Ж.Е. Курманбаева, Е.А. Нысанов

ЮКГУ им. М.Ауезова, г. Шымкент, Казахстан

Разработка курса лекции по информационно-вычислительным сетям для электронного учебника «ВычислительныЕ системы и сети»

Тема 1. Общая характеристика информационно-вычислительных сетей

Вопросы:

1. История развития информационно-вычислительных сетей (ИВС).

2. Классификация ИВС и их систем.

3. Требования к ИВС и средства их реализации.

Л и т е р а т у р а

1. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектура, принципы построения, реализация. - Москва: финансы и статистика, 1986.

2. Якубайтис Э.А. Локальные информационно-вычислительные сети. - Рига, Зинатне, 1985.

Вопросы для самоконтроля

1. открытость, гибкость и эффективность? Назовите основные компоненты, достоинства и недостатки системы телеобработки данных.

2. Каковы основные отличия между абонентскими и ассоциативными системами?

3. Что такое корпоративные сети и чем они отличаются от локальных и глобальных?

4. Что такое “эталонная модель взаимодействия открытых систем”?

5. За счёт чего ИВС, организованные согласно требованиям эталонной модели, обеспечивают

Тема 2. Общая характеристика локальных сетей

Вопросы:

1. Классификация локальных сетей.

2. Понятие одноранговых сетей и сетей с централизованным управлением.

3. Топология локальных сетей.

4. Технология локальных сетей.

Л и т е р а т у р а

1. Лоу Д.Компьютерные сети для “чайников”.- К.:“Диалектика”, 1995. - 256 с.

2. Титтел Э., Коннор Д. Netware для “чайников”. - К.: “Диалектика”, 1995.

Вопросы для самоконтроля

1. Определите основные преимущества ЛВС перед автономной обработкой данных.

2. Что такое сеть на “нуль-слоте” и в каких случаях ее целесообразно использовать?

3. Попытайтесь определить в каких случаях какую архитектуру (топологию) ЛВС целесообразно использовать.

4. Что такое технология ЛВС? Какие технологии в настоящее время наиболее перспективные, а какие наиболее популярные?

Тема 3. Технические средства реализации физического и канального уровней локальной сети

Вопросы:

1. Особенности структуры канального и физического уровней ЛВС.

2. Характеристика физических сред.

3. Принципы передачи физических сигналов.

4. Сетевой адаптер.

5. Активный и пассивный концентраторы.

Л и т е р а т у р а

1. Лоу Д. Компьютерные сети для «чайников». - Киев: Диалектика, 1995.

2. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейс. - М, : Мир, 1990.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Каковы функции канального и физического уровней ИВС и какими средствами они реализуются?

2. Дайте сравнительную характеристику физических сред.

3. В чём отличие синхронного и асинхронного способов передачи данных по каналу?

4. Опишите принцип действия сетевого адаптера.

5. Каковы функции активного и пассивного концентратора?

Тема 4. Программные средства поддержки сеансового, транспортного и сетевого уровня локальных вычислительных сетей (ЛВС)

Вопросы:

Взаимодействие программных средств ЛВС.

Сетевая операционная система NetWare.

Особенности ЛВС АСУ РГЭА.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Веттиг Д. Novell NetWare. - Киев: Торгово - издательское бюро BHV, 1993.

2. Дуг Лоу Компьютерные сети для “чайников”. - Киев: Диалектика, 1995.

3. Титтел Э., Коннор Д. NetWare для “чайников”. - Киев: Диалектика, 1995.

Вопросы для самоконтроля

Какие программные средства необходимы для обеспечения работы АбС и сервера в сети с централизованным управлением?

Какие версии ОС NetWare Вы знаете? Каковы их отличительные признаки? Каковы особенности ЛВС РГЭА?

Ниже приводится полный текст лекции по теме 1.

Тема 1. Общая характеристика информационно-вычислительных сетей

1 вопрос.

Значительное повышение эффективности ЭВМ может быть достигнуто объединением их в вычислительные сети (ВС). Под ВС мы будем понимать любое множество ЭВМ, связанных между собой средствами передачи данных (средствами телекоммуникаций). Развитие ВС связано как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и с развитием средств телекоммуникаций.

Работы по созданию ВС начались ещё в 60-х годах. Прообразом ВС явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ). В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Структура СТД представлена на рис. 1.1. СТД состоит из: абонентских пунктов (АП); модемов, мультиплексора передачи данных (МПД) и ЭВМ. Телефонная сеть ориентирована на передачу речевой (аналоговой) информации, поэтому одни из элементов сети явились достаточно медленные аналоговые коммутаторы.

Рис. 1.1. Структура системы телеобработки.

Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним из направлений совершенствования СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов. Аналоговую речь при этом предлагалось переводить в дискретную форму.

Вторым существенным недостатком СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и тотже момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП). ШП позволяет по одному кабелю вести передачу данных одновременно с различными скоростями.

Третьим направлением перехода к сетям была разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Четвёртым направлением развития ИВС была реализация распределённой обработки данных. Для этого в середине 70-х годов появились технические средства и программное обеспечение, позволяющие связать ЭВМ в виде кольца или шины.

В 80-х годах появились микроЭВМ. Существенно не отличаясь от больших и миниЭВМ по скорости обработки информации и объёму ОП, микроЭВМ имели в десятки раз меньшую внешнюю память. Поэтому 5-ым направлением создания ИВС была разработка специальных дисковых мультиплексоров.

Рис. 1.2. Направление развития сетей.

К середине 80-х годов все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело к разработке современных информационных сетей.

2 вопрос.

Общая структура ИВС представлена на рис.1.3. Основными компонентами сети являются:

каналы;

системы: абонентская (АбС) и ассоциативная (АсС);

сеть передачи данных.

Рис.1.3. Структура ИВС.

Имеются существенные отличия в функциональном назначении абонентских и ассоциативных систем, классификация которых представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Классификация систем сети.

В зависимости от выполняемых функций ассоциативные системы подразделяются на два вида: межсетевые и сетевые.

Ассоциативная система, предназначенная для обеспечения взаимодействия двух либо более ИВС, называется межсетевой (на рис. 1.3 это система АсС5). Ассоциативная система, которая связывает абонентские системы внутри одной сети, получила название сетевой.

Абонентские системы в зависимости от выполняемых функций подразделяются на 4 вида: рабочие, терминальные, смешанные, административные.

Рабочая система предназначена для предоставления пользователю информационно-вычислительных ресурсов: банка данных, результатов обработки задач по подсистемам АСУ и т.д.

Терминальная система предоставляет абонентам (пользователям) ИВС через один или несколько терминалов информационно-вычислительные ресурсы рабочих систем. Часто функции рабочей и терминальной систем совмещены.

Система, на которую возлагаются функции управления всей либо какой-нибудь частью ИВС, называется административной.

Смешанной система называется в том случае, если она выполняет функции двух, а иногда даже трёх, рассмотренных выше видов абонентских систем.

Рис. 1.5. Классификация ИВС по их протяжённости.

Помимо классификации систем сети имеется и деление самих сетей. Основным признаком их отличия является классификация ИВС по их размерам. В зависимости от протяжённости ИВС принято делить на три вида: локальные, региональные и глобальные (рис. 1.5).

Локальной называется сеть, абоненты которой находятся на небольшом расстоянии друг от друга. Обычно локальные сети охватывают одно либо несколько расположенных рядом зданий. Именно на базе локальной ИВС разрабатываются современные АСУ фирмы, банка, ВУЗа, и т.д.

Региональная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном (от 10 до 1000 км) расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов города, района, области и даже небольшой страны.

Третьим видом является глобальная ИВС, которая объединяет абонентов, расположенных на территории большой страны, разных стран и даже континентов. Построение этой сети возможно с помощью спутников.

В последнее время для характеристики ИВС всё чаще стали использовать понятие корпоративные сети. Эти сети объединяют ряд предприятий одной фирмы, в зависимости от взаиморасположения предриятий они могут быть региональными или глобальными.

3 вопрос.

Основными требованиями, которым должна удовлетворять организация ИВС, являются следующие:

Открытость - возможность включения дополнительных абонентских, ассоциативных ЭВМ, а также линий (каналов) связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов сети. Кроме того, любые две ЭВМ должны взаимодействовать между собой, несмотря на различие в конструкции, производительности, месте изготовления, функциональном назначении.

Гибкость - сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя ЭВМ или линии связи.

Эффективность - обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.

Для обеспечения открытости, гибкости и эффективности ИВС Международной организацией стандартов утверждены определённые требования к организации взаимодействия между системами сети. Эти требования получили название OSI (Open System Interconnection) - “эталонная модель взаимодействия открытых систем”. Согласно требованиям эталонной модели, каждая система ИВС должна осуществлять взаимодействие посредствам передачи кадра данных, процедура образования которого представлена на рис. 1.6. Согласно рис. 1.6 образование и передача кадра осуществляется с помощью 7-ми последовательных действий, получивших название “уровень обработки”.

Процесс взаимодействия между АбС возникает при необходимости передачи прикладной программой пользователя (уровень 7) данных по каналу связи. Однако, чтобы вторая АбС могла разобрать эти данные, необходимо указать способ их представления. Эта информация указывается в заголовке процесса, который добавляется к данным с помощью специальной программы, реализующей представительный уровень (уровень 6). При получении информации от другой АбС, указанная программа осуществляет также преобразование данных к единой форме представления. Действия выполняемые программой на уровнях 6 и 7 названы процессом.

Рис. 1.6. Процедура образования кадра данных в процессе взаимодействия АбС.

Сеансовый уровень (уровень 5) предназначен для организации сеансов связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по запросам процесса создаются порты для приёма передачи сообщений. Кроме того, для выявления ошибок после передачи данных пользователю, используются проверочные символы, добавляемые к данным пользователя (концевик процесса). Данные пользователя, снабжённые заголовком и концевиком процесса, получили название блока данных.

Уровень 4 (транспортный) реализует процедуру сопряжения абонентских систем с сетью передачи данных. С этой целью специальная программа уровня 4 добавляет в передаваемое сообщение заголовок передачи. Блок данных с заголовком передачи образуют фрагмент данных.

Уровень 3 (сетевой) обеспечивает передачу данных через сеть. Управление сетью, реализуемое на этом уровне, состоит в выборе маршрута передачи данных по линиям, связывающим узлы сети. Для этой цели к фрагменту данных добавляется заголовок пакета. Фрагмент данных расширяется и превращается в пакет данных.

Уровень 2 (канальный) предназначен для обеспечения передачи данных по информационному (логическому) каналу сети. С этой целью к пакету данных добавляется заголовок кадра, содержащий адрес необходимого информационного канала, и концевик кадра с информацией для проверки искажения пакета на приёмной стороне. Пакет данных с заголовком и концевиком кадра образует кадр данных.

Уровень 1 (физический) реализует управление физическим каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представляющих передаваемые данные.

Задачей всех семи уровней является обеспечение надёжного взаимодействия систем сети. При этом каждый уровень выполняет возложенную на него задачу. Однако уровни работают так, чтобы в нужных ситуациях подстраховывать и проверять работу других уровней. Так, если канальный уровень случайно пропустит ошибку, появившуюся при передачи информации, то её “поймёт” и исправит транспортный уровень и т.д.