          АКС:
Выполнить конспект лекции «Классификация сетей ЭВМ»
Лекция Классификация сетей ЭВМ
Сети ЭВМ относятся к разряду сложных вычислительных систем, поэтому для их классификации используется целый ряд признаков (Рис. 1)
Рис. 1 Классификация сетей ЭВМ
По функциональному назначению сети ЭВМ подразделяются на:
информационные сети;
вычислительные сети;
информационно-вычислительные сети.
Информационные сети предоставляют пользователям в основном информационные услуги. К таким сетям относятся сети научно-технической и справочной информации, резервирования и продажи билетов на транспорте, сети оперативной информации служб специального назначения и т.д.
Вычислительные сети отличаются наличием в своем составе более мощных вычислительных средств, запоминающих устройств повышенной емкости для хранения прикладных программ, банков данных и знаний, доступных для пользователей, возможностью оперативного перераспределения ресурсов между задачами.
На практике наибольшее распространение получили смешанные информационно-вычислительные сети, в которых осуществляются хранение и передача данных, а также решение различных задач по обработке информации.
По размещению основных информационных массивов (банков данных) сети подразделяются на следующие типы:
сети с централизованным размещением информационных массивов;
сети с локальным (абонентским) размещением информационных массивов.
В сетях с централизованным размещением информационные массивы формируются и хранятся на главном файловом сервере сети. В сетях с локальным размещением информационные массивы могут находиться на различных файловых серверах.
По степени территориальной рассредоточенности компонентов сети различают:
глобальные сети, охватывающие территорию страны или нескольких стран с расстояниями между отдельными узлами сети в несколько тысяч километров;
региональные сети, расположенные в пределах определенного территориального региона (города, района, области и т.п.);
локальные вычислительные сети, охватывающие сравнительно небольшую территорию (в радиусе до 10 км).
По типу используемых вычислительных средств сети могут быть:
однородными (ЭВМ всех абонентских систем сети аппаратно и программно совместимы);
неоднородными (ЭВМ абонентских систем сети аппаратно и программно несовместимы).
Локальные сети ЭВМ обычно являются однородными, а региональные и глобальные – неоднородными.
По методу передачи данных различают сети:
с коммутацией каналов;
с коммутацией сообщений;
с коммутацией пакетов;
со смешанной коммутацией.
Важным признаком классификации сетей ЭВМ является их топология, т.е. структура связей между элементами сети. Топология оказывает существенное влияние на пропускную способность, на устойчивость сети к отказам ее оборудования, на качество обслуживания запросов пользователей, на логические возможности и стоимость сети.
Для построения сетей ЭВМ используются следующие топологические структуры (рис. 2):
радиальная (звездообразная);
кольцевая;
шинная;
полносвязная;
древовидная (иерархическая);
смешанная.
Рис. 2. Топологические структуры сетей ЭВМ
Основу сетей с радиальной (звездообразной) топологией (рис. 2.а) составляет главный центр, который может быть как активным (выполняется обработка информации), так и пассивным (выполняется только ретрансляция информации). Такие сети довольно просты по своей структуре и организации управления. К недостаткам сетей с радиальной топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя центрального узла коммутации, отсутствиесвободы выбора различных маршрутов для установления связи между АС, увеличение задержек в обслуживании запросов при перегрузке центра обработки, значительное возрастание общей протяженности линий связи при размещенииАС на большой территории.
В сетях с кольцевой топологией (рис. 2.б) информация между абонентскими станциями передается только в одном направлении. Кольцевая структураобеспечивает широкие функциональные возможности сети при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методовуправления, возможности контроля работоспособности моноканала. К недостаткам сетей с кольцевой топологией можно отнести: нарушение связи при выходе из строя хотя бы одного сегмента канала передачи данных.
В сетях с шинной топологией (рис. 2.в) используется моноканал передачи данных, к которому подсоединяются абонентские системы. Данные от передающей АС распространяются по каналу в обе стороны. Информация поступает на все АС, но принимает сообщение только та АС, которой оно адресовано.
Шинная топология – одна из наиболее простых. Она позволяет легко наращивать и управлять сетью ЭВМ, является наиболее устойчивой к возможным неисправностям отдельных абонентских систем. Недостатком шинной топологии является полный выход из стоя сети при нарушении целостности моноканала.
В полносвязной сети (рис. 2.г) информация может передаваться между всеми АС по собственным каналам связи. Такое построение сети требует больного числа соединительных линий связи. Оно эффективно для малых сетей с небольшим количеством центров обработки, работающих с полной загрузкой каналов связи.
В сетях с древовидной топологией (рис. 2.д) реализуется объединение нескольких более простых сетей с шинной топологией. Каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных сегментов.
Топология крупных сетей обычно представляет собой комбинации нескольких топологических решений. Примером такой сети может служить сеть со смешанной радиально – кольцевой топологией, представленная на рис. 2.е.
Правильный и рациональный выбор основных функциональных, технических и программных компонентов сетей ЭВМ, их топологической структуры оказывают непосредственное влияние на все технические характеристики и общую эффективность функционирования сетей ЭВМ в целом. Это особенно важно для вычислительных сетей военного назначения, предназначенных для обработки и передачи больших информационных массивов данных в условиях жесткого лимита времени и высоких требований к достоверности информации.
Методы структуризации сетей ЭВМ
Физическая структуризация
Построение сетей ЭВМ с небольшим (10-30) количеством абонентских систем чаще всего осуществляется на основе одной из типовых топологий — общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры абонентских систем в такой сети имеют одинаковые права в отношении информационного взаимодействия друг с другом (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры значительно упрощает процедуру наращивания общего числа абонентских систем, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети ЭВМ
Построение больших сетей ЭВМ, объединяющих более 30 – ти абонентских систем, на основе унифицированных типовых топологических структур порождает различные ограничения, наиболее существенными из которых являются:
ограничения на длину связи между узлами;
ограничения на количество узлов в сети;
ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.
Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 сетевых ЭВМ (рис.3.1). Однако, если абонентские системы интенсивно обмениваются информацией между собой, то приходится снижать число подключенных к каналу компьютеров до 10 — 20, чтобы каждой абонентской системе доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.
Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Такое оборудование также называют коммуникационным.
Простейшим из коммуникационных устройств является повторитель (repeater).
Повторители используются для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети ЭВМ с целью увеличения общей длины сети.
Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (рис. 3. 1). Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала — восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.
Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называется концентратором или хабом. В данном устройстве сосредоточиваются все связи между сегментами сети.
Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей — Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI и т.п.
В работе концентраторов различных типов и технологий много общего – они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 3.2, а). А концентратор Token Ring (рис. 3.2, б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту — на том, к которому подключена следующая в кольце АС.
Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.
Под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической — конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают (рис. 3.3а). Однако это выполняется не всегда. Сеть на рис. 3.3б, демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединены по топологии общая шина, а логически – по кольцевой топологии.
Физическая структуризация сети с помощью концентраторов целесообразна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какая-либо абонентская система сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход — вручную отсоединить сетевой адаптер этой абонентской системы от кабеля. В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена — концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого управляющего узла.
Логическая структуризация сети.
Физическая структуризация полезна во многих отношениях, однако в сетях большого и среднего размера, без логической структуризации обойтись невозможно. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, является проблема передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.
В большой сети возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей, отделов, рабочих групп и др. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары ПК занимает сеть на все время обмена, поэтому при увеличении числа ПК в сети шина становится узким местом. ПК одного отдела вынуждены ждать, пока завершит обмен пара ПК другого отдела. (Рис.1)
Рис. 1 Физическая структуризация на основе концентраторов
На рисунке показана сеть, построенная на основе концентраторов. Пусть ПК А, находящийся в одной подсети с ПК В, посылает ему данные. Т. к. концентраторы распространяют любой кадр по всем сегментам сети, то кадр посылаемый ПК А, хотя он и не нужен ПК других сегментов поступит на эти сегменты тоже (на рисунке кадр – заштрихованный кружок). И до тех пор пока ПК В не получит адресованный ему кадр, ни один из ПК этой сети не сможет передавать данные.
Такая ситуация возникает из-за того, что логическая структура данной сети осталась однородной, она не учитывает возможность локальной обработки трафика внутри отдела и предоставляет всем ПК равные возможности по обмену информацией (рис. 2).
Рис. 2. Противоречие между физической структуризацией сети и информационными потоками
Для решения проблемы нужно отказаться от единой разделяемой среды. Например, на примере рисунка 2 желательно сделать так, чтобы кадры выходили за пределы сегмента 1, только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо ПК другого сегмента. При такой организации производительность сет существенно повысится, т.к. ПК одного отдела не будут постаивать, пока обмениваются данными ПК других отделов.
Распространение трафика, предназначенного для ПК некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика. Логическая структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком. Для логической структуризации используются: мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы.
Мост (Bridge) делит среду передачи сети на логические сегменты, передавая информацию только в том случае, если адрес ПК-получателя принадлежит другой подсети. Таким образом, мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой (рис. 2)
  
Рис. 3. Логическая структуризация сети с помощью моста
Таким образом, если ПК А пошлет данные ПК В, то эти данные будут повторены только на тех сетевых интерфейсах, которые отмечены на рисунке заштрихованными кружками.
Коммутатор (Switch) по принципу обработки информационных кадров полностью аналогичен мосту. Основное его отличие от моста состоит в том, что он способен осуществлять информационный обмен одновременно между несколькими парами логических сегментов сети, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что мосты – это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.
Маршрутизатор (Router) – коммуникационное устройство с расширенными интеллектуальными возможностями по сравнению с мостами и коммутаторами. Маршрутизаторы реализуют более эффективные методы разграничения трафика отдельных логических сегментов сети. Маршрутизаторы реализуют более эффективные методы разграничения трафика отдельных логических сегментов сети. Это достигается за счет использования составных числовых адресов и явной адресации логических сегментов сети (рис. 3.6).
№ сегмента сети № абонентской системы
Рис.3 Структура составного адреса
Кроме локализации трафика, маршрутизаторы способны выполнять еще ряд задач, наиболее важными из которых являются выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. Другой важной возможностью маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные на основе разных сетевых технологий (рис 4). Особенностью данной сети является наличие дополнительной связи между сегментами 1 и 2, которая может благодаря наличию маршрутизаторов использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности. В данной сети информационный обмен осуществляется одновременно между двумя парами абонентских систем А и В, С и D.
Кроме перечисленных устройств, отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Обычно основной особенностью шлюза является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее, шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта. Крупные сети практически никогда не строятся без физической и логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика, — мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы и т.п.
ВР по ПОЭВМ:
Выполнить лабораторные работы № 1, 2, 3, 4, 5
Во вторник 09 февраля предоставить готовые презентации.
Оглавление
Лабораторная работа № 1. «Знакомство с Microsoft PowerPoint 2007 и приемами создания и оформления презентаций»
Теоретические сведения
Запуск программы
Интерфейс программы
Режимы программы
Создание пустой презентации
Работа с текстом
Создание и форматирование списков
Практические примеры
Варианты заданий
Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 2. «Вставка в слайд рисунков и анимации при демонстрации Добавление эффектов и управление презентацией»
Основные правила разработки и создания презентации
Теоретические сведения
Настройка анимации
Создание и применение настраиваемого эффекта анимации к тексту или объекту
Задание режима появления объектов на слайде
Работа с рисунками. Вставка рисунка из файла
Вставка изображений из Clip Gallery
Изменение размеров рисунка
Перемещение рисунка
Создание объектов SmartArt
Перевод списка в SmartArt
Применение цветовых схем и тем для SmartArt
Настройка объектов SmartArt
Практические примеры
Варианты заданий
Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 3. «Создание управляющих кнопок. Сохранение и подготовка презентации к демонстрации»
Теоретические сведения
Добавление управляющей кнопки
Настройка и показ презентации
Оконный режим
Автоматический режим
Скрытие отдельных слайдов
Настройки экрана с комментариями для докладчика
Настройка автоматического показа по времени
Непрерывный показ
Показ случайных слайдов
Практические примеры
Варианты заданий
Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 4. «MS PowerPoint 2007. Создание слайда с диаграммой и таблицей»
Теоретические сведения
Внедрение и вставка диаграммы в презентацию
Элементы диаграмм
Добавляем анимацию в диаграмму
Практические примеры
Варианты заданий
Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 5. «MS PowerPoint 2007. Сохранение и подготовка презентации к демонстрации»
Теоретические сведения
Создание заметок к слайдам
Печать страниц заметок
Репетиция и планирование проведения презентации
Печать раздаточных материалов
Практические примеры
Варианты заданий
Контрольные вопросы
Порядок выполнения лабораторных работ
Содержание отчета
Используемая литература
|
5
5
5
6
6
7
8
9
10
19
21
22
22
24
24
27
28
28
28
28
29
29
29
30
30
31
36
39
40
40
40
41
42
42
42
42
43
43
43
44
50
52
53
53
54
55
55
59
63
65
66
66
66
67
68
69
71
73
79
79
82
82
|
Лабораторная работа № 1
Знакомство с Microsoft PowerPoint 2007 и приемами создания
и оформления презентаций
|
