Основы сетевых информационных технологий

Форматы представления  данных могут различаться по следующим  признакам:  

- порядок следования  битов и размерность символа  в битах;  

- порядок следования  байтов;  

- представление и  кодировка символов;  

- структура и синтаксис  файлов.  

Компрессия или  упаковка данных сокращает время  передачи данных. Кодирование передаваемой информации обеспечивает защиту ее от перехвата.  

7.Прикладной - в его  ведении находятся прикладные  сетевые программы, обслуживающие  файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические  преобразования информации, передачу  почтовых сообщений и т.п. Главная  задача этого уровня - обеспечить  удобный интерфейс для пользователя.  

На разных уровнях  обмен происходит различными единицами  информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые  сообщения, пользовательские сообщения.

Протоколы в ЛВС  

Организация ЛВС  базируется на принципе многоуровневого  управления процессами, включающими  в себя иерархию протоколов и интерфейсов.  

Протокол УФК определяет форму представления и порядок  передачи данных через физический канал  связи, фиксирует начало и конец  кадра, который несет в себе данные, формирует и принимает сигнал со скоростью, присущей пропускной способности  канала.  

Второй уровень (канальный) можно разделить на два подуровня: управление доступом к каналу (УДК) и управление информационным каналом (УИК).  

Протокол УДК устанавливает  порядок передачи данных через канал, выборку данных.  

Протокол УИК обеспечивает достоверность данных, т.е. формируются  проверочные коды при передаче данных.  

Во многих ЛВС  отпадает необходимость в сетевом  уровне. К нему прибегают при комплексировании нескольких ЛВС, содержащих моноканалы.  

Протокол УП обеспечивает транспортный интерфейс, ликвидирующий  различия между потребностями процессов  в обмене данными и ограничениями  информационного канала, организуемого  нижними уровнями управления. Протоколы  высоких уровней - УС, УПД, УПП - по своим  функциям аналогичны соответствующим  протоколам глобальных сетей, т.е. реализуется  доступ терминалов к процессам, программ к удаленным файлам, передача файлов, удаленный ввод заданий, обмен графической  информацией и др.

 

Организация взаимодействия устройств  в сети  

В зависимости от способа организации обработки  данных и взаимодействия пользователей, который поддерживается конкретной сетевой операционной системой, выделяют два типа информационных систем:  

- иерархические сети;  

- сети клиент/сервер.  

В иерархических  сетях все задачи, связанные с  хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный  компьютер. Пользователь взаимодействует  с центральным компьютером с  помощью терминала. Операциями ввода/вывода информации на экран управляет центральный  компьютер.  

Достоинства иерархических  систем:  

-отработанная технология  обеспечения отказоустойчивости, сохранности  данных;  

- надежная система  защиты информации и обеспечения  секретности.  

Недостатки:  

-высокая стоимость  аппаратного и программного обеспечения,  высокие эксплуатационные расходы;  

- быстродействие  и надежность сети зависят  от центрального компьютера.  

Примеры иерархических  систем: SNA, IBM Corp., DNA, DEC. 

В системах клиент/сервер обработка данных разделена между  двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент - это задача, рабочая станция, пользователь. Он может сформировать запрос для сервера: считать файл, осуществить поиск записи и т.п. Сервер - это устройство или компьютер, выполняющий обработку запроса. Он отвечает за хранение данных, организацию  доступа к этим данным и передачу данных клиенту. В системах клиент/сервер нагрузка по обработке данных распределена между клиентом и сервером, поэтому  требования к производительности компьютеров, используемых в качестве клиента  и сервера, значительно ниже, чем  в иерархических системах.  

По организации  взаимодействия принято выделять два  типа систем, использующих метод клиент/сервер:  

- равноправная сеть;  

- сеть с выделенным  сервером.  

Равноправная сеть - это сеть, в которой нет единого  центра управления взаимодействием  рабочих станций, нет единого  устройства хранения данных. Операционная система такой сети распределена по всем рабочим станциям, поэтому  каждая рабочая станция одновременно может выполнять функции как  сервера, так и клиента. Пользователю в такой сети доступны все устройства (принтеры, жесткие диски и т.п.), подключенные к другим рабочим станциям.  

Достоинства: низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные  цены на прогр. обеспечение для работы сети); высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции, доступ прекращается лишь к некоторой  части информации).  

Недостатки: работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10; трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих  станций и обеспечение секретности  информации; трудности обновления и  изменения ПО рабочих станций.  

Сеть с выделенным сервером - здесь один из компьютеров  выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг - сервер сети. На таком  компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и  т.п.) подключаются к нему, выполняет  хранение данных, печать заданий, удаленная  обработка заданий. Рабочие станции  взаимодействуют через сервер, поэтому  логическую организацию такой сети можно представить топологией "звезда", где центральное устройство - сервер.  

Достоинства: выше скорость обработки данных (определяется быстродействием  центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая  операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей); обладает надежной системой защиты информации и обеспечения  секретности; проще в управлении по сравнению с равноправными.  

Недостатки: такая  сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер; менее гибкая по сравнению  с равноправной.  

Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.

 

Методы  передачи данных в  сетях ЭВМ  

При обмене данными  между узлами используются три метода передачи данных:  

-симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);  

-полудуплексная ( прием/передача  информации осуществляется поочередно);  

- дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно  передает и принимает данные.  

Для передачи данных в информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие  методы последовательной передачи: асинхронная  и синхронная.  

При асинхронной  передаче каждый символ передается отдельной  посылкой (рис.4.2).  
 
 

При асинхронной  передаче каждый символ передается отдельной  посылкой. Стартовые биты предупреждают  приемник о начале передачи. Затем  передается символ. Для определения  достоверности передачи используется бит четности (бит четности =1, если количество единиц в символе нечетно, и 0, в противном случае. Последний  бит "стоп бит" сигнализирует об окончании передачи.  

Преимущества: несложная  отработанная система; недорогое (по сравнению  с синхронным) интерфейсное оборудование.  

Недостатки: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью  бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.  

Асинхронная передача используется в системах, где обмен  данными происходит время от времени  и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы  используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется  на уровне протоколов обмена данными (Xmodem, Zmodem,MNP).  

При использовании  синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в  начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения  ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут  передаваться и как символы, и  как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется Циклический Избыточный Код Обнаружения  Ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому  поля данных и позволяет однозначно определить достоверность принятой информации.  

Преимущества: высокая  эффективность передачи данных; высокие  скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.  

Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и, соответственно, более дорогое.  

Протоколы SDLC и HDLC основываются на синхронной бит-ориентированной  передаче данных.

 

Средства  коммутации в компьютерных сетях  

ЛВС можно создавать  с любым из типов кабеля. Самым  дешевым является кабель Витая пара со скрученной парой проводов, который  используется в телефонии. Он может  быть Экранированным и Неэкранированным. Экранированный более устойчив к  электромагнитным помехам. Однако на практике чаще используется неэкранированный кабель, т.к. такой тип кабеля используется для разводки телефонных линий и, он дешевле экранированного. Наилучшим  образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания  сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому  максимальное расстояние между активными  устройствами в ЛВС при использовании  витой пары до 100 метров.  

Коаксиальный кабель. Этот кабель может использоваться в  двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с  модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и  сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Он имеет один канал передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия 4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется  модемом (модулятор/демодулятор); каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего  лишь один кабель).Таким способом можно  передавать звуки, видео сигналы, данные. Длина кабеля может достигать  до 50 км.  

Передача сигнала  с модуляцией более дорогостоящая, чем без модуляции. Поэтому, наиболее эффективное его использование  при передаче данных между крупными предприятиями.  

Оптоволоконный кабель является новейшей технологией, используемой в ЛВС. Носителем информации является световой луч, который моделируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к  внешним электрическим помехам  и таким образом возможна очень  быстрая и безошибочная передача данных (до 2 Гбит/с), и обеспечивает секретность передаваемой информации. Количество каналов в таких кабелях  огромно. Передача данных выполняется  только в симплексном режиме, поэтому  для организации обмена данными  устройства необходимо соединять двумя  оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет  четное, парное кол-во волокон). К недостаткам  можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.  

Радиоволны в микроволновом  диапазоне используются в качестве передающей среды в Беспроводных Локальных Сетях, либо между мостами  или шлюзами для связи между  ЛВС. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200-300 м, во втором - это расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных - до 2 Мбит/с.  

Беспроводные ЛС считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество - простота и мобильность. Исчезают проблемы, связанные  с прокладкой и монтажом кабельных  соединений. Достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к работе. Сдерживающим фактором широкого развития БЛС является отсутствие стандарта для таких сетей. Существующие БЛС, выполненные различными фирмами, как правило, полностью несовместимы между собой.