Курс лекций по "Клиент- серверные информационные технологии"

• вещание ( от одного ко многим);
• точка-точка.

Сети типа вещание имеют единый канал передачи данных, который используют все машины сети. Короткое сообщение, называемое пакет, имеющее специальную структуру, отправленное какой-то машиной, получают все другие машины сети. В определенном поле пакета указан адрес получателя. Каждая машина проверяет это поле и если она обнаруживает в этом поле свой адрес, она приступает к обработке этого пакета; если в этом поле не ее адрес, то она просто игнорирует этот пакет.

Сети типа вещание, как правило, имеют режим когда один пакет  адресуется всем машинам в сети. Это, так называемый, режим широкого вещания (broadcast). Есть в таких сетях режим группового вещания - один и тот же пакет получают машины принадлежащие к определенной группе в сети.

Сети точка-точка соединяют каждую пару машин индивидуальными каналом. Поэтому прежде чем пакет достигнет адресата он проходит через несколько промежуточных машин. В этих сетях возникает потребность в маршрутизации. От ее эффективности зависит скорость доставка сообщений, распределение нагрузки в сети.

Сети типа вещание как правило  используются на географически небольших  территориях. Сети точка-точка - для  построения купных сетей, охватывающих большие регионы.

 

Масштаб сети - другой критерий для классификации сетей.

• потоковая машина (плата)
• многомашинный комплекс (система)
• локальная сеть (комната, здание, комплекс)
• районная сеть (город)
• региональная сеть (страна, континент)
• Internet (планета)

1.2.1 Локальная сеть 

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) отличается от остальных по следующим  характеристикам 

• размер (известна максимальная задержка при передачи)
• способ передачи данных (вещание, скорость передачи 10-100Мbps)
• топология (шина; звезда; кольцо)

1.2.2 Городская сеть 

Городская вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо небольшой  город целиком. Как правило поддерживает передачу как данных, так и голоса. Иногда объединяется с кабельной телевизионной сетью. Не имеет коммутаторов, базируется на одном - двух кабелях.

Основная причина выделения  этой категории сетей - для них  был создан специальный стандарт IEEE 802.6 - DQDB - двойная магистраль с  распределенной очередью (Distributed Queue Dual Bus).

1.2.3 Региональная (глобальная) сеть 

Региональная вычислительная сеть (WAN - Wide Area Network) охватывает крупные географические области, такие как страны, континенты.

Сеть состоит из множества машин, на которых пользователи запускают приложения. Эти машины мы будем называть хост-машинами (host). Хосты подсоединены к коммуникационной подсети ( или просто подсети). Назначение подсети обеспечить передачу данных от одного хоста к другому.

Подсеть состоит из коммуникационных каналов ( их также называют линиями, магистралями) и коммутирующих элементов. Коммутирующие элементы - это специализированные компьютеры, соединяющие два и более коммуникационных канала. Эти машины мы будем называть маршрутизаторы.

У термина подсеть есть и второй смысл, связанный с адресацией в сети.

Принцип коммутации пакетов - наиболе  часто используемый при построении WAN.

Топология соединения маршрутизаторов - важный фактор конструкции сети.

Другой возможностью для организации  коммуникационной подсети для WAN - спутниковые системы и радио системы.

1.2.4. Беспроводные сети

Появление notebook и PDA, используемых в  автомобилях, самолетах, из гостиниц делают актуальной возможность соединения с LAN по беспроводной линии связи. Потребность  в беспроводных системах связи возникает также там где прокладка кабеля сопряжена с большими трудностями. Беспроводная связь и мобильный узел - это разные проблемы, хотя и связные

1.2.5. Межсетевое взаимодействие (Internetworking)

Потребности в межсетевом взаимодействии (LAN-LAN, LAN-WAN).

Шлюз - машина с надлежащим программным обеспечением, обеспечивающая связь между сетями и необходимое форматирование передаваемых данных.

Множество соединенных сетей называется internetwork.

Примером internetwork может служить набор LAN, соединенных через WAN.

9. Понятия протокола и интерфейса. Основные вопросы организации уровней взаимодействия

 

1.3.1.Иерархия протоколов

В целях борьбы со сложностью сеть, как правило, организована в виде иерархии слоев или уровней. В разных сетях число уровней, их название, содержание и функции могут быть разными. Однако, во всех сетях назначение каждого уровня одно и тоже:

• обеспечить определенный сервис верхним уровням;
• сделать независимыми эти верхние уровни от деталей реализаций сервиса на уровне.

Уровень n на одной машине обеспечивает связь с уровнем n на другой машине. Правила и соглашения по установлению связи и ее поддержанию между  уровнями называются протоколом уровня.

Уровень n непосредственно с уровнем n не взаимодействует. Он передает данные нижележащему уровню.

Между каждой парой уровней есть интерфейс. Интерфейс определяет какие примитивы - элементарные операции - и какие услуги (сервис) нижележащий уровень должен обеспечивать для верхнего уровня.

Набор уровней и протоколов называется архитектурой сети .

Спецификация архитектуры сети должна содержать достаточно информации, чтобы разработчик сетевого программного обеспечения мог написать надлежащие программы для каждого уровня, а инженер электронщик - надлежащую аппаратуру.

Конкретный набор протоколов, используемый на конкретной машине, называется стеком протоколов. Архитектуры сетей, стеки протоколов, сами протоколы - вот основные предметы, рассматриваемые в данном курсе.

Здесь на каждом уровне к сообщению добавляется заголовок. Заголовок содержит управляющую информацию - кому адресовано сообщение, время, дата, порядковый номер и т.д.

Виртуальное и фактическое  взаимодействие; протокол и интерфейс - это принципиально разные сущности.

 

1.3.2. Основные вопросы организации уровней

• на каждом уровне нужен механизм для определения отправителей и получателей;
• правила передачи данных
• simplex, half-duplex, duplex - направление передачи
• количество виртуальных каналов через одно соединение и приоритеты между ними
• обнаружение и исправление ошибок
• сохранение исходной последовательности данных при передаче
• на каждом уровне нужен механизм предотвращающий ситуацию когда получатель начинает "захлебываться"
• не все процессы на любом уровне могут работать с сообщениями произвольной длины
• разбиение, передача и сборка сообщений
• как быть если процесс работает со столь короткими сообщениями, что их раздельная пересылка не эффективна
• мультиплексирование и демультиплексирование виртуальных каналов
• когда между получателем и отправителем есть несколько маршрутов:какой выбрать?

10. Сравнительная характеристика сред передачи: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно

 

Стандарты кабелей

Кабель — это достаточно сложное  изделие, «состоящее из проводников, слоев  экрана и изоляции. В некоторых случаях в состав кабеля входят разъемы, с помощью которых кабели присоединяются к оборудованию. Кроме этого, для обеспечения быстрой перекоммутации кабелей и оборудования используются различные электромеханические устройства, называемые кроссовыми секциями, кроссовыми коробками или шкафами.

В компьютерных сетях применяются  кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить  кабельную систему сети из кабелей  и соединительных устройств разных производителей. Сегодня наиболее употребительными стандартами в мировой практике являются следующие.

• Американский стандарт EIA/TIA-568A, который был разработан совместными 
  усилиями нескольких организаций: ANSI, EIA/TIA и лабораторией Underwriters 
  Labs (UL). Стандарт EIA/TIA-568 разработан на основе предыдущей версии 
  стандарта EIA/TIA-568 и дополнений к этому стандарту TSB-36 и TSB-40A).
• Международный стандарт ISO/IEC 11801.
• Европейский стандарт EN50173.

Эти стандарты близки между собой  и по многим позициям предъявляют  к кабелям идентичные требования. Однако есть и различия между этими стандартами, например, в международный стандарт 11801 и европейский EN50173 вошли некоторые типы кабелей, которые отсутствуют в стандарте EIA/TAI-568A.

До появления стандарта EIA/TIA большую роль играл американский стандарт системы категорий кабелей Underwriters Labs, разработанный совместно с компанией Anixter. Позже этот стандарт вошел в стандарт EIA/TIA-568.

Кроме этих открытых стандартов, многие компании в свое время разработали  свои фирменные стандарты, из которых до сих пор имеет практическое значение только один -- стандарт компании IBM.

При стандартизации кабелей  принят протокольно-независимый подход. Это означает, что в стандарте  оговариваются электрические, оптические и механические характеристики, которым должен удовлетворять тот или иной тип кабеля или соединительного изделия — разъема, кроссовой коробки и т. п. Однако для какого протокола предназначен данный кабель, стандарт не оговаривает. Поэтому нельзя приобрести кабель для протокола Ethernet или FDDI, нужно просто знать, какие типы стандартных кабелей поддерживают протоколы Ethernet и FDDI.

В ранних версиях стандартов определялись только характеристики кабелей, без соединителей. В последних  версиях стандартов появились требования к соединительным элементам (документы TSB-36 и TSB-40A, вошедшие затем в стандарт 568А), а также к линиям (каналам), представляющим типовую сборку элементов кабельной системы, состоящую из шнура от рабочей станции до розетки, самой розетки, основного кабеля (длиной до 90 м для витой пары), точки перехода (например, еще одной розетки или жесткого кроссового соединения) и шнура до активного оборудования, например концентратора или коммутатора.

Мы остановимся только на основных требованиях к самим  кабелям, не рассматривая характеристик соединительных элементов и собранных линий.

В стандартах кабелей оговаривается  достаточно много характеристик, из которых наиболее важные перечислены  ниже (первые две из них уже были достаточно детально рассмотрены).

• Затухание (Attenuation). Затухание измеряется в децибелах на метр для определенной частоты или диапазона частот сигнала.
• Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT). Измеряются в децибелах для определенной частоты сигнала.
• Импеданс (волновое сопротивление) - - это полное (активное и реактивное) сопротивление в электрической цепи. Импеданс измеряется в Омах и является относительно постоянной величиной для кабельных систем (например, для коаксиальных кабелей, используемых в стандартах Ethernet, импеданс кабеля должен составлять 50 Ом). Для неэкранированной витой пары наиболее часто используемые значения импеданса — 100 и 120 Ом. В области высоких частот (100-200 МГц) импеданс зависит от частоты.
• Активное сопротивление — это сопротивление постоянному току в электрической цепи. В отличие от импеданса активное сопротивление не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля.
• Емкость — это свойство металлических проводников накапливать энергию. Два электрических проводника в кабеле, разделенные диэлектриком, представляют собой конденсатор, способный накапливать заряд. Емкость является нежелательной величиной, поэтому следует стремиться к тому, чтобы она была как можно меньше (иногда применяют термин «паразитная емкость»). Высокое значение емкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии.
• Уровень внешнего электромагнитного излучения или электрический шум. Электрический шум ~ это нежелательное переменное напряжение в проводнике. Электрический шум бывает двух типов: фоновый и импульсный. Электрический шум можно также разделить на низко-, средне- и высокочастотный. Источниками фонового электрического шума в диапазоне до 150 кГц являются линии электропередачи, телефоны и лампы дневного света; в диапазоне от 150 кГц до 20 МГц -компьютеры, принтеры, ксероксы; в диапазоне от 20 МГц до 1 ГГц - телевизионные и радиопередатчики, микроволновые печи. Основными источниками импуль-сного электрического шума являются моторы, переключатели и сварочные агрегаты. Электрический шум измеряется в милливольтах.
• Диаметр или площадь сечения проводника. Для медных проводников достаточно употребительной является американская система AWG (American Wire Gauge), которая вводит некоторые условные типы проводников, например 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Чем больше номер типа проводника, тем меньше его диаметр. В вычислительных сетях наиболее употребительными являются типы проводников, приведенные выше в качестве примеров. В европейских и международных стандартах диаметр проводника указывается в миллиметрах.