 |
|
Локальные вычислительные сети. Архитектура. Принципы постороения.
Глобальная компьютерная сеть, ГКС (англ. Wide Area Network, WAN) — компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров.
ГКС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети.
Некоторые ГКС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративных ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удалёнными сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего ГКС опирается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутизатор подключается к ЛВС, а на другом коммутатор связывается с остальными частями ГКС. Основными используемыми протоколами являются TCP/IP, SONET/SDH, MPLS, ATM и Frame relay. Ранее был широко распространён протокол X.25, который может по праву считаться прародителем Frame relay.
Описание
Связывает компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для стойкой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.
Отличие глобальной сети от локальной
Глобальные сети отличаются от локальных тем, что глобальные сети рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, качественные каналы связи и высокую скорость передачи, а механизм управления обменом абсолютно гарантировано быстрый.
В глобальных сетях намного более важно не качество связи, а сам факт ее существования. Правда, в настоящий момент уже нельзя провести четкий и однозначный предел между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеют выход в глобальную сеть, но характер переданной информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфику локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, поделенным пользователями локальной сети.
Сеть представляет собой совокупность компьютеров, объединенных средствами пере-дачи данных. Средства передачи данных в общем случае могут состоять из следующих элементов: связных компьютеров, каналов связи (спутниковых, телефонных, цифровых, волоконно-оптических, радио- и других), коммутирующей аппаратуры, ретрансляторов, различного рода преобразователей сигналов и других элементов и устройств.
Архитектура сети ЭВМ определяет принципы построения и функционирования ап-паратного и программного обеспечения элементов сети.
Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленно-сти компьютеров, топологии, назначению, перечню предоставляемых услуг, принципам управления (централизованные и децентрализованные), методам коммутации (без ком-мутации, телефонная коммутация, коммутация цепей, сообщений, пакетов и дейтаграмм и т. д.), видам среды передачи и т. д.
В зависимости от удаленности компьютеров сети условно разделяют на локальные и глобальные.
Произвольная глобальная сеть может включать другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры (удаленные компьютеры) или отдельно подключаемые устройства ввода-вывода. Глобальные сети бывают четырех ос-новных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве устройств ввода-вывода могут использоваться, например, печатающие и копирующие уст-ройства, кассовые и банковские аппараты, дисплеи (терминалы) и факсы. Перечисленные элементы сети могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние.
В локальных вычислительных сетях (ЛВС) компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случай соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называют корпоративными системами или сетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий. Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для их компьютеров) и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции). Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.
При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня существенно изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.
Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем Международная Организация по Стандартизации national Standart Organization — ISO) разработала Эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI). Эталонная модель OSI определяет следующие семь функциональных уровней:
Д физический (physical layer);
Д управления линией (звеном) передачи или канальный (data link);
Д сетевой (network layer);
Д транспортный (transport layer);
Д сеансовый (session layer);
Д представительный (presentation layer);
Д прикладной, или уровень приложений (application layer).
Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.
Стандарты физического уровня включают рекомендации X.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (де активизации) физических соединений.
Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемые кадры. Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях), полудуплексным (по-переменно в обоих направлениях) или симплексным (в одном направлении).
Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки или конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т. д. Основная функция сетевого протокола — прокладка в каждом физическом канале сово-купности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность ис-пользования ресурсов физического канала.
Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транс-портных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объек-ты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообще-ний из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующих шлюзов (согласование сетевых объектов принципиально различных сетей) и мостов (со-гласование сетевых объектов однотипных сетей).
Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, приме-няется метод посылки квитанций — квитирование. Квитанции, подтверждающие при-ем, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обыч-но до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме «окна». Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.
В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспорт-ным протоколом (0,1... 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритет-ной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.
Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней При установлении сеансов связи контролиру-ется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транс-портный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).
Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шиф-рование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользо-вателям и программам.
Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. На этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.
Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разде-ленных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программ-ных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.
Протоколом называется свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сообще-ний). Примерами протоколов звена данных являются протокол HDLC (Higher-level Data Link Control), принятый ISO, и протокол SDLC (Synchronous Data Link Control) фирмы IBM.
Интерфейсы описывают процедуры взаимодействия объектов смежных уровней форматы информации, передаваемой между этими объектами. Примером одного из интерфейсов является интерфейс Х.25 подключения пользователей к сетям передачи данных общего пользования. Этот интерфейс описан в соответствующих рекомендациях (Х.25), где определяется порядок и правила взаимодействия оконечного оборудования обработки данных DTE (Data Terminal Equipment) и оконечного оборудования цепей передачи данных DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Роль DTE выполняет модем или цифровое устройство сопряжения для подключения к сети передачи данных. В качестве DCE может выступать хост-машина (Host), контроллер или концентратор, обслуживающий удаленные терминалы, интерфейсный компьютер для подключения к другой сети и т. д.
Разработка силами ISO множества рекомендаций по организации сетевого обмена между компьютерами внесла существенный вклад в теорию создания как глобальных, так и локальных сетей. Однако следует заметить, что принятие международных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реальных существующих сетей.
Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т. д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.
Более интенсивный обмен информацией происходит в локальных сетях, нежели в глобальных. В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ресурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компьютерами является обмен сообщениями.
В настоящем разделе рассматриваются вопросы организации распределенных вычислений в среде ЛВС. Вопросы построения и функционирования глобальных сетей на примере сети Internet излагаются в следующем разделе.