Тема 9 Основы телекоммуникационных технологий
и локальные сети в профессиональной деятельности
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Информационные сети. Основные понятия.
2. Локальные вычислительные сети.
3. Объединение вычислительных сетей.
4. Перспективы создания и развития информационно-вычислительных сетей органов внутренних дел.
1. Информационные сети. Основные понятия
1.1. Базовая модель OSI взаимодействия открытых систем
Развитие вычислительных сетей и мировая практика их создания привели к необходимости разработки стандартов по всему комплексу вопросов организации сетевых систем. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, в 1979 г. Комитетом по вычислительной технике и обработке информации Международной организацией по стандартизации (англ. ISO - International Standarts Organization) была предложена эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection), обычно называемая «семиуровневой моделью». В настоящее время эта модель получила широкое распространение и признание, поскольку дает основу как для анализа существующих, так и для определения новых систем и стандартов.
Эти уровни, которые в полном или частичном (совмещенном) составе присутствуют, как правило, в любой вычислительной сети и взаимодействуют на строго иерархической основе, т.е. каждый уровень обслуживает уровень, расположенный выше, и в свою очередь пользуется услугами нижнего уровня. Стандартизация интерфейсов между уровнями не предполагалась; стандартизация должна была распространяться только на протоколы связи соответствующих уровней взаимодействующих устройств. ISO планирует разработать архитектуру открытых сетей, в которой для каждого уровня предусматривается один или несколько протоколов.
Физический уровень 1 обеспечивает интерфейс между ЭВМ и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности бит.
Уровень 2 (уровень управления линией передачи данных или канальный) формирует из данных, передаваемых уровнем 1, так называемые «кадры» и их последовательность. Здесь также осуществляется управление доступом к передающей среде, обнаруживаются и исправляются ошибки. При возникновении ошибок автоматически выполняется повторная посылка кадра.
Сетевой уровень 3 реализует дополнительно функции маршрутизации, для того чтобы кадры уровня 2, здесь уже называемые «пакетами», могли передаваться через несколько каналов по одной или нескольким сетям.
Транспортный протокол (уровень 4) занимает центральное место в иерархии уровней сетей. На этом уровне может выполняться разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборку на приемном конце.
На транспортном уровне может выполняться согласование сетевых уровней различных несовместимых между собой сетей через специальные шлюзы. Например, такое согласование потребуется для объединения локальных сетей в глобальные сети.
Задачей уровня 5 - уровня сеансового протокола - является обеспечение обмена блоками данных между объектами прикладного уровня, т.е. поддержание диалога между процессами определенного типа. С этой целью сеансовый протокол выполняет большое число функций (десять - по организации передачи данных и три - по синхронизации процедур взаимодействия).
На уровне 6 представления данных осуществляется интерпретация передаваемых во время диалога данных. На этом уровне анализируются представление символов, формат страниц и графическое кодирование вместе с различными правилами шифрования.
Прикладной уровень 7 определен в наименьшей степени, поскольку реализует все функции, которые не могут быть приписаны нижним уровням. На этом уровне ISO в первую очередь рассматривает протоколы передачи и управления файлами; передачи и обработки заданий и виртуального терминального сервиса.
После того как определено полное множество протоколов, любые два устройства сети при условии их точной реализации могут взаимодействовать, несмотря на различия в конструкции, производительности, месте изготовления, функциональном назначении или внутренних интерфейсах. Таким образом, взаимодействие становится возможным для различных моделей и классов ЭВМ.
1.2. Связь компьютеров с помощью модемов
Вычислительные сети делятся на глобальные и локальные.
Каналами связи в глобальных сетях служат в основном телефонные линии связи. Так как по телефонным линиям могут передаваться только сигналы с частотой звукового диапазона, необходимо обеспечить преобразование цифровых сигналов (логические уровни 0 и 1) в сигналы звуковой частоты. Преобразование цифровой информации в аналоговую форму производится специальным устройством, называемым модулятором. Обратное преобразование, которое производится при приеме на другом конце линии, т.е. восстановление информации в ее первоначальной цифровой форме, осуществляется другим устройством, называемым демодулятором.
Объединение компьютеров через телефонную линию отличается от простого кабельного соединения. Поскольку телефонная сеть предназначена для передачи только звуковых сигналов, то передавать по ней цифровые импульсы не удается. Чтобы передавать данные, эти импульсы нужно промодулировать, т.е. преобразовать их колебания звуковой частотой соответственно битовым посылкам. На приемном конце пинии звуковые сигналы следует демодулировать в цифровую форму. Такая модуляция и демодуляция производятся устройством, которое называется модемом. В настоящее время существует три типа модемов: акустический модем, внешний модем прямого включения и внутренний модем прямого включения.
Ключевую роль в процессе обмена информацией между компьютерами играет программное обеспечение модемной связи. Если пользователь находится на приемном конце линии, то программа связи позволяет записать полученные данные на диск, вынести их на принтер либо просто просмотреть на экране. При передачи данных большинство программ связи позволяет сделать выбор между посылкой их из файла на диске и вводом непосредственно с клавиатуры.
Программное обеспечение для коммуникации позволяет также хранить телефонные номера, команды управления модемом и другие необходимые параметры. Обычно эти параметры постоянно хранятся в специальном списке абонентов сети. поэтому нет необходимости вводить их повторно всякий раз, когда нужно подключиться к удаленной системе. Хорошо разработанная программа связи позволяет легко выбрать из этого списка параметры удаленной системы и начать процесс установления связи.
Фирма Bell Telephone выпустила несколько стандартов, регламентирующих связь модемов по телефонным каналам. Большинство модемов, используемых для ПК, отвечает требованиям этих стандартов. Существуют стандарты для модемов, работающих со скоростями 1 10, 300 и 300/1200 бод. Передача файла объемом 10 Кбайт с помощью модема, работающего со скоростью 300 бод, потребует 5-6 мин. Для нормальной передачи файлов необходим более дорогой модем, рассчитанный на скорость передачи 1200 или 2400 бод.
2. Локальные вычислительные сети (ЛВС)
2.1. Основные понятия и важнейшие характеристики ЛВС
Под локальной вычислительной сетью понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) связывает ряд ЭВМ, в частности ПЭВМ, находящихся в одной локальной зоне, ограниченной, например, одним или несколькими рядом расположенными зданиями, каким-либо радиусом или одной организацией. Существенное отличие ЛВС от глобальной сети состоит в том, что при передаче информации не требуется преобразование из цифровой формы ее представления в аналоговую и наоборот. Т.е. информация между ПЭВМ передается непосредственно в цифровом виде по кабелям. Длина кабелей может достигать нескольких километров. Линии связи ЛВС обладают гораздо большей пропускной способностью по сравнению с телефонными линиями. ПЭВМ подключаются к сети обычно через адаптер последовательного интерфейса RS232C.
Целесообразность использования ЛВС объясняется тем, что персональный помощник человека, работающего в коллективе, должен входить в “коллектив” помощников. В данном случае немаловажное значение имеет электронная почта. Совместное использование ресурсов сохраняет свое значение. Например, одному пользователю слишком дорого обойдется наличие в ПЭВМ НЖМД емкостью 1 Гбайт, высококачественного лазерного принтера и высокоточного графопостроителя. Коллектив же пользователей может и должен позволить себе такую роскошь, обеспечив доступ к этим ресурсам каждого своего члена.
К числу важнейших характеристик ЛВС относятся:
1) топология сети,
2) количество ПЭВМ, способных работать в сети;
3) максимально допустимое удаление ПЭВМ друг от друга;
4) типы ПЭВМ, входящих в сеть (в зависимости от этого различают однородные и неоднородные ЛВС);
5) используемое программное обеспечение.
6) надежность ЛВС, определяемая ее способностью сохранять работоспособность при выходе из строя отдельных ПЭВМ и линий связи, что во многом зависит от топологии сети и ПО;
7) передающая среда, под которой понимают физическую среду, обеспечивающую передачу информации с помощью электрических или световых сигналов;
8) метод доступа, представляющий собой по сути дела совокупность принципов функционирования ЛВС, выбор которого определяется топологией сети;
9) протокол, являющийся совокупностью правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между узлами сети.
При помощи общего канала связи ЛВС могут объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих персональные компьютеры (ПК), внешние запоминающие устройства (ЗУ), дисплеи, печатающие и копирующие устройства, интерфейсные схемы и др. ЛВС могут подключаться к другим локальным и большим (региональным, глобальным) сетям ЭВМ с помощью специальных шлюзов, мостов и маршрутизаторов, реализуемых на специализированных устройствах или на ПК с соответствующим программным обеспечением.
2.2. Компоненты локальных вычислительных сетей
Анализируя работу локальных вычислительных сетей в самом общем виде, можно сказать, что каждая ЛВС состоит из сетевого программного обеспечения, компьютеров и коммуникационного оборудования.
Компьютеры, с которыми непосредственно общаются пользователи и которые включены в структуру ЛВС, носят название рабочих станций. Строго говоря, рабочей станцией называется станция (аппаратура) обработки данных, действующая под управлением человека и расположенная, как правило, в конечном узле. В большинстве случаев на базе каждой рабочей станции создается автоматизированное рабочее место (АРМ) пользователя, ориентированное на служебной профессиональные особенности деятельности человека (АРМ следователя, АРМ инспектора ГАИ, АРМ руководителя ГРОВД и т.д.).
Во многих случаях в составе локальной вычислительной сети помимо рабочих станций, то есть компьютеров, с которыми непосредственно общаются пользователи, выделяются специальные компьютеры, называемые серверами, от английского to serve - обслуживать. Задачей сервера является обслуживание рабочих станций, предоставление им своих ресурсов, которые обычно существенно больше, чем ресурсы рабочей станции.
В общем случае, сервер - это станция, обслуживающая другие станции локальной сети. Их взаимодействие можно представить следующим образом. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких-либо действий: прочитать данные, напечатать документ, передать электронное письмо или максимальное сообщение и т.п. Сервер выполняет затребованные действия и выдает подтверждение, то есть своеобразный "отчет о выполненной работе". В зависимости от вида работы, для которой предназначен сервер, он носит соответствующие названия: файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения, записи данных, DB-сервер, если он выполняет сложные операции поиска и извлечения данных из базы данных, принт-сервер, если он выполняет операции печати и так далее.
В тех случаях, когда выделенные сетевые серверы в составе ЛВС отсутствуют, функции рабочей станции и сервера совмещаются на каждом автоматизированном рабочем месте. При этом каждый компьютер одновременно может быть и сервером и рабочей станцией: предоставлять одной рабочей станции свои ресурсы и запрашивать у другой ее ресурсы.
Одно из преимуществ автономного автоматизированного рабочего места, как известно, состоит в том, что влияние его поломки или сбоя ограничено: остальные работы в организации не прерываются. ЛВС также должна сохранять такую надежность: отказ какого-либо компьютера не только не должен прекращать работу системы, но и обеспечивать возможность передачи функций отказавшего АРМ на другой компьютер сети.
Удовлетворение перечисленных требований достигается модульной организацией ЛВС, которая позволяет строить компьютерные сети различной конфигурации и различных возможностей. Итак, основными аппаратными компонентами ЛВС являются; кабели (передающие среды), рабочие станции, платы интерфейса сети, серверы сети.
Каждое из устройств ЛВС подключено к кабелю передачи данных, что позволяет им взаимодействовать. Устройства сети соединяются кабелями с помощью интерфейсных плат - сетевых адаптеров.
Одним из основных понятий разработки и функционирования ЛВС является понятие вычислительного процесса или информационного процесса. Это понятие непосредственно связано и отражает последовательность выполнения множества определенных функциональных задач, отражающих специфику профессиональной деятельности пользователей.
Такие территориально рассредоточенные и взаимодействующие процессы в ЛВС могут быть реализованы на основе двух глобальных концепций: первая устанавливает произвольные связи между процессами без функциональной среды между ними, вторая определяет связь только через функциональную среду. В первом случае процесс А пользователя отвечает за правильность понимания действий другого процесса В, связанного в данный момент времени с процессом А. Обеспечение правильности понимания, например, диктует необходимость иметь в составе операционных систем средств теледоступа в каждом из соединяемых процессов, достаточные для взаимодействия процессов А и В. Поскольку предусмотреть такие средства на все виды процессов нереально, то процессы в локальных и иных вычислительных сетях объединяются с помощью функциональной среды, обеспечивающей выполнение определенного свода правил - протоколов связи процессов.
Реализация протоколов связи процессов ЛВС, как правило, предполагает использование принципа пакетной коммуникации для обмена информацией между взаимодействующими процессами. При пакетной коммуникации информация перед передачей разбивается на сегменты (блоки), которые представляются в виде пакетов определенной длины, содержащих кроме информации пользователя некоторую служебную информацию, позволяющую различать пакеты и выявлять возникающие при передаче ошибки.
2.3. Классификация локальных вычислительных сетей
Сейчас в мире насчитываются десятки тысяч различных ЛВС (в 1978 г. их было всего 5), и для их рассмотрения полезно иметь систему классификации. Установившейся классификации ЛВС пока не существует, однако можно выявить определенные классификационные признаки ЛВС. К ним следует отнести классификацию по назначению, типам используемых ЭВМ, организации передачи информации, по топологическим признакам, способам передачи данных, управлению доступом к физической передающей среде и др.
Проанализируем ЛВС с точки зрения их основных характеристик. По назначению ЛВС можно разделить на следующие:
управляющие организационными, административными, технологическими и другими процессами),
информационные (информационно-поисковые),
расчетные,
информационно-расчетные,
обработки документальной информации и др.
По типам используемых в сети ЭВМ их можно разделить на однородные и неоднородные. Примером однородной ЛВС служит сеть DECNET, в которую входят ЭВМ только фирмы DEC. Часто однородные ЛВС характеризуются и однотипным составом абонентских средств, например, только комплексами машинной графики или только дисплеями и т.п. Неоднородные ЛВС содержат различные классы (микро, мини, большие) и модели (внутри классов) ЭВМ, а также различное абонентское оборудование.
По организации передачи информации ЛВС делятся на сети с маршрутизацией информации и селекцией информации. Взаимодействие абонентских систем маршрутизацией информации обеспечивается определением путей Передачи блоков данных по адресам их назначения. Этот процесс выполняется коммуникационными системами, имеющимися в сети. При этом абонентские системы могут взаимодействовать по различным путям (маршрутам) передачи блоков данных и для сокращения времени; передачи осуществляется поиск кратчайшего (по времени) маршрута.
В сетях с селекцией информации взаимодействие абонентских систем производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных. При этом всем абонентским системам доступны все блоки данных, передаваемые в сети.
|
