расставляются в нужных местах текста, определяя шрифты, переносы, появление графических изображений, ссылки и т.п.

Команды имеют форму < >, где между скобками записывается имя команды.

Не вдаваясь в детали языка HTML, которые легко могут быть найдены в соответствующих книгах, приведем только необходимые сведения о нем.

Если открыть программу Блокнот, написать в нем следующие строчки

<HTML>

<HEAD>

<TITLE>Информационный раздел 1</TITLE>

</HEAD>

<BODY>

Информационный раздел 1.

Текст

</BODY>

</HTML>

и сохранить их в виде файла с расширением .html, то открытие этого файла с помощью браузера Internet Explorer

Можно ссылаться на определенное место в документе. Тогда

<A HREF="URL#метка"> Текст </A>.

Сама метка в документе имеет вид:

<A NAME="метка"> Текст </A>.

Ссылки на фрагменты данного документа можно упростить:

<A HREF="#метка" >Текст </A>.

Для того чтобы встроить растровое изображение в документ HTML, необходимо использовать тег <IMG>. Общий вид этого тега показан ниже:

<IMG SRС=“Адрес_файла_изображения”

NАMЕ=“Имя_изображения”

. . .

WIDТН=“Ширина” НЕIGНТ=“Высота”>

Здесь указаны только три параметра. Полный список параметров тега <IMG> с кратким их описанием находятся в таблице 7.1.

Таблица 7.1. Параметры тега <IMG>

Параметр	Описание
SRC	Адрес URL файла с растровым графическим изображением
NАМЕ	Имя объекта, соответствующего растровому графическому изображению. Это имя может быть использовано для ссылки на объект в клиентском сценарии
ALT	Текстовая строка, которая отображается в тех случаях, когда браузер не может показывать графические изображения или когда такая возможность отключена
ALIGN	Выравнивание текста относительно графического изображения: LEFT - по левой границе; RIGHT - по правой границе; ТОР - по верхней границе; MIDDLE - по центру изображения; BOTTOM - по нижней границе; ТЕХТТОР - выравнивание по верхней границе относительно самых высоких символов в текстовой строке; ABSMIDDLE - выравнивание середины текстовой строки относительно середины изображения; BASELINE – выравнивание нижней рамки изображения относительно базовой линии текстовой строки; ABSBOTTOM - выравнивание нижней границы изображения относительно нижней границы текущей строки
HEIGHT	Высота изображения в пикселах
WIDTH	Ширина изображения в пикселах
BORDER	Ширина рамки (в пикселах) вокруг изображения (используется только браузером Netscape Navigator)
HSPACE	Ширина (в пикселах) свободного пространства, отделяющего изображение от текста по горизонтали
VSPACE	Ширина (в пикселах) свободного пространства, отделяющего изображение от текста по вертикали
USEMAP	Адрес URL файла, содержащего так называемую карту изображения, которая используется для сегментированной графики
ISMAP	Этот параметр указывает, что данное изображение является сегментированным

<

Параметры тега <IMG> определяют адрес файла с изображением, выравнивание текста, расположенного возле изображения, и т. д. С помощью параметров HEIGHT и WIDTH выполняется масштабирование графических изображений. Значение этих параметров указано в процентах от ширины окна просмотра.

Масштабирование позволяет подготовить графический файл весьма небольшого размера: он занимает значительную площадь в окне браузера, но быстро передается через Интернет. Однако, масштабирование сегментированных графических и фоновых изображений невозможно.

Если в документе HTML размещено несколько растровых изображений, то можно адресовать соответствующие объекты как элементы массива document.images. Например, первое изображение адресуется следующим образом: document.images[0]. Однако в некоторых случаях удобнее пользоваться именами изображений, определенными параметром NAME оператора <IMG>. Объект-изображение имеет свойство src, соответствующее параметру SRC оператора <IMG>. Адресуясь к этому свойству, можно не только определять текущий адрес URL изображения, но и задавать новый.

Рассмотрим фреймовую структуру организации HTML-документа, когда окно просмотрщика (браузера) разделено на несколько частей, в каждую из которых выводится свой HTML-документ. Такая организация наиболее удобна для организации сайта или компьютерного учебника, т.к. позволяет совмещать удобную навигацию в пространстве сайта или учебника с удобным представлением его информации. Например, удобно разделять окно браузера на три части (три фрейма): в левой части расположить оглавление сайта (учебника) с гиперссылками на соответствующие информационные разделы, в правой части выводить содержание информационного раздела, к которому произведено обращение из фрейма оглавления, а в верхней части выводить название соответствующего информационного раздела (рис. 7.3).

Для того чтобы объединить несколько страниц HTML при помощи фреймов, нужно подготовить специальный документ HTML, в котором описаны такие параметры фреймов, как их размер и расположение.

Особенность такого документа - отсутствие на своем обычном месте области тела документа, выделенного тегами <BODY> и </BODY>. Вместо этого в файле описания фреймов присутствуют теги <FRAMESET>, </FRAMESET>, <NOFRAME> и </NOFRAME>:

<html>

<head>

. . .

</head>

<frameset rows=“Высота_строки” соls=“Ширина_колонки”

<frame src=“Aдpec_URL” nаmе=“Имя_фрейма”>

. . .

<frame src=“Aдpec_URL” nаmе=“Имя_фрейма”>

<noframe>

<body>

. . .

</body>

</noframe>

</frameset>

</html>

Параметры rows и cols тега <PRAMESET> определяют размеры фреймов и задаются в виде списка значений, разделенных запятой.

Для тех браузеров, которые не могут работать с фреймами, необходимо подготовить документ HTML, расположив его тело между операторами <NOFRAHE> и </NOFRAME>. В этот документ стоит поместить сообщение о том, что для просмотра данной страницы Web необходимо применять более современный браузер.

Параметры тега <FRAMESET>

Рассмотрим подробнее параметры оператора <FRAMESET>, предназначенного для определения набора фреймов. Эти параметры описаны в таблице 7.2.

Таблица 7.2. Параметры тега <FRAMESET>

Параметр	Описание
COLS	Ширина колонки в процентах, пикселах или ее относительный размер
ROWS	Высота строки в процентах, пикселах или ее относительный размер
FRAMEBORDER	Если значение этого параметра равно 1, фреймы будут ограничены трехмерной рамкой, ширина которой задается в пикселах. В том случае когда указано значение 0, рамка не создается
BORDER	Используется только браузером Netscape Navigator. Задает толщину рамки фрейма в пикселах
FRAMESPACING	С помощью этого параметра задается дополнительное расстояние между фреймами в пикселах

Параметры COLS и ROWS нужны в том случае, когда фреймы, определенные в наборе, располагаются в виде таблицы. Первый из этих параметров указывает ширину колонки, а второй - высоту строки.

Если фреймы располагаются в одном столбце, параметр COLS

указывать не надо. Аналогично, если фреймы занимают только одну строку, не нужно указывать параметр ROWS.

Можно задать значения для параметров COLS и ROWS

либо в процентном отношении соответственно к ширине и высоте окна браузера, либо в пикселах. Если вместо значения указан символ “*”, колонка или строка занимают всю оставшуюся часть окна.

Например, в следующей строке задана высота первого фрейма, равная 80 пикселам, а второй фрейм занимает всю нижнюю часть окна браузера:

<FRAMESET ROWS=“90,*”>

В следующем примере два фрейма, расположенные рядом, занимают соответственно 20% и 80% ширины окна браузера.

<FRAMESET COLS=“20%, 80%”>

Параметры оператора <FRAME>

Между тегами <FRAMESET> и </FRAMESET> располагаются теги <FRAME>, определяющие параметры отдельных фреймов. Это параметры SRC и NAME. Первый задает адрес URL

документа HTML, который будет загружен в данный фрейм, а второй - имя фрейма, которое можно использовать в клиентском сценарии для адресации объектов, расположенных во фрейме. Параметры тега <FRAME> приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2. Параметры тега <FRAME>

Параметр	Описание
MARGINHEIGHT	Используется только для “плавающих” фреймов в браузере Microsoft Internet Explorer. Задает выравнивание фрейма или текста, расположенного рядом с фреймом. Этот параметр может принимать следующие значения: LEFT, CENTER, RIGHT, TOP, BOTTOM
MARGINWIDTH	Размер отступа (в пикселах) по вертикали от границ фрейма
FRAMEBORDER	Размер отступа (в пикселах) по горизонтали от границ фрейма. Если значение этого параметра равно 1, фреймы ограничены трехмерной рамкой, ширина которой задается в пикселах. В том случае когда указано значение 0, рамка не создается
NAME	Этот параметр задает имя фрейма, которое используется в теге ссылки <А> для указания, в какой фрейм нужно загрузить новый документ
NORESIZE	Если указан этот параметр, пользователь не сможет изменять размеры фрейма, передвигая его границы мышью
SCROLLING	Параметр SCROLLING определяет, нужно ли создавать полосы просмотра для пролистывания содержимого фрейма. Для этого параметра можно указывать следующие значения: YES - полосы просмотра создаются всегда; NO - полосы просмотра не создаются; AUTO - полосы просмотра создаются только при необходимости, когда документ HTML не помещается полностью в окне фрейма
SRC	Адрес URL файла с документом HTML, который загружается в окно фрейма

<

Взаимодействие между фреймами

Средства клиентских сценариев, составленных на языках программирования, позволяют наделить фреймы возможностями, недостижимыми при использовании одного лишь языка разметки гипертекста HTML. Например, один из фреймов может содержать ссылки на документы, которые при активизации этих ссылок загружаются в окно другого фрейма. Клиентский сценарий позволит таким образом загружать не один документ, а одновременно несколько документов в разные фреймы.

Большую известность приобрели технология и язык программирования сетевых приложений Java, разработаные фирмой Sun Microsystems для систем распределенных вычислений.

Язык Java объектно-ориентированный, прототипом является С++, но Java более прост в использовании (так, например, убраны указатели), в нем введены многопотоковость и дополнительная защита от вирусов.

Для пользователей важны также следующие черты языка:

аппаратная независимость (мобильность) за счет создания приложений в виде байт-кодов для некоторой виртуальной машины - каждая аппаратная платформа интерпретирует эти байт-коды; благодаря введению компиляции потеря эффективности, присущая интерпретации, здесь менее значительна;

интеграция с браузерами;

используемые программные объекты могут находиться в разных узлах, интерпретатор находит их и загружает в компьютер пользователя.

Другими словами, в узле-клиенте достаточно иметь лишь браузер, все остальное можно получить по сети. Однако при этом обостряется проблема информационной безопасности. В связи с этим, загружаемым по сети программам (они называются аплетами) обычно запрещается обновлять и читать файлы, кроме тех, которые находятся на компьютере самого аплета.

Java-аплеты доступны из HTML-документов (обращение к ним производится через тег <applet>), хотя могут использоваться и независимо от них. При обращении к аплету он компилируется на сервере, а для исполнения передается клиенту вместе с Web-страницей.

Большое распространение получил интерфейс CGI (Common Gateway Interface - общий шлюзовой интерфейс) - программное обеспечение связи HTML браузеров с другими прикладными программами и/или текстами, находящимися на серверной стороне.

Программа CGI - посредник между браузером и приложениями. Обычно программа CGI находится на сервере в специальном каталоге CGI_BIN, она является обработчиком запросов, идущих от браузера. Обращение к файлу из этого каталога означает запуск соответствующего обработчика. Если браузер обращается к документу не в HTML формате, то CGI преобразует форму документа в HTML и возвращает ее браузеру.

В гипертекстовых документах также широко используется JavaScript - язык и интерпретатор этого языка для генерации и управления просмотром составных гипертекстовых документов. JavaScript более прост, чем Java, и тексты JavaScript исполняются быстрее, чем тексты Java или запросы к CGI, поскольку обработчики событий JavaScript реализованы в браузере, а не на сервере. Тексты на JavaScript записываются непосредственно в HTML документе с помощью специальных тегов и имеют вид

<SCRIPT LANGUAGE = "javascript"> <!- - . . . //- -> </SCRIPT>

где <!- - . . . //- -> - текст в виде комментария. В отличие от Java программы на JavaScript полностью интерпретируются в браузере.

Для разработки приложений в Internet уже созданы специальные языки и средства. Это, кроме упомянутых языков, также язык Visial Basic Script (VBScript).

Microsoft разработала технологию создания и использования интерактивных сетевых приложений, названную ActiveX. Некоторые компоненты ActiveX передаются в составе HTML-документов, другие служат для взаимодействия сервера с приложениями. Microsoft предлагает среду разработки Web-документов и приложений, включающую ряд продуктов, например:

Internet Assistant - служит для создания HTML-документов, использует возможности редактора Word, взаимно преобразует форматы документов HTML и Word;

FrontPage - применяется Web-мастерами и администраторами для сопровождения гипертекстовой информационной базы;

Internet Studio - помогает художественному оформлению Web-страниц;

Visual J++ в составе компилятора Java, набора JDK, средств взаимодействия Java-аплетов и ActiveX-компонентов, и др.

Internet- функции становятся неотъемлемой частью сетевых операционных систем. Так, в ОС Windows NT, начиная с версии 4.0, входит Internet-сервер IIS (Internet Information Server), реализующий технологии WWW, Gopher, FTP, ISAPI.

 В качестве примера рассмотрим методику создания простейшего компьютерного учебника в формате HTML, использующего фреймовую структуру.

Методика создания компьютерного учебника в формате HTML:

1) Подготовить все разделы учебника (оглавление, названия информационных разделов, главы, параграфы, примеры, контрольные вопросы и т.д.) в текстовом редакторе Word и сохранить из в виде отдельных файлов, например, oglavlenie.doc, title1.doc, title2.doc, …, titleN.doc, ch1. doc, 1.1. doc, 1.2. doc, …, 1.N. doc, ch2. doc, 2.1. doc, 2.2. doc, …, 2.N. doc, …, chN. doc, N.1. doc, N.2. doc, …, N.N. doc.

2) Преобразовать все файлы разделов учебника в формат HTML, для чего использовать опцию меню “Файл\Сохранить в формате HTML”. Например, oglavlenie.html, title1. html, title2. html, …, titleN. html, ch1.html, 1.1.html, 1.2.html, …, 1.N.html, ch2.html, 2.1.html, 2.2.html, …, 2.N.html, …, chN.html, N.1.html, N.2.html, …, N.N.html.

3) Организовать основной загрузочный файл Учебника index.html, из которого будет осуществляться управление Учебником.

 В нашем случае создается HTML-файл с именем index.html, который является основным (первоначально загружающимся) файлом компьютерного учебника, из которого осуществляется все дальнейшее управление Учебником.

<html>

<head>

<title>Название учебника</title>

</head>

<frameset FRAMEBORDER=“1” rows=“100,*”>

<frame SCROLLING=“no” NAME=“title” SRC=“title.html” MARGINHEIGHT=“1”>

<frameset FRAMEBORDER=“1” cols=“300,*”>

<frame SCROLLING=“auto” NAME=“oglavlenie” SRC=“oglavlenie.html”>

<frame SCROLLING=“auto” NAME=“main” SRC=“main.html”>

</frameset>

<noframes>

<body BGCOLOR=“#FFFFFF”>

</body>

</noframes>

</frameset>

</html>

В нашем примере мы создаем три фрейма с именами oglavlenie, title и main. Результатом открытия этого файла в браузере является появление окна, представленного на рис. 7.4.

 4) Организовать гипертекстовую среду Учебника. Последним шагом в разработке компьютерного учебника является реализация гиперссылок из фрейма oglavlenie, загружающих соответствующие HTML-документы во фреймы title и main. Для этого следует открыть в программе Блокнот файл oglavlenie.html и вставить в него после тега <body> следующую запись

<SCRIPT LANGUAGE=“JavaScript”></SCRIPT>

В каждую строку оглавления, из которой осуществляется гиперссылка к какому-либо информационному разделу, следует вставить запись, указывающую, какие файлы будут загружаться во фреймы main и title:

<A HREF=“javascript:loadPage('Имя html-файла, помещаемого

в фрейм main',' Имя html-файла, помещаемого в фрейм title');”>

Получаем следующий код для файла oglavlenie.html:

<HTML>

<HEAD>

<TITLE>ОГЛАВЛЕНИЕ</TITLE>

</HEAD>

<BODY>

<SCRIPT LANGUAGE=“JavaScript”></SCRIPT>

ОГЛАВЛЕНИЕ

<A HREF=“javascript:loadPage('ch1.html','title.html');”>Глава1. 

<A HREF=“javascript:loadPage('1.1.html','title.html');”>1.1.

<A HREF=“javascript:loadPage('1.2.html','title.html');”>1.2.

<A HREF=“javascript:loadPage('1.N.html','title.html');”>1.N.



<A HREF=“javascript:loadPage('ch2.html','title.html');”>Глава 2.

<A HREF=“javascript:loadPage('2.1.html','title.html');”>2.1.

<A HREF=“javascript:loadPage('2.2.html','title.html');”>2.2.

<A HREF=“javascript:loadPage('2.N.html','title.html');”>2.N.



<A HREF=“javascript:loadPage('chN.html','title.html');”>Глава N. 

<A HREF=“javascript:loadPage('N.1.html','title.html');”>N.1.

<A HREF=“javascript:loadPage('N.2.html','title.html');”>N.2.

<A HREF=“javascript:loadPage('N.N.html','title.html');”>N.N.

</BODY>

</HTML>

После указанной процедуры открытый в браузере основной управляющий файл Учебника index.html, приобретает вид, представленный на рис. 7.5.

Эталонная модель взаимосвязи открытых систем

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации - ISO, ITU и некоторые другие - разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем или моделью OSI (Open System Interconnection). Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

В модели OSI (рис. 1.11) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

В некоторых сетях линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, и физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня (Data Link layer) является проверка доступности среды передачи.
Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует.

К типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда, а также структуры, полученные из них с помощью мостов и коммутаторов. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи.

Для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели OSI решение этой задачи возлагается на два следующих уровня - сетевой и транспортный.

Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.

На сетевом уровне сам термин сеть наделяют специфическим значением. В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня. Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети». В этом случае адрес получателя состоит из старшей части - номера сети и младшей - номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину «сеть» на сетевом уровне можно дать и другое, более формальное определение: сеть - это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.

Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Представительный уровень (Presentation layer) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например кодов ASCII и EBCDIC. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол SSL (Secure Socket Layer), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень (Application layer) - это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты.

Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Сетезависимые и сетенезависимые уровни

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Например, переход на оборудование FDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.

Три верхних уровня - прикладной, представительный и сеансовый - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Так, переход от Ethernet на высокоскоростную технологию l00VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программных средствах, реализующих функции прикладного, представительного и сеансового уровней.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений. Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредовано через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).

В модели OSI различаются два основных типа протоколов.

В протоколах с установлением соединения

(connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение.

Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения

(connectionless). Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. При взаимодействии компьютеров используются протоколы обоих типов.

Модель OSI касается только открытости средств взаимодействия устройств, связанных в вычислительную сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений.

Это дает следующие преимущества:

·- возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

·- возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

·- возможность легкого сопряжения одной сети с другой;

·- простота освоения и обслуживания сети.

Примером открытой системы является международная сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения, работающих в разных странах.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI.

Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других.

Стек OSI - международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем.

Стек TCP/ IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала Telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Классификация информационно-вычислительных сетей (ИВС). Локальные, городские и глобальные сети

Коммуникационная сеть - система, состоящая из объектов, называемых пунктами (узлами) сети и осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления некоторого продукта, а также линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса. Соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др.

Информационно-вычислительная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети является вычислительное оборудование. Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных. В качестве оконечного оборудования данных могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Классификация сетей.

ИВС классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

территориальные - охватывающие значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network).

локальные вычислительные сети (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км).
Локальные сети обозначают LAN (Local Area Network).

корпоративные сети (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.

Среди глобальных сетей следует выделить единственную в своем роде глобальную сеть Internet и реализованную в ней информационную службу World Wide Web (WWW) (переводится на русский язык как всемирная паутина).

Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями. Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п. В этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, ячеистой, комбинированной, произвольной структуры.

В зависимости от способа управления различают сети:

"клиент/сервер" или сети с выделенным сервером. В них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям получается сеть распределенных вычислений.

одноранговые - в них все узлы равноправны. Поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, поэтому каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ - неоднородные (гетерогенные).

В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными

(private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети и сети передачи данных

Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.

Протоколы - это набор семантических и синтаксических правил, определяющий поведение функциональных блоков сети при передаче данных. Другими словами, протокол - это совокупность соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена.

Поскольку информационный обмен - процесс многофункциональный, то протоколы делятся на уровни. К каждому уровню относится группа родственных функций. Для правильного взаимодействия узлов различных вычислительных сетей их архитектура должна быть открытой. Этим целям служат унификация и стандартизация в области телекоммуникаций и вычислительных сетей.

Унификация и стандартизация протоколов выполняются рядом международных организаций, что наряду с разнообразием типов сетей породило большое число различных протоколов. Наиболее широко распространенными являются протоколы, разработанные и применяемые в глобальной сети Internet, протоколы открытых систем Международной организации по стандартизации (ISO -Intrenational Standard Organization), протоколы Международного телекоммуникационного союза (International Telecommunication Union - ITU, ранее называвшегося CCITT) и протоколы Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Протоколы сети Internet объединяют под названием TCP/IP. Протоколы ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем.

Классификация каналов связи

Данные, изначально имеющие аналоговую, непрерывную форму, такие, как речь, фото и телевизионные изображения, телеметрическая информация, в последнее время все чаще передаются по каналам связи в дискретном виде, то есть в виде последовательности "нулей" и "единиц". Для преобразования непрерывного сигнала в дискретную форму производится дискретная

модуляция, называемая также кодированием.

Применяются два типа кодирования данных. Первый - на основе непрерывного синусоидального несущего сигнала - называется аналоговой

модуляцией, или просто модуляцией. Кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй тип кодирования называется цифровым кодированием и осуществляется на основе последовательности прямоугольных импульсов. Эти способы кодирования различаются шириной спектра передаваемого сигнала и сложностью аппаратуры для их реализации.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. Промежуточная аппаратура используется на линиях большой протяженности и решает две задачи - улучшение качества сигнала и создание составного канала связи между двумя абонентами. В аналоговых

линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений. Такие линии традиционно применялись в телефонных сетях с узкой полосой частот, представителем которых является канал тональной частоты. Аналоговые линии используются для связи между собой телефонных станций, для создания высоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов. При аналоговом подходе для уплотнения низкоскоростных каналов абонентов в общий высокоскоростной канал обычно используется техника разделения

частот

или частотного мультиплексирования - FDM (Frequency Division Multiplexing). FDM - разбиение средств передачи на два и более каналов путем разделения полосы частот канала на узкие "подполосы", образующие каждая отдельный канал в одной и той же физической среде.

Современные телекоммуникационные системы и сети явились синтезом развития двух исходно независимых сетей - сетей электросвязи (телефонной, телеграфной, телетайпной и радиосвязи) и вычислительных сетей. Логика развития систем связи требовала применения цифровых систем передачи данных, а также применения вычислительных средств для решения задач маршрутизации, управления трафиком, сигнализации; в свою очередь, логика развития вычислительной техники требовала все большего применения средств связи между периферийными устройствами и отдельными ЭВМ. Достигнутое в результате этих двух встречных движений совмещение техники связи с вычислительной техникой позволило усовершенствовать технологию обслуживания телефонной клиентуры и повысить эффективность отрасли связи, а также полнее использовать ресурсы вычислительных центров, вычислительных систем и сетей путем перераспределения их ресурсов и распараллеливания между ними задач и информационных потоков.

Многие сети общего пользования традиционных операторов являются в основном аналоговыми. Сети связи, создаваемые новыми операторами - цифровые, что обеспечивает внедрение современных служб и гарантирует перспективность этих сетей. В то же время существующие аналоговые сети активно используются для передачи информации как в аналоговой форме (телефония, радиотелефония, радиовещание и телевидение), так и для передачи дискретных (цифровых) данных. Носителем информации в телекоммуникационных каналах являются электрические сигналы (непрерывные, называемые аналоговыми, и дискретные или цифровые) и электромагнитные колебания - волны.

Линия связи (ЛС) - это физическая среда, по которой передаются информационные сигналы. В одной линии связи может быть организовано несколько каналов связи (КС) путем временного, частотного кодового и других видов разделения, тогда говорят о логических (виртуальных) каналах. Когда канал монополизирует линию связи, то он может назваться физическим каналом и в этом случае совпадает с линией связи. Канал связи может быть аналоговым или цифровым; в линии, как в физической среде, могут быть образованы каналы связи разного типа.

Классификация операционных систем

Сетевые операционные системы (ОС)

созданы для клиент-серверных вычислений. В общих чертах это означает подсоединение однопользовательской рабочей станции общего назначения (клиента) к многопользовательским серверам, и распределение нагрузки между ними. Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции. По запросу клиента сервер предоставляет ему различные сервисные функции. Кроме этого, сетевые ОС обеспечивают совместное использование в сети файлов и принтеров — эти возможности встроены в саму ОС. В результате подобная интегрированная сетевая поддержка позволяет компьютеру, например с сетевой операционной системой Windows NT одновременно взаимодействовать со следующими сетевыми средами:

сетями Microsoft, включая Windows NT, Windows 95, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft LAN Manager;

сетями на базе Transmission Control Protocol/Internet Protocol (ТСР/IP), включая UNIX-хосты;

с системами удаленного доступа; сетями на основе AppleTalk (при использовании Windows NT Server Services for the Macintosh);

с сетями Novell Netware З.х и 4.х.

Подобные сетевые возможности отличают Windows NT от других ОС, таких, как Microsoft MS-DОS и Microsoft Windows, в которых сетевые возможности устанавливаются отдельно от самой ОС.

Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. По этим признакам проведена классификация ОС, показанная на рис. 6.1.

Алгоритмы управления ресурсами

определяют эффективность сетевой операционной системы. Среди них важнейшими являются следующие алгоритмы:

Поддержка многозадачности

определяется по числу одновременно выполняемых задач: однозадачные (MS-DOS) и многозадачные (OS/2, UNIX, Windows 95, 2000, XP и др.).
Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем. Многозадачные ОС, кроме перечисленных функций однозадачных ОС, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как память, таких память, оперативная память, файлы и внешние устройства и др.

Поддержка многопользовательского режима определяется по числу одновременно работающих пользователей и подразделяется на: однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x и др.) и многопользовательские (UNIX, Windows NT). Многопользовательские системы, в отличие от однопользовательских, обладают более развитой системой защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей, а также совместного доступа к разделяемым между ними ресурсам.

Поддержка вытесняющей и невытесняющей многозадачности определяется по способу распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами. Основное различие между вытесняющей и невытесняющей многозадачностью является степень централизации механизма планирования процессов. У невытесняющей многозадачности механизм планирования процессов сосредоточен в операционной системе, а у вытесняющей распределен между ОС и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдаст управление операционной системе для того, чтобы она сама выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процесса с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

Поддержка многопроцессорной обработки определяется числом процессоров, задействованных на обработку активных процессов. При многопроцессорной обработке все алгоритмы управления усложняются на порядок, данный режим обработки также называют мультипроцессированием. Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса на асимметричные и симметричные.

Асимметричные ОС выполняются целиком только на одном из процессов системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

Особенности построения аппаратных платформ базируются на свойствах операционной системы, ориентированных на аппаратные средства, на которых она реализуется. По типу аппаратуры различают ОС персональных компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди перечисленных типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. Для больших компьютеров, например многопроцессорных серверов, функции планирования потока выполнения задач реализуются путем использования сложных приоритетных заданий и требуют большей вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров, в связи с чем ОС больших машин являются более сложными и функциональными. Сетевые ОС имеют в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи. На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для реализации этих функций сетевые ОС поддерживают специальные программные компоненты, реализующие коммуникационные протоколы, рассмотренные в предыдущей главе.

Другие требования предъявляются к операционным системам кластеров. Кластер – слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и предоставляющихся пользователю единой системой. Наряду со специальной аппаратурой для функционирования кластерных систем необходима программная поддержка со стороны ОС, которая сводится к синхронизации доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической конфигурации системы. Кроме того, существуют ОС, специально разработанные таким образом, чтобы при необходимости их можно было перенести с одного компьютера на другой. Такие ОС называют мобильными.

Особенности областей использования для многозадачных ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

системы пакетной обработки (например, ОС ЕС)

системы разделения времени (UNIX, VMS)

системы реального времени (QNX, RT/11)

Системы пакетной обработки

предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени.

Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет задания, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач с интенсивным вводом-выводом. Выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается «выгодное» задание. Следовательно, в таких ОС не возможно гарантировать того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.

Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задания, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета задания получает результат.

Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Системы разделения времени

призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием рациональности построения систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы реального времени

применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научно-экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата - управляющего воздействия.

Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть – в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым

режимом.

Особенности методов построения при описании операционной системы часто указываются характерные черты ее структурной организации и основные концепции, положенные в её основу.

Рассмотрим три базовые концепции::

Во-первых, способы построения ядра системы может монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС используют монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС – сервера, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой – ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.

Во-вторых, построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода дает возможность использовать все его достоинства, хорошо зарекомендовавшие себя на уровне приложений, внутри операционной системы, а именно: аккумуляцию удачных решений в форме стандартных объектов, возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования, хорошую защиту данных за счет внедрения во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного использования извне, структурированность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.

В-третьих, наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС. Многие современные операционные системы поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 или хотя бы некоторого подмножества из этого популярного набора. Концепция множественных прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра, над которым работают различные серверы, часть которых реализуют прикладную среду той или иной операционной системы.

Распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователя и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера. Характерными признаками распределенной организации ОС являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур RPC (Remote Procedure Call) для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задач сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.

Конфигурирование сервера

Сетевая операционная система выполняется на сервере. С другой стороны, компьютеры-клиенты могут работать под управлением различных операционных систем. Чтобы операционная система клиента могла использовать сеть, будут установлены специальные драйверы, которые позволят плате сетевого интерфейса компьютера-клиента связаться с сетью. Эти драйверы работают подобно драйверам принтера, позволяющим прикладным программам посылать информацию на принтер. Программное обеспечение сетевого драйвера дает возможность программам посылать и принимать информацию по сети. Каждый компьютер в сети может содержать одну или более плат сетевого интерфейса, которые соединяют компьютер с сетью.

Очевидно, что производительность ЛВС зависит от компьютера, используемого в качестве сервера. При использовании Windows 2000 Server необходимо ориентироваться на наиболее высокоскоростной компьютер. В этом случае, как всегда, существует возможность выбора между готовыми серверами, предлагаемыми производителями и поставщиками компьютерной техники, и серверами самостоятельной сборки. При наличии определенного опыта, самостоятельно собранный под заказ сервер может составить альтернативу готовому продукту. Поэтому следует обратить внимание на следующие моменты:

1. На вопрос об используемой шине ответ однозначен – PCI. Помимо высокой производительности (за счет 64-битной разрядности шины), PCI – компоненты допускают программное конфигурирование. Благодаря последнему обстоятельству, возможные конфликты между подключаемыми аппаратными ресурсами почти всегда предотвращаются автоматически.

2. Windows 2000 Server изначально предъявляет высокие требования к объему оперативной памяти. Поэтому с учетом того, что стоимость оперативной памяти на сегодняшний день не столь велика минимальный объем ОЗУ не целесообразно делать менее 512 Мб (как с точки зрения цены так и с точки зрения производительности).

В серверах рекомендуется использовать винчестеры Fast SCSI и соответствующий адаптер SCSI (но мы будем использовать обыкновенные винчестеры IDE, т.к.
использование SCSI значительно увеличит стоимость сервера). При использовании Fast SCSI скорость передачи данных достигает 10 Мбит/с. Новейшие жесткие диски с интерфейсом Ultra SCSI обладают скоростью передачи до 20 Мбит/с. Если же винчестер должен работать еще быстрее, необходимо установить более дорогой Ultra Wide SCSI диск и соответствующий контроллер. Скорость Ultra Wide SCSI достигает 40 Мбит/с, и он представляет собой идеальное устройство для высокопроизводительного сервера, в том числе и для сетей с интенсивным обменом данными.

Маленький корпус для такого компьютера противопоказан, так как это может привести к перегреву, особенно при использовании высокопроизводительного процессора и нескольких жестких дисков. Идеальным корпусом будет корпус типа Big Tower, кроме всего прочего, обеспечивающий возможность дальнейшего расширения системы. Еще более удобны специальные корпуса для серверов, снабженные мощными блоками питания, дополнительными вентиляторами, съемными заглушками и защитной передней панелью.

Если сервер будет оснащен двумя или более жесткими дисками, необходимо подумать о его дополнительном охлаждении. Для этого устанавливают специальные вентиляторы, которые можно дополнительно установить в системный блок.

Скоростной привод CD-ROM (или CD-RW) сэкономит время при установке ОС и прикладного ПО.

Так как все подключенные к сети рабочие станции будут постоянно обращаться к серверу, одним из его важнейших компонентов является производительная 32-битная сетевая карта. Она должна эффективно управлять информационным обменом, то есть иметь сопроцессор, принимающий на себя основные функции центрального процессора по обработке поступающих на сервер данных.

Таким образом, была разработана топология ЛВС для небольшого предприятия, обосновано применение конкретной ОС сервера.

Какие способы коммутации вы знаете?

1. Дайте определение сети.

2. В чем сходство и различие между локальными и глобальными телекоммуникационными сетями?

3. Сформулируйте достоинства и недостатки одноранговых сетей.

4. Сформулируйте достоинства и недостатки сетей с выделенным сервером.

5. Охарактеризуйте сетевую модель OSI.

6. Какие способы коммутации вы знаете? Охарактеризуйте их.

7. Какие топологии сетей вы знаете? Охарактеризуйте их.

8. Какие основные сетевые устройства вы знаете? Охарактеризуйте их.

9. Охарактеризуйте назначение сетевых карт (адаптеров).

10. Охарактеризуйте назначение и случаи применения повторителей и усилителей.

11. Охарактеризуйте назначение и случаи применения концентраторов.

12. Охарактеризуйте назначение и случаи применения мостов.

13. Охарактеризуйте назначение и случаи применения маршрутизаторов.

14. Охарактеризуйте назначение и случаи применения шлюзов.

15. Сформулируйте достоинства и недостатки беспроводных сетевых технологий.

Из каких составляющих состоит время

1. Какими характеристиками определяется производительность ИВС?

2. Из каких составляющих состоит время реакции на запрос в вычислительной сети?

3. В каких единицах измеряется пропускная способность ИВС?

4. Чем различаются пропускные способности сети средняя, максимальная и мгновенная?

5. Чем отличаются задержка передачи информации в сети от времени реакции сети?

6. Назовите причины перехода от аналоговых каналов к цифровым.

7. Поясните, как проводится оцифровка дискретизированного непрерывного сигнала и из каких соображений выбирается частота дискретизации непрерывной временной последовательности.

8. Назовите, чем отличается цифровое кодирование информации от аналоговой модуляции.

9. Назовите преимущества цифровых методов связи по сравнению с методами аналоговой модуляции.

Дайте определение физической среды передачи

1. Дайте определение линии связи

2. Дайте определение физической среды передачи данных

3. Как классифицируются линии связи?

4. Перечислите основные характеристики линий связи

5. Дайте определение амплитудно-частотной характеристики, полосы пропускания, затухания, пропускной способности линий связи

6.Охарактеризуйте помехоустойчивость, перекрестные наводки, достоверность передачи данных линий связи

7. Перечислите основные типы кабелей

8. Дайте характеристику кабелей на основе неэкранированной витой пары

9. Дайте характеристику кабелей на основе экранированной витой пары

10. Дайте характеристику коаксиальным кабелям

11. Охарактеризуйте волоконно-оптические кабели

12. Дайте характеристику беспроводным каналам связи

13. Каким будет теоретический предел скорости передачи данных в битах в секунду по каналу с шириной полосы пропускания в 10 кГц, если мощность передатчика составляет 0,01 мВт, а мощность шума в канале равна 0,0001 мВт?

Что понимают под размерами локальных

1. Какие сети называют локальными и чем они характеризуются?

2. Что понимают под размерами локальных сетей?

3. В чем основное отличие широковещательной топологии локальной сети от сети с передачей "от точки к точке"?

4. В чем особенности шинной, кольцевой и звездообразной топологии сети?

5. Что понимают под свойством однородности?

6. Дайте определение понятию доступа к сети.

7. Перечислите наиболее распространенные методы доступа к сети.

8. Какие Вы знаете разновидности метода случайного доступа?

9. Что понимают под конфликтом в локальной сети?

10. Перечислите маркерные методы доступа и объясните их основные принципы построения.

10. Для чего используется маркер?

11. Какие разновидности сетей Ethernet Вы знаете?

12. В чем особенность организации высокоскоростных локальных сетей?

Какие эталонные модели построения сети

1. Какие эталонные модели построения сети Вы знаете и каковы их отличительные особенности?

2. В чем заключается назначение сетевого и транспортного уровней?

3. Дайте определение понятию "алгоритм маршрутизации.

4. Какие Вы знаете протоколы маршрутизации?

5. Для чего устанавливаются виртуальные соединения?

6. Что понимают под понятием драйвер?

7. Какие Вы знаете протоколы и каковы их отличительные черты?

8. Перечислите основные параметры протокола TCP/IP.

9. Какие способы адресации компьютеров в Internet Вы знаете?

10. Дайте определения службам редиректор и сервер.

11. Перечислите все известные Вам службы обмена данными и в чем их особенности организации?

Для чего нужны сетевые операционные

1. Для чего нужны сетевые операционные системы?

2. По каким основным признакам можно классифицировать ОС?

3. Что такое кластер и какие ОС называют мобильными?

4. Дайте определения понятиям: время реакции системы и реактивность:

5. Опишите два основных подхода к построению ОС.

6. Для чего необходима виртуальная память в компьютере:

7. Каким образом обеспечивается взаимодействие подсистем с исполнительной системой?

8. Опишите основные принципы построения подсистем.

9. В чем основное отличие одноранговых и двухранговых классов сетей?

10. Перечислите известные Вам ОС.

11. На какие группы приложений ОС может разделить компьютер на работающей с сетевой операционной системой.

12. В чем заключается основной принцип организации распределенных вычислений?

13. Для чего необходима служба удаленного вызова процедур и сетевой динамический обмен данными?

Какие типовые информационные услуги предоставляют

1. Опишите структуру территориальных сетей.

2. Какие типовые информационные услуги предоставляют территориальные сети?

3. Охарактеризуйте протоколы файлового обмена.

4. Охарактеризуйте протоколы электронной почты.

5. Охарактеризуйте протоколы дистанционного управления.

6. Какие виды конференц-связи применяются в современных телекоммуникациях?

7. Охарактеризуйте современные WEB-технологии и области их применения.

8. Расскажите о языках и средствах создания WEB-приложений.

9. Составьте программу на языке HTML для создания простейшего гипертекстового документа.

10. Составьте программу на языке HTML для создания простейшего HTML-документа фреймовой структуры.

Локальные сети на основе маркерной шины

Физически маркерная шина

представляет собой линейный или древовидный кабель, к которому присоединены станции. Самой распространенной реализацией данного построения являются сети АrcNet. Логически соединение станций организовано в кольцо, в котором каждая станция знает адреса своих соседей "слева" и "справа". При инициализации логического кольца право посылать кадр получает станция с наибольшим номером. Переслав кадр, она передает право пересылки своему ближайшему соседу, посылая ему специальный управляющий кадр, называемый маркером (рис. 4.3).

Маркер перемещается по логическому кольцу, при этом право передачи кадров имеет только держатель маркера. Поскольку в каждый момент времени маркер может находиться только у одной станции, столкновений не происходит.

Физический порядок, в котором станции соединены кабелем, не имеет значения. Поскольку кабель является широковещательной средой, каждая станция получает каждый кадр, игнорируя кадры, адресованные не ей. Передавая маркер, станция посылает маркерный кадр своему логическому соседу по кольцу, независимо от его физического расположения.

Инициализация кольца осуществляется следующим образом. Когда все станции выключены и одна из них переходит в подключенный режим, она замечает, что в течение определенного периода в сети нет трафика (по сети ничего не передается). Тогда она посылает широковещательный запрос с требованием маркера. Не услышав никаких конкурентов, претендующих на маркер, она сама создает маркер и кольцо, состоящее из одной станции. Периодически она посылает управляющий кадр, предлагающий другим станциям присоединиться к кольцу. Пример передаваемого кадра при маркерной организации сети представлен на рисунке 4.4. Когда новые станции включаются, они отвечают на эти предложения и присоединяются к кольцу. При этом ее соседи «слева» и «справа» запоминают адрес вновь включенной в кольцо машины и провозглашают ее своим соседом.

При выходе из кольца некой станции она посылает своему предшественнику кадр, информирующий его о том, что с этого момента в место нее будет ее преемник. После чего она прекращает передачу.

Если некая станция выходит из строя, то если ее преемник не начал передавать кадры и не передал маркер дальше, маркер посылается еще раз. Если и после этого станция-приемник не ответила, то посылается широковещательный запрос с информацией об адресе преемника и о станции, которая должна быть следующей. Когда некая станция видит этот запрос с адресом своего предшественника - она широковещательным ответом провозглашает преемником себя, и вышедшая из строя станция удаляется из кольца.

Если станция выбывает из кольца вместе с маркером, то происходит инициализация кольца заново.

Маркерные методы доступа

К маркерным методам доступа относятся два наиболее известных типа передачи данных по локальной сети: маркерная шина (стандарт IEEE 802.4) и маркерное кольцо (стандарт IEEE 802.5)

Маркер - управляющая последовательность бит, передаваемая компьютером по сети. Маркер предназначен для управления доступом к сети компьютеров в маркерных методах доступа.

Маркер включает в себя три поля длиной в один байт каждый (рис.4.2): начальный ограничитель SD (Start Delimiter), представляющий собой уникальную последовательность JK00JK000, которую нельзя спутать ни с одной битовой последовательностью внутри кадра; управление доступом AC (Access Control), состоящее в свою очередь еще из четырех полей: PPP - битов приоритета, бита маркера - Т (при Т = 1 - передаваемый кадр - маркер доступа), бита монитора - M (устанавливается в 1 активным монитором, и в 0 другими станциями сети), RRR - резервные биты; конечный ограничитель ED (End Delimiter), который, как и начальный ограничитель, содержит уникальную последовательность JK1LK1, а также два бита признаков: I (Intermediate), указывающий, является ли кадр последним в серии кадров или промежуточным (I=1), Е (Error) - признак ошибки.

Станция, имеющая данные для передачи, получив маркер, изымает его из кольца, тем самым получая право на передачу информации, заменяет его кадром данных установленного формата, содержащего следующие поля: начальный ограничитель SD, управление кадром FC (Frame Control), адрес назначения DА (Destination Address), адрес источника SA (Source Address), данные (INFO), контрольная сумма (INFO), контрольная сумма FCS, конечный ограничитель ED, статус кадра FS (Frame Status).

Методы доступа к среде передачи данных

Под доступом к сети

понимают взаимодействие компьютера в сети со средой передачи данных для обмена информацией с другими ЭВМ.

В настоящее время наиболее распространенными методами доступа (правами на передачу информации) к локальной сети являются (рис. 4.1):

случайный доступ CSMA/CS (сarrier sense multiple access with collision detection) - множественные доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов.

маркерные методы - на основе маркерной шины и маркерного кольца.

Существует две разновидности метода случайного доступа: CSMA/CS - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов и приоритетный доступ

Многоуровневые ИВС

Основу компьютерной сети составляет соединение различного оборудования, где одной из наиболее острых проблем является проблема совместимости. Без принятия всеми производителями общепринятых правил (стандартов) создания сетевого оборудования построение сетей в целом было бы невозможно. В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов.

Открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.

Под термином «спецификация» (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом. В свою очередь, под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей, которая разбивается на несколько более простых задач-модулей. Процедура разбиения (декомпозиции) включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними. В результате достигается логическое упрощение задачи, а также появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни (рис. 1.10). Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.

Средства сетевого взаимодействия также могут быть представлены в виде иерархически организованного множества модулей. При этом модули нижнего уровня могут, например, решать все вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигналов между двумя соседними узлами. Модули более высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами упомянутого нижележащего уровня. А на верхнем уровне работают модули, предоставляющие пользователям доступ к различным службам - файловой, печати и т. п.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что для организации обмена сообщениями между двумя компьютерами необходимо принять множество соглашений для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, и до самого высокого уровня, реализующего сервис для пользователей сети.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений, которые называются интерфейсом.

Таким образом, протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы определяют правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней - как правило, чисто программными средствами. На эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, в частности, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами - концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т. д. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.

Множественный достус контролем несущей и обнаружением конфликтов

В сетях, где станции передают пакеты данных в случайные моменты времени, вероятность возникновения конфликтов очень велик. Конфликты (столкновения, коллизии) возникают, когда два или более компьютеров "одновременно" пытаются захватить линию. В результате происходит столкновение двух кадров на общем кабеле, что приводит к искажению передаваемой информации.

Если организовать процесс передачи данных таким образом, чтобы станции прослушивали передачу данных другими станциями, то можно значительно увеличить коэффициент использования сети. Этот принцип и называется контролем несущей CSMA.

Когда у станции появляются данные для передачи, она сначала прослушивает канал, проверяя, свободен он или занят. Если канал занят, станция ждет, пока он не освободится, а затем начинает передавать данные.

Существует вероятность того, что как только станция начнет передачу, другая станция, также оказавшись готовой к передаче данных, начнет передавать пакет, в результате чего возникнет конфликт. Если происходит столкновение пакетов, станция ждет некоторое время, а затем начинает прослушивать канал и, если он свободен, пытается передать этот пакет еще раз. Чем больше время распространения сигнала, тем выше вероятность столкновений и ниже производительность метода передачи данных.

Обнаружение столкновений - аналоговый процесс. Аппаратура станции должна прослушивать коаксиальный кабель во время передачи. Если принятая информация отличается от переданной, то станция понимает, что произошло столкновение и прекращает передачу.

Модель клиент-сервер

Модель клиент-сервер - это еще один подход к структурированию ОС. В широком смысле модель клиент-сервер предполагает наличие программного компонента - потребителя какого-либо сервиса - клиента, и программного компонента - поставщика этого сервиса - сервера. Взаимодействие между клиентом и сервером стандартизуется, так что сервер может обслуживать клиентов, реализованных различными способами и, может быть, разными производителями. При этом главным требованием является то, чтобы они запрашивали услуги сервера понятным ему способом. Инициатором обмена обычно является клиент, который посылает запрос на обслуживание серверу, находящемуся в состоянии ожидания запроса (рис. 6.5). Один и тот же программный компонент может быть клиентом по отношению к одному виду услуг, и сервером для другого вида услуг. Модель клиент-сервер является скорее удобным средством ясного представления функций того или иного программного элемента в той или иной ситуации, нежели технологией. Эта модель успешно применяется не только при построении ОС, но и на всех уровнях программного обеспечения, и имеет в некоторых случаях более узкий, специфический смысл, сохраняя, естественно, при этом все свои общие черты.

В целях обеспечения эффективности и целостности работы, ОС реализуется двумя режимами работы: режим пользователя (user mode) и режим ядра

(kernel mode).

Применительно к структурированию ОС идея состоит в разбиении ее на несколько процессов - подсистем, каждая из которых выполняет отдельный набор сервисных функций - например, управление памятью, создание или планирование процессов. Каждая подсистема выполняется в пользовательском режиме. Клиент, которым может быть либо другой компонент ОС, либо прикладная программа, запрашивает сервис, посылая сообщение на сервер. Ядро ОС (называемое здесь микроядром), работая в привилегированном режиме, доставляет сообщение нужному серверу, сервер выполняет операцию, после чего ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения

(рис. 6.5).

Модели администрирования и регистрации в сети

Сети, работающие под управлением Microsoft Windows NT, могут быть организованы на основе доменной модели или модели рабочей группы.

Доменная модель характеризуется наличием в сети минимум одного компьютера, работающего под управлением Windows NT Server и выполняющего роль контроллера домена (domain controller). Домен – группа компьютеров, объединенных общей базой учетных записей пользователей и единой политикой защиты.

Модель рабочей группы позволяет организовать сеть на основе Windows NT без контроллера домена. Компьютеры при такой организации обладают равными правами на совместно используемые ресурсы. Главным недостатком построения таких сетей является отсутствие централизованного управления и администрирования учетных записей пользователей и защиты ресурсов, которые создаются на каждом компьютере, где пользователь будет регистрироваться.

Чтобы получить доступ к ресурсам, пользователям необходимо прежде всего зарегистрироваться – идентифицировать себя в домене или компьютере, при этом ему необходимо ввести имя пользователя, пароль, а также название домена, в котором зарегистрирована учетная запись или название компьютера. Окно, в котором происходит регистрация пользователя раскрывается при загрузке операционной системы или при нажатии кнопок Ctrl-Alt-Delete и выборе пункта «Завершение работы» – далее «Завершение сеанса…», представлено на рисунке 6.9.

Учетная запись пользователя – информация о пользователе системы, включающая в себя имя пользователя и пароль, необходимые для регистрации, информации о принадлежности к той или иной рабочей группе или домену, права и привилегии.

Учетные записи бывают двух типов: глобальные и локальные. Глобальная учетная запись содержит информацию о пользователе домена. Она позволяет пользователю зарегистрироваться в домене с любого компьютера сети и работать с доступными для него ресурсами. В Windows NT глобальную запись можно создать средствами User Manager for Domain (Диспетчер пользователей доменов). Она размещается в основной базе данных каталогов на главном контроллере домена PDC (Primary domain controller). Копии базы данных хранятся на всех резервных контроллерах домена BDC (Backup domain controller), которые с интервалом в пять минут обновляются с основного контроллера домена. Пример построения такой сети представлен на рис. 6.10.

Локальная учетная запись содержит информацию о пользователе данного компьютера. С ее помощью пользователь может зарегистрироваться в системе и получить доступ к ресурсам компьютера. Чтобы иметь право обратиться к ресурсам другого компьютера, надо и на нем завести локальную учетную запись пользователя.

Обощенная структура операционных систем

Системы должны быть гибкими с точки зрения бизнес-компонентов, открытыми на уровне технологий объектного взаимодействия, и, что очень важно для будущего — обладать высокой степенью стандартизованности выбранных базовых технологий. Чем больше производителей вычислительных систем поддерживают стандарт, тем ниже вероятность больших расходов при интеграции как программных, так и аппаратных комплексов.

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рис. 6.2).

Средства управления локальными ресурсами компьютера выполняют функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера.
Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

На рисунке 6.3 показано взаимодействие сетевых компонентов. Здесь ЭВМ 1 выполняет роль клиента, а ЭВМ 2 - роль сервера, соответственно на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй - клиентская. На рисунке отдельно показан компонент клиентской части - редиректор. Именно редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, например HDD (Hard Disk Drive), то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, он переправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы ЭВМ 2 принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Существует два подхода к построению сетевых ОС (рис. 6.4).

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции.

Примером такого подхода является использование на каждой машине сети операционной системы MS DOS (у которой начиная с ее третьей версии появились такие встроенные функции, как блокировка файлов и записей, необходимые для совместного доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как LANtastic или Personal Ware.

Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT фирмы Microsoft, которая за счет встроенности сетевых средств обеспечивает более высокие показатели производительности и защищенности информации по сравнению с сетевой ОС LAN Manager той же фирмы (совместная разработка с IBM), являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2. Компоненты сетевой операционной системы на каждой рабочей станции и файловом сервере взаимодействуют друг с другом посредством языка, называемым протоколом. Одним из общих протоколов является протокол фирмы IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System -Сетевая операционная система ввода-вывода). Другим распространенным протоколом является IPX (Internet-work Packet Exchange - Межсетевой обмен пакетами) фирмы Novell.х, рассмотренные в предыдущей главе. Ниже представлены ОС различных разработчиков:

Таблица. Типы ОС

N пп	Операционная система	Производитель
1	Apple Talk	Apple
2	LANtastic	Artisoft
3	NetWare	Novell
4	NetWare Lite	Novell
5	Personal NetWare	Novell
6	NFS	Sun Microsystems
7	OS/2 LAN Manager	Microsoft
8	OS/2 LAN Server	IBM
9	Windows NT Advanced Server	Microsoft
10	POWERfusion	Performance Technology
11	POWERLan	Performance Technology
12	Vines	Ba

Общие подходы к выбору топологии сети

В настоящее время наиболее распространенными являются локальные сети Ethernet c электрической средой обмена (10, 100-base-T). В таких сетях, на сегментах с максимальной стандартной длиной, критичной по быстродействию и помехозащищенности является сама среда обмена. Поэтому увеличение быстродействия и улучшения помехозащищенности этих сетей становится возможным при переходе от электрической среды обмена к оптической.

В высокоскоростных сетях со средой обмена на волоконной оптике критичным по быстродействию является среда обработки сигналов (оборудование узлов). Увеличение быстродействия таких сетей становится возможным при переходе к следующему поколению элементной базы.

Однако, в случайных методах доступа при большом количестве пользователей наблюдается резкое снижение пропускной способности сети при их попытке одновременно передать сообщения по сети. Устойчивый же доступ к среде обмена при любом количестве пользователей обеспечивают маркерные методы. Поэтому, при планировании сети, необходимо придерживаться следующих принципов:

- Если сеть состоит из небольших сегментов и небольшого количества пользователей, то максимальное быстродействие обеспечит сеть Ethernet с электрической средой передачи данных.

- Если сеть состоит из большого количества пользователей и сравнительно небольших сегментов, то устойчивый доступ к сети обеспечат маркерные методы доступа.

- Если сеть состоит из сегментов большой длины, то максимальное быстродействие обеспечат сети с оптической средой передачи.

Общие сведения

В настоящее время все большее число компаний испытывают необходимость в организации современных мощных корпоративных сетей. Растут требования как к скорости передачи информации (уменьшению времени доступа к сетевым ресурсам, находящимся в различных географических поясах), так и к надежности и защите передаваемых данных. Модульность построения аппаратно-программного обеспечения, новейшие технологии в развитии сетевых технологий и решают эти задачи.

Корпоративной сетью

называется сеть, охватывающая большое количество компьютеров и располагающаяся в пределах одного предприятия. Корпоративная сеть соответствует английскому термину «enterprise-wide networks».

В связи с тем, что современные предприятия и их филиалы могут территориально охватывать разные города, страны и даже континенты, их корпоративные сети состоят из десятков и сотен локальных сетей, включающих в себя десятки тысяч компьютеров и сотни серверов, для объединения которых используются глобальные сети, по средствам организации связи с помощью телефонии, спутниковых и радиоканалов. Пример построения корпоративной сети представлен на рисунке 5.1

Для управления доступом к ресурсам таких сетей обычно используют единые базы учетных записей пользователей, которые позволяют получать доступ к ресурсам всей сети из разных частей предприятия и избавляют администраторов сети от дополнительной необходимости дублировать одно и то же пользовательское имя на нескольких серверах локальных сетей.

Одной из важнейших характеристик корпоративных сетей является их гетерогенность, то есть способность обеспечивать обмен информацией компьютеров, имеющих различную коммуникационную и аппаратную конфигурацию, а также программное обеспечение.

Кроме того, оптимальность выбора маршрута от отправителя к получателю влияет на скорость передачи информации, что является "узким" местом в современных сетях, за счет своей низкой скорости передачи информации и качества сетей. Чтобы передаваемому кадру добраться до пункта назначения, ему может потребоваться преодолеть несколько транзитных участков между маршрутизаторами.
Для решения этой задачи транспортный уровень располагает информацией о топологии сети.

Как уже указывалось в разделе 1.8, существует два варианта организации работы сетевого уровня: с использованием соединений, а другой – без соединений. В контексте внутреннего устройства подсети соединение обычно называют виртуальным каналом. Независимые пакеты в системе без установления соединений называются дейтаграммами.

Виртуальные каналы организованы таким образом, что для каждого посылаемого пакета не нужно выбирать маршрут заново. Этот маршрут используется для всех данных, передаваемых за время соединения. При разрыве соединения или выходе из строя маршрутизатора виртуальный канал перестает существовать. Таким образом, передаваемые пакеты всегда перемещаются по одному и тому же маршруту. При передаче пакетов указывается номер виртуального канала. Каждый маршрутизатор при такой организации сетевого уровня должен помнить, куда направлять пакеты для каждого из открытых в данный момент виртуальных каналов, для чего, кроме системной информации маршрутизаторы хранят таблицу виртуальных каналов, проходящих через них.

При организации сетевого уровня без установления соединения, в отличие от виртуальной организации, маршрут для каждой передачи пакета выбирается заново. Перед передачей пакета необходимо рассчитать маршрут пересылки, что приводит к некоторой задержке, особенно в больших корпоративных сетях. Однако, в отличие от виртуального канала, данный способ организации более гибкий и позволяет легче приспосабливаться к неисправностям и заторам передачи данных. При передаче данных используются адреса получателя, которые при увеличении сетей становятся довольно длинными, до нескольких байтов. Маршрутизаторы при такой организации сети хранят номера входных и выходных линий для пунктов назначения пакетов.

Общие сведения об администрировании пользователей и раабочих групп

В сетевой операционной системе Windows NT Server присутствует специальный инструмент, предназначенный для администрирования глобальных учетных записей пользователей и групп на основном контроллере домена, а также локальные учетные записи на любом компьютере домена - User Manager for Domains.

Окно утилиты User Manager for domains представлено на рисунке 6.13.

Для того, чтобы создать учетную запись нового пользователя в домене, необходимо в меню User выбрать "New User...". При этом раскроется окно "New User" (рис 6.14).

Здесь необходимо ввести Имя пользователя (Username)? под которым он будет регистрироваться в домене, полное имя пользователя (Full Name), описание, которое может отождествлять пользователя (Description), пароль для регистрации в домене (Password) и подтверждение пароля (Confirm Password). Кроме того, в этом окне можно задать смену пароля при первой регистрации пользователя (User Must Change Password at Next Logon), запретить смену пользователем пароля (User Cannot Change Password), ограничение действия пароля (Password Never Expires), отключить учетную запись (Account Disabled).

Существуют также и другие ОС, например, Linux, администрирование которых отличается, в основном, только инструментом управления учетными записями и настройки служб, протоколов и клиентов.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СЕТИ НА ОСНОВЕ WINDOWS

Выпустив операционную систему Windows 2000, компания Microsoft сделала серьезный шаг к тому, чтобы Windows NT (NT – New Technology) стала корпоративным стандартом проведения вычислений. Windows 2000 – один из самых крупных, когда-либо реализованных проектов создания программного обеспечения; программный код этой операционной системы содержит 40-65 миллионов символов. Над проектом работало свыше 2000 программистов, в Windows 2000 Server включены новые технологии, разработанные 24 компаниями.

Многие комбинации новых технологий обеспечили новые возможности операционной системы, в частности, иерархическую структуру системы хранения данных, при которой часто используемые файлы переносятся на ленточные накопители, откуда их при необходимости извлекают. Эта технология реализована благодаря разработкам компании High Ground. Некоторые возможности – улучшенные варианты технологий, представленных в предыдущих версиях операционной системы или в сервисных пакетах, например, организация многосессионных вычислений в сетевых серверах с использованием архитектуры «тонкого» клиента, основаны на совместных разработках компании Microsoft и Citrix.

Если спросить у группы системных администраторов, что их больше всего беспокоит и что они хотели бы видеть в следующем поколении серверных операционных систем под названием Windows, ответ на оба вопроса будет одинаковым – стабильность и надежность. Дальше следует простота управления, дополнительные инструменты, которыми новая операционная система от Microsoft обзавелась во время разработки. Но они занимают последние места в списке.

Компания Microsoft действительно уделила повышенное внимание тому, чтобы сделать Windows 2000 более стабильной, менее склонной к зависаниям, легче настраиваемой и требующей перезагрузки в меньшем количестве случаев. Если Windows NT 4.0 требовала перезагрузки в 75 различных ситуациях, то Windows 2000 – только в пяти. Каждый, кто когда-либо сталкивался с установкой и настройкой параметров Windows NT 4,0, будет только приветствовать эти сведения.
Раньше простое изменение параметров протокола TCP/IP требовало обязательной перезагрузки системы. В Windows 2000 Server это не так.

Несмотря на то, что Windows 2000 Server еще отстает от Windows 98 по возможностям автоматической настройки работы различных устройств, она все же намного более совместима со стандартом Plug and Play, чем ее предшественницы. Не следует удивляться тому, что после замены видеоадаптера или звуковой карты система найдет новое аппаратное обеспечение. Поскольку сервер, работающий под управлением Windows 2000 Server, выключается не часто, возможности этой операционной системы по управлению питанием достаточно слабы, несмотря на заявления компании Microsoft о поддержке стандарта ACPI (Advanced Configuration and Power Interface – усовершенствованный интерфейс управления питанием).

Дополнительные улучшения в операционной системе Windows 2000 связаны с поддержкой аппаратного обеспечения. Хотя Windows NT и поддерживала экзотические типы жестких дисков, только немного моделей потребительских цветных принтеров или сканеров могли взаимодействовать с этой операционной системой. Windows 2000 поддерживает модель драйверов Windows (WDM – Windows Driver Model), позволяющую разработчикам писать драйверы, которые будут нормально взаимодействовать и с Windows 98 и Windows 2000. Драйвер должен быть откомпилирован для каждой операционной системы отдельно, но его исходный код – один и тот же. Таким образом, производители различного периферийного оборудования очень быстро выпустили драйверы для операционной системы Windows 2000 Server. Кроме того, теперь Windows 2000 Server может воздействовать с большим количеством устройств, чем предыдущие версии серверных операционных систем.

Основным элементом централизованного администрирования в Windows 2000 Server является домен. Домен - это группа серверов, работающих под управлением Windows 2000 Server, которая функционирует, как одна система. Все серверы Windows 2000 в домене используют один и тот же набор учетных карточек пользователя, поэтому достаточно заполнить учетную карточку пользователя только на одном сервере домена, чтобы она распознавалась всеми серверами этого домена.

Основные административные блоки

Группирование компьютеров в рабочие группы дает два важных преимущества сетевым администраторам и пользователям. Наиболее важное - серверы домена составляют (формируют) единый административный блок, совместно использующий службу безопасности и информацию учетных карточек пользователя. Каждая рабочая группа имеет одну базу данных, содержащую учетные карточки пользователя и групп, а также установочные параметры политики безопасности.

Второе преимущество доменов сделано для удобства пользователей: когда пользователи просматривают сеть в поисках доступных ресурсов, они видят сеть, сгруппированную в домены, а не разбросанные по всей сети серверы и принтеры.

Основные характеристики и классификация ЭВМ

ЭВМ являются центральными элементами обработки данных в информационно-вычислительных сетях, параметры которых играют определяющую роль в эффективности функционирования сети. Эффективность

- это свойство системы выполнять поставленную цель в заданных условиях использования и с определенным качеством.

Вычислительные машины могут быть классифицированы по размерам и по признаку вычислительной мощности, другое название которой - производительность, измеряется в МИПС (MIPS от Mega Instruction Per Second) - миллионах операций в секунду над числами с фиксированной запятой (точкой). Для операций над числами, представленными в форме с плавающей точкой, единица измерения производительности МФлоПС (MFLoPS - Mega FLoating point Operation Per Second). Поскольку компьютеры выполняют самые разные задачи, оценки производительности в МИПС и МФлоПС получаются не достаточно точными, поэтому для персональных компьютеров вместо производительности указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины. Например, тактовый генератор с частотой 100 МГц обеспечивает выполнение 20 млн коротких простейших машинных операций (сложение, вычитание, пересылка информации) в секунду, с частотой 1000 МГц - 200 млн операций в секунду.

По этим двум признакам ЭВМ разбиты на классы: микроЭВМ, малые ЭВМ, большие ЭВМ и суперЭВМ. Основные характеристики классов современных ЭВМ приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Основные параметры классов современных компьютеров

Параметры	Класс компьютера
Супер- компью-теры	Большие компью-теры	Малые компью-теры	Микро-компью-теры
Производительность, MIPS	1000 - 1000000	100 - 10000	10 - 1000	10 - 100
Емкость оперативной памяти, Гбайт	2000 - 100000	512 - 100000	128- 2048	32 - 512
Емкость накопителя на магнитных дисках, Гбайт	500 - 500000	100- 10000	20 - 500	10 - 50
Разрядность, бит	64 - 256	64 - 126	32 - 128	32 - 128

МикроЭВМ многочисленны и разнообразны.
Многопользовательские микрокомпьютеры оборудованы несколькими видеотерминалами и работают в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них одновременно нескольким пользователям (многопользовательский режим, режим с разделением времени).

Персональные компьютеры (ПК)- однопользовательские, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские микрокомпьютеры, часто специализированные для определенного вида работ - графических, инженерных, издательских и т. п. Специализированные ЭВМ, в отличие от универсальных, призваны решать определенный достаточно узкий круг задач с меньшими затратами оборудования и потому более простой архитектуры и низкой стоимости.

Серверы (от server) - многопользовательские мощные микрокомпьютеры в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех рабочих станций сети.

Сетевые компьютеры (network computer) - упрощенные микрокомпьютеры, обеспечивающие работу в сети и доступ к сетевым ресурсам, часто специализированные на выполнение определенного вида работ, таких, как организация просмотра сетевых ресурсов, электронной почты, защита сети от несанкционированного доступа и т. д.

Персональные компьютеры универсальны и общедоступны ввиду их малой стоимости, автономности эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды, обеспечивают адаптируемость архитектуры к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту. Обладают высокими показателями ожидаемой надежности работы - более 5000 часов наработки на отказ.

Широко известны компьютеры американской фирмы IBM (International Business Machine Corporation):

- IBM PC XT (Personal Computer eXtended Technology);

- IBM PC AT (Personal Computer Advanced Technology) на микропроцессорах (МП)   80286 ( 16-ти разрядные, то есть длина разрядной сетки, длина машинного слова равна 16-ти битам );

- IBM PS/2 8030 - PS/2 8080 (Personal System, все, кроме PS/2 8080 - 16-ти разрядные, PS/2 8080 - 32-х разрядная);

- IBM PC на МП 80386 и 80486 (32-х разрядные);

- IBM PC на МП Pentium - Pentium 4 (64-х разрядные).

Персональные компьютеры выпускаются и другими фирмами: американскими - Apple (Macintosh), Compaq Computer, Hewlet Packard, Dell, DEC (Digital Equipment Corporation), а также фирмами Великобритании - Spectrum, Amstard, Франции - Micral, Италии - Olivetty, Японии - Toshiba, Panasonic, Partner. В настоящее время широкое распростанение (более 80%) получили появившиеся в 1981 году ПК фирмы IBM и их аналоги. Второе место занимают ПК фирмы Apple (Macintosh). Из всего мирового парка компьютеров количество ПК составляет более 90%.

Промышленность стран СНГ выпускала ПК Apple - совместимые (диалоговые вычислительные комплексы ДВК-1 - ДВК-4 на основе "Электроники МС-1201", " Электроники 85", "Электроники 32" и т.п.) а также IBM PC - совместимые ( ЕС 1840 - ЕС 1842, ЕС 1845, ЕС 1849, ЕС 1861, Искра 1030", "Истра 4816", "Нейрон И9.66" и т.д.).

Малые ЭВМ (другое название мини-ЭВМ) - надежные, недорогие и удобные в эксплуатации. Применяются в качестве управляющих вычислительных комплексов для управления технологическими процессами, для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов. в системах искусственного интеллекта.

Характеристики современных мини-компьютеров и наиболее мощных из них - супер-мини-компьютеров таковы:

производительность - до 1000 MIPS;

емкость основной памяти (оперативной и кэш-памяти) - до 8000 Мбайт;

емкость дисковой памяти - до 1000Гбайт;

разрядность - 32, 64 и 128;

число поддерживаемых пользователей - 16 - 1024.

Первыми микрокомпьютерами являлись компьютеры PDP 11 фирмы DEC   (США), ставшие прототипами отечественных мини-ЭВМ - Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): СМ 1, 2, 3, 4, 1400, 1700 и других. Семейство мини-компьютеров PDP-11 объединяет модели от VAX-11 до VAX-3600; мощные модели мини-компьютеров класса 8000( VAX-8250, 8820); супер-мини-компьютеры класса 9000 (VAX-9410, 9430) и другие.

Характеристики моделей VAX:

производительность 10 - 1000 MIPS;

количество процессоров 1 - 32;

емкость основной памяти - 512 Мбайт - 2 Гбайт;

емкость дисковой памяти - 50 - 500 Гбайт;

число каналов ввода-вывода - до 64.

К большим ЭВМ относятся компьютеры, имеющие следующие основные характеристики:

производительность - не менее 100 MIPS;

емкость основной памяти - 512 - 10000 Мбайт;

емкость дисковой памяти - не менее 100 Гбайт;

число поддерживаемых пользователей - 16 - 1000.

Большие ЭВМ иначе называются мэйнфреймами (main - главный, основной; frame - стойка, корпус), поскольку они выполняют роль главной ЭВМ вычислительного центра. Применяются большие ЭВМ для решения научно-технических задач, в ВС с пакетной обработкой информации, для работы с большими базами данных, для управления вычислительными сетями и их ресурсами а также в качестве больших серверов ВС, так называемых серверов - мэйнфреймов. Первыми появились машины фирмы IBM. Архитектура и программное обеспечение моделей IBM 360 и   IBM 370 стали прототипами отечественной Единой Системы больших машин ЕС ЭВМ. С 1990 года выпускаются 18 моделей компьютеров семейства IBM ES/9000 (ES - Enterprise System - система предприятий). Младшая модель ES/9221 model 120 имеет оперативную память емкостью 256 Мбайт, производительность десятки MIPS и 12 каналов ввода-вывода. Старшая модель ES/9221 model 900 имеет 6 векторных процессоров, оперативную память емкостью 9 Гбайт, производительность тысячи MIPS и 256 каналов ввода-вывода, использующих волоконно-оптический кабели.

С 1997 года большие компьютеры трансформировались в малогабаритные мэйнфреймы семейства S/390, включающее 14 моделей машин с объемом оперативной памяти до 16 Гбайт, с быстродействием от 50 MIPS до 500 MIPS у 10-процессорной машины. Семейство S/390 получило широкое распространение в мире, а также в России. Кроме того, на отечественных предприятиях выполняется сборка моделей семейства S/390.

          Также распространены и большие ЭВМ семейства М 1800 корпорации Fujitsu (Япония) и Millennium 400 и 500 предприятия Amdahl, являющегося дочерним фирмы Fujitsu.

Семейство состоит из 5-ти моделей: Model-20, 30, 45, 65, 85. Модели 45, 65 и 85 - многопроцессорные компьютеры с 4-мя, 6-тью и 8- ю процессорами соответственно; модель 85 имеет основную память емкостью 2 Гбайт и 256 каналов ввода-вывода. Фирма Amdahl с 1999 года выпускает 12-ти процессорные модели Millennium 700 и 800 производительностью 685 и 1000 MIPS соответственно.

СуперЭВМ - мощные многопроцессорные компьютеры с производительностью сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду. Характеристики типового суперкомпьютера 2001 года: высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с производительностью порядка 100 000 MFLoPC, с емкостью оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1 -10 Тбайт (1 Тбайт = 1000 Гбайт), с разрядностью 64 - 128 бит. Для сбалансированности ресурсов ЭВМ необходимо, чтобы на каждый MFLoPS производительности процессора приходилось не менее 1 Мбайт оперативной памяти.

          Фирма IBM недавно объявила о разработке новой суперЭВМ, которая будет содержать более миллиона микропроцессоров Pentium III и обладать быстродействием 10 15 операций /с.

          Архитектура всех этих высокопроизводительных ЭВМ отлична от традиционной однопроцессорной фон-Неймановской архитектуры с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (ОКОД или скалярные

процессоры, рис 1.1 а) и называется архитектурой массового параллелизма. СуперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем, имеющих по принятой классификации три разновидности структур:

          1. Магистральные

(другое название конвейерные), у которых процессор одновременно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных. Это системы с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD - Multiple Instruction Single Data - рис. 1.1. б). Например, отечественные суперЭВМ "Эльбрус 3,4", имеют модифицированную параллельно-конвейерную структуру MMISD.

2. Векторные, у которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными - однократный поток команд с многократным потоком данных (ОКМД или SIMD - Single Instruction Multiple Data - рис. 1.1 в).

3. Матричные, у которых микропроцессор одновременно выполняет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых данных - многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD - Multiple Instruction Multiple Data - рис. 1.1 г ).

          В периодически обновляемой таблице TOP500 (www.top500.org) сведены показатели суперкомпьютеров различных производителей. Суммарная мощность этих 500 наиболее производительных компьютеров составляет менее 0,1% от суммарной вычислительной мощности всех компьютеров мира.

Основные правила конфигурирования компьютеров, подключенных к сети

После того, как было установлено физическое соединение сети (установлено и подключено сетевое оборудование) необходимо соответствующим образом сконфигурировать, то есть программно настроить компьютеры, находящиеся в сети. Для этого необходимо произвести настройку сети. Это можно сделать только в том случае, если пользователь обладает соответствующими правами на конфигурирование системы. Такими правами, как правило, обладает пользователь из группы «Администратор». Настроить сетевые установки можно путем нажатия правой кнопки мыши на значке «Мое сетевое окружение», которое, как правило, располагается на Рабочем столе операционной системы и выбрать пункт меню «Свойства». При этом откроется окно «Сеть и удаленный доступ к сети».

Для того, чтобы раскрыть окно «Подключения по локальной сети - свойства» (рис. 6.11), в котором и настраиваются параметры подключения, необходимо правой кнопкой мыши нажать на значке «Подключение по локальной сети».

В этом окне необходимо установить протокол передачи данных, службу доступа к информации по сети, а также указать, клиентом каких сетей Вы являетесь. Для выбора протокола передачи данных по сети необходимо в открывшемся окне нажать на кнопку «Установить», а затем в новом окно выбрать «Протокол», нажать «Добавить» (рис. 6.12). Раскроется список доступных для установки протоколов. Выберем, например, протокол передачи данных TCP/IP, для функционирования которого необходимо установить в свойствах данного протокола уникальный для каждого компьютера сети IP-адрес (например, 192.168.0.33) и маску подсети (например, 255.255.0.0).

Кроме того, чтобы получить возможность передавать данные по сети, а также иметь доступ к ресурсам другого компьютера необходимо также установить, что пользователь является клиентом сети Microsoft, а также службу доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft. Для этого необходимо в окне «Подключения по локальной сети - свойства» выбрать «Установить», затем, в открывшемся окне выбрать «Клиент», а затем из списка выбрать «Клиент для сетей Microsoft».
Служба доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft устанавливается аналогичным образом, только в окне «Выбор типа сетевого компонента» выбрать «Служба» и далее в открывшемся окне выбрать «Служба доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft».

После выполнения вышеописанных действий, дважды щелкнув левой кнопкой мыши на значке «Мое сетевое окружение» Вы должны увидеть список подключенных в данный момент и настроенных компьютеров в сети, у которых хотя бы один локальный ресурс имеет общий доступ.

По умолчанию все ресурсы компьютера – папки, принтеры и др. не имеют общего доступа. Для того, чтобы разрешить общий доступ к ресурсам своего компьютера необходимо сначала выделить данный объект, затем, нажав правой кнопкой мыши на этом объекте, из раскрывшегося контекстного меню выбрать «Доступ». В открывшемся окне установить «Открыть общий доступ к этой папке» и при необходимости в строке «Сетевое имя» ввести имя, под которым другие компьютеры будут видеть данный ресурс.

План помещений

План помещения влияет на выбор топологии сети значительно сильнее, чем это может показаться на первый взгляд (рис. П.2).

После определения места установки сервера можно сразу определить, какое количество кабеля потребуется.

Показатели качества информационно-вычислительных сетей

Согласно Серии Международных Стандартов ISO 9000 качество

- это совокупность свойств системы, позволяющих удовлетворять потребностям и ожиданиям потребителя. Рассмотрим основные показатели качества информационно-вычислительных сетей.

1. Полнота выполняемых

функций. Сеть должна обеспечивать выполнение всех предусмотренных для нее функций по доступу ко всем ресурсам, по совместной работе узлов и по реализации всех протоколов и стандартов работы.

2. Производительность - среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени.

3. Пропускная способность

- важная характеристика производительности сети, определяется объемом данных, передаваемых через сеть (или ее звено - сегмент) за единицу времени. Часто используется другое название - скорость передачи данных.

4. Надежность сети - важная ее техническая характеристика, чаще всего характеризующаяся средним временем наработки на отказ.

5. Достоверность результантной информации - важная потребительская характеристика сети.

6. Безопасность информации

в сети является важнейшим ее параметром, поскольку современные сети имеют дело с конфиденциальной информацией. Способность сети защитить информацию от несанкционированного доступа и определяет степень ее безопасности.

7. Прозрачность сети - еще одна ее потребительская характеристика, означающая невидимость особенностей внутренней архитектуры сети для пользователя, он должен иметь возможность обращаться к ресурсам сети как к локальным ресурсам своего собственного компьютера.

8. Масштабируемость - это возможность расширения сети без заметного снижения ее производительности.

9. Универсальность сети - возможность подключения к ней разнообразного технического оборудования программного обеспечения от разных производителей.

В состав этих показателей качества сети входят важные технические характеристики, которые могут быть оценены и выражены количественными значениями измеряемых или вычисляемых величин: производительность, пропускная способность, надежность, достоверность результантной информации, безопасность информации.

Производительность ИВС, иначе называемая вычислительной мощностью, определяется тремя характеристиками:

- временем реакции сети на запрос пользователя;

- пропускной способностью

сети;

- задержкой передачи.

Время реакции системы определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя (ЗП) к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос и складывается из следующих составляющих:

- времени подготовки запроса на компьютере пользователя;

- времени передачи запроса через сегменты сети и промежуточное телекоммуникационное оборудование от пользователя к узлу сети, ответственному за его исполнение;

- времени выполнения (обработки) запроса в этом узле;

- времени передачи пользователю ответа на запрос;

- времени обработки полученного от сервера ответа на компьютере пользователя.

Значение времени реакции зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому узлу обращается, а также от состояния элементов сети на данный момент, а именно от загруженности сервера и сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос и др. Поэтому на практике используется оценка времени реакции сети усредненная по пользователям, серверам, времени дня, от которого зависит загрузка сети. Эти сетевые составляющие времени реакции дают возможность оценить производительность отдельных элементов сети и выявить "узкие" места с целью модернизации сети для повышения общей производительности.

Значительную часть времени реакции составляет время передачи

информации по телекоммуникациям сети, от длительности которого и зависит величина пропускной способности. Пропускная способность определяет скорость выполнения внутренних операций сети по передаче пакетов данных между узлами сети через коммутационные устройства и характеризует качество выполнения одной из основных функций сети - транспортировки сообщений. По этой причине при анализе производительности сети эта характеристика чаще используется, чем время реакции.

Пропускная способность, называемая в некоторых литературных источниках скоростью передачи данных, измеряется в Бодах (названных в честь французского ученого Э.Бодо), равных 1 бит/с, либо в пакетах в секунду и характеризует эффективность передачи данных.

Например, скорость передачи данных по кабельным линиям связи ЛВС от 10 Мбит/с, по телефонным каналам связи глобальных сетей - всего1200 бит/с. Используются три понятия пропускной способности - средняя, мгновенная и максимальная. Средняя пропускная способность

вычисляется делением объема переданных данных на время их передачи за длительный интервал времени (час, день, неделя). Мгновенная пропускная способность - средняя пропускная способность за очень маленький интервал: 10 мс или 1 с. Максимальная пропускная способность

- это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная за время наблюдения.

Пропускная способность может измеряться между двумя узлами или точками сети, например, между компьютером пользователя и сервера, между входным и выходным портами маршрутизатора. Общая пропускная способность любого составного пути сети будет равна минимальной из пропускных способностей составляющих элементов маршрута, поскольку пакеты передаются различными элементами сети последовательно. Общая пропускная способность сети

характеризует качество сети в целом и определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени.

Задержка передачи - это задержка между моментом поступления пакета на вход какого-нибудь сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Эта характеристика производительности отличается от времени реакции сети тем, что включает в себя только время этапов сетевой обработки данных, без учета задержек обработки данных компьютерами сети. Практически величина задержки не превышает сотен миллисекунд, реже нескольких секунд и не влияет на качество файловой службы, служб электронной почты и печати с точки зрения пользователя.Однако такие задержки пакетов, переносящих изображение или речь, приводят к снижению качества предоставляемой пользователю информации из-за возникновения дрожания изображения, эффекта "эха", неразборчивости слов и т.п.

Задержка передачи и пропускная способность являются независимыми характеристиками, поэтому, не смотря на высокую пропускную способность, сеть может вносить значительные задержки при передаче каждого пакета.

Пример подхода к разработке

Технические требования к разрабатываемой сети:

- число помещений - 7.

- количество персональных компьютеров в помещениях - 18

- построение сети выполнить на линиях связи типа "витая пара".

- управление сервером должно осуществляться операционной системой Windows 2000 Server.

Приоритетный доступ

При этом способе концентратор, получив одновременно два запроса, отдает предпочтение тому, который имеет более высокий приоритет. Эта технология реализуется в виде системы с опросом. Интеллектуальный концентратор, опрашивает подключенные к нему компьютеры, и при наличии у нескольких из них запроса на передачу, разрешает передать пакет данных тому, у которого приоритет, установленный для него, выше. Одним из примеров такого доступа является технология 100 VG (Voice Grade - голосовой канал) Any Lan, обладающая следующими возможностями:

скорость передачи данных - более 100 Мбит/сек;

поддержка структурированной кабельной системы на основе витой пары и оптоволоконного кабеля.