Компьютерные сети Информационных технологий

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим оснновные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие - размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, располонженных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

Второе отличие - разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и правления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.

Третье отличие - необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, также требует формирования специальной терминологии.

боненты сети - объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Ими могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, пронмышленные роботы, станки с числовым программным правлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.

Станция - это аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приёмом информации.

Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рис:

Обобщенная структура компьютерной сети.

5. Классификация вычислительных сетей

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

Х             глобальные сети (WAN - Wide Area Network);

Х             региональные сети (MAN - Metropolitan Area Network);

Х             локальные сети (LAN - Local Area Network).

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в разнличных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информанционных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на знанчительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого гонрода, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки - сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в преденлах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на тернриториальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 - 2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволянет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целенсообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. На рис. 6.4 приведена одна из возможных иенрархий вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети могут входить как компонненты в состав региональной сети, региональные сети - объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные струкнтуры.

Иерархия компьютерных сетей

Компьютерная сеть Internet является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная структура связи и определенная дисциплина правления. Внутри Internet структура и методы соединений между разнличными сетями для конкретного пользователя не имеют никакого значения.

Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы правления, привели к буму в области создания локальных вычислительнных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий.

Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК, локальные вычислинтельные сети.

6. Глобальные сети

вот потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом раснстоянии друг от друга, к этому времени вполне назрела. Началось все с решения более простой задачи - доступа к компьютеру с терминалов, даленных от него на многие сотни, то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьюнтерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать даленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и даленные связи типа компьютер-компьютер. Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что, собнственно, и является базовым механизмом любой вычислительной сети. На оснонве этого механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традинционными сетевые службы.

Таким образом, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей. Такие, напринмер, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях.

Глобальные компьютерные сети очень многое наследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей - телефонных. Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет спешно испольнзовавшегося в телефонных сетях.

Выделяемый на все время сеанса связи составной канал с постоянной скоростью не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, использующими принцип коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порнции - пакеты, - которые самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного зла в заголовок пакета.

6.1 Интернет

Интернет (перевести этот термин можно как лвсемирная сеть) - сравнительно молодая технология. Ее предшественницей была военная сеть Министерства обонроны США ARPANet, начавшая функционировать в начале 70-х годов.

Хотя технология, применявшаяся в ARPANet, и послужила основой Интернет, она не обеспечивала главного достоинства Интернет Ч всеобщей доступности. Этот недостаток исправила появившаяся в начале 80-х годов компьютерная сеть Национального Научного Фонда США NSFNet. NSFNet состояла из нескольких суперкомпьютеров, соединенных между собой высокоскоростными линиями свянзи. Каждый пользователь (поначалу ими были научные центры) подключался к ближайшему из этих компьютеров и таким образом получал полноценный доступ ко всем ресурсам сети.

Сети, подобные NSFNet, были созданы и в других странах. Все они быстро развивались и в конце 80-х были соединены между собой. Так в начале 90-х годов и появилась знакомая теперь всем глобальная сеть Интернет.

Если говорить о России, то развитие Интернет началось в середине 90-х и в настоящий момент оно идет довольно быстрыми темпами. И в России, и во всем остальном мире Интернет является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности (да, именно промышленности!) и привлекает принстальное внимание инвесторов, крупных и мелких фирм.

Структура Internet.

Интернет - динамично развивающаяся структура, не принадлежащая никакому частному лицу или фирме. Ее использованием и дальнейшим развитием занинмаются тысячи различных организаций. Тем не менее в Интернет поддерживаетнся определенный порядок, и сеть развивается в соответствии с определенными правилами.

Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само её название означает лмежду сетей. Это сеть, соединяющая отдельные сети.

Логическая структура Интернет представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее своё собственное информационное пространства.

Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключённые к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система не имеют. Соединение сетей обладает громадными возможностями. С собственного компьютера любой абонент

Основные ячейки

Схема подключения локальной сети к

SHAPEа * MERGEFORMAT

Подключение локальной сети к

Важной особенностью

SHAPEа * MERGEFORMAT

Подключение различных сетей к

7. Локальные сети

Локальные сети (Local Area Networks, LAN) - это объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1-2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может иметь и более протяженные размеры, например в несколько десятков километров. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.

На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандартные программно-аппаратные средства. Разнообразные стройства сонпряжения, использующие свой собственный способ представления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т. п., могли соединять только те конкретные модели компьютеров, для которых были разработаны, например, мини-компьюнтеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или компьютеры Наири с компьютерами Днепр. Такая ситуация создала большой простор для творчества студентов - названия многих курсовых и дипломных проектов начинались тогда со слов стройство сопряжения....

SHAPEа * MERGEFORMAT

Различные типы связей в первых локальных сетях

В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть -Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже - FDDI. Мощным стимулом для их появления послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты явились идеальными элементами для построения сетей Ч с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, с другой - явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийнных стройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьнютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.

Все стандартные технологии локальных сетей опирались на тот же принцип коммутации, который был с спехом опробован и доказал свои преимущества при передаче трафика данных в глобальных компьютерных сетях Ч принцип коммутации пакетов.

Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например Novell NetWare. После этого сеть начинала работать и последующее присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем Ч естественно, если на нем был становлен сетевой адаптер той же технологии.

Разработчики локальных сетей привнесли много нового в организацию работы пользователей. Так, намного проще и удобнее стало получать доступ к совместно используемым сетевым ресурсам - в отличие от глобальной в локальной сети пользователь освобождается от запоминания сложных идентификаторов разденляемых ресурсов. Для этих целей система предоставляет ему список ресурсов в добной для восприятия форме, например в виде древовидной графической структуры (лдерева ресурсов). Еще один прием, рационализирующий работу пользователя в локальной сети, состоит в том, что после соединения с даленным ренсурсом пользователь получает возможность обращаться к нему с помощью тех же команд, которые он использовал при работе с локальными ресурсами. Понследствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, освобожденных от необходимости изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы.

Может возникнуть вопрос - почему все эти добства пользователи получили только с приходом локальных сетей? Главным образом, это связано с использонванием в локальных сетях качественных кабельных линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с. При небольшой протяженности, свойственной локальным сентям, стоимость таких линий связи была вполне приемлемой. Поэтому экономное расходование пропускной способности каналов, которое было одной из главных целей технологий ранних глобальных сетей, никогда не выходило на первый план при разработке протоколов локальных сетей. В таких словиях основным механизмом прозрачного доступа к сетевым ресурсам локальных сетей стали периодические широковещательные объявления серверов о своих ресурсах и слугах. На основании таких объявлений клиентские компьютеры составляли списки имеющихся в сети ресурсов и предоставляли их пользователю.

Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей - семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/с, также Fast Ethernet 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet 1 Мбит/с. Простые алгоритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Шинрокий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что пронщает обслуживание и интеграцию этих сетей.

7.1. Ethernet<

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальнных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более зком смысле Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского ниверситета использовались разнличные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коакнсиального кабеля. Эту последнюю версию фирменного стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX, или Ethernet П.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт I 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время как в стандарте I 802.3 функции протоконла разделены на ровни MAC и LLC, в оригинальном стандарте Ethernet они объединены в единый канальный ровень. В Ethernet DIX определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test

В зависимости от типа физической среды стандарт I 802.3 имеет различные модификации - 10Base<-5, 10Base<-2, 10Base<-T, 10Base<-FL,

В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который во многом не является самостоятельным стандартом, о чем говорит и тот факт, что его описание просто является дополнительным разделом к основному стандарту 802.3 - разделом 802.3и. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit Ethernet описан в разделе 802.3

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического ровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код. В более скоростных версиях Ethernet применяются более эффективные в отношении полосы пропускания избыточные логические коды.

Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA

Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению наиболее важных проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сетенвой технологии - Ethernet.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет достаточный подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно лучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов станндарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных стройств Ч маршрутизаторов. лучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технолонгии Ethernet, которая составляет базис сети.

Термин сетевая технология чаще всего используется в описанном выше зком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набонра средств и правил для построения сети, например технология сквозной маршрутизации, технология создания защищенного канала, технология IP<-сетей.

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в зком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных силий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетенвых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей, как Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и

Основной принцип, положенный в основу Ethernet, - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использонваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного достунпа к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского ниверситета).

В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с типовой структунрой лобщая шина. С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. правление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами -- сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, более точно, каждый сетевой адаптер, имеет никальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта велинчина является пропускной способностью сети Ethernet.

SHAPEа * MERGEFORMAT

Сеть Ethernet

Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Понэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доснтупности среды.

После того как компьютер беждается, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом захватывает среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.

Сеть Ethernet строена так, что при попадании кадра в разделяемую среду перендачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр поменщается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.

Иногда может возникать ситуация, когда одновременно два или более компьютера решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию. Такая синтуация, называемая коллизией, препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обранботки коллизий. Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивности сетевого трафика.

После обнаружения коллизии сетевые адаптеры, которые пытались передать свои кадры, прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр, который вызвал коллизию.

Главным достоинством сетей Ethernet, благодаря которому они стали такими популярными, является их экономичность. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины. Другие базовые технологии, например Token Ring, для создания даже небольшой сети требуют наличия дополннительного стройства - концентратора.

Кроме того, в сетях Ethernet реализованы достаточно простые алгоритмы достунпа к среде, адресации и передачи данных. Простая логика работы сети ведет к прощению и, соответственно, дешевлению сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надежностью.

И, наконец, еще одним замечательным свойством сетей Ethernet является их хонрошая расширяемость, то есть легкость подключения новых злов.

Другие базовые сетевые технологии - Token Ring, FDDI, - хотя и обладают многими индивидуальными чертами, в то же время имеют много общих свойств с Ethernet. В первую очередь - это применение регулярных фиксированных тонпологий (иерархическая звезда и кольцо), также разделяемых сред передачи данных. Существенные отличия одной технологии от другой связаны с особеостями используемого метода доступа к разделяемой среде. Так, отличия техннологии Ethernet от технологии Token Ring во многом определяются спецификой заложенных в них методов разделения среды - случайного алгоритма доступа в Ethernet и метода доступа путем передачи маркера в Token Ring.

8. Техническое обеспечение должно включать:

o    системы мониторинга на базе электронных систем связи;

o    системы диагностики аварийных ситуаций и их предвестников;

o    технические средства, обеспечивающие организацию локальных сетей и телекоммуникационного взаимодействия; электронно-вычислительную технику;

o    реальные и потенциальные силы и средства по предупреждению и ликвидации аварийных и чрезвычайных ситуаций.

8.1. Связь компьютера с периферийными устройствами

Механизмы взаимодействия компьютеров в сети многое позаимствовали у схемы взаимодействия компьютера с периферийными устройствами, поэтому начннем рассмотрение принципов работы сети с этого досетевого случая. Соединение компьютера с периферийным стройством чаще всего представляет собой связь точка-точка.

Для обмена данными между компьютером и периферийным стройством (ПУ) в компьютере предусмотрен внешний интерфейс, или порт (рис. 2.1), то есть нанбор проводов, соединяющих компьютер и периферийное стройство, а также нанбор правил обмена информацией по этим проводам.

Существуют как весьма специализированные интерфейсы, пригодные для подключения зкого класса стройств (например, графических мониторов высокого разрешения фирмы Vista), так и интерфейсы общего назначения, являющиеся стандартными и позволяющие подключать различные периферийные стройстнва. Примерами стандартных интерфейсов, используемых в компьютерах, являнются параллельный интерфейс Centronics, предназначенный, как правило, для подключения принтеров, и последовательный интерфейс RS<-232C, который подндерживается многими терминалами, принтерами, графопостроителями, манипунляторами типа лмышь и многими другими устройствами.

Интерфейс реализуется со стороны компьютера совокупностью аппаратных и программных средств: контроллером ПУ и специальной программой, правляющей этим контроллером, которую часто называют драйвером соответствующего периферийного стройства.

SHAPEа * MERGEFORMAT

Связь компьютера с периферийным стройством

Данные

Команды контроллера:

Установить начало листа, Переместить магнитную головку, Сообщить состояние стройства и др.

Со стороны ПУ интерфейс чаще всего реализуется аппаратным стройством управления ПУ, хотя встречаются и программно-управляемые периферийные устройства.

Программа, выполняемая процессором, может обмениваться данными с помонщью команд ввода-вывода с любыми модулями, подключенными к внутренней шине компьютера, в том числе и с контроллерами ПУ.

Периферийные стройства могут принимать от компьютера как данные, напринмер байты информации, которую нужно распечатать на бумаге, так и команды правления, в ответ на которые стройство управления ПУ может выполнить специальные действия, например, перевести головку диска на требуемую дорожнку или же вытолкнуть лист бумаги из принтера. Периферийное стройство использует внешний интерфейс компьютера не только для приема информации, но и для передачи информации в компьютер, то есть обмен данными по внешненму интерфейсу, как правило, является двунаправленным. Так, например, даже принтер, который по своей природе является стройством вывода информации, возвращает в компьютер данные о своем состоянии.

Итак, приложение, которому требуется передать некоторые данные на периферийное стройство, обращается с запросом на выполнение операции ввода-вывонда к операционной системе. В запросе казываются: адрес данных в оперативной памяти, идентифицирующая информация о периферийном стройстве и операция, которую надо выполнить. Получив запрос, операционная система запускает соответствующий драйвер, передавая ему в качестве параметра адрес выводимых данных. Дальнейшие действия по выполнению операции ввода-вывода со стороны компьютера реализуются совместно драйвером и контроллером ПУ. Контроллер работает под правлением драйвера. Контроллеры ПУ принимают команды и данные от драйвера в свой внутренний буфер, который часто называется регистнром, или портом, затем производят необходимые преобразования данных и конманд, полученных от драйвера, в соответствии с форматами, понятными стройнству правления ПУ, и выдают их на внешний интерфейс.

Распределение обязанностей между драйвером и контроллером может быть разнным, но чаще всего контроллер поддерживает набор простых команд по правлению периферийным стройством, драйвер определяет последовательность их выполнения, заставляя периферийное стройство совершать более сложные дейнствия по некоторому алгоритму. Например, контроллер принтера может поддернживать такие элементарные команды, как Печать символа, Перевод строки, Возврат каретки и т. п. Драйвер же принтера с помощью этих команд органинзует печать строк символов, разделение документа на страницы и другие более высокоуровневые операции. Для одного и того же контроллера можно разработать различные драйверы, которые с помощью одного и того же набора доступнных команд будут реализовывать разные алгоритмы правления ПУ.

Рассмотрим схему передачи одного байта информации от прикладной програмнмы на периферийное стройство. Программа, которой потребовалось выполнить обмен данными с ПУ, обращается к драйверу этого устройства, сообщая ему в качестве параметра адрес байта памяти, который нужно передать. Драйвер загружает значение этого байта в буфер контроллера ПУ, который начинает последонвательно передавать биты в линию связи, представляя каждый бит соответствующим электрическим сигналом. Чтобы стройству правления ПУ стало понятно, что начинается передача байта, перед передачей первого бита информации контроллер ПУ формирует стартовый сигнал специфической формы, после передачи последнего информационного бита Ч столовый сигнал. Эти сигналы синхронизируют передачу байта.

Кроме информационных бит, контроллер может передавать бит контроля четнонсти для повышения достоверности обмена. стройство правления, обнаружив на соответствующей линии стартовый бит, выполняет подготовительные дейстнвия и начинает принимать информационные биты, формируя из них байт в своем приемном буфере. Если передача сопровождается битом четности, то выполняется проверка правильности передачи: при правильно выполненной передаче в соответствующем регистре стройства правления станавливается признак завершения приема информации.

На драйвер обычно возлагаются наиболее сложные функции протокола (например, подсчет контрольной суммы последовательности передаваемых байтов, анализ состояния периферийного стройства, проверка правильности выполнения команды). Но даже самый примитивный драйвер контроллера должен поддернживать как минимум две операции: Взять данные из контроллера в оперативную память и Передать данные из оперативной памяти в контроллер.

В самом простом случае связь компьютеров может быть реализована с помощью тех же самых средств, которые используются для связи компьютера с перифериней, например, через последовательный интерфейс RS<-232C. При этом, в отличие от процедуры обмена данными компьютера с периферийным стройством, когда программа работает, как правило, только с одной стороны (со стороны компьюнтера), здесь происходит взаимодействие двух программ, выполняемых на кажндом из компьютеров.

Программа, работающая на одном компьютере, не может получить непосредстнвенный доступ к ресурсам другого компьютера - его дискам, файлам, принтеру. Она может только попросить об этом другую программу, выполняемую на том компьютере, которому принадлежат эти ресурсы. Эти просьбы выражаются в виде сообщений, передаваемых по каналам связи между компьютерами. Сообщения могут содержать не только команды на выполнение некоторых действий, но и собственно информационные данные (например, содержимое некоторого файла).

SHAPEа * MERGEFORMAT

Взаимодействие двух компьютеров

8.2. стройства межсетевого интерфейса

Созданная на определенном этапе развития фирмы локальная вычислительная сеть с течением времени перестает довлетворять потребности всех пользователей и возникает необходимость расширения ее функциональных возможностей или границ охватываемой ею территории. Может возникнуть необходимость объединения внутри фирмы вС различных отделов и филиалов для организации обмена даыми. Наконец, стремление получить выход на новые информационные ресурсы может потребовать подключения вС к сетям более высокого ровня.

В качестве межсетевого интерфейса для соединения сетей между собой используются:

o     повторители;

o     мосты;

o     маршрутизаторы;

o     шлюзы.

Повторители (repeater) - стройства, силивающие электрические сигналы и обеспечивающие сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на больншие расстояния. Повторители описываются протоколами канального ровня модели взаимодействия открытых систем, могут объединять сети, отличающиеся протоколами лишь на физическом ровне OSI (с одинаковыми протоколами пнравления на канальном и выше ровнях), и выполняют лишь регенерацию пакентов данных, обеспечивая тем самым электрическую независимость сопрягаемых сетей и защиту сигналов от воздействия помех. Использование силителей позвонляет расширить и протяженность одной сети, объединяя несколько сегментов сети в единое целое. При становке усилителя создается физический разрыв в линии связи, при этом сигнал воспринимается с одной стороны, регенерируется и направляется к другой части линии связи.

Мосты (

Шлюзы (

Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в локальной вычислительной сети - это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением и дополнительной связной аппаратурой.

Использование стройств межсетевого интерфейса

8.3. правление взаимодействием стройств в сети<

Информационные системы, построенные на базе компьютерных сетей, обеспечивают решенние следующих задач: хранение данных, обработка данных, организация доступа пользовантелей к данным, передача данных и результатов обработки данных пользователям.

В системах централизованной обработки эти функции выполняла центральная ЭВМ (Mainframe, Host).

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

КлиентЧзадача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, добном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Дня подобных систем приняты термины - системы клиент-серверили архитектура клиент-сервер.

рхитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть.В такой сети нет единого центра правления взаимодействием рабочих станций и нет единого стройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть.

Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры).

Достоинстваодноранговых сетей: низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

o   зависимость эффективности работы сети от количества станций;

o   сложность правления сетью;

o   сложность обеспечения защиты информации;

o   трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Наибольшей популярностью пользуются одноранговые сети на базе сетевых операцинонных систем LANtastic, NetWareLite.

Сеть с выделенным сервером. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, правления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных функций.

Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем станавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние стройства - жестнкие диски, принтеры и модемы.

Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляется через сервер. Логическая организация такой сети может быть представлена топологией звезда.Роль центрального устройства выполняет сервер. В сетях с централизованным правлением существует возможность обмена информацией между рабочими станциями, минуя файл-сервер. Для этого можно использовать программу NetLink. После запуска программы на двух рабочих станциях можно передавать файлы с диска одной станции на диск другой (аналогично операции копирования файловиз одного каталога в другой с помощью программы NortonCommander).

Достоинства сети с выделенным сервером:

              надежная система защиты информации;

              высокое быстродействие;

              отсутствие ограничений на число рабочих станций;

              простота правления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостаткисети:

з   высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер;

з   зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;

з   меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.

Сети с выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. Сетевые операционные системы для таких сетей - LANServer(IBM), WindowsNTServerверсий 3.51 и 4,0 и NetWare(Novell).

9. Программное обеспечение информационно-вычислительных сетей.

Наряду с аппаратными средствами ИВС должны иметь в своем составе и сложное программное и информационное обеспечение.

Программное обеспечение информационно-вычислительных сетей выполняет конординацию работы основных звеньев и элементов сети; организует коллективный доступ ко всем ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение ресурсов с целью повышения эффективности обработки информации; выполняет техническое обслуживание и контроль работоспособности сетевых стройств.

Сетевое программное обеспечение состоит из трех частей:

o     общего программного обеспечения;

o     системного программного обеспечения;

o     специального программного обеспечения.

Общее программное обеспечение образуется из компонентов базового программнонго обеспечения отдельных компьютеров, входящих в состав сети, и включает в себя операционные системы, системы автоматизации программирования и системы технического обслуживания.

Системное программное обеспечение представляет собой комплекс программных средств, поддерживающих и координирующих взаимодействие всех ресурсов сети как единой системы.

Специальное программное обеспечение предназначено для максимального довлетворения пользователей программами часто решаемых задач и, соответственно, содержит прикладные программы пользователя, ориентированные на специфику его предметной области.

Особая роль в программном обеспечении отводится операционным системам. Они имеются как в составе общего программного обеспечения (операционные системы отдельных компьютеров), так и в составе системного программного обеспечения: сетевая операционная система, устанавливаемая на сервере или на одном из компьютеров одноранговой сети.

Сетевая операционная система (СОС) включает в себя набор правляющих и обнслуживающих программ, обеспечивающих:

o     координацию работы всех звеньев и элементов сети;

o     оперативное распределение ресурсов по элементам сети;

o     распределение потоков заданий между злами вычислительной сети;

o     установление последовательности решения задач и обеспечение их общесетенвыми ресурсами;

o     контроль работоспособности элементов сети и обеспечение достоверности входной и выходной информации;

o     защиту данных и вычислительных ресурсов от несанкционированного доступа;

o     выдачу справок об использовании информационных, программных и техничеснких ресурсов сети.

В большинство сетевых операционных систем встроена поддержка протоколов TCP

Протоколы TCP/IP были разработаны в США для сети министерства обороны ARPANet. Ввиду высокой надежности правления сетью и ниверсальности в части используемых компьютеров (IBM

Интернет.

Протоколы SPX

Протокол NetBEUT - детище фирмы IBM и создавался для обслуживания ненбольших сетей, в которых он очень популярен ввиду своей простоты и высокой скорости работы. Но в нем отсутствует маршрутизация и его поддерживают только операционные системы фирм IBM и Microsoft (не поддерживает, например, ОС UNIX).

Функциональные возможности операционных систем расширяются с помощью тилит - специальных программ, используемых операционной системой для выполнения прикладных функций.

Клиент Компьютер А Сервер Компьютер В SHAPEа * MERGEFORMAT

Взаимодействие программных компонентов при связи двух компьютеров

Заключение

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов комнпьютеров и бонлее 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к обънединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как скорение пенредачи иннформационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, E - Mail писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из люнбой точки земного шара, так же обнмен информацией между компьютерами разных фирм производителей ранбонтающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе вычислительнная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информациоый комплекс, так же значительное скорение производственного процесс не дают нам право не принимать это к разранботке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организанции ИВС ( информационно-вычислительной сети ) на базе же существующего компьютернного парка и программного комплекса отвечаюнщего современным научно-техническим требованиям с четом возрастаюнщих потребностей и возможностью дальнейшего постенпенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Литература:

1.           Информатика под редакцией Н. В. Макаровой, Третье переработанное издание, Москва Финансы и статистика 2001.

2.           Вычислительные системы, сети и телекоммуникации учебник для ВЗов, издательский дом Питер 2002.

3.           Интернет у вас дома, С. В. Симонович, В. И. Мураховский, АСТ-Пресс Книга, Москва 2002.

4.           Учебник пользователя IBM

5.           Компьютерные сети, 2-е издание, учебник для ВЗов, В. Г. Олифер, Н. А. Олифер, Питер 2003.