Надежность компьютерных сетей

Содержание

Введение

Защита от ошибок в  передаваемой информации в КС

Распределение ресурсов в сетях

Защита и аварийное  восстановление информации в КС

Заключение

Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Многие годы тому назад  персональные компьютеры (ПК) использовались независимо –словно небольшие островки вычислительной мощности, населяющие столы в домах и офисах. И сам факт того, что на каждом ПК зачастую выполнялась отличная от других версия какой-либо операционной системы  или приложения, воспринимался не больше чем досадная неприятность.

Прошли годы и сетевая  технология принялась за персональные компьютеры, а пользователи стали  понимать что могут работать вместе. Наделение персональных компьютеров  способностью взаимодействовать друг с другом открыло огромные возможности для сотрудничества и совместной деятельности. Сегодня компьютерные сети жизненно необходимы для функционирования всех типов бизнеса и встречаются даже в домашних условиях, объединяя несколько ПК. При грамотной инструментовке и конфигурировании компьютерные  сети могут быть весьма быстрыми и надежными в работе.

Однако сети могут  выходить из строя и когда случаются  неполадки необходимо выполнить решительные действия по обнаружению и исправлению возникшей проблемы. И если учитывать, что кроме кабелей, концентраторов, маршрутизаторов, коммутаторов и других сетевых устройств    многие компьютерные сети могут включать в себя сотни и даже тысячи ПК, становится понятным, что для эффективного устранения неисправностей требуется нечто большее, чем просто замена персональных компьютеров и других сетевых устройств.

 

 

 

Защита от ошибок в передаваемой информации в КС

Надежность сети связана  со способностью передавать достоверно (без ошибок) данные пользователя из одного ООД (оконечное оборудование данных ) в другое ООД. Она включает в себя способность восстановления после ошибок или потери данных в сети, включая отказы канала, ООД, АКД (аппаратура окончания канала данных) или ОКД (оборудование коммутации данных). Надежность также связана с техническим обслуживанием системы, которое включает ежедневное тестирование, профилактическое обслуживание, например замену отказавших или допустивших сбой компонентов; диагностирование неисправности при неполадках. В случае возникновения неполадки с каким-либо компонентом, сетевая диагностическая система может легко обнаружить ошибку, локализовать неисправность и, возможно, отключить эту компоненту от сети. Появление ошибок при передаче информации объясняется или посторонними сигналами, всегда присутствующими в каналах, или помехами, вызванными внешними источниками и атмосферными явлениями, или другими причинами. В телефонии искажением считается изменение формы тока в приемном аппарате, а в телеграфии – изменение длительности принимаемых посылок тока по сравнению с передаваемыми посылками.

"Нарушения" или  ошибки можно широко классифицировать  как случайные, импульсные и смешанные.

Случайные ошибки происходят случайно в блоках принятых данных. Большинство каналов с вещественными носителями (а также спутниковые каналы) подвержены случайным ошибкам.

Каналы с импульсными  ошибками демонстрируют состояние, свободное от ошибок, большую часть времени, но иногда появляются групповые или разовые ошибки. Объектом таких ошибок являются радиосигналы, так же как кабели и провода, например телефонные каналы из витых проводных пар.

Для повышения достоверности  и качества работы систем связи применяются групповые методы защиты от ошибок, избыточное кодирование и системы с обратной связью. На практике часто используют комбинированное сочетание этих способов. К групповым методам защиты от ошибок можно отнести давно уже используемый в телеграфии способ, известный как принцип Вердана: вся информация (или отдельные кодовые комбинации) передается несколько раз, обычно не четное число раз (минимум три раза). Принимаемая информация запоминается специальным устройством и сравнивается. Суждение о правильности передачи выносится по совпадению большинства из принятой информации методами "два из трех", "три из пяти" и так далее.

Другой метод, также не требующий перекодирования информации, предполагает передачу информации блоками, состоящими из нескольких кодовых комбинаций. В конце каждого блока посылается информация, содержащая количественные характеристики переданного блока, например число единиц или нулей в блоке. На приемном конце эти характеристики вновь подсчитываются, сравниваются с переданными по каналу связи, и если они совпадают, то блок считается принятым правильно. При несовпадении количественных характеристик на передающую сторону посылается сигнал ошибки.

Среди методов защиты от ошибок наибольшее распространение получило помехоустойчивое кодирование, позволяющее получить более высокие качественные показатели работы систем связи. Его основное назначение - принятие всех возможных мер для того, чтобы вероятность искажений информации была достаточно малой, несмотря на присутствие помех или сбоев в работе сети. Помехоустойчивое кодирование предполагает разработку корректирующих (помехоустойчивых) кодов, обнаруживающих и исправляющих определенного рода ошибки, а также построение и реализацию кодирующих и декодирующих устройств.

 При передаче информации в зависимости от системы счисления коды могут быть двухпозиционными и многопозиционными. По степени помехозащищенности двухпозиционные коды делятся на обыкновенные и помехоустойчивые.

Двухпозиционные обыкновенные коды используют для передачи данных все возможные элементы кодовых комбинаций и бывают равномерными, когда длина всех кодовых комбинаций одинакова, например пятиэлементный телеграфный код, и неравномерными, когда кодовые комбинации состоят из разного числа элементов, например код Морзе.

В помехоустойчивых кодах, кроме информационных элементов, всегда содержится один или несколько дополнительных элементов, являющихся проверочными и служащих для достижения более высокого качества передачи данных. Наличие в кодах избыточной информации  позволяет обнаруживать и исправлять (или только обнаруживать) ошибки.

Выбор корректирующих кодов  в определенной степени зависит  от требований, предъявляемых к достоверности передачи. Для правильного его выбора необходимо иметь статистические данные о закономерностях возникновения ошибок, их характере, численности и распределении во времени. Так, например, корректирующий код, исправляющий одиночные ошибки, может быть эффективен лишь при условии, что ошибки статистически независимы, а вероятность их появления не превышает некоторой величины. Этот код оказывается совершенно не пригодным, если ошибки появляются группами (пачками). Рекуррентные коды, исправляющие групповые ошибки, также могут оказаться неэффективными, если количество ошибок при передаче будет больше допустимой нормы.

Разработанные различные  корректирующие коды подразделяются на непрерывные и блочные. В непрерывных, или рекуррентных, кодах

контрольные элементы располагаются между информационными. В блочных

кодах информация кодируется, передается и декодируется отдельными группами (блоками) равной длины. Блочные коды бывают разделимые (все информационные и контрольные элементы размещаются на строго определенных позициях) и неразделимые (элементы кодовой комбинации не имеют четкого деления на избыточные и информационные). К неразделимым относится код с постоянным числом нулей и единиц.

Разделимые коды состоят  из систематических и несистематических. В систематических кодах проверочные символы образуются с помощью различных линейных комбинаций. Систематические коды - самая обширная и наиболее применяемая группа корректирующих кодов. Они включают такие коды, как код Хэмминга, циклические коды, коды Боуза-Чоудхури и другие. Большие вычислительные системы (Amdal, IBM, Burroughs, ICL) используют очень сложную методику проверки ошибок при передаче по линиям связи между машинами. В ПЭВМ обычно применяется более простая техника проверки ошибок. Одной из простейших форм проверки ошибок является так называемый эхоплекс. В соответствии с этой методикой каждый символ, посылаемый ПЭВМ по дуплексной линии связи удаленному абоненту, возвращается обратно к ПЭВМ в виде эха. Если ПЭВМ принимает тот же символ, что и был послан, подразумевается, что передача символа прошла правильно. Если нет, значит, при передаче произошла ошибка и необходима повторная передача этого же символа. Эхоплекс применяется в двунаправленных дуплексных каналах связи.

Другим часто используемым на практике (и сравнительно простым) методом является контроль на четность. Его суть заключается в том, что каждой кодовой комбинации добавляется один разряд, в который записывается единица, если число единиц в кодовой комбинации нечетное, или ноль, если четное. При декодировании подсчитывается количество единиц в кодовой комбинации. Если оно оказывается четным, то поступившая информация считается правильной, если нет, то ошибочной.

Еще одной формой проверки ошибок служит подсчет контрольных сумм. Это несложный способ, который обычно применяется вместе с контролем ошибок с помощью эхоплекса или проверки на четность/нечетность. Сущность его состоит в том, что передающая ПЭВМ суммирует численные значения всех передаваемых символов. Шестнадцать младших разрядов суммы помещаются в шестнадцатиразрядный счетчик контрольной суммы, который вместе с информацией пользователей передается принимающей ПЭВМ. Принимающая ПЭВМ выполняет такие же вычисления и сравнивает полученную контрольную сумму с переданной. Если эти суммы совпадают, подразумевается, что блок передан без ошибок Последним словом в области контроля ошибок в сфере ПЭВМ является циклическая проверка с избыточным кодом (CRC – cyclic redunduncy check). Она широко используется в протоколах HDLC, SDLC, но в индустрии ПЭВМ появилась сравнительно недавно. Поле контроля ошибок включается в кадр передающим узлом. Его значение получается как некоторая функция от содержимого всех других полей. В принимающем узле производятся идентичные вычисления еще одного поля контроля ошибок. Эти поля затем сравниваются; если они совпадают, велика вероятность того, что пакет был передан без ошибок.

 

 

 

 

Распределение ресурсов в сетях

 Web-ресурсы очень богаты и продолжают непрерывно пополняться. Это web-страницы (содержащие текст, изображения, Java-апплеты, фреймы и т. д.), музыкальные файлы в формате МРЗ, записанное потоковое аудио и видео, виртуальные миры. Ресурсы распределены между огромным количеством серверов, разбросанных по всему миру, и доступны миллионам пользователей. Протокол HTTP является средством, позволяющим любому пользователю получить любой объект независимо от того, сколькими тысячами километров измеряется расстояние между хостом пользователя и удаленным сервером и сколько Интернет-провайдеров находится на пути запроса. Тем не менее время доступа к web-ресурсам иногда бывает весьма значительным.  На пути объекта к хосту пользователя имеются низкоскоростные линии связи, что приводит к значительным задержкам передачи. На пути объекта находится хотя бы один перегруженный узел, в котором велико значение задержки ожидания и имеет место потеря пакетов. Перегрузки  могут происходить даже в тех случаях, когда входы узла представляют собой высокоскоростные линии связи.  Web-сервер, которому адресован запрос, перегружен, и время ожидания обслуживания запроса может быть весьма значительным.

Для решения проблемы задержек используется нехитрый прием: один и тот же ресурс располагают  на нескольких серверах, и запрос переадресуется «наилучшему» серверу. Для web-страницы или МРЗ-файла «наилучшим» будет тот сервер, время выполнения запроса которым минимально. Зачастую такой сервер принадлежит наиболее близкому к пользовательскому хосту Интернет-провайдеру.

Распределение ресурсов подразумевает механизмы дублирования ресурсов, а также способы определения хостами серверов, наиболее подходящих для выполнения запросов. Во второй половине 1990-х годов средства распределения ресурсов получили широкое распространение; в настоящее время они активно применяются, особенно в сфере аудио- и видеоинформации. Существуют несколько крупных компаний, занимающихся распределением ресурсов. Компании Cisco, Lucent, Inktomi и CacheFlow разрабатывают соответствующее аппаратное и программное обеспечение, a Akamai, Digital Island и AT&T реализуют услуги распределения ресурсов компаниям-поставщикам ресурсов, таким как Yahoo! и CNN. Распределение ресурсов является полем для активных исследований как с научной, так и с промышленной точек зрения.

За прошедшие годы инженеры и исследователи предложили множество решений, касающихся распределения ресурсов. Эти решения можно приближенно разделить на три группы: web-кэширование, сети распределения ресурсов (Content Distribution Networks, CDN) и одноранговое разделение файлов. Ниже мы рассмотрим каждую из технологий, однако сначала немного уточним терминологию. Поставщиком ресурсов мы будем считать любое лицо, организацию или компанию, которые располагают ресурсом, доступным для пользователей Интернета. Под сервером-источником объекта будет подразумеваться сервер, на котором первоначально находился объект и где всегда можно найти копию этого объекта.

Web-кэш, часто называемый  прокси-сервером, представляет собой  сеть, которая выполняет HTTP-запросы  от имени сервера-источника. Web-кэш  имеет собственное дисковое устройство  хранения информации, содержащее ранее запрашивавшиеся копии объектов. Как показано на рис. браузер пользователя можно настроить таким образом, чтобы все создаваемые HTTP-запросы сначала направлялись в web-кэш (данная процедура в браузерах Microsoft и Netscape выполняется очень просто).

После того как браузер  настроен указанным образом, любой  запрашиваемый объект сначала ищется в web-кэше. Обычно кэш-серверы арендуются и устанавливаются Интернет-провайдерами. Например, университет может создать кэш-сервер в своей локальной сети и выполнить конфигурирование всех браузеров так, чтобы они обращались к кэш-серверу.